WO2019214777A1 - Verfahren zur erzeugung und/oder kompensation von schwingungen mittels eines elektromotors - Google Patents

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WO2019214777A1
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torque
current
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Fabian EBNER
Leonhard ANGERPOINTER
Felix GÄRNER
Stefan Sentpali
Dominik Schubert
Simon Hecker
Robert HENNEBERGER
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Mdynamix Ag
Hochschule für angewandte Wissenschaften München
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    • H02P2101/00—Special adaptation of control arrangements for generators
    • H02P2101/45—Special adaptation of control arrangements for generators for motor vehicles, e.g. car alternators

Definitions

  • the present invention relates to a method for generating and / or compensating vibrations by means of an electric motor
  • Loudspeakers producing warning sounds to passers-by have to withstand some environmental influences, such as dust and moisture, and are thus a financially major expense for auto companies.
  • Some environmental influences such as dust and moisture
  • noises are actively suppressed in the vehicle.
  • active engine mounts and loudspeaker systems installed in the vehicle are used.
  • ANC Active Noise Control
  • the aim is to further develop the signal acquisition and compensation methods. Because the vision is not - as in existing systems - to use microphones to acquire the signal to be extinguished, but acceleration sensors. Because it is far less complicated to evaluate the background noise with a body sound sensor than to use several background noise sensors (microphones in the headliner) in the vehicle interior. Another important reason for the use of acceleration sensors to detect the sound of the body is the avoidance of incoherent airborne sound. The focus is on deliberately canceling structure-borne noise close to the point of origin, which would lead to the development of diffuse airborne sound in the vehicle interior. So with disturbing subsequent vibrations are avoided in the approach.
  • Object of the present invention is a comparison with the prior art ver improved method for generating and / or compensation of vibrations by means of electrical machines, in particular by means of electric motors, finallyzustel len.
  • the erfmdungshiele method is based on generic methods in that
  • a current quantity and / or at least one actual value of a current variable is first supplied to a precontrol according to a predefined function, and the resulting control variables for the at least one torque-forming current components are sent directly to a control unit of the control unit.
  • Ruschs, in particular a current control and then as voltage values of a power electronics and transformation stage for generating phase voltages for the electric motor are supplied. Accordingly, only one degree of utilization ("duty cycle") is calculated with the aid of the method according to the invention.
  • phase voltages for controlling the electric motor can be varied in an advantageously controlled manner, as a result of which different vibration states of the electric motor can preferably be generated.
  • a control LTnjokeit is achieved to the primary function of the electric motor, which thus counteracts interactions on major functions of the electric motor.
  • a main function for example, an elekt romotorisches steering system can be considered.
  • the development / implementation of the main function eg power steering function
  • the main function eg power steering function
  • the application cost can be reduced and also a desired secrecy can be ensured, since the only example above mentioned functions can be developed independently advantageous.
  • existing actuators for example in a vehicle, can be used in addition to the actual function for the generation and / or compensation of vibrations, without their actual main functionality is affected. It can thus components, weight and space can be saved, which consequently in particular the cost effectiveness stei siege.
  • the inventive method advantageously allows in particular the generation and / or compensation of audible vibrations (in particular vibrations up to 16 kHz) as well as noticeable vibrations (in particular vibrations up to 50 Hz).
  • a control of the electric motor by at least one rotational moment forming current component advantageously allows to generate vibrations by a immedi direct influence on the rotor of an electric motor or pensieren to com. Vibration generation or compensation alone via the housing of an electric motor, as is customary in the prior art, can thereby be advantageously avoided.
  • a duty cycle is calculated in the power electronics and transformation stage, optionally taking into account a measured motor speed of the electric motor, the calculated duty factor for the controlled variation of the phase voltages for controlling the Electric motor is used.
  • the generation and / or compensation of vibrations mainly, i. essentially, be realized by a control of the rotor of the electric motor.
  • the electric motor can be a synchronous motor or asynchronous motor with a torque-forming current, which can advantageously be driven and / or controlled using pulse pattern modulation by means of the control device.
  • the electric motor may also be a direct-current machine with a torque-forming current, which can be driven and / or controlled by means of the control unit.
  • a vibration value with a sensor at at least one fault location hereinafter referred to as a measuring point, is determined and from this control variables for the at least one torque-forming current component can be determined.
  • an embodiment is advantageous if the detected oscillations at the measuring point can be interrogated by the generated oscillations, which are generated on the basis of the control variables for the at least one torque-forming current component, by a suitable control algorithm, in particular for specifying the current values.
