AT526132A1

AT526132A1 - Verfahren zum Reduzieren der hör- und/oder spürbaren Schwingungen eines elektrischen Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: AT526132A1
Application number: ATA50283/2022A
Authority: AT
Inventors: Mehrgou Msc Mehdi; Maier Bsc Stefan; Garcia de Madinabeitia Merino Inigo; Essam Ahmed Msc Mohamed; Mahrous Bsc Safa; Duchi Francesco
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2022-04-26
Filing date: 2022-04-26
Publication date: 2023-11-15
Also published as: WO2023205833A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren (30) und ein System (20) zum Reduzieren der hör- und/oder spürbaren Schwingungen eines elektrischen Antriebssystems (11) eines Kraftfahrzeugs (10) durch Ausgeben eines optimierten Betriebskennfelds (3) für einen Elektromotor (12) des elektrischen Antriebssystems (11).

Description

Verfahren zum Reduzieren der hör- und/oder spürbaren Schwingungen eines elektrischen Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zum Reduzieren der hör- und/oder spürbaren Schwingungen eines elektrischen Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs durch Ausgeben eines optimierten Betriebskennfelds für einen Elektromotor des elektrischen Antriebssystems sowie eine Verwendung des optimierten Betriebskennfelds in einem Kraftfahrzeug und ein Computerprogrammprodukt.

Die Verbesserung des Fahrkomforts ist eines der großen Themen für die Zukunft der Mobilität, insbesondere der Elektromobilität. Ein Teil davon ist die Reduzierung der hör- und/oder spürbaren Schwingungen (engl. "Noise Vibration Harshness", kurz NVH) im Betrieb des Kraftfahrzeugs.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Ansätze bekannt, um dieses Ziel zu erreichen, etwa durch Anpassung der Geometrie des Kraftfahrzeugs oder

Hinzufügen von Dämpfungselementen im Kraftfahrzeug.

Allerdings sind die bekannten Ansätze mit Nachteilen, wie insbesondere höheren Kosten, einem höheren Gewicht usw. verbunden. Außerdem sind den bekannten Ansätzen Grenzen gesetzt. So ist es im Stand der Technik kaum oder nur schwer möglich, die hör- und/oder spürbaren Schwingungen von Komponenten des elektrischen Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs zu reduzieren.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in kostengünstiger und einfacher Weise, den Fahrkomfort eines Kraftfahrzeugs mit einem elektrischen Antriebssystem durch Reduktion von hör- und/oder spürbaren Schwingungen zu erhöhen.

Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Verwendung mit den Merkmalen des Anspruchs 13, ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 14 sowie ein Computerprogrammprodukt mit den

bzgl. der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig

Bezug genommen wird bzw. werden kann.

Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Reduzieren der hör- und/oder spürbaren Schwingungen eines elektrischen Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs durch Ausgeben eines optimierten Betriebskennfelds für einen Elektromotor des elektrischen Antriebssystems vorgesehen. Das Verfahren weist dabei die folgenden Schritte auf:

(a) Bereitstellen eines Ausgangs-Betriebskennfelds des Elektromotors, wobei das Ausgangs-Betriebskennfeld Betriebspunkte des Elektromotors umfasst,

(b) Bereitstellen eines Kraftkennfelds zumindest einer Komponente des elektrischen Antriebssystems für den Betrieb des Elektromotors mit dem bereitgestellten Ausgangs-Betriebskennfeld, wobei das Kraftkennfeld die im Betrieb des Elektromotors an der zumindest einen Komponente des elektrischen Antriebssystems auftretenden Kräfte für zumindest einen teilweisen Bereich von

Betriebspunkten des Ausgangs-Betriebskennfelds umfasst,

(c) Verändern von Betriebspunkten des Ausgangs-Betriebskennfelds in zumindest einem Teilbetriebsbereich des Ausgangs-Betriebskennfelds auf Basis des bereitgestellten Kraftkennfelds zum Reduzieren der hör- und/oder spürbaren Schwingungen in dem zumindest einen Teilbetriebsbereich, und

(d) Ausgeben des veränderten Ausgangs-Betriebskennfelds als optimiertes Betriebskennfeld.

Das erfindungsgemäße Verfahren, welches insbesondere ein computerimplementiertes Verfahren sein kann bzw. auf einem Computer oder mehreren Computern ausgeführt werden kann, stellt damit im Ergebnis ein

optimiertes Betriebskennfeld bereit, welches bei Anwendung zur Steuerung des

Als das Betriebskennfeld eines Elektromotors wird insbesondere eine Mehrheit von Betriebspunkten oder eine Gesamtheit aller Betriebspunkte des Elektromotors verstanden. Die Betriebspunkte können dabei in beliebiger Form von dem Betriebskennfeld organisiert sein, beispielsweise in einer Tabelle, in Form einer oder mehrerer Funktionen, in Form von zwei- oder dreidimensionalen Diagrammen, einer beliebigen Kombination der vorgenannten oder dergleichen. Die Betriebspunkte werden dabei insbesondere durch das Drehmoment und die Drehzahl und/oder den Strom und Phasenwinkel, also den Winkel vom Stator zum Rotor des Elektromotors, definiert. Das Betriebskennfeld ist insbesondere in bekannter Weise zweidimensional darstellbar, wobei die Betriebspunkte des Elektromotors das Betriebskennfeld über die auf Achsen abgetragenen Drehmomente und Drehzahlen oder Strom und Phasenwinkel des Elektromotors aufspannen.

