WO2018041361A1 - Fortbewegungsmittel, anordnung und verfahren zur anpassung einer akustischen erscheinung eines fortbewegungsmittels - Google Patents

Fortbewegungsmittel, anordnung und verfahren zur anpassung einer akustischen erscheinung eines fortbewegungsmittels Download PDF

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WO2018041361A1
WO2018041361A1 PCT/EP2016/070716 EP2016070716W WO2018041361A1 WO 2018041361 A1 WO2018041361 A1 WO 2018041361A1 EP 2016070716 W EP2016070716 W EP 2016070716W WO 2018041361 A1 WO2018041361 A1 WO 2018041361A1
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locomotion
electromechanical
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Stefan Schubert
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • G10K9/13—Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers electrically operated using electromagnetic driving means

Definitions

  • the present invention relates to a means of locomotion, an arrangement and a method for adapting an acoustic appearance of a means of locomotion.
  • the present invention relates to a cost effective and authentic way of influencing the
  • loudspeakers are usually used for the sounding of occupants of a means of locomotion.
  • the loudspeakers are used to adjust operating noise of the means of locomotion, for some customers the authenticity of the acoustic appearance decreases.
  • DE 10 2008 033 414 A1 discloses a method for generating defined interior noise for a motor vehicle.
  • electromechanical actuating elements eg, electric motors
  • signals for generating structure-borne noise being given to the actuating element as an alternative or in addition to the signals required for torque generation.
  • in-phase signals are applied to the three Windings of a 3-phase electric machine given to the
  • the acoustic appearance can also be understood as an acoustic signature of the means of transport for the road users.
  • a first step the need for generating and / or adapting and / or reducing an external noise of the
  • Means of locomotion For example.
  • the user may express a desire to provide the environment of the vehicle with a predefined acoustic sound. This can be, for example, a beep in the manner of a "horn". Alternatively or additionally, an operating noise of the
  • a multiphase electric motor of the means of locomotion is controlled by means of an electrical alternating signal.
  • the electrical alternating signal has predominantly no torque of a rotor of the electric motor result, but generates a vibration of the electric motor, whereby a suitable structure generates an airborne sound signal, which influences the external noise.
  • the vibration of the electric motor can also be understood as vibration, which is essentially independent of any imbalance of the rotor of the electric motor. In this way, no additional sound transducer is required for the external noise influence. In particular, can on a
  • the electrical alternating signal can, for example, drive in phase electrical phases of the electric motor.
  • phase electrical phases of the electric motor For example. can all electrical phases of
  • Electric motors are controlled without a significant phase offset to each other. In this way, no torque is generated, but the structure of the electric motor (eg., In the radial direction) excited to vibrate.
  • the electric motor can, for example, as a prime mover (also "traction machine") and / or as an electromechanical starter of an internal combustion engine and / or as an electromechanical generator for charging an electrochemical
  • the electric motor may be provided for steering assistance or as an electromechanical refrigerant compressor (eg, an air conditioner or a refrigeration system) or as a rear axle slip control motor (landing gear function) or as a brake assist motor for amplifying a user-applied brake force signal of the vehicle.
  • electromechanical refrigerant compressor eg, an air conditioner or a refrigeration system
  • rear axle slip control motor e.g., a rear axle slip control motor
  • brake assist motor for amplifying a user-applied brake force signal of the vehicle.
  • 3-phase electric motors come for
  • a second signal may be superimposed, which is provided for generating a torque by means of the electric motor.
  • an external noise can be generated, which is substantially independent of a rotational frequency of the electric motor.
  • the loading of the electric motor according to the invention with a signal suitable for vibration excitation be initiated automatically.
  • a signal suitable for vibration excitation can be initiated automatically.
  • an acoustic signature for example.
  • Combustion noise of the remaining cylinder causes the smallest possible change in the external noise by the cylinder deactivation.
  • An alternative change of a drive type consists of a (eg pure) internal combustion engine drive to a (at least partially)
  • Electromotive drive to change or vice versa For example, the load condition of an internal combustion engine may change significantly as the electric motor is energized and used to generate a portion of the required torque.
  • an engine control unit or an on-board power supply control unit can output a signal in response to which a vibration generation according to the invention by means of a
  • the inventive method can receive a
  • Operating characteristic eg a cruising speed, a rotational speed, a speed / gear etc.
  • a frequency of the alternating electrical signal, its amplitude and / or its phase position can be adjusted in order to optimize the operating characteristic for the acoustic exterior noise signature of the means of locomotion.
  • the modification of the electrical alternating signal may be effected in dependence on a driving experience program that has been activated by the user and / or a predefined condition.
  • Driving experience programs are also commonly referred to by terms such as “comfort,” “sport,” or “eco,” and may refer to powertrain and suspension settings, as well as acoustic signatures of a vehicle.
  • Driving experience program thus leads to a corresponding adaptation of the signal for vibration generation by means of the considered electric motor.
  • an arrangement for adapting an acoustic appearance of a means of locomotion comprises a signal input, a
  • Signal output and an evaluation unit eg a programmable
  • the signal input and the signal output can be contained in the evaluation unit or the ECU.
