DE602004001812T2

DE602004001812T2 - Schwingungsdämpfungseinrichtung

Info

Publication number: DE602004001812T2
Application number: DE602004001812T
Authority: DE
Inventors: Bernard Jacquet; Philippe Henriot; Jacques Dusi
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2003-07-02
Filing date: 2004-06-17
Publication date: 2007-03-29
Anticipated expiration: 2024-06-18
Also published as: ATE335940T1; FR2857072B1; EP1493941B1; DE602004001812D1; EP1493941A1; FR2857072A1; ES2270310T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schwingungsdämpfungsvorrichtung, die eine Gegenschwingung erzeugt, die dazu bestimmt ist, Schwingungen zu dämpfen, die von einer Schwingungsquelle auf eine Konstruktion übertragen werden. Die Konstruktion ist insbesondere das Chassis eines Kraftfahrzeuges und die Schwingungsquelle ist der Motor des Fahrzeuges insbesondere im Leerlauf.
Der Motor eines Kraftfahrzeuges erzeugt Schwingungen, die sich auf das Chassis des Fahrzeuges übertragen und für die Insassen unangenehm sein können. Um die Übertragung der Schwingungen zu begrenzen, werden auf allen Schwingungsübertragungswegen vom Motor zum Chassis Gummischeiben angeordnet, deren Festigkeit derart gewählt ist, dass die Schwingungen gefiltert werden. Die Anzahl der notwendigen Scheiben ist erheblich, da die Schwingungsübertragungswege vom Motor zum Chassis des Fahrzeuges sehr zahlreich sind. Das sind insbesondere die Verbindungen des Motors mit seinem Träger, die Verbindungsbereiche des Trägers zum Chassis des Fahrzeuges und die Befestigungsstellen der Stoßdämpfer der Aufhängung des Fahrzeuges. Die Filterung der Schwingungen, die auf das Chassis des Fahrzeuges übertragen werden, ist jedoch unvollständig, wenn die Eigenschaften der Scheiben so gewählt werden müssen, dass Schwingungen an der Anordnung aus einem Frequenzbereich gedämpft werden müssen, die auftreten können. Wenn es möglich ist, eine Gruppe von Scheiben zu finden, die in ausreichender Weise diese Schwingungen dämpfen, wenn der Motor in einem relativ hohem Drehzahlbereich läuft, ist weiterhin die Wahl der Scheiben schlecht für Schwingungen, die vom Motor im niedrigen Drehzahlbereich, insbesondere im Leerlaufbetrieb erzeugt werden.
Um die Schwingungsisolation des Chassis des Fahrzeugs und des Motors sowohl im hohen Drehzahlbereich als auch im niedrigen Dreh zahlbereich zu verbessern, ist es bereits vorgeschlagen worden, entweder hydraulische Scheiben oder Scheiben mit mehreren Zuständen zu verwenden, deren Eigenschaften von der betreffenden Frequenz der Schwingung abhängen. Diese Lösung ist jedoch sowohl kompliziert als auch mit hohen Kosten verbunden. Sie ist insbesondere deswegen mit hohen Kosten verbunden, weil sie es notwendig macht, eine hydraulische Scheibe oder eine Scheibe mit mehreren Zuständen pro Übertragungsweg vorzusehen. Es gibt sogar mehr als etwa zehn Übertragungswege, insbesondere für ein McPherson Fahrgestell, und die Kosten einer hydraulischen Scheibe oder einer Scheibe mit mehreren Zuständen betragen im Allgemeinen das Drei- bis Vierfache der Kosten einer herkömmlichen Scheibe aus Gummi.
Es ist gleichfalls vorgeschlagen worden, aktive gesteuerte Scheiben zu verwenden. Diese Scheiben sind Einrichtungen, die ihrerseits Schwingungen erzeugen und die auf den Übertragungswegen an Stelle der Gummischeiben angeordnet werden. Diese Einrichtungen sind jedoch noch teuerer als die vorhergehenden Einrichtungen. Man verwendet im Allgemeinen daher eine begrenzte Anzahl von aktiven Scheiben, die nur an einem Teil der Übertragungswege angeordnet werden, was jedoch ihre Wirksamkeit begrenzt.
Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, aktive Schwingungsdämpfungsvorrichtungen zu verwenden, die eine Einrichtung zum Erzeugen einer Gegenschwingung umfassen, die am Chassis des Fahrzeuges angeordnet wird. Diese Schwingungsdämpfungsvorrichtungen erzeugen Schwingungen mit der gleichen Frequenz (oder der gleichen Winkelfrequenz, was äquivalent ist, da beide Größen nur mit einem Faktor 2Π gleich sind) jedoch mit entgegen gesetzter Phase zu den Schwingungen, die vom Motorblock erzeugt werden. Diese Schwingungen überlagern sich den vom Motor erzeugten Schwingungen derart, dass die sich im Chassis des Fahrzeuges ergebende Schwingung gleich der Summe der Schwingung, die vom Motor erzeugt wird, und der Gegenschwingung ist, die von der Schwingungsdämpfungsvorrichtung erzeugt wird. Da die beiden Schwingungen entgegen gesetzte Phasen haben, wird die sich ergebende Schwingung deutlich gedämpft. Diese Vorrichtungen verwenden Erzeuger der Gegenschwingungen, die beispielsweise elektromechanische Schlagwerke sind und den Nachteil haben, dass sie sehr platzraubend und sehr schwer sind, insbesondere dann, wenn sie Gegenschwingungen mit hoher Leistung erzeugen sollen, was zum Dämpfen der Schwingungen notwendig ist, die von einem Motorblock erzeugt werden. Diese Vorrichtungen mit elektromechanischen Schlagwerken benötigen darüber hinaus starke Energiequellen.
