DE19820617A1 - Kraftfahrzeug mit Schwingungsdämpfungseinrichtung - Google Patents
Kraftfahrzeug mit SchwingungsdämpfungseinrichtungInfo
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Abstract
Ein Kraftfahrzeug, insbesondere Cabriolet-Fahrzeug, mit einer Fahrzeugkarosserie (1), der einen Längsverlauf aufweisende Streben (3) zugeordnet sind bzw. mit einem Tragrahmen (1b), der einen Längsverlauf aufweisende Streben (3b) umfaßt, wird so ausgebildet, daß zumindest eine der Streben (3; 3b) längenvariabel ausgebildet ist und dieser eine Aufnahmeeinheit (16) zur Erfassung einer Längsbeanspruchung, ein Stellglied (15) zum Bewirken einer Gegenkraft sowie eine Steuereinheit für das Stellglied (15) zugeordnet sind (Fig. 2).
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Cabriolet-Fahr
zeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. auf ein Kraftfahrzeug mit einem
Tragrahmen nach dem Oberbegriff des Anspruches 4.
Bei landgestützten Kraftfahrzeugen, insbesondere bei Cabriolets mit einer selbst
tragenden Karosserie, die aufgrund des fehlenden Daches bezüglich ihrer Stabili
tät geschwächt ist, aber auch bei Rahmenfahrzeugen, etwa bei Motorrädern oder
bei Fahrzeugen mit Aluminiumkarosserien, die von einem Profilrahmen getragen
sind, stellt sich das Problem, daß eine äußere Anregung einer Schwingung, wie
sie etwa durch das Überfahren unebener Fahrbahnen auftritt, zu einer
Schwingungsanregung der Karosserie führt. Derartige Fahrzeugschwingungen stö
ren Fahrkomfort und -sicherheit. Eine Schwingungsübertragung auf die Karosserie
bzw. den tragenden Rahmen ist trotz Dämpfungselementen im Fahrwerk nicht
auszuschließen. Die Karosserie sollte daher, insbesondere bei einem Cabriolet,
mit eigenen, fahrwerksunabhängigen Dämpfungselementen ausgestattet sein, die
innerhalb kurzer Ansprechzeit die Schwingungsamplitude der Karosserie mög
lichst weitgehend verringern.
Es ist bekannt, der Karosseriestruktur sogenannte Schwingungstilger zuzuordnen,
d. h. Dämpfungsmassen, die geeignet sind, Schwingungen bestimmter Frequenz,
auf die die Tilger abgestimmt sind, zu dämpfen. Die Abstimmung ist jeweils nur
für eine einzelne Frequenz möglich, zudem ist eine Anpassung an den jeweiligen
Fahrzeugtyp notwendig, wobei die Anordnung der Tilger in Karosseriehohlräu
men oder dergleichen konstruktiv schwierig ist. Die Tilger selbst haben eine hohe
Masse, was angesichts eines gewünschten energetisch sparsamen Betriebes des
Kraftfahrzeuges unerwünscht ist.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Kraftfahrzeugkarosserie bzw. ei
nen Kraftfahrzeugtragrahmen mit einer Schwingungsdämpfung auszustatten, die
geeignet ist, direkt auf die Karosserie bzw. den Tragrahmen einzuwirken und
dabei die o. g. Nachteile vermeidet.