  • the evaluation unit is set up, by means of the signal input, a need for generation and / or adaptation and / or reduction (hereinafter "Influence") of external noise of the means of locomotion to determine.
  • the evaluation unit is set up by means of the
  • Signal output to output an electrical alternating signal which is a rotor of a multiphase electric motor of the means of locomotion
  • a third aspect of the present invention is a
  • Propulsion means which comprises an arrangement according to the second-mentioned aspect of the invention.
  • the means of transport can be configured, for example, as a passenger car, van, truck, motorcycle and / or as an aircraft and / or watercraft.
  • Tire rolling noises and vibrations occasionally eliminated.
  • a damper for disturbing drive noise components and vibrations may be omitted.
  • Any loudspeakers customarily used for generating external noise, by means of which specifications for fulfilling requirements with regard to the external noise signature of electric vehicles, may also be dispensed with. In this way costs, mass and installation space can be saved.
  • Figure 1 is a schematic overview of components of a
  • FIG. 2 is a schematic diagram for illustrating an im
  • Figure 3 is an illustration of an inventive
  • Figure 4 is an illustration of a method according to the invention for
  • Figure 5 is a schematic diagram illustrating a controller structure
  • Figure 6 is a schematic overview of components of a
  • Figure 7 is a schematic diagram of the action description in connection with an embodiment of an inventive arrangement using the example of an electric steering system
  • Figure 8 is a flowchart illustrating a first one
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating a second one
  • Figure 1 shows a car 10 as a means of transport, in which a
  • Embodiment of an inventive arrangement for influencing an external noise of the car 10 is provided. Over a
  • a 3-phase electric motor 1 is supplied as a traction machine with electrical energy.
  • a user can express a request via a touch screen 4 as a user interface, the outside noise (eg, according to Art a soft top and / or to activate a driving experience category).
  • a signal input 6 of the electronic control unit 3 receives the user input.
  • electrical alternating signals adapted to generate oscillations according to the invention are output to the electric motor 1 via the signal output 7 of the electronic control unit 3.
  • the housing of the electric motor 1 serves as a sound transducer, which is used for the emission of external noise.
  • Figure 2 shows a 3-phase electric motor 1, which has a rotor 2 and three stator windings U, V, W.
  • An arrow P indicates the rotation of the rotor 2, which takes place by means of a suitable control via a signal output 7 of the electronic control unit 3.
  • a controller 8 for rotary operation converts according to a table 9, the received via the signal input 6 operating state signals in such a way that the
  • Torque generation runs optimally.
  • t is the time
  • U, V, W are the respective winding of the electric motor 1, 1 "drive” and 0 "no drive”.
  • 1 to 6 designate over the time successively arranged driving phases of the electric motor.
  • FIG. 3 shows a representation corresponding to FIG. 2, which, however, is set up not only for the generation of torque known in the prior art, but for the generation of vibrations according to the invention. Instead of causing rotation of the rotor 2, those shown in Table 9 are shown
  • FIG. 4 shows a combination of those shown in FIGS. 2 and 3
  • the electronic control unit 3 includes both a controller for the rotary operation 8 and a controller for the vibration control operation 1 1.
  • Table 9 contains for each winding U, V, W a component for torque or. Vibration generation U_Dreh / U_Schwing or V_Dreh / V_Schwing or W_Dreh / W_Schwing.
  • the rotor 2 and the stator of the electric motor 1 "pumps" in the radial direction to produce a exterior noise.
  • Figure 5 shows elements of an embodiment of an inventive arrangement based on an electric steering system.
  • the electric motor 1 for generating a steering assist torque is controlled via an electronic control unit 8 with four controllers.
  • a first controller 8 is provided for generating a torque.
  • a second controller 11 is for the
  • a third controller 12 is as an acoustic controller, so to influence the
  • a fourth controller 13 is configured as a steering controller and set up in the
  • FIG. 6 shows a plan view of an electromechanical power steering system with an axis-parallel drive in an arrangement whose hardware is designed according to the prior art.
  • An electric motor 1 with an electronic control unit 3 is connected to an energy supply network 14 and a logic electrical system 15.
  • a ball screw 16 transmits the mechanical power of the electric motor 1 to a rack in a rack housing 17, which is connected via a mechanical connection 18 to the wheel carrier.
  • a mechanical connection 20 to the steering shaft / steering column serves to apply a manual torque, which is generated by the driver of the vehicle, for example via the steering wheel.
  • Vehicle structure / front axle is schematically illustrated by four connection points 9.
  • This connection is important for the transfer function which is used by the acoustic controller (reference numeral 12 in Figure 5) in the design of the external noise.
  • the acoustic controller the transfer function between the electric motor and the vehicle structure taken into account when an inventive influence of the
  • An example of an operation of the arrangement according to FIG. 6 consists in the upgrading of the engine noise by a speed-dependent regulation of the structure-borne noise of the electromechanical steering assistance.
  • the transfer path required for a positive exterior noise design makes use of the structure of the body and in particular the housing of the electric motor 1 for sound radiation.
  • FIG. 7 shows an alternative embodiment of that presented in FIG.
  • Another control unit 21 is connected via the logical on-board network 15 in terms of information technology to the electronic control unit 3.
