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Die vorliegende Erfindung betrifft den Betrieb von Elektromotoren und insbesondere ein Verfahren zum Betrieb eines Elektromotors, bei welchem ein Motoransteuersignal erzeugt und direkt oder indirekt (über einen Motortreiber) zum Motor übertragen wird.
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Bei einem derartigen Betrieb entstehende Geräusche werden in vielen Bereichen als besonders störend empfunden. Dies gilt insbesondere im Bereich der Fahrzeugtechnik für Betriebsgeräusche von elektromechanisch angetriebenen Fahrzeugkomponenten (z. B. elektrische Fensterheber) oder elektrohydraulisch angetriebenen Fahrzeugkomponenten (z. B. automatisches Verdeck bei einem Cabriolet). Zur Minderung dieser störenden Geräusche werden die Elektromotoren oftmals über elastische Elemente zur Dämpfung einer Körperschallübertragung gelagert und/oder zumindest teilweise in Schalldämmungen gekapselt, letzteres oftmals zusammen mit Teilen einer Antriebsmechanik (z. B. Getriebe). Solche Dämmvorrichtungen sind vor allem zur Dämpfung von höheren Frequenzanteilen im Spektrum des Geräusches geeignet. Für tiefere Frequenzen werden solche Dämmvorrichtungen groß, unhandlich und teuer.
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Aus dem Stand der Technik ist außerdem die Methode der gezielten Kompensation von Störschall durch aktive Überlagerung von Schall mit entgegengesetzter Phase (Antischall) bekannt. Eine derartige aktive Schalldämpfung ist beispielsweise in der
US 4,677,677 und der
EP 0 471 290 B1 beschrieben.
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Der Anwendungsbereich von solchen aktiven Systemen zur Geräuschunterdrückung, oftmals auch als ANC(”Active Noise Cancellation”)-Systeme bezeichnet, ist in der Praxis jedoch eingeschränkt.
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Abgesehen vom Aufwand zur Anordnung bzw. Unterbringung einer Einrichtung zur aktiven Erzeugung von Antischall (Lautsprecher) besteht ein gravierendes prinzipielles Problem darin, dass eine destruktive Interferenz von Störschall und Antischall in der Regel nur für mehr oder weniger kleine räumliche Bereiche erzielt werden kann, nicht jedoch für eine weiträumige Umgebung um die betreffenden Geräuschquellen herum. So sind derartige bekannte aktive Geräuschunterdrückungssysteme beispielsweise kaum geeignet, in einem Kraftfahrzeug die Betriebsgeräusche eines elektrischen Fensterhebers im gesamten Insassenraum zu kompensieren. Auch scheitert eine praktische Anwendung in diesem Fall auch daran, dass ein hierfür benötigter Schallsensor (Mikrofon) nicht an einer Stelle (z. B. Kopf eines Fahrzeuginsassen) angeordnet werden kann, welche für eine optimale Funktion des Systems besonders geeignet wäre. Schließlich wird die Funktionsfähigkeit der bekannten aktiven Geräuschunterdrückungssysteme auch durch den durchaus häufig anzutreffenden Umstand beeinträchtigt, dass nicht eine einzige, gut lokalisierte Geräuschquelle sondern mehrere räumlich verteilte Geräuschquellen existieren. Hierbei ist insbesondere an mechanische Getriebeeinrichtungen zu denken, die von dem betreffenden Elektromotor angetrieben und diesem hierfür nachgeordnet sind.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen neuartigen Weg zur Verminderung von durch einen Motorbetrieb erzeugten Störgeräuschen aufzuzeigen, wobei die erfindungsgemäße Lösung insbesondere für eine weiträumige Geräuschunterdrückung und für Anwendungen mit räumlich verteilten Störgeräuschquellen geeignet sein soll.
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Bei einem Verfahren zum Betrieb eines Elektromotors nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein zur Verminderung eines durch den Motorbetrieb erzeugten Geräusches geeignetes Zusatzsignal erzeugt und dem Motoransteuersignal bei dessen Übertragung zum Motor überlagert wird.