Die Erfindung löst das Problem für ein Kraftfahrzeug mit einer selbsttragenden
Karosserie, insbesondere ein Cabriolet-Fahrzeug, durch die Merkmale des An
spruchs 1 bzw. für ein Kraftfahrzeug mit einem Tragrahmen durch die Merkmale
des Anspruchs 4. Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen wird auf die
Ansprüche 2 bis 3 und 5 bis 15 verwiesen.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung eines Kraftfahrzeuges kann dieses unab
hängig von Fahrwerksmaßnahmen auf eine äußere Schwingungsanregung der Ka
rosserie durch Längenvariation von Streben reagieren. Damit ist ein adaptives
Dämpfungssystem geschaffen, bei dem eine Aufnahmeeinheit die Beanspruchung
einer Strebe, und damit die Amplitude einer anregenden Schwingung, als Meß
wert an eine Steuereinheit übergibt, die dann ein vorzugsweise in der Strebe lie
gendes Stellglied mit einer Spannung beaufschlagt, woraufhin dieses eine Längen
änderung bewirkt. Mit dieser Längenänderung einher geht eine Aussteifung der
Karosserie bzw. des Rahmens, dem die jeweilige Strebe zugeordnet ist. Die we
sentlichen Teile der Schwingungsdämpfungseinrichtung sind daher in den jewei
ligen Streben enthalten, so daß ihr baulicher Aufwand wie auch ihre Masse gering
sind.
Besonders vorteilhaft erfüllt eine derartige Strebe eine Doppelfunktion, indem sie
neben der Schwingungsdämpfung zusätzlich die Funktion eines Aussteifungs
bauteils bei einer selbsttragenden Karosserie bzw. eines tragenden Teils innerhalb
eines Rahmens eines Kraftfahrzeugs ausbildet. Derartige Aussteifungsbauteile bei
selbsttragenden Karosserien sind bei Cabriolet-Fahrzeugen üblich und erstrecken
sich beispielsweise im wesentlichen diagonal von Längsrandbereichen der Boden
gruppe bis in einen mittleren Bereich, um auf diese Weise die Verwindungsstei
figkeit zu erhöhen. Sofern derartige Aussteifungsstreben ohnehin vorhanden sind,
ist daher die Zusatzmasse, um eine adaptive Schwingungsgegensteuerung zu
erhalten, minimal. Gegenüber den üblichen Streben in diesem Bereich muß le
diglich eine Teilung vorgenommen werden, in den mittleren Bereich werden
dann die Aufnahmeeinheit und das Stellglied eingesetzt, die vorzugsweise
Druck-Spannungs- bzw. Spannungs-Druck-Wandler enthalten.
Erfindungsgemäß ist eine Anpassung von Dämpfern an eine jeweilige Frequenz
nicht notwendig, sondern die Längenveränderung der Streben kann bei verschie
densten Frequenzbereichen stattfinden und wird ausgelöst durch ein Überschrei
ten einer Mindestbeanspruchung der Strebe, d. h. durch die Höhe der
Schwingungsamplitude. Dabei läßt sich eine Ansprechzeit in der Größenordnung
von Millisekunden erreichen, die Auslenkung als Reaktion auf die zwischen den
Anlenkungspunkten der Strebe festgestellte Beanspruchung liegt im Millimeterbe
reich.
Als Steuereinheit kann ein Rechner Verwendung finden, dem mittels eines Lern
programms eine möglichst optimale Reaktion auf die jeweiligen Verhältnisse
eingegeben werden kann.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispielen des Gegenstandes der Erfindung. In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 die Bodengruppe eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuges
mit sich diagonal erstreckenden Aussteifungsstreben,
Fig. 2 eine weitere Bodengruppe eines erfindungsgemäßen Kraft
fahrzeuges mit einer alternativen Anordnung von Ausstei
fungsstreben,
Fig. 3 einen erfindungsgemäße Streben umfassenden Tragrahmen
eines Motorrads,
Fig. 4 eine erfindungsgemäße Strebe in Gesamtansicht,
Fig. 5 eine Teilansicht der ineinandergreifenden Hülsen der
Strebe,
Fig. 6 ein Diagramm der Schwingungsanregung und -tilgung
durch die erfindungsgemäßen Streben.
