DE102019132540A1

DE102019132540A1 - METHOD FOR DESIGNING A DRIVE UNIT BEARING ON A VEHICLE BODY

Info

Publication number: DE102019132540A1
Application number: DE102019132540.4A
Authority: DE
Inventors: Christof Nussmann; Johan Van Keymeulen; Tobias Schellen
Original assignee: FEV Group GmbH
Current assignee: FEV Group GmbH
Priority date: 2019-11-29
Filing date: 2019-11-29
Publication date: 2020-01-23
Also published as: DE102020006990A1

Abstract

Verfahren zur Auslegung einer Antriebseinheitslagerung an einer Fahrzeugkarosserie, mit den Verfahrensschritten:
(A) Festlegen eines Fahrzeugkonzepts durch Auswählen einer Antriebseinheit, Auswählen eines Hilfsrahmens, Vorgeben einer Verbindung der Antriebseinheit zu dem Hilfsrahmen mit mindestens drei Verbindungselementen, Auswählen einer Karosserie, Vorgeben einer Verbindung des Hilfsrahmens zu der Karosserie mit mindestens drei Verbindungselementen, Vorgeben einer Verbindung der Karosserie mit zwei oder mehr Rädern, wobei jedes der Räder mindestens ein Verbindungselement zur Karosserie hat;
(B) Erstellen eines Modells (2) des Fahrzeugkonzepts;
(C) Untersuchung des Modells (2) hinsichtlich der Fahrzeugdynamik, insbesondere in vertikaler Richtung, und Bereitstellen von Untersuchungsergebnissen;
(D) Anpassung der Antriebseinheit und/oder des Hilfsrahmens und/oder der Karosserie und/oder der Räder und/oder eines Verbindungselements anhand der Untersuchungsergebnisse des Modells (2).

Method for designing a drive unit bearing on a vehicle body, with the method steps:
(A) Determining a vehicle concept by selecting a drive unit, selecting a subframe, specifying a connection of the drive unit to the subframe with at least three connecting elements, selecting a body, specifying a connection of the subframe to the body with at least three connecting elements, specifying a connection of the body with two or more wheels, each of the wheels having at least one connecting element to the body;
(B) creating a model (2) of the vehicle concept;
(C) Examination of the model (2) with regard to vehicle dynamics, in particular in the vertical direction, and provision of examination results;
(D) adapting the drive unit and / or the subframe and / or the body and / or the wheels and / or a connecting element on the basis of the examination results of the model (2).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auslegung einer Antriebseinheitslagerung an einer Fahrzeugkarosserie.The present invention relates to a method for designing a drive unit bearing on a vehicle body.

In modernen Kraftfahrzeugen werden für ein Fahrzeugmodell eine Mehrzahl verschiedener Varianten von Antriebseinheiten angeboten, die sich in Bezug auf das dynamische Verhalten des Gesamtfahrzeugs durch ein unterschiedliches Gesamtgewicht, eine unterschiedliche Gewichtsverteilung und eine unterschiedliche innermotorische dynamische Anregung voneinander unterscheiden. So ist ersichtlich, dass sich für rein verbrennungsmotorisch angetriebene Fahrzeuge im Vergleich zu rein elektromotorisch angetriebenen Fahrzeugen oder Hybridfahrzeugen abweichende Anforderungen an deren Lagerung an der Karosserie und/oder einem Hilfsrahmen ergeben. Für jede Antriebseinheit muss daher deren Einbindung in das Gesamtfahrzeug optimiert werden, um den geforderten Fahrkomfort für den Fahrer und/oder die Insassen zu realisieren. Insbesondere sind antriebseinheitsspezifische Lagerungen vorzusehen, die sich hinsichtlich der Lagerpositionen, -steifigkeiten, -orientierung und/oder -dämpfungen unterscheiden.In modern motor vehicles, a plurality of different variants of drive units are offered for a vehicle model, which differ from one another in terms of the dynamic behavior of the overall vehicle by means of a different total weight, a different weight distribution and a different in-engine dynamic excitation. It can be seen that there are different requirements for their mounting on the body and / or a subframe for vehicles driven purely by internal combustion engines compared to vehicles driven purely by electric motors or hybrid vehicles. For each drive unit, its integration into the overall vehicle must therefore be optimized in order to achieve the required driving comfort for the driver and / or the occupants. In particular, drive unit-specific bearings are to be provided, which differ with regard to the bearing positions, stiffness, orientation and / or damping.

