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Die vorliegende Erfindung betrifft ein aktives Motorlagersystem für ein Kraftfahrzeug. Überdies betrifft die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug.
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Motorlager dienen zur Befestigung bzw. Abstützung eines Antriebsaggregats eines Kraftfahrzeugs an der Karosserie. Motorlager umfassen üblicherweise eine Arbeitskammer, die mit einem Fluid befüllt ist. Diese Arbeitskammer ist zumindest bereichsweise mit einem elastischen Material, beispielsweise einem entsprechenden Gummi, umgeben. Des Weiteren umfasst das Motorlager eine Ausgleichskammer, die über ein entsprechendes Ausgleichselement mit der Arbeitskammer verbunden ist. Bei unterschiedlichen Schwingungen des Antriebsaggregats und der Karosserie entstehen in der Arbeitskammer und der Ausgleichskammer unterschiedliche Drücke, die über das Ausgleichselement entsprechend ausgeglichen werden. Auf diese Weise können die Schwingungen zwischen dem Antriebsaggregat und der Karosserie gedämpft werden.
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Des Weiteren sind aktive Motorlager mit integrierter Schwingungsaktorik bekannt, welche in Kombination mit einem entsprechend ausgelegten Steuer- oder Regelalgorithmus eingesetzt werden, um unerwünschte Schwingungen durch gezielte Überlagerung mit einer Gegenschwingung auszulöschen. Hierbei werden insbesondere Schwingungen mit Frequenzen über 20 Hz ausgelöscht. Die aktiven Motorlager werden aktuell eingesetzt, um bestimmte unerwünschte akustische Effekte, die beispielsweise infolge einer Zylinderabschaltung, bei Hybridantrieben oder durch Leerlaufunruhen entstehen, zu beseitigen.
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Des Weiteren sind passive hydraulische Motorlager bekannt, bei denen die Hydraulikeinheit auf eine bestimmte Frequenz abgestimmt ist, um in diesem Frequenzbereich fahrbahnerregte Bewegungen des Aggregats, die auch als Stuckern bezeichnet werden, zu dämpfen.
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Die
DE 10 2007 014 242 A1 beschreibt ein aktives, hydraulisch dämpfendes Motorlager, bei dem ein zwischen den Lagerkammern angeordnetes Ausgleichselement nach Maßgabe der Motorschwingung mittels eines elektrischen Antriebs so auslenkbar ist, dass die das Ausgleichselement über die Lagerflüssigkeit beaufschlagenden Motorschwingungen kompensiert werden. Dabei kann das Ausgleichselement als piezoelektrischer Flächenaktor oder als elektroaktives Polymer ausgebildet sein.
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Die
US 8 047 512 B2 beschreibt eine Vorrichtung zum Dämpfen von Schwingungen einer Schwingungsquelle, insbesondere eines Motors. Die Vorrichtung umfasst einen magnetischen Aktor. Zum Erfassen der Schwingungen kann ein Beschleunigungssensor verwendet werden. Zudem kann die Drehzahl des Motors erfasst werden.
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Die
US 2005/0 184 214 A1 beschreibt ein Verfahren zum aktiven Dämpfen von Schwingungen eines Motors. Die Schwingungen können anhand des Signals eines Beschleunigungssensors und anhand der Drehzahl des Motors erfasst werden.
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Aus der
US 6 186 485 A ist eine Vorrichtung zum Dämpfen von Schwingungen eines Motors eines Kraftfahrzeugs bekannt. Die Schwingung des Motors kann beispielsweise mit einem Lastsensor bestimmt werden.
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Des Weiteren offenbart die
US 6 018 689 A eine Vorrichtung zum aktiven Reduzieren einer Schwingung eines Motors. Dabei können die Schwingungen des Motors mit Hilfe eines Lastsensors erfasst werden. Zudem kann das Signal eines im Innenraum des Kraftfahrzeugs angeordneten Beschleunigungssensors berücksichtigt werden.
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Darüber hinaus ist aus der
US 5 730 429 A ein aktives Motorlager bekannt. Hierbei kann zur Erfassung der Schwingungen des Motors ein Kraftsensor, ein Beschleunigungssensor, ein Wegsensor oder ein Geschwindigkeitssensor verwendet werden.
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Zudem beschreibt die
DE 195 47 314 A1 ein aktives Motorlager zum Halten eines Motors an einem Fahrzeugkörper. In dem Fahrzeug ist ein Sensor angeordnet, mit dem ein Zustand einer Fahrbahnoberfläche laufend erfasst werden kann. Das Ausgangssignal des Sensors wird einer prädikativen Regeleinrichtung zugeführt.