  • an embodiment of the invention is preferred in which the vibrations generated in their vibration intensity, vibration frequency, vibration stochastics and / or vibration phase can be varied.
  • the present invention extends an existing control or a field-oriented control of a synchronous or asynchronous machine (or the regulation or control of a DC machine) by the control quantities for the at least one torque-forming current component, which calculates from a default function and then for the Any necessary controller can be adequately vorgesteu ert. This results in audible and noticeable vibrations, the genesis in particular structure-borne sound or body vibrations in whole or in part Erzeu gene and / or compensate, in particular by superposition.
  • the single FIGURE shows schematically an intervention in an existing current control.
  • a pilot control 4 to the primary function of a drive, in particular a steering auxiliary drive, a sunroof drive, a traction drive or similar drive, not to influence.
  • the present method advantageously enables the generation and / or compensation of audible and perceptible vibrations with electric machines, in particular with electric motors 1.
  • These oscillations can advantageously be varied in terms of vibration intensity, oscillation frequency and oscillation phase.
  • the electric motor 1 is preferably a synchronous motor or asynchronous motor, which is driven by using a pulse pattern modulation by means of a control unit 2, in particular special of an engine control unit.
  • a control unit 2 in particular special of an engine control unit.
  • actual values for the rotated current components id and iq can be obtained, wherein id the magnetizing current and iq the Torque-forming current of the electric motor 1 correspond.
  • the actual variables can be id; iq is; ia is to be compared with given command values iq _ soll, id soll, ia soll.
  • the electric motor 1 can be a direct current machine with a torque-generating current ia.
  • the torque-forming current component iq or ia can be predefined as a function of an operating state, thereby achieving the desired generation of audible and noticeable oscillations. In the same way, this is possible with DC machines that do not have a pulse pattern modulation.
  • "operating state” is understood in particular to mean a rotational speed, a load and / or other mechanical and / or acoustic states of the electric motor and / or the surrounding area.
  • a current variable id * and / or iq * and / or at least one actual value id; iq is _;
  • a feedforward control 4 is supplied, wherein in the case of a synchronous motor or asynchronous motor designed electric motor 1, the size id the Mag net Deutschensstrom, ie the current component in the direction of the rotor flux, and the size iq the torque-forming current, ie the current component perpendicular to the rotor flux , designated.
  • the armature current ia represents the torque-forming current component.
  • the presetting function 3 may preferably be desired noises, for example sound files, which together with external signals, in particular measured Eim suitssge syndromeschen and accelerations, an ANC system are supplied, which in turn the current quantities id * and / or iq * genes riert.
  • the feedforward controller 4 then calculates the control variables iq control, id control uq control and ud control, which are fed directly to a control unit 2a of the control unit 2, in particular the current control, and then as voltage values ud and uq a power electronics and transformation stage 5.
  • a motor rotational speed w of the electric motor 1 measured by means of a rotational speed sensor 11 can enter into the calculation of the voltage variables ud and uq in order to achieve a decoupling of the control circuits for id and iq.
  • a degree of utilization (“duty cycle") can be calculated, the calculated utilization rate for the controlled variation of the phase voltages, among others; ub; uc can be used to control the electric motor 1.
  • control variables iq tax; id tax; uq control and ud tax directly an existing engine control PI, in particular in the form of a PI controller block, or the control unit 2a of the control unit 2 are supplied.
  • the inventive method within the control unit 2a advantageously only before and after the PI controller block A handles for feeding the control variables id control; iq tax; uq tax; and tax needed.
  • Other changes to an existing engine control example, a steering motor, are not necessary. This is particularly advantageous if accurate knowledge about a specific existing engine control (PI controller block), for example, a used for carrying out the Ver drive according to the invention steering motor of a vehicle, due to a secrecy tion by the steering manufacturer missing.
  • a vibration value with a sensor system in particular with an acceleration sensor and / or with a microphone, at least one measuring point, for example on a microphone on the driver's tube or in the vicinity, in particular in the roof area of a vehicle, determined and from this control variables iq tax, id tax; uq tax and ud tax are determined.
  • the detected vibrations at the measuring point can advantageously be generated by the vibrations generated on the basis of the control variables iq control, id control uq control and ud control in the context of the default function 3 by a suitable control algorithm, preferably by a FxLMS algorithm ("filtered x Least Mean Squares Algorithm ”) for specifying the current quantities id * and iq *.
