用于平衡車輛中的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及車輛的往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)化慣性平衡方法。
[0002] 本發(fā)明發(fā)現(xiàn)一種具有串聯(lián)的奇數(shù)個(gè)、通常=個(gè)或五個(gè)氣缸的發(fā)動(dòng)機(jī)的特別有利的 應(yīng)用，其解決了平衡的特殊難題，更一般而言是具有包括具有很少幾何對(duì)稱面的移動(dòng)連接 件。
【背景技術(shù)】
[0003] 在往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中，已知平衡由移動(dòng)連接件（attelage)的移動(dòng)，特別是曲軸 的旋轉(zhuǎn)、活塞在氣缸中的平移和連桿的旋轉(zhuǎn)與平移所產(chǎn)生的慣性力，W避免發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng) 使運(yùn)些內(nèi)部移動(dòng)發(fā)生。
[0004] 參照例如斯沃博達(dá)（Swoboda)參考論著（往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)力學(xué)，德西尼布版本，1984 年），其詳細(xì)記載了用于實(shí)現(xiàn)該平衡的不同技術(shù)。典型實(shí)施方式是區(qū)分具有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的塊體 (旋轉(zhuǎn)塊）和具有平移運(yùn)動(dòng)的塊體（往復(fù)塊），目的在于對(duì)兩種類型的運(yùn)動(dòng)塊體的每一種類 型疊加必要的平衡。 陽(yáng)〇化]旋轉(zhuǎn)塊的平衡通常是通過(guò)加入配重來(lái)進(jìn)行，配重與曲軸的軸頸相對(duì)，并通常集成 在曲軸的結(jié)構(gòu)中。
[0006] 往復(fù)塊的平衡可根據(jù)多種不同技術(shù)進(jìn)行。一種技術(shù)設(shè)及加入一個(gè)或多個(gè)附加 軸，所述平衡軸被曲軸驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，并且允許抵消由往復(fù)塊產(chǎn)生的慣性力。Swoboda的文獻(xiàn) 描述了基于使用加入原始移動(dòng)連接件的反向旋轉(zhuǎn)的平衡軸的多種方法。對(duì)于串聯(lián)式=缸 發(fā)動(dòng)機(jī)，運(yùn)種方法允許使發(fā)動(dòng)機(jī)的一次旋轉(zhuǎn)全部地平衡往復(fù)塊對(duì)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)（groups moto-propulseur)產(chǎn)生的原始慣性力的貢獻(xiàn)。
[0007] 然而，平衡軸的使用尤其具有W下缺點(diǎn)：產(chǎn)生額外的生產(chǎn)成本、增加發(fā)動(dòng)機(jī)的重量 及其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，并可能產(chǎn)生與難W控制其驅(qū)動(dòng)有關(guān)的噪聲。
[000引在無(wú)需平衡軸的其它技術(shù)中，通過(guò)加入與曲軸相連的平衡塊來(lái)實(shí)現(xiàn)慣性力的部分 平衡。在運(yùn)種情況下，串聯(lián)式=缸動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)例如將根據(jù)1次發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生或多或少更大 的縱擺和/或首搖力矩。使用已久的技術(shù)尤其設(shè)及使用與曲軸軸線共面的塊體，曲軸軸線 的平面與發(fā)動(dòng)機(jī)筒體的軸之間具有30°的角度。
[0009] 文件FR1046797和DE972427描述了需要附加塊體的往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的移動(dòng)連接體 的慣性平衡方法，附加塊體中的兩個(gè)被放置在曲軸的端部。該平衡使用制成環(huán)形或圓弧形 的縷空部和/或配重實(shí)現(xiàn)。安置在曲軸（發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪、定時(shí)滑輪）端部W參與移動(dòng)連接件 的慣性力的平衡的配重或縷空部的使用還描述于文件DE102009047545、文件DE10245376 W及文件FR2779493中。
