DE102020206311A1 - Method for influencing the sound emission of a drive train operated by an electric motor - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Beeinflussung einer Schallemission eines elektromotorisch betriebenen Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, wobei der Antriebsstrang ein Schallreduktionssystem (1) aufweist, wobei die Schallemission des Antriebsstrangs zumindest teilweise über das Schallreduktionssystems (1) mittels destruktiver Interferenz kompensiert wird, wobei die Kompensation der Schallemission in Abhängigkeit von einer Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs und/oder von den Lichtverhältnissen der Umgebung des Kraftfahrzeugs und/oder von Ortsgegebenheiten und/oder von Umgebungsgegebenheiten erfolgt.A method for influencing a sound emission of an electric motor-operated drive train of a motor vehicle, the drive train having a sound reduction system (1), the sound emission of the drive train being at least partially compensated for by means of the sound reduction system (1) by means of destructive interference, the compensation of the sound emission depending on a Speed of the motor vehicle and / or from the light conditions of the surroundings of the motor vehicle and / or from local conditions and / or from environmental conditions.
Description
Gebiet der ErfindungField of invention
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beeinflussung einer Schallemission eines elektromotorisch betriebenen Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs.The present invention relates to a method for influencing a sound emission of an electric motor-operated drive train of a motor vehicle.
Stand der TechnikState of the art
Im Hinblick auf eine maximale Effizienz, insbesondere bei „BEVs“ („battery electric vehicle“), ist es notwendig Verluste zu minimieren und wenn möglich Hauptverlusterzeuger zu eliminieren. Dies hätte einen Anstieg der Gesamteffizienz, repräsentiert durch eine höhere Reichweite, zur Folge. Die Bewertung und Bemessung eines solchen Antriebs bzw. Kraftfahrzeugs erfolgt im „WLTP“ („worldwide harmonized light vehicles test procedure“)-Fahrzyklus. Dieser ermöglicht es verbrauchsbezogene Betrachtungen zwischen unterschiedlichen Kraftfahrzeugen anzustellen. Neben der Optimierung der elektrischen- und/oder elektronischen Komponenten, ist es sinnvoll die Mechanik des Antriebsystems, respektive das Getriebe zu analysieren und Verlusterzeuger zu identifizieren. Lager, Dichtungen und formschlüssige Maschinenelemente zur Leistungsübertragung, wie zum Beispiel Zahnräder oder Ketten, zählen neben dem Planschen zu den Hauptverlustverursachern eines Getriebes. Für die Minimierung der mechanischen Verluste ist eine ganzheitliche Optimierung aller Getriebekomponenten notwendig, zum Beispiel durch Punkt- statt Linienkontakt bei Wälzlagern, dem Einsatz einer Labyrinthdichtung anstatt einer Lippendichtung und dem Einsatz von Geradverzahnungen anstatt von Schrägverzahnungen bei Zahnradgetrieben. Durch den Einsatz einer Geradverzahnung reduzieren sich die auftretenden Lagerbelastungen um die Axialkomponente, was bei der Auswahl der Getriebelagerung wesentliche Vorteile auf unter anderem die Lagergröße hat. Nachteilig ist jedoch, die mit sinkendem Verzahnungsschrägungswinkel steigende Geräuschemission. Diese wird durch Körper- und in weiterer Folge Luftschall repräsentiert. Das System zur Erzeugung von destruktiver Interferenz, bildet zu jeder vom Zahneingriff erzeugten, eine gleich große, jedoch invertierte Amplitude. Bei Überlagerung der beiden Wellenberge bzw. Wellentäler, kommt es zur Auslöschung dieser und als Resultat zu einem geräuscharmen Getriebelauf.In order to achieve maximum efficiency, especially in the case of “BEVs” (“battery electric vehicles”), it is necessary to minimize losses and, if possible, to eliminate the main loss generators. This would result in an increase in overall efficiency, represented by a greater range. The assessment and dimensioning of such a drive or motor vehicle takes place in the “WLTP” (“worldwide harmonized light vehicles test procedure”) driving cycle. This enables consumption-related observations to be made between different motor vehicles. In addition to optimizing the electrical and / or electronic components, it makes sense to analyze the mechanics of the drive system or the gearbox and