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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zur Reduzierung von Schwingungen eines Fahrzeugs.
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Ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug weist eine elektrische Maschine auf, die eingerichtet ist, das Fahrzeugs anzutreiben und/oder zu verzögern. Während des Betriebs des Fahrzeugs kann es, insbesondere aufgrund von Anregungen der von dem Fahrzeug befahrenen Fahrbahn, zu Schwingungen von ein oder mehreren Komponenten des Fahrzeugs kommen, die von einem Nutzer des Fahrzeugs ggf. als unangenehm empfunden werden.
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Das Fahrzeug kann ein oder mehrere Maßnahmen aufweisen, die dafür ausgelegt sind, derartige Schwingungen zu reduzieren. Beispielhafte Maßnahmen sind Impedanzmassen, Schwingungstilger, Gummilager, etc. Diese Maßnahmen sind jedoch typischerweise mit einem zusätzlichen Gewicht und einem zusätzlichen Bauraumbedarf verbunden.
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Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, Schwingungen von ein oder mehreren Fahrzeug-Komponenten eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs in effizienter und zuverlässiger Weise zu reduzieren.
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Die Aufgabe wird durch jeden der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können.
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Gemäß einem Aspekt wird eine Vorrichtung zur Reduzierung einer Schwingung einer Fahrzeug-Komponente eines (Kraft-) Fahrzeugs beschrieben. Das Fahrzeug kann eine Insassenkabine für ein oder mehrere Insassen aufweisen. Die Schwingung der Fahrzeug-Komponente kann für einen Insassen der Insassenkabine wahrnehmbar, insbesondere hörbar, sein. Die Schwingung der Fahrzeug-Komponente kann durch die von dem Fahrzeug befahrene Fahrbahn angeregt werden (über die ein oder mehreren Räder des Fahrzeugs). Die Fahrzeug-Komponente kann z.B. eine schwingungsfähige Fläche (etwa ein Blech oder eine Kunststoffplatte) aufweisen. Die Fahrzeug-Komponente kann an der Karosserie des Fahrzeugs angeordnet und/oder befestigt sein.
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Das Fahrzeug umfasst zumindest eine elektrische Antriebsmaschine. Die Antriebsmaschine kann ggf. direkt an der Karosserie des Fahrzeugs gelagert sein.
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Alternativ kann die Antriebsmaschine kann an einem Achsträger gelagert sein, wobei der Achsträger an der Karosserie des Fahrzeugs gelagert ist. Alternativ kann die Antriebsmaschine an einem Radträger eines mit der Antriebsmaschine gekoppelten Rades gelagert sein, wobei der Radträger typischerweise an der Karosserie des Fahrzeugs gelagert ist. Insbesondere kann der Radträger über die Radaufhängung und dem Achsträger zur Karosserie des Fahrzeugs gelagert sein. Die mechanische Kopplung zwischen der Antriebsmaschine und dem Rad kann die Übertragung eines Drehmoments von der Antriebsmaschine auf das Rad (und/oder in umgekehrter Richtung) ermöglichen. Die Antriebsmaschine kann derart im Fahrzeug angeordnet sein, dass die Achse der Antriebsmaschine entlang der Querachse des Fahrzeugs verläuft (z.B. zwischen einem rechten und einem linken Rad des Fahrzeugs). Die Querachse des Fahrzeugs ist typischerweise senkrecht zu der Längsachse des Fahrzeugs und senkrecht zu der Hochachse des Fahrzeugs angeordnet.
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Die Vorrichtung ist eingerichtet, Schwingungsdaten in Bezug auf die Schwingung der Fahrzeug-Komponente zu ermitteln. Die Schwingungsdaten können die Amplitude und/oder die Frequenz der Schwingung der Fahrzeug-Komponente anzeigen.
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Die Schwingungsdaten können anhand von ein oder mehreren Fahrzeugsensoren erfasst werden. Ein beispielhafter Fahrzeugsensor ist ein Mikrofon, das z.B. in der Insassenkabine des Fahrzeugs angeordnet ist. Ein weiterer beispielhafter Fahrzeugsensor ist ein Beschleunigungssensor, der z.B. an der Antriebsmaschine, an dem Achsträger zum Tragen der Antriebsmaschine, an der Karosserie des Fahrzeugs und/oder an dem Radträger für das mit der Antriebsmaschine gekoppelte Rad angeordnet ist.