  • the present invention extends an existing control or a field-oriented control of a synchronous or asynchronous machine (or the regulation or control of a DC machine) by the control variables id control; iq_ Kunststoff; ia tax; tax; uq control and ia control for the at least one torque-forming current component iq; ia, which calculated from a default function 3 and then adequately piloted for the possibly required controller who the.
  • the vibrations generated can advantageously be varied in their vibration intensity, oscillation frequency, oscillation stochastics and / or oscillation phase, the frequency and amplitude of the generated (compensation) oscillation, for example, to the current engine speed and the torque of an internal combustion engine (spurious oscillation) adjusted be, which is advantageous always ensures optimal extinction of the noise.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung und/oder Kompensation von Schwingungen mittels elektrischer Maschinen, insbesondere mittels elektrischer Motoren, wobei durch eine Leistungselektronik und Transformationsstufe eines Steuergeräts in einer Regelstrecke Istwerte für Stromkomponenten gewonnen werden; wobei die Istwerte mit vorgegebenen Führungsgrößen verglichen werden; und wobei das Steuergerät den Elektromotor durch wenigstens eine Drehmoment bildende Stromkomponente in Abhängigkeit von einem Betriebszustand des Elektromotors zur Erzeugung und/oder Kompensation von Schwingungen steuert. Die vorliegende Erfindung erweitert eine bestehende Ansteuerung oder eine feldorientierte Regelung einer Synchron- oder Asynchronmaschine (oder die Regelung oder Ansteuerung einer Gleichstrommaschine) um die Steuergrößen für die wenigstens eine Drehmoment bildenden Stromkomponente, welche aus einer Vorgabefunktion errechnet und dann für den eventuell benötigten Regler adäquat vorgesteuert werden. Das resultiert in hörbaren und spürbaren Schwingungen, die insbesondere Körperschall bzw. Körperschwingungen planmäßig ganz oder teilweise erzeugen und/oder kompensieren, insbesondere durch Überlagerung.

Description

Verfahren zur Erzeugung und/oder Kompensation
von Schwingungen mittels eines Elektromotors
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung und/oder Kompen- sation von Schwingungen mittels eines Elektromotors,
- wobei durch eine Leistungselektronik und Transformationsstufe eines Steu- ergeräts in einer Regelstrecke Istwerte für Stromkomponenten gewonnen werden;
- wobei die Istwerte mit vorgegebenen Führungsgrößen verglichen werden; - und wobei das Steuergerät den Elektromotor durch wenigstens eine Dreh moment bildende Stromkomponente in Abhängigkeit von einem Betriebs- zustand des Elektromotors zur Erzeugung und/oder Kompensation von Schwingungen steuert. Einige Regierungen und Regierungsinstitutionen haben in den letzten Jahren bereits Beschlüsse und Richtlinien verabschiedet, die es vorschreiben, dass Elektro- und Hybridfahrzeuge bei einer Geschwindigkeit <30km/h ein Warngeräusch für Pas- santen erzeugen. Die National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) in den ETSA, das europäische Parlament und das Ministerium für Land, Infrastruktur, Transport und Tourismus in Japan sind einige dieser Regierungsorgane. Eine Ar beitsgruppe der Wirtschaftskommission für Europa der Vereinten Nationen (UN- ECE) arbeitet seit 2016 an einer ähnlichen Verordnung.
Lautsprecher, die Warngeräusche für Passanten erzeugen, müssen einigen ETmwelt- einflüssen, wie Staub und Feuchtigkeit, standhalten und sind dadurch ein finanziel ler Großaufwand für Autokonzerne. Durch steigende Komfortanforderungen und Leichtbaubestrebungen zur Minimierung des Rohstoff- und Energiebedarfs treten zunehmend größere Anstrengungen beim Entwurf der Fahrzeuggeometrie auf. Dadurch treten zusätzlich Schwingungsprobleme auf, die den Akustikkomfort stö- rend unterwandern. Um jenen Komfort zu gewährleisten werden im Fahrzeug aktiv Geräusche unterdrückt. Dabei kommen unter anderem aktive Motorlager und im Fahrzeug verbaute Lautsprecheranlagen zum Einsatz.
Um ressourceneffizient und nachhaltig zu agieren, wird im Bereich der aktiven Ge- räuscherzeugung mittels elektrischer Aktoren geforscht. Gelingt es Geräusche und Vibrationen alleine mit einem Elektromotor zu generieren, entfällt demnach die Produktion, Validierung, Integration und die Gewährleistung eines Lautsprechers gänzlich. Dieser Forschungsabschnitt erfolgt in der Rahmenforschung„Active Sound Generation (ASG) in passenger cars using the Electronic Power Steering (EPS) motor” mit dem Ziel z.B. Außenlautsprecher zu ersetzen, die Warngeräu- sche, Sounds und Vibrationen erzeugen sollen.