  • the acoustic controller 12 is disposed in the further control unit 21 and transmits an amplitude, a frequency and a phase of the
  • External noise computed signal to generate an electrical alternating signal, by means of which the external noise of the vehicle in
  • FIG. 8 shows steps of an exemplary embodiment of a method according to the invention for adapting an acoustic appearance of a
  • step 100 a need to influence external noise of a vehicle is determined.
  • step 200 an operating parameter is received in the form of a speed and in the form of a speed and a gear. This can be done, for example, via a bus line.
  • a step 300 is entered
  • step 600 the multiphase Electric motor of the means of locomotion driven by the adapted electrical alternating signal, so that its vibration behavior, but not the mechanical torque output by it changes.
  • FIG. 9 shows a flow chart illustrating steps of a second exemplary embodiment of a method according to the invention for adapting an acoustic appearance of a means of locomotion.
  • Steps 100 and 600 correspond to those discussed in connection with FIG. Instead of steps 200 and 300, steps 400 and 500 are performed as follows:
  • step 400 activation of a driving experience program by a user is determined.
  • the driver hereby expresses his desire for a sporty external noise signature for his means of transportation.
  • step 500 the alternating electrical signal in dependence of
  • Driving experience program modified.
  • the amplitude of the alternating electrical signal is increased and adjusted its phase position such that in conjunction with that of an internal combustion engine of the
  • Modulation of the external noise results when, in step 600, the polyphase electric motor, as described above, is driven by means of the alternating electrical signal.

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Abstract

Es werden eine Anordnung, ein Fortbewegungsmittel sowie ein Verfahren zur Anpassung einer akustischen Erscheinung eines Fortbewegungsmittels vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die Schritte: - Ermitteln eines Bedarfes zur Erzeugung und/oder Anpassung und/oder Reduktion eines Außengeräusches des Fortbewegungsmittels, - Ansteuern eines mehrphasigen Elektromotors des Fortbewegungsmittels mittels eines elektrischen Wechselsignals, welches kein Drehmoment eines Rotors des Elektromotors zur Folge hat, zur Erzeugung einer Schwingung des Elektromotors.

Description

Fortbewegungsmittel, Anordnung und Verfahren zur Anpassung einer akustischen Erscheinung eines
Fortbewegungsmittels
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fortbewegungsmittel, eine Anordnung sowie ein Verfahren zur Anpassung einer akustischen Erscheinung eines Fortbewegungsmittels. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine kostengünstige und authentische Möglichkeit zur Beeinflussung des
Außengeräusches eines Fortbewegungsmittels.
Im Stand der Technik werden üblicherweise Lautsprecher zur Beschallung von Insassen eines Fortbewegungsmittels verwendet. Sobald die Lautsprecher jedoch verwendet werden, Betriebsgeräusche des Fortbewegungsmittels anzupassen, sinkt für manche Kundenkreise die Authentizität der akustischen Erscheinung.
Bezüglich des Außengeräusches werden bspw. Gabelstaplern und Zweirädern Schallwandler eingesetzt, um die übrigen Verkehrsteilnehmer vor den Gefahren bzw. dem Gefährdungspotenzial zu warnen. Zudem verlangt die zunehmende Elektrifizierung des Personenindividualverkehrs nach Lösungen,
Verkehrsteilnehmer vor herannahenden Elektrofahrzeugen mit besonders geringer akustischer Signatur zu warnen.
DE 10 2008 033 414 A1 offenbart ein Verfahren zur Erzeugung definierter Innenraumgeräusche für ein Kraftfahrzeug. Hierbei werden elektromechanische Stellelemente (z. B. Elektromotoren) im Sinne einer Körperschallerzeugung angesteuert, indem alternativ oder zusätzlich zu den zur Drehmomenterzeugung erforderlichen Signalen Signale zur Körperschallerzeugung auf das Stellelement gegeben werden. Insbesondere werden phasengleiche Signale auf die drei Wicklungen einer 3-phasigen elektrischen Maschine gegeben, um die
Innenraumgeräusche vorteilhaft zu verändern oder "Antischall" zur Reduzierung von Geräuschen zu erzeugen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Außengeräusch eines Fortbewegungsmittels durch geringstmöglichen Hardware-Aufwand vorteilhaft zu beeinflussen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Außengeräusch eines Fortbewegungsmittels möglichst authentisch zu beeinflussen.
