DE102006054263A1

DE102006054263A1 - Damping arrangement for vibrations in motor vehicle, comprises mass and spring, where spring influences rigidity of damping arrangement, which is adjusted by changing pre-loading of spring

Info

Publication number: DE102006054263A1
Application number: DE102006054263A
Authority: DE
Inventors: Knut Schmidt; Hans Prof. Dr. Ferkel
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2006-11-17
Filing date: 2006-11-17
Publication date: 2008-06-05
Anticipated expiration: 2026-11-18
Also published as: DE102006054263B4

Abstract

The damping arrangement (1) comprises a mass (4) and a spring (3). The spring influences the rigidity of the damping arrangement. The rigidity of the damping arrangement is adjusted by changing pre-loading of the spring. A unit is provided for regulating the pre-loading of the spring. The unit has an element (5), which is connected firmly with the spring and another element (6), which is fastened in different adjustable positions to the former element.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Tilgen von Schwingungen in einem Kraftfahrzeug umfassend eine Masse und eine Feder, wobei die Feder eine Steifigkeit der Tilgeranordnung mitbestimmt.The The invention relates to an arrangement for eradicating vibrations in a motor vehicle comprising a mass and a spring, wherein the Spring determines the stiffness of Tilgeranordnung.

In Abhängigkeit von Zylinderzahl, Verbrennungsverfahren, Arbeitstaktanzahl und Zündzeitpunkt kommt es in einem Verbrennungsmotor während der verschiedenen Schritte der Energieumwandlung zu ungleichförmigen Drehmomenten und Drehzahlverläufen. Diese Ungleichförmigkeiten, die sich durch Schwingungen unterschiedlicher Frequenzen äußern, belasten die nachfolgenden Bauteile des Antriebstranges, wie z.B. Getriebe und Hinterachsendifferential und, wenn sie im Fahrgastraum durch Köperschallschwingungen übertragen werden, auch die im Kraftfahrzeug sitzenden Passagiere.In dependence of number of cylinders, combustion method, number of work cycles and ignition timing it comes in an internal combustion engine during the different steps the energy conversion to non-uniform torques and speed characteristics. These irregularities, which express themselves by vibrations of different frequencies burden the subsequent components of the drive train, such as transmission and rear axle differential and when passing through in the passenger compartment Transmitted body vibrations be, even the passengers sitting in the vehicle.

Ein sehr guter Ansatz ist es, die Schwingungen bereits im Motor, also direkt an der Quelle, erst gar nicht entstehen zu lassen. Um dies zu verwirklichen gibt es Tilgeranordnungen. Aus dem Stand der Technik sind so genannte passive Tilger bekannt, die primär aus einer Masse und einer Feder aufgebaut sind. Diese Einmassenschwinger werden mit ihrer Masse und Feder so aufeinander abgestimmt, dass sie bei einer Schwingungsanregung des Bauteils in Resonanz geraten und damit eine Gegenkraft zur Bauteilschwingung des Bauteils des Kraftfahrzeugs erzeugen. Im besten Fall wird die Bauteilschwingung durch die Tilgeranordnung, d.h. den Einmassenschwinger kompensiert. Dabei kommt die Energie der Tilgerkraft aus der Schwingung des Bauteils. Da diese Tilgeranordnungen mit entsprechender Amplitude und Frequenz eine große dynamische Gegenkraft erzeugen können, sind die Tilgeranordnungen im Kraftfahrzeug- und Maschinenbau bei monofrequenter Bauteilanregung weit verbreitet. Durch die Masse und die Feder der Tilgeranordnung entsteht eine zweite Resonanzfrequenz. Ziel der Abstimmung der Tilgeranordnung ist es dabei, dass Amplitudenspektrum der Tilgeranordnung genau bei der Resonanzfrequenz des schwingungsbehafteten Bauteils möglichst gering zu halten. Dadurch wird eine effektive Tilgung der Schwingungen erreicht. Außerdem bringt man in der Regel eine gewisse Dämpfung in die Tilgeranordnung ein, um bei leichter Reduktion der Wirksamkeit eine gewisse Unempfindlichkeit gegenüber Schwankungen in der Resonanzfrequenz zu gewährleisten.One very good approach is to get the vibrations already in the engine, so directly at the source, not to let arise. To this There are absorber orders. From the state of the art are known as passive absorbers, which are primarily made of one Mass and a spring are constructed. These mass-swingers will be with their mass and spring so coordinated that they at a vibration excitation of the component come into resonance and thus generate a counterforce to the component vibration of the component of the motor vehicle. In the best case, the component vibration through the Tilgeranordnung, i.e. compensated for the single-mass oscillator. Here comes the energy of Tilgerkraft from the vibration of the component. Because these absorber arrangements with corresponding amplitude and frequency a large dynamic Can generate drag, are the absorber assemblies in the automotive and engineering with monofrequent device excitation widely used. By the mass and the spring of Tilgeranordnung creates a second resonant frequency. The aim of tuning the absorber arrangement is that amplitude spectrum the Tilgeranordnung exactly at the resonant frequency of the vibrational Component as possible to keep low. This will effectively eradicate the vibrations reached. It also brings you usually get some damping in the Tilgeranordnung, with a slight reduction in effectiveness a certain insensitivity to fluctuations in the resonance frequency to ensure.

