DE102014219769A1 - Fahrzeug und Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeuges - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug (1), welches eine elektrische Maschine (2) zum Antrieb des Fahrzeuges (1) aufweist. Die elektrische Maschine (2) ist mit einem Fahrzeugteil (4) mechanisch verbunden (5), wobei durch die Verbindung eine Wirkung akustischer oder mechanischer Art auf eine vom Fahrzeug zu bewegende Person übertragbar ist. Damit kann für den Fahrer des Fahrzeuges ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor simuliert werden. Auch kann ein erzeugtes Geräusch oder eine erzeugte Vibration für Tests verwendet werden.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeuges. Das Fahrzeug weist zum Antrieb eine elektrische Maschine auf. Derartige elektrisch antreibbare Fahrzeuge sind beispielsweise Elektrofahrzeuge oder Hybridfahrzeuge mit zwei, vier oder mehr Rädern, wie z.B. Lastkraftwägen.
- Elektrofahrzeuge, d.h. sowohl rein elektrisch angetriebene als auch hybridelektrische Fahrzeuge im elektrischen Betriebsmodus und dabei insbesondere Elektro-Motorräder, lassen das gewohnte Fahrgefühl eines Fahrzeuges mit Verbrennungsmotor vermissen. Hier treten weder die bei klassischen Verbrennungsmaschinen durch Akustikdesign optimierten, Kraft und Dynamik in Aussicht stellenden Motorgeräusche auf, noch die insbesondere bei Motorrädern vertrauten Vibrationen des Fahrzeugrahmens und Lenkers.
- Aus dem Bereich der Elektromobilität sind Ansätze bekannt, klassische Motorgeräusche von Verbrennungskraftmaschinen durch schallerzeugende Simulatoren (z.B. durch Abspielen entsprechender Tonaufnahmen durch integrierte Lautsprecher) zu substituieren. Dies kann der Sicherheit durch akustische Warnung von Passanten wie auch der Verbesserung des Fahrgefühls dienen.
- Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein elektrisch antreibbares Fahrzeug zu verbessern bzw. dessen Verhalten an ein Fahrzeug anzunähern, welches zum Antrieb nur eine Verbrennungskraftmaschine aufweist.
- Eine Lösung der Aufgabe ergibt sich bei einem Fahrzeug nach Anspruch 1 bzw. bei einem Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeuges nach Anspruch 5. Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich nach den abhängigen Ansprüchen 2 bis 4 und 6 bis 9.
- Ein Fahrzeug weist eine elektrische Maschine zum Antrieb des Fahrzeuges auf. Die elektrische Maschine ist mit einem Fahrzeugteil mechanisch verbunden, wobei durch die Verbindung eine Wirkung akustischer oder mechanischer Art auf eine vom Fahrzeug zu bewegende Person übertragbar ist. Das Fahrzeugteil ist beispielsweise der Rahmen eines Motorrades oder die Tragstruktur eines Personenkraftwagens. Wird nun mittels eines Stromrichters die elektrische Maschine gespeist, kann dies so erfolgen, dass Motorgeräusche oder Vibrationen erzeugt werden, welche auf eine Person im oder auf dem Fahrzeug wirken. Derart kann das Fahrgefühl eines klassischen verbrennungsmotorischen Fahrzeuges durch ein elektrisches Antriebssystem imitiert werden. Das elektrische Antriebssystem weist dabei die elektrische Maschine und den Stromrichter auf, wobei das elektrische Antriebssystem in einen Antriebsstrang integrierbar ist. Der Antriebsstrang weist dabei zusätzlich beispielsweise ein Getriebe und/oder eine Kupplung auf. Durch die Übertragung einer Vibration von der elektrischen Maschine auf weitere Teile des Fahrzeuges ist es beispielsweise möglich dieses zu testen. Vibrationen können z.B. zum Test von Lagern (insbesondere Radlager) oder Dämpfern (insbesondere Gummimuffen) erzeugt werden. Dabei ist ein Sensor vorzusehen, der die erzeugten Vibrationen misst. Die Messwerte können dann von einer Auswerteeinrichtung ausgewertet werden. Gegebenenfalls kann dann über ein Diagnosegerät ein notwendiger oder baldiger Austausch eines Lagers oder eines Dämpfers als Serviceanforderung angezeigt werden.
