DE102012211689A1

DE102012211689A1 - Verfahren zur Geräuscherzeugung in einem Fahrzeug mit einem Elektromotor

Info

Publication number: DE102012211689A1
Application number: DE201210211689
Authority: DE
Inventors: Kevin Gutmann; Patrice Tchantchou Yankam; Bruno Holzwarth
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-07-05
Filing date: 2012-07-05
Publication date: 2014-01-09

Abstract

Bei einem Verfahren zur Geräuscherzeugung in einem Fahrzeug mit Elektromotor wird die Bestromung des Elektromotors so modifiziert, dass die aus der Modifikation resultierende Änderung der Motorwellenumdrehung innerhalb einer definierten Toleranz liegt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Geräuscherzeugung in einem Fahrzeug mit einem Elektromotor.
Stand der Technik
Bei elektromotorisch angetriebenen Fahrzeugen besteht insbesondere im Stadtverkehr das Problem, dass das Fahrzeug aufgrund der geringen Geräuschentwicklung akustisch verhältnismäßig schwer wahrnehmbar ist, was zu einem erhöhten Risiko führt. Um die Wahrnehmung zu verbessern, besteht beispielsweise die Möglichkeit, im Rangierbetrieb ein Warngeräusch zu erzeugen, das elektronisch generiert und über einen Lautsprecher abgestrahlt wird. Es wird darüber hinaus diskutiert, auch im normalen Fahrbetrieb auf künstliche Weise ein Fahrgeräusch zu erzeugen, um weitere Verkehrsteilnehmer akustisch auf das elektromotorisch angetriebene Fahrzeug hinzuweisen. Derartige Lösungen setzen aber eine Einrichtung zur künstlichen Erzeugung und Abstrahlung des Geräusches voraus.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Maßnahmen in einem Fahrzeug mit einem Elektromotor ein für Außenstehende wahrnehmbares Warnoder Hinweisgeräusch zu erzeugen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
Die Erfindung bezieht sich auf Fahrzeuge mit einem Elektromotor, der als Antriebsmotor zum Antreiben des Fahrzeuges eingesetzt wird. Es kann sich hierbei entweder um Elektrofahrzeuge handeln, bei denen der elektrische Antriebsmotor die ausschließliche Antriebsquelle darstellt, oder um Hybridfahrzeuge, bei denen der elektrische Antriebsmotor zusätzlich zu einer weiteren Antriebsquelle, insbesondere einer Brennkraftmaschine eingesetzt wird und insbesondere zumindest auf kurzen Strecken auch ein alleiniger Antrieb über den elektrischen Antriebsmotor möglich ist. Zusätzlich oder alternativ kommen auch Fahrzeuge in Betracht, bei denen der Elektromotor nicht zum Antrieb des Fahrzeuges eingesetzt wird, sondern für ein Aggregat in dem Fahrzeug, beispielsweise als Lenk- bzw. Servomotor im Lenksystem des Fahrzeugs (Electric Power Steering), wobei über den elektrischen Lenkmotor ein unterstützendes Moment in das Lenksystem eingespeist werden kann. Grundsätzlich kommen zur Geräuscherzeugung sämtliche Elektromotoren im Fahrzeug in Betracht, ungeachtet dessen, ob der betreffende Elektromotor zum Antrieb des Fahrzeuges oder zum Antrieb eines Aggregats eingesetzt wird.
Der Elektromotor wird zusätzlich zu seiner Haupt- bzw. Grundfunktion, das Fahrzeug bzw. Aggregat anzutreiben, zur Geräuscherzeugung eingesetzt. Hierbei wird die Bestromung des Elektromotors in der Weise modifiziert, dass die aus der Modifikation der Bestromung reduzierende Änderung der Umdrehung der Motorwelle des Elektromotors innerhalb einer definierten Toleranz bzw. Bandbreite liegt. Die Toleranz ist vorzugsweise so bemessen, dass die Haupt- bzw. Grundfunktion des Elektromotors durch die Modifikation zumindest weitgehend unbeeinträchtigt bleibt. Es handelt sich somit bei der Modifikation um eine Überlagerung, die auf die Motorwellenumdrehung aufgebracht wird, wobei die Überlagerung klein genug ist, um die Haupt- bzw. Grundfunktion nicht wesentlich zu beeinträchtigen, zugleich aber groß genug, um das gewünschte Geräusch zu erzeugen.
Die beschriebene Verfahrensweise kann sowohl bei laufendem Elektromotor als auch bei stillstehendem Elektromotor durchgeführt werden. Bei stillstehendem Elektromotor ist die Motorwellenumdrehung gleich null, die Geräuscherzeugung wird über eine geringfügige Auslenkung der Motorwelle aus der Ruhelage herbeigeführt. Im Falle eines laufenden Elektromotors kann dieser sowohl stationär als auch instationär bzw. dynamisch betrieben werden; die Geräuscherzeugung erfolgt über eine Modifikation der Motorwellenumdrehung um den stationären bzw. dynamischen Verlauf.