Wie eingangs bereits erläutert, handelt es sich bei den Bauteilschwingungen oftmals um erzwungene Schwingungen, die über einen weiten Frequenzbereich bzw. Drehzahlbereich des Motors angeregt wird. Es ist dabei wünschenswert, dass das Tilgerverhalten nicht nur für eine Frequenz optimiert ist. Vielmehr ist es wünschenswert, dass die optimale Tilgerfrequenz in Abhängigkeit von der Bauteilfrequenz nachgeführt werden kann.As already explained at the beginning, are the component vibrations often forced Vibrations that over a wide frequency range or speed range of the motor excited becomes. It is desirable that the absorber behavior is not just optimized for one frequency. Rather, it is desirable that the optimal absorber frequency depending on the component frequency tracked can be.

Aus der Forschung sind zur Lösung dieses Problems so genannte aktive Tilger bekannt geworden, die eine permanente elektrische Energieversorgung benötigen. Wegen des permanenten Energiebedarfs haben sich derartige aktive Tilger bislang nicht durchgesetzt.Out Research is the answer This problem became known as active absorber, which need a permanent electrical power supply. Because of of permanent energy demand have such active absorbers so far not enforced.

Hier setzt die vorliegende Erfindung an.Here uses the present invention.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Tilgeranordnung vorzuschlagen, bei der die Resonanzfrequenz an die sich ändernde Bauteilfrequenz angepasst werden kann und die dabei ein Minimum an elektrischer Energie zum Einstellen der Resonanzfrequenz benötigt.Of the present invention, the object is based on a Tilgeranordnung to propose, at which the resonance frequency to the changing Component frequency can be adjusted while keeping a minimum of electrical energy needed to set the resonant frequency.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Steifigkeit der Tilgeranordnung durch eine Veränderung einer Vorspannung der Feder der Tilgeranordnung einstellbar ist. Über eine Erhöhung oder Verringerung der Steifigkeit kann die Tilgerfrequenz erhöht bzw. abgesenkt werden. Die Tilgersteifigkeit wird durch die Veränderung der Vorspannung in der Tilgerfeder geändert. Bei einem Frequenzhochlauf der Störung muss die Resonanzfrequenz des Bauteils über die Variation der Tilgersteifigkeit angepasst werden. Eine erfindungsgemäße Tilgeranordnung weist ein Mittel zum Einstellen der Vorspannung der Feder auf. Das Mittel zum Einstellen der Vorspannung der Feder bezieht die für das Einstellen notwendige Energie aus der kinetischen Energie der Tilgermasse, die aufgrund des auseinanderfallens der Tilgerfrequenz und der Bauteilfrequenz zu schwingen beginnt.These Task is inventively characterized solved, that the rigidity of the absorber assembly by a change a bias of the spring of Tilgeranordnung is adjustable. Over a increase or reducing the stiffness can increase the absorber frequency or be lowered. The Tilgersteifigkeit is by the change changed the bias in the Tilgerfeder. At a frequency ramp-up the disorder the resonance frequency of the component must be determined by the variation of the Tilgersteifigkeit be adjusted. A Tilgeranordnung according to the invention has Means for adjusting the bias of the spring. The middle for adjusting the bias of the spring refers to the adjustment necessary energy from the kinetic energy of the absorber mass, due to the falling apart of the absorber frequency and the component frequency too starts to swing.