Die vorstehend identifizierten Aufgaben werden erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Anpassung einer akustischen Erscheinung eines
Fortbewegungsmittels gelöst. Die akustische Erscheinung kann auch als akustische Signatur des Fortbewegungsmittels für die Verkehrsteilnehmer verstanden werden. In einem ersten Schritt wird der Bedarf zur Erzeugung und/oder Anpassung und/oder Reduktion eines Außengeräusches des
Fortbewegungsmittels ermittelt. Bspw. kann der Anwender den Wunsch äußern, die Umgebung des Fortbewegungsmittels mit einem vordefinierten akustischen Geräusch zu beaufschlagen. Dies kann bspw. ein Signalton nach Art einer "Hupe" sein. Alternativ oder zusätzlich kann ein Betriebsgeräusch des
Fortbewegungsmittels angepasst, reduziert oder verstärkt werden. Hierzu wird ein mehrphasiger Elektromotor des Fortbewegungsmittels mittels eines elektrischen Wechselsignals angesteuert. Das elektrische Wechselsignal hat überwiegend kein Drehmoment eines Rotors des Elektromotors zur Folge, sondern erzeugt eine Schwingung des Elektromotors, wodurch eine geeignete Struktur ein Luftschallsignal erzeugt, welches das Außengeräusch beeinflusst. Die Schwingung des Elektromotors kann auch als Vibration verstanden werden, welche im Wesentlichen unabhängig von einer etwaigen Unwucht des Rotors des Elektromotors ist. Auf diese Weise ist zur Außengeräuschbeeinflussung kein zusätzlicher Schallwandler erforderlich. Insbesondere kann auf einen
elektroakustischen Wandler nach Art eines herkömmlichen Lautsprechers verzichtet werden. Die Kopplung der erfindungsgemäß erzeugten Schwingung des Elektromotors erfolgt bspw. über ein Gehäuse des Elektromotors. Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Das elektrische Wechselsignal kann bspw. elektrische Phasen des Elektromotors gleichphasig ansteuern. Bspw. können sämtliche elektrische Phasen des
Elektromotors ohne einen erheblichen Phasenversatz zueinander angesteuert werden. Auf diese Weise wird kein Drehmoment erzeugt, sondern die Struktur des Elektromotors (z. B. in radialer Richtung) zu Schwingungen angeregt.
Der Elektromotor kann bspw. als Antriebsmaschine (auch "Traktionsmaschine") und/oder als elektromechanischer Starter eines Verbrennungsmotors und/oder als elektromechanischer Generator zum Laden eines elektrochemischen
Energiespeichers und/oder zur Versorgung elektrischer Verbraucher mit elektrischer Energie ausgestaltet sein. Alternativ kann der Elektromotor zur Lenkunterstützung oder als elektromechanischer Kältemittelverdichter (z. B. einer Klimaanlage oder einer Kühlanlage) oder als Hinterachs-Schräglaufregelmotor (Fahrwerksfunktion) oder als Bremsunterstützungsmotor zur Verstärkung eines vom Anwender ausgeübten Bremskraftsignals des Fortbewegungsmittels vorgesehen sein. Insbesondere 3-phasige Elektromotoren kommen für
Anwendungen mit einem Erfordernis an hoher mechanischer Leistung infrage. Diese Maschinen sind mitunter für vergleichsweise hohe Ströme ausgelegt und weisen mitunter eine erhebliche thermische Kapazität auf. Aufgrund dessen sind diese Elektromotoren besonders geeignet zur Erzeugung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Schwingungen zur Beeinflussung des Außengeräusches.
Dem elektrischen Wechselsignal zur Erzeugung der Schwingung kann ein zweites Signal überlagert sein, welches zur Erzeugung eines Drehmomentes mittels des Elektromotors vorgesehen ist. Auf diese Weise kann unabhängig von einer Drehmomenterzeugung ein Außengeräusch erzeugt werden, welches von einer Umdrehungsfrequenz des Elektromotors im Wesentlichen unabhängig ist.
Ein Anwendungsfall, welcher für das Außengeräusch besonders interessant, da prestigeträchtig, ist, besteht in der Anwendung auf einen Wechsel eines
Betriebszustandes. In diesem Fall kann die erfindungsgemäße Beaufschlagung des Elektromotors mit einem zur Schwingungserregung geeigneten Signal automatisch veranlasst werden. Bspw. kann im Falle einer Zylinderabschaltung eine akustische Signatur erzeugt werden, welche in Verbindung mit dem
Verbrennungsgeräusch der verbliebenen Zylinder eine möglichst geringe Änderung des Außengeräusches durch die Zylinderabschaltung bewirkt.
