DE4041011C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Motorhalterungsvorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art.

Eine solche, aus der DE 39 02 605 A1 nachveröffentlichte Motorhalterungsvorrichtung umfaßt zwei Träger; von denen einer mit dem Motor und der andere mit dem Chassis verbunden ist. Zwischen beiden Trägern ist ein elastomerer Körper angeordnet. Eine piezoelektrische Betätigungsvorrichtung ist mit dem Motorträger so verbunden, daß Schwingungen durch die Arbeitsweise der piezoelektrischen Betätigungsvorrichtung zumindest teilweise kompensiert werden. Ein Sensor, der die Schwingungen aufnimmt, leitet Signale an eine Steuereinheit weiter, die aufgrund der empfangenen Signale die Betätigungsvorrichtung entsprechend steuert.

Aus der DE-OS 32 14 037 ist es bekannt, zwischen zwei Trägern Luftkammern anzuordnen, deren Luftdruck nach einem vorgegebenen gespeicherten Zusammenhang in Abhängigkeit von einem Geräuschpegel im Fahrgastraum veränderbar ist, um eine Verschiebung der Resonanzfrequenz des mit dem einen Träger verbundenen schwingenden Teils zu erreichen.

Aus der JP 63-92 851 A ist es bekannt, zwischen zwei in Schwingung befindlichen Trägern einen Schwingungsisolator und einen piezoelektrischen Betätiger einzusetzen. Mit Sensoren werden die sich ändernden Kräfte erfaßt und einer Steuereinheit zugeführt. Die Steuereinheit steuert den Betätiger so, daß dieser im Kompressionsbereich arbeitet.

Anhand von Fig. 8 wird ein allgemein bekannter Stand der Technik erläutert, in welcher eine zylindrische Motorhalterung 2 an einem Halter gelagert ist und operativ mit einem Motor verbunden ist. Wie aus der Figur ersichtlich, umfaßt die Halterung ein zylindrisches äußeres Gehäuse 2a und ein rohrförmiges Teil 2b, welche über einen elastomeren Lochkörper miteinander verbunden sind.

Diese Anordnung weist jedoch den Nachteil auf, daß die Vibration, welche von dem Triebwerk auf die Halterung ausgeübt wird, dazu neigt, die Resonanzfrequenz des Trägers 1 zu umfassen, und daher seine Resonanz induziert. Als Folge davon ist der Dämpfungsgrad der Vibrationsübertragung zwischen dem Triebwerk und dem Chassis, mit dem der Träger 1 verbunden ist, nicht so hoch wie angestrebt und führt zur Entstehung von Nachhallgeräusch in dem Fahrzeuginnenraum, insbesondere bei Fahrzeugbeschleunigung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfach aufgebaute Motorhalterungsvorrichtung zu schaffen, die eine hohe Vibrationsdämpfung zwischen Motor und Chassis herbeiführt.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Erfindungsgemäß ist der den Motor tragende Träger U-förmig ausgebildet und weist einen Bodenabschnitt und zwei Armabschnitte auf. Der Bodenabschnitt ist mit dem Motor verbunden und die beiden Armabschnitte sind untereinander mittels einer Schraube verbunden, die sowohl den elastomeren Körper als auch den Chassisträger trägt. Die piezoelektrische Betätigungsvorrichtung weist zwei getrennte Abschnitte auf, die jeweils gegen einen Armabschnitt des U-förmigen Trägers wirkt. Den getrennten Abschnitten der Betätigungsvorrichtung werden separat Steuersignale der Steuereinheit zugeführt. Somit können den Abschnitten der Betätigungsvorrichtung Spannungen zugeführt werden, die gegeneinander phasenverschoben sind, wodurch eine besonders hohe Dämpfung erzielt wird.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Schnittansicht des Aufbaus, der eine erste Ausführungsform der Erfindung charakterisiert,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Schnittlinie II-II von Fig. 1,

Fig. 3 ein Funktions-Blockdiagramm des Steuerkonzeptes welches in der ersten Ausführungsform der Erfindung verwendet wird,

Fig. 4 ein Zeitdiagramm, das die mit dem Stand der Technik erhaltene Verschiebungs(Vibrations)-Kennlinie mit der mit der Erfindung erhaltenen vergleicht,

Fig. 5 ein Diagramm der Beziehung zwischen Verformung und elektrischem Feld, welche durch ein piezoelektrisch-elektrostriktives Material erzeugt wird, das sich zur Verwendung in der Erfindung eignet,