Das Geräusch wird entweder unmittelbar im Elektromotor selbst oder in einem mit dem Elektromotor gekoppelten Bauteil des Aggregats bzw. des Fahrzeugs generiert. Beispielsweise kann über die Modifikation der Bestromung die Motorwellenumdrehung so geändert werden, dass eine Anregung im Bereich der mechanischen Eigenfrequenz des Elektromotors und/oder eines Bauteils des Aggregates bzw. Fahrzeugs erfolgt. Bei dem in der Eigenfrequenz angeregten Bauteil handelt es sich beispielsweise um das Statorgehäuse des Elektromotors oder um ein mit dem Elektromotor gekoppeltes Gehäusebauteil. Des Weiteren ist es möglich, dass das in der Eigenfrequenz schwingende Bauteil kinematisch von der Motorwelle angetrieben wird bzw. es sich um ein Gehäusebauteil handelt, welches das mit der Motorwelle kinematisch gekoppelte Bauteil umschließt.
Des Weiteren ist es möglich, dass die von der Motorwelle generierte Bewegung, welche aus der Modifikation der Bestromung resultiert, ein Geräusch in einem von der Motorwelle angetriebenen Bauteil erzeugt wird, das auf die Bewegung dieses Bauteils zurückgeht. Beispielsweise können gezielt Reibgeräusche generiert werden. Im Falle eines elektrischen Lenk- bzw. Servomotors im Lenksystem eines Fahrzeugs kann durch eine geringfügige, überlagerte Motorwellenumdrehung eine entsprechend geringe Reifenbewegung auf der Straße erzeugt werden, was zu dem gewünschten Geräusch führt. Die Radbewegung ist hierbei aber so klein, dass die Lenkfunktion nicht bzw. nicht in einem signifikanten Maße beeinträchtigt wird. Dies wird über einen entsprechend geringen Stromänderungswert erreicht. Soweit die Modifikation in der Bestromung des elektrischen Lenkmotors auch im Lenkrad spürbar ist, kann dies vom Fahrer in korrekter Weise als Eingriff in das Lenksystem zur Geräuscherzeugung interpretiert werden. Die Anwendung kann an den Vorderrädern und/oder an den Hinterrädern (Hinterradlenkung) erfolgen.
Des Weiteren ist es möglich, dass in unmittelbarer Nähe eines Elektromotors ein schwingungsfähiges Bauteil angebracht wird, welches die Haupt- oder Nebenfunktion besitzt, dass es durch die vom Elektromotor erzeugten Schwingungen Lärm erzeugt. Das schwingfähige Bauteil kann beispielsweise ein einfaches Blech oder ein gebogenes Blech oder eine Glocke sein. Beispielsweise kann der Motor so angesteuert werden, dass er das schwingungsfähige Bauteil in einer seiner Resonanzfrequenzen anregt.
Es kommen verschiedene Modifikationsarten der Bestromung des Elektromotors in Betracht. Möglich ist eine Schwingungsanregung definierter Frequenz mit einem Pendeln der Stromhöhe um einen Ursprungswert. In Betracht kommt außerdem eine einzelne Anregung oder eine Folge einzelner Anregungen in eine oder in beide Richtungen ausgehend vom Ursprungswert in der Bestromung. Schließlich ist es möglich, dass die Änderung der Bestromung nur phasenweise oder kontinuierlich durchgeführt wird.
Die Änderung der Bestromung zur Geräuscherzeugung kann als Funktion von Zustands- bzw. Kenngrößen des Elektromotors, des Fahrzeugs und/oder eines Fahrzeugaggregats durchgeführt werden. Beispielsweise kann die Funktion geschwindigkeitsabhängig oder lenkwinkelabhängig durchgeführt werden.
Bei der Bestromung kann zur Geräuscherzeugung sowohl die Stromhöhe als auch die Frequenz der überlagerten Stromschwingung beeinflusst werden. Die Stromhöhe bzw. -amplitude um den Ursprungswert der Bestromung wird zweckmäßigerweise so gewählt, dass die ursprüngliche Funktion des Elektromotors ohne wesentliche Beeinträchtigung aufrechterhalten werden kann, zugleich aber die gewünschte Geräuschentwicklung erzielt wird. Gleiches gilt für die Frequenz einer überlagerten Stromschwingung.
Das Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung des Stroms wird üblicherweise in einem Regel- bzw. Steuergerät durchgeführt, das dem Elektromotor zugeordnet ist. Das Regel- bzw. Steuergerät kann mit dem Gehäuse des Elektromotors verbunden sein.
Bei dem Elektromotor handelt es sich beispielsweise um einen elektronisch kommutierten Gleichstrom-Innenläufermotor oder einen permanenterregten Synchronmotor.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und der Zeichnung zu entnehmen, in der ein Lenksystem in einem Fahrzeug schematisch dargestellt ist, wobei das Lenksystem einen elektrischen Lenk- bzw. Servomotor zur Erzeugung eines Unterstützungsmomentes aufweist.
