DE102016219981A1

DE102016219981A1 - Verfahren zum Einstellen eines elektrischen Stellantriebs

Info

Publication number: DE102016219981A1
Application number: DE102016219981.1A
Authority: DE
Inventors: Josef Burger
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2016-10-13
Filing date: 2016-10-13
Publication date: 2018-04-19

Abstract

Verfahren zum Einstellen eines elektrischen Stellantriebs, wobei bei einem Betrieb des elektrischen Stellantriebs ein akustisches Ursignal (18) verursacht wird, wobei dieses Ursignal (18) erfasst und dessen Verlauf analysiert wird, wobei von dem elektrischen Stellantrieb zusätzlich ein akustisches Gegensignal (20) erzeugt wird, das einen zu dem Ursignal (18) invertierten Verlauf aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen eines elektrischen Stellantriebs und ein System zum Einstellen eines elektrischen Stellantriebs.
Ein elektrischer Stellantrieb als eine Komponente eines Kraftfahrzeugs kann bei seinem Betrieb ein akustisches Signal erzeugen, das ggf. als störend empfunden wird. Allerdings ist keine Technik zur Reduzierung und Auslöschung eines derartigen akustischen Signals des elektrischen Stellantriebs bekannt.
Ein Verfahren zur Schwingungsdämpfung an einem Fahrwerkslager eines Kraftfahrzeugs ist aus der Druckschrift DE 103 29 037 A1 bekannt. Dabei werden ein Fahrzustand des Kraftfahrzeugs und eine Fahrbahnbeschaffenheit sensorisch erfasst. Das Fahrwerkslager wird zur Veränderung einer Steifigkeit und/oder Dämpfung abhängig von erfassten Parametern auf verschiedene Kennlinien verändert.
Die Druckschrift DE 10 2011 017 226 A1 beschreibt eine Abgasanlage eines Verbrennungsmotors mit einer Abgasleitung zum Abführen eines Abgasstroms und einer Abgasrückführungseinrichtung zum bedarfsweisen Rückführen eines Teils des Abgasstroms in eine Ansaugleitung des Verbrennungsmotors. Die Abgasrückführungseinrichtung umfasst eine in der Abgasleitung angeordnete bewegliche Abgasklappe und einen Stellantrieb, wobei durch Verstellen der Abgasklappe mittels des Stellantriebs in der Abgasleitung ein Gegendruck veränderbar ist, um so eine Abgasrückführungsleitung mit einer bestimmten Abgasmenge zu beaufschlagen.
Eine Fahrerassistenzeinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit zumindest einem Sensor zur Detektierung eines Fahrzeugzustands des Kraftfahrzeugs und mit einer Steuereinheit zur Auswertung eines Sensorsignals zur Ermittlung des Fahrzeugzustands ist aus der Druckschrift DE 10 2013100 982 A1 bekannt. Dabei ist ein von der Steuereinheit ansteuerbarer Aktuator vorgesehen, mit dem Schwingungen oder Vibrationen von einer Komponente des Kraftfahrzeugs zur Information oder Warnung des Fahrers des Kraftfahrzeugs erzeugt werden.
Vor diesem Hintergrund war es eine Aufgabe der Erfindung, Geräusche, die von einem elektrischen Stellantrieb verursacht werden, zu reduzieren.
Zur Lösung dieser Aufgabe werden ein Verfahren und ein System mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgestellt. Ausgestaltungen des Verfahrens und des Systems gehen aus den abhängigen Patentansprüchen sowie der Beschreibung hervor.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist zum Einstellen eines elektrischen Stellantriebs vorgesehen, bei dessen Betrieb ein akustisches Ursignal und somit ein ursprüngliches bzw. erstes akustisches Signal als Geräusch verursacht und/oder erzeugt wird. Dieses Ursignal wird erfasst und außerdem ein Verlauf dieses Ursignals analysiert. Bei dem Verfahren wird von dem elektrischen Stellantrieb zusätzlich ein akustisches Gegensignal und somit ein invertiertes bzw. zweites akustisches Signal erzeugt, das einen zu dem Ursignal invertierten Verlauf aufweist, wobei sich das Ursignal und das Gegensignal gegenseitig aufheben bzw. das Gegensignal das Ursignal kompensiert.
Das Ursignal wird sensorisch, bspw. mit einem Mikrofon, gemessen und somit erfasst.
In einer denkbaren alternativen oder ergänzenden Ausgestaltung ist es möglich, von einem Sensor, der als elektrisches Messgerät zum Erfassen mindestens einer elektrischen Größe, bspw. eines Stroms und/oder einer Spannung ausgebildet ist, einen Verlauf mindestens eines elektrischen Betriebssignals dieser mindestens einen elektrischen Größe als Betriebsparameter des Stellantriebs zu erfassen, wobei dieser das akustische Ursignal aufgrund des Betriebssignals verursacht, aus dem das Ursignal abgeleitet werden kann, wobei bspw. eine bekannte Abhängigkeit des akustischen Ursignals von dem Verlauf der mindestens einen elektrischen Größe verwendet wird. Üblicherweise wird dem Stellantrieb zu und/oder bei dessen Betrieb mindestens ein elektrisches Ausgangssignal bereitgestellt und dadurch durch den Stellantrieb eine Vorrichtung beaufschlagt und/oder bewegt, wobei sich für den Stellantrieb das mindestens eine elektrische Betriebssignal ergibt, dessen Verlauf von dem elektrischen Ausgangssignal abweichen kann, da der Stellantrieb situationsabhängig unterschiedlich belastet wird. Demnach kann das akustische Ursignal direkt und/oder über das mindestens eine messbare elektrische Betriebssignal indirekt erfasst werden.
Außerdem wird das akustische Ursignal ausgewertet und/oder analysiert.
Weiterhin werden Frequenzbänder des Ursignals ermittelt und ein Verlauf von Phasen der Frequenzbänder des Ursignals bestimmt.
Zum Erzeugen des akustischen Gegensignals wird ein zum Verlauf der Phasen der Frequenzbänder des akustischen Ursignals invertierter Verlauf für Phasen von Frequenzbändern verwendet.
