in einem Kraftfahrzeug

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines elektromechanischen oder hydraulischen Stellers in einem Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Patentanspruch 8.

Aus der DE 10 201 1 106 246 A1 ist ein gattungsgemäßer elektromechanischer Steller bekannt, der in einem Fahrwerksystem eines Kraftfahrzeugs eingesetzt wird, um insbesondere fahrdynamische Eingriffe zu ermöglichen. Dieser ist Bestandteil eines Drehfederstabsystems, bei dem je Fahrzeugseite ein über eine Motor-Getriebe-Einheit bzw. einen Aktuator variabel vorspannbarer Drehfederstab über einen Abtriebshebel auf jeweils ein Radaufhängungs- element der beidseitigen Radaufhängung des Kraftfahrzeugs wirkt. Das Drehfederstabsystem bildet einen aktiven Drehsteller oder Stabilisator, der zugleich als Speicherfeder wirkend eine Niveauverstellung der Karosserie des Kraftfahrzeugs ermöglicht und zudem Wank- und Nickneigungen entgegen wirken kann. Derartige Steller unterliegen im Fahrbetrieb einer hohen Dynamik und hohen Drehzahlen und können demzufolge störende Geräuschquellen bilden.

Im Stand der Technik werden die Betriebsschwingungen des Stellers durch eine entsprechend ausgelegte elastische Lagerung oder einem Schwingungstilger gedämpft, deren Dämpfungsfähigkeiten jedoch begrenzt sind.

Generell sind beispielshaft aus der DE 10 2004 015 036 B4 aktive Aggregatelager mit zum Beispiel einer hydraulischen Dämpfung bekannt, die für unterschiedliche Schwingungsanregungen und Schwingungsamplituden in ihrer Dämpfungscharakteristik elektrisch verstellbar sind und somit wirkungsvoll insbesondere niederfrequente Anregungen dämpfen können. Bei einem solchen aktiven Lagersystem wird eine Aktorik des Aggregatelagers mit einem Stellsignal angesteuert, um eine weitgehende Schwingungs- kompensation der Aggregateschwingung im Fahrbetrieb zu erreichen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen, mittels dem nahezu ohne Mehraufwand die Schwingungs- und Geräuschentwicklung von elektro- mechanischen Stellern verminderbar ist.

Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 oder 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens und eine besonders bevorzugte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sind in den Unteransprüchen offenbart.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die Aggregatelager zugleich zum Dämpfen von Schwingungsanregungen des Drehfederstabsystems angesteuert werden. Durch entsprechende Abstimmung und Ansteuerung der Aggregatelager insbesondere im höherfrequenten Anregungsbereich gelingt es, die Dämpfungscharakteristik der Aggregatelager dazu einzusetzen, dass von den Stellern ausgehende Geräusche und/oder Vibrationen eliminiert bzw. unterdrückt werden. Besonders bevorzugt können über die Aggregatelager den Schwingungen des Drehfederstabsystems Gegenschwingungen des Antriebsaggregats überlagert werden. Dabei kann durch die Wahl des in den Aggregatelagern eingesetzten Elastomers (Lagerkörpers) und der steuerbaren Drosselwirkungen (bei hydraulischen Aggregatelagern) niederfrequente Schwingungen des Aggregats (insbesondere einer Brennkraftmaschine) gedämpft und im typischen Frequenzbereich des Stellers eine dynamische Steifigkeit generiert werden, die durch phasenverschobene Gegenschwingungen die Schwingungsanregung des Stellers zumindest vermindern.

In einer regelungstechnischen Realisierung kann eine Regeleinheit die im Fahrbetrieb auftretende Antriebsaggregate-Schwingung als ein erstes aktuelles Störsignal erfassen. Auf der Grundlage des erfassten Störsignals erzeugt die Regeleinheit ein erstes Stellsignal, mit dem die Aktorik des Aggregatelagers zur Reduzierung des ersten Störsignals angesteuert wird. Zudem kann die Regeleinheit eine Betriebsschwingung des elektromechanischen Stellers als ein zweites aktuelles Störsignal erfassen. Auf der Grundlage dieses zweiten Störsignals erzeugt die Regeleinheit ein zweites Stellsignal, mit dem die Aktorik des Aggregatelagers zur Reduzierung des zweiten Störsignals angesteuert wird.