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Aus der
JP 2002 155 985 A ist ein Verfahren zum Dämpfen von Schwingungen eines Motors bekannt. Zum Bestimmen der Schwingungen des Motors kann ein Signal eines Sensors zum Erfassen der Straße berücksichtigt werden.
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Außerdem beschreibt die
US 5 651 072 A ein Verfahren zum Dämpfen von Schwingungen eines Motors eines Kraftfahrzeugs. Dabei ist es auch vorgesehen, dass die Schwingungen im Innenraum des Kraftfahrzeugs mit einer Mehrzahl von Mikrofonen erfasst werden.
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Aus der
DE 10 2010 013 339 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung eines Motorlagers für ein Fahrzeug bekannt. Hierbei werden Betriebsparameter des Motorlagers in Abhängigkeit von einem Zustand einer Fahrbahnoberfläche eingestellt. Dabei werden Bilder der vor dem Fahrzeug befindlichen Fahrbahnoberfläche erfasst, wobei aus den Bildern eine relative vertikale Bewegung einer Fahrzeugkarosserie zur Fahrbahnoberfläche ermittelt werden kann.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Einsatzbereich eines aktiven Motorlagers der eingangs genannten Art auf einfache Weise zu erweitern.
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Diese Aufgabe wird durch ein aktives Motorlagersystem gemäß Patentanspruch 1 und durch ein Kraftfahrzeug gemäß Patentanspruch 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Das erfindungsgemäße aktive Motorlagersystem für ein Kraftfahrzeug umfasst ein Motorlager zum Lagern eines Antriebsaggregats gegenüber einem Stützelement, eine Sensoreinrichtung zum Ausgeben eines Sensorsignals, eine Stelleinrichtung des Motorlagers zum Erzeugen einer Schwingung im Motorlager und eine Steuereinrichtung zum Ansteuern der Stelleinrichtung in Abhängigkeit von dem Sensorsignal, wobei die Sensoreinrichtung zumindest eine Schwingungssensoreinheit zum Erfassen zumindest einer Eigenfrequenz des Antriebsaggregats umfasst und die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, eine Gegenschwingung zu der zumindest einen erfassten Eigenfrequenz zu erzeugen. Zudem umfasst diese Sensoreinrichtung zumindest eine Fahrwerkssensoreinheit, die eine Bewegung der Karosserie des Kraftfahrzeugs bezüglich einer Fahrbahnoberfläche erfasst.
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Das aktive Motorlagersystem bzw. die aktive Motorlageranordnung umfasst ein Motorlager, das als aktives Motorlager ausgebildet ist. Mit dem Motorlager wird das Antriebsaggregat, das als Verbrennungsmotor, Elektromotor oder Brennstoffzellenantrieb ausgebildet sein kann, gegenüber einem Stützelement des Kraftfahrzeugs abgestützt. Beispielsweise kann das Antriebsaggregat mittels des Motorlagers gegenüber einer Karosserie des Kraftfahrzeugs gelagert sein. Dabei kann das Antriebsaggregat auch mit mehreren Motorlagern an dem Stützelement abgestützt sein. Die Steuereinrichtung kann in Abhängigkeit von dem Sensorsignal einer Sensoreinrichtung und einem entsprechenden Regel- bzw. Steueralgorithmus die Stelleinrichtung des Motorlagers ansteuern. Damit kann die Dämpfung und/oder Steifigkeit des Motorlagers eingestellt werden. Vorliegend umfasst die Sensoreinrichtung zumindest eine Schwingungssensoreinheit, mit der eine Eigenfrequenz bzw. Eigenschwingung des Antriebsaggregats erfasst werden kann. Durch die Erfassung der Eigenfrequenzen des Antriebsaggregats kann diesen effektiv entgegengewirkt werden. Dazu wird mit dem Motorlager eine Gegenschwingung erzeugt, die gezielt die fremderregten Eigenschwingungen des Antriebsaggregats minimiert bzw. reduziert. Des Weiteren können die bekannten guten akustischen Eigenschaften eines aktiven Motorlagers genutzt werden. Gleichzeitig wird die Möglichkeit geboten, den Schwingungskomfort zu verbessern. Darüber hinaus bedarf es keiner aufwändigen Bestimmung der Eigenfrequenzen des Antriebsaggregats.