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Die Grundidee der Erfindung besteht darin, den ohnehin vorhandenen Elektromotor nicht ausschließlich zu Antriebszwecken sondern auch als einen ”Aktor” zu nutzen, um durch eine geeignete Steuerung dieses Aktors eine Geräuschverminderung zu erzielen. In dieser Hinsicht besitzt die Erfindung eine gewisse Ähnlichkeit mit den oben erwähnten, bekannten aktiven Geräuschunterdrückungssystemen, erfordert im Gegensatz zu diesen jedoch keine zur Erzeugung von Antischall vorgesehene (Lautsprecher-)Einrichtung.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht z. B. darin, dass der zur Geräuschminderung verwendete ”Aktor” auch keiner elektrischen Verkabelung bedarf, da das zum Aktorbetrieb vorgesehene Steuersignal ganz einfach als ”Zusatzsignal” dem eigentlichen Motoransteuersignal überlagert wird. Das Zusatzsignal wird somit ohne jeglichen Mehraufwand zusammen mit dem Motoransteuersignal über eine ohnehin vorhandene elektrische Leitungsanordnung zum Motor (bzw. Motortreiber) übertragen.
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Der wohl gravierenste Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht jedoch darin, dass den Störgeräuschen bereits am origniären Ort ihrer Erzeugung (Elektromotor) entgegengewirkt werden kann, so dass zum einen bereits physikalischprinzipiell eine besonders weiträumige Geräuschunterdrückung realisierbar ist, und zum anderen auch die ansonsten vorhandene Problematik von räumlich verteilten Geräuschquellen entschärft wird. Wenn nämlich bereits der Elektromotor weniger Geräusche, insbesondere Körperschall erzeugt, so vermindert dies entsprechend die Anregung von Schwingungen in nachgeordneten mechanischen Komponenten (z. B. Getriebe oder dergleichen), noch bevor diese Schwingungen eine besonders störende Luftschallerzeugung bewirken können.
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Im Gegensatz zu einem herkömmlichen ANC-System mit separatem Aktor zur Erzeugung von Antischall kann bei der vorliegenden Erfindung auf einen solchen separatem Aktor verzichtet und der Elektromotor selbst als Aktor verwendet werden. Hierbei kann das Geräuschspektrum z. B. selektiv bei einzelnen Frequenzen durch die Überlagerung des Zusatzsignals ausgelöscht werden, wo sonst eine störende resonanzartige Geräuschentwicklung stattfände.
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Häufig werden Antriebsmotoren über eine PWM-Ansteuerung betrieben. Gemäß der Erfindung kann hierbei die Möglichkeit genutzt werden, der normalen Ansteuerspannung zum Betrieb des Motors ein Wechselsignal zu überlagern, welches so erzeugt wird, dass es zu einer Verminderung des abgegebenen Betriebsgeräusches kommt. In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt diese Überlagerung bereits vor dem PWM-Motortreiber. Beispielsweise sind PWM-Motortreiber bekannt, denen als Motoransteuersignal ein analoger Spannungswert eingegeben wird, der das PWM-Tastverhältnis des vom PWM-Motortreiber sodann an den Motor auszugebenden PWM-Motoransteuersignals (PWM-Spannung) definiert. Hier kann also bereits dem Eingangssignal des Motortreibers das gemäß der Erfindung vorgesehene Zusatzsignal überlagert werden.
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Es soll jedoch keineswegs ausgeschlossen sein, dass selbst im Falle der Verwendung eines Motortreibers die erfindungsgemäße Überlagerung erst nach diesem Motortreiber stattfindet. Bei einer PWM-Ansteuerung der vorstehend erwähnten Art würde dies bedeuten, dass dem vom PWM-Motortreiber ausgegebenen PWM-Motoransteuersignal (PWM-Spannung) das Zusatzsignal (Zusatzspannung) überlagert wird.
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Für die konkrete Art und Weise der Erzeugung des Zusatzsignals gibt es vielfältige Möglichkeiten.
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Das Ziel bei der Erzeugung des Zusatzsignals besteht darin, unter Berücksichtigung der elektro-mechanischen Übertragungsfunktion des durch den Elektromotor realisierten ”Aktors”, d. h. der Charakteristik der Umsetzung des elektrischen Zusatzsignals in ”mechanische Zusatzsignale bzw. -schwingungen”, ein Zusatzsignal zu erzeugen, welches zu einer wenigstens teilweisen Kompensation der unerwünschten mechanischen Signale bzw. Schwingungen führt, die durch das eigentlich nur zum Antrieb des Elektromotors vorgesehene Ansteuersignal bewirkt werden.
