DE102015122194A1 - Verfahren zur Maskierung und/oder zur Reduzierung störender Geräusche oder deren Auffälligkeit bei dem Betrieb eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Maskierung und/oder zur Reduzierung störender Geräusche oder deren Auffälligkeit bei dem Betrieb eines Kraftfahrzeugs, wobei in Abhängigkeit von in erhaltenen Beschleunigungsmesssignalen (w, w') detektierten störenden Geräuschen oder in Abhängigkeit von Betriebszuständen des Kraftfahrzeugs oder wenigstens eines Bestandteils (1) des Kraftfahrzeugs ein Kompensationssignal und/oder ein Überlagerungssignal gebildet werden, welche auf ein vorhandenes Stellsignal (v) eines Aktors (7) des Kraftfahrzeugs derart aufmoduliert werden, dass die störenden Geräusche oder deren Auffälligkeit reduziert und/oder dass die störenden Geräusche wenigstens teilweise maskiert werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Maskierung und/oder zur Reduzierung störender Geräusche oder deren Auffälligkeit bei dem Betrieb eines Kraftfahrzeugs. Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Kraftfahrzeug mit einem Aktor zur mechanischen Verstellung, Manipulation und/oder Deformation von Objekten. Die Erfindung betrifft außerdem ein Computerprogramm.
  • Beim Betrieb von Aktoren bzw. Motoren in Kraftfahrzeugen, insbesondere beim Betrieb elektrischer Lenksysteme bzw. elektronischer Servolenkvorrichtungen oder elektrisch verstellbarer Lenksäulen können störende Geräusche durch diverse Komponenten der Aktorik auftreten. Derartige störende Geräusche können beispielsweise durch einen elektrischen Servoantrieb bzw. dessen Elektromotor, einen Zahnriemen, einen Kugelgewindetrieb, usw. verursacht werden. Diese Geräusche können auch ordnungsbestimmt sein, d. h. die Frequenz des Geräuschs ändert sich mit der Drehzahl des Elektromotors und hängt vom Design der Komponenten (Polpaarzahl, Anzahl der Wicklungen des Rotors des Elektromotors, Zähnezahl eines Motorritzels, usw.) ab. Die Geräusche sind insbesondere häufig durch einzelne, besonders auffällige Frequenzen bzw. Ordnungen gekennzeichnet.
  • Vor allem einzelne (tonale) Geräusche empfindet der Mensch als besonders störend, jedoch sind solche einzelnen Frequenzen in der Aktorik von Kraftfahrzeugen, insbesondere elektrischen Lenksystemen prinzipiell nicht vermeidbar. Die herkömmliche Geräuschreduzierung stößt unter Beachtung der weiteren technischen Anforderungen und Kostenerwägungen häufig an Grenzen.
  • Darüber hinaus unterliegt das akustische Verhalten von Baugruppen eines Kraftfahrzeugs einer beachtenswerten Serienstreuung. Das akustische Verhalten der Baugruppen ist daher im Einzelfall nicht bekannt und auch eine auftretende Geräuschveränderung mit zunehmender Lebensdauer kann nicht erfasst werden, da keine entsprechende Sensorik vorhanden ist. Außerdem kann auch durch unsachgemäßen Gebrauch (Missbrauch) eine Baugruppe mechanisch derart verändert werden, dass nach dem Missbrauchsereignis störende Geräusche auftreten, welche häufig zu Kundenreklamationen bzw. Feldreklamationen führen. Dies gilt insbesondere beim Gebrauch von Lenksystemen und elektrisch verstellbaren Lenksäulen.
  • Ausgehend davon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei dem Betrieb eines Kraftfahrzeugs auffällige bzw. störende Geräusche oder deren Auffälligkeit zu reduzieren und/oder zu maskieren.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Maskierung und/oder zur Reduzierung störender Geräusche oder deren Auffälligkeit bei dem Betrieb eines Kraftfahrzeugs gelöst, wobei in Abhängigkeit von in erhaltenen Beschleunigungsmesssignalen detektierten störenden Geräuschen oder in Abhängigkeit von Betriebszuständen des Kraftfahrzeugs oder wenigstens eines Bestandteils des Kraftfahrzeugs ein Kompensationssignal und/oder ein Überlagerungssignal gebildet werden, welche auf ein vorhandenes Stellsignal eines Aktors des Kraftfahrzeugs derart aufmoduliert werden, dass die störenden Geräusche oder deren Auffälligkeit reduziert und/oder dass die störenden Geräusche wenigstens teilweise maskiert werden.