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Ferner umfasst die Sensoreinrichtung zumindest eine Innenraumsensoreinheit zum Erfassen einer Schwingung in einem Innenraum des Kraftfahrzeugs. Die Innenraumsensoreinheit kann als Beschleunigungs- oder Vibrationssensor ausgebildet sein, die in dem Fahrgastraum angeordnet ist. Beispielsweise kann die Innenraumsensoreinheit an einem Fahrzeugsitz angeordnet sein. Ebenso ist es denkbar, dass die Innenraumsensoreinheit in einem Fußbereich des Innenraums des Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Damit können Schwingungen im Innenraum des Kraftfahrzeugs genau erfasst werden und durch eine entsprechende Ansteuerung der Stelleinrichtung des Motorlagers gedämpft werden.
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Dabei ist die zumindest eine Innenräumsensoreinheit dazu ausgebildet, ein akustisches Signal im Innenraum des Kraftfahrzeugs zu erfassen. Die Innenraumsensoreinheit kann nach Art eines Mikrofons bzw. eines Drucksensors ausgebildet sein. Damit können akustische Störgeräusche im Innenraum des Kraftfahrzeugs ermittelt werden. Durch eine entsprechende Ansteuerung des Motorlagers können diese akustischen Störungen unterdrückt werden.
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Bevorzugt ist die zumindest eine Schwingungssensoreinheit an einer Außenfläche des Antriebsaggregats angeordnet. Die Schwingungssensoreinheit kann beispielsweise als Beschleunigungssensor, Vibrationssensor oder Dehnmessstreifen ausgebildet sein. Die Schwingungssensoreinheit kann ein piezoelektrisches Element umfassen. Dabei ist es auch denkbar, dass mehrere Schwingungssensoreinheiten an der Außenfläche des Antriebsaggregats angeordnet sind. Dabei können die Schwingungssensoreinheiten an den Positionen der Außenfläche des Antriebsaggregats angeordnet sein, an denen große Schwingungsamplituden auftreten. Damit wird es ermöglicht, dass die Eigenschwingungen des Antriebsaggregats besonders zuverlässig erfasst werden.
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In einer alternativen Ausführungsform kann die Schwingungssensoreinheit beabstandet zu dem Antriebsaggregat angeordnet sein. In dieser Ausgestaltung kann die Schwingungssensoreinheit eine optische Erfassungseinrichtung umfassen. Damit können die Eigenfrequenzen des Antriebsaggregats optisch besonders zuverlässig und genau erfasst werden.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Schwingungssensoreinheit dazu ausgebildet, Eigenfrequenzen des Antriebsaggregats in einem Frequenzbereich unterhalb von 20 Hz, insbesondere in einem Frequenzbereich zwischen 5 Hz und 15 Hz, zu erfassen. In diesem Frequenzbereich tritt üblicherweise ein Stuckern des Kraftfahrzeugs auf. Stuckern entsteht infolge von Fahrzeugschwingungen, die durch Fahrbahnunebenheiten angeregt und durch die Eigenschwingungen des Antriebsaggregats verstärkt werden. Durch die Schwingungssensoreinheit können die Eigenfrequenzen des Antriebsaggregats, die ein Stuckern bewirken können, besonders einfach und zuverlässig erfasst werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, die Stelleinrichtung zum Dämpfen der zumindest einen Eigenfrequenz anzusteuern. Mit der Schwingungssensoreinheit können die Eigenfrequenzen des Antriebsaggregats besonders genau erfasst werden. Diese werden als Sensorsignal an die Steuereinrichtung übertragen, die in Abhängigkeit von einem Regel- oder Steueralgorithmus ein entsprechendes Stellsignal an die Stelleinrichtung des Motorlagers ausgibt. Die Stelleinrichtung kann einen Aktor umfassen, mit dem entsprechende Gegenschwingungen erzeugt werden können, um die durch die Eigenfrequenzen erzeugten Schwingungen des Antriebsaggregats zu dämpfen. Bei einer derartigen Ausgestaltung des Motorlagersystems kann beispielsweise ein Motorlager verwendet werden, bei dem auf einen Hydraulikkanal verzichtet wird. Damit kann ein einfacheres und kostengünstigeres Bauteil verwendet werden. Somit kann das Motorlager bauraumsparender ausgestaltet werden.
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Bevorzugt ist die zumindest eine Fahrwerkssensoreinheitdazu ausgebildet ist, eine Bewegung des Antriebsaggregats in Bezug zu einer Karosserie des Kraftfahrzeugs zu erfassen. Die Fahrwerkssensoreinheit kann beispielsweise als Beschleunigungssensor oder optischer Sensor ausgebildet sein, der durch eine Laufzeitmessung den Abstand zwischen dem Antriebsaggregat und zumindest einem Bereich der Karosserie mit einer entsprechenden zeitlichen Auflösung erfassen kann. Auf diese Weise kann eine Schwingung des Antriebsaggregats besonders zuverlässig erfasst werden und durch eine Ansteuerung der Stelleinrichtung des Motorlagers gedämpft werden. Somit wird es ermöglicht, die Schwingungen der Karosserie besonders genau zu erfassen und gegebenenfalls zu dämpfen.
