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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung, die wenigstens eine elektrische Maschine aufweist, wobei in Abhängigkeit von wenigstens einer Betriebs- und/oder Zustandsgröße ein Geräuschsignal erzeugt und mittels eines Schallerzeugers ausgegeben wird, wobei als Schallerzeuger die elektrische Maschine verwendet und ein Eingangssignal der elektrischen Maschine aus dem Geräuschsignal und in Abhängigkeit von einer Vorgabedrehzahl und/oder einem Vorgabemoment ermittelt wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinrichtung.
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Die Antriebseinrichtung ist vorzugsweise zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug ausgebildet und dient insoweit dazu, ein auf das Antreiben des Kraftfahrzeugs gerichtetes Drehmoment bereitzustellen. Die Antriebseinrichtung kann eine rein elektrische Antriebseinrichtung sein, welche lediglich die elektrische Maschine oder mehrere elektrische Maschinen aufweist. Selbstverständlich kann die Antriebseinrichtung auch als Hybridantriebseinrichtung vorliegen, die mehrere unterschiedliche Antriebsaggregate aufweist, wobei eines der Antriebsaggregate die elektrische Maschine ist. Ein anderes der Antriebsaggregate liegt vorzugsweise als Brennkraftmaschine oder dergleichen vor.
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Im Rahmen der Hybridantriebseinrichtung ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die wenigstens zwei Antriebsaggregate zumindest zeitweise ein Antriebsmoment der Antriebseinrichtung gemeinsam bereitstellen und insoweit miteinander gekoppelt sind oder miteinander koppelbar sind. Selbstverständlich kann die elektrische Maschine im Rahmen der Antriebseinrichtung auch lediglich als Hilfsaggregat oder als Hilfsantrieb vorliegen, beispielsweise als Starter für die Brennkraftmaschine und/oder als Generator, welcher beispielsweise von der Brennkraftmaschine und/oder kinetischer Energie des Kraftfahrzeugs angetrieben wird.
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Die elektrische Maschine kann auch zum Beispiel Bestandteil einer Torque Vectoring-Einrichtung sein, insbesondere wenn mehrere Achsen des Kraftfahrzeugs mittels einer Überlagerungseinheit wirkverbunden oder wirkverbindbar sind. Die elektrische Maschine ist in diesem Fall beispielsweise der Überlagerungseinheit zugeordnet und dient der Aufteilung des Drehmoments auf die Achsen. Grundsätzlich ist die Antriebstopologie des Kraftfahrzeugs jedoch beliebig wählbar, die vorstehenden Ausführungen sind rein beispielhaft. Beispielsweise kann das Kraftfahrzeug als BEV-Kraftfahrzeug (BEV: Battery Electric Vehicle) vorliegen oder mittels eines Radnabenantriebs oder eines Brennstoffzellenantriebs angetrieben werden. Im Falle der erwähnten Hybridantriebseinrichtung kann zum Beispiel eine serielle, parallele oder leistungsverzweigte Variante realisiert sein.
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Insbesondere bei der rein elektrischen Antriebseinrichtung, jedoch auch im Falle der Hybridantriebseinrichtung, falls diese das Antriebsmoment lediglich mittels der elektrischen Maschine bereitstellt, ist die Geräuschemission der Antriebseinrichtung im Vergleich zu dem Betriebsgeräusch einer Brennkraftmaschine stark reduziert. Dies ist sowohl für einen Fahrer des Kraftfahrzeugs als auch für weitere Personen in der Umgebung des Kraftfahrzeugs ungewohnt. Insbesondere entfällt die Möglichkeit, anhand der Geräuschemissionen beziehungsweise des Betriebsgeräuschs der Antriebseinrichtung auf die Drehzahl und mithin zumindest mittelbar auf eine Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs zu schließen. Aus diesem Grund ist es vorgesehen, das Geräuschsignal zu erzeugen und mittels des Schallerzeugers auszugeben. Das Erzeugen des Geräuschsignals ist dabei vorzugsweise anhand der Betriebs- und/oder Zustandsgröße vorgesehen.
