DE102014218880A1 - Method and device for reducing a noise emission of an electric motor driven drive train, in particular for a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung einer Schallemission eines elektromotorisch betriebenen Antriebsstranges, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, bei welchem ein korrigierendes Signal zur Abschwächung der Schallemission erzeugt wird. Bei einem Verfahren zur Reduzierung einer Schallemission eines elektromotorisch betriebenen Antriebsstranges, bei welchem auf komplexe teure Sensoren verzichtet werden kann, wird das korrigierende Schallsignal mit zu der Schallemission entgegengesetzter Polarität zum Zeitpunkt des Auftretens der Schallemission des elektromotorisch betriebenen Antriebsstranges erzeugt.The invention relates to a method for reducing a noise emission of an electric motor driven drive train, in particular in a motor vehicle, in which a corrective signal for attenuating the acoustic emission is generated. In a method for reducing a noise emission of an electromotively operated drive train, in which can be dispensed with complex expensive sensors, the corrective sound signal is generated with opposite to the acoustic emission polarity at the time of the occurrence of the acoustic emission of the electric motor driven drive train.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung einer Schallemission eines elektromotorisch betriebenen Antriebsstranges, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, bei welchem ein korrigierendes Signal zur Abschwächung der Schallemission erzeugt wird.The invention relates to a method for reducing a noise emission of an electric motor driven drive train, in particular for a motor vehicle, in which a corrective signal for attenuating the sound emission is generated.
Obwohl Elektromotoren, die als Traktionsmaschinen eingesetzt werden, grundsätzlich betrachtet eine geringere Geräuschemission aufweisen als leistungsmäßig vergleichbare Verbrennungsmotoren, führt das spezifische Geräuschverhalten von Elektromotoren in vielen Anwendungen zur Komfortbeeinträchtigung. Dies tritt insbesondere beim Einsatz eines Elektromotors in Hybridantrieben auf. Der Grund hierfür liegt vor allem in der von den Verbrennungsmotoren völlig abweichenden Geräuschcharakteristik der Elektromotoren. Die Ursache der relativ hochfrequenten und tonalen Geräuschcharakteristik von Elektromotoren hängt in erster Linie mit der konzeptionell bedingten Änderung des magnetischen Flusses zusammen. Diese Änderungen des magnetischen Flusses erzeugen überwiegend radiale, aber auch axiale und tangentiale Wechselkräfte sowohl auf die Komponenten des Elektromotors als auch auf das Motorgehäuse bzw. die angekoppelten Strukturen in Form des Antriebsstranges. Durch die Abwälzung der Zahnräder, durch Lagerreibung, die Energieumsetzung im Elektromotor oder im Umrichter entstehen im Antriebsstrang ungewünschte Nebengeräusche, die durch die Struktur geleitet und teilweise verstärkt werden, was hörbare Störgeräusche nach sich zieht. Diese Störgeräusche in Form einer Schallemission sind dabei Funktion des Lastmomentes oder der Drehzahl des Elektromotors und abhängig vom Grad der Energieumsetzung, z.B. dem Moment, welches der Elektromotor aufbringt. Bisherige Technologien messen die entstehenden Schallemissionen über komplexe Sensoren am Ort des Geschehens. Although electric motors used as traction machines generally have a lower noise emission than combustion engines of comparable performance, the specific noise behavior of electric motors in many applications leads to a reduction in comfort. This occurs in particular when using an electric motor in hybrid drives. The reason for this lies mainly in the completely different from the internal combustion engines noise characteristics of electric motors. The cause of the relatively high-frequency and tonal noise characteristics of electric motors is primarily related to the conceptual change in the magnetic flux. These changes in the magnetic flux generate predominantly radial, but also axial and tangential alternating forces both on the components of the electric motor and on the motor housing or the coupled structures in the form of the drive train. Due to the rolling of the gears, by bearing friction, the energy conversion in the electric motor or in the inverter undesirable noise in the drive train, which are passed through the structure and partially amplified, resulting in audible noise. These noise in the form of a sound emission are function of the load torque or the speed of the electric motor and depending on the degree of energy conversion, e.g. the moment that the electric motor applies. Previous technologies measure the resulting noise emissions with complex sensors at the scene.