Es ist gleichfalls bereits vorgeschlagen worden, Erzeuger von Gegenschwingungen zu verwenden, die aus vier Rotoren mit Unwuchten bestehen (siehe US-A-5213184). Jeder Rotor wird von einem Motor angetrieben, der hinsichtlich seiner Drehrichtung, seiner Drehgeschwindigkeit und seiner Winkelposition gesteuert werden kann. Derartige Vorrichtungen haben den Vorteil, dass sie Kräfte erzeugen können, deren Richtung, Frequenz, Phase und Amplitude nach Wunsch eingestellt werden können, und zwar wenigstens in einem gegebenen Bereich. Diese Vorrichtungen haben jedoch den Nachteil, dass eine komplizierte äußere Steuerung notwendig ist, und das große Massen verwandt werden, um Gegenschwingungen mit ausreichenden Leistungen zu erzeugen, um die Schwingungen zu dämpfen, die vom Motor eines Kraftfahrzeuges im Leerlauf erzeugt werden.
Aus der Druckschrift EP-A-0 999 379 ist gleichfalls eine Schwingungsdämpfungsvorrichtung bekannt, die ein piezoelektrisches Wirkungsglied und eine Steuereinrichtung verwendet.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, diese Nachteile dadurch zu vermeiden, dass eine Schwingungsdämpfungsvorrichtung vorgeschlagen wird, die dazu bestimmt ist, Schwingungen mit hoher Leistung an einer Konstruktion zu dämpfen, an der sie angeordnet ist.
Gegenstand der Erfindung ist hierzu eine Schwingungsdämpfungsvorrichtung mit einer Einrichtung zum Erzeugen einer Gegenschwingung und einer Steuereinrichtung, die darüber hinaus eine Kupplungseinrichtung umfasst, die mit der Einrichtung zum Erzeugen einer Gegenschwingung zusammen arbeitet, um die von der Einrichtung zum Erzeugen einer Gegenschwingung erzeugte Gegenschwingung zu verstärken.
Die Kupplungseinrichtung ist beispielsweise eine viskoelastische Scheibe, deren Festigkeit derart ist, dass die Resonanzfrequenz der Schwingungsdämpfungsvorrichtung unter der Frequenz der Gegenschwingung liegt.
Vorzugsweise liegt die Resonanzfrequenz der Schwingungsdämpfungsvorrichtung in der Nähe der Frequenz der Gegenschwingung.
Die viskoelastische Scheibe kann eine Scheibe, deren Festigkeit einstellbar ist und beispielsweise eine hydraulische Scheibe aus einem magnetorheologischen Fluid sein.
Vorzugsweise besteht die Einrichtung zum Erzeugen einer Gegenschwingung aus zwei Rotoren mit Unwuchten, die mechanisch derart gekoppelt sind, dass sie sich in entgegen gesetzte Richtungen jeweils mit der gleichen Geschwindigkeit drehen, sowie aus einem Antriebsmotor.
Die Einrichtung zum Erzeugen einer Gegenschwingung kann weiterhin einen Klopfer mit geringer Leistung umfassen.
Die Steuereinrichtung kann eine Einrichtung zum Erfassen der Frequenz und der Phase einer Schwingungsquelle, eine Einrichtung zum Erfassen der Phase der Gegenschwingung, die von der Einrichtung zum Erzeugen einer Gegenschwingung erzeugt wird, und ein Filter zum Erzeugen eines Steuersignals für die Einrichtung zum Erzeugen einer Ge genschwingung umfassen. Vorzugsweise ist das Filter vom Typ einer Kartographie.
Die Steuereinrichtung kann gleichfalls aus einer Einrichtung zum Erfassen der Frequenz einer Schwingungsquelle, einer Einrichtung zum Erfassen der Amplitude einer Schwingung und einem Filter zum Erzeugen eines Steuersignals für die Einrichtung zum Erzeugen einer Gegenschwingung bestehen. Vorzugsweise verwendet das Filter eine Steuergesetzmäßigkeit vom Typ der kleinsten Fehlerquadrate.
Darüber hinaus kann die Steuereinrichtung ein Signal zum Steuern der Festigkeit der viskoelastischen Scheibe erzeugen.
Wenn die Vorrichtung einen Klopfer mit niedriger Leistung umfasst, erzeugt die Steuereinrichtung ein Signal zum Steuern des Klopfers mit niedriger Leistung. Vorzugsweise ist das Signal zum Steuern des Klopfers mit niedriger Leistung ein periodisches Breitbandsignal.
Die Erfindung betrifft gleichfalls ein Kraftfahrzeug, das wenigstens eine Vorrichtung gemäß der Erfindung umfasst, die dazu bestimmt ist, Schwingungen zu dämpfen, die von der Motorgetriebegruppe (GMP) auf das Chassis übertragen wird.