Die Mittel zum Einstellen der Vorspannung der Feder können ein erstes Element aufweisen, das fest mit der Feder verbunden ist oder Teil der Feder ist. Die Mittel können ferner ein zweites Element aufweisen, das in verschiedenen einstellbaren Positionen zu dem ersten Element an diesem ersten Element befestigt werden kann. Die Verbindung zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element kann dabei durch Kraftschluss, Formschluss oder beides erfolgen. Auch ist grundsätzlich jede andere Art der Verbindung beider Elemente denkbar, solange diese Verbindung lösbar bzw. einstellbar ist. Denkbar sind beispielsweise jede Art von Klemmverbindungen zum Beispiel die Klemmung von Gleitelementen auf Führungselementen. Das Klemmen kann mit Hilfe eines aktiven Werkstoffs erfolgen, zum Beispiel Piezo-Werkstoffen.The Means for adjusting the bias of the spring can be have first element which is fixedly connected to the spring or Part of the spring is. The funds can further comprise a second element, which in different adjustable Positions attached to the first element on this first element can be. The connection between the first element and the second element can be characterized by adhesion, positive engagement or both respectively. Also is basically any other way of connecting both elements is conceivable, as long as this connection solvable or is adjustable. For example, any type of clamping connections are conceivable For example, the clamping of sliding elements on guide elements. The clamping can be done with the help of an active material, for Example piezo materials.

Eines der beiden Elemente kann Raststrukturen, z.B. Sägezahnstrukturen aufweisen, die mit einer Federstruktur des anderen der beiden Elemente zur Herstellung einer formschlüssigen Verbindung zusammenwirken. Die Federstruktur rastet dabei in einer der Raststrukturen ein. Zum Erhöhen und/oder Verringern der Vorspannung der Feder kann die Federstruktur vorteilhaft selbsttätig, d.h. mit der Energie aus der Schwingung der Masse, in einer benachbarten Raststruktur verrasten.One of the two elements may have latching structures, for example sawtooth structures, which have a spring structure of the other of the two elements for producing a positive connection interact. The spring structure engages in one of the latching structures. To increase and / or reduce the bias of the spring, the spring structure can advantageously latch automatically, ie with the energy from the vibration of the mass in an adjacent latching structure.

Die Mittel zum Einstellen der Vorspannung der Feder können einen Antrieb aufweisen. Der Antrieb kann einerseits zum Lösen und Herstellen der Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Element vorgesehen sein. Andererseits kann der Antrieb alternativ oder zusätzlich zum Einstellen der Position des zweiten Elements relativ zum ersten Element dienen. Gemäß der Erfindung kann der Antrieb ein Elektromotor, ein Elektromagnet oder ein Hydraulikantrieb oder ein Pneumatikantrieb sein.The Means for adjusting the bias of the spring can a Drive have. The drive can on the one hand for loosening and Establishing the connection between the first and the second element be provided. On the other hand, the drive may alternatively or additionally to Adjusting the position of the second element relative to the first Serve element. According to the invention the drive can be an electric motor, an electromagnet or a hydraulic drive or a pneumatic drive.