In Ausgestaltung wird der Stellantrieb mit einem elektrischen Steuersignal angesteuert, aus dem das Gegensignal resultiert. Dabei kann ebenfalls die bekannte Abhängigkeit des akustischen Ursignals von dem Verlauf der mindestens einen elektrischen Größe und somit des elektrischen Steuersignals berücksichtigt werden.
Das Verfahren kann für einen Stellantrieb eines Kraftfahrzeugs durchgeführt werden. Der Stellantrieb ist in der Regel als Elektromotor ausgebildet. In Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass der Stellantrieb über ein pulsweitenmoduliertes elektrisches Signal angesteuert wird, wobei der Stellantrieb aufgrund dessen angetrieben wird, wodurch wiederum das akustisch hörbare Ursignal verursacht werden kann. Das Gegensignal kann ebenfalls pulsweitenmoduliert sein und eine Sinusfrequenz im akustisch hörbaren Bereich aufweisen, wobei dieses Gegensignal zu dem Ursignal invertiert ist.
Das erfindungsgemäße System ist zum Einstellen eines elektrischen Stellantriebs ausgebildet, der bei einem Betrieb ein akustisches Ursignal verursacht. Das System weist einen Analysator und ein Steuergerät auf, wobei der Analysator dazu ausgebildet ist, das erfasste Ursignal zu analysieren. Das Steuergerät ist dazu ausgebildet, ein elektrisches Steuersignal zu erzeugen und den Stellantrieb damit anzusteuern. Außerdem ist der Stellantrieb dazu ausgebildet, in Reaktion auf das elektrische Steuersignal ein akustisches Gegensignal zu erzeugen, das einen zu dem Ursignal invertierten Verlauf aufweist.
Das System weist mindestens einen Sensor auf, der dazu ausgebildet ist, das Ursignal zu erfassen und dem Analysator bereitzustellen. Dabei ist der mindestens eine Sensor als Mikrofon ausgebildet. Der mindestens eine Sensor kann auch als elektrisches Messgerät zum Erfassen mindestens einer elektrischen Größe ausgebildet sein und einen Verlauf mindestens eines elektrischen Betriebssignals dieser mindestens einen elektrischen Größe als Betriebsparameter des Stellantriebs erfassen. Dabei ist das Mikrofon dem Stellantrieb zugeordnet. Der Analysator und/oder das elektrische Messgerät kann bzw. können in dem Steuergerät oder außerhalb des Steuergeräts angeordnet sein.
Mit dem Steuergerät kann neben dem elektrischen Steuersignal, aus dem das akustische Ursignal resultiert, auch ein elektrisches Ausgangssignal bereitgestellt werden, durch das der Stellantrieb in Bewegung versetzt wird, woraus das akustische Ursignal resultiert, das von einer betriebsbegleitenden mechanischen Belastung des Stellantriebs abhängig ist.
Weiterhin wird das akustische Gegensignal synchron zu dem akustischen Ursignal erzeugt. Das akustische Gegensignal und das akustische Ursignal werden überlagert und löschen sich aufgrund destruktiver Interferenz gegenseitig aus.
Somit kann für den elektrischen Stellantrieb unter Nutzung des elektrischen Stellantriebs ein Noise Cancelling und somit eine aktive Lärmkompensation erzeugt werden. Dabei verursacht der Stellantrieb betriebsbegleitend Schall, der als akustisches Ursignal ausgebildet ist und/oder aus diesem resultiert. Zur Kompensation dieses Schalls erzeugt der Stellantrieb einen Antischall, der als das akustische Gegensignal ausgebildet ist und/oder aus diesem resultiert.
Das während des Betriebs des elektrischen Stellantriebs verursachte akustische Ursignal und somit Geräusch, das zumindest teilweise akustisch störend ist, wird bei Durchführung des Verfahrens durch das erzeugte akustische Gegensignal unterdrückt, ausgelöscht und/oder kompensiert. Somit ist es theoretisch möglich, das durch den Betrieb des elektrischen Stellantriebs verursachte, störende akustische Ursignal zu vermeiden und für den Stellantrieb einen annähernd geräuschlosen Betrieb zu gewährleisten.
Bei dem Verfahren wird das vorhandene akustische Ursignal, das durch den elektrischen Stellantrieb erzeugt wird, gemessen und ausgewertet. Weiterhin werden einzelne Frequenzbänder des Ursignals und/oder des Verlaufs des Ursignals ermittelt und deren Phasenverlauf, bspw. ein Verlauf der Phasen der Frequenzbänder, invertiert, wobei das akustische Gegensignal erzeugt wird. Dieses invertierte Signal wird durch eine Schaltung des Steuergeräts auf den elektrischen Stellantrieb übertragen. Hierbei wird in Ausgestaltung das elektrische Steuersignal erzeugt, mit dem der Stellantrieb angesteuert wird, aus dem dann bei dem Betrieb des Stellantriebs das akustische Gegensignal resultiert. Durch diese Maßnahmen sind akustische Störfrequenzen des Ursignals, die durch den akustischen Stellantrieb als Geräuschquelle verursacht werden, nicht mehr wahrnehmbar.
Dabei wird das Gegensignal als Gegenschwingung zu dem Ursignal durch den elektrischen Stellantrieb selber erzeugt, weshalb keine externen Komponenten wie Klappen, Membranen oder ähnliches benötigt werden, um eine Geräuschentwicklung des Stellantriebs andersartig zu unterdrücken.
Dabei wird mit dem mindestens einen Sensor das akustische Ursignal, das eine definierte Schwingungskurve aufweisen kann, erfasst. Mit dem Steuergerät wird das Ursignal ausgewertet und das elektrische Signal erzeugt, mit dem der Stellantrieb angesteuert wird.
Der Stellantrieb, für den eine Ausführungsform des vorgestellten Verfahrens mit einer Ausführungsform des vorgestellten Systems durchgeführt werden kann, ist üblicherweise als Elektromotor ausgebildet und/oder umfasst einen Elektromotor, mit dem eine Vorrichtung des Kraftfahrzeugs beaufschlagt und somit bewegt werden kann. In der Regel wird das akustische Ursignal von dem Elektromotor erzeugt. Weiterhin wird dem Elektromotor von dem Steuergerät das elektrische Steuersignal bereitgestellt, wodurch der Elektromotor auch das elektrische Gegensignal erzeugt.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