- In einer Ausgestaltung des Fahrzeuges weist dieses also einen Antriebsstrang auf, welcher die elektrische Maschine und den Stromrichter aufweist, wobei ein Sollwertgenerator für einen momentenbildenden Strom vorgesehen ist, welcher der Erzeugung der akustischen oder mechanischen Wirkung dient. Der Sollwertgenerator ist dabei beispielsweise in die Regelung des Stromrichters integriert. Als Sollwert kann eine Drehzahl oder auch ein Moment vorgegeben werden. Der Sollwert, mit dieser zusätzlichen akustischen und/oder mechanischen Wirkung ist unterschiedlich vom Sollwert, welcher benötigt wird, um eine Fortbewegung des Fahrzeuges zu erzielen. Der Sollwert zur Fortbewegung ist ein Wert, welcher in einem Regelkreis verwendet wird. Dabei kann auch ein Moment vorgegeben werden, um das Fahrzeug auf einer schiefen Ebene ohne Bremse still stehen zu lassen. Der Sollwert zur Erzeugung eines Geräusches und/oder einer Vibration ist nicht dafür vorgesehen, eine Fortbewegung oder einen Stillstand des Fahrzeuges zu erzielen. Der Sollwert zur Erzeugung eines Geräusches und/oder einer Vibration kann als ein Steuerungssignal verstanden werden, bei dem keine Rückkopplung wie in einem Regelkreis notwendig ist. In einer Ausgestaltung einer Verwendung des Sollwerts zur Erzeugung eines Geräusches und/oder einer Vibration kann allerdings auch eine Rückkopplung über einen Akustiksensor und/oder einen Vibrationssensor erfolgen, so dass sich auch hieraus ein Regelkreis ausbilden lässt.
- In einer Ausgestaltung des Fahrzeuges weist dieses zur Regelung der elektrischen Maschine einen Regelkreis auf, wobei ein Filter für einen Istwert vorgesehen ist, wobei der Filter eine Frequenz eines erzeugten Sollwertes dämpft. Der Istwert betrifft beispielsweise eine Geschwindigkeit, welche von einem Geber der elektrischen Maschine aufgenommen wird. Der Filter ist beispielsweise ein Tiefpassfilter, wobei beispielsweise die Frequenz einer erzeugten Vibration größer ist als die Winkelgeschwindigkeit der angetriebenen Räder des Fahrzeuges. Durch den Filter kann verhindert werden, dass der Sollwert zur Erzeugung eines Geräusches und/oder einer Vibration negative Auswirkungen auf den Regelkreis zur Fortbewegung des Fahrzeuges hat.
- In einer Ausgestaltung des Fahrzeuges, weist dieses ein Fahrzeugteil auf, welches ein Fahrzeugrahmen, ein Lenker und/oder ein Sitz ist. Dies betrifft insbesondere ein Motorrad, ein Dreirad oder ein Quad. Bei einem Personenkraftwagen ist das Fahrzeugteil insbesondere ein Fahrersitz, ein Lenkrad oder ein Teil einer selbsttragenden Karosserie.
- In einem Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeuges wird ein Sollwert für eine elektrische Maschine des Fahrzeuges erzeugt um eine Vibrationen und/oder eine Geräusch zu erzeugen. Der Sollwert ist beispielsweise aus einem Speicher abrufbar, wobei in dem Speicher eine Vielzahl von Sollwerten abgespeichert sind, welche zur Erzeugung unterschiedlicher Vibrationen und Geräusche vorgesehen sind. Dieser Sollwert ist der Sollwert zur Erzeugung eines Geräusches und/oder einer Vibration und unterscheidet sich vom Sollwert dessen Vorgabe notwendig ist um eine Fortbewegung des Fahrzeuges zu erreichen.