Vorzugsweise hat die Gegenschwingung, die von der Schwingungsdämpfungsvorrichtung ausgegeben wird, eine Frequenz gleich einer Harmonischen der Schwingung, die von der Motorgetriebegruppe erzeugt wird, wenn diese im Leerlauf arbeitet. Wenn die Motorgetriebegruppe vom 4-Zylinder-4-Takt-Typ ist, ist die Frequenz der Gegenschwingung vorzugsweise gleich der zweiten Harmonischen der Schwingung, die von der Motorgetriebegruppe im Leerlauf erzeugt wird.
Die Erfindung wird im Folgenden mehr im Einzelnen und nicht beschränkend anhand der zugehörigen Figuren beschrieben, in denen
1 eine schematische Ansicht einer Konstruktion zeigt, an der eine Schwingungsquelle und eine Schwingungsdämpfungsvorrichtung angebracht sind, die einen Erzeuger von Gegenschwingungen, eine Ver stärkungseinrichtung aus einer viskoelastischen Scheibe und eine Steuereinrichtung umfasst, die mit offenem Wirkungskreis arbeitet,
2 eine graphische Darstellung zeigt, die den Verstärkungsfaktor der Gegenschwingung wiedergibt, die von der Kupplungseinrichtung in Abhängigkeit von der Frequenz der übertragenen Schwingung übertragen wird,
3 eine Konstruktion zeigt, die eine Schwingungsquelle und eine Schwingungsdämpfungsvorrichtung vom Typ trägt, der in 1 dargestellt ist, sowie eine Steuereinrichtung umfasst, die mit geschlossenem Wirkungskreis arbeitet,
4 eine Konstruktion zeigt, die eine Schwingungsquelle und eine Schwingungsdämpfungsvorrichtung trägt, die eine Einrichtung zum Erzeugen einer Gegenschwingung, eine Kupplungseinrichtung, die aus einer viskoelastischen Scheibe mit veränderbarer Festigkeit besteht, und eine Steuereinrichtung mit geschlossenem Wirkungskreis umfasst,
5 in schematischer Weise eine Konstruktion zeigt, die eine Schwingungsquelle, eine Schwingungsdämpfungsvorrichtung, die eine Einrichtung zum Erzeugen einer Gegenschwingung umfasst, die aus zwei Rotoren besteht, eine Kupplungseinrichtung und eine Einrichtung zum Erzeugen einer komplementären Gegenschwingung umfasst, die aus einem Klopfer besteht, und eine Steuereinrichtung mit geschlossenem Wirkungskreis trägt,
6 eine schematische Ansicht einer Konstruktion zeigt, an der eine Schwingungsquelle, eine Schwingungsdämpfungsvorrichtung, die aus einer Einrichtung zum Erzeugen einer Gegenschwingung aus zwei Rotoren, einer Kupplungseinrichtung und einer Einrichtung zum Erzeugen einer komplementären Gegenschwingung aus einem Klopfer besteht, und eine Steuereinrichtung mit offenem Wirkungskreis trägt.
In den Figuren sind zur Deutlichkeit identische Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist in schematischer Weise ein Konstruktion 1 dargestellt, die beispielsweise aus dem Chassis eines Kraftfahrzeuges besteht und an der eine Schwingungsquelle 2 angeordnet ist, die beispielsweise der Motorblock des Kraftfahrzeuges ist, welcher Motorblock mit der Konstruktion 1 über eine Scheibe 3 verbunden ist, die die Gruppe der Übertragungswege der Schwingungen wiedergibt, die von der Schwingungsquelle 2 auf die Konstruktion 1 übertragen werden. An der Konstruktion 1 ist eine Schwingungsdämpfungsvorrichtung angeordnet, die allgemein mit dem Bezugszeichen 4 versehen ist und eine Einrichtung 5 zum Erzeugen einer Gegenschwingung, eine Kupplungseinrichtung 6, die zwischen der Einrichtung 5 zum Erzeugen einer Gegenschwingung und der Konstruktion 1 angeordnet ist, und eine Steuereinrichtung 10 umfasst.
Die Einrichtung 5 zum Erzeugen einer Gegenschwingung besteht aus zwei Rotoren 7 und 7', die jeweils eine Umwucht 8 und 8'' tragen und mechanisch gekoppelt sind, sowie von einem Motor 9 angetrieben werden. Die mechanische Kopplungseinrichtung der Rotoren 7 und 7'' ist beispielsweise eine Getriebeeinrichtung, die so gestaltet ist, dass sich die beiden Rotoren 7 und 7' in umgekehrter Richtung mit der gleichen Geschwindigkeit drehen. Die Antriebseinrichtung 9 ist beispielsweise ein Elektromotor, der auf der Drehachse eines der Rotoren sitzt. Die beiden Rotoren 7 und 7' sind symmetrisch bezüglich einer Achse A derart angeordnet, dass die beiden Umwuchten 8 und 8'' zu jedem Zeitpunkt symmetrisch bezüglich dieser Achse sind. Vorzugsweise verläuft die Achse A senkrecht zur Konstruktion 1.