Mit dem Ausgangs-Betriebskennfeld ist dasjenige Betriebskennfeld gemeint, welches als Ausgangspunkt für das Verfahren dient bzw. bereitgestellt wird. Mit anderen Worten ist das Ausgangs-Betriebskennfeld dasjenige Betriebskennfeld, welches durch das Verfahren optimiert wird. Das optimierte Betriebskennfeld ist das Ergebnis des Verfahrens, also das durch das Verfahren optimierte AusgangsBetriebskennfeld. Das optimierte Betriebskennfeld ist dabei gegenüber dem Ausgangs-Betriebskennfeld zumindest teilweise in Richtung reduzierter hörund/oder spürbarer Schwingungen des elektrischen Antriebssystems des Kraftfahrzeugs optimiert.

Dabei macht sich das erfindungsgemäße Verfahren zu Nutze, dass das Kraftkennfeld durch die Charakterisierung der auftretenden Kräfte über den Betriebspunkten bzw. in Abhängigkeit von den Betriebspunkten Aufschluss über die hör- und/oder spürbaren Schwingungen an den Betriebspunkten gibt. Mit anderen Worten korrelieren die auftretenden und anhand des Kraftkennfelds bekannten Kräfte zumindest teilweise mit den hör- und/oder spürbaren Schwingungen bei den jeweiligen Betriebspunkten. Dadurch kann in dem Verfahrensschritt (c) das Verändern der Betriebspunkte des Ausgangs-Betriebskennfelds in zumindest einem Teilbetriebsbereich, insbesondere einem in Bezug auf die hör- und/oder spürbaren Schwingungen besonders kritischen bzw. den Fahrkomfort einschränkenden Bereich, des Ausgangs-Betriebskennfelds auf Basis des bereitgestellten Kraftkennfelds zum Reduzieren der hör- und/oder spürbaren Schwingungen in dem zumindest einen Teilbetriebsbereich erfolgen.

Die Ausgabe des optimierten Betriebskennfelds in Verfahrensschritt (d) erfolgt insbesondere zur Nutzung in dem Elektromotor des elektrischen Antriebssystem des Kraftfahrzeugs bzw. einem entsprechenden Steuergerät des Elektromotors. Dabei kann die Ausgabe verschiedene Ausgestaltungen annehmen. So kann es sich bei dem Ausgeben beispielsweise um ein Speichern, Senden und/oder Anzeigen des optimierten Betriebskennfelds handeln. Darüber hinaus kann das Verfahren

selbstverständlich auch das Nutzen des optimierten Betriebskennfelds in dem

Elektromotor des elektrischen Antriebssystems des Kraftfahrzeugs aufweisen.

Es ist nicht notwendig, aber möglich, sämtliche Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens in der durch die Nummerierung der Verfahrensschritte (a) bis (d) angegebenen Reihenfolge auszuführen. So können einzelne Verfahrensschritte auch in anderer als dieser Reihenfolge ausgeführt werden. Beispielsweise kann der Verfahrensschritt (b) vor oder nach dem Verfahrensschritt (a) ausgeführt. Auch können Verfahrensschritte simultan ausgeführt werden. So können beispielsweise die Verfahrensschritte (a) und (b) simultan ausgeführt werden. Die Nummerierung der Verfahrensschritte (a) bis (d) dient insoweit lediglich der besseren Übersichtlichkeit.

Vorteilhafterweise kann die zumindest eine Komponente eine elektrische Antriebskomponente des elektrischen Antriebssystems sein. Sie kann beispielsweise der Elektromotor, eine Traktionsbatterie, ein Wechselrichter, Leistungselektronik und/oder ein Getriebe des elektrischen Antriebssystems sein.

Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die zumindest eine Komponente des elektrischen Antriebssystems der Elektromotor oder ein Bauteil des Elektromotors des elektrischen Antriebssystems ist. Dann wird das Kraftkennfeld für den Elektromotor oder zumindest ein Bauteil des Elektromotors bereitgestellt. So können selbst die hör- und/oder spürbaren Schwingungen des Elektromotors, die den Fahrkomfort besonders beeinträchtigen können, mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens direkt reduziert werden. Beispielsweise kann das Bauteil ein Stator des Elektromotors sein. Das Verfahren kann insoweit auch als Verfahren zum Reduzieren der hör- und/oder spürbaren Schwingungen des Elektromotors

bezeichnet werden.

Vorteilhafterweise wird das Verfahren außerdem außerhalb des Kraftfahrzeugs ausgeführt. Dies ermöglicht eine Optimierung des Ausgangs-Betriebskennfelds des Elektromotors des elektrischen Antriebssystems vor der späteren online-Nutzung in dem elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeug. Die Ausführung des Verfahrens außerhalb des Kraftfahrzeugs kann entsprechend auch als offline bezeichnet werden. Vorteilhafterweise können so jeweils individuelle Elektromotoren bzw. individuelle Kraftfahrzeuge vorab optimiert werden und die optimierten Betriebskennfelder dann bei der online-Nutzung dieser jeweils verwendet werden.

Vorteilhafterweise werden durch die Ausführung des Verfahrens außerhalb des

Kraftfahrzeugs dabei keine (CPU-)Ressourcen, insbesondere keine

Rechenressourcen von Steuergeräten, des Kraftfahrzeugs gebunden. Ferner muss

das Kraftfahrzeug auch nicht über derartige, kostenintensive Ressourcen verfügen,

um ein erfindungsgemäß optimiertes Betriebskennfeld bereitstellen zu können.