Zur Reduzierung der Schallemission ist es bekannt, aus einer frequenzabhängigen Response-Funktion des Antriebsstranges ein Korrektursignal zur Änderung des Betriebsgeräusches des Antriebsstranges bei zumindest einer vorgebbaren Frequenz zu ermitteln, welche zur Ansteuerung des Elektromotors eingesetzt wird. Bei der einen vorgebbaren Frequenz handelt es sich um die Frequenz eines Störgeräusches. Das Störgeräusch wird mittels komplexer Sensoren am Ort der Geräuschentstehung detektiert.To reduce the noise emission, it is known to determine from a frequency-dependent response function of the drive train, a correction signal for changing the operating noise of the drive train at least one predetermined frequency, which is used to drive the electric motor. One specifiable frequency is the frequency of a noise. The noise is detected by means of complex sensors at the location of the noise.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reduzierung einer Schallemission eines elektromotorisch betriebenen Antriebsstranges anzugeben, bei welchen auf komplexe Sensoren zur Messung der Störgeräusche verzichtet werden kann und trotzdem eine ausreichende Reduzierung der Schallemission gewährleistet wird.The invention is therefore an object of the invention to provide a method and apparatus for reducing a sound emission of an electric motor-driven drive train in which can be dispensed with complex sensors for measuring the noise and still a sufficient reduction of the acoustic emission is ensured.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass das korrigierende Schallsignal mit, zu der Schallemission entgegengesetzter Polarität zum Zeitpunkt des Auftretens der Schallemission des elektromotorisch betriebenen Antriebsstranges erzeugt wird. Durch die Erzeugung eines Gegensignales wird in Echtzeit die Schallemission derart beeinflusst, dass sie für das menschliche Gehör nicht wahrnehmbar ist. Dadurch wird der Komfort des Kraftfahrzeuges erhöht, da während der Fahrt des Kraftfahrzeuges störende Nebengeräusche nicht wahrgenommen werden. Mittels einer solchen Maßnahme lassen sich auch extreme Peaks, die auch als singuläre Ereignisse auftreten, auslöschen.According to the invention the object is achieved in that the corrective sound signal is generated with, to the acoustic emission of opposite polarity at the time of the occurrence of the acoustic emission of the electric motor driven drive train. By generating a counter signal, the sound emission is influenced in real time in such a way that it is imperceptible to the human ear. As a result, the comfort of the motor vehicle is increased because annoying background noises are not perceived during the drive of the motor vehicle. By means of such a measure extreme peaks, which also occur as singular events, can be extinguished.
Vorteilhafterweise wird das korrigierende Schallsignal durch Prädikation bekannter Ansteuersignale eines Elektromotors und/oder bekannter Strukturreaktionen des Antriebsstranges ermittelt. Aufgrund dieser Vorgehensweise kann auf teure komplexe Sensoren im Antriebsstrang zur Messung der durch den Antriebsstrang hervorgerufenen Schallemission verzichtet werden, was die Herstellungskosten eines solchen Antriebsstranges reduziert.Advantageously, the corrective sound signal is determined by prediction of known control signals of an electric motor and / or known structural reactions of the drive train. Due to this approach expensive complex sensors in the powertrain for measuring the driveline noise emission can be dispensed with, which reduces the manufacturing cost of such a powertrain.
Vorteilhafterweise wird das korrigierende Schallsignal mit einer zeitlichen Vorsteuerung zur Berücksichtigung von Verarbeitungszeiten einer Ansteuerelektronik des Elektromotors und/oder einer Laufzeit von Schallwellen in den elektromotorisch betriebenen Antriebsstrang eingesteuert. Dadurch wird sichergestellt, dass das Gegengeräusch zeitgleich zur Entstehung der Schallemission, welche als störend empfunden wird, eingesteuert werden kann.Advantageously, the corrective sound signal is controlled with a temporal feedforward control to take account of processing times of a control electronics of the electric motor and / or a duration of sound waves in the electric motor-driven drive train. This ensures that the counter-noise at the same time as the formation of the sound emission, which is perceived as disturbing, can be controlled.