In 1 ist ein Lenksystem 1 für ein Kraftfahrzeug dargestellt. Das Lenksystem 1 weist ein Lenkrad 2 auf, welches drehfest mit einer Lenkwelle 3 verbunden ist, über das der vom Fahrer vorgegebene Lenkwinkel δ_L auf die lenkbaren Vorderräder 6 übertragbar ist. In den Vorderrädern 6 stellt sich ein Radlenkwinkel δ_V ein. Die Lenkwelle 3 ist über ein Lenkgetriebe 4 kinematisch mit einem Lenkgestänge 5 gekoppelt, das eine bei einer Lenkbewegung sich verstellende Zahnstange umfasst, woraufhin in den Vorderrädern 6 der Radlenkwinkel δ_V eingestellt wird.
Zur Unterstützung des vom Fahrer über das Lenkrad 2 aufgebrachten Handmomentes weist das Lenksystem 1 einen elektrischen Lenk- bzw. Servomotor 7 auf, über den ein zusätzliches, elektrisch generiertes Unterstützungsmoment über das Lenkgetriebe 4 in das Lenksystem 1 eingespeist werden kann (Electric Power Steering). Der Lenkmotor 7 ist als elektronisch kommutierter Gleichstrom-Innenläufermotor oder permanenterregter Synchronmotor ausgeführt. Dem Lenkmotor 7 ist ein Regel- bzw. Steuergerät 8 zugeordnet, welches mit einem CAN-Bus 9 kommuniziert, über den Daten und Signale mit anderen Regel- bzw. Steuergeräten im Fahrzeug ausgetauscht werden.
Das Lenksystem 1 kann, über seine Grund- bzw. Hauptfunktion des Lenkens hinausgehend, auch zur gezielten Geräuscherzeugung im Fahrzeug eingesetzt werden. Insbesondere bei elektromotorisch angetriebenen Fahrzeugen, beispielsweise in Hybridfahrzeugen, besteht das Problem, dass das Fahrzeug bei elektromotorischem Antrieb nur verhältnismäßig wenig Geräusche entwickelt und daher akustisch von weiteren Verkehrsteilnehmern nicht in dem für eine ausreichende Sicherheit erforderlichen Maße wahrgenommen werden kann. Um das Lenksystem 1 mit der elektromotorischen Servounterstützung über den Lenkmotor 7 auch gezielt für eine Geräuschentwicklung einzusetzen, wird der Lenkmotor 7 mit einer modifizierten Bestromung beaufschlagt, woraus eine geringfügige Änderung der Motorwellenumdrehung folgt und ein wahrnehmbares Reifengeräusch aus der Relativdrehung zwischen Reifen und Fahrbahn erzeugt wird. Die Bestromung, mit der der Lenkmotor 7 beaufschlagt wird, wird zur Geräuschentwicklung gegenüber dem Ursprungswert der Stromhöhe lediglich so weit modifiziert, dass die aus der modifizierten Bestromung resultierende Änderung der Motorwellenumdrehung des Lenkmotors 7 innerhalb einer definierten Bandbreite liegt. Diese Bandbreite bzw. Toleranz ist klein genug, dass die Lenkfunktion nicht bzw. nicht signifikant beeinträchtigt wird und groß genug zur Erzeugung des gewünschten Reifengeräusches.
Der elektrische Lenkmotor 7 kann sowohl im Stillstand als auch im laufenden Betrieb mit einer Stromschwankung beaufschlagt werden zur Erzeugung des Geräusches. In jedem Fall wird der aktuellen Stromhöhe ein modifizierter Stromverlauf, beispielsweise eine Strommodulation überlagert. Die Höhe der Stromüberlagerung sowie im Falle einer periodischen Schwingung die Frequenz der Überlagerung ist so bemessen, dass negative Auswirkungen auf das Lenkverhalten vermieden werden und dennoch das gewünschte Reifengeräusch erzeugt wird. Die Strommodulation kann des Weiteren von Zustandsgrößen bzw. Kenngrößen des Fahrzeugs bzw. eines Fahrzeugaggregats abhängen, beispielsweise von Fahrzeuggeschwindigkeit. Des Weiteren ist es möglich, zusätzlich zur Amplitude und der Frequenz der Strommodulation auch die Dauer der Stromänderung zu beeinflussen. Es ist zum Beispiel entweder eine kontinuierliche oder eine phasenweise Änderung der Stromhöhe bzw. der Stromfrequenz möglich.
Die Modifikation der Bestromung zur Geräuscherzeugung erfolgt über Stellsignale des Regel- bzw. Steuergerätes 8. Gegebenenfalls können sensorisch ermittelte Daten im Regel- bzw. Steuergerät 8 bei der Ermittlung der Signale berücksichtigt werden.
Die Bestromung kann beispielsweise in einem permanenteregten Motor so geregelt oder gesteuert sein, dass die Geräuscherzeugung nicht oder nicht ausschließlich über die Welle erzeugt oder eingeleitet wird, sondern der Stator sich selbst und/oder das Motorgehäuse oder andere angrenzende Bauteile zum Schwingen anregt, um das Geräusch zu erzeugen, ggf. ohne dass sich die Welle merkbar dreht.