Insbesondere kann die Reduktion der hör- und/oder spürbaren Schwingungen in dem zumindest einen Teilbetriebsbereich mit einem Effizienzverlust in dem zumindest einen Teilbetriebsbereich einhergehen. Das bedeutet, dass die Optimierung des Ausgangs-Betriebskennfelds in Richtung reduzierter hör- und/oder spürbarer Schwingungen nicht gänzlich ohne Nachteil durchgeführt wird, auch wenn dieser geringer ausfällt als im Stand der Technik, sondern in dem optimierten Betriebskennfeld an den veränderten Betriebspunkten mit einer gegenüber dem Ausgangs-Betriebskennfeld reduzierten Effizienz einhergeht. Entsprechend können die Betriebspunkte also durch Veränderung von Betriebsparametern des Elektromotors an den Betriebspunkten zu Ungunsten der Effizienz, damit jedoch zu

Gunsten von geringeren Schwingungen manipuliert werden.

Das Verfahren kann optional einen weiteren Verfahrensschritt zwischen den Verfahrensschritten (b) und (c) nutzen, bei dem die hör- und/oder spürbaren Schwingungen in dem zumindest teilweisen Bereich von Betriebspunkten des Betriebsbereichs auf Basis des Kraftkennfelds ermittelt werden. Dann sind die hörund/oder spürbaren Schwingungen in diesem oder einem gesamten Bereich des Betriebskennfelds bekannt.

Neben dem obigen oder alternativ zu dem obigen weiteren Verfahrensschritt kann das Verfahren vorteilhafterweise den Schritt eines Auswählens des zumindest einen Teilbetriebsbereichs umfassen. Dieser weitere Verfahrensschritt kann insbesondere zwischen den Verfahrensschritten (b) und (c) ausgeführt werden. Dabei kann der Teilbetriebsbereich aus dem gesamten Betriebsbereich oder einer Menge von Teilbetriebsbereichen, die den gesamten Betriebsbereich beispielsweise in einer vordefinierten Art und Weise unterteilen können, ausgewählt werden. Es können auch mehrere Teilbetriebsbereiche ausgewählt werden. Die Auswahl kann noch vorgegebenen Kriterien erfolgen.

Dabei ist es besonders vorteilhaft, das der zumindest eine Teilbetriebsbereich ausgewählt wird, wenn er einen vordefinierten Grenzwert von auftretenden Kräften

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Grundsätzlich kann das Ausgangs-Betriebskennfeld auch im gesamten Betriebsbereich des Elektromotors optimiert werden. Es kann aber vorteilhaft sein, dass Betriebskennfeld des zumindest einen Elektromotors nur in einem bestimmten Betriebsbereich zu optimieren. Eine derartige lokale Optimierung kann eingesetzt werden, um bestimmte Betriebsbereiche auszusparen, in denen beispielsweise in eine andere Richtung als NVH-Reduzierung, zum Beispiel zur Effizienzmaximierung

des Elektromotors, optimiert werden kann.

Vorteilhaft ist ganz besonders, wenn das Ausgangs-Betriebskennfeld außerhalb des zumindest einen Teilbetriebsbereichs auf eine maximale Effizienz des elektrischen Antriebssystems, insbesondere des Elektromotors, optimiert ist oder wird. Damit wird also eine lokale NVH-Optimierung durchgeführt, bei der das AusgangsBetriebskennfeld, welches bereits auf eine maximale Effizienz voroptimiert sein kann oder anschließend noch optimiert werden kann, nur in einem bestimmten, den Fahrkomfort einschränkenden NVH-Bereich optimiert wird. So kann gewährleistet werden, dass ein hoher Fahrkomfort bei über den gesamten Fahrzyklus gerechnet dennoch geringem Energieverbrauch erzielt wird. Ganz besonders kann zur Optimierung auf maximale Effizienz dabei ein Verfahren zur Maximierung des Drehmoments pro Watt (engl. „Maximum Torque per Watt“, kurz MTPW) verwendet

werden.

Auch ist vorteilhaft, wenn Schritt (c) unter der Bedingung ausgeführt wird, dass ein Drehmoment und eine Drehzahl des Elektromotors von dem AusgangsBetriebskennfeld beibehalten werden. So kann sichergestellt werden, dass das

Schritt (c) eingehalten werden müssen, um real anwendbare Ergebnisse zu erhalten.

Vorteilhafterweise können in Schritt (c) zumindest ein Betriebsparameter oder mehrere Betriebsparameter des Elektromotors verändert werden. Dabei kann der zumindest eine Betriebsparameter eine Spannung und/oder eine Stromstärke des Elektromotors sein. Währenddessen können mögliche Bedingungen eingehalten

werden, beispielsweise eine zulässige maximale Spannung und Stromstärke.

Möglich ist zudem, dass das Verfahren ferner das Erzeugen des Kraftkennfelds auf Basis eines Simulationsmodells der zumindest einen Komponente, insbesondere des Elektromotors und ferner insbesondere des gesamten elektrischen Antriebssystems oder des gesamten Kraftfahrzeugs, aufweist. Dadurch, dass ein Simulationsmodell zum Einsatz kommt, kann das Kraftkennfeld zerstörungsfrei, schnell und präzise ermittelt werden, statt eine reale Messung im Kraftfahrzeug durchzuführen. Dabei kann das Erzeugen des Kraftkennfelds vorteilhafterweise auf Basis einer Finite Elemente Analyse erfolgen.

Grundsätzlich kann zudem vorgesehen sein, dass das Verfahren für verschiedene Temperaturen und/oder Schwingungsordnungen durchgeführt oder wiederholt wird. Dabei können jeweils Kraftkennfelder für verschiedene Temperaturen und/oder Schwingungsordnungen bereitgestellt werden.