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Vor diesem Hintergrund kann bei der Erzeugung des Zusatzsignals vorteilhaft z. B. auf eine Maßnahme zurückgegriffen werden, wie sie als solche bei den herkömmlichen aktiven Geräuschunterdrückungssystemen bekannt ist. In einer diesbezüglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Zusatzsignal unter Verwendung eines mittels eines Schallsensors erfassten Schallsignals erzeugt wird.
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Der Schallsensor kann z. B. in der Nähe des Elektromotors bzw. des damit gebildeten elektromechanischen oder elektrohydraulischen Antriebs angeordnet sein, um somit ein Schallsensorsignal bereitzustellen, welches repräsentativ für die Überlagerung der Luftschallanteile am Ort des Schallsensors ist, welche einerseits durch das Motoransteuersignal und andererseits durch das Zusatzsignal unter Berücksichtigung der Übertragungsfunktion vom elektrischen Eingang des Elektromotors bis hin zum Ort des Schallsensors erzeugt werden. Das Schallsensorsignal kann sodann über eine Rückkopplung die Erzeugung des Zusatzsignals derart steuern bzw. beeinflussen, dass das störende Geräusch minimiert wird. In dieser Weise können auch von mehreren Schallsensoren stammende Schallsensorsignale genutzt werden.
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Im Rahmen der Erfindung ist es alternativ oder zusätzlich jedoch auch möglich, dass das Zusatzsignal unter Verwendung (wenigstens) eines mittels eines Vibrationssensors erfassten Vibrationssignals erzeugt wird.
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Der (wenigstens eine) Vibrationssensor wird hierbei bevorzugt an einer Komponente des Elektromotors angeordnet, wie beispielsweise einem Gehäuseabschnitt des Motors oder einem zur Lagerung eines Rotors des Motors vorgesehenen Lagerabschnitt. Alternativ oder zusätzlich kann wenigstens ein Vibrationssensor auch im Bereich eines dem Elektromotor nachgeschalteten Getriebes eines elektromechanischen Antriebs angeordnet werden. Wie vorstehend für das oder die Schalsensorsignale erläutert, kann ein erfasstes Vibrationssignal ebenfalls im Rahmen einer Rückkopplung zur Steuerung der Erzeugung des Zusatzsignals und somit zur geregelten Minimierung des störenden Geräusches verwendet werden.
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In Situationen, in denen die störenden Frequenzen vorab bekannt sind, kann auf eine Rückkopplung unter Umständen ganz verzichtet werden.
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In dieser Hinsicht ist es im Rahmen der Erfindung alternativ oder zusätzlich z. B. auch möglich, dass das Zusatzsignal unter Verwendung des Motoransteuersignals und/oder eines damit korrelierten Signals erzeugt wird. Wenn beispielsweise das den Motor erreichende Motoransteuersignal als ein PWM(Pulsweiten-moduliertes)-Spannungssignal vorgesehen ist, so kann ein damit korreliertes Signal z. B. von einem Ansteuersignal (Eingangssignal) eines PWM-Treibers (z. B. Umrichter) gebildet sein, welcher das PWM-Motoransteuersignal erzeugt.
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Eine solche Ausführungsform besitzt den gravierenden Vorteil, dass die wenigstens teilweise Kompensation des Störgeräusches gewissermaßen bereits ”auf elektrischer Ebene” erfolgt, bevor das Störgeräusch überhaupt entsteht (erst als Vibration bzw. Körperschall und dann als Luftschall).
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Zur praktischen Realisierung dieser Maßnahme ist bevorzugt eine Steuereinrichtung vorgesehen, welche basierend auf dem Motoransteuersignal bzw. des damit korrelierten Signals unter Anwendung eines vorgegebenen Algorithmus (z. B. programmgesteuert) ein zur Verminderung des durch den Motorbetrieb erzeugten Geräusches geeignetes Zusatzsignal erzeugt. Ein hierzu geeigneter Algorithmus kann vorab z. B. anhand eines entsprechenden mathematischen Modells der Störgeräuscherzeugung und/oder in experimenteller Weise ermittelt werden.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Motor ein Gleichstrommotor ist und/oder das Motoransteuersignal als eine PWM-Ansteuerspannung erzeugt wird.