Entsprechendes kann bei der anschließenden Hinzuschaltung zuvor
abgeschalteter Zylinder durchgeführt werden, um eine möglichst homogene Außengeräuschsignatur für das Fortbewegungsmittel zu erzeugen. Ein alternativer Wechsel einer Antriebsart besteht darin, von einem (z. B. rein) verbrennungsmotorischen Antrieb zu einem (zumindest anteilig)
elektromotorischen Antrieb zu wechseln oder umgekehrt. Bspw. kann sich der Lastzustand eines Verbrennungsmotors erheblich verändern, sobald der Elektromotor hinzugeschaltet und zum Erzeugen eines Teils des erforderlichen Drehmoments verwendet wird. Insofern kann bspw. ein Motorsteuergerät oder ein Bordenergienetz-Steuergerät ein Signal ausgeben, im Ansprechen auf welches eine erfindungsgemäße Schwingungserzeugung mittels eines
Elektromotors erfolgt. Ohne den Anspruch auf Vollständigkeit werden nachfolgend stichwortartig mögliche Funktionen bzw. Effekte einer
erfindungsgemäßen Außengeräuschgestaltung aufgezählt:
1.) Activ Sound Design (aktive Außengeräuschgestaltung)
1. ) Aufwertung eines Verbrennurigsmotorgeräusches
2. ) Aufwertung Elektroantriebsmaschinengeräusche
3. ) Softhupe (die erfindungsgemäße Außengeräuscherzeugung dient als
"Signalhorn")
4. ) Aufwertung eines Betriebszustandswechsels in
Hybridantriebszustand
5. ) Aufwertung einer Zylinderabschaltung
6. ) Erfüllung einer Außengeräuschanforderung bei elektrischem Antrieb Active Noise Cancellation (aktive Geräuschunterdrückung)
1. ) Entfernung störender Anteile im Verbrennungsmotorgeräusch
2. ) Entfernung störender Anteile im Elektroantriebsmaschinengeräusch
3. ) Entfernung störender Anteile Reifen-/Rollgeräusche (z. B. "Cavity-
Mode Damping")
Bevorzugt kann das erfindungsgemäße Verfahren ein Empfangen einer
Betriebskenngröße (z. B. einer Reisegeschwindigkeit, einer Drehzahl, einer Fahrstufe/Gang etc.) und in Abhängigkeit dessen ein Anpassen eines
Parameters des elektrischen Wechselsignals umfassen. Bspw. kann eine Frequenz des elektrischen Wechselsignals, seine Amplitude und/oder seine Phasenlage angepasst werden, um auf die Betriebskenngröße die akustische Außengeräuschsignatur des Fortbewegungsmittels zu optimieren.
Bspw. kann das Modifizieren des elektrischen Wechselsignals in Abhängigkeit eines Fahrerlebnisprogramms erfolgen, welches durch den Anwender und/oder eine vordefinierte Bedingung aktiviert worden ist. Fahrerlebnisprogramme werden üblicherweise auch mit Begriffen wie "Komfort", "Sport" oder "Eco" betitelt und können Antriebsstrang- und Fahrwerkseinstellungen sowie akustische Signaturen eines Fortbewegungsmittels betreffen. Die Aktivierung des
Fahrerlebnisprogramms führt somit zu einer korrespondierenden Anpassung des Signals zur Schwingungserzeugung mittels des betrachteten Elektromotors.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Anordnung zur Anpassung einer akustischen Erscheinung eines Fortbewegungsmittels vorgeschlagen. Die Anordnung umfasst einen Signaleingang, einen
Signalausgang und eine Auswerteeinheit (z. B. einen programmierbaren
Prozessor eines elektronischen Steuergerätes (ECU)). Der Signaleingang und der Signalausgang können in der Auswerteeinheit bzw. der ECU enthalten sein. Die Auswerteeinheit ist eingerichtet, mittels des Signaleingangs einen Bedarf zur Erzeugung und/oder Anpassung und/oder Reduktion (nachfolgend "Beeinflussung") eines Außengeräusches des Fortbewegungsmittels zu ermitteln. Im Ansprechen darauf ist die Auswerteeinheit eingerichtet, mittels des
Signalausgangs ein elektrisches Wechselsignal auszugeben, welches einen Rotor eines mehrphasigen Elektromotors des Fortbewegungsmittels zur
Erzeugung einer Schwingung veranlasst, jedoch kein Drehmoment des Rotors zur Folge hat. Auf diese Weise ist die erfindungsgemäße Anordnung eingerichtet, die Merkmale, Merkmalskombinationen und die sich aus diesen ergebenden Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechend dem erstgenannten Erfindungsaspekt zu verwirklichen, sodass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen verwiesen wird.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein
Fortbewegungsmittel vorgeschlagen, welches eine Anordnung gemäß dem zweitgenannten Erfindungsaspekt umfasst. Das Fortbewegungsmittel kann bspw. als Pkw, Transporter, Lkw, Motorrad und/oder als Luft- und/oder Wasserfahrzeug ausgestaltet sein.