Die Kupplungseinrichtung 6, die zwischen der Konstruktion 1 und der Einrichtung zum Erzeugen einer Gegenschwingung 5 angeordnet ist, besteht aus einer viskoelastischen Scheibe, beispielsweise aus Gummi. Die aus der Einrichtung 5 zum Erzeugen einer Gegenschwingung 5 und der Kupplungseinrichtung 6 bestehende Anordnung bildet einen Schwinger, dessen Kreisfrequenz ω₀ einerseits von der Masse der Ein richtung 5 zum Erzeugen einer Gegenschwingung und andererseits von der Festigkeit der Kupplungseinrichtung 6 abhängt. Die Festigkeit der Kupplungseinrichtung 6 ist derart gewählt, dass die Resonanzkreisfrequenz des Schwingers, der aus der Einrichtung 5 zum Erzeugen einer Gegenschwingung und der Kupplungseinrichtung 6 besteht, unterhalb und vorzugsweise etwas unterhalb der Kreisfrequenz einer Harmonischen der Schwingung liegt, die von der Schwingungsquelle 2 erzeugt wird und die zu dämpfen ist. Wenn unter diesen Umständen die Einrichtung 5 zum Erzeugen einer Gegenschwingung eine Gegenschwingung mit der Kreisfrequenz ω_m gleich der Kreisfrequenz einer Harmonischen der Schwingung erzeugt, die von der Schwingungsquelle 2 erzeugt wird und zu dämpfen ist, ist das Verhältnis der Kraft, die dann auf die Konstruktion 1 übertragen wird, zu der Kraft, die auf die Konstruktion 1 ohne die Kupplungseinrichtung 6 übertragen würde, viel größer wie es sich aus 2 ergibt. In dieser Figur, die den Verlauf der Amplitude der Schwingung eines viskoelastischen Schwingers in Abhängigkeit von der Amplitude der Anregungsschwingung zeigt, ist erkennbar, dass dann, wenn die Frequenz der Anregungsschwingung gleich Null ist, die Amplitude der Schwingung des Schwingers gleich einer Amplitude der Schwingung des Schwingers ist, wenn die Frequenz der Anregungsschwingung gleich der Resonanzfrequenz ω₀ des Schwingers ist, die Amplitude der Schwingung des Schwingers maximal wird, wenn die Frequenz der Anregungsschwingung des Schwingers die Resonanzfrequenz übersteigt, und die Amplitude der Schwingung des Schwingers abnimmt und gegen Null geht, wenn die Frequenz nach unendlich geht. In dieser Figur ist erkennbar, dass bei einer Kreisfrequenz ω über einer kritischen Frequenz ω_c die Amplitude der vom Schwinger übertragenen Schwingung unter 1 liegt, was der üblichen Arbeitsweise von viskoelastischen Scheiben entspricht, die dazu bestimmt sind, Schwingungen zu dämpfen. Wenn die Kreisfrequenz ω unter der kritischen Frequenz ω_c liegt, ist die vom Schwinger übertragene Schwingung größer als die Anregungsschwingung. Es ist somit erkennbar, das dann, wenn die Kreisfrequenz ω_m der Schwingung, die zu dämpfen ist, indem eine Gegenschwingung mit einer Frequenz ω_m erzeugt wird, unter der kritischen Frequenz ω_c liegt, die Kupplungseinrichtung 6 die Funktion einer Verstärkung der Schwingung hat, die von der Einrichtung 5 zum Erzeugen einer Gegenschwingung erzeugt wird. Diese Gegenschwingung ist umso größer je näher die Kreisfrequenz ω_m der zu dämpfenden Schwingung an der Resonanzfrequenz ω₀ der Vorrichtung liegt.
Die Steuereinrichtung 10 ist ein Filter, das von einem Messfühler 11, der an der Schwingungsquelle 2 angebracht ist, ein Signal empfängt, das die Frequenz der Schwingungsquelle 2 wiedergibt, und von einem Messfühler 12, der sich gleichfalls an der Schwingungsquelle 2 befindet, ein Signal empfängt, das die Phase der Schwingung wiedergibt, die von der Schwingungsquelle 2 erzeugt wird. Das Filter der Steuereinrichtung 10 empfängt gleichfalls von einem Messfühler 13, der an der Einrichtung zum Erzeugen einer Gegenschwingung angebracht ist, ein Signal, das die Position der beiden Rotoren 7 und 7'' zu jedem Zeitpunkt, d. h., die Phase der Gegenschwingung angibt, die von der Einrichtung zum Erzeugen einer Gegenschwingung erzeugt wird. Aus den Signalunterschieden und mittels eines kartographischen Verfahrens, das an sich bekannt ist, erzeugt das Filter der Steuereinrichtung 10 ein Signal 14 zum Steuern des Motors 9 der Einrichtung zum Erzeugen einer Gegenschwingung. Dieses Steuersignal ist ein Signal, das einerseits die Drehgeschwindigkeit des Motors und andererseits den Zeitpunkt steuert, an dem der Motor in Gang gesetzt wird, derart, dass die Gegenschwingung, die von der Einrichtung 5 erzeugt wird, die gleiche Frequenz wie die Schwingung hat, die von der Schwingungsquelle 2 erzeugt wird, dazu aber die entgegen gesetzte Phase hat. Wenn die Konstruktion 1 das Chassis eines