Claims

Verfahren zur Geräuscherzeugung in einem Fahrzeug mit einem Elektromotor, wobei die Bestromung des Elektromotors zur Erzeugung eines gewünschten Geräuschs – insbesondere ein Warngeräusch zur Wahrnehmung eines Fahrzeugs im Straßenverkehr – so modifiziert wird, dass die aus der Modifikation der Bestromung resultierende Änderung der Motorwellenumdrehung des Elektromotors innerhalb einer definierten Bandbreite liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromhöhe ausgehend von einem Ursprungswert modifiziert wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromhöhe um den Ursprungswert schwingt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz der Schwingung um den Ursprungswert unterhalb eines vorgebbaren Grenzwerts liegt.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestromung in der Weise modifiziert wird, dass die Motorwelle nacheinander ein- oder mehrmals in entgegengesetzte Richtungen ausgelenkt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung der Bestromung zur Geräuscherzeugung nur phasenweise durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung der Bestromung zur Geräuscherzeugung kontinuierlich durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass über die Änderung der Bestromung zur Geräuscherzeugung ein Bauteil mechanisch in seiner Eigenfrequenz angeregt wird oder beispielsweise gezielt ein Reibgeräusch zwischen Fahrzeugreifen und der Fahrbahn erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung der Bestromung zur Geräuscherzeugung als Funktion von Zustands- bzw. Kenngrößen des Elektromotors und/oder des Fahrzeugs bzw. eines Fahrzeugaggregats durchgeführt wird.
Regel- bzw. Steuergerät (8) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
Elektromotor in einem Fahrzeug mit einem Regel- bzw. Steuergerät (8) nach Anspruch 10.
Lenksystem (1) in einem Fahrzeug mit einem Elektromotor nach Anspruch 11 als Lenkmotor (7) für eine Servolenkung.
Fahrzeug mit einem Elektromotor nach Anspruch 11 als Antriebsmotor für einen Traktionsantrieb eines Hybrid- oder Elektro-Fahrzeugs.