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Die Vorrichtung ist ferner eingerichtet, auf Basis der Schwingungsdaten ein Kompensationsmoment zur Reduzierung der Schwingung der Fahrzeug-Komponente zu ermitteln. Dabei können insbesondere ein oder mehrere Parameter des Kompensationsmoments auf Basis der Schwingungsdaten ermittelt werden. Die ein oder mehreren Parameter des Kompensationsmoments können die Amplitude und/oder die Frequenz (oder die Periodendauer) des Kompensationsmoments umfassen.
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Des Weiteren ist die Vorrichtung eingerichtet, zu bewirken, dass von der Antriebsmaschine ein Gesamtmoment erbracht wird, wobei das Gesamtmoment das für den Fahrbetrieb des Fahrzeugs zu erbringende Fahrbetriebsmoment umfasst, das mit dem Kompensationsmoment überlagert ist. Das von der Antriebsmaschine erbrachte Gesamtmoment kann insbesondere der Summe bzw. der Überlagerung aus dem Fahrbetriebsmoment und dem Kompensationsmoment entsprechen. Dabei kann durch das Kompensationsmoment eine relativ hochfrequente Oszillation des Fahrbetriebsmoments bewirkt werden. Insbesondere kann das Kompensationsmoment einen zeitlichen Mittelwert von Null aufweisen, und kann ausgebildet sein, mit einer bestimmten Frequenz um den Nullwert zu oszillieren.
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Das Fahrbetriebsmoment kann von dem Fahrer über ein Steuerelement, insbesondere über ein Fahrpedal, und/oder von einer Fahrfunktion zur automatisierten Längsführung des Fahrzeugs vorgegeben worden sein. Ferner kann das Fahrbetriebsmoment ein Antriebsmoment zum Antrieb des Fahrzeugs und/oder ein Rekuperationsmoment zur Verzögerung des Fahrzeugs umfassen.
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Es wird somit eine Vorrichtung beschrieben, die ausgebildet ist, während des Fahrbetriebs des Fahrzeugs das für den Fahrbetrieb (zur Beschleunigung oder zur Verzögerung) bewirkte Fahrbetriebsmoment der ein oder mehreren elektrischen Antriebsmaschinen des Fahrzeugs mit einem Kompensationsmoment zu überlagern, um eine erkannte Schwingung einer Fahrzeug-Komponente zu reduzieren (z.B. zu dämpfen und/oder zu tilgen). Die Vorrichtung ermöglicht es somit, die ein oder mehreren elektrischen Antriebsmaschinen des Fahrzeugs als aktive Schwingungstilger zu verwenden (ohne dabei die auf den Fahrbetrieb des Fahrzeugs gerichtete Aufgabe der ein oder mehreren Antriebsmaschinen zu beeinträchtigen). So kann eine besonders effiziente und zuverlässige Reduktion von Schwingungen in einem Fahrzeug bewirkt werden.
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Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, wiederholt, an einer Sequenz von aufeinanderfolgenden Zeitpunkten, jeweils aktuelle Schwingungsdaten zu ermitteln. Das Kompensationsmoment kann dann wiederholt an die jeweils aktuellen Schwingungsdaten angepasst werden. So kann eine dauerhafte Reduzierung der Fahrzeug-Schwingungen bewirkt werden.
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Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, auf Basis der Schwingungsdaten ein oder mehrere Istwerte (z.B. einen Istpegel) der Schwingung der Fahrzeug-Komponente zu ermitteln und mit ein oder mehreren entsprechenden Sollwerten (z.B. einem Sollpegel) zu vergleichen, um einen Regelfehler zu ermitteln. Die Vorrichtung kann ferner eingerichtet sein, auf Basis des Regelfehlers anhand eines (P, I und/oder D-) Reglers Parameterwerte für die ein oder mehreren Parameter des Kompensationsmoments zu ermitteln. Dies kann an einer Sequenz von aufeinanderfolgenden Zeitpunkten wiederholt werden.