Kraftfahrzeuges ist, und wenn die Schwin gungsquelle 2 die Motorgetriebegruppe des Kraftfahrzeuges ist, wird die Resonanzfrequenz ω₀ der Schwingungsdämpfungsvorrichtung so gewählt, dass sie etwas unter der Frequenz ω_m einer Harmonischen der Schwingung liegt, die von der Motorgetriebegruppe des Kraftfahrzeuges im Leerlauf erzeugt wird. Diese Harmonische wird in Abhängigkeit von der Art des Motors gewählt. Beispielsweise bei einem 5-Zylinder-4-Takt-Motor wird vorzugsweise die zweite Harmonische gewählt, bei einem 6-Zylinder Motor wird die dritte Harmonische gewählt und bei einem 2-Zylinder Motor wird die erste Harmonische gewählt. Bei einem 4-Zylinder-4-Takt-Motor liegt die Frequenz der zweiten Harmonischen im Allgemeinen in der Nähe von 27 Hz. Wenn die Motorgruppe des Kraftfahrzeuges im Leerlauf arbeitet, liefert die Steuereinrichtung 10 für die schwingungsdämpfende Vorrichtung 4 dem Motor 9 ein Steuersignal 14, damit sich der Motor 9 mit einer Geschwindigkeit dreht, die so gestaltet ist, dass die Frequenz der Gegenschwingung, die von der Einrichtung 5 zum Erzeugen einer Gegenschwingung erzeugt wird, gleich der Kreisfrequenz ω_m der zweiten Harmonischen der Schwingung ist, die von der Motorgetriebegruppe des Kraftfahrzeuges erzeugt wird. Die Steuereinrichtung 10 liefert gleichfalls ein derartiges Signal, dass die Gegenschwingung, die von der Einrichtung 5 zum Erzeugen einer Gegenschwingung erzeugt wird, eine zu der Schwingung entgegen gesetzte Phase hat, die vom Motor 2 erzeugt wird. Unter diesen Bedingungen und bei einer Kreisfrequenz ω_m der Gegenschwingung in der Nähe der Resonanzfrequenz ω₀ der Schwingungsdämpfungsvorrichtung ist die Verstärkung der Schwingung maximal, die von der Einrichtung 5 zum Erzeugen einer Gegenschwingung erzeugt wird. Aufgrund dieser Verstärkung, die einen Faktor von mehr als 3 haben kann, ist es möglich, die Schwingung zu dämpfen, die in der Konstruktion 1 durch die Motorgruppe 2 erzeugt wird, und zwar mit einer Einrichtung 5 zum Erzeugen von Gegenschwingungen, deren Umwuchten 8 und 8'' relativ gering sind. Ihre Gewichte liegen in der Größenordnung von einigen Gramm.
Wenn die Drehzahl der Motorgruppe zunimmt, nimmt die Frequenz der Schwingung zu, die von der Motorgruppe erzeugt wird. Wenn diese Frequenz einen gewissen Wert überschreitet, erzeugt das Filter 10 einen Befehl für den Motor 9, der dazu führt, dass der Motor 9 mit einer noch höheren Geschwindigkeit läuft, derart, dass eine Gegenschwingung erzeugt wird, deren Kreisfrequenz ω' über der Kreisfrequenz ω_m liegt, die dem Leerlaufbereich des Motors entspricht. Wie es in 2 dargestellt ist, nimmt der Verstärkungsfaktor der Gegenschwingung ab, wenn die Kreisfrequenz ω' über der Kreisfrequenz ω_m liegt. Die Amplitude der Gegenschwingung, die durch die Drehung der Rotoren erzeugt wird, ist in dessen proportional zur Kreisfrequenz ω und der Verstärkungsfaktor nimmt nach einem Gesetz etwa 1/ω² ab, während die Amplitude der Gegenschwingung, die auf die Konstruktion 1 übertragen wird, annähernd konstant bleibt.
Bei einer Variante, die in 3 dargestellt ist, wird die Schwingung, die auf die Konstruktion 1 durch die Schwingungsquelle 2 über die Scheibe 3 übertragen wird, mittels einer Schwingungsdämpfungsvorrichtung gedämpft, die allgemein mit dem Bezugszeichen 4 versehen ist, und eine Einrichtung 5 zum Erzeugen einer Gegenschwingung, die aus Rotoren mit Unwuchten besteht, die sich in entgegen gesetzten Richtungen drehen, einer viskoelastischen Kupplungseinrichtung 6, die eine Verstärkungsfunktion hat, und einer Steuereinrichtung 20 umfasst, die mit geschlossenem Wirkungskreis arbeitet. Die Steuereinrichtung 20, die gleichfalls ein Filter ist, empfängt von einem Messfühler 21, der sich an der Schwingungsquelle 2 befindet, ein Signal der Frequenz und von einem Messfühler 22, der sich an der Konstruktion 1 befindet, ein Signal für die Amplitude der Schwingung der Konstruktion 1. Mittels dieser Eingangssignale bildet das Filter eine Steuergröße 23, die dem Rotor 9 zugeführt wird. Das dem Motor 9 zugeführte Steuersignal ist ein Drehgeschwindigkeitssignal. Das Drehgeschwindigkeitssignal wird vom Filter über eine Steuergesetzmäßigkeit vom Typ der kleinsten Fehlerquadrate gebildet, indem ein selbstadaptiver Algorithmus, ein so genannter Gradientenalgorithmus verwandt wird. Derartige Steuergesetzmäßigkeiten oder derartige Algorithmen sind an sich bekannt.