1 zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems.
2 zeigt ein Diagramm mit einem Verlauf von akustischen Signalen, die sich bei Durchführung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben.
3 zeigt ein Flussdiagramm zur Durchführung der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die Figuren werden zusammenhängend und übergreifend beschrieben, gleichen Komponenten sind dieselben Bezugsziffern zugeordnet.
1 zeigt in schematischer Darstellung ein Beispiel für einen elektrischen Stellantrieb 2 mit einem Elektromotor, bei dessen Betrieb hier von einem Steuergerät 4 ein elektrisches Ausgangssignal bereitgestellt wird, wodurch der elektrische Stellantrieb 2 bewegt wird und eine nicht weiter dargestellte Vorrichtung mechanisch beaufschlagen und bewegen kann. Dabei sind der Stellantrieb 2 und die Vorrichtung hier als Komponenten eines Kraftfahrzeugs ausgebildet. Das Steuergerät 4 ist auch unabhängig von der beschriebenen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Steuern des Stellantriebs 2 ausgebildet.
Weiterhin zeigt 1 ein Mikrofon 6, einen Analysator 8 und ein optionales elektrisches Messgerät 10 zum Messen mindestens einer elektrischen Größe, bspw. einer Spannung, die an dem Stellantrieb 2 anliegt, und/oder eines Stroms, der durch den Stellantrieb 2 fließt.
Das Mikrofon 6 und der Analysator 8 sind als Komponenten der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems 12 ausgebildet. Der Stellantrieb 2, das Steuergerät 4 und/oder das Messgerät 10 kann bzw. können als mindestens eine weitere Komponente des Systems 12 ausgebildet sein, da damit ebenfalls die Ausführungsform des Verfahrens umgesetzt werden kann.
Das Diagramm aus 2 umfasst eine Abszisse 14, entlang der die Zeit aufgetragen ist, und eine Ordinate 16, entlang der eine Intensität und/oder Amplitude eines akustischen Signals und somit von Schall aufgetragen ist.
Beim Betrieb des Stellantriebs 2 wird dieser aufgrund einer Ansteuerung mit dem elektrischen Ausgangssignal des Steuergeräts 4 beaufschlagt, wobei der Stellantrieb 2 ein akustisches Ursignal 18 erzeugt, das sowohl in dem Diagramm aus 2 sowie in dem Flussdiagramm aus 3 dargestellt bzw. angedeutet ist. Dabei kann ein Verlauf des akustischen Ursignals 18 durch die Funktion f_U = A*sin(ω*t) beschrieben werden.
Weiterhin ist vorgesehen, dass dieses akustische Ursignal 18 von dem Mikrofon 6 erfasst und von dem Analysator 8 analysiert und/oder ausgewertet wird. Darauf basierend wird von dem Steuergerät 4 ein elektrisches Steuersignal erzeugt, mit dem der Stellantrieb 2 angesteuert wird. Daraus resultiert ein akustisches Gegensignal 20, das sowohl in dem Diagramm aus 2 sowie in dem Flussdiagramm aus 3 dargestellt bzw. angedeutet ist. Dabei kann ein Verlauf des akustischen Gegensignals 20 durch die Funktion f_G = A*sin(ω*t+180°) beschrieben werden.
Das ursprünglich verursachte akustische Ursignal 18 und das erzeugte akustische Gegensignal 20 werden addiert (3) und löschen sich dadurch gegenseitig aus, woraus resultiert, dass der Stellantrieb 2 zumindest geräuscharm, ggf. geräuschlos betrieben werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10329037 A1 [0003]
DE 102011017226 A1 [0004]
DE 102013100982 A1 [0005]