Weiter soll bereits zu einem frühen Entwicklungsstadium eines Fahrzeugs eine Aussage darüber getroffen werden können, wie sich die Fahrzeugkarosserie, ein zwischen der Karosserie und der Antriebseinheit angeordneter Hilfsrahmen, die Antriebseinheit und die Räder in Folge dynamischer Anregungen in Form von Kräften und Momenten verlagern. Dynamische Anregungen entstehen beispielsweise am Motor, z.B. durch innermotorische Kraftanregungen in Folge unausgeglichener Massenkräfte eines Verbrennungsmotors. Weiter entstehen dynamische Anregungen im Bereich der Karosserie und/oder einem Hilfsrahmen durch direkt an der Karosserie und/oder dem Hilfsrahmen gelagerte Hilfsaggregate, wie Generatoren oder dergleichen. Zudem entstehen dynamische Anregungen im Bereich der Räder, z.B. im Rahmen der Verwendung von Radnabenmotoren und auch durch Unebenheiten der Fahrbahn, die im Fahrbetrieb überrollt werden. Diese dynamischen Anregungen sollen daher berücksichtigt werden, um die Auslegung der Aggregatelagerungen hinsichtlich ihrer Steifigkeit und ihres Dämpfungsverhaltens sowie bezüglich ihrer Position und Orientierung frühzeitig abzustimmen.Furthermore, at an early development stage of a vehicle, it should be possible to make a statement as to how the vehicle body, an auxiliary frame arranged between the body and the drive unit, the drive unit and the wheels are displaced as a result of dynamic excitations in the form of forces and moments. Dynamic excitations are generated, for example, on the engine, e.g. due to excitation within the engine as a result of unbalanced mass forces of an internal combustion engine. Furthermore, dynamic excitations arise in the area of the body and / or an auxiliary frame by means of auxiliary units, such as generators or the like, mounted directly on the body and / or the auxiliary frame. There are also dynamic suggestions in the area of the wheels, e.g. in the context of the use of wheel hub motors and also due to bumps in the road that are overrun while driving. These dynamic suggestions should therefore be taken into account in order to coordinate the design of the unit bearings with regard to their rigidity and damping behavior as well as their position and orientation at an early stage.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die technische Problemstellung zugrunde, ein effizientes Verfahren zur Auslegung einer Antriebseinheitslagerung an einer Fahrzeugkarosserie anzugeben. Die technische Problemstellung wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der nachstehenden Beschreibung.Against this background, the invention is based on the technical problem of specifying an efficient method for designing a drive unit bearing on a vehicle body. The technical problem is solved by a method according to claim 1. Further developments of the invention result from the dependent claims and the description below.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auslegung einer Antriebseinheitslagerung an einer Fahrzeugkarosserie, mit den Verfahrensschritten:

A) Festlegen eines Fahrzeugkonzepts durch Auswählen einer Antriebseinheit, Auswählen eines Hilfsrahmens, Auswählen einer Karosserie, Vorgeben einer Verbindung der Antriebseinheit zu dem Hilfsrahmen mit mindestens drei Verbindungselementen, Vorgeben einer Verbindung des Hilfsrahmens zu der Karosserie mit mindestens drei Verbindungselementen, Vorgeben einer Verbindung der Karosserie mit zwei oder mehr Rädern, wobei jedes der Räder mindestens ein Verbindungselement zur Karosserie hat;
B) Erstellen eines Modells des Fahrzeugkonzepts, wobei die Antriebseinheit durch einen Starrkörper mit einem Massenschwerpunkt und sechs Freiheitsgraden repräsentiert wird, der Hilfsrahmen durch einen Starrkörper mit einem Massenschwerpunkt und sechs Freiheitsgraden repräsentiert wird, die Karosserie durch einen Starrkörper mit einem Massenschwerpunkt und sechs Freiheitsgraden repräsentiert wird, jedes der mindestens drei Verbindungselemente zwischen der Antriebseinheit und dem Hilfsrahmen durch eine Feder mit parallelem Dämpfer repräsentiert wird, jedes der mindestens drei Verbindungselemente zwischen der Antriebseinheit und dem Hilfsrahmen durch eine Feder mit parallelem Dämpfer repräsentiert wird, jedes Rad durch einen Starrkörper mit einem Massenschwerpunkt und einem vertikalen Freiheitsgrad repräsentiert wird, jedes der Verbindungselemente zwischen einem Rad und der Karosserie durch eine Feder mit parallelem Dämpfer repräsentiert wird und jedem Rad eine Verbindung zu einem Untergrund zugeordnet ist, die durch eine Feder mit einem Dämpfer repräsentiert ist;
C) Untersuchung des Modells hinsichtlich des dynamischen Verhaltens und Bereitstellen von Untersuchungsergebnissen;
D) Anpassung der Antriebseinheit und/oder des Hilfsrahmens und/oder der Karosserie und/oder der Räder und/oder eines Verbindungselements anhand der Untersuchungsergebnisse des Modells.

The invention relates to a method for designing a drive unit bearing on a vehicle body, with the method steps:

A) Determining a vehicle concept by selecting a drive unit, selecting a subframe, selecting a body, specifying a connection of the drive unit to the subframe with at least three connecting elements, specifying a connection of the subframe to the body with at least three connecting elements, specifying a connection of the body with two or more wheels, each of the wheels having at least one connecting element to the body;
B) Creation of a model of the vehicle concept, the drive unit being represented by a rigid body with a center of mass and six degrees of freedom, the subframe being represented by a rigid body with a center of mass and six degrees of freedom, the body being represented by a rigid body with a center of mass and six degrees of freedom , each of the at least three connecting elements between the drive unit and the subframe is represented by a spring with a parallel damper, each of the at least three connecting elements between the drive unit and the subframe is represented by a spring with a parallel damper, each wheel by a rigid body with a center of mass and represents a vertical degree of freedom, each of the connecting elements between a wheel and the body is represented by a spring with a parallel damper and a connection to each wheel is assigned to a surface, which is represented by a spring with a damper;
C) Examination of the model with regard to dynamic behavior and provision of examination results;
D) Adaptation of the drive unit and / or the subframe and / or the body and / or the wheels and / or a connecting element on the basis of the examination results of the model.