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Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift
DE 10 2011 108 956 A1 bekannt. Diese betrifft ein Verfahren zur Information eines Fahrers bezüglich des Betriebszustands eines Kraftfahrzeugs, das wenigstens einen mit fester Übersetzung zum Antrieb des Kraftfahrzeugs arbeitenden Elektromotor umfasst, wobei bei Betrieb des Elektromotors kontinuierlich aus wenigstens einem den Betriebszustand des Kraftfahrzeugs beschreibenden ersten Betriebsparameter eine virtuelle Drehzahl und eine virtuelle Schaltstufe ermittelt werden und eine akustische Ausgabe, insbesondere eine Ausgabe eines Motorgeräuschs, in Abhängigkeit von der virtuellen Drehzahl und der virtuellen Schaltstufe erfolgt.
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Weiterhin offenbart die Druckschrift
DE 10 2012 211 689 A1 ein Verfahren zur Geräuscherzeugung in einem Fahrzeug mit Elektromotor, gemäß welchem die Bestromung des Elektromotors so modifiziert wird, dass die aus der Modifikation resultierende Änderung der Motorwellenumdrehung innerhalb einer definierten Toleranz liegt.
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Die Druckschrift
DE 10 2010 043 973 A1 beschreibt ein Verfahren zur Erzeugung eines Geräusches eines durch einen Elektromotor angetriebenen Kraftfahrzeugs. Hierbei wird ein Ansteuersignal für den Elektromotor oder für die Leistungselektronik des Elektromotors erzeugt, wobei das Ansteuersignal neben dem die Bewegung des Elektromotors steuernden Signals eine Modulation zur Geräuscherzeugung aufweist. Zur Erzeugung des Ansteuersignals wird beispielsweise ein die Drehbewegung des Elektromotors hervorrufendes Signal mit einem das Geräusch hervorrufenden Signal moduliert. Bei Ansteuerung mit dem Ansteuersignal werden durch die Modulation in dem Elektromotor Schwingungen erzeugt, welche das Geräusch hervorrufen.
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Aus der Druckschrift
DE 199 38 670 A1 ist ein Gerät mit einem als Elektromotor ausgebildeten Antriebsmittel und mit einer Steuer-/Regelstufe zur Energieversorgung des Elektromotors bekannt. Während der Stillstandszeiten des Elektromotors versorgt die Steuer-/Regelstufe den Elektromotor mit einer solchen, insbesondere hinsichtlich der Dauer und/oder Amplitude angepassten Energie, die der Elektromotor im Stillstand als elektro-akustischer Wandler zumindest teilweise in Form akustischer Signale abgibt.
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Weiterhin zeigt die Druckschrift
DE 10 2013 208 098 A1 ein Straßenfahrzeug mit einem Antriebsaggregat zum Antreiben des Fahrzeugs mit einem Aggregatsteuergerät zum Ansteuern des Antriebsaggregats und mit wenigstens einem Schallerzeuger, der wenigstens einen elektroakustischen Wandler aufweist, wobei der Schallerzeuger ein Austrittsrohr aufweist, das den Schallerzeuger akustisch und fluidisch unmittelbar mit einem Abstrahlraum verbindet, den der im Betrieb des Schallerzeugers vom Wandler erzeugte Schall abstrahlt. Eine erhöhte Betriebssicherheit ergibt sich, wenn ein Erzeugersteuergerät zum Ansteuern des Wandlers mit dem Aggregatsteuergerät gekoppelt ist und den Wandler abhängig vom aktuellen Betriebszustand des Antriebsaggregats ansteuert.
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Es ist nun Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung vorzuschlagen, welches gegenüber dem bekannten Stand der Technik Vorteile aufweist, insbesondere die Ausgabe des Geräuschsignals mit einem geringeren Aufwand ermöglicht.
