DE102004013342B3 - Instrumententafelträger - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Instrumententafelträger für ein Kraftfahrzeug, der ein sich zwischen den A-Säulen der Kraftfahrzeugkarosserie erstreckendes Tragprofil 5 aufweist. Dem Tragprofil 5 ist eine aktive Anordnung zur Schwingungsdämpfung zugeordnet. Die Anordnung weist einen im Anbindungsbereich 8 von Lenksäule 9 und Tragprofil 5 angeordneten Einmassenschwinger 10 auf, der unterhalb der Lenksäule 9 angeordnet ist. Im Gehäuse 11 des Einmassenschwingers 10 ist raumbeweglich ein Massekörper 12 angeordnet, welcher über Aktuatoren 14 in Form von keramischen Piezoelementen zu Schwingungen anregbar ist. Hierbei ist der Massekörper 12 über Feder-Dämpfereinheiten 13 und die Aktuatoren 14 mit dem Gehäuse gekoppelt. Über den Einmassenschwinger 10 können aus dem Fahrbetrieb eingeleitete Schwingungen überlagert und kompensiert werden.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Instrumententafelträger für ein Kraftfahrzeug, der ein sich zwischen den A-Säulen der Kraftfahrzeugkarosserie erstreckendes Tragprofil aufweist, wobei dem Tragprofil ein aktives System zur Schwingungsdämpfung zugeordnet ist.
• Instrumententafelträger erstrecken sich bei einem Kraftfahrzeug quer zwischen den A-Säulen. In herkömmlicher Bauweise besteht ein Instrumententafelträger im wesentlichen aus einem Tragprofil, z.B. einem Rohr mit diversen Halterungen für die Instrumententafel selber sowie zur Halterung bzw. Befestigung weiterer Fahrzeugkomponenten, wie Heizungs- und Klimaanlage, Airbag, Lenksäule, Mittelkonsole, Sicherungskasten oder Handschuhfach.
• Grundsätzlich muss der Instrumententafelträger verschiedene Funktionen erfüllen. Er dient neben der Versteifung der Karosserie zur Energieaufnahme im Crashfall und zum Verbinden verschiedener Raumpunkte bzw. zur Festlegung der diversen Halter.
• Wesentlich ist ferner, dass der Instrumententafelträger für den Betrieb in unterschiedlichsten Frequenzbereichen geeignet sein muss, weil im Fahrbetrieb diverse Schwingungen, beispielsweise durch Fahrwerks- oder Motoranregung, auftreten. Zur Kompensierung solcher Schwingungen ist in der DE 101 12 738 C1 eine aktive Anordnung zur Schwingungsdämpfung vorgesehen. Hierbei sind Piezoelemente im Anbindungsbereich zwischen den A-Säulen und dem Tragprofil sowie im Anbindungsbereich der Lenksäule am Tragprofil positioniert. Bei Auftreten einer Schwingung des Instrumententafelträgers im Fahrbetrieb wird diese sensorisch erfasst und durch eine aktiv erzeugte Kompensationsschwingung gedämpft. Der bekannte Vorschlag ist innovativ und kann das Fahrverhalten und den Fahrkomfort deutlich verbessern.
• Durch die DE 39 39 822 A1 zählt ferner ein schwingungsdämpfendes System für ein Kraftfahrzeug zum Stand der Technik, welches eine Steuereinheit aufweist, die Störschwingungen erfasst und darauf aufbauend Steuersignale an mindestens ein Stellglied zur Beaufschlagung eines im Fahrzeug angeordneten Schwingkörpers abgibt. Über den Schwingkörper sollen die Fahrzeug-Störschwingungen überlagernde und dabei dämpfende phasenverschobene Gegenschwingungen in das Kraftfahrzeug eingeleitet werden. Der Schwingkörper wird durch ein fahrzeugeigenes Funktionselement gebildet, beispielsweise die Fahrzeugbatterie oder den Motorkühler. Als Stellglieder kommen piezokeramische Aktuatoren zur Anwendung.
• Die JP 2-225 839 (A) offenbart ein aktives System zur Schwingungsdämpfung, das einen Einmassenschwinger mit einem Massekörper aufweist, der über einen piezoelektrischen Stapelaktor zu Schwingungen in eine Richtung anregbar ist. Dazu nimmt ein zur Sensorik gehörender Beschleunigungssensor Vibrationen an einem Tragprofil auf. Ein Bandbreitenfilter isoliert dann den Frequenzbereich, in dem eine Schwingungsdämpfung durchzuführen ist. Anschließend wird das Signal in weiteren Einheiten verstärkt und phasenverschoben. Das Ausgangssignal, das nunmehr die notwendige Spannung aufweist, speist schließlich den Stapelaktor. Der Einmassenschwinger ist so platziert, dass er mit seinen Kompensations schwingungen Schwingungen rotierender Elemente beispielsweise eines Motors ausgleicht.
• Mit der DE 197 25 770 C2 gehört ein elastisches System zum Stand der Technik, das zur Dämpfung von Schwingungen in einem gegenüber einem passiven Schwingungstilger verbreiterten Frequenzbereich vorgesehen ist. Dazu ist ein passiver Schwingungstilger mit einem aktiven schwingungserzeugenden System in Reihe geschaltet. Der passive Schwingungstilger besteht aus einer ersten Masse, die an einer Feder von einer Basis herabhängt. Das aktive schwingungserzeugende System weist einen an der ersten Masse befestigten längenveränderlichen Aktuator auf, an dem eine an einer weiteren Feder hängende zweite Masse befestigt ist. Der Aktor ist derart ansteuerbar, dass er die zweite Masse zu Schwingungen anregen kann. Durch die Kopplung wird in der Folge auch die erste Masse angeregt, so dass das gesamte System Schwingungen über die Basis in den Gegenstand einleitet, an dem sie befestigt ist.
• Der Erfindung liegt – ausgehend vom Stand der Technik – die Aufgabe zugrunde, eine weitere Verbesserung der Schwingungsdämpfung im Instrumententafelbereich eines Kraftfahrzeugs aufzuzeigen, welches insbesondere auch für schwerere Kraftfahrzeuge geeignet ist.
• Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in einem Instrumententafelträger gemäß den Merkmalen von Anspruch 1.