Bei einer dritten Ausführungsform, die in 4 dargestellt ist, besteht die Schwingungsdämpfungsvorrichtung, die allgemein mit 24 bezeichnet ist und dazu bestimmt ist, eine Schwingung zu dämpfen, die von einer Schwingungsquelle 2 über eine Scheibe 3 auf eine Konstruktion 1 übertragen wird, aus einer Einrichtung 5 zum Erzeugen einer Gegenschwingung, die von zwei Rotoren 7 und 7'' gebildet ist, die mit Unwuchten 8 und 8'' versehen sind, die mechanisch verbunden sind und von einem Motor 9 angetrieben werden, welche Einrichtung mit der Einrichtung zum Erzeugen einer Gegenschwingung identisch ist, die im Vorherigen beschrieben wurde, aus einer Kupplungseinrichtung 26, die zwischen der Einrichtung 5 zum Erzeugen einer Gegenschwingung und der Konstruktion 1 vorgesehen ist und aus einer Steuereinrichtung 27. Die Kupplungseinrichtung 26 ist eine viskoelastische Scheibe mit einer variablen Steifigkeit, die beispielsweise aus einer hydrodynamischen Scheibe aus einem magnetorheologischen Fluid besteht, die an sich bekannt ist. Derartige Scheiben mit einer variablen Festigkeit sind Scheiben, bei denen die Festigkeit durch Anlegen eines elektrischen Signals gesteuert werden kann. Die Steuereinrichtung 27, wie sie dargestellt ist, ist eine Steuereinrichtung mit geschlossenem Wirkungskreis, die von einem Messfühler 28, der sich an der Schwingungsquelle 2 befindet, ein Frequenzsignal und von einem Messfühler 29, der sich an der Konstruktion 1 befindet, ein Amplitudensignal der Schwingung der Konstruktion 1 empfängt. Die Steuereinrichtung 27, die ein Filter umfasst, das nach der Steuergesetzmäßigkeit vom Typ der kleinsten Fehlerquad rate arbeitet, bildet einerseits ein Signal 30 zum Steuern des Motors 9 der Einrichtung 5 zum Erzeugen einer Gegenschwingung und andererseits ein Signal 31 zum Steuern der Festigkeit, das an der Scheibe 26 mit variabler Festigkeit liegt. Es versteht sich, dass die Steuereinrichtung 27 eine mit geschlossenem Wirkungskreis arbeitende Steuereinrichtung ist, dass jedoch diese Vorrichtung auch eine Steuereinrichtung mit offenem Wirkungskreis sein kann, wie es im Vorhergehenden beschrieben wurde. Sie umfasst dann einen Phasenmessfühler, der sich an der Schwingungsquelle 2 befindet, und einen Phasenmessfühler, der sich an der Einrichtung 5 zum Erzeugen einer Gegenschwingung befindet, und keinen Messfühler für die Schwingungsamplitude, der sich an der Konstruktion 1 befindet.
Eine derartige Vorrichtung hat den Vorteil, dass es möglich ist, die Festigkeit der Scheibe 26 mit variabler Festigkeit in Abhängigkeit von der Frequenz der Schwingung anzupassen, die zu dämpfen ist, und somit die Resonanzfrequenz des Schwingers zu verändern, der aus der Einrichtung 5 zum Erzeugen einer Gegenschwingung und der Scheibe 26 mit variabler Festigkeit besteht, und zwar in Abhängigkeit von der Frequenz ω der Gegenschwingung, die zu erzeugen ist. Dadurch ist es möglich, gleichzeitig die Frequenz der Gegenschwingung, die durch die Schwingungsdämpfungsvorrichtung erzeugt wird, und die Amplitude der Gegenschwingung zu steuern.
Bei einem vierten Ausführungsbeispiel, das in 5 dargestellt ist, ist die allgemein mit 34 bezeichnete Schwingungsdämpfungsvorrichtung dazu bestimmt, Schwingungen einer Konstruktion 1 zu dämpfen, die von einer Schwingungsquelle 2 erzeugt und über eine Scheibe 3 übertragen werden, welche Vorrichtung aus einer Einrichtung 5 zum Erzeugen einer Gegenschwingung, die zwei Rotoren mit Unwuchten umfasst, die sich in entgegen gesetzten Richtungen drehen, einer Kupplungseinrichtung 36, die aus einer viskoelastischen Scheibe besteht, und weiterhin einem dynamischen Klopfer 35 geringer Leistung besteht. Die Vorrichtung umfasst gleichfalls eine Steuereinrichtung 37, die die Form einer Steuereinrichtung mit geschlossenem Wirkungskreis hat.
Der dynamische Schwinger 35 mit niedriger Leistung, der beispielsweise ein elektromechanischer Schwinger bekannten Typs ist, und eine Masse umfasst, die über ein Solenoid in Bewegung gesetzt wird, erlaubt es, einer Gegenschwingung, die durch die Einrichtung 5 zum Erzeugen einer Gegenschwingung mit Unwuchten erzeugt wird, eine ergänzende Gegenschwingung zu überlagern, um die Amplitude der Gegenschwingung einzustellen. Der dynamische Klopfer hat gleichfalls den Vorteil, dass ein Breitbandsteuersignal, d. h., ein Signal empfangen werden kann, dessen Frequenzspektrum eine Gruppe von Harmonischen umfasst. Es ist somit möglich, einer Gegenschwingung, die durch die Einrichtung 34 zum Erzeugen einer Gegenschwingung erzeugt wird, ein Breitbandsignal zu überlagern, um nicht nur eine Hauptharmonische der Schwingung, die von der Schwingungsquelle 2 erzeugt wird, sondern auch die Nebenharmonischen zu dämpfen.
Bei dieser Ausführungsform ist der dynamische Klopfer 35 mit geringer Leistung direkt an der Konstruktion 1 angeordnet und befindet sich die Kupplungseinrichtung 36 zwischen dem dynamischen Klopfer 35 geringer Leistung und der Einrichtung 34 zum Erzeugen einer Gegenschwingung.