  • Durch diese Maßnahmen werden störende bzw. auffällige Geräusche in vorteilhafter Weise reduziert und/oder maskiert und werden somit insbesondere von Menschen nicht mehr als besonders störend empfunden. Auffällige Geräusche in einem Kraftfahrzeug, die beispielsweise auch direkt nach der Fertigung oder aber im Verlauf der Lebensdauer auftreten, können somit weitgehend ausgeblendet werden. Der Bedienkomfort des Kraftfahrzeugs kann dadurch erhöht werden. Das Klangbild des Kraftfahrzeugs oder zumindest einer Komponente des Kraftfahrzeugs kann gezielt beeinflusst werden, indem frei definierbare Frequenzen, Ordnungen oder breitbandige Frequenzbereiche in Abhängigkeit des jeweiligen Betriebszustands verstärkt oder gezielt erzeugt werden. Es kann somit eine Regelung, z. B. in das Lenksystem des Kraftfahrzeugs integriert werden, welche je nach Betriebszustand, beispielsweise Temperatur oder Drehzahl des Elektromotors des Servoantriebs, zu den vorhandenen Lenkungsgeräuschen weitere hinzufügt, um die Auffälligkeit störender tonaler Komponenten zu reduzieren.
  • Ein Bestandteil einer elektrisch verstellbaren Lenksäule oder einer elektronischen Servolenkvorrichtung des Kraftfahrzeugs, vorzugsweise in Ausführung eines elektrischen Servoantriebs, insbesondere ein Elektromotor, kann als Aktor verwendet werden. Wenn beispielsweise störende Geräusche der elektronischen Servolenkvorrichtung beseitigt werden sollen, kann in vorteilhafter Weise der Elektromotor des elektrischen Servoantriebs selbst als Aktor eingesetzt werden. Somit wird keine weitere Komponente benötigt, sondern es wird eine Momentwelligkeit entsprechend dem anliegenden Stellsignal auf den Elektromotor gelegt, welches zur Reduktion der Auffälligkeit tonaler Geräuschanteile verwendet wird. Sonach kann dieselbe Komponente, welche die störenden Geräusche erzeugt auch zu deren Tilgung verwendet werden. Diese Ausführung kann von Vorteil sein, da als Aktor zur Reduzierung und/oder Maskierung der auffälligen Geräusche kein weiteres Bauteil, wie zum Beispiel ein elektromechanischer Shaker oder ähnliches, benötigt wird. Die erfindungsgemäße Lösung ist daher wirtschaftlich günstig. Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, ein anliegendes Stellsignal für den Elektromotor, beispielsweise des Lenksystems, mit einer zusätzlichen Momentwelligkeit zu beaufschlagen, welche zur Reduzierung und/oder Maskierung der auffälligen Geräusche dienen kann.
  • Die störenden Geräusche können in Beschleunigungsmesssignalen wenigstens eines, vorzugsweise auf einem Regel- und/oder Steuergerät, insbesondere einer elektronischen Servolenkvorrichtung des Kraftfahrzeugs angeordneten, Beschleunigungssensors des Kraftfahrzeugs oder wenigstens eines externen Beschleunigungssensors detektiert werden.
  • Erfindungsgemäß kann der Beschleunigungssensor im Kraftfahrzeug, insbesondere im Bereich einer potenziellen Geräuschquelle, angeordnet werden. Die Einbaulage kann nach den projektspezifischen Erfordernissen bestimmt werden. Der Beschleunigungssensor kann im Rahmen der Serienfertigung z. B. in das Lenkgetriebe der elektronischen Servolenkvorrichtung integriert werden. Der Beschleunigungssensor kann allerdings auch im Bereich einer elektrisch verstellbaren Lenksäule oder sonstigen Komponenten des Kraftfahrzeugs, beispielsweise im Bereich des Gehäuses eines Kugelgewindetriebs, eines Elektromotors, einer Koppelstelle oder der Motorsteuerung vorgesehen sein. Der Beschleunigungssensor kann somit dazu dienen, die störenden Geräusche direkt oder nahe der Quelle zu erfassen.
  • Erfindungsgemäß kann der Beschleunigungssensor auch dazu verwendet werden, eine Qualitätskontrolle in der Produktion durchzuführen (beispielsweise ein End-of-Line-Test) oder aber um das System zur Reduzierung und/oder Maskierung der auffälligen Geräusche im Rahmen der Abnahmeprüfung einmalig und/oder initial einzulernen, wobei in vorteilhafter Weise kein zusätzlicher externer Beschleunigungssensor am Prüfstand benötigt wird. Jedoch kann auch ein externer Beschleunigungssensor (z. B. ein Tastkopf oder dergleichen) dazu an einem Prüfstand montiert sein. Der externe Beschleunigungssensor kann dazu ausgelegt sein, mit dem Kraftfahrzeug oder einem Regel- und/oder Steuergerät beispielsweise über ein Diagnosegerät oder dergleichen eine Kommunikationsverbindung aufzubauen.