Mittels der vorliegenden Erfindung kann ein Tilger für störende
Reifenrollgeräusche und -Schwingungen mitunter entfallen. Alternativ oder zusätzlich kann ein Tilger für störenden Antriebsgeräuschkomponenten und - Schwingungen ggf. entfallen. Auch etwaig zur Außengeräuscherzeugung üblicherweise verwendete Lautsprecher, mittels welcher Vorgaben zur Erfüllung von Anforderungen bezüglich der Außengeräuschsignatur von Elektromobilen erfüllt werden, können ggf. entfallen. Auf diese Weise können Kosten, Masse und Bauraum gespart werden.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Übersicht über Komponenten eines
Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Anordnung in einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Fortbewegungsmittels; Figur 2 eine schematische Prinzipskizze zur Veranschaulichung eines im
Stand der Technik bekannten Ansteuerverfahrens eines 3-phasigen Elektromotors;
Figur 3 eine Veranschaulichung eines erfindungsgemäßen
Ansteuerverfahrens zur Schwingungserzeugung mittels eines 3- phasigen Elektromotors;
Figur 4 eine Veranschaulichung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur
Erzeugung von Schwingungen und Drehmoment mittels eines 3- phasigen Elektromotors;
Figur 5 eine Prinzipskizze zur Veranschaulichung einer Reglerstruktur
gemäß der vorliegenden Erfindung für eine Anwendung auf ein elektrisch-unterstütztes Lenksystem;
Figur 6 eine schematische Übersicht über Komponenten eines
erfindungsgemäßen elektrischen Lenksystems;
Figur 7 eine Prinzipskizze zur Maßnahmenbeschreibung in Verbindung mit einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung am Beispiel eines elektrischen Lenksystems;
Figur 8 ein Flussdiagramm veranschaulichend ein erstes
Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens; und
Figur 9 ein Flussdiagramm veranschaulichend ein zweites
Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Figur 1 zeigt einen Pkw 10 als Fortbewegungsmittel, in welchem ein
Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Beeinflussung eines Außengeräusches des Pkws 10 vorgesehen ist. Über eine
Traktionsbatterie 5 und ein elektronisches Steuergerät 3 als Auswerteeinheit wird ein 3-phasiger Elektromotor 1 als Traktionsmaschine mit elektrischer Energie versorgt. Erfindungsgemäß kann ein Anwender über einen Touchscreen 4 als Anwenderschnittstelle einen Wunsch äußern, das Außengeräusch (z. B. nach Art einer Softhupe und/oder zur Aktivierung einer Fahrerlebniskategorie) anzupassen. Ein Signaleingang 6 des elektronischen Steuergerätes 3 empfängt die Anwendereingabe. Nach deren Verarbeitung werden erfindungsgemäß angepasste elektrische Wechselsignale zur Erzeugung von Schwingungen über den Signalausgang 7 des elektronischen Steuergerätes 3 an den Elektromotor 1 ausgegeben. Das Gehäuse des Elektromotors 1 dient hierbei als Schallwandler, welcher zur Abstrahlung von Außengeräuschen eingesetzt wird.
Figur 2 zeigt einen 3-phasigen Elektromotor 1 , welcher einen Rotor 2 und drei Statorwicklungen U, V, W aufweist. Ein Pfeil P zeigt die Drehung des Rotors 2 an, welche mittels einer geeigneten Ansteuerung über einen Signalausgang 7 des elektronischen Steuergerätes 3 erfolgt. Ein Regler 8 für den rotatorischen Betrieb wandelt entsprechend einer Tabelle 9 die über den Signaleingang 6 empfangenen Betriebszustandssignale derart um, dass die
Drehmomenterzeugung optimal verläuft. In der Tabelle 9 bedeuten t die Zeit, U, V, W die jeweilige Wicklung des Elektromotors 1 , 1„Ansteuerung" und 0„keine Ansteuerung". 1. bis 6. bezeichnen über der Zeit hintereinander angeordnete Ansteuerphasen des Elektromotors 1.
Figur 3 zeigt eine zu Figur 2 korrespondierende Darstellung, welche jedoch nicht nur zur im Stand der Technik bekannten Drehmomenterzeugung, sondern zur erfindungsgemäßen Schwingungserzeugung eingerichtet ist. Anstatt eine Drehung des Rotors 2 zu bewirken, sind die in der Tabelle 9 gezeigten
Ansteuerschritte 1. bis 6. über der Zeit gleichphasig, sodass radiale konphase Kräfte auf den Stator des Elektromotors 1 wirken. Hierzu werden die Wicklungen U, V, W in jedem ungeraden Ansteuerschritt zeitgleich mit einer Spannung beaufschlagt (1) und in jedem geraden Ansteuerschritt spannungslos (0) geschaltet. Der Regler 11 innerhalb des elektronischen Steuergerätes 3 ist für den schwingungstechnischen Betrieb vorgesehen. Die übrigen Elemente entsprechen denjenigen aus Figur 2.
Figur 4 zeigt eine Kombination der in den Figuren 2 und 3 dargestellten
Anordnung. Entsprechend enthält das elektronische Steuergerät 3 sowohl einen Regler für den rotatorischen Betrieb 8 als auch einen Regler für den schwingungstechnischen Betrieb 1 1. Die Tabelle 9 enthält für jede Wicklung U, V, W eine Komponente zur Drehmoment-bzw. Schwingungserzeugung U_Dreh / U_Schwing bzw. V_Dreh/V_Schwing bzw. W_Dreh/W_Schwing. Die
resultierenden, tatsächlich an die Wicklungen U, V, W angelegten Signale ergeben sich durch eine mathematische Addition der Signale in den Feldern der Tabelle 9. Im Ergebnis dreht sich der Rotor 2 und der Stator des Elektromotors 1 „pumpt" in radialer Richtung zur Erzeugung eines Außengeräusches.
Figur 5 zeigt Elemente eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Anordnung anhand eines elektrischen Lenksystems. Der Elektromotor 1 zur Erzeugung eines Lenkunterstützungsmomentes wird über ein elektronisches Steuergerät 8 mit vier Reglern angesteuert. Ein erster Regler 8 ist zur Erzeugung eines Drehmomentes vorgesehen. Ein zweiter Regler 11 ist für den
schwingungstechnischen Betrieb gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen. Ein dritter Regler 12 ist als Akustikregler, also zur Beeinflussung des
Schwingungs- und Geräuschverhaltens des Elektromotors vorgesehen. Ein vierter Regler 13 ist als Lenkungsregler ausgestaltet und eingerichtet, im
Ansprechen auf einen Fahrerwunsch und in Abhängigkeit einer Fahrsituation eine bestmögliche Lenkunterstützung mittels des Elektromotors 1 bereitzustellen.