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Insbesondere wenn eine PWM-Ansteuerspannung vorgesehen ist, so kann das Motoransteuersignal bzw. ein damit korreliertes Signal vorteilhaft bei der Erzeugung des Zusatzsignals verwendet bzw. mitberücksichtigt werden. Ein PWM-Signal besteht in der Regel aus einer zeitlichen Folge von PWM-Pulsen, deren Anstiegsflanken z. B. zeitlich äquidistant angeordnet sind.
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Beim Betrieb von drehenden Elektromotoren ergibt sich oftmals zwangsläufig ein Störgeräusch bei einem ganzzahligen oder nicht ganzzahligen Vielfachen der Motordrehzahl. Durch mechanische Resonanzen, insbesondere im Bereich der mechanischen Komponenten des Motors oder des damit ausgebildeten elektromechanischen oder elektrohydraulischen Antriebs, können weitere Vibrations- und somit Störschallfrequenzen angeregt werden. Nachdem derartige Mechanismen der Störschallerzeugung bekannt sind bzw. für jede konkrete Konstruktion modellmäßig und/oder experimentell ermittelbar sind, kann in Kenntnis des PWM-Motoransteuersignals bzw. allgemein den Parametern einer momentanen PWM-Ansteuerung ohne weiteres ein geeignetes Zusatzsignal erzeugt werden. Oftmals ist z. B. ein Zusatzsignal zweckmäßig, welches eine dominierende Frequenzkomponente bei der Motordrehzahl besitzt. Bei der Überlagerung des Zusatzsignals und des Motoransteuersignals, beispielsweise einer einfachen additiven Überlagerung von Spannungssignalen, muss das Zusatzsignal mit der entsprechenden Phase (z. B. phasenverschoben zum Drehzahlsignal) überlagert werden. Falls anhand des Motoransteuersignals bzw. eines damit korrelierten Signals, alternativ oder zusätzlich auch anhand bestimmter Motorbetriebsparameter wie der erwähnten Motordrehzahl, eines Motorlastmomentes und/oder dergleichen, eine Information betreffend voraussichtlich angeregte Vibrationsfrequenzen ermittelbar ist, so kann durch eine gezielte Erzeugung des Zusatzsignals mit eben wenigstens einer dieser Frequenzen der Anregung solcher Vibrationen entgegengewirkt werden. Zum Beispiel kann eine PWM-Ansteuerspannung eines Motortreibers bei solchen störenden Frequenzen (bzw. einem Vielfachen) davon mittels des Zusatzsignals moduliert werden (mit geeigneter Amplitude und Phase), um die Ausbildung wenigstens einer solchen Resonanz zu verhindern oder zumindest stark zu mindern.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Betrieb eines Elektromotors kann zur Durchführung eines Verfahrens der oben beschriebenen Art umfassen:
- – eine Ansteuereinrichtung zur Erzeugung eines Motoransteuersignals, insbesondere einer PWM-Spannung,
- – einen Ansteuerpfad zur Übertragung des Motoransteuersignals zu einem Motortreiber (oder direkt zu einem Motor),
- – eine Steuereinrichtung zur Erzeugung eines Zusatzsignals, und
- – eine im Ansteuerpfad angeordnete Überlagerungseinrichtung zur Überlagerung des Motorsteuersignals und des Zusatzsignals.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Verstellanordnung zur Betätigung einer automatisiert bestätigbaren Fahrzeugkomponente, wie einem Fahrzeugfenster, Schiebedach, Außenspiegel usw. mit einer gerade beschriebenen Vorrichtung geschaffen.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen des oben dargestellten Verfahrens sind, soweit im Übrigen auch auf die Vorrichtung und die Verstellanordnung übertragbar, auch als vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung und Verstellanordnung anzusehen, und umgekehrt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben. Es stellen jeweils schematisch dar:
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1 ein Blockschaltbild eines Systems zum Betrieb eines Elektromotors,
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2 eine Darstellung zur Veranschaulichung einer Störgeräuscherzeugung durch den Betrieb des Elektromotors von 1, und
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3 eine Darstellung zur Veranschaulichung einer erfindungsgemäßen Verminderung des erzeugten Störgeräusches.
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1 veranschaulicht ein System 10 zum Betrieb eines Elektromotors 12, der zusammen mit einem nachgeschalteten mechanischen Getriebe 14 einen elektromechanischen Antrieb für eine automatisiert betätigbare Fahrzeugkomponente wie z. B. ein Fahrzeugfenster, ein Schiebedach, einen Außenspiegel, einen Fahrzeugsitz, eine Laderaumabdeckung etc. bildet (nicht dargestellt). Alternativ können die dargestellten Komponenten 12 und 14 auch z. B. einen elektropneumatischen oder elektrohydraulischen Antrieb einer Fahrzeugkomponente darstellen.