Zur Erfassung des oben erwähnten zweiten Störsignals kann an dem elektromechanischen Steller zumindest ein Schwingungssensoren angeordnet sein, dessen Signale in der Regeleinheit zur zusätzlichen Ansteuerung des Aggregatelagers ausgewertet werden.

Dabei kann die Regeleinheit ein im Kraftfahrzeug ohnehin vorhandenes Motorsteuergerät sein, in dem fahrdynamische und aggregatspezifische Parameter (Lastzustand, Drehzahl, etc.) erfasst und nach Maßgabe dieser Daten die Aggregatelager gesteuert werden. Des Weiteren können die Ansteuersignale des elektromechanischen Stellers zugleich zur zusätzlichen Steuerung der aktiven Aggregatelager verwendet werden, so dass gegebenenfalls ohne der Verwendung von Sensoren eine adäquate Schwingungsdämpfung verwirklichbar ist. Dazu kann besonders zweckmäßig die Ansteuerung des Aggregatelagers abhängig von den Steuersignalen des elektromechanischen Stellers empirisch ermittelt und in einem Steuergerät abgelegt sein. Zur Durchführung des Verfahrens wird insbesondere vorgeschlagen, dass räumlich nahe zumindest einem elektromechanischen Steller, insbesondere einem auf Radführungselemente der Radaufhängungen des Kraftfahrzeugs wirkenden Drehfederstabsystems, aktiv in ihrer Dämpfungscharakteristik verstellbare Aggregatelager zur Lagerung eines Antriebsaggregats des Kraftfahrzeugs am Fahrzeugaufbau oder an einem Hilfsrahmen angeordnet sind und dass die Aggregatelager mittels eines elektronischen Steuergeräts zur Dämpfung der Schwingungsanregungen des Stellers angesteuert sind.

Ferner kann an dem elektromechanischen Steller zumindest ein schwingungs- aufnehmender Sensor vorgesehen sein, dessen Signale zur Ansteuerung der aktiven Aggregatelager dem Steuergerät signaltechnisch zuführbar ist.

Das Drehfederstabsystem kann je Radaufhängung einen Aktuator bestehend aus einem Elektromotor und zumindest einem Getriebe aufweisen, die auf zumindest eine Drehfeder deren Vorspannung verändernd wirken, wobei je Aktuator ein Sensor vorgesehen ist und die Sensoren mit dem Steuergerät verbunden sind. Gegebenenfalls können dabei die Signale der beiden Sensoren im Steuergerät getrennt auswertbar sein, wobei über das Steuergerät nur das dem jeweiligen Aktuator am Nächsten liegende Aggregatelager angesteuert ist. Schließlich kann der elektromechanische Steller bzw. das Drehfeder- stabsystem fest mit dem Hilfsrahmen des Kraftfahrzeugs verbunden, insbesondere verschraubt sein, auf dem auch das Antriebsaggregat zumindest teilweise über die aktiven Aggregatelager gelagert ist. Dies hat den Vorteil einer einfachen Befestigung ohne schwingungsdämpfernde Mittel und bewirkt zudem ein verbessertes Ansprechverhalten des Drehfederstabsystems.

Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wieder- gegebenen vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen der Erfindung können - außer zum Beispiel in den Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen - einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen. Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen: Fig. 1 eine grob schematische Ansicht eines Drehfederstabsystems für die Radaufhängung eines Kraftfahrzeugs, dessen beidseitige Aktuatoren nahe aktiver Aggregatelager zur Lagerung eines Antriebsaggregats positioniert sind und Schwingungsaufnehmende Sensoren tragen, die mit einem die Aggregatelager ansteuerndem, elektronischen Motorsteuergerät verbunden sind;

Fig. 2 einen Regelkreis zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; und Fig. 3 das Drehfederstabsystem und die Aggregatelager in einer Ansicht von oben.

In den Fig. 1 und 3 ist in einer grobschematischer Darstellung ein Antriebsaggregat, insbesondere eine Brennkraftmaschine 10, in Umrissen angedeutet, die im hier interessierenden Bereich über zwei, beiderseits angeordnete Aggregatelager 12 auf einer angedeuteten fahrzeugseitigen Tragstruktur 5, etwa einem Hilfsrahmen, über entsprechende Motorstützen 14 schwingungsisoliert gelagert ist. Der Hilfsrahmen ist in der Regel über schwingungsdämpfende Lager mit dem Aufbau des Kraftfahrzeugs verbunden, während die Gehäuse der Aggregatelager 12 mit dem Hilfsrahmen fest verschraubt sind.

