DE102015223995A1

DE102015223995A1 - Verfahren zum Betrieb einer Geräuschquelle für Antriebssysteme

Info

Publication number: DE102015223995A1
Application number: DE102015223995.0A
Authority: DE
Inventors: Elias Calva; Wolfgang Michael Bischof
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-12-02
Filing date: 2015-12-02
Publication date: 2017-06-08
Also published as: WO2017092946A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Geräuschquelle für Antriebssysteme, vorzugsweise von Elektro- oder Hybridfahrzeugen. Das Antriebssystem umfasst mindestens einen Antrieb, wobei der Antrieb bei einem Betriebspunkt Schall mit einem ersten Geräuschspektrum emittiert, wobei die Geräuschquelle mit dem Antrieb verbunden ist. Die Geräuschquelle erzeugt Schall mit einem zweiten Geräuschspektrum, in dem die Frequenzwerte und/oder Amplitudenwerte des ersten Geräuschspektrums des Antriebs beliebig variiert werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Geräuschquelle für Antriebssysteme, nach der Gattung des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Kraftfahrzeuge und vor allem Hybrid- und Elektrofahrzeuge emittieren Schall (Geräusche). Schall besteht aus mechanischen Druckwellen, die von Schallquellen (hier das Antriebssystem) ausgehen und sich in einem Medium (z.B. Luft) ausbreiten. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit (sog. "Schallgeschwindigkeit") ist von dem jeweiligen Medium, der Frequenz, der Wellenlänge und der Temperatur abhängig. Eine Schallemission bzw. ein Geräusch kann zum Lärm werden und ist unerwünscht und kann physisch, psychisch, sozial oder ökonomisch beeinträchtigen. Lärm führt nicht unbedingt zu Belastungen der natürlichen Umwelt, die unmittelbar auf den Menschen einwirken – stattdessen kann die Lebensqualität des Menschen gemindert werden. Lärm wird von Individuen als störend oder erheblich belästigend empfunden, wenn man mit den Geräuschen nicht einverstanden ist bzw. sie nicht hinnehmen will. Als eine mögliche Gegenmaßnahme gegen unerwünschten Lärm/Schall gilt die sog. "aktive Lärmkompensation", auch als "Antischall" (bzw. Active Noise Reduction (ANR) oder Active Noise Cancellation (ANC)) bezeichnet (Quelle: Wikipedia – s. "Antischall"). Darunter versteht man umgangssprachlich Schall, der künstlich erzeugt wird, um mittels destruktiver Interferenz Schall auszulöschen. Dazu wird die Erzeugung eines Signals angestrebt, das dem des störenden Schalls mit entgegengesetzter Polarität exakt entspricht. Strahlt eine Geräuschquelle Schall ab, versucht man durch "Gegenschall" von einem anderen Ort aus zu erreichen, dass durch destruktive Interferenz die resultierende Amplitude (und damit die Schallenergie) in einigen begrenzten Raumbereichen geringer wird. In benachbarten Bereichen steigt dagegen nachteilig die Schallenergie, da an keiner Stelle Energie absorbiert, sondern lediglich umverteilt wird. Es ist nachteilig bisher nicht gelungen, ein mehrere Wellenlängen großes Volumen insgesamt zu beruhigen. Erfolgreich war bisher nur die aktive Schalldämpfung in Rohren (lineares Problem). Das Antischall-Prinzip wird in Verbindung mit herkömmlichen Schalldämpfern in Kanälen und Rohrleitungen zur Dämpfung tiefer Frequenzen bei kleinem Bauraum eingesetzt. Herkömmliche (passive) Schalldämpfer benötigen allerdings nachteilig große Volumina, um auch bei tiefen Frequenzen noch wirksam zu sein. Ein neuer Anwendungsbereich wurde in der Kraftfahrzeugtechnik gefunden, wo der Passagierraum von Autos durch Active Noise Cancellation "beruhigt" werden kann, etwa beim Audi A8 oder dem Honda Legend.
Es besteht daher ein Bedarf nach einem alternativen Verfahren, durch das der entstehende Lärm vom Menschen als nicht störend empfunden wird.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren mit dem Kennzeichen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass das vom Menschen als störend empfundene Geräuschspektrum des Antriebs modifiziert wird und somit nicht mehr als störend empfunden wird.
Erfindungsgemäß ist dazu vorgesehen, dass im Verfahren zum Betrieb einer Geräuschquelle für Antriebssysteme eines Fahrzeugs, vorzugsweise von Elektro- oder Hybridfahrzeugen, das Antriebssystem mindestens einen Antrieb umfasst, wobei der Antrieb bei einem Betriebspunkt Schall mit einem ersten Geräuschspektrum emittiert, wobei die Geräuschquelle mit dem Antrieb verbunden ist. Weiterhin erzeugt die Geräuschquelle Schall mit einem zweiten Geräuschspektrum, in dem die Frequenzwerte und/oder Amplitudenwerte des ersten Geräuschspektrums des Antriebs beliebig variiert werden. Durch dieses Verfahren werden die Schallemissionen nicht verringert, sondern die Schallemissionen und somit das hörbare Geräusch des Antriebs vorteilhaft dahingehend verändert, dass es für den Mensch nicht als störend oder unangenehm empfunden wird. Weiterhin ist das Verfahren einfach zu implementieren und benötigt deutlich weniger Steuerungs- und/oder Regelungsaufwand und hat ein hohes Erfolgspotential.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des in dem unabhängigen Anspruch angegebenen Verfahrens möglich.
Vorteilhaft ist, dass während des Betriebs des Antriebs zu jedem Betriebspunkt das zugehörige erste Geräuschspektrum ermittelt wird. Dadurch wird das Geräuschspektrum des Antriebs kontinuierlich und zu jeder Zeit während der Fahrt bzw. während des Betriebs ermittelt, sodass die Geräuschquelle angepasst an dieses Geräuschspektrum den jeweils benötigten Schall mit den jeweiligen Frequenzwerten und/oder Amplitudenwerten erzeugen kann. Somit ist gewährleistet, dass die Schallerzeugung durch die Geräuschquelle instantan erfolgen kann, wodurch das Geräuschspektrum des Antriebs quasi online/zeitgleich verändert/angepasst wird.