Für die Ermittlung und Auswahl des Kraftkennfelds oder der Kraftkennfelder zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass das Verfahren ferner den Schritt umfasst: Erzeugen eines für den Elektromotor spezifischen ersten Datensatzes von unterschiedlichen Kraftkennfeldern, denen unterschiedliche Zeitordanungen und Raumordnungen zugeordnet sind, wobei die Kraftkennfelder im Betrieb des Elektromotors an zumindest einer Komponente des Elektromotors auftretende Kräfte für

Die vorgenannten zusätzlichen Verfahrensschritte stellen damit Daten von hörund/oder spürbaren Schwingungen des Elektromotors bereit, die für die Optimierung des Ausgangs-Betriebskennfelds des Elektromotors genutzt werden. Dadurch wird sichergestellt, dass nur solche hör- und/oder spürbaren Schwingungen reduziert werden, deren Schall einem vorgegebenen Schallgrenzwert entspricht oder darüber liegt.

Der Schallgrenzwert kann dabei so gewählt werden, dass damit nur solche hörund/oder spürbaren Schwingungen bzw. ein solches NVH-Verhalten in den Daten umfasst ist, welches im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs nur zu von den Passagieren im Innenraum des Kraftfahrzeugs hörbaren Geräuschen und/oder wahrnehmbaren Vibrationen führt. Insbesondere ist es möglich, den Schallgrenzwert so zu wählen, dass damit nur solche hör- und/oder spürbaren Schwingungen bzw. ein solches NVH-Verhalten umfasst ist, welches im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs nur zu die Passagiere des Kraftfahrzeugs störenden Geräuschen, also hinreichend hörbaren bzw. lauten Schwingungen, oder störenden Vibrationen, also im Fahrzeuginnenraum

des Kraftfahrzeugs hinreichend spürbaren Schwingungen, sorgt.

Demnach ermöglichen die zusätzlichen Verfahrensschritte eine intelligente NVHDatenselektion anhand eines besonderen Datensatzes, der hierin zur Unterscheidung vom ersten Datensatz als zweiter Datensatz bezeichnet wird, der in aus dem Stand der Technik bekannten Computerberechnungen nicht bzw. oder zumindest nicht in der durch das erfindungsgemäße Verfahren vorgeschlagenen Art und Weise verwendet wird. Entsprechend ist es zwar notwendig, den zweiten

reduziert werden.

Als Zeitordanungen und Raumordnungen werden hierin insbesondere dimensionslose Größen des Elektromotors verstanden, die in seinem Betrieb auftreten. Die Zeitordnungen können aus den Frequenzen, insbesondere Anregungsfrequenzen, des Elektromotors abgeleitet sein. Die Raumordnungen können aus Verformungen, insbesondere an der Oberfläche, zumindest einer Komponente, insbesondere des Stators, des Elektromotors abgeleitet sein. Damit kann der Elektromotor hinsichtlich der Frequenz und der Verformung infolge der Krafteinwirkungen auf diesen und damit in Bezug auf die hör- und/oder spürbaren Schwingungen durch die Zeit- und Raumordnungen charakterisiert werden, wodurch auch die Kraftkennfelder über die Zeit- und Raumordnungen in dem ersten Datensatz korreliert werden können. Dabei besteht vorzugsweise eine vorgegebene Anzahl von Zeitordnungen und Raumordnungen, sodass quasi der gesamte (relevante) Betriebsbereich des Elektromotors mit den Zeitordanungen und Raumordnungen abgedeckt wird und in

zeitlicher und räumlicher Hinsicht zugeordnet werden kann.

Die jeweiligen Parameter wie Raumordnungen, Zeitordnungen, Kraftkennfelder, Schallwerte usw. in dem ersten Datensatz und in dem zweiten Datensatz können in beliebiger Form organisiert sein, beispielsweise in einer Tabelle, in Form einer oder mehrerer Funktionen, in Form von zwei- oder dreidimensionalen Diagrammen, einer beliebigen Kombination der vorgenannten oder dergleichen. So kann beispielsweise der erste Datensatz durch eine zweidimensionale graphische Repräsentation bzw. einen Plot abgespeichert oder abbildbar sein, bei dem die Zeitordnungen und

Raumordnungen auf jeweiligen Koordinatenachsen abgetragen sind und diesen

durch jeweilige Kraftkennfeldpunkte jeweils Kraftkennfelder zugeordnet sind, die

wiederum mit ihren Informationen in einer weiteren zweidimensionalen graphischen

Repräsentation abgespeichert oder abbildbar sein können.

Vorzugsweise werden unterschiedliche Raumordnungen für unterschiedliche Zeitordanungen anhand des Abgleichs der Schallwerte des zweiten Datensatzes mit dem vorgegebenen Schallgrenzwert vorausgewählt und die Kraftkennfelder gemäß den vorausgewählten Raumordnungen ausgewählt. Entsprechend werden in dem zweiten Datensatz nicht die Kraftkennfelder selbst ausgewählt, sondern erst durch die Vorauswahl der jeweiligen Raumordnung und Korrelation dieser vorausgewählten Raumordnung mit der zugehörigen Zeitordnung wird in dem ersten Datensatz das passende Kraftkennfeld ausgewählt.