Erfindungsgemäß erfolgt daher nach der Auswahl des Fahrzeugkonzepts eine detaillierte Modellierung, um die Wechselwirkung der Antriebseinheit, dem Hilfsrahmen, der Karosserie und der jeweiligen Räder bei einer Anregung zu berechnen. Dabei hat das Modell z.B. 20 Freiheitsgrade, soweit zwei Räder mit der Karosserie verbunden sind, bzw. 22 Freiheitsgrade, soweit vier Räder mit der Karosserie verbunden sind.According to the invention, therefore, after the selection of the vehicle concept, a detailed modeling is carried out in order to calculate the interaction of the drive unit, the subframe, the body and the respective wheels in the event of an excitation. The model has, for example, 20 degrees of freedom, provided two wheels are connected to the body, or 22 Degrees of freedom, as far as four wheels are connected to the body.

Zwischen der Antriebseinheit und dem Hilfsrahmen können drei, vier oder mehr Verbindungselemente vorgesehen sein, die in dem Modell jeweils durch eine Feder und einen parallelen Dämpfer repräsentiert sind.Three, four or more connecting elements can be provided between the drive unit and the subframe, each of which is represented in the model by a spring and a parallel damper.

Zwischen dem Hilfsrahmen und der Karosserie können drei oder mehr Verbindungselemente vorgesehen sein, die in dem Modell jeweils durch eine Feder und einen parallelen Dämpfer repräsentiert sind.Three or more connecting elements can be provided between the subframe and the body, each of which is represented in the model by a spring and a parallel damper.

Ein Verbindungselement zwischen der Antriebseinheit und dem Hilfsrahmen kann z.B. ein Gummi-Metall-Lager repräsentieren. Ein Verbindungselement zwischen dem Hilfsrahmen und der Karosserie kann z.B. ein Gummi-Metall-Lager repräsentieren. A connecting element between the drive unit and the subframe can e.g. represent a rubber-metal bearing. A connecting element between the subframe and the body can e.g. represent a rubber-metal bearing.

Soweit ein Verbindungselement ein Hydrolager, Schaltlager, Aktivlager und dergleichen ist, werden diese Verbindungselemente durch eine komplexere Modellierung repräsentiert als es ein reine Feder/Dämpfer Parallelschaltung darstellt.Insofar as a connecting element is a hydraulic bearing, switch bearing, active bearing and the like, these connecting elements are represented by a more complex modeling than a pure spring / damper parallel connection.

Anhand der Untersuchungsergebnisse des Modells kann anschließend eine Anpassung der ausgewählten Komponenten beispielsweise dahingehend erfolgen, dass die Masse einer Komponente in der Konstruktion gezielt verringert oder erhöht wird, eine Anpassung der Konstruktion durch eine Verschiebung der Massenschwerpunkte erfolgt oder die Position und/oder Steifigkeit und/oder die Orientierung und/oder das Dämpfungsverhalten der Verbindungselemente verändert wird, um das dynamische Verhalten insgesamt zu verbessern.Based on the examination results of the model, the selected components can then be adapted, for example, in such a way that the mass of a component in the construction is deliberately reduced or increased, the construction is adapted by shifting the center of gravity or the position and / or stiffness and / or the orientation and / or the damping behavior of the connecting elements is changed in order to improve the overall dynamic behavior.

Zur Untersuchung des dynamischen Verhaltens kann vorgesehen sein, dass im Verfahrensschritt C) eine dynamische Anregung an einem Massenschwerpunkt und/oder eine Fußpunktanregung vorgegeben und eine Schwingungsantwort des Modells berechnet werden.To investigate the dynamic behavior, it can be provided that in method step C) a dynamic excitation at a center of gravity and / or a foot point excitation is specified and an oscillation response of the model is calculated.

Die Modellierung und Simulation kann rechnergestützt erfolgen, wobei beispielsweise eine kommerziell erhältliche Software eingesetzt werden kann. Insbesondere können die Ergebnisse der Simulation mit vorhandenen experimentellen Messdaten korreliert werden, um die Genauigkeit des Modells und den daraus folgenden Simulationsergebnissen zu erhöhen.The modeling and simulation can be computer-aided, for example, commercially available software can be used. In particular, the results of the simulation can be correlated with existing experimental measurement data in order to increase the accuracy of the model and the resulting simulation results.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die dynamische Anregung eine periodische und/oder stoßartige Krafteinleitung im Bereich der Massenschwerpunkte des Aggregates in einer vertikalen Richtung ist. Auf diese Weise kann beispielsweise simuliert werden, wie sich der Hilfsrahmen und/oder die Fahrzeugkarosserie und/oder die Antriebseinheit in Folge einer innermotorischen dynamischen Anregung für verschiedene Betriebsstrategien und Betriebszustände verhalten. Hierdurch kann ein Rückschluss auf den zu erwartenden Fahrkomfort für den Fahrer und/oder die Insassen erfolgen.In particular, provision can be made for the dynamic excitation to be a periodic and / or impact-like introduction of force in the area of the center of gravity of the unit in a vertical direction. In this way, it can be simulated, for example, how the subframe and / or the vehicle body and / or the drive unit behave as a result of an in-engine dynamic excitation for different operating strategies and operating states. In this way, a conclusion can be drawn about the driving comfort to be expected for the driver and / or the occupants.

Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass im Verfahrensschritt C) eine Schwingungsantwort des Massenschwerpunkts der Antriebseinheit berechnet wird, insbesondere deren Schwingungsantwort in vertikaler Richtung. Auf diese Weise kann bereits frühzeitig abgeschätzt werden, unter welchem Betriebszustand des Motors beispielsweise eine nicht zufriedenstellende Schwingung der Antriebseinheit für das untersuchte Fahrzeugkonzept zu erwarten ist.For example, it can be provided that in method step C) an oscillation response of the center of gravity of the drive unit is calculated, in particular its oscillation response in the vertical direction. In this way, it can be estimated at an early stage under which operating state of the engine, for example, an unsatisfactory vibration of the drive unit is to be expected for the examined vehicle concept.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die dynamische Anregung eine periodische und/oder stoßartige Krafteinleitung im Bereich der Räder in einer vertikalen Richtung ist. Auf diese Weise kann beispielsweise simuliert werden, wie sich der Hilfsrahmen und/oder die Fahrzeugkarosserie und/oder die Antriebseinheit in Folge des Überfahrens eines welligen Fahrbahnprofils für verschiedene Fahrgeschwindigkeiten verhalten. Hierdurch kann ein Rückschluss auf den zu erwartenden Fahrkomfort für den Fahrer und/oder die Insassen erfolgen.In particular, it can be provided that the dynamic excitation is a periodic and / or shock-like introduction of force in the area of the wheels in a vertical direction. In this way, it can be simulated, for example, how the subframe and / or the vehicle body and / or the drive unit behave for different driving speeds as a result of driving over a wavy roadway profile. In this way, a conclusion can be drawn about the driving comfort to be expected for the driver and / or the occupants.

Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass im Verfahrensschritt C) eine Schwingungsantwort des Massenschwerpunkts des Hilfsrahmens und/oder der Fahrzeugkarosserie berechnet wird, insbesondere deren Schwingungsantwort in vertikaler Richtung. Auf diese Weise kann bereits frühzeitig abgeschätzt werden, unter welchen fahrdynamischen Bedingungen beispielsweise eine nicht zufriedenstellende Schwingung des Hilfsrahmens und/oder der Fahrzeugkarosserie für das untersuchte Fahrzeugkonzept zu erwarten ist.For example, it can be provided that in method step C) an oscillation response of the center of gravity of the subframe and / or the vehicle body is calculated, in particular its oscillation response in the vertical direction. In this way, it can be estimated at an early stage under which dynamic driving conditions, for example, an unsatisfactory vibration of the subframe and / or the vehicle body is to be expected for the examined vehicle concept.

Um das dynamische Verhalten im Verfahrensschritt C) zu bewerten, können beispielsweise Grenzwerte für Schwingungsfrequenzen und/oder Schwingungsamplituden der Massenschwerpunkte vorgesehen sein, insbesondere für die Massenschwerpunkte des Hilfsrahmens, der Fahrzeugkarosserie und der Antriebseinheit. Es versteht sich, dass gleichermaßen Grenzwerte für die Schwingungsfrequenzen und/oder Schwingungsamplituden der Massenschwerpunkte der Räder vorgegeben sein können.In order to evaluate the dynamic behavior in method step C), for example limit values for vibration frequencies and / or vibration amplitudes of the center of gravity can be provided, in particular for the center of gravity of the subframe, the vehicle body and the drive unit. It goes without saying that limit values for the oscillation frequencies and / or oscillation amplitudes of the center of gravity of the wheels can also be specified.

Um eine Optimierung des Fahrzeugkonzepts iterativ anhand des Modells vorzunehmen und so die Entwicklungskosten zu reduzieren, kann vorgesehen sein, dass vor dem Verfahrensschritt D) eine Wiederholung oder mehrere Wiederholungen des Verfahrensschritts C) erfolgen, wobei vor einer Wiederholung des Verfahrensschritts C) eine Anpassung des Modells erfolgt.In order to carry out an optimization of the vehicle concept iteratively on the basis of the model and thus to reduce the development costs, it can be provided that before the method step D) a Repetition or several repetitions of process step C) take place, with an adaptation of the model taking place before repetition of process step C).

Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Anpassung des Modells einen oder mehrere der folgenden Schritte beinhaltet: Veränderung der Position eines Massenschwerpunkts oder mehrerer Massenschwerpunkte, insbesondere des Massenschwerpunkts der Antriebseinheit und/oder des Hilfsrahmen und/oder Karosserie und/oder der Räder; Veränderung eines Betrags der Masse, die einem Massenschwerpunkt zugeordnet ist, insbesondere der Antriebseinheit und/oder dem Hilfsrahmen und/oder der Karosserie und/oder der Räder; Veränderung der Position und/oder Orientierung eines Verbindungselements oder mehrerer Verbindungselemente; Veränderung einer Feder- und/oder einer Dämpfercharakteristik eines Verbindungselements oder mehrerer Verbindungselemente. Beispielsweise kann eine lineare oder eine nicht-lineare Charakteristik vorgegeben werden.For example, it can be provided that the adaptation of the model includes one or more of the following steps: changing the position of a center of gravity or several centers of mass, in particular the center of gravity of the drive unit and / or the auxiliary frame and / or body and / or the wheels; Changing an amount of the mass that is assigned to a center of mass, in particular the drive unit and / or the subframe and / or the body and / or the wheels; Changing the position and / or orientation of a connecting element or several connecting elements; Change a spring and / or a damper characteristic of a connecting element or several connecting elements. For example, a linear or a non-linear characteristic can be specified.