  • Bei den zu erfassenden störenden oder auffälligen Geräuschen handelt es sich insbesondere um von der elektronischen Servolenkvorrichtung verursachte Geräusche oder um von einer elektrisch verstellbaren Lenksäule verursachte Geräusche. Die Frequenzen der störenden Geräusche befinden sich insbesondere in dem für den Menschen hörbaren Bereich. Hier können z. B. Frequenzen oberhalb von 100 Hz bis etwa 10.000 Hz in Frage kommen
  • In einem Regler, der als Teil eines Steuergeräts ausgebildet sein kann, kann aus der gemessenen Drehzahl eines Elektromotors bzw. Aktors ein Tonsignal oder Soundsignal erzeugt und an den Aktor als Stellsignal weitergegeben werden. Der Beschleunigungssensor liefert das Fehlersignal für die Regelung, über die das Stellsignal jeweils angepasst wird, um ein optimales Geräuschverhalten (Klangbild) für die Lenkungsgeräusche oder sonstige Geräusche zu erreichen.
  • Erfindungsgemäß kann weiter vorgesehen sein, dass die störenden Geräusche in den Beschleunigungsmesssignalen des wenigstens einen Beschleunigungssensors detektiert werden, indem störende Frequenzen anhand vorgegebener Schwellwerte oder dergleichen bestimmt werden.
  • Als Referenzquelle bzw. zur Bestimmung der Schwellwerte können beispielsweise Testfahrten herangezogen werden. Die Referenzdaten können dann beispielsweise in einem Speicherelement eines Steuergeräts in einem Datenfeld oder dergleichen abgelegt und dem System zur Verfügung gestellt werden.
  • Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass eine Reduzierung der störenden Geräusche durch eine Reduzierung von störenden Frequenzen erfolgt, indem das Kompensationssignal mit einem Signal vergleichbarer Amplitude und zu den auffälligen Frequenzen phasenverschobenen entsprechenden Frequenzen, vorzugsweise gegenphasige Frequenzen, beaufschlagt wird.
  • Da insbesondere tonale Geräusche, also Geräusche, bei denen einzelne Frequenzen hervorstechen, von Menschen als besonders störend empfunden werden, kann die beschriebene Ausführung zu einem deutlich optimierten Klangbild führen. Dabei werden störende Geräusche, beispielsweise der Lenkung oder der Lenksäule, insbesondere Ordnungen von Motoren und Riemen oder störende Frequenzen, durch Überlagerung mit einem gegenphasigen Signal vergleichbarer Amplitude reduziert. Hierfür kann in vorteilhafter Weise eine bestehende Aktorik verwendet werden. Ein bestehendes Stellsignal kann dabei derart manipuliert werden, dass das Kompensationssignal auf das bestehende Stellsignal aufmoduliert wird. Sonach kann eine Noise Cancellation eingesetzt werden.
  • Erfindungsgemäß kann auch vorgesehen sein, dass eine Maskierung der störenden Geräusche oder eine Reduzierung der Auffälligkeit der störenden Geräusche erfolgt, indem das Überlagerungssignal mit einem breitbandigen Signal oder einem Tonsignal mit vorgegebenen Frequenzen oder Ordnungen beaufschlagt wird. Bei dem breitbandigen Signal kann es sich bevorzugt um ein Rauschsignal handeln.
  • Um das Herausstechen störender Frequenzen oder Frequenzbänder bzw. deren Auffälligkeit für den Menschen zu reduzieren, kann ein – häufig als nicht störend empfundenes – breitbandiges Signal (insbesondere ein Rauschsignal) auf ein bestehendes Stellsignal eines bestehenden Aktors aufmoduliert werden. Auch kann ein bandbegrenztes Signal eingesetzt werden, indem z. B. bestimmte Nebenfrequenzen angehoben werden. Hier können Prinzipien der Psychoakustik oder des Noise Design zum Einsatz kommen.
  • Erfindungsgemäß kann eine Kombination aus Reduzierung und Maskierung der auffälligen Geräusche vorgesehen sein. Insbesondere kann dazu eine Kompensierung durch gegenphasige Frequenzen und eine Maskierung durch ein Rauschsignal erfolgen. Beim Bilden des Kompensationssignals und/oder des Überlagerungssignals kann eine Drehzahl des Aktors berücksichtigt werden.
  • In Anspruch 9 ist ein Kraftfahrzeug angegeben. Das Kraftfahrzeug umfasst einen Aktor zur mechanischen Verstellung, Manipulation und/oder Deformation von Objekten sowie ein elektronisches Regel- und/oder Steuergerät, insbesondere zur Regelung und/oder Ansteuerung des Aktors, welches dazu eingerichtet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
  • Das Kraftfahrzeug kann ferner mit wenigstens einem externen Beschleunigungssensor kommunikationsverbindbar sein, wobei das elektronische Regel- und/oder Steuergerät bei bestehender Kommunikationsverbindung Beschleunigungsmesssignale des wenigstens einen externen Beschleunigungssensors als Eingangssignale erhält.