Claims

Verfahren zum Einstellen eines elektrischen Stellantriebs (2), wobei bei einem Betrieb des elektrischen Stellantriebs (2) ein akustisches Ursignal (18) verursacht wird, wobei dieses Ursignal (18) erfasst und dessen Verlauf analysiert wird, wobei von dem elektrischen Stellantrieb (2) zusätzlich ein akustisches Gegensignal (20) erzeugt wird, das einen zu dem Ursignal (18) invertierten Verlauf aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Ursignal (18) gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Ursignal (18) ausgewertet wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem Frequenzbänder des Ursignals (18) ermittelt werden, wobei ein Verlauf von Phasen der Frequenzbänder des Ursignals (18) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem zum Erzeugen des Gegensignals (20) ein zum Verlauf der Phasen der Frequenzbänder des Ursignals (18) invertierter Verlauf für Phasen von Frequenzbändern verwendet wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem der Stellantrieb (2) mit einem elektrischen Steuersignal (4) angesteuert wird, woraus das Gegensignal (20) resultiert.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, das für einen Stellantrieb (2) eines Kraftfahrzeugs durchgeführt wird.
System zum Einstellen eines elektrischen Stellantriebs (2), der bei seinem Betrieb ein akustisches Ursignal (18) verursacht, wobei das System (12) einen Analysator (8) und ein Steuergerät (4) aufweist, wobei der Analysator (8) dazu ausgebildet ist, das Ursignal (18) zu analysieren, wobei das Steuergerät (4) dazu ausgebildet ist, ein elektrisches Steuersignal zu erzeugen und den Stellantrieb (2) damit anzusteuern, wobei der Stellantrieb (2) dazu ausgebildet ist, ein akustisches Gegensignal (20) zu erzeugen, das einen zu dem Ursignal (18) invertierten Verlauf aufweist.
System nach Anspruch 8, das mindestens einen Sensor aufweist, der dazu ausgebildet ist, das Ursignal (18) zu erfassen und dem Analysator (8) bereitzustellen.
System nach Anspruch 9, bei dem der mindestens eine Sensor als Mikrofon (6) ausgebildet ist.