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In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Sensoreinrichtung zumindest eine Umfeldsensoreinheit, die dazu ausgebildet ist, ein Umfeld des Kraftfahrzeugs zu erfassen. Beispielsweise kann die Umfeldsensoreinheit eine Kamera oder einen optischen Sensor umfassen, mit der eine Fahrbahnoberfläche im Umfeld des Kraftfahrzeugs erfasst werden kann. Insbesondere kann mit der Umfeldsensoreinheit ein Bereich in Fahrtrichtung vor dem Kraftfahrzeug erfasst werden. Damit können Fahrbahnunebenheiten zuverlässig erfasst werden. Bei einer zusätzlichen Erfassung der Fahrzeuggeschwindigkeit kann der Steuer- oder Regelalgorithmus zur Ansteuerung der Stelleinrichtung des Motorlagers entsprechend angepasst werden.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug umfasst ein zuvor beschriebenes Motorlagersystem. Die vorliegend in Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Motorlagersystem beschriebenen Vorteile und Weiterbildungen können in gleicher Weise auf das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug übertragen werden.
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Bevorzugt umfasst das Kraftfahrzeug zumindest eine einstellbare Fahrwerkseinrichtung, wobei die Fahrwerkseinrichtung in Abhängigkeit von dem Sensorsignal der Sensoreinrichtung ansteuerbar ist. Damit kann das Motorlagersystem mit dem aktiven Motorlager mit anderen Fahrwerksregelsystemen, wie beispielsweise mit der Dämpferregelung oder entsprechenden Luftfedern, vernetzt werden. Damit können die Auswirkungen von Lastwechselphänomenen und -schwingungen reduziert werden. Darüber hinaus kann ein Anfahrrattern, das durch einen Radschlupf entsteht, durch gezielte Reduzierung der Aggregatsbewegung während des Anfahrens reduziert werden. Dies vereinfacht zusätzlich die Regelung von Fahrerassistenzsystemen, wie beispielsweise ESP oder ASR.
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Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs in einer Draufsicht.
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Das nachfolgend näher geschilderte Ausführungsbeispiel stellt eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
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Die Figur zeigt ein Kraftfahrzeug 10 in einer Draufsicht. Das Kraftfahrzeug 10 umfasst ein Antriebsaggregat 12, das vorliegend nur schematisch dargestellt ist. Das Antriebsaggregat 12 kann als Verbrennungsmotor, als Elektromotor oder als Brennstoffzellenantrieb ausgebildet sein. Das Antriebsaggregat 12 ist mittels eines Motorlagers 14 an einem Stützelement 16 des Kraftfahrzeugs 10 abgestützt. Des Weiteren umfasst das Kraftfahrzeug 10 eine Sensoreinrichtung 18, die vorliegend mehrere Sensoreinheiten umfasst. Die Sensoreinrichtung 18 ist dazu ausgebildet, in Abhängigkeit von den mit ihr erfassten Messgrößen ein Sensorsignal auszugeben. Darüber hinaus umfasst das Kraftfahrzeug 10 eine Steuereinrichtung 28, mit welcher eine hier nicht dargestellte Stelleinrichtung des Motorlagers 14 angesteuert werden kann. Die Steuereinrichtung 28 kann als Recheneinrichtung ausgebildet sein, auf der beispielsweise ein entsprechendes Steuer- oder Regelprogramm hinterlegt ist. In Abhängigkeit von diesem Steuer- oder Regelprogramm und des Sensorsignals der Sensoreinrichtung 18 kann die Stelleinrichtung des Motorlagers 14 entsprechend angesteuert werden, sodass aktive Gegenschwingungen gegen die Bewegung des Antriebsaggregats 12 erzeugt werden.