  • Erfindungsgemäß kann außerdem vorgesehen sein, dass der Beschleunigungssensor im Rahmen der Akustikabnahmeprüfung (End-of-Line-Test) im Anschluss an die Fertigung des Kraftfahrzeugs oder Teilen des Kraftfahrzeugs an einem Prüfstand fest montiert ist. Ein derartiger externer Beschleunigungssensor kann in diesem Fall vorteilhaft dazu verwendet werden, eine Qualitätskontrolle in der Produktion durchzuführen oder aber das System zur Reduzierung und/oder Maskierung der auffälligen Geräusche im Rahmen der Abnahmeprüfung einmalig und/oder initial einzulernen.
  • Das Kraftfahrzeug kann ferner wenigstens einen Beschleunigungssensor aufweisen, wobei das elektronische Regel- und/oder Steuergerät die Beschleunigungsmesssignale des wenigstens einen Beschleunigungssensors als Eingangssignale erhält.
  • Erfindungsgemäß kann wenigstens ein Beschleunigungssensor vorgesehen sein, wobei in den Messsignalen des wenigstens einen Beschleunigungssensors störende oder auffällige Geräusche, insbesondere während des Betriebs des Kraftfahrzeugs, detektierbar sind und das elektronische Regel- und/oder Steuerungsgerät vorgesehen ist, die Messsignale und/oder die auffälligen Geräusche auszuwerten und den Aktor entsprechend anzusteuern.
  • Vorteilhaft ist es, wenn der Beschleunigungssensor im Kraftfahrzeug, insbesondere im Bereich einer potenziellen Geräuschquelle, angeordnet ist. Die Einbaulage kann nach den projektspezifischen Erfordernissen bestimmt werden.
  • Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass der wenigstens eine Beschleunigungssensor im Bereich einer elektronischen Servolenkvorrichtung des Kraftfahrzeugs, insbesondere im Bereich eines Lenkgetriebes, insbesondere an einem Gehäuse eines Kugelgewindetriebs des Lenkgetriebes, an dem elektrischen Servoantrieb, insbesondere an dem Elektromotor, oder auf dem elektronischen Regel- und/oder Steuergerät angeordnet ist. Der Beschleunigungssensor kann im Rahmen der Serienfertigung vor allem in das Lenkgetriebe integriert werden. Der Beschleunigungssensor kann allerdings auch im Bereich einer elektrisch verstellbaren Lenksäule oder sonstiger Komponenten des Kraftfahrzeugs, beispielsweise im Bereich des Gehäuses eines Kugelgewindetriebs, Elektromotors, einer Koppelstelle oder einer Motorsteuerung vorgesehen sein.
  • Die Einbaulage des wenigstens einen Beschleunigungssensors kann nach den spezifischen Erfordernissen erfolgen. Je näher der Beschleunigungssensor an der geräuscherzeugenden Komponente angeordnet ist, desto genauer ist die Detektion des auffälligen Geräuschs und die darauffolgende Reduzierung und/oder Maskierung.
  • Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass der Beschleunigungssensor im Bereich des elektronischen Regel- und/oder Steuergeräts, insbesondere der elektronischen Servolenkvorrichtung, oder direkt auf der Motorsteuerung bzw. direkt auf dem Regel- und/oder Steuergerät oder dessen Platine/Leiterplatte oder einer sonstigen Steuerung angeordnet ist, da dadurch die Kabelwege in vorteilhafter Weise gering gehalten werden können.
  • Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass der wenigstens eine Beschleunigungssensor piezoelektrisch, mikroelektromechanisch oder kapazitiv ausgebührt ist. Der Beschleunigungssensor kann als Miniaturbeschleunigungssensor ausgeführt sein. Der wenigstens eine Beschleunigungssensor kann auch als Mikrosystem bzw. MEMS ("Micro Electro Mechanical System") ausgeführt sein.
  • Ein derartiger Beschleunigungssensor oder Beschleunigungsaufnehmer kann dann leicht im Rahmen der Serienfertigung insbesondere in das Lenkgetriebe oder die elektrisch verstellbare Lenksäule integriert werden.
  • Erfindungsgemäß kann der wenigstens eine Beschleunigungssensor, insbesondere ein Miniaturbeschleunigungssensor, ein Gewicht von <1 g und/oder einen Aufnahmebereich von 20 Hz bis 6.000 Hz und/oder einen Messbereich von +/–0,01867 m/s2 bis +/–5000 m/s2 aufweisen. Darüber hinaus kann der Beschleunigungssensor eindimensional ausgebildet sein und/oder eine Linearität bis 11 kHz aufweisen. Das Gewicht eines derartigen Beschleunigungssensors kann beispielsweise 0,28 g betragen.
  • Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass der Aktor als Bestandteil einer elektrischen Servolenkvorrichtung, vorzugsweise in Ausführung eines elektrischen Servoantriebs, insbesondere als Elektromotor, ausgebildet ist. Erfindungsgemäß kann auch vorgesehen sein, dass der Aktor als Bestandteil einer elektrisch verstellbaren Lenksäule, insbesondere als Elektromotor, ausgebildet ist.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Maskierung und/oder zur Reduzierung störender Geräusche oder deren Auffälligkeit bei dem Betrieb eines Kraftfahrzeugs ist vorzugsweise als Computerprogramm auf einem bzw. verteilt auf mehreren Regel- und/oder Steuergeräten des Kraftfahrzeugs oder der elektronischen Servolenkvorrichtung oder der elektrisch verstellbaren Lenksäule realisiert, wobei auch andere Lösungen selbstverständlich in Frage kommen. Dazu kann das Computerprogramm in einem Speicherelement des wenigstens einen Regel- und/oder Steuergeräts gespeichert sein. Durch Abarbeitung auf einem Mikroprozessor des Steuergeräts kann das Verfahren ausgeführt werden. Das Computerprogramm kann auf einem computerlesbaren Datenträger (Diskette, CD, DVD, Festplatte, USB-Memorystick, SD-Karte oder dergleichen) oder einem Internetserver als Computerprogrammprodukt gespeichert sein und von dort aus in das Speicherelement des Regel- und/oder Steuergeräts übertragen werden. Ein derartiges Computerprogramm ist in Anspruch 16 angegeben.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Nachfolgend ist anhand der Zeichnung prinzipmäßig ein Ausführungsbeispiel der Erfindung angegeben.
  • Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung einer elektronischen Servolenkvorrichtung.
  • Obwohl in nachfolgendem Ausführungsbeispiel die Erfindung anhand einer elektronischen Servolenkvorrichtung 1 eines nicht dargestellten Kraftfahrzeugs beschrieben wird, kann die Erfindung selbstverständlich für beliebig andere Geräuschreduzierungen und/oder -maskierungen in dem Kraftfahrzeug Verwendung finden. Beispielsweise ist insbesondere die Verwendung der Erfindung bei einer elektrisch verstellbaren Lenksäule denkbar.
  • In der Figur ist die elektronische Servolenkvorrichtung 1 des nicht dargestellten Kraftfahrzeugs gezeigt. Die elektronische Servolenkvorrichtung 1 weist eine gestrichelt angedeutete als Lenkrad 2 ausgebildete Lenkhandhabe auf. Das Lenkrad 2 ist über eine Gelenkwelle bzw. Lenksäule 3 (ebenfalls gestrichelt angedeutet) mit einem Lenkgetriebe 4 verbunden. Das Lenkgetriebe 4 dient dazu einen Drehwinkel der Lenksäule 3 in einen Radlenkwinkel von nicht dargestellten lenkbaren Rädern des Kraftfahrzeugs umzusetzen.
  • Das Lenkgetriebe 4 weist eine vereinfacht dargestellte Zahnstange 5 und ein nicht dargestelltes Ritzel auf, an welches die Lenksäule 3 angreift. Durch das Lenkrad 2 wird ein Lenkradwinkel als Maß für einen gewünschten Radlenkwinkel der lenkbaren Räder des Kraftfahrzeugs vorgegeben. Der Eingangswinkel des Lenkgetriebes 4 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Ritzelwinkel. Darüber hinaus weist die elektronische Servolenkvorrichtung 1 einen elektrischen Servoantrieb 6 auf, welcher unter anderem der variablen Momentenunterstützung dient. Der elektrische Servoantrieb 6 weist als Aktor zur mechanischen Verstellung, Manipulation und/oder Deformation von Objekten einen Elektromotor 7 zur Realisierung der Momentenunterstützung über ein nicht dargestelltes Riemengetriebe auf. Das Riemengetriebe weist ein Antriebsritzel und eine Riemenscheibe zur Übertragung der Momentenunterstützung über ein Kugelumlaufgetriebe bzw. einen Kugelgewindetrieb (nicht dargestellt) auf die Zahnstange 5 der elektronischen Servolenkvorrichtung 1 auf. Des Weiteren ist ein elektronisches Regel- und/oder Steuergerät 8 zur Ansteuerung bzw. Regelung des Elektromotors 7 vorgesehen. Die Erfindung wird anhand einer elektronischen Servolenkvorrichtung 1 (EPS – Electric Power Steering) vorliegend mit einem Riemengetriebe und einem separaten Kugelumlaufgetriebe zur Übertragung der Unterstützungskraft auf die Zahnstange 5, wie beispielsweise aus der DE 100 52 275 A1 bekannt, beschrieben. Für weitere nicht gezeigte elektrische Servolenksystemtechnologien mit Momenten- bzw. Lenkunterstützung, insbesondere beispielsweise AFS (Active Front Steering) oder Steer by Wire lassen sich gleiche erfindungsgemäße Umsetzungen erzielen.