Die Mittel zum Einstellen der Vorspannung der Feder können ein oder mehrere Elemente aus aktiven Werkstoffen, wie z.B. Piezokeramiken oder Formgedächtnislegierungen aufweisen. Diese aktiven Werkstoffe können durch Anlegen oder Verändern einer angelegten elektrischen Spannung oder eines elektromagnetischen Feldes eine Veränderung der Vorspannung der Feder bewirken. Auch dadurch wird die Steifigkeit der Tilgeranordnung einstellbar.The Means for adjusting the bias of the spring can be or multiple active material elements, such as e.g. piezoceramics or shape memory alloys exhibit. These active materials can be created by applying or changing a applied electrical voltage or an electromagnetic Feldes a change of To cause bias of the spring. This also makes the rigidity the Tilgeranordnung adjustable.

Gemäß der Erfindung kann die Feder eine metallische Feder oder eine Feder aus einem Polymer z.B. Gummi oder Kunststoff sein. Mit Feder soll dabei jedes Element gemeint sein, das nach einer Verformung über eine Rückstellkraft zum rückgängig machen der Verformung aufweist.According to the invention The spring can be a metallic spring or a spring of one Polymer e.g. Be rubber or plastic. Everybody should use feather Element meant that after a deformation over a restoring force to undo having the deformation.

Gemäß der Erfindung kann die Feder insbesondere eine Blattfeder sein.According to the invention In particular, the spring may be a leaf spring.

Ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Tilgeranordnung ist in der Zeichnung näher beschrieben. Darin zeigt:One embodiment for one Tilgeranordnung according to the invention is described in more detail in the drawing. It shows:

1 in schematischer Darstellung einen Schnitt durch eine Tilgeranordnung. 1 in a schematic representation of a section through a Tilgeranordnung.

Die in der 1 dargestellte Tilgeranordnung 1 ist an einem festen Teil 2 eines Kraftfahrzeugs angebracht und soll die von dem Kraftfahrzeug auf die Tilgeranordnung übertragenen Schwingungen tilgen. Die Tilgeranordnung umfasst eine Blattfeder 3 und einer an der Blattfeder 3 befestigte Masse 4 in Form eines quaderförmigen Körpers.The in the 1 illustrated Tilgeranordnung 1 is on a fixed part 2 a motor vehicle mounted and is intended to pay off the vibrations transmitted by the motor vehicle to the Tilgeranordnung. The absorber arrangement comprises a leaf spring 3 and one on the leaf spring 3 attached mass 4 in the form of a cuboid body.

Die Tilgeranordnung 1 umfasst ferner ein Mittel zum Einstellen der Vorspannung der Blattfeder 3. An diesem Mittel zum Einstellen der Vorspannung der Blattfeder 3 ist die Blattfeder 3 befestigt. Die Befestigung erfolgt dabei an einem ersten Element 5 des Mittels zum Einstellen der Vorspannung der Blattfeder 3. Dieses erste Element 5 wirkt mit einem zweiten Element 6 zusammen. Während das zweite Element 6 an einem äußeren Rand der Blattfeder 3 angreift, ist das erste Element 5 fest mit einem mittleren Bereich der Blattfeder 3 verbunden. Über die Energie einer Schwingung der Masse 4 können bei durch einen nicht dargestellten Antrieb gelöstem Klemmmittel 7 das erste Element 5 und das zweite Element 6 selbsttätig relativ zueinander verschoben werden und in den jeweiligen neuen Positionen über das Klemmmittel 7 zueinander festgelegt werden. Durch die Verschiebung des ersten Elements 5 relativ zum zweiten Element 6 wird die Vorspannung der Blattfeder 3 geändert. Durch die Änderung der Vorspannung der Blattfeder 3 ergibt sich eine Änderung der Steifigkeit der Tilgeranordnung 1. Dadurch verschiebt sich die Resonanzfrequenz der Tilgeranordnung 1, wodurch der Bereich der Schwingungen, in denen der Tilger im Wesentlichen wirksam ist, verändert und an den jeweiligen Bedarf angepasst werden kann.The absorber arrangement 1 further comprises a means for adjusting the bias of the leaf spring 3 , On this means for adjusting the bias of the leaf spring 3 is the leaf spring 3 attached. The attachment takes place on a first element 5 the means for adjusting the bias of the leaf spring 3 , This first element 5 works with a second element 6 together. While the second element 6 on an outer edge of the leaf spring 3 attacks, is the first element 5 fixed to a central area of the leaf spring 3 connected. About the energy of a vibration of the mass 4 can in solved by a drive, not shown clamping means 7 the first element 5 and the second element 6 be moved automatically relative to each other and in the respective new positions on the clamping means 7 to each other. By shifting the first element 5 relative to the second element 6 is the bias of the leaf spring 3 changed. By changing the bias of the leaf spring 3 There is a change in the rigidity of Tilgeranordnung 1 , As a result, the resonance frequency of the absorber arrangement shifts 1 whereby the range of vibrations in which the absorber is substantially effective, can be changed and adapted to the respective needs.