• Erfindungsgemäß umfasst das System zur Schwingungsdämpfung einen im Anbindungsbereich von Lenksäule und Tragprofil angeordneten Einmassenschwinger. Der Einmassenschwinger weist einen in einem Gehäuse raumbeweglich angeordneten Massekörper auf, welcher über Aktuatoren zu Schwingungen anregbar ist. Durch den Einmassenschwinger werden im Fahrbetrieb auftrettende Schwingungen gegenläufig kompensiert. Besonders vorteilhaft ist hierbei eine räumliche Schwingungsregelung möglich.
• Im Fahrbetrieb auftretende Schwingungen werden über Sensoren erfasst, wodurch über eine zum System gehörende Steuer- und Regeleinheit im Einmassenschwinger eine Kompensationsschwingung erzeugt wird. Diese dämpft die unterwünschte Schwingung und hebt diese auf oder verschiebt die Störschwingungen in einen Frequenzbereich, der ohne nachteilige Einflüsse ist und nicht wahrgenommen wird.
• Da der überwiegende Teil der im Fahrbetrieb auftretenden Schwingungen über die Lenksäule eingetragen wird, ist die Anordnung des Einmassenschwingers im Anbindungsbereich zwischen Lenksäule und Tragprofil besonders effektiv. Die Schwingungskompensation erfolgt so in unmittelbarer Nähe der Entstehung bzw. der Einleitung in das Kraftfahrzeug. So ist die Schwingungsdämpfung mit geringem Energieaufwand effizient möglich.
• Als besonders effektiv hat sich in diesem Zusammenhang erwiesen, den Einmassenschwinger unterhalb der Lenksäule zu positionieren, wie dies Patentanspruch 2 vorsieht.
• Als Aktuatoren kommen vorzugsweise Piezoelemente zum Einsatz, wie dies Patentanspruch 3 vorsieht.
• Bei Piezoelementen erfolgt eine Umsetzung von elektrischer Energie in mechanische Energie ohne bewegte Teile, wodurch eine sehr schnelle Reaktion sowie eine lange Lebensdauer der Bauteile gewährleistet ist. Das Prinzip der Piezoelemente beruht darauf, dass die darin eingebetteten Kristalle ihre Form unter dem Einfluss eines elektrischen Felds ändern. Dies ermöglicht eine aktive Anregung der Piezoelemente durch einen externen Regler. Über die Piezoelemente erfolgt dann die Anregung des Massekörpes im Einmassenschwinger, wodurch die Gegen- bzw. Kompensationsschwingung im Anbindungsbereich von Lenksäule und Tragprofil des Instrumententafelträgers erzeugt wird. Vorzugsweise sind die Piezoelemente als piezokeramische Stapelaktuatoren ausgeführt.
• Nach den Merkmalen von Patentanspruch 4 ist der Masseköper über Feder-Dämpfereinheiten und die Aktuatoren mit dem Gehäuse gekoppelt.
• Die Auslegung des Massekörpers ist abhängig von den Schwingungsamplituden und Schwingungsfrequenzen. Sie wird entsprechend auf das jeweilige Fahrzeug ausgelegt.
• Der erfindungsgemäß vorgesehene Einsatz eines Einmassenschwingers mit dem Massenkörper ermöglicht ein sehr weites Spektrum von Gegen- bzw. Kompensationsschwingungen zu realisieren. Für die Praxis lässt dies eine noch bessere Reaktion auf unerwünschte Schwingungen erwarten, als dies durch die Verwendung von Piezoelementen erreicht werden kann. Insbesondere bei schwereren Fahrzeugen kann eine aktive Schwingungsdämpfung wirksam durchgeführt werden.
• Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigen:
• 1 technisch vereinfacht die schematische Darstellung eines Instrumententafelträges in der Ansicht und
• 2 den Ausschnitt II der 1 in vergrößerter Darstellungsweise.
• In der 1 ist ein Instrumententafelträger 1 dargestellt, der sich in einem Kraftfahrzeug zwischen den hier nur andeutungsweise dargestellten A-Säulen 2, 3 der Kraftfahrzeugkarosserie quer zur Fahrtrichtung erstreckt und dort über endseitige Fixierungen 4 festgelegt ist.
• Der Instrumententafelträger 1 umfasst ein Tragprofil 5, das die Instrumententafel trägt und zur Halterung bzw. Befestigung verschiedener Fahrzeugkomponenten, wie Heizungs- oder Klimaanlage, Airbag, Mittelkonsole, Sicherungskasten oder Handschuhfach dient. Exemplarisch ist in 1 eine Airbaghalterung 6 dargestellt. Das Lenkrad ist mit dem Bezugszeichen 7 versehen.
• Dem Tragprofil 5 ist eine aktive Anordnung zur Schwingungsdämpfung zugeordnet. Hierzu ist im Anbindungsbereich 8 von Lenksäule 9 und Tragprofil 5 unterhalb der Lenksäule 9 ein Einmassenschwinger 10 angeordnet. Die Lenkradanbindung ist in 2 mit 11 bezeichnet.
• Anhand der 2 wird deutlich, dass der Einmassenschwinger 10 einen in einem Gehäuse 12 raumbeweglich angeordnet Massekörper 13 aufweist. Dieser ist über Feder-Dämpfereinheiten 14 und Aktuatoren 15 in Form von keramischen Piezoelementen im Gehäuse federnd aufgehängt.
• Die aktiv wirkende Anordnung zur Schwingungsdämpfung umfasst ferner hier nicht dargestellte Sensoren sowie einen Regler und eine Spannungsversorgung.
• Im Fahrbetrieb messen die Sensoren auftretende Schwingungen und leiten die erfassten Daten an den Regler weiter. Der Regler wertet die Daten aus und sendet entsprechende Signale an die Piezoelemente 15. Durch Steuerung der elektrischen Spannung ändert sich die Form bzw. die Dicke der Piezoelemente. Hierbei ist eine räumliche Schwingungsregelung in den drei Raumrichtungen x, y, z möglich. Die Bewegung der Piezoelemente 15 versetzt dann den Masse körper 13 richtungsgesteuert in Schwingungen. Die Schwingungsanregung erfolgt gezielt so, dass die aus dem Fahrbetrieb eingeleiteten Schwingungen und der Körperschall überlagert und kompensiert werden.
• Mit Hilfe des Einmassenschwingers 10 und dem integrierten Massekörper 13 kann ein breites Spektrum von Schwingungen und Frequenzbereichen abgedeckt und konfiguriert werden. Auf diese Weise ist eine wirksame Dämpfung von unerwünschten Schwingungen möglich. Diese werden aufgehoben oder in einen Frequenzbereich verschoben, der ohne nachteilige Einflüsse ist und im Fahrbetrieb nicht wahrgenommen wird.