Fig. 6 einen Aufriß, teilweise im Schnitt, des Aufbaus, der eine zweite Ausführungsform der Erfindung charakterisiert,

Fig. 7 ein Funktions-Blockdiagramm des Steuerkonzeptes, welches in der zweiten Ausführungsform der Erfindung verwendet wird,

Fig. 8 einen Aufriß einer Anordnung nach dem Stand der Technik, die in der Beschreibungseinleitung der vorliegenden Offenbarung besprochen wird, und

Fig. 9 ein Zeitsteuerverzeichnis, das in der Operation der Erfindung verwendet werden kann.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine erste Ausführungsform der Erfindung. In dieser Anordnung umfaßt eine Vibrationsdämpfungshalterung 10 grundsätzlich: ein inneres zylindrisches Teil 12, ein äußeres zylindrisches Teil 14 mit einem elastomeren Lochkörper, welcher fest mit der inneren Umfangsfläche des Außenteiles 14 und der Außenfläche des Innenteiles 12 verbunden ist.

Die Halterung 10 ist an einem Träger 20 gelagert mittels eines Bolzens 18, welcher durch das Innenteil 12 hindurch angebracht ist. In diesem Fall ist der Träger 20 fest mit einem Motor 22 verbunden, während das Außenteil 14 vorgesehen ist zur Aufnahme in einem zylindrischen Halteabschnitt eines Halters, der mit einem Fahrzeugchassis verbunden ist (siehe Element 40 in Fig. 6 als Beispiel). In dieser Ausführungsform weist der Träger 20 im wesentlichen eine U-Form auf. Der Bodenabschnitt 20a dieses Trägers ist mit dem Motor 22 über einen oder mehrere nicht gezeigte Bolzen verbunden. In den nach oben ragenden Armabschnitten 20b, 20c des Trägers sind diametral gegenüberliegende Löcher ausgebildet, durch welche hindurch der Bolzen 18 angebracht und in seiner Lage durch eine Mutter 24 befestigt ist.

In dem Innenteil 12 ist ein radial nach innen vorragender Ansatz 26 ausgebildet, welcher sich zu dem Bolzen hin erstreckt, aber diesen nicht kontaktiert. Erste und zweite piezoelektrische Betätigungsvorrichtungen 30, 30a in Gestalt hülsenförmiger piezoelektrisch-elektrostriktiver Elemente sind um den Bolzen 18 herum und in dem Innenteil 12 derart angeordnet, daß die inneren Enden der Elemente an die Seitenkanten 28, 28a des nach innen ragenden Ansatzes 26 anstoßen, während ihre äußeren Enden mit den Armabschnitten 20b, 20c des Trägers 20 in Kontakt stehen. Ein Spielraum vorgegebener Größe ist zwischen den Betätigungsvorrichtungen 30, 30a und den Teilen definiert, zwischen denen sie eingesetzt sind.

In diesem Fall sind die ersten und zweiten Betätigungsvorrichtungen 30, 30a mit einer Steuereinheit 32 elektrisch verbunden und sind aus piezoelektrischem Material des Typs gebildet, welches auf äußere elektrische Felder anspricht und welches einen großen Feldwiderstand und eine nichtlineare Verformung/Feld-Hysterese-Kennlinie zeigt. Alternativ können die Betätigungsvorrichtungen aus elektrostriktivem Material eines Typs hergestellt sein, das einen sehr kleinen Feldwiderstand zeigt, welcher einer quadratischen Krümmung nahekommt. Eine Offenbarung betreffend diese Art Material ist zu finden auf Seite 51 in "Piezoelektrisch/elektrostriktive Betätiger", veröffentlicht im Dezember 1986 durch die Morikita Publishing Company.

Die beiden obenerwähnten Arten von Material unterscheiden sich hauptsächlich in der Form der Phasenübergangstemperatur (Curiepunkt), und auf sie wird kollektiv als piezoelektrisch-elektrostriktive Keramik Bezug genommen.

Die Steuereinheit 32 ist mit einem Kurbeldrehwinkelfühler 33 und einem Motordrehzahlfühler 34 verbunden und so angeordnet, daß sie Steuerkennwerte erzeugt, welche geeignet sind, Vibration zu unterdrücken, die durch die am meisten vorherrschende Art von Vibration erregt wird, welche durch den Motor erzeugt wird. In diesem Fall wird lediglich als Beispiel angenommen, daß es die zweite Harmonische ist (erzeugt durch Vierzylinder/Viertaktmotoren).