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Es kann somit ein Regelkreis verwendet werden, um das Kompensationsmoment an die jeweils erfasste Schwingung der Fahrzeug-Komponente anzupassen. So kann eine besonders robuste und zuverlässige Reduzierung von Fahrzeug-Schwingungen bewirkt werden.
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Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, das Kompensationsmoment, insbesondere die Amplitude und/oder die Frequenz des Kompensationsmoments, derart zu ermitteln, dass aufgrund der Trägheit des Momentenübertragungssystems zwischen der Antriebsmaschine und dem mit der Antriebsmaschine gekoppelten Rad, das Kompensationsmoment nicht zu einer (für den Nutzer des Fahrzeugs wahrnehmbaren) Variation der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs führt. Die Amplitude und/oder die Frequenz des Kompensationsmoments können somit von der Trägheit des Momentenübertragungssystems abhängen. Dabei kann die Frequenz derart ermittelt werden, dass eine bestimmte Mindestfrequenz (z.B. 10Hz) nicht unterschritten wird. Alternativ oder ergänzend kann die Amplitude derart ermittelt werden, dass eine bestimmte Maximalamplitude nicht überschritten wird. Die mögliche Maximalamplitude kann von der ermittelten Frequenz des Kompensationsmoments abhängen (und steigt typischerweise mit steigender Frequenz an).
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Alternativ oder ergänzend kann die Vorrichtung eingerichtet sein, das Kompensationsmoment, insbesondere die Amplitude und/oder die Frequenz des Kompensationsmoments, derart zu ermitteln, dass durch das Kompensationsmoment eine Dreh- und/oder Nickschwingung der Antriebsmaschine um die Radachse des mit der Antriebsmaschine gekoppelten Rades bewirkt wird. Diese Dreh- und/oder Nickschwingung der Antriebsmaschine kann über den Träger der Antriebsmaschine an die Fahrzeug-Komponente übertragen werden, um die Schwingung der Fahrzeug-Komponente zu dämpfen und/oder zu tilgen.
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Das Kompensationsmoment kann somit ausgebildet sein, eine Schwingung der Antriebsmaschine zu bewirken, die sich nicht auf die Längsbewegung des Fahrzeugs auswirkt und/oder die zur Dämpfung und/oder Tilgung der Schwingung der Fahrzeug-Komponente genutzt werden kann. So kann eine besonders komfortable Schwingungs-Reduktion bewirkt werden.
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Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, Radschlupfdaten in Bezug auf den Radschlupf eines mit der Antriebsmaschine gekoppelten (und von der Antriebsmaschine angetriebenen) Rades zu ermitteln. Die Radschlupfdaten können z.B. anhand einer Radschlupfschätzung ermittelt werden (die z.B. im Rahmen von ABS (Antiblockiersystem) durchgeführt wird). Das Kompensationsmoment, insbesondere die ein oder mehreren Parameter des Kompensationsmoments, kann dann (auch) in Abhängigkeit von den Radschlupfdaten ermittelt werden, insbesondere derart, dass der durch das Kompensationsmoment bewirkte Radschlupf einen vordefinierten Radschlupf-Schwellenwert nicht übersteigt. Durch die Berücksichtigung von Radschlupfdaten bei der Ermittlung des Kompensationsmoments können der Komfort und die Stabilität des Fahrbetriebs des Fahrzeugs weiter erhöht werden.
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Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, Reibwertdaten in Bezug auf den Reibwert der von dem Fahrzeug befahrenen Fahrbahn zu ermitteln. Die Reibwertdaten können durch eine Reibwertschätzung ermittelt werden. Die Reibwertdaten können z.B. die Kraft und/oder das Moment anzeigen, die bzw. das höchstens zwischen dem Rad und der Fahrbahn übertragen werden können, bevor eine Haftreibung zwischen Rad und Fahrbahn aufgehoben wird. Die Amplitude des Kompensationsmoments kann in Abhängigkeit von den Reibwertdaten begrenzt werden. So können der Komfort und die Stabilität des Fahrbetriebs des Fahrzeugs weiter erhöht werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein (Straßen-) Kraftfahrzeug (insbesondere ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen oder ein Bus oder ein Motorrad) beschrieben, das die in diesem Dokument beschriebene Vorrichtung umfasst.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Reduzierung einer Schwingung einer Fahrzeug-Komponente (z.B. eines Blechs) eines (Kraft-) Fahrzeugs beschrieben, wobei das Fahrzeug zumindest eine elektrische Antriebsmaschine zum Antrieb (von ein oder mehreren Rädern) des Fahrzeugs umfasst.