- Mittels des Verfahrens bzw. des Fahrzeuges ist ein aktives Herbeiführen von bestimmten Vibrationen mittels eines Antriebssystems mit einem Wechselrichter und einem Elektromotor möglich, um bei einem elektrisch betreibbaren Fahrzeug das klassisch wahrnehmbare Fahrgefühl nicht nur akustisch, sondern auch haptisch zu imitieren.
- Der Sollwert zur Erzeugung eines Geräusches und/oder einer Vibration kann auch dafür verwendet werden, um in einem Antriebsstrang auftretenden Schwingungen bzw. Vibrationen mit Hilfe der dazu geeigneten Ansteuerung der elektrischen Maschine durch den Stromrichter (also insbesondere dem Antriebswechselrichter) zu dämpfen. Hierzu ist eine gegenphasige Sollwertvorgabe notwendig.
- In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird der Sollwert zur Erzeugung eines Geräusches und/oder einer Vibration zur Simulation von Torque Rippel verwendet. Ein Antriebssystem aus Pulswechselrichter und Elektromotor kann somit dazu benutzt werden, die von einer bestimmten Verbrennungsmotorart bekannten bzw. erwarteten Vibrationen durch aktiv herbeigeführten Torque Ripple zu imitieren. Dazu können durch entsprechende Pulsation des Wechselrichters kleine veränderliche, gleichwie entgegengerichtete Drehmomentvektoren verschiedener Frequenzen auf das Antriebsdrehmoment am Motor aufmoduliert werden. Diese Vibrationen können sich dann auch auf den Fahrzeugrahmen, Lenker, Sitz ausbreiten und dem Fahrer eine Art von Feedback vermitteln.
- In einer Ausgestaltung des Verfahrens werden Drehmomentvektoren verschiedener Frequenzen auf ein Antriebsdrehmoment der elektrischen Maschine aufmoduliert. Das Antriebsdrehmoment ergibt sich aus dem Sollwert, der vorzugeben ist, um eine Fortbewegung des Fahrzeuges zu erzielen.
- In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird der Sollwert zur Erzeugung eines Geräusches und/oder einer Vibration vorgegeben, wenn das Fahrzeug still steht. So kann beispielsweise bei einer technischen Überwachung im Stillstand ein Vibrationstest durchgeführt werden. Steht das Fahrzeug an einer Ampel, so kann auch dort im Stillstand dem Fahrer des Fahrzeuges ein Gefühl vermittelt werden, das auf einen aktiven Antriebsstrang hinweist. So weiß der Fahrer auch, dass er das Fahrzeug nicht erneut zu starten hat und eine Fahrfunktion aktiv ist.
- In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird der Sollwert zur Erzeugung eines Geräusches und/oder einer Vibration zur Diagnose des Antriebsstrangs verwendet. Hierzu wird ein Momentensollwert für die elektrische Maschine erzeugt. Der Momentensollwert ist beispielsweise von einem Testmode abhängig. Einer Vielzahl von Testmodi sind somit jeweils Momentensollwerte zur Erzeugung eines Geräusches und/oder einer Vibration zugeordnet.
- Für die Imitation eines Motorrades mit einem im Stand laufenden ausgekuppelten Verbrennungsmotor können dem eingekuppelten Elektromotor bei Drehzahl und Drehmoment null mit einer entsprechenden Frequenz sehr geringe jeweils abwechselnd entgegengesetzte Drehmomente aufmoduliert werden, die lediglich die gewünschten Vibrationen generieren ohne das Fahrzeug dabei in lineare Bewegung zu setzen.
- Ein Elektromotor mit einer in Fahrtrichtung ausgerichteten Welle kann beim Beschleunigen den von Boxermotoren beim Motorrad bekannten seitlichen Kipp-Effekt nachahmen.
- In einer Ausgestaltung des Fahrzeuges wie auch des Verfahrens kann ersatzweise, wie auch ergänzend, das Fahrzeug eine elektrische Maschine aufweisen, deren Aufgabe es ist, ein Geräusch und/oder eine Vibration zu erzeugen. Es ist also möglich, ein Feedback durch einen entsprechend zusätzlich am Fahrzeugrahmen angebrachten Elektromotor zu imitieren.