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Das System umfasst eine erste Steuereinrichtung 16, beispielsweise einen Mikrocontroller, welche ein Treiberansteuersignal W zur Ansteuerung eines Leistungsverstärkers oder PWM-Treibers 18 erzeugt.
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Der Treiber 18 erzeugt auf Basis des Ansteuersignals W ein PWM-Motoransteuersignal (Spannungssignal) Up, welches zum Motor 12 übertragen wird. Das Ansteuersignal W ist im dargestellten Ausführungsbeispiel ein analoges Spannungsignal, dessen Wert das Tastverhältnis des vom PWM-Treiber 18 auszugebenden Signals Up definiert. Das Ansteuersignal W wird jedoch nicht direkt dem Eingang des Treibers 18 zugeführt, sondern als ein Signal S, welches in einem Ansteuerpfad 20 zwischen der Steuereinrichtung 16 und dem Treiber 18 durch eine Überlagerung gebildet ist, auf die weiter unten noch detaillierter eingegangen wird.
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Es fließt ein Motorankerstrom Ia, der an einem Läufer des hier z. B. als Gleichstrommotor ausgebildeten Motors 12 in ein antreibendes Drehmoment umgegesetzt wird, welches einem Lastmoment entgegenwirkt und somit eine Drehbewegung bewirkt. Das Drehmoment bzw. die Drehbewegung wird auf einen Eingang des Getriebes 14 übertragen. Im Bereich dieses mechanischen Übertragungspfades sowie im Bereich der Kopplung eines Lastmomentes Ml auf die betreffende (nicht dargestellte) Fahrzeugkomponente werden mechanische Vibrationen erzeugt. Diese Erzeugung ist in 1 durch den Block 22 symbolisiert. Die Vibration selbst ist durch eine Vibrationsbeschleunigung ”av” repräsentiert.
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Die Vibration av führt zwangsläufig zu einer Schallerzeugung (symbolisiert durch den Block 24) und somit zu einem durch den Motorbetrieb erzeugten Geräusch (symbolisiert durch einen Schalldruck Pv). Derartige Geräusche Pv werden von den Insassen des betreffenden Fahrzeuges als störend empfunden.
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Charakteristisch für die Geräuschentwicklung ist oftmals, dass diskrete Linien im Anregungsspektrum, etwa hervorgerufen durch Lastmomentschwankungen des Elektromotors oder der angekoppelten Mechanik, an anderer Stelle im Antrieb resonanzartig verstärkt werden und als Luft- bzw. Körperschall abgegeben werden.
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Nachfolgend werden beispielhaft zusätzliche Komponenten des Systems 10 beschrieben, mittels welchen im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Verminderung des Störgeräusches Pv bewerkstelligt wird.
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Für diese Geräuschminderung wesentlich ist eine zweite Steuereinrichtung 26 (die auch durch die erste Steuereinrichtung 16 bzw. einem funktionalen Teil davon realisiert sein könnte), welche ein Zusatzsignal Us (Spannung) erzeugt und an einen im Ansteuerpfad 20 angeordneten Summierknoten 28 ausgibt, so dass an diesem Summierknoten 28 das Zusatzsignal Us dem Motoransteuersignal W additiv überlagert wird und das aus dieser Überlagerung resultierende Signal S über die PWM-Treiberstufe 18 dem Elektromotor 12 zugeführt wird.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das resultierende Signal S ein zur effektiven Motorspannung proportionales Gleichspannungssignal W, welchem ein Wechselspannungssignal Us mit wesentlich kleinerer Amplitude überlagert wird.
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Das resultierende, zum Motor 12 gelangende Motoransteuersignal Up, welches durch den PWM-Treiber 18 generiert wird, besteht somit aus einem PWM-Spannungsignal, dessen Tastverhältnis bzw. Pulspausenverhältnis proportional zu W ist, jedoch proportional zu Us in der Pulsweite moduliert wird.
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Bevorzugt ist die Amplitude von Us kleiner als 20% der Amplitude von S, und somit ist der Modulationshub des PWM-Signals, welcher proportional zu Us ist, ebenfalls kleiner als 20%.