Die aktiven Aggregatelager 12 können hydraulisch dämpfende Lager an sich bekannter Bauart sein, die angesteuert über ein elektronisches Steuergerät, insbesondere ein im Fahrzeug bereits vorhandenes Motorsteuergerät 16, in ihrer Dämpfungscharakteristik insbesondere zwischen niederfrequenter und hochfrequenter Schwingungsanregung veränderbar sind. Ebenfalls an der Tragstruktur 5 befestigt ist ein Drehfederstabsystem 18, das sich aus zwei in der Fahrzeugmitte getrennten, quer zur Fahrzeuglängsrichtung angeordneten Drehfederstäben 20 und zwei beiderseits angeordneten, elektromechanischen Stellern 22 zusammensetzt. Die Drehfederstäbe 20 und die Steller 22 können wie in der eingangs angeführten DE 10 2009 005 899 A1 ausgeführt sein, wobei die Steller 22 durch einen achsparallelen Elektromotor 24 (Fig. 3) und zumindest ein Getriebe, zum Beispiel einen Umschlingungstrieb 26, gebildet sein können. Die Drehfederstäbe 20 sind mit dem Getriebe 26 trieblich verbunden und über jeweils einen Abtriebshebel 29 mit einem Radführungselement 31 der beidseitigen Radaufhängung des Kraftfahrzeugs gelenkig verbunden. Durch Ansteuerung der Elektromotoren 24 de Steller 22 können zur Niveauregelung und zum Wank- und Nickausgleich der Karosserie des Kraftfahrzeugs die als Speicherfeder zu einer Tragfeder der Radaufhängungen wirkenden Drehstäbe 20 in ihrer Vorspannung verändert werden, wobei die Steller 22 entsprechend dynamisch und mit relativ hohen Stellkräften belastet sind.

Die Position der aktiven Aggregatelager 12 und der Steller 22 des am Hilfsrahmen befestigten Drehfederstabsystems 18 liegt nahe beieinander (vergleiche Fig. 1 oder 3). Dies ermöglicht es, die veränderliche Dämpfungscharakteristik der Aggregatelager 12 zusätzlich zur Verminderung von sich auf die Fahrzeugkarosserie übertragenden Geräuschen oder Vibrationen durch die Steller 22 einzusetzen.

Dazu sind an den Stellern 22 bevorzugt im Bereich der Getriebe 26 Schwingungssensoren 28 vorgesehen, die signaltechnisch mit dem Motorsteuergerät 16 verbunden sind (Fig. 1 ).

Dem Motorsteuergerät 16 werden in bekannter Weise motorspezifische und fahrspezifische Daten wie Last, Drehzahl der Brennkraftmaschine und Geschwindigkeit, Lenkwinkel, Querbeschleunigung, etc. zugeführt, um unter anderem die aktiven Aggregatelager 12 anzusteuern und in ihrer Dämpfungscharakteristik entsprechend zu verändern.

Zusätzlich ist das Motorsteuergerät 16 derart modifiziert, dass es bei relevanten Betriebszuständen der Steller 22 mit entsprechender Schwingungs- anregung, die über die Schwingungssensoren 28 erfasst und dem Motorsteuergerät 16 zugeführt werden, zusätzlich die aktiven Aggregatelager 12 ansteuert und in ihrer Dämpfungscharakteristik anpasst. Dies kann derart erfolgen, dass durch Auslegung und Abstimmung der Funktionsteile der Aggregatelager 12 im Frequenzbereich der Aktuatoren 22 eine dynamische Steifigkeit generiert wird, die zwischen dem Hilfsrahmen bzw. den fest damit verbundenen Stellern 22 um 180° phasenverschobene Gegenschwingungen des Antriebsaggregats 10 überträgt, die die von den Aktuatoren 22 ausgehenden Schwingungen löschen bzw. die Übertragung von Geräuschen und/oder Vibrationen eliminiert.