identify sources of losses. Bearings, seals and form-fitting machine elements for power transmission, such as gears or chains, are among the main causes of loss in a transmission, in addition to splashing. To minimize mechanical losses, holistic optimization of all transmission components is necessary, for example through point instead of line contact for roller bearings, the use of a labyrinth seal instead of a lip seal and the use of straight teeth instead of helical teeth in gear drives. The use of straight teeth reduces the bearing loads that occur by the axial component, which has significant advantages when selecting the gearbox bearing, including the size of the bearing. However, it is disadvantageous that the noise emission increases as the helix angle decreases. This is represented by structure-borne and subsequently air-borne noise. The system for generating destructive interference creates an equally large but inverted amplitude for each of the tooth meshes generated. If the two wave crests or wave troughs overlap, these are extinguished and the result is low-noise gear operation.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Es ist eine Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Beeinflussung einer Schallemission eines elektromotorisch betriebenen Antriebsstrangs anzugeben, bei dem man durch bewusste Kompensation/Nicht-Kompensation der Schallemission unter definierten Bedingungen auf einfache Art und Weise eine Funktionserweiterung erreicht.It is an object of the invention to specify a method for influencing a sound emission of an electric motor-operated drive train, in which a function expansion is achieved in a simple manner by conscious compensation / non-compensation of the sound emission under defined conditions.
Dieser Bedarf kann durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß dem unabhängigen ersten Anspruch gedeckt werden. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.This need can be met by the subject matter of the present invention according to the independent first claim. Advantageous embodiments of the present invention are described in the dependent claims.
Das erfindungsgemäße Verfahren findet in einem elektromotorischen betriebenen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs Anwendung und dient der bewussten Beeinflussung einer Schallemission dieses elektromotorisch betriebenen Antriebsstrangs.The method according to the invention is used in an electromotive drive train of a motor vehicle and is used to consciously influence a sound emission of this electromotive drive train.
Der Antriebsstrang weist erfindungsgemäß ein Schallreduktionssystem auf, über das die Schallemission des Antriebsstrangs aktiv mittels destruktiver Interferenz zumindest teilweise kompensiert wird.According to the invention, the drive train has a noise reduction system by means of which the noise emission of the drive train is actively at least partially compensated for by means of destructive interference.
Die Schallemission wird erfindungsgemäß in Abhängigkeit von einer Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs und/oder von den Lichtverhältnissen der Umgebung des Kraftfahrzeugs und/oder von Ortsgegebenheiten und/oder von Umgebungsgegebenheiten zumindest teilweise kompensiert.According to the invention, the sound emission is at least partially compensated for as a function of a speed of the motor vehicle and / or of the light conditions in the surroundings of the motor vehicle and / or of local conditions and / or of environmental conditions.
Bevorzugt wird die Schallemission des Antriebsstrangs bei einer Geschwindigkeit bis zu 30 km/h über das Schallreduktionssystem zumindest teilweise nicht kompensiert wird, sondern zumindest teilweise emittiert.The sound emission of the drive train at a speed of up to 30 km / h is preferably not at least partially compensated by the sound reduction system, but at least partially emitted.
Weiterhin bevorzugt wird zumindest ein definiertes Frequenzspektrum der Schallemission des Antriebsstrangs über das Schallreduktionssystem zumindest teilweise nicht kompensiert, sondern zumindest teilweise emittiert.Furthermore, at least one defined frequency spectrum of the sound emission of the drive train is preferably at least partially not compensated by the sound reduction system, but at least partially emitted.