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Das Verfahren umfasst das Ermitteln von Schwingungsdaten in Bezug auf die Schwingung der Fahrzeug-Komponente, sowie das Ermitteln, auf Basis der Schwingungsdaten, eines Kompensationsmoments zur Reduzierung der Schwingung der Fahrzeug-Komponente. Außerdem umfasst das Verfahren das Bewirken, dass von der Antriebsmaschine ein Gesamtmoment erbracht wird, welches das für den Fahrbetrieb des Fahrzeugs zu erbringende Fahrbetriebsmoment umfasst, das mit dem Kompensationsmoment überlagert ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Software (SW) Programm beschrieben. Das SW Programm kann eingerichtet werden, um auf einem Prozessor (z.B. auf einem Steuergerät eines Fahrzeugs) ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Speichermedium beschrieben. Das Speichermedium kann ein SW Programm umfassen, welches eingerichtet ist, um auf einem Prozessor ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
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Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Des Weiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Ferner sind in Klammern aufgeführte Merkmale als optionale Merkmale zu verstehen.
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Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen
- 1 ein beispielhaftes Fahrzeug mit einer elektrischen Antriebsmaschine;
- 2 eine beispielhafte Lagerung der elektrischen Antriebsmaschine eines Fahrzeugs;
- 3a beispielhafte Schwingungen einer elektrischen Antriebsmaschine um die Motorachse;
- 3b eine beispielhafte Überlagerung des Antriebsmoments mit einem Kompensationsmoment;
- 3c einen beispielhaften Regelkreis zur Einstellung des Kompensationsmoments; und
- 4 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Reduzierung der Schwingungen einer Fahrzeug-Komponente.
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Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der effizienten und zuverlässigen Reduzierung von Schwingungen einer Fahrzeug-Komponente eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs. In diesem Zusammenhang zeigt 1 ein beispielhaftes Fahrzeug 100 mit einer elektrischen Antriebsmaschine 102, die eingerichtet ist, ein oder mehrere Räder 104 des Fahrzeugs 100 anzutreiben. Der Nutzer, insbesondere der Fahrer, des Fahrzeugs 100 kann über ein Steuerelement 103, z.B. über ein Fahrpedal, ein bestimmtes Antriebsmoment anfordern. Das von dem Steuerelement 103 generierte Steuersignal kann von einer (Steuer-) Vorrichtung 101 des Fahrzeugs 100 ausgewertet werden, und es kann von der Vorrichtung 101 veranlasst werden, dass die elektrische Maschine 102 das angeforderte Antriebsmoment erzeugt. Die elektrische Maschine 102 kann betrieben werden, um das Fahrzeug 100 anzutreiben, um im Rahmen der Fahrzeug-Verzögerung elektrische Energie zu rekuperieren und/oder um den Radschlupf der ein oder mehreren Räder 104 des Fahrzeugs 100 zu begrenzen.
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Während des Betriebs des Fahrzeugs 100 kann es zu Schwingungen und/oder Effekten kommen, die für den Fahrer und/oder für einen Passagier des Fahrzeugs 100 wahrnehmbar und/oder hörbar sind. Dabei wird das schwingungsfähige System „Rad-Radführung-Antrieb-Gesamtfahrzeug“ meist von der Fahrbahn 110 zu einer Schwingung angeregt, auf der das Fahrzeug 100 fährt. Die von der Fahrbahn 110 wirkenden Kräfte können dabei vertikal, in Längsrichtung, und/oder von der Seite auf das Fahrzeug 100 einwirken.
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Das o.g. schwingungsfähige System wird typischerweise schwingungstechnisch ausgelegt. Dabei können Impedanzmassen und/oder Schwingungstilger zum Einsatz kommen, um das System zu verstimmen. Ferner können hydraulisch gedämpfte Gummilager verwendet werden, um Schwingungen einzudämmen, oder es können Struktursteifigkeiten im System erhöht werden.