Der Schallgrenzwert kann grundsätzlich ein Grenzwert für einen Schallwert sein. Dann werden die den Schallgrenzwert überschreitenden Raumordnungen für eine jeweilige Zeitordnung vorausgewählt und die diesen zugehörigen Kraftkennfelder ausgewählt. Der Schallgrenzwert kann aber auch eine Anzahl von Raumordnungen je Zeitordnung sein, die anhand ihres Schallwerts bei einer jeweiligen Zeitordnung oder Frequenz vorausgewählt werden sollen. So kann beispielsweise ein Schallgrenzwert durch eine Anzahl von beispielsweise drei Raumordnungen je Zeitordnung festgelegt werden. Das bedeutet, dass zu einer jeweiligen Zeitordnung oder Frequenz in dem zweiten Datensatz jeweils die drei Raumordnungen mit den

höchsten Schallwerten vorausgewählt werden.

Möglich ist es demnach, von allen Raumordnungen jeweils einer Zeitordnung jeweils diejenige(n) Raumordnung(en) vorauszuwählen, die den (die) höchsten Schallwert(e) aller Raumordnungen der jeweiligen Zeitordnung aufweist. Es werden also für jeweilige Zeitordnungen, insbesondere alle Zeitordnungen, diejenigen Raumordnungen ausgesucht, die anhand des Schallwerts befunden die größten hörund/oder spürbaren Schwingungen aufweisen.

Bevorzugt ist ferner, dass ein Betriebskennfeld des Elektromotors mit den ausgewählten Kraftkennfeldern kombiniert wird, sodass für unterschiedliche Zeitordnungen und unterschiedliche Raumordnungen von den Betriebspunkten des Elektromotors abhängige Betriebspunkt-Kraftkennfelder erhalten werden. Während die Betriebskennfelder insbesondere Betriebspunkte in Abhängigkeit von

Drehmoment und Drehzahl angeben und die Effizienz des Elektromotors angeben

können und die Kraftkennfelder insbesondere die am Elektromotor auftretenden

Kräfte in Abhängigkeit von Betriebsparametern, wie beispielsweise Phasenwinkel

und Strom, angeben, geben die Betriebspunkt-Kraftkennfelder die auftretenden

Kräfte in Abhängigkeit der Betriebspunkte bzw. der Drehzahl und dem Drehmoment

an.

Dazu ist bevorzugt, dass die Betriebspunkt-Kraftkennfelder für unterschiedliche Zeitordnungen mit den Schallwerten des zweiten Datensatzes kombiniert, insbesondere multipliziert, werden, sodass für unterschiedliche Zeitordnungen von den Betriebspunkten des Elektromotors abhängige Schallwertkennfelder erhalten werden. Die Schallwertkennfelder dienen damit als eine Art NVH-Karte für die verschiedenen Zeitordnungen und können damit vorzugsweise zur weiteren

Optimierung des Elektromotors genutzt werden.

Bevorzugt ist zudem, dass die zumindest eine Komponente des Elektromotors ein Stator oder Rotor ist. Weil die hör- und/oder spürbaren Schwingungen des Elektromotors typischerweise am Stator und Rotor und im Luftspalt dazwischen auftreten, können die den Fahrkomfort besonders beeinträchtigenden Daten der hörund/oder spürbaren Schwingungen dadurch besonders genau ermittelt werden.

Dabei können die unterschiedlichen Raumordnungen unterschiedliche Verformungen angeben, die in einem Luftspalt zwischen dem Stator und dem Rotor des Elektromotors auftreten. Die Verformungen sind dabei insbesondere Verformungen des Stators infolge der darauf einwirkenden Kräfte. Die Verformungen treten dabei in Gestalt von Kraftwellen an dem Stator auf und können visualisiert werden. Die einzelnen Verformungen können eine dimensionslose Angabe sein und die einwirkenden Kräfte können durch die Angabe der jeweiligen Raumordnung angegeben werden.

Die Zeitordnungen wiederum können dimensionslose Verhältnisse zwischen einer Anregungsfrequenz des Elektromotors oder der zumindest einen Komponente, insbesondere des Stators, des Elektromotors und einer vorgegebenen Referenzfrequenz, insbesondere einer Anzahl von Rotorumdrehungen, insbesondere des Rotors des Elektromotors, pro Sekunde oder, mit anderen Worten, einer Drehzahl, angeben.

Bevorzugt ist weiterhin, dass der zweite Datensatz aus einem Simulationsmodell des Elektromotors erzeugt wird. Das Simulationsmodell kann beispielsweise auf einem CAD-Modell basieren. Für die Erzeugung des zweiten Datensatzes kann die zumindest eine Komponente des Elektromotors, insbesondere sein Stator, in dem Simulationsmodell dabei künstlichen Kräften, insbesondere Zug- und Druckkräften, ausgesetzt werden, die für die zuvor erwähnten Verformungen sorgen, denen die Raumordnungen zugewiesen werden. Dabei können die Kräfte hinsichtlich ihrer Richtung und/oder ihres Angriffspunktes am Stator entlang des Umfangs des Stators variiert werden. Wegen den künstlichen Kräften wird die Oberfläche des Stators verformt und so ein Schall ermittelbar, der von dem Stator und damit dem Elektromotor ausgeht. Dieser Schall kann in Form des Schallwerts angegeben werden, welcher wiederum beispielsweise ein Schalldruck, eine Schallleistung, eine Lautstärke, beispielsweise in Dezibel, oder eine andere Einheit oder eine

Kombination von Einheiten sein kann.

Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist eine Verwendung eines durch das erfindungsgemäße Verfahren ausgegebenen optimierten Betriebskennfelds zur

Steuerung des Betriebs eines Elektromotors eines elektrischen Antriebssystems

eines Kraftfahrzeugs.