Ein weiterer Auftrag der Forschung ist im Bereich der Active Noise Control (ANC). Dabei ist es das Ziel die Signal erfassung und Kompensationsmethoden weiterzu- entwickeln. Denn die Vision ist - nicht wie bei bereits existierenden Systemen - keine Mikrofone zur Akquise des auszulöschenden Signals zu verwenden, sondern Beschleunigungssensoren. Denn es ist weitaus weniger aufwändig mit einem Kör perschallsensor den Störschall auszuwerten, als mehrere Störschall sensoren (Mik rofone im Dachhimmel) im Fahrzeuginnenraum zu verwenden. Ein weiterer wich tiger Grund des Einsatzes von Beschleunigungssensoren zum Erfassen des Körper schalls ist die Vermeidung von unzusammenhängendem Luftschall. Es liegt der Fo- kus in der gezielten Auslöschung des Körperschalls nahe am Entstehungsort, der zur Entwicklung von diffusem Luftschall im Fahrzeuginnenraum führen würde. So mit werden störende Folgeschwingungen im Ansatz vermieden. Des Weiteren wird als ein wesentlicher Ansatzpunkt der Forschung kein Lautsprecher zur Gegenbe schallung eingesetzt, sondern bereits bestehende Aktoren, wie zum Beispiel der Lenkungsmotor der elektronischen Servolenkung (EPS). Diese Anwendung des be stehenden Motors ist insofern praktisch, da er direkt am Vorderachsträger (VAT) des Fahrzeugs verbaut ist und somit eine räumlich günstige Position zum Kompen sieren des auftretenden störenden Motorgeräuschs des Verbrennungsmotors besitzt. In dieser Forschung werden als Kern des ANC- Algorithmus mehrere Narrowband- FxLMS-Algorithmen, beispielsweise in einer Parallelstruktur angeordnet, einge- setzt. Betrachtet man die Anwendung in der ANC, zielt die Forschung auf das Ein sparen der zum verlangten Akustikkomfort nötigen Dämm- und Absorbermateria lien im Fahrzeug.
Solch Verfahren zum Betreiben von Elektromotoren sind beispielsweise in der DE 10 2009 046 166 Al, DE 10 2014 007 502 Al, DE 10 2010 049 359 Al oder der
DE 10 2016 206059 Al offenbart.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein gegenüber dem Stand der Technik ver bessertes Verfahren zur Erzeugung und/oder Kompensation von Schwingungen mittels elektrischer Maschinen, insbesondere mittels Elektromotoren, bereitzustel len.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Erzeugung und/oder Kompensation von Schwingungen mittels eines Elektromotors mit den Merkmalen des unabhän- gigen Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen, welche einzeln oder in Kombination miteinander einsetzbar sind, sind Gegenstand der ab hängigen Ansprüche.
Das erfmdungsgemäße Verfahren baut auf gattungsbildende Verfahren dadurch auf, dass
- entsprechend einer Vorgabefunktion eine Stromgröße und/oder wenigstens ein Istwert einer Stromgröße zunächst einer Vorsteuerung zugeführt wird und die daraus entstehenden Steuergrößen für die wenigstens eine Drehmo ment bildenden Stromkomponenten direkt einer Steuereinheit des Steuerge- räts, insbesondere einer Stromregelung, und dann als Spannungsgrößen ei- ner Leistungselektronik und Transformationsstufe zur Erzeugung von Pha- senspannungen für den Elektromotor zugeführt werden. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens wird demgemäß lediglich ein Auslas- tungsgrad („duty cycle“) berechnet. In Folge eines derart berechneten Auslastungs- grades lassen sich Phasenspannungen zur Steuerung des Elektromotors vorteilhaft kontrolliert variieren, wodurch bevorzugt verschiedene Schwingungszustände des Elektromotors erzeugt werden können.
Demnach wird eine regelungstechnische LTnabhängigkeit zur Primärfunktion des Elektromotors erreicht, welches folglich Wechselwirkungen auf Hauptfunktionen des Elektromotors entgegenwirkt. Als Hauptfunktion kann beispielsweise ein elekt romotorisches Lenksystem angesehen werden.