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Die Sensoreinrichtung 18 umfasst eine Schwingungssensoreinheit 20. Die Schwingungssensoreinheit 20 ist dazu ausgebildet, eine Eigenfrequenz bzw. eine Eigenschwingung des Antriebsaggregats 12 zu erfassen. Die Schwingungssensoreinheit 20 kann als optischer Sensor ausgebildet sein, der beabstandet zu dem Antriebsaggregat 12 angeordnet ist und mit dem eine Eigenschwingung des Antriebsaggregats 14 erfasst werden kann. Bevorzugt ist die Schwingungssensoreinheit 20 an einer Außenfläche des Antriebsaggregats 12 angeordnet. Dabei können auch mehrere Schwingungsserisoreinheiten 20 an der Außenfläche des Antriebsaggregats 12 angeordnet sein. Zu diesem Zweck kann die Schwingungssensoreinheit 20 als Beschleunigungssensor, Vibrationssensor oder Dehnmessstreifen ausgebildet sein.
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Bevorzugt können mit der Schwingungssensoreinheit 20 Frequenzen unterhalb von 20 Hz, insbesondere in einem Frequenzbereich zwischen 5 Hz und 15 Hz erfasst werden. Damit können die Eigenschwingungen des Antriebsaggregats 12 besonders präzise erfasst werden. In Abhängigkeit von den Sensorsignalen der Schwingungssensoreinheit 20 kann mittels der Steuereinrichtung 28 die Stelleinrichtung des Motorlagers 14 entsprechend angesteuert werden. Bevorzugt wird eine entsprechende Gegenschwingung erzeugt, um die Eigenschwingungen des Motors bzw. des Antriebsaggregats 12 zu dämpfen. Damit kann auch ein Stuckern des Kraftfahrzeugs 10 verhindert werden, das infolge von Fahrbahnunebenheiten entsteht, die durch Eigenschwingungen des Antriebsaggregats 12 verstärkt werden.
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In der vorliegenden Ausführungsform umfasst das Kraftfahrzeug 10 eine Fahrwerkssensoreinheit 22. Mit der Fahrwerkssensoreinheit 22 kann beispielsweise eine Bewegung zwischen dem Antriebsaggregat und einer Karosserie des Kraftfahrzeugs 10 ermittelt werden. Dazu kann die Fahrwerkssensoreinheit 22 als optischer Sensor ausgebildet sein. Ebenso kann die Fahrwerkssensoreinheit 22 dazu ausgebildet sein, eine Bewegung bzw. eine Schwingung der Karosserie in Bezug zu einer Fahrbahnoberfläche zu erfassen. Zu diesem Zweck kann die Fahrwerkssensoreinheit 22 auch mit einer Fahrwerkseinrichtung des Kraftfahrzeugs 10 gekoppelt sein. Mit der Fahrwerkssensoreinheit 22 können Schwingungen des Antriebsaggregats 12 und/oder Schwingungen der Karosserie besonders zuverlässig erfasst werden. Durch das von der Fahrwerkssensoreinheit 22 erzeugte Sensorsignal kann mittels der Steuereinrichtung 28 die Stelleinrichtung des Motorlagers 14 entsprechend angesteuert werden, um diese Schwingungen zu dämpfen.
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Darüber hinaus umfasst das Kraftfahrzeug 10 eine Innenraumsensoreinheit 24. Die Innenraumsensoreinheit 24 kann dazu ausgebildet sein, Schwingungen und/oder akustische Signale im Innenraum des Kraftfahrzeugs 10 zu erfassen. Auch von der Innenraumsensoreinheit 24 kann ein entsprechendes Sensorsignal an die Steuereinrichtung 28 ausgegeben werden.
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Schließlich umfasst die Sensoreinrichtung 18 eine Umfeldsensoreinheit 26, die dazu ausgebildet ist, ein Umfeld des Kraftfahrzeugs 10 zu erfassen. Die Umfeldsensoreinheit 26 kann beispielsweise als Kamera ausgebildet sein, mit der die Oberfläche der Fahrbahn vor dem Kraftfahrzeug 10 abgetastet werden kann. Werden mit der Umfeldsensoreinheit 26 entsprechende Unebenheiten der Fahrbahn erfasst, kann mit der Umfeldsensoreinheit 26 ein entsprechendes Sensorsignal an die Steuereinrichtung 18 ausgegeben werden und damit die Stelleinrichtung des Motorlagers 14 entsprechend angesteuert werden.
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Zusätzlich kann das Kraftfahrzeug 10 eine hier nicht dargestellte einstellbare Fahrwerkseinrichtung umfassen, die in Abhängigkeit von dem Sensorsignal der Sensoreinrichtung 18 angesteuert werden kann. Damit können die Auswirkungen von Lastwechselphänomenen und Schwingungen reduziert werden. Damit können Fahrwerkregelsysteme, wie die Regelung der Dämpfer, entsprechend mit dem Sensorsignal angesteuert werden. Zusätzlich wird dadurch die Regelung von Fahrerassistenzsystemen vereinfacht.