In der Fig. 2 ist beispielhaft eine regelungstechnische Realisierung der Erfindung gezeigt. Demzufolge ist das nicht dargestellte Antriebsaggregat 10 über die Motorstütze 14 unter Zwischenschaltung des aktiven Aggregatelagers 12 auf der Tragstruktur 5 einer Fahrzeugkarosserie abgestützt. Das Aggregatelager 12 weist zum Beispiel eine nicht gezeigte Hydraulikkammer mit einem elektrodynamischen Aktor auf, der von der Regeleinheit 16 elektrisch ansteuerbar ist.

Die Regeleinheit 16, die Aktorik sowie ein am karosserieseitigen Lagerfußpunkt des Aggregatelagers 12 angeordneter Fehlersensor 15 bilden zusammen mit dem Aggregatelager 12 (Regelstrecke) einen Regelkreis R. Der Regelkreis R steuert die Aktorik so an, dass das Aggregatelager 12 mit einer Gegenschwingung beaufschlagt wird, mit der eine betriebsbedingte Motorschwingung weitgehend kompensierbar ist. Über den Fehlersensor 15 wird ein aktuelles Störsignal e ₁ zur Regeleinheit 1 1 rückgeführt. Zusätzlich weist die Regeleinheit 1 1 einen Signaleingang für ein Motormoment M und einen Signaleingang für die Motordrehzahl n auf. Die Regeleinheit 1 1 erzeugt das, die Gegenschwingung bildende Stellsignal u1 , mit dem die Aktorik des Aggregatelagers 12 angesteuert wird.

Zudem ist in dem in der Fig. 2 gezeigten Regelkreis R ein Sensor 28 zur Erfassung einer Betriebsschwingung des Stellers 22 eingebunden. Die vom Sensor 28 erfasste Betriebsschwingung bildet ein zweites Störsignal e ₂ , auf dessen Grundlage die Regeleinheit 16 ein zweites Stellsignal u ₂ erzeugt. Mit dem zweiten Stellsignal u ₂ wird ebenfalls die Aktorik des Aggregatelagers 12 angesteuert, um das zweite Störsignal e ₂ , das heißt die Betriebsschwingung des Stellers 22, zu reduzieren.

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme kann das Drehfederstabsystem 18 ohne störende Geräuschübertragung fest mit dem Hilfsrahmen verbunden werden, was neben der einfacheren Befestigung (keine geräuschdämmenden Mittel) eine verbesserte Ansprechempfindlichkeit des Systems ermöglicht.

Gegebenenfalls können der linke und der rechte Schwingungssensor 28 im Motorsteuergerät 16 getrennt ausgewertet und jeweils nur das linke oder das rechte Aggregatelager 12 entsprechend angesteuert werden.

Abweichend von dem beschriebenen Verfahren können gegebenenfalls in dem Motorsteuergerät 16 Kennfelder abgelegt sein, die aus den motor- und fahrspezifischen Daten die Betriebszustände des Kraftfahrzeugs erfassen, bei denen durch die Aktuatoren 22 relevante Schwingungsanregungen auftreten, die dann durch Ansteuern der aktiven Aggregatelager 12 beseitigt oder zumindest vermindert werden. Die besagten Daten bzw. Kennfelder können beispielsweise empirisch bestimmt werden. Die Schwingungssensoren 28 könnten dann gegebenenfalls entfallen. Die Aggregatelager 12 und das Drehfederstabsystem 18 mit den Drehfedern 20 und den Aktuatoren 22 könnten gegebenenfalls abweichend von der beschriebenen Ausführung auch unmittelbar am Aufbau des Kraftfahrzeugs angeordnet sein.

In dem obigen Ausführungsbeispiel sind zwei Aktuatoren bzw. Steller 22 je Fahrzeugseite im Einsatz. Die Erfindung ist jedoch nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr kann das Drehfederstabsystem 18 auch als ein Wankstabilisator ausgeführt sein, der mit lediglich einen Aktuator 22 arbeitet, der mit zwei Stabilisatorhälften in Wirkverbindung ist. Außerdem kann der Elektromotor 24 im Gegensatz zum gezeigten Ausführungsbeispiel direkt über ein Motorlager mit geeignetem Übertragungsverhalten am Gehäuse des Stellers 22 angebunden sein.