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Die Erzeugung des zur Verminderung des Störgeräusches geigneten Zusatzsignals Us geschieht im dargestellten Ausführungsbeispiel wie folgt:
Das von dem elektromechanischen Antrieb abgegebene Geräusch Pv wird mittels eines bevorzugt in unmittelbarer Nähe des Antriebs angeordneten Mikrofons 30 erfasst und als Mikrofonsignal einer Filterung durch ein (aktives oder passives) Filter 32 unterzogen. Das damit bevorzugt tiefpassgefilterte Signal wird der Steuereinrichtung 26 eingegeben, welche basierend auf diesem eingegebenen Signal das Zusatzsignal Us erzeugt.
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Wie in 1 gestrichelt eingezeichnet, kann bei dieser Erzeugung des Zusatzsignals Us alternativ oder zusätzlich ein für die Vibration av repräsentatives Sensorsignal und/oder ein mit dem Motoransteuersignal W korreliertes Signal verwendet werden. Hierfür kann z. B. innerhalb des elektromechanischen Antriebs ein Vibrationssensor eingesetzt werden.
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Zusammenfassend wird bei dem System 10 somit eine ohnehin gegebene Motoransteuerung (hier: PWM-Steuerung) genutzt, bei welcher aus dem Motoransteuersignal Up (bzw. W) eine Mechanik angesteuert wird, wodurch letztlich eine Vibrationsbeschleunigung av entsteht, welche teilweise in einen Schalldruck Pv umgewandelt wird. Das Mikrofon 30 wird eingesetzt, um den Schalldruck Pv der störenden Vibration in ein elektrisches Signal umzuwandeln, welches sodann bevorzugt gefiltert und bevorzugt in Analog-Digital-gewandelter Form als Digitalsignal der Steuereinrichtung 26 zugeführt wird.
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Die Steuereinrichtung 26 kann insbesondere zur Realisierung eines geeigneten adaptiven Regelalgorithmus (insbesondere digitaler Steueralgorithmus) ausgebildet sein, wie er als solcher oder zumindest ähnlich z. B. aus dem Bereich der herkömmlichen aktiven Geräuschunterdrückungssysteme (ANC-Systeme) bekannt ist. Die typischen bekannten ANC-Algorithmen arbeiten quasi linear: Es wird durch Überlagerung einer Frequenz nur eine Störkomponente bekämpft. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können solche Algorithmen jedoch besonders vorteilhaft in abgewandelter Form verwendet werden, so dass im Unterschied dazu und verbessernd nichtlineare Ansätze denkbar sind, mit denen man, alternativ oder zusätzlich, Harmonische und Subharmonische einer Störkomponente geeignet beeinflussen kann, während man z. B. bei einer wieder anderen Frequenz(PWM-)ansteuert.
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Insbesondere kann der Regelalgorithmus dazu ausgebildet sein, die mittlere Leistung des der Steuereinrichtung 26 zugeführten Eingangssignals in einem bestimmten Spektralbereich zu minimieren, so dass auch der Schalldruck Pv und die dazugehörige Vibrationsanregung in diesem Spektralbereich minimiert werden.
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Bei der konkreten Konzeption des zu verwendenden Regelalgorithmus bietet es sich an, zumindest ”in erster Näherung” von einem typischen herkömmlichen Regelalgorithmus auszugehen, wie etwa dem so genannten LMS(”least mean square”)-Algorithmus oder dessen Modifikationen (z. B. Filtered-X LMS oder RLS etc.), wie sie auch in herkömmlichen aktiven Geräuschminderungssystemen eingesetzt werden. Eine Verbesserung im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann insbesondere durch Verwendung eines nichtlinearen lernenden Algorithmus erzielt werden.
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Wie bereits erläutert kann alternativ zum Schalldruck Pv des Störgeräusches bereits die mit dem Geräusch funktional verknüpfte Vibration erfasst und der Steuereinrichtung 26 bzw. dem damit ausgebildeten Filter zugeführt werden.