In einem Ausführungsbeispiel (Fig. 1) ist eine Kraftfahrzeugkarosserie 1, insbeson
dere Karosserie eines Cabriolet-Fahrzeugs, mit ihrer Bodengruppe 2 zugeordneten
Streben 3 versehen, die symmetrisch bezüglich einer vertikalen Fahrzeuglängs
ebene 4 und einer vertikalen Fahrzeugquerebene 5 angeordnet sind. Derartige
Aussteifungsstreben 3 sind grundsätzlich bekannt und als gesondert von den Ka
rosserieblechen ausgebildete Profile dem Fahrzeugboden zugeordnet. Die Stre
ben 3 sind an ihren Endpunkten 6 und 7 jeweils im Außenbereich bzw. einem
mittleren Bereich der Bodengruppe 2 an der Karosserie 1 festgelegt. Hierfür sind
beispielsweise die Enden 6 und 7 der Strebe 3 flanschartig abgeflacht und weisen
Durchgangsbohrungen 8, 9 auf, die von Befestigungsmitteln durchgriffen werden.
Auch ein Verschweißen oder andersartiges Festlegen der Streben 3 an der Karos
serie 1 ist möglich.
Gemäß Fig. 2 ist die Anordnung der Streben 3 derart vorgenommen, daß deren
der Fahrzeugquermitte 5 zugewandte Enden 7 aufeinander zulaufen und die
äußeren Enden 6 dem Bereich der Radhäuser zugeordnet sind. Die Festlegung der
Strebenenden 6 kann an Teilen der Karosserie oder am Fahrwerk erfolgen.
Die Anordnungen der Streben 3 bezüglich der Karosserie sind so zu wählen, daß
sie Karosserieverwindungen entgegenwirken, beispielsweise durch die gezeigten
Diagonalverläufe. Weiterhin können erfindungsgemäße Streben auch beispiels
weise als Domstreben über den vorderen oder hinteren Federdomen eingesetzt
werden, in Seitenschwellern oder im Bereich von Querträgern oder Überrollbü
geln, um nur einige Möglichkeiten zu nennen.
Die Streben 3 können in die Bodengruppe 2 oder in andere Bereiche der Karos
serie 1 integriert sein und müssen keine gesonderten Bauteile ausbilden. Bei oh
nehin vorhandenen Aussteifungsstreben der Karosserie 1 erfüllen diese bei erfin
dungsgemäßer Ausbildung eine Doppelfunktion: Sie dienen einerseits als her
kömmliche Aussteifungsbauteile, zudem erfüllen sie eine adaptive Schwingungs
dämpfung, sind also neben den passiven Aussteifungsbauteilen auch aktive Be
einflussungsglieder des Schwingungsverhaltens der Karosserie 1.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel (nicht gezeichnet) bildet eine erfindungs
gemäße Strebe einen Teil eines Gitterrohrrahmens aus, der als Tragrahmen eines
Personenkraftfahrzeugs dient und durch ein Fachwerk von Verstrebungen gebildet
ist. Einzelne dieser Verstrebungen können durch erfindungsgemäße Streben
ersetzt sein, so daß der den Insassenraum umgebende Rahmen nicht starr ist,
sondern, wie unten näher ausgeführt, auf äußere Schwinungsanregungen durch
Längenvariation der Streben reagieren kann.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel (Fig. 3) ist der Tragrahmen 1b eines Mo
torrades, der ebenfalls einen Fachwerktragrahmen ausbildet, mit erfindungsge
mäßen Streben 3b versehen. Insbesondere im Hochgeschwindigkeitsbereich be
steht die Gefahr, daß im Motorradrahmen Pendelschwingungen um die Längs
achse auftreten, die sich aufschaukeln können und zu einem unkontrollierten
Fahrverhalten bis hin zum Sturz führen. Auch hier kann der Schwingungsanre
gung durch Längenvariation der Streben 3b begegnet werden, die damit eine
Aussteifung des gesamten Tragrahmens 1b bewirken und für eine Absorption der
anregenden Schwingung sorgen.
Erfindungsgemäße Streben 3, 3b können in verschiedensten Formen, auch als
Winkelstreben oder dergleichen, ausgebildet sein. Es kommen Rohr-, Kasten- oder
andersgeartete Profile in Frage. Die Strebe weist zumindest einen Teilungsbe
reich 10 auf, an dem die Strebenteile 11, 12 relativ zueinander verschieblich sind.