Damit bringt die erfindungsgemäße Verwendung die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren erläutert worden sind.

Eine solche Verwendung kann dabei durch einen Schalter, der beispielsweise physisch oder elektronisch sein kann, und/oder eine Funktion im Kraftfahrzeug implementiert sein. Die Betätigung des Schalters und/oder Aktivierung der Funktion, kann das durch das erfindungsgemäße Verfahren gewonnene bzw. ausgegebene und in Bezug auf reduzierte hör- und/oder spürbare Schwingungen optimierte Steuerkennfeld im Kraftfahrzeug aktivieren. Dadurch kann das Kraftfahrzeug, insbesondere auf Fahrer- oder Insassenwunsch, in einem quasi bzw. praktisch

geräuschlosen Modus fahren.

Ferner ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung zum Reduzieren der hörund/oder spürbaren Schwingungen eines elektrischen Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs, wobei das System aufweist:

— ein Bereitstellungsmodul zum

(a) Bereitstellen eines Ausgangs-Betriebskennfelds des Elektromotors, wobei das Ausgangs-Betriebskennfeld Betriebspunkte des Elektromotors

umfasst,

(b) Bereitstellen eines Kraftkennfelds zumindest einer Komponente des elektrischen Antriebssystems für den Betrieb des Elektromotors mit dem bereitgestellten Ausgangs-Betriebskennfeld, wobei das Kraftkennfeld die im Betrieb des Elektromotors an der zumindest einen Komponente des elektrischen Antriebssystems auftretenden Kräfte für zumindest einen teilweisen Bereich von Betriebspunkten des Ausgangs-Betriebskennfelds

umfasst, — ein Veränderungsmodul zum

(c) Verändern von Betriebspunkten des Ausgangs-Betriebskennfelds in zumindest einem Teilbetriebsbereich des Ausgangs-Betriebskennfelds auf

Teilbetriebsbereich, und — ein Ausgabemodul zum

Damit bringt ein erfindungsgemäßes System die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren erläutert worden sind. Insbesondere kann das System zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet bzw. ausgebildet sein.

Die Module können dabei beispielsweise jeweils durch einen separaten Computerprogrammcode oder gemeinsam durch einen gemeinsamen Computerprogrammcode und/oder durch separate oder gemeinsame Funktionseinheiten eines Computers implementiert sein. Möglich ist auch, dass einzelne Module in einem gemeinsamen Modul implementiert sind, so beispielsweise das Bereitstellungmodul und das Veränderungsmodul. Das System kann insbesondere einen oder mehrere Computer umfassen oder durch den einen oder mehrere Computer gebildet sein, welcher oder welche die einzelnen Module aufweisen können.

Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das erfindungsgemäße

Verfahren oder die erfindungsgemäße Verwendung auszuführen.

Damit bringt ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren

erläutert worden sind.

Das Computerprogrammprodukt kann dabei ein Computerprogramm an sich oder ein Produkt, etwa ein computerlesbarer Datenspeicher, sein, auf dem ein Computerprogramm zur Ausführung des Verfahrens gespeichert sein kann.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der

nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen

Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschreiben sind. Es zeigen schematisch:

Fig. 1 ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, Fig. 2 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems, und Fig. 3 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

Identische oder funktionsgleiche Elemente sind in den Figuren 1 bis 3 jeweils mit demselben Bezugszeichen bezeichnet.

Figur 1 zeigt schematisch ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug 10 mit einem elektrischen Antriebssystem 11. Das elektrische Antriebssystem 11 weist einen Elektromotor 12 auf.

Neben der genannten Komponente, insbesondere elektrischen Antriebskomponente, in Form des Elektromotors 12 kann das elektrische Antriebssystem 11 selbstverständlich weitere Komponenten 13, wie beispielsweise eine Traktionsbatterie, einen Wechselrichter, Leistungselektronik, Getriebe usw., aufweisen, die jedoch der Übersichtlichkeit halber nicht alle in der Fig. 1 gezeigt sind, sondern durch die Komponente 13 stellvertretend repräsentiert sind.

Der Einfachheit halber und als bevorzugtes Ausführungsbeispiel beschränkt sich die nachstehende Erläuterung von beispielhaften Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Systems 20 (siehe Fig. 2) und eines erfindungsgemäßen Verfahrens 30 (siehe Fig. 3) auf die elektrische Antriebskomponente 12, 13 in Form des beispielhaft nur einen Elektromotors 12.

Figur 2 zeigt schematisch ein System 20 in Form eines Computers mit einem Bereitstellungsmodul 21, einem Veränderungsmodul 22 und einem Ausgabemodul 23, wobei das System 20 sich außerhalb des in Fig. 1 gezeigten Kraftfahrzeugs 10 befindet. Das System 20 dient der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens 30 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 und damit dem Reduzieren der hörund/oder spürbaren Schwingungen (engl. "Noise Vibration Harshness", kurz NVH) des Elektromotors 12 des elektrischen Antriebssystems 11 des elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs 10 der Fig. 1.

sein.