Es ist zu beachten, daß, obwohl zwei getrennte Fühler mit der Steuereinheit 32 verbunden gezeigt sind, die zwei Fühler zu einem einzigen Fühler kombiniert werden können. Der Kurbeldrehwinkelfühler 33 ist nämlich allein in der Lage, auch die Motordrehzahl zu liefern durch Bestimmung der Veränderung des Kurbeldrehwinkels je Zeiteinheit oder der Zeit, die für eine Kurbeldrehwinkelveränderung vorgegebener Größe benötigt wird.

Da es in diesem Fall das Ziel ist, die zweiten Harmonischen und Vibration höherer Ordnungen zu steuern, wird die erste Harmonische aus der Motordrehzahl bestimmt und halbiert. Auf diese Weise wird ein Wechselstrom einer Frequenz, die der axial wirkenden zweiten harmonischen Vibration nahekommt, an den ersten der zwei Betätiger angelegt. Das Signal wird dann um 90° phasenverschoben und an den zweiten Betätiger angelegt.

Falls das Ausgangssignal eines Kurbeldrehwinkelfühlers verwendet wird, kann andererseits, da die Vibration der Halterung 10 aus der Kurbeldrehwinkelstellung und der Frequenz approximiert werden kann, die Phase des an die Betätigungsvorrichtungen anzulegenden Wechselstromes bestimmt werden unter Verwendung eines vorbestimmten Zeitsteuerverzeichnisses (nämlich eines Verzeichnisses, das in der Form des Kurbeldrehwinkel-Fühlersignals und der Motordrehzahl (RPM) aufgezeichnet ist). Fig. 9 zeigt in Tabellenform ein Beispiel eines Verzeichnisses, das dazu verwendet werden kann, die Wechselstromfrequenz, den Spannungspegel und die Kurbeldrehwinkelzeit zu bestimmen, bei denen die Spannung angelegt werden sollte.

Die gegenwärtige Ausführungsform ist so gestaltet, daß sie einen geeigneten Algorithmus verwendet, welcher, wie in Blockdiagrammform in Fig. 3 schematisch dargestellt, die Motordrehzahl und das Kurbeldrehwinkelsignal bei den Stufen 1001 und 1002 ermittelt. Bei Stufe 1003 wird die Frequenz des Wechselstromes unter Verwendung der Motordrehzahl bestimmt, und bei Stufe 1004 wird ein Zeitsteuerverzeichnis der in Fig. 9 gezeigten Art in Verbindung mit den Motordrehzahl- sowie den Kurbeldrehwinkel-Signalen verwendet. Dann werden bei Stufe 1005 die Spannung und Frequenz des Wechselstromes bestimmt, und ein Signal, das diese angibt, wird an den ersten Betätiger 30 angelegt. Bei Stufe 1006 wird die Phase der Wechselspannung um 90° verzögert und dann an den zweiten Betätiger 30a angelegt.

Betrieb

Wie oben erwähnt, treten im Fall eines Vierzylindermotors die zweite Vibrationsharmonische und höhere Ordnungen auf. Wenn die Vibrationsfrequenz mit der Resonanzfrequenz des Motors 22 und des Trägers 20 übereinstimmt, vibriert der Träger an sich, und diese Vibration wird auf das Fahrzeugchassis übertragen. Unter diesen Bedingungen neigt eine Vibration in dem Frequenzbereich von 50 bis 500 Hz zur Übertragung auf den Fahrzeuginnenraum in einer Weise, welche darin ein Nachhallgeräusch induziert.

Insbesondere im Fall eines Nachhallgeräusches, das durch Vibration im Bereich von 50-500 Hz verursacht wird, ist es möglich, die U-Form des Trägers 20 anzuwenden, welche Bestandteil der gegenwärtigen Ausführungsform ist, insofern aufgrund der Parallelanordnung der Armabschnitte 20b, 20c die Neigung besteht, daß die Vibration von dem Motor 22 zu dem Bolzen 18 geleitet wird und sich anschließend an dessen Mittelpunkt konzentriert. Die Vibration des Bolzens 18 wird dann über das zylindrische Innenteil 12 der Halterung 10 auf den Träger übertragen, auf dem die Halterung gelagert ist.

Während dieses Phänomen ein ernstes Problem darstellt, kann dann, wenn die Vibration, die axial entlang dem Bolzen 18 übertragen wird, gesteuert gedämpft werden kann, das Vibrationsübertragungsverhältnis reduziert werden.