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Die o.g. schwingungstechnischen Maßnahmen sind typischerweise mit einem relativ hohen Aufwand (in Bezug auf Kosten, Gewicht und/oder Bauraum) verbunden.
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2 zeigt die Karosserie 200 eines Fahrzeugs 100 in einer Draufsicht. Die elektrische Maschine 102 kann über einen (Hinter-) Achsträger 210 mechanisch an der Karosserie 200 angebunden sein. Dabei kann die elektrische Maschine 102 über ein oder mehrere erste Lager 211 an dem Achsträger 210 angebunden sein (z.B. in alle drei Raumrichtungen). Ferner kann der Achsträger 210 über ein oder mehrere zweite Lager 212 an der Karosserie 200 angebunden sein (z.B. in alle drei Raumrichtungen). Die ein oder mehreren Räder 104 des Fahrzeugs 100 sind über jeweils eine Radaufhängung 205 an dem Achsträger 210 befestigt. Ferner sind die ein oder mehreren Räder 104 über eine Radachse 204 mit der elektrischen Maschine 102 mechanisch gekoppelt, sodass über die Radachse 204 ein Antriebsmoment an die ein oder mehreren Räder 104 übertragen werden kann und/oder sodass über die Radachse 204 ein Rekuperationsmoment an die elektrische Maschine 102 übertragen werden kann.
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Das Fahrzeug 100 kann ein oder mehrere Schwingungssensoren 201, 202 umfassen, die eingerichtet sind, Schwingungsdaten in Bezug auf eine Schwingung einer Fahrzeug-Komponente (z.B. eines Blech- oder Kunststoffteils) zu erfassen. Beispielhafte Schwingungssensoren 201, 202 sind ein Mikrofon 201 und/oder ein Beschleunigungssensor 202. Das Mikrofon 201 kann z.B. in oder an der Insassenkabine des Fahrzeugs 100 angeordnet sein. Ein Beschleunigungssensor 202 kann z.B. an dem Achsträger 210 und/oder an einer Radaufhängung 205 und/oder an der elektrischen Maschine 102 angeordnet sein.
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Die (Steuer-) Vorrichtung 101 kann eingerichtet sein, die elektrische Maschine 102 in Abhängigkeit von den Schwingungsdaten zu betreiben. Dabei kann insbesondere ein von der elektrischen Maschine 102 zu erbringendes Kompensationsmoment ermittelt werden, das ausgelegt ist, die durch die Schwingungsdaten angezeigte Schwingung einer Fahrzeug-Komponente zu reduzieren und/oder zumindest teilweise zu kompensieren. Das Kompensationsmoment kann eine bestimmte Amplitude und/oder eine bestimmte Frequenz aufweisen, mit denen das Kompensationsmoment um einen Nullpunkt oszilliert. Die Frequenz des Kompensationsmoments kann dabei von der Frequenz der Schwingung der Fahrzeug-Komponente abhängen. Typischerweise ist die Frequenz des Kompensationsmoments größer als 10Hz, etwa zwischen 10 und 60Hz, und ggf. auch größer als 60Hz.
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Wie weiter oben dargelegt, ist die elektrische Maschine 102 (indirekt über den Achsträger 210) an der Karosserie 200 des Fahrzeugs 100 gelagert. 3a zeigt die elektrische Maschine 102 in einer Seitenansicht entlang der Rad- bzw. Motorachse 204 (z.B. entlang der Querachse des Fahrzeugs 100). Durch ein zeitlich variierendes Kompensationsmoment kann eine Dreh- und/oder Nickschwingung 304 der elektrischen Maschine 102 um die Achse 204 angeregt werden, die über die Lagerung der elektrischen Maschine 102 auf die Karosserie 200 des Fahrzeugs 100 übertragen werden kann, um die Schwingung einer Fahrzeug-Komponente zu reduzieren.