[0010] 文件DE102011000585還描述了彈性機(jī)構(gòu)的使用，該彈性機(jī)構(gòu)允許塊體的位置根 據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速而變化，W獲得適應(yīng)性平衡。
[0011] 在例如文件DE102011078356中描述的其它方法中，加入的配重的角位置不對(duì)應(yīng) 于30° (模180° )的常用角位置理論值，而對(duì)應(yīng)于不同值（例如25°或20° )，運(yùn)尤其允 許降低動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的角加速度。
[0012] 現(xiàn)有方法的缺點(diǎn)尤其在于在確定用于平衡慣性力的配重和/或縷空部的尺寸值 的確定中，其不總是在車輛乘車人感受到的振動(dòng)的角度上的最適宜狀態(tài)。事實(shí)上，在與車輛 總體設(shè)計(jì)和其中的發(fā)動(dòng)機(jī)裝配例如連接點(diǎn)的位置、發(fā)動(dòng)機(jī)懸掛艙的腔室相關(guān)的多種元素與 發(fā)動(dòng)機(jī)的移動(dòng)連接件的曲軸的平衡相互作用，給出不能令乘車人滿意的結(jié)果。
[0013] 另外，某些確定尺寸的方法是基于意味著很大程度簡(jiǎn)化的力學(xué)系統(tǒng)的機(jī)械建模的 使用。例如，動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)被認(rèn)為不可變形、其慣性中屯、可降低，并由3D慣量矩陣可表示， 并且艙的剛度被假設(shè)為線性的。然而，運(yùn)樣的簡(jiǎn)化會(huì)導(dǎo)致由往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的不良噪聲 和振動(dòng)的代表性不佳。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 本發(fā)明是設(shè)及通過(guò)提供一種車輛往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的慣性平衡方法解決運(yùn)些缺 點(diǎn)中的至少一個(gè)，所述車輛往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的慣性平衡方法的特征在于，其包括在所述 往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)外通過(guò)最小化可在車輛內(nèi)測(cè)定的振動(dòng)和/或噪聲水平確定與所 述往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸相連的不平衡物化alourds)的尺寸參數(shù)的步驟。
[0015] 本發(fā)明因此并非允許最小化目標(biāo)是僅有的發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)和/或噪聲的量，而是允 許最小化由發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的在車輛整體中可被乘車人負(fù)面地感知的振動(dòng)和/或噪聲的量。運(yùn) 些振動(dòng)和/或噪聲的量總體上相關(guān)，但在發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的平衡的實(shí)施的角度上既不相同也不 相等。換言之，由本發(fā)明提供的最佳調(diào)整是針對(duì)于"車輛"系統(tǒng)，而不僅僅針對(duì)于"單獨(dú)的發(fā) 動(dòng)機(jī)"的系統(tǒng)。
[0016] 根據(jù)一種實(shí)施方式，振動(dòng)和/或噪聲的水平是在車輛座艙內(nèi)可測(cè)定的。
[0017] 根據(jù)一種實(shí)施方式，振動(dòng)和/或噪聲的水平在時(shí)間域內(nèi)測(cè)定。該可變"時(shí)間"具有 的優(yōu)點(diǎn)是靠近對(duì)于乘車人可感受的量值的區(qū)域。
[0018] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，所述不平衡物由設(shè)置在所述往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的所述曲軸的 端部的至少兩個(gè)配重和/或縷空部組成。
[0019] 根據(jù)一種實(shí)施方式，所述不平衡物的尺寸參數(shù)尤其通過(guò)質(zhì)量、所述不平衡物相對(duì) 于所述曲軸的旋轉(zhuǎn)軸線的距離和所述不平衡物相對(duì)于所述曲軸的軸頸的設(shè)置的角位置所 限定，所述曲軸定位于與所述曲軸的旋轉(zhuǎn)軸線垂直的平面中。