Das Veränderungsmodul 22 erhält das Ausgangs-Betriebskennfeld 1 und das Kraftkennfeld 2 und verändert auf dieser Basis die Betriebspunkte des AusgangsBetriebskennfelds 1 in zumindest einem Teilbetriebsbereich des AusgangsBetriebskennfelds 1 zu Gunsten geringerer hör- und/oder spürbarerer Schwingungen des Elektromotors 12. Dies kann beispielsweise derart geschehen, dass die Betriebspunkte des Ausgangs-Betriebskennfeld 1 zu Gunsten reduzierter hörund/oder spürbaren Schwingungen des Elektromotors 12 mit einem vorbestimmten Grenzwert der gemäß dem Kraftkennfeld 2 bei den Betriebspunkten auftretenden Kräften verglichen werden. Wird der Grenzwert überschritten, der so gewählt sein kann, dass seine Überschreitung zu hör- und/oder spürbaren Schwingungen im Fahrbetrieb führt, die als kritisch für den Fahrkomfort eingestuft werden, können die Betriebspunkte, die für diese Schwingungen sorgen, verändert werden. So lässt sich der Teilbetriebsbereich als Bereich mit besonders kritischen Betriebspunkten hinsichtlich der hör- und/oder spürbaren Schwingungen bestimmen.

Vorzugsweise kann zudem ein Grenzwert für einen Effizienzverlust zum Einsatz kommen, der zusätzlich zur Auswahl des Teilbetriebsbereichs benutzt wird. Denn die Modifikation in Richtung geringerer Schwingungen geht aufgrund der Veränderung von Betriebsparametern an den Betriebspunkten mit einem Effizienzverlust einher, wenn das Ausgangs-Betriebskennfeld 1 auf maximale Effizienz (vor)optimiert ist. Dann werden die Betriebspunkte also nur verändert, wenn der Effizienzverlust gemessen an der Grenzwertwahl toleriert wird.

Im Ergebnis erzeugt das Veränderungsmodul 22, welches alternativ auch als ein

Optimierungsmodul (Optimierung der NVH) bezeichnet werden kann und wie es in

der Fig. 2 gezeigt ist, ein im Hinblick auf NVH optimiertes Betriebskennfeld 3. Dieses

optimierte Betriebskennfeld 3 wird von einem Ausgabemodul 23 ausgegeben,

welches, alternativ zu der Darstellung von Fig. 2, auch zusammen mit dem

Veränderungsmodul 22 implementiert sein kann.

Wie in Zusammenschau der Fig. 1 und 2 durch einen Pfeil zwischen der Fig. 1 und 2 erkennbar ist, wird das nunmehr optimierte Betriebskennfeld 3 an das elektrische Antriebssystem 11 ausgegeben bzw. übergeben und sodann in dem Kraftfahrzeug 10, insbesondere von einer entsprechenden Steuerung bzw. einem Steuergerät, verwendet. Zum einen kann dadurch ein Betrieb des Kraftfahrzugs 10 mit bezogen auf den Fahrkomfort quasi bzw. praktisch geräuschlos arbeitendem Elektromotor 12 in lokalen und kritischen NVH-Bereichen erzielt werden, weil diese kritischen NVHBereiche in dem optimierten Betriebskennfeld 3 gegenüber dem AusgangsBetriebskennfeld 1 optimiert sind. Zum anderen kann außerhalb dieser lokalen und kritischen NVH-Bereiche mit maximaler Effizienz des elektrischen Antriebssystems 11 gearbeitet werden. Entsprechend erfolgt die beschriebene Optimierung des Ausgangs-Betriebskennfelds 1 des Elektromotors 12 offline durch das System 20. Das Ergebnis in Form des optimierten Betriebskennfelds 3 wird dann jedoch in dem Kraftfahrzeug 10 implementiert und online, also während der Fahrt des Kraftfahrzeugs 10, eingesetzt.

Figur 3 zeigt ein weiteres Beispiel des bereits erläuterten erfindungsgemäßen Verfahrens 30 in Form von Verfahrensschritten 31...37 mit weiteren Details.

In dem Verfahrensschritt 31 erfolgt die Voroptimierung des Betriebskennfelds 1 auf maximale Effizienz durch Maximierung des Drehmoments pro Watt. In dem Verfahrensschritt 32 werden Bedingungen für die nachfolgende Optimierung durch das Veränderungsmodul 22 aufgestellt. Eine solche Bedingung kann insbesondere sein, dass ein Drehmoment und eine Drehzahl des zumindest einen Elektromotors 12 von dem voroptimierten Betriebskennfeld 1 beibehalten werden. Weitere Bedingungen können die maximale verfügbare Spannung und eine maximal erlaubte

Stromstärke als Betriebsparameter des Elektromotors 12 vorgeben.

Parallel zu oder, alternativ, vor oder nach den Verfahrensschritten 31 und 32 werden die Verfahrensschritte 33, 34 und 35 hintereinander ausgeführt. In dem

In dem Verfahrensschritt 36 erfolgt nun die Optimierung des AusgangsBetriebskennfelds 1, wobei die, wie oben beschrieben, ausgewählten Betriebspunkte in dem Ausgangs-Betriebskennfeld 1 unter Einhaltung der zuvor definierten Bedingungen optimiert werden können. Dazu können die jeweiligen Betriebsparameter des Elektromotors 12, wie Spannung und Stromstärke, angepasst werden. In dem Verfahrensschritt 37 erfolgt die Ausgabe des optimierten Betriebskennfelds 3 zur Nutzung in dem elektrischen Antriebssystem 11 des Kraftfahrzeugs 10.

Die voranstehenden Erläuterungen der Ausführungsformen beschreiben die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen.