  • Wie aus der Figur ersichtlich, steuert das elektronische Regel- und/oder Steuergerät 8 den Elektromotor 7 mittels eines Stellsignals v an und erhält von dem Elektromotor 7 als Eingangssignal ein Drehzahlsignal u.
  • Erfindungsgemäß weist die elektronische Servolenkvorrichtung 1 wenigstens einen Beschleunigungssensor 9 auf, welcher mit dem elektronischen Regel- und/oder Steuergerät 8 elektrisch verbunden oder kommunikationsverbunden ist. Somit werden Fehlersignale oder Messsignale w des Beschleunigungssensors 9 an das elektronische Regel- und/oder Steuergerät 8 als Eingangssignale übermittelt. In den Messsignalen w des wenigstens einen Beschleunigungssensors 9 können störende Geräusche, insbesondere während des Betriebs des Kraftfahrzeugs, detektiert werden.
  • Der wenigstens eine Beschleunigungssensor 9 kann piezoelektrisch, mikro-elektro-mechanisch oder kapazitiv ausgeführt sein.
  • Der wenigstens eine Beschleunigungssensor 9 kann ein Gewicht von <1 g und/oder einen Aufnahmebereich von 20 Hz bis 6000 Hz und/oder einen Messbereich von +/–0,0187 m/s2 bis +/–5000 m/s2 aufweisen. Der Beschleunigungssensor 9 ist im Bereich der elektronischen Servolenkvorrichtung 1, bzw. im Bereich des Lenkgetriebes 4 angeordnet. In weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispielen kann der Beschleunigungssensor 9 an einem Gehäuse des Kugelgewindetriebs des Lenkgetriebes 4, an dem elektrischen Servoantrieb 6, insbesondere an dem Elektromotor 7 oder vorzugsweise direkt auf dem elektronischen Regel- und/oder Steuergerät 8 oder dessen Platine/Leiterplatte angeordnet sein. Falls der Beschleunigungssensor 9 direkt auf dem elektronischen Regel- und/oder Steuergerät 8 angeordnet ist, sind die Kabelwege entsprechend gering.
  • Das elektronische Regel- und/oder Steuergerät 8 ist dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Maskierung und/oder zur Reduzierung störender Geräusche oder deren Auffälligkeit bei dem Betrieb eines Kraftfahrzeugs, welches die elektronische Servolenkvorrichtung 1 aufweist, als Computerprogramm durchzuführen. Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch verteilt auf weiteren nicht dargestellten Steuergeräten ausgeführt werden. Darüber hinaus besteht in weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispielen die Möglichkeit, das Verfahren auf einem übergeordneten Steuergerät bzw. System auszuführen und das elektronische Regel- und/oder Steuergerät entsprechend anzusteuern.
  • Auf dem Regel- und/oder Steuergerät 8 kann nun das erfindungsgemäße Verfahren zur Maskierung und/oder zur Reduzierung störender Geräusche oder deren Auffälligkeit bei dem Betrieb des Kraftfahrzeugs ablaufen, wobei in Abhängigkeit von in erhaltenen Beschleunigungsmesssignalen w detektierten störenden Geräuschen oder in Abhängigkeit von Betriebszuständen des Kraftfahrzeugs oder der elektronischen Servolenkvorrichtung 1 als Bestandteil des Kraftfahrzeugs ein Kompensationssignal und/oder ein Überlagerungssignal gebildet werden, welche auf ein vorhandenes Stellsignal v des Elektromotors 7 als Aktor des Kraftfahrzeugs derart aufmoduliert werden, dass die störenden Geräusche oder deren Auffälligkeit reduziert und/oder dass die störenden Geräusche wenigstens teilweise maskiert werden.
  • In weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispielen könnte auch ein Bestandteil einer elektrisch verstellbaren Lenksäule des Kraftfahrzeugs als Aktor verwendet werden.
  • Die störenden Geräusche können in den Beschleunigungsmesssignalen w, w' des Beschleunigungssensors 9 des Kraftfahrzeugs oder alternativ oder zusätzlich wenigstens eines externen gestrichelt angedeuteten Beschleunigungssensors 10 detektiert werden. Das Kraftfahrzeug oder das elektronische Regel- und/oder Steuergerät 8 ist mit dem externen Beschleunigungssensor 10 kommunikationsverbindbar, wobei das elektronische Regel- und/oder Steuergerät 8 bei bestehender Kommunikationsverbindung Beschleunigungsmesssignale w' des wenigstens einen externen Beschleunigungssensors 10 als Eingangssignale erhält.