Die Steuereinrichtung 37 empfängt ein Frequenzsignal, das von einem Messfühler 38 kommt, der an der Schwingungsquelle 2 angeordnet ist, und ein Schwingungsamplitudensignal, das von einem Messfühler 39 ausgegeben wird, der sich an der Konstruktion 1 befindet, und ermöglicht einerseits einen Einstellwert 40 der Geschwindigkeit für den Motor 9 der Einrichtung zum Erzeugen einer Gegenschwingung und andererseits einen Stellwert 41 für den dynamischen Klopfer 35 mit geringer Leistung. Dieser Einstellwert ist ein periodisches Signal gegebenen falls in einem Breitband, dessen Amplitude und Phase in Abhängigkeit von den Signalen eingestellt sind, die von der Steuereinrichtung empfangen werden. Die Steuereinrichtung 37 kann gleichfalls eine Steuereinrichtung mit offenem Wirkungskreis sein, wie es im Vorhergehenden beschrieben wurde, die eine Steuergröße für den Motor 9 und eine Steuergröße 41 für den dynamischen Vibrator 35 mit geringer Leistung ausgibt.
In 6 ist eine Variante des vorhergehenden Ausführungsbeispiels dargestellt. Bei dieser Variante umfasst die Schwingungsdämpfungsvorrichtung, die dazu bestimmt ist, Schwingungen einer Konstruktion 1 zu dämpfen, die von einer Schwingungsquelle 2 über eine Scheibe 3 übertragen werden, eine Einrichtung 5 zum Erzeugen von Gegenschwingungen mit zwei Rotoren 7 und 7', die mit zwei Unwuchten 8 und 8' versehen sind und von einem Motor 9 angetrieben werden, eine Kupplungseinrichtung 46, die aus einer viskoelastischen Scheibe besteht, die zwischen der Einrichtung 5 zum Erzeugen der Gegenschwingungen und der Konstruktion 1 angeordnet ist, und einen dynamischen Klopfer 45 mit geringer Leistung, der sich an der Einrichtung 5 zum Erzeugen der Gegenschwingungen befindet. Die Steuereinrichtung 42 ist eine Steuereinrichtung mit offenem Wirkungskreis, die von einem Schwingungsmessfühler 48, der sich an der Schwingungsquelle 2 befindet, ein Frequenzsignal, von einem Messfühler 49, der sich an der Schwingungsquelle 2 befindet, ein Phasensignal der von der Schwingungsquelle 2 ausgegebenen Schwingung und ein Signal 50 empfängt, das von der Einrichtung 5 zum Erzeugen der Gegenschwingungen stammt. Die Steuereinrichtung 47 gibt einerseits ein Steuersignal 51 für den Motor 9 der Einrichtung 5 zum Erzeugen von Schwingungen und andererseits ein Steuersignal 52 für den dynamischen Klopfer 45 mit geringer Leistung aus. Die Steuereinrichtung 42 umfasst einen Filter vom Typ eines kartographischen Filters. Die Steuereinrichtung 47, die im Vorhergehenden beschrieben wurde, war eine Steuereinrichtung mit offenem Wirkungskreis, diese Einrichtung kann jedoch auch eine Steuereinrichtung mit geschlossenem Wirkungskreis sein, wie sie oben beschrieben wurde. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel nur in der relativen Anordnung der Einrichtung 5 zum Erzeugen einer Gegenschwingung, der Kupplungseinrichtung 46 und dem dynamischen Klopfer 45 mit niedriger Leistung. Es ist genau so aufgebaut wie das vorhergehende Ausführungsbeispiel. Es hat daher die gleichen Wirkungen.
Bei dem Ausführungsbeispiel und seiner Variante, die beschrieben wurden, besteht die Kupplungseinrichtung 36 oder 46 aus einer passiven viskoelastischen Scheibe. In beiden Fällen kann die viskoelastische Scheibe jedoch auch eine viskoelastische Scheibe mit variabler Festigkeit sein, die beispielsweise aus einer viskoelastischen hydrodynamischen Scheibe aus einem magnetorheologischen Fluid besteht. In diesem Fall erzeugt die Steuereinrichtung auch ein Steuersignal für die Festigkeit der viskoelastischen Scheibe mit variabler Festigkeit. Bei einer derartigen Vorrichtung ist es möglich, nicht nur die Frequenz der Hauptgegenschwingung, die von der Einrichtung 5 zum Erzeugen von Gegenschwingungen erzeugt wird, sondern gleichfalls die Amplitude der Schwingung zu steuern, die auf die Konstruktion 1 übertragen wird, und schließlich dieser Hauptgegenschwingung eine sekundäre Gegenschwingung mit niedriger Amplitude zu überlagern, die von dem dynamischen Klopfer 45 geringer Leistung erzeugt wird, welche komplementäre Gegenschwingung eine Breitbandgegenschwingung ist.
Bei den Ausführungsbeispielen, die beschrieben wurden, ist die Einrichtung zum Erzeugen einer Gegenschwingung eine Gegenschwingungseinrichtung, die aus zwei Rotoren mit Unwuchten besteht. Der Fachmann versteht jedoch, dass diese Einrichtung zum Erzeugen einer Gegenschwingung auch eine Einrichtung zum Erzeugen einer Gegenschwingung irgendeines Typs sein kann.