Auf der Blattfeder 3 kann ein Sensor zum Erfassen der Schwingungen der Blattfeder 3 angeordnet sein. Der Sensor kann mit einer Schaltungsanordnung zum Steuern der Verbindung zwischen dem ersten Element 5 und dem zweiten Element 6 über das Klemmmittel 7 zusammenwirken.On the leaf spring 3 may be a sensor for detecting the vibrations of the leaf spring 3 be arranged. The sensor may be provided with circuitry for controlling the connection between the first element 5 and the second element 6 over the clamping means 7 interact.

11: TilgeranordnungTilgeranordnung
22: Teil des Kraftfahrzeugspart of the motor vehicle
33: Blattfeder aus Metallleaf spring made of metal
44: MasseDimensions
55: erstes Element des Mittels zum Einstellen der Vorspannungfirst Element of the means for adjusting the preload
66: zweites Element des Mittels zum Einstellen der Vorspannungsecond Element of the means for adjusting the preload
77: Klemmelement des Mittels zum Einstellen der Vorspannungclamping element the means for adjusting the bias voltage

Claims

Anordnung (1) zum Tilgen von Schwingungen in einem Kraftfahrzeug umfassend eine Masse (4) und eine Feder (3), wobei die Feder (3) eine Steifigkeit der Tilgeranordnung (1) mitbestimmt und die Steifigkeit der Tilgeranordnung (1) durch eine Veränderung einer Vorspannung der Feder (3) einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Tilgeranordnung (1) ein Mittel zum Einstellen der Vorspannung der Feder (3) aufweist, wobei das Mittel zum Einstellen der Vorspannung der Feder (3) geeignet und eingerichtet ist Schwingungen der Masse selbsttätig zum Einstellen der Vorspannung der Feder zu nutzen.Arrangement ( 1 ) for eradicating vibrations in a motor vehicle comprising a mass ( 4 ) and a spring ( 3 ), the spring ( 3 ) a rigidity of the absorber arrangement ( 1 ) and the rigidity of the absorber arrangement ( 1 ) by a change in a bias of the spring ( 3 ), characterized in that the absorber arrangement ( 1 ) means for adjusting the bias of the spring ( 3 ), wherein the means for adjusting the bias of the spring ( 3 ) is suitable and adapted to use vibrations of the mass automatically to adjust the bias of the spring.

Tilgeranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Einstellen der Vorspannung der Feder (3) ein erstes Element (5) aufweisen, dass fest mit der Feder (3) verbunden ist oder Teil der Feder (3) ist.Tilgeranordnung according to claim 1, characterized in that the means for adjusting the bias of the spring ( 3 ) a first element ( 5 ) have that firmly with the spring ( 3 ) or part of the spring ( 3 ).

Tilgeranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel ein zweites Element (6) aufweisen, dass in verschiedenen einstellbaren Positionen zu dem ersten Element (5) an diesem befestigbar ist, damit verschiedene Vorspannungen der Feder (3) einstellbar sind.An absorber arrangement according to claim 2, characterized in that the means comprise a second element ( 6 ) that in different adjustable positions to the first element ( 5 ) is attachable to this, so that different biases of the spring ( 3 ) are adjustable.

Tilgeranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Element (5) und das zweite Element (6) durch Kraftschluss und/oder Formschluss miteinander verbunden sind.Tilgeranordnung according to claim 3, characterized in that the first element ( 5 ) and the second element ( 6 ) are interconnected by adhesion and / or positive locking.

Tilgeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eines der beiden Elemente Raststrukturen und das andere der beiden Elemente zumindest eine Federstruktur aufweist, wobei die Federstruktur zum Herstellen der Verbindung zwischen den beiden Elementen in eine der Raststrukturen einrastet.Tilgeranordnung according to one of claims 1 to 4, characterized in that one of the two elements latching structures and the other of the two elements at least one spring structure wherein the spring structure for making the connection snaps into one of the locking structures between the two elements.

Tilgeranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Raststrukturen und die Federstruktur geeignet und eingerichtet sind zum Erhöhen und/oder Verringern der Vorspannung der Feder (3) selbsttätig in einer benachbarten Raststruktur einzurasten.Tilgeranordnung according to claim 5, characterized in that the latching structures and the spring structure are suitable and adapted to increase and / or decrease the bias of the spring ( 3 ) engage automatically in an adjacent latching structure.

Tilgeranordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Einstellen der Vorspannung der Feder (3) einen Antrieb aufweist.Tilgeranordnung according to any one of claims 2 to 6, characterized in that the means for adjusting the bias of the spring ( 3 ) has a drive.

Tilgeranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb zum Lösen und Herstellen der Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Element (5, 6) vorgesehen ist.Tilgeranordnung according to claim 7, characterized in that the drive for releasing and establishing the connection between the first and the second element ( 5 . 6 ) is provided.

Tilgeranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb ein Elektromotor, ein Elektromagnet, ein Hydraulikantrieb oder ein Pneumatikantrieb ist.Tilgeranordnung according to claim 7, characterized that the drive is an electric motor, an electromagnet, a hydraulic drive or a pneumatic drive.

Tilgeranordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Einstellen der Vorspannung der Feder (3) ein oder mehrere Elemente aus aktiven Werkstoffen, wie zum Beispiel Piezokeramiken oder Formgedächtnislegierungen aufweist, die durch Anlegen oder Ändern einer angelegten elektrischen Spannung oder elektromagnetischer Felder das Lösen oder herstellen der Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Element (5, 6) bewirken.Tilgeranordnung according to one of claims 3 to 9, characterized in that the means for adjusting the bias of the spring ( 3 ) comprises one or more elements of active materials, such as piezoceramics or shape memory alloys, which release or establish the connection between the first and the second element (12) by applying or changing an applied electrical voltage or electromagnetic fields ( 5 . 6 ) cause.

Tilgeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (3) eine metallische Feder oder Feder aus einem Polymer ist.Tilgeranordnung according to one of claims 1 to 10, characterized in that the spring ( 3 ) is a metallic spring or spring made of a polymer.

Tilgeranordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder eine Blattfeder (3) ist.Tilgeranordnung according to claim 11, characterized in that the spring is a leaf spring ( 3 ).

Tilgeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Element (5, 6) mit einem gesteuerten oder geregelten Klemmmittel (7) lösbar bzw. herstellbar ist.Tilgeranordnung according to one of claims 1 to 12, characterized in that the connection between the first and the second element ( 5 . 6 ) with a controlled or controlled clamping means ( 7 ) is releasable or producible.