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Dies wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass eine Ansteuerfrequenz des Eingangssignals umso geringer gewählt wird, je größer ein Pegel des Geräuschsignals ist, und dass das Eingangssignal aus einer Überlagerung eines Sinussignals mit einem Rechtecksignal erzeugt wird, wobei der Anteil des Rechtecksignals umso größer ist, je größer der Pegel des Geräuschsignals ist. Grundsätzlich soll als Schallerzeuger die elektrische Maschine verwendet werden. Es ist also nicht wie bei bekannten Verfahren vorgesehen, das Geräuschsignal mittels eines externen Schallerzeugers, beispielsweise eines Lautsprechers oder dergleichen, auszugeben. Vielmehr soll die elektrische Maschine derart angesteuert werden, dass sie entsprechend dem Geräuschsignal eine Geräuschemission beziehungsweise ein Betriebsgeräusch erzeugt.
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Bislang war es üblicherweise das Ziel, die Antriebseinrichtung und mithin die elektrische Maschine mit möglichst geringen Geräuschemissionen zu betreiben. Entsprechend wurde eine Ansteuerfrequenz für die elektrische Maschine vergleichsweise hoch gewählt, beispielsweise betrug diese mindestens 10 kHz. Mit einer derartigen Ansteuerfrequenz kann der Betrieb der elektrischen Maschine mit einer äußerst geringen Schallemission realisiert werden. Beispielsweise ist es nun vorgesehen, die Ansteuerfrequenz geringer zu wählen, um mittels der elektrischen Maschine eine dem Geräuschsignal entsprechende Geräuschemission zu erzeugen.
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Mithilfe einer derartigen Vorgehensweise kann auf zusätzliche technische Einrichtungen, wie externe Schallerzeuger, beispielsweise Lautsprecher, verzichtet werden. Auch ohne externe Schallerzeuger kann also sowohl in einem Innenraum des Kraftfahrzeugs als auch in seiner Außenumgebung eine Geräuschemission erzielt werden, welche dem Fahrer und/oder den sich in der Umgebung des Kraftfahrzeugs aufhaltenden Personen einen Eindruck von dem Betriebszustand zu verschaffen vermag. Entsprechend wird die emotionale Bindung des Fahrers an das Kraftfahrzeug verbessert.
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Insgesamt ist es also vorgesehen, dass mittels der elektrischen Maschine spezifische Geräusche beziehungsweise spezifische Geräuschemissionen erzeugt werden, sodass der Fahrer das Kraftfahrzeug emotional erleben kann.
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In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Geräuschsignal aus dem zeitlichen Gradienten der Betriebs- und/oder Zustandsgröße ermittelt wird. Während selbstverständlich die Betriebs- und/oder Zustandsgröße unmittelbar dem Geräuschsignal zugrunde gelegt werden kann, ist es besonders vorteilhaft, wenn der zeitliche Gradient verwendet wird. Selbstverständlich kann auch eine Kombination der Betriebs- und/oder Zustandsgröße mit ihrem zeitlichen Gradienten in das Geräuschsignal einfließen. Es kann lediglich eine einzige Betriebs- und/oder Zustandsgröße oder ihr zeitlicher Gradient zum Ermitteln des Geräuschsignals herangezogen werden. Besonders bevorzugt finden jedoch mehrere Betriebs- und/oder Zustandsgrößen beziehungsweise ihre Gradienten Anwendung.
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Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass als Betriebs- und/oder Zustandsgröße ein Bedienpedalwert, eine Drehzahl der elektrischen Maschine, ein von der elektrischen Maschine erzeugtes Drehmoment, eine Fahrmoduseinstellung oder eine Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs verwendet wird. Wie bereits vorstehend erläutert, kann lediglich eine einzige Betriebs- und/oder Zustandsgröße zum Ermitteln des Geräuschsignals herangezogen werden. Bevorzugt finden jedoch mehrere, insbesondere alle der genannten Betriebs- und/oder Zustandsgrößen Anwendung.