Durch die Optimierung des dynamischen Verhaltens des Fahrzeugkonzepts am detaillierten Modell mit 20 oder mehr Freiheitsgraden kann daher bereits vor der Fertigung erster Prototypen eine zuverlässige Aussage über die Fahrzeugdynamik und die zu erwartenden Schwingungsantwort am Modell getroffen werden. Dabei hängt die oben genannte Wahl der Freiheitsgrade von der Anzahl der Räder bzw. der Anzahl der Radaufhängungen ab. So kann ein Zweirad mit einem Modell mit 20 Freiheitsgraden dargestellt werden, während ein Dreirad mir 21 Freiheitsgraden modelliert wird. Ein konventioneller PKW mit vier Rädern hat im Modell 22 Freiheitsgrade. Ein LKW mit drei Achsen würde z.B. ein Modell mit 24 Freiheitsgraden benötigen. Spezielle Fahrzeuge können auch mehr als drei Achsen haben und benötigen dann auch ein Modell mit 26 oder mehr Freiheitsgraden.By optimizing the dynamic behavior of the vehicle concept on the detailed model with 20 or more degrees of freedom, a reliable statement about the vehicle dynamics and the expected vibration response on the model can be made before the first prototypes are manufactured. The above-mentioned choice of degrees of freedom depends on the number of wheels or the number of wheel suspensions. So a two-wheeler can be represented with a model with 20 degrees of freedom, while a tricycle with 21 degrees of freedom is modeled. A conventional car with four wheels has 22 degrees of freedom in the model. A truck with three axles would e.g. need a model with 24 degrees of freedom. Special vehicles can also have more than three axles and then require a model with 26 or more degrees of freedom.

Es kann vorgesehen sein, dass die im Verfahrensschritt A) ausgewählte Antriebseinheit einen oder mehrere der nachfolgenden Komponenten aufweist: Verbrennungskraftmaschine, Elektromotor, Brennstoffzelle, Getriebe und dergleichen. Die Orientierung dieser Komponenten kann in Längs- oder in Querrichtung sein.It can be provided that the drive unit selected in method step A) has one or more of the following components: internal combustion engine, electric motor, fuel cell, transmission and the like. The orientation of these components can be in the longitudinal or transverse direction.

So können entsprechende Antriebs- und Getriebemodule der Antriebseinheit kombiniert, am Modell verändert und in ihren Anbindungspunkten an dem Hilfsrahmen und/oder der Karosserie variiert werden, um über die Modellbildung eine Anpassung des Fahrzeugkonzepts zu ermöglichen.Corresponding drive and transmission modules of the drive unit can be combined, changed on the model and their connection points on the subframe and / or the body can be varied in order to enable the vehicle concept to be adapted via the model formation.

Es kann vorgesehen sein, dass im Verfahrensschritt A) eines der folgenden Layouts ausgewählt wird Frontmotor, Mittelmotor, Heckmotor oder Radnabenmotor.It can be provided that one of the following layouts is selected in method step A): front motor, middle motor, rear motor or wheel hub motor.

Weiter kann vorgesehen sein, dass im Verfahrensschritt A) ein Vorgeben einer Verbindung der Karosserie mit genau vier Rädern erfolgt, wobei jedes der Räder mindestens eine Verbindungsstelle bzw. ein durch Feder und Dämpfer gebildetes Verbindungselement zur Karosserie hat.It can further be provided that in method step A) a connection of the body to exactly four wheels is specified, each of the wheels having at least one connection point or a connection element formed by spring and damper to the body.

Es kann vorgesehen sein, dass mindestens ein Verbindungselement der Antriebseinheit mit dem Hilfsrahmen ein Lager in Form eines klassischen Gummi-Metall-Lagers, Hydrolagers, Schaltlagers, Aktivlagers oder dergleichen ist.It can be provided that at least one connecting element of the drive unit with the subframe is a bearing in the form of a classic rubber-metal bearing, hydraulic bearing, switch bearing, active bearing or the like.

Alternativ und/oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass die im Verfahrensschritt A) vorgegebenen Verbindungselemente der Antriebseinheit mit dem Hilfsrahmen eine Drehmomentstütze als Verbindungselement aufweisen.Alternatively and / or additionally, it can be provided that the connecting elements of the drive unit with the auxiliary frame specified in method step A) have a torque arm as a connecting element.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Zeichnung beschrieben. Es zeigt schematisch:

1 ein Modell eines Fahrzeugkonzepts mit 22 Freiheitsgraden.

The invention is described below with reference to a drawing. It shows schematically:

1 a model of a vehicle concept with 22 degrees of freedom.

In einem ersten Verfahrensschritt A) wird zunächst das Fahrzeugkonzept festgelegt. Vorliegend wird eine Antriebseinheit mit Frontmotor im Quereinbau ausgewählt. Bei dem Frontmotor handelt es sich beispielsweise um einen Verbrennungsmotor mit zugeordnetem Mehrganggetriebe und verschiedenen Hilfsaggregaten, wie einem Generator oder dergleichen.In a first step A), the vehicle concept is first defined. In the present case, a drive unit with a front motor is installed in the transverse installation. The front engine is, for example, an internal combustion engine with an associated multi-speed transmission and various auxiliary units, such as a generator or the like.