Im Teilungsbereich 10 ist eine äußere Hülse 13 gegen eine innere Hülse 14 ver
spannt. Im Innern der ineinandergreifenden Hülsen 13, 14 befinden sich das
Stellglied 15 und die Aufnahmeeinheit 16. Mit dieser wird die Beanspruchung der
Strebe 3, 3b erfaßt, d. h. insbesondere eine Stauchung oder Streckung der Strebe.
Diese Beanspruchung wird in ein elektrisches Signal über Druck-Spannungs-
Wandler der Aufnahmeeinheit 16 umgesetzt, und das elektrische Signal wird über
Steuerkabel 17 an eine Steuereinheit - nicht eingezeichnet - übertragen. Von
dieser geht ein Steuersignal aus zur Beeinflussung des Stellglieds 15, das einen
Spannungs-Druck-Wandler, beispielsweise ein Piezoelement, enthalten kann, das
in Reaktion auf eine Eingangsspannung seine innere Struktur und damit seine
Außenabmessungen vermindert. Das Stellglied 15 bewirkt daher eine Längenva
riation, die auf die beiden Spannhülsen 13, 14 einwirkt und somit die gegeneinan
der verschieblichen Teile 11, 12 der Strebe 3 relativ zueinander bewegt. Über eine
Längenzunahme des Stellglieds 15 wird daher eine Längenzunahme der Strebe 3
erreicht. In der Strebe 15 können mehrere Piezoelemente oder andere Span
nungs-Druck-Wandler hintereinander angeordnet sein, ebenso wie in der Auf
nahmeeinheit 16 mehrere Druck-Spannungs-Wandler angeordnet sein können.
Anstelle der Piezoelemente kommen für die Aufnahmeeinheit 16 bzw. das Stell
glied 15 auch andere Bauteile und Längenbeeinflussungsmöglichkeiten in Frage.
In jedem Fall wird eine Beanspruchung der Strebe 3, wie sie durch eine Verwin
dung des Fahrzeugs hervorgerufen wird, über ihre endseitigen Festlegungen 6
und 7 auf die Aufnahmeeinheit 16 übertragen und detektiert, von hier aus wird
ein entsprechendes Signal an die Steuereinheit weitergeleitet. Dieses Signal löst
bei Überschreiten eines Schwellwerts (Fig. 6) das Stellglied 15 aus, das durch
Längenänderungen auf die äußere anregende Schwingung reagiert. Insgesamt ist
das Stellglied 15 permanent unter Druck gehalten, die Reaktion wird daher in
jedem Fall in einer mehr oder weniger großen Streckung der Strebe 3 erfolgen.
Die anregende Schwingung, in Fig. 6 als durchgezogene Linie dargestellt, wird
bei Überschreiten des Schwellwerts durch Aussteifung mittels Längenänderung
der Strebe 3 absorbiert. Die in Fig. 6 eingezeichnete durchgezogene
Schwingungskurve wird entsprechend der gestrichelten Linie nach Auslösung des
Stellglieds 15 bei Erreichen des Schwellwerts S1 auf nahezu Null zurückgeführt.
Entsprechendes gilt für Erreichen des Schwellwertes bei S2. Die Schwingungen
werden daher jeweils fast vollständig eliminiert, wobei der Schwellwert und die
Reaktion für verschiedene Frequenzen über ein Lernprogramm der Steuereinheit
optimiert werden können. Insbesondere ist hierbei der niederfrequente Bereich
zwischen 1 Hz und 10 Hz interessant, auch bei höheren Frequenzen bis über
100 Hz arbeitet das System zuverlässig, eine Einschränkung auf nur bestimmte
Frequenzen liegt nicht vor. Die Ansteuerung erfolgt allein durch die jeweilige
Amplitude der Schwingung, ihre Frequenz ist variabel.