Figur 6 zeigt eine Draufsicht einer elektromechanischen Lenkkraftunterstützung mit achsparallelem Antrieb in einer Anordnung, deren Hardware gemäß dem Stand der Technik ausgestaltet ist. Ein Elektromotor 1 mit einem elektronischen Steuergerät 3 ist an ein Energiebordnetz 14 und ein logisches Bordnetz 15 angeschlossen. Ein Kugelgewindetrieb 16 überträgt die mechanische Leistung des Elektromotors 1 an eine Zahnstange in einem Zahnstangengehäuse 17, welche über eine mechanische Verbindung 18 mit dem Radträger verbunden ist. Eine mechanische Verbindung 20 zur Lenkspindel/zur Lenksäule dient der Aufbringung eines Handmomentes, welches der Fahrer des Fahrzeugs bspw. über das Lenkrad erzeugt. Die mechanische Verbindung zur
Fahrzeugstruktur/Vorderachse ist durch vier Anbindungspunkte 9 schematisch veranschaulicht. Diese Anbindung ist wichtig für die Übertragungsfunktion, welche vom Akustikregler (Bezugszeichen 12 in Figur 5) bei der Gestaltung des Außengeräusches verwendet wird. Mit anderen Worten wird vom Akustikregler die Übertragungsfunktion zwischen dem Elektromotor und der Fahrzeugstruktur berücksichtigt, wenn eine erfindungsgemäße Beeinflussung des
Außengeräusches mittels des Reglers für den schwingungstechnischen Betrieb (Bezugszeichen 11 in Figur 5) erfolgen soll.
Ein Beispiel für einen Betrieb der Anordnung gemäß Figur 6 besteht in der Aufwertung des Verbrennungsmotorgeräusches durch eine drehzahlabhängige Regelung des Körperschalls der elektromechanischen Lenkunterstützung. Der für eine positive Außengeräuschgestaltung erforderliche Transferpfad nutzt die Struktur der Karosserie und insbesondere das Gehäuse des Elektromotors 1 zur Schallabstrahlung.
Figur 7 zeigt eine alternative Ausgestaltung der in Figur 5 vorgestellten
Anordnung. Anstatt sämtliche Regler 8, 11 , 12, 3 in einem elektronischen Steuergerät 3 zusammenzufassen, ist ein weiteres Steuergerät 21 über das logische Bordnetz 15 informationstechnisch mit dem elektronischen Steuergerät 3 verbunden. Der Akustikregler 12 ist im weiteren Steuergerät 21 angeordnet und überträgt eine Amplitude, eine Frequenz sowie eine Phase eines zur
Außengeräuschgestaltung errechneten Signals zur Erzeugung eines elektrischen Wechselsignals, mittels dessen das Außengeräusch des Fahrzeugs in
vorteilhafter Weise beeinflusst wird. Die übrigen Komponenten entsprechen der Anordnung gemäß Figur 5 und werden daher nicht erneut behandelt.
Figur 8 zeigt Schritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Anpassung einer akustischen Erscheinung eines
Fortbewegungsmittels. In Schritt 100 wird ein Bedarf zur Beeinflussung eines Außengeräusches eines Fortbewegungsmittels ermittelt. In Schritt 200 wird eine Betriebskenngröße in Form einer Geschwindigkeit sowie in Form einer Drehzahl und einer Fahrstufe empfangen. Dies kann bspw. über eine Bus-Leitung erfolgen. In Abhängigkeit der Betriebskenngröße wird in Schritt 300 ein
Parameter des elektrischen Wechselsignals, mittels dessen ein mehrphasiger Elektromotor des Fortbewegungsmittels zur Erzeugung einer Schwingung des Elektromotors ohne eine zeitgleiche Erzeugung eines Drehmomentes
angesteuert wird, angepasst. In Schritt 600 schließlich wird der mehrphasige Elektromotor des Fortbewegungsmittels durch das angepasste elektrische Wechselsignal angesteuert, sodass sich sein Schwingverhalten, nicht jedoch das von ihm abgegebene mechanische Drehmoment ändert.
Figur 9 zeigt ein Flussdiagramm veranschaulichend Schritte eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Anpassung einer akustischen Erscheinung eines Fortbewegungsmittels. Die Schritte 100 und 600 entsprechen denjenigen, welche in Verbindung mit Figur 8 diskutiert worden sind. Anstatt der Schritte 200 und 300 werden die Schritte 400 und 500 wie folgt ausgeführt: In Schritt 400 wird eine Aktivierung eines Fahrerlebnisprogramms durch einen Anwender ermittelt. Der Fahrer äußert hiermit seinen Wunsch nach einer sportlichen Außengeräuschsignatur für sein Fortbewegungsmittel. In Schritt 500 wird das elektrische Wechselsignal in Abhängigkeit des
Fahrerlebnisprogramms modifiziert. Insbesondere werden die Amplitude des elektrischen Wechselsignals erhöht und seine Phasenlage derart angepasst, dass sich in Verbindung mit den von einer Brennkraftmaschine des
Fortbewegungsmittels abgegebenen Pulsen eine sportlich anmutende
Modulation des Außengeräusches ergibt, wenn in Schritt 600 der mehrphasige Elektromotor, wie oben beschrieben, mittels des elektrischen Wechselsignals angesteuert wird.