In einem nächsten Schritt wird ein Hilfsrahmen ausgewählt, in den die Antriebseinheit eingebunden werden soll. Anschließend werden vorliegend drei Verbindungselemente zur Lagerung der Antriebseinheit in dem Hilfsrahmen nach ihrer Art und Position vorgegeben. Bei den Verbindungselementen handelt es sich vorliegend um Gummi-Metall-Lager, wobei wenigstens ein Lager eine Drehmomentstütze aufweist.In a next step, a subframe is selected in which the drive unit is to be integrated. In the present case, three connecting elements for mounting the drive unit in the subframe are then specified according to their type and position. The connecting elements in the present case are rubber-metal bearings, at least one bearing having a torque arm.

In einem nächsten Schritt wird eine Karosserie ausgewählt, in die der Hilfsrahmen eingebunden werden soll. Anschließend werden vorliegend drei Verbindungselemente zur Lagerung des Hilfsrahmens in der Karosserie nach ihrer Art und Position vorgegeben. Bei den Verbindungselementen handelt es sich vorliegend um Gummi-Metall-Lager.In a next step, a body is selected in which the subframe is to be integrated. In the present case, three connecting elements for mounting the subframe in the body are then specified according to their type and position. The connecting elements in the present case are rubber-metal bearings.

Weiter wird vorliegend eine Verbindung der Karosserie mit vier Rädern vorgegeben, wobei jedes der Räder ein Verbindungselement zur Karosserie hat. Ein solches Verbindungselement ist beispielsweise ein Stoßdämpfer mit zugeordneter Feder in Kombination mit einer Gummi-Lagerung.Furthermore, a connection of the body to four wheels is specified in the present case, each of the wheels having a connecting element to the body. Such a connecting element is, for example, a shock absorber with an associated spring in combination with a rubber bearing.

In einem nächsten Verfahrensschritten B) erfolgt eine Modellierung bzw. wird ein Modell 2 des voranstehend definierten Fahrzeugkonzepts erstellt. Das erstellte Modell 2 ist in 1 gezeigt. In a next method step B), modeling is carried out or becomes a model 2 of the vehicle concept defined above. The created model 2 is in 1 shown.

Die Antriebseinheit wird durch das Starrkörperelement M_Antrieb repräsentiert, das einen Massenschwerpunkt 4 hat und dem sechs Freiheitsgrade zugeordnet sind. Die translatorischen Freiheitsgrade sind durch das kartesische Koordinatensystem x, y, z im Massenschwerpunkt 4 angedeutet, mit den jeweils den Achsen x, y, z zugeordneten rotatorischen Freiheitsgraden, die durch die geschwungenen Pfeile gezeigt sind.The drive unit is represented by the rigid body element M_Antrieb, which has a center of mass 4 and to which six degrees of freedom are assigned. The translational degrees of freedom are due to the Cartesian coordinate system x . y . z in the center of mass 4 indicated with the respective axes x . y . z assigned rotational degrees of freedom, which are shown by the curved arrows.

Der Hilfsrahmen wird durch das Starrkörperelement M_Hilfsrahmen repräsentiert, das einen Massenschwerpunkt 5 hat und dem sechs Freiheitsgrade zugeordnet sind. Die translatorischen Freiheitsgrade sind durch das kartesische Koordinatensystem x, y, z im Massenschwerpunkt 5 angedeutet, mit den jeweils den Achsen x, y, z zugeordneten rotatorischen Freiheitsgraden, die durch die geschwungenen Pfeile gezeigt sind.The subframe is represented by the rigid body element M_Hilfsrahmen, which is a center of gravity 5 and to which six degrees of freedom are assigned. The translational degrees of freedom are due to the Cartesian coordinate system x . y . z in the center of mass 5 indicated with the respective axes x . y . z assigned rotational degrees of freedom, which are shown by the curved arrows.

Die Karosserie wird durch das Starrkörperelement M_Karosserie repräsentiert, mit einem Massenschwerpunkt 6 und ebenfalls sechs Freiheitsgraden. Wiederum sind drei translatorische Freiheitsgrade in X, Y und Z-Richtung gegeben sowie den jeder Achse X, Y und Z jeweils zugeordneten rotatorischen Freiheitsgraden, die entsprechend der bekannten Nomenklatur aus der Fahrzeugtechnik als X_roll, Y_nick und Z_gier benannt worden sind, um die Roll-, Nick- und Gierbewegung des Fahrzeugs bei dynamischer Anregung zuzuordnen.The body is represented by the rigid body element M_body, with a center of mass 6 and also six degrees of freedom. Again, there are three translational degrees of freedom in the X, Y and Z directions as well as the rotational degrees of freedom assigned to each axis X, Y and Z, which have been named X_roll, Y_nick and Z_gier in accordance with the known nomenclature from vehicle technology in order to Assign pitch and yaw movement of the vehicle with dynamic excitation.