Insgesamt ist erfindungsgemäß ein Regelkreis ausgebildet, der eine auf das Fahr
zeug einwirkende Schwingung, die eine Störkraft darstellt, über Sensoren der
Aufnahmeeinheit 16 in einer Strebe 3 detektiert und dieser Störkraft eine Gegen
kraft entgegensetzt im Sinne einer adaptiven Regelung, wobei die Adaption wäh
rend der Fahrt erfolgen kann. Das System ist daher in der Lage, auf einen weiten
Frequenzbereich mit einer jeweils die Schwingung auslöschenden Gegenkraft zu
reagieren und benötigt lediglich eine Steuereinheit, die außerhalb der Strebe 3, 3b
angeordnet ist, sowie in der Strebe angeordnete Sensoren der Aufnahmeeinheit 16
und Aktuatoren des Stellglieds 15.
Claims (15)
1. Kraftfahrzeug, insbesondere Cabriolet-Fahrzeug, mit einer Fahrzeugkarosse
rie (1), der einen Längsverlauf aufweisende Streben (3) zugeordnet sind, dadurch
gekennzeichnet, daß zumindest eine der Streben (3) längenvariabel ausgebildet
ist und dieser eine Aufnahmeeinheit (16) zur Erfassung einer Längsbeanspru
chung, ein Stellglied (15) zum Bewirken einer Gegenkraft sowie eine Steuerein
heit für das Stellglied (15) zugeordnet sind.
2. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strebe (3)
ein Aussteifungsbauteil der Karosserie (1) ausbildet.
3. Strebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strebe (3) ein ge
genüber Karosserieblechen gesondertes Bauteil ausbildet.
4. Kraftfahrzeug mit einem Tragrahmen (1b), der einen Längsverlauf aufwei
sende Streben (3b) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der
Streben (3b) des Tragrahmens (1b) längenvariabel ausgebildet ist und dieser eine
Aufnahmeeinheit (16) zur Erfassung einer Längsbeanspruchung, ein Stellglied (15)
zum Bewirken einer Gegenkraft sowie eine Steuereinheit für das Stellglied (15)
zugeordnet sind.
5. Kraftfahrzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß mehrere Streben (3; 3b) in symmetrischer Anordnung gemäß
Anspruch 1 ausgebildet sind.
6. Kraftfahrzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Stre
ben (3) von Eckbereichen der Karosserie (1) bis in einen mittleren Bereich des
Fahrzeugbodens erstrecken.
7. Kraftfahrzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Strebe (3; 3b) ein mehrteiliges, an beiden Endberei
chen (6, 6b; 7, 7b) festgelegtes Rohr- oder Rahmenprofil umfaßt.
8. Kraftfahrzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die
Strebe (3; 3b) in einem mittleren Bereich geteilt ist und im Teilungsbereich (10)
zwei den jeweiligen Strebenteilen (11, 12) zugeordnete, ineinandergreifende
Spannhülsen (13; 14) umfaßt.
9. Kraftfahrzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Stell
glied (15) innerhalb der Spannhülsen (13; 14) bzw. des Profils liegt.
10. Kraftfahrzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnah
meeinheit (16) dem Stellglied (15) benachbart ist.
11. Kraftfahrzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer
einheit aufgenommene Meßwerte in elektrische Spannungen zur Ansteuerung des
Stellglieds (15) umsetzt.
12. Kraftfahrzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer
einheit außerhalb der Strebe (3; 3b) angeordnet ist.
13. Kraftfahrzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, daß die Aufnahmeeinheit (16) Druck-Spannungs-Wandler enthält
und eine detektierte Beanspruchung der Strebe (3; 3b) als elektrisches Signal wei
terleitet.
14. Kraftfahrzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, daß das Stellglied (15) einen Spannungs-Druck-Wandler enthält
und ein elektrisches Eingangssignal in eine auf die Strebenteile (11; 12) im Sinne
einer Relativbewegung wirkende Kraft umsetzt.
15. Kraftfahrzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, daß in der Aufnahmeeinheit (16) und/oder dem Stellglied (15)
Piezoelemente enthalten sind.
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Effective date: 20131203 |