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Als Betriebs- und/oder Zustandsgröße kann beispielsweise der Bedienpedalwert herangezogen werden. Dieser gibt beispielsweise eine Stellung eines Bedienpedals wieder, insbesondere eines Gaspedals, eines Bremspedals oder eines Kupplungspedals. Zusätzlich oder alternativ wird die Drehzahl der elektrischen Maschine beziehungsweise der Antriebseinrichtung berücksichtigt. Auch das von der elektrischen Maschine erzeugte Drehmoment kann in das Geräuschsignal einfließen.
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Dies gilt ebenso für die Fahrmoduseinstellung, mittels welcher beispielsweise ein Betriebsmodus der Antriebseinrichtung und/oder einer Getriebeeinrichtung des Kraftfahrzeugs festgelegt wird. Beispielsweise kann mittels der Fahrmoduseinstellung gewählt werden, ob das Kraftfahrzeug eher sportlich oder eher komfortabel oder rein elektrisch oder hybrid betrieben werden soll. Insbesondere gibt die Fahrmoduseinstellung die Drehzahlgrenzen für die Antriebseinrichtung vor, bei welchen die Getriebeeinrichtung einen Gangwechsel nach oben oder nach unten vornimmt. Zusätzlich oder alternativ kann selbstverständlich die Geschwindigkeit beziehungsweise Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs in die Ermittlung des Geräuschsignals einfließen.
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Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass aus dem Geräuschsignal ein Eingangssignal der elektrischen Maschine ermittelt wird. Das Eingangssignal wird der elektrischen Maschine beispielsweise über eine Leistungselektronik bereitgestellt. Das Eingangssignal liegt insoweit direkt an Anschlüssen der elektrischen Maschine an. Beispielsweise ist die elektrische Maschine als Drehstrommaschine ausgestaltet und weist insoweit drei Anschlüsse auf. Das Eingangssignal umfasst nun Teilsignale für jeden der Anschlüsse beziehungsweise für jede der Phasen der elektrischen Maschine. Das Eingangssignal wird selbstverständlich zunächst derart gewählt, dass der gewünschte beziehungsweise vorgegebene Betriebszustand der elektrischen Maschine erreicht wird. Das bedeutet, dass das Geräuschsignal lediglich untergeordnet bei der Ermittlung des Eingangssignals Berücksichtigung findet. Selbstverständlich kann die Priorität jedoch auch umgekehrt gewählt werden.
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Die Erfindung sieht vor, dass das Eingangssignal in Abhängigkeit von einer Vorgabedrehzahl und/oder einem Vorgabemoment ermittelt wird. Die Vorgabedrehzahl und/oder das Vorgabemoment werden von dem Fahrer des Kraftfahrzeugs und/oder einer Fahrerassistenzeinrichtung vorgegeben. Die Vorgabedrehzahl entspricht derjenigen Drehzahl, welche die elektrische Maschine nach dem Anlegen des Eingangssignals an ihr anfahren soll. Das Eingangssignal wird also derart ermittelt, dass sich die Vorgabedrehzahl an der elektrischen Maschine einstellt. Entsprechendes gilt für das Vorgabemoment. Dabei kann es vorgesehen sein, dass auch die Istdrehzahl und/oder das Istmoment der elektrischen Maschine in das Eingangssignal einfließen, beispielsweise im Rahmen einer Regelung.
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Die Erfindung sieht zudem vor, dass eine Ansteuerfrequenz des Eingangssignals umso geringer gewählt wird, je größer ein Pegel des Geräuschsignals ist. Eingangs wurde bereits erläutert, dass üblicherweise die Ansteuerfrequenz mindestens 10 kHz beträgt, um den Betrieb der elektrischen Maschine so geräuscharm als möglich durchzuführen. Um die elektrische Maschine als Schallerzeuger zu verwenden, kann nun die Ansteuerfrequenz derart gewählt werden, dass die Geräuschemissionen größer werden. Insbesondere wird die Geräuschemission umso intensiver wahrnehmbar sein, je geringer die Ansteuerfrequenz des Eingangssignals ist. Entsprechend soll sie umso kleiner sein, je größer der Pegel des Geräuschsignals ist.