Dem Massenschwerpunkt 4 ist die Masse der Antriebseinheit zugeordnet. Dem Massenschwerpunkt 5 ist die Masse des Hilfsrahmens zugeordnet. Dem Massenschwerpunkt 6 ist die Masse der Karosserie zugeordnet.The center of gravity 4 the mass of the drive unit is assigned. The center of gravity 5 the mass of the subframe is assigned. The center of gravity 6 the mass of the body is assigned.

Die vier Räder sind jeweils durch Starrkörper mit den ebenfalls punktförmig angenommenen Massen M1, M2, M3 und M4 definiert.The four wheels are each by rigid bodies with the masses also assumed to be punctiform M1 . M2 . M3 and M4 Are defined.

Jedes der drei Verbindungselemente zwischen der Antriebseinheit M_Antrieb und dem Hilfsrahmen M_Hilfsrahmen ist durch eine Feder mit parallelem Dämpfer repräsentiert und bildet damit ein klassisches Gummi-Metall-Lager ab. So ist ein erstes Verbindungselement 8 durch die Feder KTM mit dem Dämpfer CTM repräsentiert, ein zweites Verbindungselement 10 durch die Paarung der Feder KEM mit dem Dämpfer CEM repräsentiert und ein drittes Verbindungselement 12 durch die Paarung der Feder KTR mit dem Dämpfer CTR repräsentiert.Each of the three connecting elements between the drive unit M_Antrieb and the subframe M_Hilfsrahmen is represented by a spring with a parallel damper and thus represents a classic rubber-metal bearing. So is a first connection element 8th represented by the spring KTM with the damper CTM, a second connecting element 10 represented by the pairing of the spring KEM with the damper CEM and a third connecting element 12 represented by the pairing of the spring KTR with the damper CTR.

Jedes Verbindungselement eines Rads M1, M2, M3 und M4 zu der Karosserie M_Karosserie ist ebenfalls durch eine Paarung K1/C1, K2/C2, K3/C3 und K4/C4 repräsentiert, wobei dem Rad M1 die Feder K1 mit dem Dämpfer C1 zugeordnet ist, dem Rad M2 die Feder K2 mit dem Dämpfer C2 zugeordnet ist, dem Rad M3 die Feder K3 mit dem Dämpfer C3 zugeordnet ist und dem Rad M4 die Feder K4 mit dem Dämpfer C4 zugeordnet ist.Every connecting element of a wheel M1 . M2 . M3 and M4 to the body M_body is also by pairing K1 / C1 . K2 / C2 . K3 / C3 and K4 / C4 represents, the wheel M1 the feather K1 with the damper C1 is assigned to the wheel M2 the feather K2 with the damper C2 is assigned to the wheel M3 the feather K3 with the damper C3 is assigned and the wheel M4 the feather K4 with the damper C4 assigned.

Jedes der drei Verbindungselemente zwischen dem Hilfsrahmen M_Hilfsrahmen und Karosserie M_Karosserie ist durch eine Feder mit parallelem Dämpfer repräsentiert, und zwar durch die Paarungen K5/C5, K6/C6 und K7/C7.Each of the three connecting elements between the subframe M_subframe and body M_body is represented by a spring with a parallel damper, namely by the pairings K5 / C5 . K6 / C6 and K7 / C7 ,

Der Kontakt eines jeweiligen Rads zum Untergrund U1, U2, U3, U4 bzw. einer Fahrbahn ist jeweils durch ein Feder-Dämpfer-Element KT1/CT1, KT2/CT2, KT3/CT3, KT4/CT4 repräsentiert.The contact of a particular wheel with the ground U1 . U2 . U3 . U4 or a roadway is represented by a spring-damper element KT1 / CT1, KT2 / CT2, KT3 / CT3, KT4 / CT4.

Vorliegend kann eine innermotorische Kraft F_4Z am Massenschwerpunkt M_Antrieb vorgegeben werden, um mit Hilfe des Modells die Fahrzeugdynamik, insbesondere in vertikaler Richtung, zu untersuchen.In the present case, an internal motor force F _4Z be specified at the center of mass M_Drive in order to use the model to examine the vehicle dynamics, especially in the vertical direction.

Es können auch dynamische Bewegungen U1, U2, U3, U4 vorgegeben werden, sogenannte Fußpunktanregungen, um das dynamische Verhalten der Massenschwerpunkte zu untersuchen, insbesondere in vertikaler Richtung.It can also do dynamic movements U1 . U2 . U3 . U4 are given, so-called base point excitations, in order to examine the dynamic behavior of the center of gravity, especially in the vertical direction.

Vorliegend erfolgt demnach im Verfahrensschritt C) eine Untersuchung des Modells 2 hinsichtlich des dynamischen Verhaltens unter einer dynamischen Anregung am Aggregat F_4Z und dynamischer Bewegungen U1, U2, U3, U4, wie durch das Wellenprofil des Untergrunds U angedeutet, und ein Bereitstellen von Untersuchungsergebnissen in Form der vertikalen Schwingungsantwort der Massenschwerpunkte 4, 5, 6, M1, M2, M3 und M4. Es versteht sich, dass alternativ oder ergänzend weitere Untersuchungsergebnisse bereitgestellt bzw. abgeleitet werden können.In the present case, the model is therefore examined in method step C) 2 with regard to the dynamic behavior under dynamic stimulation on the unit F _4Z and dynamic movements U1 . U2 . U3 . U4 , as indicated by the wave profile of the subsurface U, and provision of examination results in the form of the vertical vibration response of the center of gravity 4 . 5 . 6 . M1 . M2 . M3 and M4 , It goes without saying that, alternatively or additionally, further examination results can be provided or derived.