Bezugszeichenliste

1 Ausgangs-Betriebskennfeld 2 Kraftkennfeld 3 optimiertes Betriebskennfeld

10 Kraftfahrzeug

11 elektrisches Antriebssystem

12 Komponente, elektrische Antriebskomponente, Elektromotor 13 Komponente, elektrische Antriebskomponente

20 System

21 Bereitstellungsmodul

22 Veränderungsmodul

23 Ausgabemodul

30 Verfahren

31-37 Verfahrensschritte

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren (30) zum Reduzieren der hör- und/oder spürbaren Schwingungen eines elektrischen Antriebssystems (11) eines Kraftfahrzeugs (10) durch Ausgeben eines optimierten Betriebskennfelds (3) für einen Elektromotor (12) des elektrischen Antriebssystems (11), wobei das Verfahren (30) durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist:

(a) Bereitstellen eines Ausgangs-Betriebskennfelds (1) des Elektromotors (12), wobei das Ausgangs-Betriebskennfeld (1) Betriebspunkte des Elektromotors (12) umfasst,

(b) Bereitstellen eines Kraftkennfelds (2) zumindest einer Komponente (12, 13) des elektrischen Antriebssystems (11) für den Betrieb des Elektromotors (12) mit dem bereitgestellten Ausgangs-Betriebskennfeld (1), wobei das Kraftkennfeld (2) die im Betrieb des Elektromotors (12) an der zumindest einen Komponente (12, 13) des elektrischen Antriebssystems (11) auftretenden Kräfte für zumindest einen teilweisen Bereich von Betriebspunkten des Ausgangs-Betriebskennfelds (1) umfasst,

(c) Verändern von Betriebspunkten des Ausgangs-Betriebskennfelds (1) in zumindest einem Teilbetriebsbereich des Ausgangs-Betriebskennfelds (1) auf Basis des bereitgestellten Kraftkennfelds (2) zum Reduzieren der hörund/oder spürbaren Schwingungen in dem zumindest einen

Teilbetriebsbereich, und

(d) Ausgeben des veränderten Ausgangs-Betriebskennfelds (1) als optimiertes Betriebskennfeld (3).

2. Verfahren (30) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente (12, 13) des elektrischen Antriebssystems (11) der Elektromotor (12) oder ein Bauteil des Elektromotors (12) ist.

3. Verfahren (30) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren (30) außerhalb des Kraftfahrzeugs (10) ausgeführt wird.

4. Verfahren (30) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reduktion der hör- und/oder spürbaren

Effizienzverlust in dem zumindest einen Teilbetriebsbereich einhergeht.

5. Verfahren (30) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren (30) ferner den Schritt eines Auswählens des zumindest einen Teilbetriebsbereichs umfasst.

6. Verfahren (30) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Teilbetriebsbereich ausgewählt wird, wenn er einen vordefinierten Grenzwert von auftretenden Kräften überschreitet und/oder einen vordefinierten Grenzwert eines Effizienzverlustes unterschreitet.

7. Verfahren (30) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangs-Betriebskennfeld (1) außerhalb des zumindest einen Teilbetriebsbereichs auf eine maximale Effizienz des

elektrischen Antriebssystems (11) optimiert ist oder wird.

8. Verfahren (30) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt (c) unter der Bedingung ausgeführt wird, dass ein Drehmoment und eine Drehzahl des Elektromotors (12) von dem Ausgangs-Betriebskennfeld (1) beibehalten werden.

9. Verfahren (30) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (c) zumindest ein Betriebsparameter oder mehrere Betriebsparameter des Elektromotors (12) verändert werden.

10. Verfahren (30) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Betriebsparameter eine Spannung und/oder eine Stromstärke des Elektromotors (12) ist.

11. Verfahren (30) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren (30) ferner das Erzeugen des Kraftkennfelds (2) auf Basis eines Simulationsmodells der zumindest einen Komponente (12, 13) des elektrischen Antriebssystems (11) aufweist.

12. Verfahren (30) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Erzeugen des Kraftkennfelds auf Basis einer Finite Elemente Analyse erfolgt.

14. System (20) zum Reduzieren der hör- und/oder spürbaren Schwingungen eines elektrischen Antriebssystems (11) eines Kraftfahrzeugs (10), wobei das System gekennzeichnet ist durch:

— ein Bereitstellungsmodul (21) zum

(a) Bereitstellen eines Ausgangs-Betriebskennfelds (1) des Elektromotors (12), wobei das Ausgangs-Betriebskennfeld (1) Betriebspunkte des Elektromotors (12) umfasst,

(b) Bereitstellen eines Kraftkennfelds (2) zumindest einer Komponente (12, 13) des elektrischen Antriebssystems (11) für den Betrieb des Elektromotors (12) mit dem bereitgestellten Ausgangs-Betriebskennfeld (1), wobei das Kraftkennfeld (2) die im Betrieb des Elektromotors (12) an der zumindest einen Komponente (12, 13) des elektrischen Antriebssystems (11) auftretenden Kräfte für zumindest einen teilweisen Bereich von Betriebspunkten des Ausgangs-Betriebskennfelds (1) umfasst,

— ein Veränderungsmodul (22) zum

(c) Verändern von Betriebspunkten des Ausgangs-Betriebskennfelds (1) in zumindest einem Teilbetriebsbereich des Ausgangs-Betriebskennfelds (1) auf Basis des bereitgestellten Kraftkennfelds (2) zum Reduzieren der hörund/oder spürbaren Schwingungen in dem zumindest einen Teilbetriebsbereich, und

— ein Ausgabemodul (23) zum

(d) Ausgeben des veränderten Ausgangs-Betriebskennfelds (1) als optimiertes Betriebskennfeld (3).

15. Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 oder die Verwendung nach Anspruch 13

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auszuführen.