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Beispielsweise wird eine Normalbetriebsfrequenz festgelegt, welcher die Ansteuerfrequenz entsprechen soll, wenn der Pegel des Geräuschsignals unter einem bestimmten Wert liegt, insbesondere gleich Null ist. Die Normalbetriebsfrequenz beträgt beispielsweise mindestens 10 kHz, mindestens 12,5 kHz oder mindestens 15 kHz. Je größer der Pegel des Geräuschsignals wird, umso weiter wird die Ansteuerfrequenz ausgehend von der Normalbetriebsfrequenz verringert. Beispielsweise ist es dabei vorgesehen, dass eine Minimalfrequenz festgelegt ist, welche die Ansteuerfrequenz bei Erreichen eines bestimmten Pegels des Geräuschsignals erreicht. Diese Minimalfrequenz kann konstant vorgegeben sein. Die Ansteuerfrequenz wird nun nach unten auf diese Minimalfrequenz begrenzt, kann also nicht kleiner werden als diese.
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Gemäß der Erfindung ist auch vorgesehen, dass zum Beispiel das Eingangssignal aus einer Überlagerung eines Sinussignals mit einem Rechtecksignal erzeugt wird, wobei der Anteil des Rechtecksignals umso größer ist, je größer der Pegel des Geräuschsignals ist. Der Betrieb der elektrischen Maschine erfolgt umso geräuscharmer, je näher das Eingangssignal an dem Sinussignal ist. Dagegen wird üblicherweise die Geräuschemission maximal, wenn der elektrische Maschine das Rechtecksignal als Eingangssignal zugeführt wird.
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Entsprechend soll sich nun das Eingangssignal aus dem Sinussignal und dem Rechtecksignal zusammensetzen, wobei deren Anteile variabel sind. Das Eingangssignal kann also bei einem ersten Pegel des Geräuschsignals genau dem Sinussignal entsprechen, während bei einem zweiten Pegel, welcher größer ist als der erste Pegel, das Eingangssignal allein dem Rechtecksignal entspricht. In Abhängigkeit von dem Pegel des Geräuschsignals kann insoweit die Intensität der mittels der elektrischen Maschine erzeugten Geräuschemission eingestellt werden.
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Es versteht sich von selbst, dass das Eingangssignal grundsätzlich auf beliebige Art und Weise erzeugt werden, insbesondere unter Verwendung unterschiedlicher Modulationsverfahren und/oder mit verschiedenen Stromformen beziehungsweise Stromprofilen. Als Beispiele seien Sinusmodulation und Space Vector-Modulation genannt. Als Stromform kann das Sinussignal, das Rechtecksignal, ein Trapezsignal oder ein Blocksignal beziehungsweise Rechtecksignal herangezogen werden.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinrichtung, insbesondere zur Durchführung des vorstehend erläuterten Verfahrens, wobei die Antriebseinrichtung wenigstens eine elektrische Maschine aufweist und in Abhängigkeit von wenigstens einer Betriebs- und/oder Zustandsgröße ein Geräuschsignal erzeugt und mittels eines Schallerzeugers ausgibt, wobei als Schallerzeuger die elektrische Maschine verwendet und ein Eingangssignal der elektrischen Maschine aus dem Geräuschsignal und in Abhängigkeit von einer Vorgabedrehzahl und/oder einem Vorgabemoment ermittelt wird. Dabei ist vorgesehen, dass eine Ansteuerfrequenz des Eingangssignals umso geringer gewählt wird, je größer ein Pegel des Geräuschsignals ist, und dass das Eingangssignal aus einer Überlagerung eines Sinussignals mit einem Rechtecksignal erzeugt wird, wobei der Anteil des Rechtecksignals umso größer ist, je größer der Pegel des Geräuschsignals ist. Die Antriebseinrichtung soll insoweit derart ausgestaltet sein, dass sie das Geräuschsignal aus der Betriebs- und/oder Zustandsgröße erzeugt und anschließend anhand der elektrischen Maschine ausgibt, diese also als Schallerzeuger heranzieht.