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3b zeigt das von der elektrischen Maschine 102 bewirkte (Gesamt-) Moment 312 als Funktion der Zeit 311. Die elektrische Maschine 102 kann ausgebildet sein, für den Fahrbetrieb des Fahrzeugs 100 ein bestimmtes Fahrbetriebsmoment 313 zu bewirken. Das Fahrbetriebsmoment 313 kann in einer Antriebsphase des Fahrzeugs 100 einem (von dem Fahrer oder von einer Fahrfunktion zur automatisierten Längsführung des Fahrzeugs 100) angeforderten) (positiven) Antriebsmoment entsprechen. In einer Rekuperationsphase kann das Fahrbetriebsmoment 313 einem (negativen) Rekuperationsmoment entsprechen, um das Fahrzeug 100 zu verzögern.
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Das Fahrbetriebsmoment 313 kann mit einem Kompensationsmoment 314 überlagert werden, wobei das Kompensationsmoment 314 mit einer bestimmten Amplitude 316 und/oder mit einer bestimmten Periodendauer 315 (bzw. Frequenz) um das Fahrbetriebsmoment 313 schwingt. Durch das überlagerte Kompensationsmoment 314 kann eine Dreh- und/oder Nickschwingung 304 der elektrischen Maschine 102 bewirkt werden, um eine erkannte Schwingung einer Fahrzeug-Komponente zu reduzieren.
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3c zeigt einen beispielhaften Regelkreis 320 zur Einstellung von ein oder mehreren Parametern 315, 316 (insbesondere der Amplitude 316 und/oder der Periodendauer bzw. Frequenz 315) des Kompensationsmoments 314. Die Vorrichtung 101 kann eingerichtet sein, Sollwerte 321 für ein oder mehrere Eigenschaften (wie z.B. die Amplitude und/oder die Schwingungsenergie) einer erkannten Schwingung einer Fahrzeug-Komponente vorzugeben. Auf Basis der Schwingungsdaten können Istwerte 327 für die ein oder mehreren Eigenschaften der Schwingung der Fahrzeug-Komponente ermittelt werden. Durch Vergleich der Istwerte 327 mit den Sollwerten 321 der ein oder mehreren Schwingungseigenschaften kann ein Regelfehler 322 ermittelt werden.
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Basierend auf dem Regelfehler 322 können anhand eines Reglers 323 (z.B. eines P(roportional), I(ntegral) und/oder D(ifferential) Reglers) ein oder mehrere Stellgrößen 324 ermittelt werden. Die ein oder mehreren Stellgrößen 324 können Parameterwerte für die ein oder mehreren Parameter 315, 316 des Kompensationsmoments 314 umfassen bzw. sein. Die elektrische Maschine 102 kann dann in Abhängigkeit von den ein oder mehreren Stellgrößen 324 betrieben werden. Insbesondere kann die elektrische Maschine 102 veranlasst werden, ein Kompensationsmoment 314 zu bewirken, das die ermittelten Parameterwerte für die ein oder mehreren Parameter 315, 316 aufweist.
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Das von der elektrischen Maschine 102 bewirkte Kompensationsmoment 314 hat einen Einfluss auf das Schwingungssystem „Rad bis Insassenkabine“ des Fahrzeugs 100 (d.h. auf die Regelstrecke 325), auf das typischerweise ein oder mehrere Störgrößen 326 einwirken (z.B. der Fahrwind), und bewirkt so die Istwerte 327 für die ein oder mehreren Eigenschaften der Schwingung der Fahrzeug-Komponente.
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Die in 3c dargestellte Regelung kann wiederholt, insbesondere periodisch, mit einer bestimmten Reglerfrequenz ausgeführt werden, um eine dauerhafte Reduzierung von Schwingungen zu bewirken.
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Die Frequenz des von der elektrischen Maschine 102 bewirkten Kompensationsmoments ist bevorzugt höher als eine bestimmte Mindestfrequenz (z.B. von 10Hz), wobei die Mindestfrequenz von der Trägheit des Systems zwischen Antriebsachse 204, Rad 104 und Fahrbahnoberfläche abhängt. Die Mindestfrequenz kann typsicherweise mit steigender Trägheit des Systems abgesenkt werden.