- Im Folgenden wird die Erfindung exemplarisch anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels in symbolischer Weise näher beschrieben und erläutert. Die Figur zeigt ein Fahrzeug
1 , welches eine elektrische Maschine2 zum Antrieb des Fahrzeuges1 aufweist. Das Fahrzeug1 ist beispielsweise ein Motorrad, ein PKW, ein Bus oder ein LKW. Die elektrische Maschine2 ist mit einem Fahrzeugteil4 mechanisch durch eine Verbindung 5 verbunden. Das Fahrzeugteil4 ist beispielsweise ein Fahrersitz und die Verbindung5 ist beispielsweise eine selbsttragende Karosserie des Fahrzeuges1 . Durch die Verbindung5 kann ein Geräusch oder ein Vibration zum Fahrer des Fahrzeuges oder zu einem Passagier des Fahrzeuges übertragen werden. Die Person des Fahrers oder Passagier hört dann das Geräusch oder spürt die Vibration. - Das Fahrzeug
1 weist einen Antriebsstrangs6 mit der elektrischen Maschine2 und einem Stromrichter3 auf. Zusätzlich kann der Antriebsstrang6 auch ein Getriebe10 aufweisen. Der Stromrichter7 , welcher insbesondere ein Wechselrichter ist und aus einer nicht dargestellten Batterie gespeist wird, weist einen Sollwertgenerator7 auf. Der Sollwertgenerator7 ist zur Generierung eines Sollwertes vorgesehen, welcher zur Erzeugung eines momentenbildenden Stroms dient. Der generierte Sollwert dient zur Erzeugung eines Geräusches und/oder einer Vibration. - Über einen Sensor
8 wie einen Geschwindigkeitssensor kann die Bewegung des Fahrzeuges gemessen werden. Falls der Sensor auch eine Rückwirkung des Sollwertes zur Erzeugung eines Geräusches und/oder einer Vibration aufnimmt, so kann dies durch einen Filter9 herausgefiltert werden, damit beispielsweise ein Geschwindigkeitsregelkreis mit einem Istwert vom Sensor8 nicht negativ beeinflusst wird.
Claims (9)
- Fahrzeug (
1 ), welches eine elektrische Maschine (2 ) zum Antrieb des Fahrzeuges (1 ) aufweist, wobei die elektrische Maschine (2 ) mit einem Fahrzeugteil (4 ) mechanisch verbunden (5 ) ist, wobei durch die Verbindung eine Wirkung akustischer oder mechanischer Art auf eine vom Fahrzeug zu bewegende Person übertragbar ist. - Fahrzeug (
1 ) nach Anspruch 1, mit einem Antriebsstrang (6 ), welcher die elektrische Maschine (2 ) und den Stromrichter (3 ) aufweist, wobei ein Sollwertgenerator (7 ) für einen momentenbildenden Strom vorgesehen ist, welcher der Erzeugung der akustischen oder mechanischen Wirkung dient. - Fahrzeug (
1 ) nach Anspruch 1 oder 2, wobei zur Regelung der elektrischen Maschine (2 ) ein Regelkreis gegeben ist, wobei ein Filter (9 ) für einen Istwert vorgesehen ist, wobei der Filter (9 ) eine Frequenz eines erzeugten Sollwertes dämpft. - Fahrzeug (
1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Fahrzeugteil (4 ) ein Fahrzeugrahmen, ein Lenker und/oder ein Sitz ist. - Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeuges (
1 ), wobei ein Sollwert für eine elektrische Maschine (2 ) des Fahrzeuges (1 ) erzeugt wird, um eine Vibrationen zu erzeugen. - Verfahren nach Anspruch 5, wobei durch den Sollwert Torque Rippel simuliert werden.
- Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei Drehmomentvektoren verschiedener Frequenzen auf ein Antriebsdrehmoment der elektrischen Maschine (
2 ) aufmoduliert werden. - Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei das Fahrzeug (
1 ) still steht. - Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei zur Diagnose des Fahrzeuges (
1 ) und/oder zur Diagnose des Antriebsstrangs (6 ) ein Momentensollwert für die elektrische Maschine erzeugt wird, welcher von einem Testmode abhängig ist.
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