Weiterhin ist vorteilhaft, dass das erste Geräuschspektrum in einem Datenspeicher abgelegt wird. Durch diese Vorgehensweise kann die verwendete Geräuschquelle auf das ermittelte erste Geräuschspektrum bzw. die zugehörigen Werte bzgl. Frequenz und Amplitude zurückgreifen und ein daran angepasstes zweites Geräuschspektrum erzeugen, welches dem ersten Geräuschspektrum überlagert wird.
Vorteilhaft ist auch, dass das zu jedem Betriebspunkt des Antriebs gehörende Geräuschspektrum vor Inbetriebnahme des Antriebs bereits in dem Datenspeicher hinterlegt ist. Mit anderen Worten wurde beispielsweise ab Werk bzw. vor Einbau des Antriebs in das Fahrzeug ermittelt, welches Geräuschspektrum der Antrieb bei welchem Betriebspunkt erzeugt. Diese zu jedem individuellen Betriebspunkt gehörenden Geräuschspektren wurden entsprechend in dem Datenspeicher hinterlegt, sodass die Geräuschquelle bei Vorliegen eines jeweiligen Betriebspunktes auf das zugehörige erste Geräuschspektrum bzw. die ihm zugewiesenen Datensätze im Datenspeicher zurückgreifen kann und das passende zweite Geräuschspektrum erzeugt, das dem ersten Geräuschspektrum überlagert wird.
Vorteilhafterweise wird als Geräuschquelle ein Beschleunigungs- oder Vibrationserzeuger, vorzugsweise ein Piezoaktuator eingesetzt. Ein Piezoelement ist ein Bauteil, das den Piezoeffekt ausnutzt, um beispielsweise durch Anlegen einer elektrischen Spannung eine mechanische Bewegung auszuführen. Dabei wird die mechanische Bewegung vorteilhaft ausgenutzt, um mit der geeigneten Frequenz und Amplitude Vibrationen/Schall zu erzeugen, die zur Modulation bzw. Veränderung des Geräuschspektrums des Antriebs beitragen. Die stapelweise Anordnung mehrerer Piezoelemente wird als Piezoaktuator (Aktor) bezeichnet.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen, die jedoch nicht als die Erfindung beschränkend auszulegen sind, unter Bezugnahme auf die beigelegte Zeichnung ersichtlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Es zeigen:
1: eine schematische Darstellung eines Fahrzeuges mit einem Antrieb und einer Geräuschquelle.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeuges 14. Dieses Fahrzeug 14 kann ein Fahrzeug mit Verbrennungsmotor, ein Hybridfahrzeug als auch ein reines Elektrofahrzeug sein. Das Fahrzeug 14 verfügt über ein Antriebssystem 11, wobei das Antriebssystem 11 den Verbrennungsmotor und/oder die elektrische Maschine (den sog. Antrieb 12) als auch das Getriebe, etc. umfasst. Weiterhin ist ein Datenspeicher 13 vorgesehen, wie auch eine Leistungselektronik (hier nicht dargestellt), über die die elektrische Maschine angesprochen wird. Zusätzlich ist im Fahrzeug 14 eine Geräuschquelle 10 verbaut, die vorzugsweise ein Beschleunigungs- oder Vibrationserzeuger ist. Auch ein Piezoaktuator kann als Geräuschquelle vorgesehen werden. Die Geräuschquelle 10 ist mit dem Antrieb 12 so verbunden, dass Vibrationen bzw. Schwingungen von der Geräuschquelle 10 auf den Antrieb 12 übertragen werden können. Der Antrieb 12 emittiert im Betrieb Geräusche, Töne bzw. Lärm mit zugehörigen Frequenzen und Amplituden. Er verfügt somit über ein erstes Geräuschspektrum GS1. Mit anderen Worten gehört zu jedem Betriebspunkt BP des Antriebs 12 ein individuelles erstes Geräuschspektrum GS1. Dieses erste Geräuschspektrum GS1 kann vorab ab Werk bzw. vor Einbau des Antriebs 12 in das Fahrzeug 14 oder nach Einbau des Antriebs 12 in das Fahrzeug 14 ermittelt werden und die jeweiligen, das Geräuschspektrum GS1 charakterisierenden Daten bzw. Zahlenwerte (Frequenzwerte, Amplitudenwerte, etc.) im Datenspeicher 13 hinterlegt werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, das Geräuschspektrum GS1 zu jedem individuellen Betriebspunkt BP "online" also instantan während des Betriebs/während der Fahrt zu erfassen und im Datenspeicher 13 zu hinterlegen bzw. zu speichern. Die aktuell vorliegen Werte des Geräuschspektrums GS1 werden genutzt, um ein passendes Geräuschspektrum GS2 zu erstellen, anhand dessen die Geräuschquelle 10 geregelt bzw. gesteuert wird. Zu diesem Zweck werden Frequenzwerte und/oder Amplitudenwerte anhand des Geräuschspektrums GS2 festgelegt und die Geräuschquelle angesteuert bzw. per Regelungsstruktur geregelt. Beispielsweise wird der Piezoaktuator 10 über ein oder mehrere Rauschsignale, die sich aus vorgegebenen, variablen Amplituden- und Frequenzwerten/-bändern angesteuert und geregelt und erzeugen somit am Antrieb 12 Vibrationen bzw. Schall, der das vom Antrieb 12 erzeugte Geräusch überlagert. Die Frequenzbänder werden anhand der menschlichen Wahrnehmung eingestellt und können an verschiedene Endanwendungen ohne weiteren Aufwand angepasst werden. Hierdurch können Schallemissionen des Antriebs 12 bzw. Antriebssystems 11 teilweise erhöht oder verringert werden, wodurch ein Maskierungseffekt für den Empfänger der Schallemissionen (Mensch, Fußgänger, Fahrer, etc.) entsteht. Durch diesen Maskierungseffekt, welcher eine Signalüberlagerung darstellt, wird die Hörbarkeit störender oder unangenehmer Geräusche für den Anwender vermieden. Als weitere Alternative kann die Geräuschquelle 10 auch durch die E-Maschine oder die Leistungselektronik verkörpert werden. Durch Aufmodulation entsprechender Ströme und Spannungen kann die Leistungselektronik (z.B. Inverter) bzw. die E-Maschine ebenfalls zur Emission variabler Schallemissionen angeregt werden, die sich der Schallemission des Antriebs 12 bzw. Antriebssystems 11 überlagern.