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Die maximal mögliche Amplitude des Kompensationsmoments 314 kann von dem Reibwert zwischen den ein oder mehreren (angetriebenen) Rädern 104 und der Fahrbahn 110 abhängen. Dabei kann die maximal mögliche Amplitude typischerweise mit steigendem Reibwert erhöht werden. Der Reibwert kann auf Basis der Sensordaten von ein oder mehreren Fahrzeugsensoren ermittelt werden.
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Das elektrische Antriebsmoment 313 des Fahrzeugs 100 kann somit mit einer höherfrequenten Antriebsmomentenschwingung 314 zur aktiven Tilgung für das Schwingungs-Gesamtsystem überlagert werden. Dabei können die Akustik und/oder Schwingungen durch eine gezielte Steuerung und/oder Regelung des Gesamt-Antriebsmoments 313, 314 der ein oder mehreren elektrischen Antriebseinheiten 102 optimiert werden.
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In dem Fahrzeug 100 können z.B. durch ein Mikrofon 201 im Innenraum und/oder durch ein oder mehrere (ggf. vorhandene) Sensoren 202 (z.B. an einem Fahrwerksbauteil, einem Antriebsbauteil und/oder an einem Karosseriebauteil) Schwingungen in ein oder mehreren bestimmten Frequenzen erkannt werden. Beispielsweise kann ein Brummen (z.B. mit ca. 45Hz) erkannt werden, das durch bestimmte Schwingformen des Rad/Achs/Antriebs-Verbundes an die Karosserie 200 und an den Innenraum des Fahrzeugs 100 übertragen wird.
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Das durch die ein oder mehreren Antriebseinheiten 102 erzeugte Gesamt-Antriebsmoment 313, 314 kann gezielt überlagerte Antriebsmomentenschwankungen 314 in der erforderlichen Frequenz auf das Gesamtschwingungssystem übertragen. Durch Verstimmung von Systemfrequenzen und/oder durch Schwingungstilgung kann ein optimiertes Schwingungsverhalten mit verbesserter Innenraumakustik erreicht werden. Die Amplitude 316 und/oder die Frequenz des überlagerten Antriebsmomentes 314 sind variabel stellbar, dabei aber typischerweise durch den Radschlupf begrenzt. Im Rahmen der Einstellung des überlagerten Antriebsmomentes 314 kann ein Abgleich mit der Reifenschlupfregelung erfolgen, um einen besonders stabilen Fahrbetrieb des Fahrzeugs 100 zu gewährleisten.
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Wie beispielhaft in 2 dargelegt, kann die elektrische Maschine 102 elastisch im Hinterachsträger 210 gelagert sein. Eine Straßenanregung kann zu einer Nickschwingung des Hinterachsträgers 210 mit der elektrischen Maschine 102 führen (um die Hinterachse 204). Durch diese Nickschwingung können Geräusche und/oder spürbare Schwingungen entstehen. Der Akustik-Innenraumpegel kann mit einem (ggf. vorhandenen) Mikrofon 201 (z.B. mit dem Mikrofon für die Freisprechanlage) erfasst werden. Als Regelgröße kann z.B. der Mikrofon-Pegel verwendet werden. Es kann eine Frequenzanalyse des erfassten Mikrofonsignals erfolgen. Ferner kann der Regler 323 der elektrischen Maschine 102 im Rahmen einer Regelung verwendet werden. Als Stellgröße 324 kann das überlagerte Antriebsmoment 314 in Frequenz und/oder Amplitude 316 verwendet werden. Die Regelstrecke 325 kann durch das Gesamtschwingsystem von Reifen bis Innenraum des Fahrzeugs 100 gebildet werden.
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Durch die in diesem Dokument beschriebenen Maßnahmen kann gezielt der durch die Nickschwingungen des Achsträgers 210 samt Antriebsmaschine 102 resultierende Innenraumpegel ausgeregelt werden. Dabei kann zur Erfassung des Istwertes 327 der Schwingungen ein Beschleunigungssensor 202 (z.B. am Hinterachsträger 210 oder an der elektrischen Maschine 102) verwendet werden.