[0020] 根據(jù)一種實(shí)施方式，振動(dòng)和/或噪聲的水平可借助固定在車輛座椅的軌道上的加 速儀和/或借助與乘車人耳朵臨近的位于車輛內(nèi)的麥克風(fēng)來(lái)測(cè)定。因此，本發(fā)明通過(guò)在車 輛物理件上直接測(cè)定振動(dòng)和/或噪聲而擺脫代表性易于受到過(guò)多限制的物理建模。
[0021] 根據(jù)一種實(shí)施方式，所述方法包括運(yùn)樣的步驟：限定依賴于在車輛內(nèi)可測(cè)定的振 動(dòng)和/或噪聲的水平mi的成本函數(shù)（fonctionde CO日t)Fc，和依賴于尺寸參數(shù)pi的函數(shù) F，兩個(gè)函數(shù)通過(guò)關(guān)系式化(ml,m2,mi,皿）=F(pi,p2,pi,pn)聯(lián)系起來(lái)，并且，在實(shí)施迭代 算法的范圍內(nèi)，在第一時(shí)間內(nèi)選擇尺寸參數(shù)的初始值，然后通過(guò)逐次迭代計(jì)算最小化函數(shù)F 的尺寸參數(shù)pi的優(yōu)化值Pi。
[0022] 根據(jù)一種實(shí)施方式，成本函數(shù)由有效值總數(shù)，或在固定持續(xù)時(shí)間期間的可測(cè)定的 最大值的總數(shù)，或根據(jù)所述往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速（regime)升高期間可測(cè)定的所述往復(fù)式 內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的1次旋轉(zhuǎn)得到運(yùn)些量值的平均值組成。
[0023]根據(jù)一種實(shí)施方式，尺寸參數(shù)的初始值是來(lái)自僅往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)化的模型 的值。
[0024]根據(jù)一種實(shí)施方式，尺寸參數(shù)的優(yōu)化值必須另外符合施加給尺寸參數(shù)值的限制。
[0025]根據(jù)一種實(shí)施方式，所施加的限制尤其由所使用的所述不平衡物的總體的總最大 重量和/或所述不平衡物相對(duì)于所述曲軸的旋轉(zhuǎn)軸線的最大距離組成。
[00%] 本發(fā)明還設(shè)及一種車輛的往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其移動(dòng)連接體的慣性平衡是根據(jù)本 發(fā)明的平衡方法實(shí)現(xiàn)。
【附圖說(shuō)明】
[0027]通過(guò)閱讀W下描述并參考附圖，將更好地理解本發(fā)明：運(yùn)些附圖僅W示例性方式 給出，絕不用于限制本發(fā)明。
[0028] 圖1示出了實(shí)施了根據(jù)本發(fā)明的往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的平衡方法的車輛的示意圖；
[0029] 圖2是位于往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)處的不平衡物的示意圖，不平衡物的尺寸參數(shù)借助于根 據(jù)本發(fā)明的慣性平衡方法來(lái)限定；
[0030] 圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)化的慣性平衡方法的不同步驟 的圖。
[0031] 附圖之間相同、相似或類似的元件保留相同標(biāo)記。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 圖1示出了對(duì)應(yīng)于實(shí)施了根據(jù)本發(fā)明的平衡方法的機(jī)械系統(tǒng)的車輛1;該車輛1 尤其包括W下主要的子組件：安裝在通過(guò)組裝往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)和速度箱形成的發(fā)動(dòng)機(jī)懸掛艙 3上的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)、車輛懸掛元件4、兩個(gè)運(yùn)行橋5、特別配備有打開(kāi)部分的座艙6和設(shè)備。
[0033]所述方法包括選擇車輛1內(nèi)的觀察量值W及定義相應(yīng)的成本函數(shù)Fc的第一步驟 101。記為"mi"的所選量值是在車輛座艙6之上或之內(nèi)可測(cè)定的量值，例如在車輛車身上 的座椅固定點(diǎn)處可測(cè)定的加速度，和/或在發(fā)動(dòng)機(jī)懸掛艙下方（車輛車身側(cè)部）可測(cè)定的 力，和/或艙的擠壓測(cè)定，和/或在座艙6的不同點(diǎn)可測(cè)定的聲壓。在一個(gè)實(shí)施例中，振動(dòng) 和/或噪聲的水平可借助固定在車輛座椅