FigurenlisteFigure list
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
-
1 zeigt schematisch einen Teil eines elektromotorisch betriebenen Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs. -
2a zeigt schematisch einen Teil eines inaktiven Schallreduktionssystems. -
2b zeigt schematisch einen Teil eines aktiven Schallreduktionssystems. -
3 zeigt ein Flussdiagramm zu einem Schleich-Modus. -
4 zeigt ein Flussdiagramm zu einem Inkognito-Modus.
-
1 shows schematically part of an electric motor-operated drive train of a motor vehicle. -
2a shows schematically part of an inactive noise reduction system. -
2 B shows schematically part of an active noise reduction system. -
3 shows a flowchart for a creep mode. -
4th shows a flowchart for an incognito mode.
Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention
Die Basis des erfindungsgemäßen Verfahrens stellt ein elektromotorisch betriebener Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einem Schallreduktionssystem
Das Schallreduktionssystem
Auf Basis dieser Grundfunktion, nämlich jener der destruktiven Interferenz, wird der Funktionsumfang des Antriebsstrangs mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erweitert. Dies soll durch Kombination mit anderen bereits im Kraftfahrzeug befindlichen Systemen ermöglicht werden.On the basis of this basic function, namely that of destructive interference, the functional scope of the drive train is expanded by means of the method according to the invention. This should be made possible by combining it with other systems already in the motor vehicle.
Eine mögliche Funktionserweiterung der Grundfunktion (ohne Kombination mit anderen im Kraftfahrzeug befindlichen Systemen) stellt die Implementierung eines „Acoustic Vehicle Alert Systems“ dar. Das System soll dabei im europäischen Raum bis 20 km/h und im amerikanischen Raum bis 30 km/h Passanten vor einem herannahenden elektromotorisch betriebenen Kraftfahrzeug warnen. Dabei könnte bei einer nicht vollständigen Kompensation der Schallemissionen des Antriebsstrangs, also bis zu einer festgelegten Grenze, ein solches „Advanced Driver Assistant System“ (ADAS) realisiert werden.The implementation of an "Acoustic Vehicle Alert System" represents a possible functional expansion of the basic function (without combination with other systems in the vehicle). The system is intended to present pedestrians in Europe up to 20 km / h and in America up to 30 km / h Warn an approaching motor vehicle operated by an electric motor. Such an “Advanced Driver Assistant System” (ADAS) could be implemented if the noise emissions of the drive train are not fully compensated, ie up to a specified limit.
Dafür würden folgende Komponenten benötigt werden (
- Die momentane Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs wird einem ADAS-
Steuergerät 4 mittels einem in jedem Kraftfahrzeug vorhandenen CAN-Datenbus Signals mitgeteilt. Dies erfolgt über die Kommunikation einesKraftfahrzeugsteuergeräts 5 , das über Parameter wie Fahrgeschwindigkeit, Gaspedalstellung, Temperatur etc. verfügt, mit dem ADAS-Steuergerät 4 . Der physische Kontakt derSteuergeräte 4 ,5 erfolgt dabei über konventionelle im Kraftfahrzeug-Bereich gängige Kabel-Stecker Verbindungen.
- The current driving speed of the motor vehicle is transmitted to an ADAS control unit
4th communicated by means of a CAN data bus signal present in every motor vehicle. This takes place via the communication of a motorvehicle control device 5 , which has parameters such as driving speed, accelerator pedal position, temperature, etc., with the ADAS control unit4th . The physical contact of the control units4th ,5 takes place via conventional cable-plug connections common in the motor vehicle sector.
Die Funktionsweise des „Acoustic Vehicle Alert Systems“ ist wie folgt:
- Das ADAS-
Steuergerät 4 erhält über den CAN-Datenbus vomKraftfahrzeugsteuergerät 5 immer die aktuelle Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs. Wird die Grenze von 20 km/h bzw. 30 km/h unterschritten, so wird dasSchallreduktionssystem 1 inaktiv gestellt, sprich die Geräuschemissionen des Kraftfahrzeugs werden nicht vollständig unterbunden. Dabei erfolgt die Kommunikation zwischen demSchallreduktionssystem 1 und dem ADAS-Steuergerät 4 via CAN-Datenbus über die physische Kabel-Stecker Verbindung.