In einer Variante wird die abzuschwächende Schallemission direkt am Entstehungsort der Schallemission mittels destruktiver Interferenz aktiv beeinflusst. Um die Geräuschreduzierung so weit wie möglich zu reduzieren oder ganz zu unterdrücken, werden die als Gegenreaktion zur Schallemission erzeugten Schwingungen mit Inverteramplitude erzeugt, um über destruktive Interferenz die entstandenen Schwingungen der Schallemission zu dämpfen oder ganz auszulöschen.In one variant, the acoustic emission to be attenuated is actively influenced directly at the point of origin of the acoustic emission by means of destructive interference. In order to reduce or completely suppress the noise reduction as far as possible, the oscillations generated as a counter-reaction to the sound emission are generated with inverter amplitude in order to damp or completely extinguish the resulting vibrations of the acoustic emission via destructive interference.
Eine Weiterbildung der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Reduzierung einer Schallemission eines elektromotorisch betriebenen Antriebsstranges, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, bei welchem eine Ansteuerelektronik ein korrigierendes Signal zur Abschwächung der Schallemission erzeugt. Bei einer Vorrichtung, bei welcher auf eine komplexe Sensorik zur Messung der störenden Schallemission verzichtet werden kann, steuert die Ansteuerelektronik ein aktives Dämpfungssystem zur Erzeugung des korrigierenden Signals an, wodurch das Dämpfungssystem zum Zeitpunkt des Auftretens der abzuschwächenden Schallemission des elektromotorisch betriebenen Antriebsstranges einen Gegenschall mit zur Schallemission entgegengesetzter Polarität erzeugt. Die Ansteuerelektronik wird somit zur Erzeugung eines Gegenschalls benutzt, um die störenden Schallemissionen zu annullieren oder mindestens extrem stark zu reduzieren. Mittels einer solchen Maßnahme lassen sich auch extreme Peaks, die auch als singuläre Ereignisse auftreten, auslöschen.A development of the invention relates to a device for reducing a noise emission of an electric motor driven drive train, in particular in a motor vehicle, in which a control electronics generates a corrective signal to attenuate the sound emission. In a device in which it is possible to dispense with a complex sensor system for measuring the interfering noise emission, the control electronics activates an active damping system for generating the corrective signal, whereby the Damping system at the time of the occurrence of the attenuated sound emission of the electric motor-driven drive train generates a counter sound with opposite to the acoustic emission polarity. The control electronics is thus used to generate an antinoise sound to cancel the annoying noise emissions or at least extremely strong. By means of such a measure extreme peaks, which also occur as singular events, can be extinguished.
Vorteilhafterweise bestimmt die Ansteuerelektronik das korrigierende Signal durch Prädikation bekannter Ansteuersignale eines Elektromotors und/oder bekannter Strukturreaktionen des Antriebsstranges. Dadurch ist es möglich, auf eine teure Sensorik zur Messung der störenden Schallemission während des Betriebes des Kraftfahrzeuges zu verzichten. Dadurch werden die Herstellungskosten des Antriebsstranges reduziert.Advantageously, the control electronics determines the corrective signal by prediction of known control signals of an electric motor and / or known structural reactions of the drive train. This makes it possible to dispense with expensive sensors for measuring the disturbing noise emission during operation of the motor vehicle. This reduces the manufacturing costs of the drive train.
In einer Ausgestaltung ist das Dämpfungssystem örtlich nahe einer Schallquelle im Antriebsstrang angeordnet. Damit wird sichergestellt, dass der Gegenschall auch wirklich an der Stelle erzeugt wird, wo die störende Schallemission auftritt, um so die störende Schallemission entsprechend dämpfen zu können.In one embodiment, the damping system is arranged locally near a sound source in the drive train. This ensures that the counter sound is actually generated at the point where the disturbing noise emission occurs, so as to dampen the disturbing noise emission accordingly.