Claims

Verfahren zum Betrieb einer Geräuschquelle (10) für Antriebssysteme (11) eines Fahrzeugs (14), vorzugsweise von Elektro- oder Hybridfahrzeugen, wobei das Antriebssystem (11) mindestens einen Antrieb (12) umfasst, wobei der Antrieb (12) bei einem Betriebspunkt (BP) Schall mit einem ersten Geräuschspektrum (GS1) emittiert, wobei die Geräuschquelle (10) mit dem Antrieb (12) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Geräuschquelle (10) Schall mit einem zweiten Geräuschspektrum (GS2) erzeugt, in dem die Frequenzwerte und/oder Amplitudenwerte des ersten Geräuschspektrums (GS1) des Antriebs (12) beliebig variiert werden.
Verfahren zum Betrieb einer Geräuschquelle (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während des Betriebs des Antriebs (12) zu jedem Betriebspunkt (BP) das zugehörige erste Geräuschspektrum (GS1) ermittelt wird.
Verfahren zum Betrieb einer Geräuschquelle (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Geräuschspektrum (GS1) in einem Datenspeicher (13) abgelegt wird.
Verfahren zum Betrieb einer Geräuschquelle (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zu jedem Betriebspunkt (BP) des Antriebs (12) gehörende Geräuschspektrum (GS1) vor Inbetriebnahme des Antriebs (12) bereits in dem Datenspeicher (13) hinterlegt ist.
Verfahren zum Betrieb einer Geräuschquelle (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Geräuschquelle (10) ein Beschleunigungs- oder Vibrationserzeuger, vorzugsweise ein Piezoaktuator, ist.
Verfahren zum Betrieb einer Geräuschquelle (10) nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Geräuschquelle (10) eine Leistungselektronik oder eine elektrische Maschine ist.