- The ADAS control unit
4th received from the vehicle control unit via the CANdata bus 5 always the current driving speed of the motor vehicle. If the limit of 20 km / h or 30 km / h is not reached, the noise reduction system is activated1 set inactive, i.e. the noise emissions of the motor vehicle are not completely prevented. Communication takes place between thenoise reduction system 1 and the ADAS control unit4th via CAN data bus via the physical cable-connector connection.
Auch wäre ein Hinweis auf das Fahrverhalten, wie beispielsweise ein Beschleunigen oder Verzögern, automatisch erfüllt, was sich bei künstlich erzeugter Soundgenerierung eines elektromotorisch betriebenen Kraftfahrzeugs oftmals als schwierig gestaltet. Dabei wäre folgende Funktionsweise denkbar (
Das ADAS-Steuergerät
Bei einem weiteren denkbaren Anwendungsszenario des Verfahrens werden bestimmte Frequenzspektren der Schallemission des Antriebsstrangs nicht eliminiert, sondern bewusst emittiert. Durch zum Beispiel eine Überlagerung mit einem definierten Frequenzspektrum (hinterlegt im ADAS-Steuergerät
- Wird diese im Kraftfahrzeug verbaute Funktion beispielsweise seitens des Kraftfahrzeugfahrers ausgewählt, wird die oben genannte Funktion aktiviert. Dabei wird zum einen die aktuelle Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs via CAN-
Datenbus vom Kraftfahrzeugsteuergerät 5 an das ADAS-Steuergerät 4 übermittelt und zum anderen das hinterlegte Frequenzspektrum im ADAS-Steuergerät 4 herangezogen. Ein Prozessor im ADAS-Steuergerät 4 errechnet dann,wann das Schallreduktionssystem 1 aktiv oder inaktiv sein muss, um den gewünschten Effekt einer teilweisen Schalleliminierung bzw. einer Schallwellenüberlagerung zu erreichen.
- If this function built into the motor vehicle is selected, for example by the motor vehicle driver, the above-mentioned function is activated. On the one hand, the current driving speed of the motor vehicle is obtained from the motor vehicle control unit via the
CAN data bus 5 to the ADAS control unit4th and on the other hand the stored frequency spectrum in the ADAS control unit4th used. A processor in the ADAS control unit4th then calculates when thenoise reduction system 1 must be active or inactive in order to achieve the desired effect of partial noise elimination or sound wave superposition.
Eine weitere Option für die Erweiterung des Funktionsumfanges in Kombination mit anderen im Fahrzeug verbauten Systemen wäre einen Schleich-Modus für verkehrsberuhigte Zonen bzw. in Wohngebieten zu realisieren. Dabei können unter anderem GPS-Daten eines Navigationssystems
Die genaue Funktionsweise ist wie folgt:
- Der Schleich-Modus wird automatisch aktiviert. Dabei werden vom ADAS-
Steuergerät 4 via CAN-Datenbus permanent GPS-Daten vom Navigationssystem 6 abgefragt. Des Weiteren erfolgt eine simultane Abfrage via CAN-Datenbus über die seitens des CCD-Sensors 7 der Lichtautomatik bestimmte Helligkeit. Sobald eines der beiden Systeme,nämlich das Navigationssystem 6 und/oder der CCD-Sensor 7 , einen definierten Wahrheitswert ergeben, also sich das Kraftfahrzeug beispielsweise in einer Wohngegend befindet und/oder es dunkel wird/ist, sendet das ADAS-Steuergerät 4 via CAN-Datenbus ein „aktiv“Signal zum Schallreduktionssystem 1 . Es kommt zur vollständigen Auslöschung der Geräuschemissionen und das Kraftfahrzeug fährt nahezu geräuschlos - zu hören sind nur noch Abrollgeräusche der Reifen des Kraftfahrzeugs. Befindet sich das Kraftfahrzeug jedoch nicht in einer Wohngegend, sprich aus den GPS-Daten des Navigationssystems6 ergibt sich kein Wahrheitswert und/oder aus den seitens des CCD-Sensors 7 erfassten Daten ergibt sich, dass es hell ist, so wird der Schleich-Modus deaktiviertund das Schallreduktionsystem 1 auf inaktiv gesetzt.