Vorteilhafterweise ist die Ansteuerelektronik des Dämpfungssystems ein Steuergerät des Elektromotors. Durch die Verwendung nur eines Steuergerätes, welches sowohl den Elektromotor als auch das Dämpfungssystem ansteuert, werden die Kosten für den Antriebsstrang weiter reduziert. Neben der Schallauslöschung kann aber durch den Gegenschall gezielt auch ein Sounddesign mit einem gewünschten Erscheinungsbild produziert werden.Advantageously, the control electronics of the damping system is a control unit of the electric motor. By using only one control unit, which controls both the electric motor and the damping system, the cost of the drive train is further reduced. In addition to the sound cancellation but can be specifically produced by the counter sound also a sound design with a desired appearance.
In einer Variante ist das Dämpfungssystem als Piezoaktor ausgebildet. Der Piezoaktor wird dabei an einer definierten Stelle der Entstehung der störenden Schallemission angeordnet und kann vor Ort den Gegenschall erzeugen. Das Dämpfungssystem ist aber nicht auf einen Piezoaktor beschränkt, sondern das gewünschte Geräuschbild kann auch über andere Generatoren wie beispielsweise Lautsprecher oder vergleichbare Einrichtungen aufmoduliert werden. Diese Dämpfungssysteme haben eine nur geringe oder gar keine Reaktionszeit, so dass diese durch eine Voreilung eliminiert werden kann, so dass der Gegenschall zum gleichen Zeitpunkt erzeugt wird, zu welchem die störende Schallemission auftritt. In a variant, the damping system is designed as a piezoelectric actuator. The piezoelectric actuator is arranged at a defined location of the formation of the disturbing noise emission and can generate the counter-noise on site. The damping system is not limited to a piezoelectric actuator, but the desired noise pattern can be modulated on other generators such as speakers or similar devices. These damping systems have little or no reaction time, so that they can be eliminated by a lead, so that the counter sound is generated at the same time as the disturbing noise emission occurs.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden. The invention allows numerous embodiments. One of them will be explained in more detail with reference to the figures shown in the drawing.
Es zeigt:It shows:
In
In dem Steuergerät
Um diese Gegenanregung zeitgleich zur Entstehung des Schallemission auslösen zu können, hat der in dem Steuergerät
Durch die beschriebene Lösung kann auf notwendige Funktionsmuster oder Feldversuche verzichtet werden, da die beschriebene Funktion lediglich softwaremäßig modifiziert wird. Die Wirkung kann mit geringen Kosten und ohne merkliche Energiezufuhr erreicht werden. Die zu erzielenden Änderungen an der Geräuschkulisse des Antriebsstranges werden erheblich verbessert. Wenn sich die Frequenz oder das Muster des erzeugten Geräusches stark verändern, ist dies ein Zeichen für Defekte oder Schäden. Somit können durch entsprechende Warnungen teure Liegenbleiber und Reparaturen rechtzeitig erkannt und unterbunden werden.The described solution makes it possible to dispense with necessary functional patterns or field tests, since the described function is only modified by software. The effect can be achieved at low cost and without appreciable energy input. The achievable changes to the noise of the drive train are significantly improved. If the frequency or pattern of the generated noise changes greatly, this is a sign of defects or damage. Thus, expensive warnings and repairs can be detected in good time and prevented by appropriate warnings.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Antriebsstrang powertrain
- 22
- Verbrennungsmotor internal combustion engine
- 33
- Antriebswelle drive shaft
- 44
- Getriebe transmission
- 55
- Differential differential
- 66
- Antriebsachse drive axle
- 77
- Rad wheel
- 88th
- Rad wheel
- 99
- Elektromotor electric motor
- 1010
- Steuergerät control unit
- 1111
- Piezoaktor piezo actuator
- 1212
- Mikrocontroller microcontroller
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