Wenn eine Schwingungsdämpfungsvorrichtung an einem Kraftfahrzeug angebracht ist, um die Schwingungen zu dämpfen, die auf das Chassis durch die Motorgruppe übertragen werden, kann die Schwingungsdämpfungsvorrichtung an irgendeiner Stelle des Chassis angebracht sein, sie ist vorzugsweise jedoch an einer Stelle angebracht, die einem Schwingungsbauch entspricht. Wenn eine derartige Vorrichtung über eine Steuereinrichtung mit geschlossenem Wirkungskreis angesteuert wird, kann der Messfühler für die Schwingungsamplitude, der an der Konstruktion angebracht sein kann, an irgendeiner Stelle des Chassis angebracht sein. Es ist jedoch bevorzugt, ihn in der Nähe des Sitzes des Fahrers oder wenigstens in der Nähe des Karosseriegehäuses anzuordnen, das zur Aufnahme der Insassen bestimmt ist, und vorzugsweise an einer Stelle, die einem Schwingungsbauch des Chassis entspricht.

Claims

Schwingungsdämpfungsvorrichtung (4, 24, 34, 44) mit einer Einrichtung (5) zum Erzeugen einer Gegenschwingung und einer Steuereinrichtung (10, 20, 27, 47), dadurch gekennzeichnet, dass sie weiterhin eine Kupplungseinrichtung (6, 26, 36, 46) vom Typ einer viskoelastischen Scheibe umfasst, die mit der Einrichtung (5) zum Erzeugen einer Gegenschwingung zusammenarbeitet, um die von der Einrichtung zum Erzeugen einer Gegenschwingung erzeugte Gegenschwingung zu verstärken.
Schwingungsdämpfungsvorrichtung (4, 24, 34, 44) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungseinrichtung (6, 36, 46) eine viskoelastische Scheibe ist, deren Festigkeit so gewählt ist, dass die Resonanzfrequenz der Schwingungsdämpfungsvorrichtung (4) unter der Frequenz der Gegenschwingung liegt.
Schwingungsdämpfungsvorrichtung (4, 24, 34, 44) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Resonanzfrequenz der Schwingungsdämpfungsvorrichtung in der Nähe der Frequenz der Gegenschwingung liegt.
Schwingungsdämpfungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die viskoelastische Scheibe eine Scheibe (26) ist, deren Festigkeit einstellbar ist.
Schwingungsdämpfungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe (26), deren Festigkeit einstellbar ist, eine hydraulische Scheibe aus einem magnetorheologischen Flu id ist.
Schwingungsdämpfungsvorrichtung (4, 24, 34, 44) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (5) zum Erzeugen einer Gegenschwingung aus zwei Rotoren (7, 7'), die mit Unwuchten (8, 8') versehen sind und mechanisch so miteinander verbunden sind, dass sie sich in einer zueinander umgekehrten Richtung mit derselben Geschwindigkeit drehen, und einem Antriebsmotor besteht.
Schwingungsdämpfungsvorrichtung (34, 44) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiterhin einen Klopfer (35, 45) mit geringer Leistung umfasst.
Schwingungsdämpfungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (10, 47) ein Filter ist, das von einem Messfühler (11, 48) ein Schwingungsfrequenzsignal und von einem Messfühler (12, 49) ein Schwingungsphasensignal sowie von einem Messfühler (13, 50) ein Signal der Phase einer Gegenschwingung empfängt und das wenigstens ein Steuersignal für die Einrichtung (5) zum Erzeugen einer Gegenschwingung erzeugt.
Schwingungsdämpfungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Filter vom Typ einer Kartographie ist.
Schwingungsdämpfungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (20, 27, 37) ein Filter ist, das von einem Messfühler (21, 28, 38) ein Schwingungsfrequenzsignal und von einem Messfühler (22, 29, 39) ein Schwingungsamplitudensignal empfängt und wenigstens ein Signal zum Steuern der Einrichtung (5) zum Erzeugen einer Gegenschwingung erzeugt.
Schwingungsdämpfungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Filter eine Steuergesetzmäßigkeit vom Typ der kleinsten Fehlerquadrate verwendet.
Schwingungsdämpfungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (27) ein Signal zum Steuern der Festigkeit der viskoelastischen Scheibe (26) erzeugt, deren Festigkeit einstellbar ist.
Schwingungsdämpfungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (37, 47) ein Signal zum Steuern des Klopfers (35, 45) mit geringer Leistung erzeugt.
Schwingungsdämpfungsvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal zum Steuern des Klopfers (37, 47) mit geringer Leistung ein Breitbandsignal ist.
Kraftfahrzeug dadurch gekennzeichnet, dass es wenigstens eine Schwingungsdämpfungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 umfasst, die dazu bestimmt ist, die Schwingungen zu dämpfen, die vom Motorblock auf die Karosserie übertragen werden.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungsdämpfungsvorrichtung eine Gegenschwingung mit einer Frequenz gleich einer Harmonischen der Schwingung abgibt, die von der Motorgetriebegruppe erzeugt wird, wenn sich diese im Leerlauf dreht.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorgetriebegruppe von 4-Zylinder-4-Takt-Typ ist und die Frequenz der Gegenschwingung gleich der zweiten Harmonischen der Schwingung ist, die von der Motorgetriebegruppe im Leerlauf erzeugt wird.