- The creep mode is activated automatically. The ADAS control unit
4th Permanent GPS data from the navigation system via CAN data bus6th queried. In addition, there is a simultaneous query via the CAN data bus from the CCD sensor7th the brightness determined by the automatic light. As soon as one of the two systems, namely the navigation system6th and / or the CCD sensor7th , result in a defined truth value, that is, the motor vehicle is, for example, in a residential area and / or it is / is getting dark, the ADAS control unit sends4th an "active" signal to the noise reduction system via theCAN data bus 1 . The noise emissions are completely eliminated and the motor vehicle drives almost silently - only the rolling noises of the vehicle's tires can be heard. However, if the motor vehicle is not in a residential area, i.e. from the GPS data of the navigation system6th there is no truth value and / or from the CCD sensor7th recorded data shows that it is bright, so the creep mode is deactivated and thenoise reduction system 1 set to inactive.
Es wäre auch denkbar in Kombination mit einem optischen Erfassungssystem, wie beispielsweise einer Kamera
Die genaue Funktionsweise ist wie folgt (
- Der Inkognito-Modus wird automatisch aktiviert. Dabei werden vom ADAS-
Steuergerät 4 via CAN-Datenbus permanent definierte Daten von derKamera 8 abgefragt. Wird kein Hindernis, wie beispielsweise ein Passant,von der Kamera 8 erfasst, so ergibt sich kein Wahrheitswert und das ADAS-Steuergerät 4 sendet via CAN-Datenbus ein „aktiv“-Signal zum Schallreduktionsystem 1 . Die seitens des Antriebsstrangs emittierten Schallwellen werden ausgelöscht und das Kraftfahrzeug fährt nahezu geräuschlos. Sobald vom optischen System,der Kamera 8 , ein definiertes Hindernis, wie beispielsweise ein Passant, erkannt wird, sendet dieKamera 8 ein entsprechendes Signal zum ADAS-Steuergerät 4 . Dieses wiederum sendet ein „inaktiv“-Signal zum Schallreduktionssystem1 - die Geräusche des Antriebsstrangs werden emittiert und Passanten so akustisch gewarnt.
- Incognito mode is activated automatically. The ADAS control unit
4th Permanently defined data from the camera via CAN data bus8th queried. Will not be an obstacle, such as a passerby, from the camera8th detected, there is no truth value and the ADAS control unit4th sends an "active" signal to the noise reduction system via theCAN data bus 1 . The sound waves emitted by the drive train are extinguished and the motor vehicle drives almost silently. As soon as the optical system, the camera8th , a defined obstacle, such as a passer-by, is detected, the camera sends8th a corresponding signal to the ADAS control unit4th . This in turn sends an "inactive" signal to the noise reduction system1 - The noises of the drive train are emitted and passers-by are warned acoustically.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- SchallreduktionssystemSound reduction system
- 22
- AktuatorActuator
- 33
- Membranmembrane
- 44th
- ADAS-SteuergerätADAS control unit
- 55
- KraftfahrzeugsteuergerätVehicle control unit
- 66th
- Navigationssystemnavigation system
- 77th
- CCD-SensorCCD sensor
- 88th
- Kameracamera
Claims (3)
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DE102020206311.7A DE102020206311A1 (en) | 2020-05-19 | 2020-05-19 | Method for influencing the sound emission of a drive train operated by an electric motor |
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DE (1) | DE102020206311A1 (en) |
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