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Auf die Vorteile einer derartigen Ausgestaltung der Antriebseinrichtung beziehungsweise einer derartigen Vorgehensweise wurde bereits eingegangen. Sowohl die Antriebseinrichtung als auch das Verfahren können gemäß den vorstehenden Ausführungen weitergebildet sein, sodass insoweit auf diese verwiesen wird.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt die einzige
- Figur eine schematische Darstellung einer Antriebseinrichtung.
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Die Figur zeigt eine schematische Darstellung einer Antriebseinrichtung 1, beispielsweise für ein Kraftfahrzeug, welche in der hier dargestellten Ausführungsform als Hybridantriebseinrichtung vorliegt. Entsprechend weist die Antriebseinrichtung 1 mindestens zwei Antriebsaggregate, nämlich ein erstes Antriebsaggregat 2 und ein zweites Antriebsaggregat 3, auf. Das erste Antriebsaggregat 2 liegt beispielsweise in Form einer Brennkraftmaschine, das zweite Antriebsaggregat 3 in Form einer elektrischen Maschine vor.
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Die beiden Antriebsaggregate 2 und 3 können über eine Welle 4 starr und/oder permanent miteinander wirkverbunden sein. In der Welle 4 kann jedoch auch eine Trennkupplung angeordnet sein, mittels welcher die Wirkverbindung zwischen den Antriebsaggregaten 2 und 3 unterbrechbar ist. Das zweite Antriebsaggregat 3 beziehungsweise die elektrische Maschine wird mittels einer Leistungselektronik 5 angesteuert, welche beispielsweise ihrerseits mithilfe eines Steuergeräts angesteuert wird.
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Neben der Antriebseinrichtung 1 sind weitere Bereiche eines Antriebsstrangs 6 eines Kraftfahrzeugs abgebildet. Dieser umfasst neben der Antriebseinrichtung 1 beispielsweise eine Anfahrkupplung 7 sowie ein Schaltgetriebe 8. Das Schaltgetriebe 8 ist über die Anfahrkupplung 7 mit der Antriebseinrichtung 1 wirkverbunden oder zumindest wirkverbindbar. Weiterhin verfügt der Antriebsstrang 6 über eine Achse 9, welcher in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Räder 10 zugeordnet sind. Die Achse 9 beziehungsweise die Räder 10 sind bevorzugt über ein Achsdifferentialgetriebe 11 mit dem Schaltgetriebe 8 wirkverbunden, insbesondere starr und/oder permanent. Entsprechend sind die Achse 9 beziehungsweise die Räder 10 mittels der Antriebseinrichtung 1 antreibbar.
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Es ist nun vorgesehen, dass beim Betreiben der Antriebseinrichtung 1 ein Geräuschsignal in Abhängigkeit von wenigstens einer Betriebs- und/oder Zustandsgröße des Kraftfahrzeugs, insbesondere der Antriebseinrichtung 1, erzeugt wird. Dieses Geräuschsignal soll mittels eines Schallerzeugers ausgegeben werden. Als Schallerzeuger wird in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel das zweite Antriebsaggregat 3, also die elektrische Maschine, herangezogen. Auf diese Art und Weise sind keine externen Schallerzeuger notwendig, um Geräuschemissionen der Antriebseinrichtung 1 zu erzeugen, welche einen Fahrer des Kraftfahrzeugs und/oder weitere Personen, beispielsweise in der Umgebung des Kraftfahrzeugs, auf einen Betriebszustand der Antriebseinrichtung 1 schließen lassen.