Gemäß der in Fig. 3 gezeigten Steuerung können die Spannungen, die an die Betätigungsvorrichtungen 30 und 30a angelegt werden, in einer Weise gesteuert werden, durch welche die resultierende axiale Verlängerung und Kontraktion der zwei Betätigungsvorrichtungen 30, 30a zur Erzeugung von Vibrationen verwendet werden, welche gegen die von den Armabschnitten 20b, 20c ausgeübten Vibrationen reagieren und diese aufheben. Dies ermöglicht natürlich eine starke Verminderung der Größe der Vibration, welche auf das Fahrzeugchassis übertragen wird.

Fig. 4 vergleicht grafisch die Vibrationsdämpfungskennwerte des Standes der Technik mit denen der Erfindung. In dieser Figur bezeichnen:
XE die Verschiebung des Motors zu dem Innenteil 12 der Halterung 10 hin,
XC die durch die Betätigungsvorrichtungen 30, 30a induzierte Verschiebung,
XR die Verschiebung, die resultiert, nachdem die durch die Betätiger induzierte Verschiebung dem Bolzen 18 hinzugefügt ist, und
XB die Verschiebung des Trägers 20 an sich.

Wie zu erkennen, wird bei dem Stand der Technik, da er nicht mit einer die Vibration löschenden Verschiebungeingabe entsprechend XC versehen wird, die Vibration XE des Motors fast ohne Dämpfung zu dem Bolzen 18 geleitet. Die Vibration XB des Trägers 20 selbst ist dementsprechend beachtlich.

Andererseits neigen bei der Erfindung aufgrund der Hinzufügung der steuernden Verschiebung oder Vibration XC in der umgekehrten Phase die Verschiebungen XC und XE dazu, einander zu löschen, was zu einer stark verminderten Trägervibration XB führt.

Fig. 5 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer nichtlinearen Beziehung zeigt, welche sich zwischen dem elektrischen Feld und der resultierenden Verformung entwickelt, wenn ein vorgegebenes piezoelektrisch-elektrostriktives Material verwendet wird. Es ist zu bemerken, daß die Größe der durch die Betätiger erzeugten Verschiebung direkt durch Steuerung der Spannungen bestimmt werden kann, welche angelegt werden, da die Größe der Verformung, die erzeugt wird, durch das angelegte elektrische Feld bestimmt wird und nicht durch die Orientierung des Feldes beeinflußt wird. Da ferner das Ansprechen der Betätigungsvorrichtungen 30, 30a zwischen ein paar ms und ein paar µs schwankt, kann in Betracht gezogen werden, daß die Ansprechzeit einen vernachlässigbaren Effekt auf die Erzeugung der Zielfrequenz hat.

Es ist zu bemerken, daß deshalb, weil zwei zueinander entgegengesetzte Betätiger 30, 30a auf beiden Seiten des nach innen ragenden Ansatzes 26 verwendet werden durch Anlegen von Spannungen, die gegeneinander um 90° phasenverschoben sind, an diesen, die angestrebte Verschiebungssteuerung der Motorhalterung leichter erzielt wird als in dem Fall, in welchem nur ein piezoelektrisch-elektrostriktives Element zu verwenden wäre.

Ferner ist zu bemerken, daß in der oben offenbarten Ausführungsform die Betätiger zylindrisch und symmetrisch zwischen dem Bolzen und dem zylindrischen Innenteil 12 angeordnet sind. Das vermindert die Größe des dafür benötigten Raumes und erleichtert das Motorraumlayout im Vergleich zu Anordnungen, in denen ein längliches Teil gegen die zu steuernde Vibration orientiert ist.

Da Belastung die Antriebsrichtung der piezoelektrisch-elektrostriktiven Elemente nicht beeinflußt, werden vergangene Haltbarkeitsprobleme überwunden, und die Nutzungsdauer der Betätiger wird stark verlängert.