Je nach Ergebnis der Simulation kann der Verfahrensschritt C) wiederholt werden, wobei die Positionen und/oder Orientierungen der Verbindungselemente oder deren Feder- und Dämpfungscharakteristiken und/oder die Positionen der Massenschwerpunkte 4, 5, 6, M1, M2, M3, M4 und/oder die den Massenschwerpunkten 4, 5, 6 , M1, M2, M3, M4 zugeordneten Massen geändert werden, um das fahrzeugdynamische Verhalten zu verbessern.Depending on the result of the simulation, method step C) can be repeated, the positions and / or orientations of the connecting elements or their spring and damping characteristics and / or the positions of the centers of mass 4 . 5 . 6 . M1 . M2 . M3 . M4 and / or the mass focus 4 . 5 . 6 . M1 . M2 . M3 . M4 assigned masses can be changed to improve the vehicle dynamic behavior.

Abschließend erfolgt im Verfahrensschritt D) eine Anpassung der Antriebseinheit und/oder des Hilfsrahmens und/oder der Karosserie und/oder eines Verbindungselements oder mehrerer Verbindungselemente anhand der Untersuchungsergebnisse des Modells 2, mit dem Ziel, einen verbesserten Schwingungskomfort für das Fahrzeug zu erreichen.Finally, in method step D), the drive unit and / or the auxiliary frame and / or the body and / or a connecting element or a plurality of connecting elements are adapted on the basis of the examination results of the model 2 , with the aim of achieving improved vibration comfort for the vehicle.

Claims

Method for designing a drive unit bearing on a vehicle body, with the method steps: A) Define a vehicle concept by - selecting a drive unit, - selecting a subframe, - choosing a body, Specifying a connection of the drive unit to the subframe with at least three connecting elements, - Specifying a connection of the subframe to the body with at least three connecting elements, - Specifying a connection of the body with two or more wheels, each of the wheels having at least one connecting element to the body; B) Creating a model (2) of the vehicle concept, whereby the drive unit is represented by a rigid body with a center of mass (4) and six degrees of freedom, the subframe is represented by a rigid body with a center of mass (5) and six degrees of freedom, the body is represented by a rigid body with a center of mass (6) and six degrees of freedom, each of the at least three connecting elements between the drive unit and the subframe is represented by a spring with a parallel damper, each of the at least three connecting elements between the subframe and the body is represented by a spring with a parallel damper, - each wheel is represented by a rigid body with a center of mass and a degree of freedom, - Each of the connecting elements between a wheel and the body is represented by a spring with a parallel damper and - Each wheel is assigned a connection to a surface, which is represented by a spring with a parallel damper; C) Examination of the model (2) with regard to vehicle dynamics, in particular in the vertical direction, and provision of examination results; D) Adaptation of the drive unit and / or the subframe and / or the body and / or the wheels and / or a connecting element based on the examination results of the model (2).

Procedure according to Claim 1 , - wherein in process step C) a dynamic excitation is specified and an oscillation response of the model (2) is calculated.

Procedure according to Claim 2 , - The dynamic excitation - has forces and / or moments in the area of the center of gravity, and / or - a movement (U1, U2, U3, U4) in the area of the wheels in a vertical direction as roadway excitation.

Procedure according to Claim 2 or 3 , - wherein in method step C) an oscillation response of the center of mass of the drive unit and / or the subframe and / or the body and / or the wheels is calculated, in particular their oscillation response in the vertical direction (z, Z).

Procedure according to one of the Claims 1 to 4 , - In order to evaluate the vehicle dynamics in method step C), limit values for vibration frequencies and / or vibration amplitudes of the center of gravity are specified.

Procedure according to one of the Claims 1 to 5 , - before method step D) there is a repetition or several repetitions of method step C), an adaptation of the model (2) taking place before a repetition of method step C).

Procedure according to Claim 6 , - the adaptation of the model (2) comprising one or more of the following steps: - changing the position of a center of gravity or several centers of mass, in particular the center of mass of the drive unit and / or the subframe and / or the body and / or the wheels, Change in an amount of a mass that is assigned to a center of mass, in particular the center of mass of the drive unit and / or the subframe and / or the body, - change in the position and / or orientation of a connecting element or several connecting elements, - change in a spring and / or a damper characteristic of one or more connecting elements.

Method according to one of the preceding claims, - wherein the drive unit selected in method step A) has one or more of the following components: - internal combustion engine, - electric motor, - fuel cell, - Transmission - auxiliary units and / or - the drive unit selected in process step A) has one of the following layouts: - front motor, - middle motor, - rear motor - wheel hub motor.

Method according to one of the preceding claims, - wherein in method step A) a connection of the body with two or more wheels is specified, in particular with exactly four wheels, each of the wheels having at least one connecting element to the body.

Method according to one of the preceding claims, - Wherein at least one connecting element of the drive unit with the subframe is a motor bearing, such as rubber-metal bearings, a hydraulic bearing, a switch bearing, an active bearing or the like and or - wherein a connecting element of the drive unit with the subframe is a torque arm.