1

Instrumententafelträger

2

A-Säule

3

A-Säule

4

Fixierung

5

Tragprofil

6

Airbag-Halterung

7

Lenkrad

8

Anbindungsbereich

9

Lenksäule

10

Einmassenschwinger

11

Lenkradanordnung

12

Gehäuse

13

Massekörper

14

Feder-Dämpfereinheit

15

Aktuator

Claims (4)

1. Instrumententafelträger für ein Kraftfahrzeug, der ein sich zwischen den A-Säulen (2, 3) der Kraftfahrzeugkarosserie erstreckendes Tragprofil (5) aufweist, wobei dem Tragprofil (5) ein aktives System zur Schwingungsdämpfung zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das System zur Schwingungsdämpfung einen im Anbindungsbereich (8) der Lenksäule (9) an das Tragprofil (5) angeordneten Einmassenschwinger (10) umfasst, wobei der Einmassenschwinger (10) einen in einem Gehäuse (12) raumbeweglich angeordneten Massekörper (13) aufweist, welcher über Aktuatoren (15) zu Schwingungen anregbar ist.
2. Instrumententafelträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einmassenschwinger (10) unterhalb der Lenksäule (8) angeordnet ist.
3. Instrumententafelträger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoren (15) durch Piezoelemente gebildet sind.
4. Instrumententafelträger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Massekörper (13) über Feder-Dämpfereinheiten (14) und die Aktuatoren (15) mit dem Gehäuse (12) gekoppelt ist.