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Das Fahrzeug 100 kann einen Radnabenmotor als elektrische Antriebsmaschine 102 aufweisen. In diesem Fall können als Regelgröße die Radschwingungen des Rads 104 verwendet werden, an dem der Radnabenmotor angeordnet ist. Die Erfassung der Schwingungen kann durch einen radnahen Beschleunigungssensor 202 erfolgen (z.B. durch einen Beschleunigungssensor 202 am Radträger). Das Überlagern eines Kompensationsmoments 314 kann dazu verwendet werden, eine Längsschwingung vom Rad-Achs-Verbund zu reduzieren. Die Schwingung kann durch ein oder mehrere Beschleunigungssensoren 202 am Radträger erkannt werden. Es kann dann ein gezieltes Aufbringen von Schwankungen des Gesamt-Antriebsmoment 313, 314 bewirkt werden, um die Schwingung zu bedämpfen und/oder zu tilgen.
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4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines (ggf. Computer-implementierten) Verfahren 400 zur Reduzierung einer Schwingung einer Fahrzeug-Komponente eines Fahrzeugs 100. Die Fahrzeug-Komponente kann eine Schwingung ausführen, die von einem Nutzer des Fahrzeugs 100 wahrnehmbar, insbesondere hörbar, ist. Die Fahrzeug-Komponente kann von der von dem Fahrzeug 100 befahrenen Fahrbahn 110 zu einer Schwingung angeregt werden.
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Das Fahrzeug 100 umfasst zumindest eine elektrische Antriebsmaschine 102. Die elektrische Maschine 102 kann an einem Achsträger 210 oder an einem Radträger des Fahrzeugs 100 gelagert sein. Ferner kann die elektrische Maschine 102 ausgebildet sein, eine Schwingung (insbesondere ein Nick- oder Drehschwingung 304 um die Achse 204 der Maschine 102) über den jeweiligen Träger 210 an die Karosserie 200 des Fahrzeugs 100 zu übertragen. Alternativ oder ergänzend kann die elektrische Maschine 102 ausgebildet sein, über das mit der elektrischen Maschine 102 innerhalb des Antriebsstrangs gekoppelte Rad 104 gegen die von der Fahrbahn 110 einwirkenden Anregungen der Schwingung der Fahrzeug-Komponente und/oder der Schwingung 304 der Antriebsmaschine 102 einzuwirken.
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Das Verfahren 400 umfasst das Ermitteln 401 von Schwingungsdaten in Bezug auf die Schwingung der Fahrzeug-Komponente (anhand von ein oder mehreren Fahrzeugsensoren 201, 202). Die Schwingungsdaten können die Amplitude und/oder die Frequenz und/oder den Pegel der Schwingung der Fahrzeug-Komponente anzeigen. Die Fahrzeug-Komponente kann die elektrische Maschine 102 umfassen oder sein. Alternativ kann die Fahrzeug-Komponente eine andere Komponente als die elektrische Maschine 102 sein.
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Das Verfahren 400 umfasst ferner das Ermitteln 402, auf Basis der Schwingungsdaten, eines Kompensationsmoments 314 zur Reduzierung der Schwingung der Fahrzeug-Komponente. Das Kompensationsmoment 314, insbesondere ein oder mehrere Parameter 315, 316 des Kompensationsmoments 314, kann anhand eines Reglers 323 ermittelt und/oder eingestellt werden. Dabei kann die Regelung darauf ausgelegt sein, die Amplitude und/oder den Pegel der durch die Schwingungsdaten angezeigten Schwingung der Fahrzeug-Komponente zu reduzieren.
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Des Weiteren umfasst das Verfahren 400 das Bewirken 403, dass von der Antriebsmaschine 102 ein Gesamtmoment erbracht wird, welches das für den Fahrbetrieb des Fahrzeugs 100 zu erbringende Fahrbetriebsmoment 313 umfasst, das mit dem Kompensationsmoment 314 überlagert ist. Das Gesamtmoment kann insbesondere die Überlagerung und/oder die Summe des Fahrbetriebsmoments 313 und des Kompensationsmoments 314 sein.
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Durch die in diesem Dokument beschriebenen Maßnahmen können Schwingungen einer Fahrzeug-Komponente in effizienter und zuverlässiger Weise gedämpft und/oder getilgt werden.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur beispielhaft das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.