Fig. 6 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung. Diese Anordnung ist der ersten Ausführungsform grundsätzlich ähnlich und unterscheidet sich darin, daß zur besonderen Steuerung der Resonanz des Halters 40, der mit dem Fahrzeugchassis verbunden ist und das Außenteil 14 der Motorhalterung 10 trägt, ein Verformungs-Meßelement an dem Halter angeordnet ist. Dieses Meßelement ermittelt direkt die Größe der Verformung, die sich in dem Halter 40 entwickelt. Unter Verwendung geeigneter Algorithmen können die Frequenz und Größe dazu verwendet werden, die in der Tabelle von Fig. 9 dargestellten Daten zu modifizieren, auf neuen Stand zu bringen und/oder zu ergänzen in einer Weise, die es ermöglicht, die Größe der Vibration, welche in dem Halter ermittelt wird, auf einen Nullpegel hin zu reduzieren. Es wird erachtet, daß die Weise, in der diese Art von Rückkopplungssteuerung implementiert werden kann, völlig in der Fassungskraft der Fachleute auf dem Gebiet der Vibrationssteuerung/Computerprogrammierung liegt.

Fig. 7 zeigt in Blockdiagrammform die zweite Ausführungsform. Es ist davon auszugehen, daß die Fig. 7 sich von selbst versteht, und daß das Konzept und die Anordnung der zweiten Ausführungsform im Licht der obigen Offenbarung völlig verstanden werden.

Claims (5)

1. Motorhalterungsvorrichtung, mit
einem ersten Träger (14), der mit dem Chassis verbunden ist,
einem zweiten Träger (20), der mit dem Motor verbunden ist,
einem elastomeren Körper (16), der zwischen dem ersten Träger (14) und dem zweiten Träger (20) angeordnet ist,
einer piezoelektrischen Betätigungsvorrichtung (30, 30a) die mit dem zweiten Träger (20) wirksam verbunden ist, und
einer Steuereinheit (32), die einerseits mit mindestens einem Sensor (33, 34) und andererseits mit der piezoelektrischen Betätigungsvorrichtung (30, 30a) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet,
daß der zweite Träger (20) U-förmig ausgebildet ist und einen Bodenabschnitt (20a) und zwei Armabschnitte (20b, 20c) aufweist,
daß der Bodenabschnitt (20a) mit dem Motor verbunden ist,
daß eine Schraube (18) die beiden Armabschnitte (20b, 20c) miteinander verbindet und den elastomeren Körper (16) sowie den ersten Träger (14) trägt,
daß die piezoelektrische Betätigungsvorrichtung (30, 30a) zwei hintereinanderliegende getrennte Abschnitte umfaßt, von denen jeder mit einem der Armabschnitte (20b; 20c) wirksam verbunden ist, und
daß die Abschnitte der piezoelektrischen Betätigungsvorrichtung (30, 30a) so mit der Steuereinheit (32) verbunden sind, daß den Abschnitten getrennt Steuersignale von der Steuereinheit (32) zugeführt werden.

2. Motorhalterungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei getrennten Abschnitte verformungserzeugende piezoelektrische Betätigungsvorrichtungen umfassen, die eine rohrförmige Konfiguration haben und die um die Schraube (18) herum angeordnet sind, wobei die verformungserzeugenden piezoelektrischen Betätigungsvorrichtungen (30, 30a) innen befindliche Enden (28, 28a) haben, die durch einen nach innen ragenden Ansatz (26) des Innenteils (12) getrennt sind, der an einer Innenwand eines zwischen dem elastomeren Körper (16) und der piezoelektrischen Betätigungsvorrichtung angeordneten Innenteils (12) ausgebildet ist, und wobei die verformungserzeugenden piezoelektrischen Betätigungsvorrichtungen (30, 30a) in einer im wesentlichen symmetrischen Weise auf beiden Seiten des nach innen ragenden Ansatzes (26) so angeordnet sind, daß ihre äußeren Enden mit den Armen (20b, 20c) des U-förmigen Trägers (20) in Kontakt stehen.

3. Motorhalterungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die verformungserzeugenden piezoelektrischen Betätigungsvorrichtungen (30, 30a) mit einer Wechselstromquelle verbunden sind, wobei die Wechselstromquelle eine Steuereinheit (32) umfaßt, die auf Parameter anspricht, welche mit der durch den vibrierenden Körper erzeugende Vibration variieren, und die einen Wechselstrom mit selektiv einstellbarer Spannung und Frequenz an die erste verformungserzeugende piezoelektrische Betätigungsvorrichtung (30) anlegt, den gleichen Strom um 90° phasenverschiebt und ihn an die zweite verformungserzeugende piezoelektrische Betätigungsvorrichtung (30a) anlegt.

4. Motorhalterungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Träger (14) zylindrisch ausgebildet ist.

5. Motorhalterungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren (33, 34) ein Kurbeldrehwinkelfühler und ein Motordrehzahlfühler sind.