Bezugszeichenliste:
1 Elektromotor
2 Rotor
3 elektronisches Steuergerät
4 Touchscreen
5 Traktionsbatterie
6 Signaleingang
7 Signalausgang
8 Regler für rotatorischen Betrieb
9 Ansteuertabelle
10 Pkw
1 1 Regler für schwingungstechnischen Betrieb
12 Akustikregler
13 Lenkungsregler
14 Energiebordnetz
15 logisches Bordnetz/Dateninfrastruktur
16 Kugelgewindetrieb
17 Zahnstangengehäuse
18 mechanische Verbindung zum Radträger
19 mechanische Verbindung zur FahrzeugstrukturA orderachse
20 mechanische Verbindung zur Lenkspindel/Lenksäule
100 -600 Verfahrensschritte
t Zeit
U, V, W Phasen des Elektromotors 1

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Anpassung einer akustischen Erscheinung eines
Fortbewegungsmittels (10) umfassend die Schritte:
Ermitteln (100) eines Bedarfes zur Erzeugung und/oder Anpassung und/oder Reduktion eines Außengeräusches des Fortbewegungsmittels (10),
Ansteuern (600) eines mehrphasigen Elektromotors (1) des
Fortbewegungsmittels (10) mittels eines elektrischen Wechselsignals (U_Schwing, V_Schwing, W_Schwing), welches kein Drehmoment eines Rotors (2) des Elektromotors (1) zur Folge hat, zur Erzeugung einer Schwingung des Elektromotors (1).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das elektrische Wechselsignal (U_Schwing, V_Schwing, W_Schwing) elektrische Phasen des Elektromotors (1) gleichphasig ansteuert.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Elektromotor (1)
als Antriebsmaschine und/oder
als elektromechanischer Starter eines Verbrennungsmotors und/oder als elektromechanischer Generator oder
zur Lenkunterstützung oder
als elektromechanischer Kältemittelverdichter oder
als Hinterachsschräglaufregelmotor oder
als Bremsunterstützungsmotor
des Fortbewegungsmittels (10) vorgesehen ist.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei dem elektrischen Wechselsignal (U_Schwing, V_Schwing, W_Schwing) ein zweites elektrisches Signal (U_Dreh, V_ Dreh, W_ Dreh) überlagert ist, welches ein Drehmoment des Rotors (2) des Elektromotors (1) zur Folge hat.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Ermitteln des Bedarfes
im Ansprechen auf eine Anwenderinteraktion, und/oder
im Ansprechen auf einen vordefinierten Betriebszustand, insbesondere einen Wechsel einer Antriebsart und/oder
einen rein elektromotorischen Antrieb, insbesondere im
Ansprechen auf ein Ausgabesignal eines Fahrerassistenzsystems erfolgt.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche weiter umfassend Empfangen (200) einer Betriebskenngröße und in Abhängigkeit der Betriebskenngröße
Anpassen (300) eines Parameters des elektrischen Wechselsignals (U_Schwing, V_Schwing, W_Schwing).
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche weiter umfassend Ermitteln (400) einer Aktivierung eines Fahrerlebnisprogramms und Modifizieren (500) des elektrischen Wechselsignals (U_Schwing,
V_Schwing, W_Schwing) in Abhängigkeit des Fahrerlebnisprogramms.
8. Anordnung zur Anpassung einer akustischen Erscheinung eines
Fortbewegungsmittels (10) umfassend
einen Signaleingang (6),
einen Signalausgang (7) und
eine Auswerteeinheit (3), wobei
die Auswerteeinheit eingerichtet ist,
mittels des Signaleingangs einen Bedarf zur Erzeugung und/oder Anpassung und/oder Reduktion eines Außengeräusches des Fortbewegungsmittels (10) zu ermitteln und im Ansprechen darauf mittels des Signalausgangs ein elektrisches Wechselsignal auszugeben, welches einen Rotor (2) eines mehrphasigen Elektromotors (1) des Fortbewegungsmittels (10) zur Erzeugung einer Schwingung veranlasst, jedoch kein Drehmoment des Rotors (2) zur Folge hat.
9. Anordnung nach Anspruch 8, welche eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche auszuführen.
10. Fortbewegungsmittel umfassend eine Anordnung nach Anspruch 8 oder 9.
11. Fortbewegungsmittel nach Anspruch 10, wobei der Elektromotor insbesondere
als Antriebsmaschine und/oder
als elektromechanischer Starter eines Verbrennungsmotors und/oder als elektromechanischer Generator oder
zur Lenkunterstützung oder
als elektromechanischer Kältemittelverdichter oder
als Hinterachsschräglaufregelmotor oder
als Bremsunterstützungsmotor
des Fortbewegungsmittels eingerichtet ist.
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