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Hinsichtlich der oben bereits erwähnten Möglichkeit der Verwendung des Motoransteuersignals W bei der Erzeugung des Zusatzsignals Us ist z. B. folgende Ausführung möglich: Durch eine experimentelle Referenzmessung des Störgeräusches in Abhängigkeit von einer Vielzahl möglicher Motoransteuersignale W, und nachfolgender Ermittlung eines jeweils zur Geräuschminderung geeigneten Zusatzsignals Us lässt sich ein geeigneter Regelalgorithmus auffinden und z. B. in eine als Mikrocontroller bzw. Mikrocontrollerfunktionalität ausgebildete Steuereinrichtung 26 einprogrammieren. Ein solcher Algorithmus sorgt dann beim tatsächlichen Motorbetrieb für eine jeweils geeignete Erzeugung des Zusatzsignals Us. Dabei ist prinzipiell denkbar, dass auf Sensorsignale wie ein Mikrofonsignal oder Vibrationssensorsignal ganz verzichtet wird.
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Das geeignete Zusatzsignal Us kann insbesondere durch eine gewisse Anzahl spektraler Fourier-Komponenten mit jeweils festem Betrag und fester Phase erzeugt werden, um so eine Geräuschminderung zu realisieren, ohne dass das Störgeräusch im Motorbetrieb gemessen und ausgewertet werden muss. Die Beträge und Phasen der Fourier-Komponenten können z. B. in Abhängigkeit vom Motoransteuersignal bzw. einem damit korrelierten Signal (z. B. Treiberansteuersignal S oder ein oder mehrere Betriebsparameter des Motorbetriebes) variiert werden.
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Ein derartiger, unabhängig von einer tatsächlichen Geräuschmessung im Motorbetrieb vorgesehener Regelalgorithmus wird nachfolgend mit Bezug auf die 2 und 3 erläutert.
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2 veranschaulicht beispielhaft sich im Motorbetrieb ergebende Frequenzspektren der Vibration av und des daraus resultierenden Störgeräusche Pv bei deaktivierter Geräuschminderung (bzw. bei einem System ohne die oben erläuterten Komponenten zur Geräuschminderung). Durch die Motoransteuerung ergeben sich eine Reihe von angeregten Vibrationsresonanzen, bei deren Frequenzen dementsprechend auch nennenswerte Linien im Spektrum des Störgeräusches Pv entstehen.
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3 veranschaulicht in einer der 2 entsprechenden Darstellung die Situation bei aktivierter Geräuschminderung. Hierbei wird von der Steuereinrichtung 26 auf Basis der eingegebenen Signale das Zusatzsignal Us gebildet, welches im dargestellten Beispiel im Wesentlichen zwei diskrete Linien im Frequenzspektrum besitzt. Durch die Überlagerung dieses Zusatzsignals Us bei der Motoransteuerung kommt es zu einer Verminderung insbesondere der entsprechenden Linien im Anregungsspektrum der Vibration av. Dies wiederum vermindert auch die Anregung anderer Linien im Spektrum der Vibration av. Dieser Effekt veranschaulicht das im allgemeinen nichtlineare Systemverhalten (Übertragungsfunktion von Us zu av). Die Verminderung anderer Linien im Vibrationsspektrum betrifft im dargestellten Beispiel insbesondere ganzzahlige Vielfache (Oberschwingungen) der beiden betreffenden Frequenzen. Demzufolge resultiert schließlich auch eine nennenswerte Verminderung einer Vielzahl von Linien im Spektrum des Störgeräusches Pv.
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Abschließend ist anzumerken, dass bei erfindungsgemäßen Systemen der oben beschriebenen Art im Unterschied zu einem herkömmlichen ANC-System, bei welchem der Störschall zunächst entsteht und erst dann durch Überlagerung mit der Anti-Schallwelle geschwächt wird, bereits die Vibration bei ihrer Entstehung durch eine Anti-Vibration wenigstens teilweise kompensiert werden kann. Darüber hinaus ist auch vorteilhaft eine Unterdrückung bereits der Entstehung einer mechanischen Vibration möglich.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- System
- 12
- Elektromotor
- 14
- Getriebe
- 16
- Steuereinrichtung
- 18
- PWM-Treiber
- 20
- Ansteuerpfad
- 22
- Vibrationserzeugung
- 24
- Schallerzeugung
- 26
- Steuereinrichtung
- 28
- Summierknoten
- 30
- Mikrofon
- 32
- Filter
- Up
- Motoransteuersignal
- Us
- Zusatzsignal
- av
- Vibrationsbeschleunigung
- Pv
- Schalldruck
- f
- Frequenz
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 4677677 [0003]
- EP 0471290 B1 [0003]