  • Je nach Betriebszustand, beispielsweise Temperatur oder Drehzahl des Elektromotors 7 des Servoantriebs 6, können zu den vorhandenen Lenkungsgeräuschen weitere hinzugefügt werden, um die Auffälligkeit störender tonaler Komponenten zu reduzieren.
  • Ein störendes Geräusch kann in den Messsignalen bzw. Beschleunigungsmesssignalen w des wenigstens einen Beschleunigungssensors 9 detektiert werden, indem auffällige Frequenzen anhand vorgegebener Schwellwerte oder dergleichen bestimmt werden.
  • Eine Reduzierung der störenden Geräusche kann durch eine Reduzierung von störenden Frequenzen erfolgen, indem das Kompensationssignal mit einem Signal vergleichbarer Amplitude und zu den störenden Frequenzen phasenverschobenen entsprechenden Frequenzen, vorzugsweise gegenphasigen Frequenzen, beaufschlagt wird.
  • Eine Maskierung der störenden Geräusche oder eine Reduzierung der Auffälligkeit der störenden Geräusche kann erfolgen, indem das Überlagerungssignal mit einem breitbandigen Signal oder einem Tonsignal mit vorgegebenen Frequenzen oder Ordnungen beaufschlagt wird. Als breitbandiges Signal ein Rauschsignal verwendet werden.
  • Beim Bilden des Kompensationssignals und/oder des Überlagerungssignals wird eine Drehzahl, d. h. das Drehzahlsignal u des Elektromotors 7 berücksichtigt.
  • Es kann somit eine Regelung innerhalb des elektrischen Lenksystems bzw. der elektronischen Servolenkvorrichtung 1 aufgebaut werden, welche aus folgenden Komponenten besteht: (a) (Miniatur-)Beschleunigungssensor 9 integriert im Lenksystem, (b) Controller (ECU) bzw. elektronisches Regel- und/oder Steuergerät 8 und (c) Elektromotor 7 als Aktor.
    • (a) Der Beschleunigungssensor 9 wird im Rahmen der Serienfertigung in das Lenkgetriebe 4 integriert. Die Einbaulage kann nach den projektspezifischen Erfordernissen z. B. im Bereich eines Gehäuses des Kugelgewindetriebs (nicht näher dargestellt) oder eines Elektromotors 7 oder einer Koppelstelle oder des elektronischen Regel- und/oder Steuergeräts 8 bzw. der ECU (Electronic Control Unit) liegen. Der Beschleunigungssensor 9 liefert das Betriebsverhalten für die Regelung und kann zusätzlich zur Qualitätskontrolle in der Produktion verwendet werden.
    • (b) In dem elektronischen Regel- und/oder Steuergerät 8 wird aus dem gemessenen Drehzahlsignal u des Elektromotors 7 ein Tilgersignal oder ein Soundsignal erzeugt und an den Elektromotor 7 als Stellsignal v weitergegeben. Der Beschleunigungssensor 9 aus (a) liefert das Fehlersignal bzw. das Messsignal w für die Regelung über die das Stellsignal v jeweils angepasst wird, um eine optimale Reduzierung der Lenkungsgeräusche oder ein optimales Geräuschverhalten (Klangbild) für die Lenkungsgeräusche zu erreichen.
    • (c) Als Aktor wird kein weiteres Bauteil wie z. B. ein elektromechanischer Shaker oder dergleichen benötigt, sondern es wird sozusagen eine Momentwelligkeit entsprechend dem anliegenden Stellsignal v auf den Elektromotor 7 der elektronischen Servolenkvorrichtung 1 gelegt, welches zur Reduzierung der störenden Frequenzen und/oder Ordnungen bzw. der Auffälligkeit tonaler Geräuschanteile verwendet wird.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    elektronische Servolenkvorrichtung
    2
    Lenkrad
    3
    Lenksäule
    4
    Lenkgetriebe
    5
    Zahnstange
    6
    elektrischer Servoantrieb
    7
    Elektromotor
    8
    elektronisches Regel- und/oder Steuergerät
    9
    Beschleunigungssensor
    10
    externer Beschleunigungssensor
    u
    Drehzahlsignal
    v
    Stellsignal
    w, w'
    Beschleunigungsmesssignal
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 10052275 A1 [0039]

Claims (16)

  1. Verfahren zur Maskierung und/oder zur Reduzierung störender Geräusche oder deren Auffälligkeit bei dem Betrieb eines Kraftfahrzeugs, wobei in Abhängigkeit von in erhaltenen Beschleunigungsmesssignalen (w, w') detektierten störenden Geräuschen oder in Abhängigkeit von Betriebszuständen des Kraftfahrzeugs oder wenigstens eines Bestandteils (1) des Kraftfahrzeugs ein Kompensationssignal und/oder ein Überlagerungssignal gebildet werden, welche auf ein vorhandenes Stellsignal (v) eines Aktors (7) des Kraftfahrzeugs derart aufmoduliert werden, dass die störenden Geräusche oder deren Auffälligkeit reduziert und/oder dass die störenden Geräusche wenigstens teilweise maskiert werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Bestandteil einer elektrisch verstellbaren Lenksäule oder einer elektronischen Servolenkvorrichtung (1) des Kraftfahrzeugs, vorzugsweise in Ausführung eines elektrischen Servoantriebs (6), insbesondere ein Elektromotor (7), als Aktor verwendet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die störenden Geräusche in den Beschleunigungsmesssignalen (w, w') wenigstens eines, vorzugsweise auf einem Regel- und/oder Steuergerät (8) einer elektronischen Servolenkvorrichtung (1) des Kraftfahrzeugs angeordneten, Beschleunigungssensors (9) des Kraftfahrzeugs oder wenigstens eines externen Beschleunigungssensors (10) detektiert werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die störenden Geräusche in den Beschleunigungsmesssignalen (w, w') detektiert werden, indem störende Frequenzen anhand vorgegebener Schwellwerte oder dergleichen bestimmt werden.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine Reduzierung der störenden Geräusche durch eine Reduzierung von störenden Frequenzen erfolgt, indem das Kompensationssignal mit einem Signal vergleichbarer Amplitude und zu den störenden Frequenzen phasenverschobenen entsprechenden Frequenzen, vorzugsweise gegenphasigen Frequenzen, beaufschlagt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine Maskierung der störenden Geräusche oder eine Reduzierung der Auffälligkeit der störenden Geräusche erfolgt, indem das Überlagerungssignal mit einem breitbandigen Signal oder einem Tonsignal mit vorgegebenen Frequenzen oder Ordnungen beaufschlagt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei als breitbandiges Signal ein Rauschsignal verwendet wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei beim Bilden des Kompensationssignals und/oder des Überlagerungssignals eine Drehzahl des Aktors (7) berücksichtigt wird.
  9. Kraftfahrzeug, wenigstens umfassend: – einen Aktor (7) zur mechanischen Verstellung, Manipulation und/oder Deformation von Objekten, und – ein elektronisches Regel- und/oder Steuergerät (8) zur Regelung und/oder Ansteuerung des Aktors (7), welches dazu eingerichtet ist, ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 durchzuführen.
  10. Kraftfahrzeug nach Anspruch 9, welches ferner mit wenigstens einem externen Beschleunigungssensor (10) kommunikationsverbindbar ist, wobei das elektronische Regel- und/oder Steuergerät (8) des Kraftfahrzeugs bei bestehender Kommunikationsverbindung Beschleunigungsmesssignale (w') des wenigstens einen externen Beschleunigungssensors (10) als Eingangssignale erhält.
  11. Kraftfahrzeug nach Anspruch 9 oder 10, welches ferner wenigstens einen Beschleunigungssensor (9) aufweist, wobei das elektronische Regel- und/oder Steuergerät (8) die Beschleunigungsmesssignale (w) des wenigstens einen Beschleunigungssensors (9) als Eingangssignale erhält.
  12. Kraftfahrzeug nach Anspruch 9, 10 oder 11, wobei der Aktor ein Bestandteil einer elektrisch verstellbaren Lenksäule oder einer elektronischen Servolenkvorrichtung (1) des Kraftfahrzeugs, vorzugsweise ein elektrischer Servoantrieb (6), insbesondere ein Elektromotor (7), ist.
  13. Kraftfahrzeug nach Anspruch 10, 11 oder 12, wobei der wenigstens eine Beschleunigungssensor (9, 10) piezoelektrisch, mikro-elektro-mechanisch oder kapazitiv ausgeführt ist.
  14. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei der wenigstens eine Beschleunigungssensor (9, 10) – ein Gewicht von <1 g und/oder – einen Aufnahmebereich von 20 Hz bis 6.000 Hz und/oder – einen Messbereich von +/–0,0187 m/s2 bis +/–5000 m/s2 aufweist.
  15. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei der wenigstens eine Beschleunigungssensor (9) im Bereich einer elektronischen Servolenkvorrichtung (1) des Kraftfahrzeugs, insbesondere im Bereich eines Lenkgetriebes (4), insbesondere an einem Gehäuse eines Kugelgewindetriebs des Lenkgetriebes (4), an dem elektrischen Servoantrieb (6), insbesondere an dem Elektromotor (7), oder auf dem elektronischen Regel- und/oder Steuergerät (8) angeordnet ist.
  16. Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 durchzuführen, wenn das Programm auf einem Mikroprozessor eines Computers, insbesondere auf einem elektronischen Regel- und/oder Steuergerät (8) eines Kraftfahrzeugs nach einem der Anspruch 9 bis 15 ausgeführt wird.
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