Weiter kann somit die Entwicklung/Implementierung der Hauptfunktion (z.B. Lenkhilfefunktion) unabhängig von der Funktion zur Erzeugung und/oder Kom pensation von Schwingungen mittels des Elektromotors unabhängig gestaltet wer den. Somit kann der Applikationsaufwand reduziert und ferner eine gewünschte Geheimhaltung gewährleistet werden, da die lediglich beispielhaft oben erwähnten Funktionen vorteilhaft unabhängig voneinander entwickelt werden können. Gemäß der vorliegenden Erfindung können bereits existierende Aktoren, zum Beispiel in einem Fahrzeug, neben der eigentlichen Funktion auch für die Erzeugung und/oder Kompensation von Schwingungen verwendet werden, ohne dass deren eigentliche Hauptfunktionalität beeinflusst wird. Es können somit Bauteile, Gewicht und auch Bauraum gespart werden, welches folglich insbesondere die Kosteneffektivität stei gert. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht vorteilhaft insbesondere die Erzeu- gung und/oder Kompensation von hörbaren Schwingungen (insbesondere Schwin gungen bis 16 kHz) als auch spürbaren Schwingungen (insbesondere Schwingun gen bis 50 Hz).
Dabei ermöglicht eine Steuerung des Elektromotors durch wenigstens eine Dreh moment bildende Stromkomponente vorteilhaft, Schwingungen durch eine unmit telbare Einflussnahme auf den Rotor eines Elektromotors zu erzeugen bzw. zu kom pensieren. Eine Schwingungserzeugung bzw. -kompensation allein über das Ge- häuse eines Elektromotors, wie es im Stand der Technik üblich ist, kann dadurch vorteilhaft vermieden werden.
Demgemäß ist in einem bevorzugten Verfahrensschritt beansprucht, dass in der Leistungselektronik und Transformationsstufe, gegebenenfalls unter Berücksichti- gung einer gemessenen Motordrehzahl des Elektromotors, ein Auslastungsgrad („duty cycle“) berechnet wird, wobei der berechnete Auslastungsgrad zur kontrol lierten Variation der Phasenspannungen zur Steuerung des Elektromotors verwen det wird. In einem weiteren bevorzugten Verfahrensschritt ist beansprucht, dass die Erzeu gung und/oder Kompensation von Schwingungen hauptsächlich, d.h. im Wesentli chen, durch eine Steuerung des Rotors des Elektromotors realisiert werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann der Elektromotor ein Syn- chronmotor oder Asynchronmotor mit einem Drehmoment bildenden Strom sein, der vorteilhaft unter Verwendung einer Pulsmustermodulation mittels des Steuer geräts angetrieben und/oder gesteuert werden kann.
Alternativ dazu kann in einer Ausgestaltung der Elektromotor auch eine Gleich- Strommaschine mit einem Drehmoment bildenden Strom sein, welche mittels des Steuergeräts angetrieben und/oder gesteuert werden kann. Zudem hat sich eine Ausgestaltung bewährt, bei der ein Schwingungswert mit einer Sensorik an mindestens einem Fehlerort, im Folgenden als Messpunkt bezeichnet, ermittelt wird und daraus Steuergrößen für die wenigstens eine Drehmoment bil- dende Stromkomponente bestimmt werden können.
Dabei ist eine Ausgestaltung von Vorteil, wenn die detektierten Schwingungen am Messpunkt durch die erzeugten Schwingungen, die auf Basis der Steuergrößen für die wenigstens eine Drehmoment bildende Stromkomponente entstehen, durch ei- nen geeigneten Regelalgorithmus, insbesondere zur Vorgabe der Stromgrößen , in terferiert werden können.
Schließlich ist eine Ausgestaltung der Erfindung bevorzugt, bei der die erzeugten Schwingungen in ihrer Schwingungsstärke, Schwingungsfrequenz, Schwingungs- Stochastik und/oder Schwingungsphase variiert werden können.
Die vorliegende Erfindung erweitert eine bestehende Ansteuerung oder eine feld- orientierte Regelung einer Synchron- oder Asynchronmaschine (oder die Regelung oder Ansteuerung einer Gleichstrommaschine) um die Steuergrößen für die wenigs- tens eine Drehmoment bildenden Stromkomponente, welche aus einer Vorgabe funktion errechnet und dann für den eventuell benötigten Regler adäquat vorgesteu ert werden. Das resultiert in hörbaren und spürbaren Schwingungen, die insbeson dere Körperschall bzw. Körperschwingungen planmäßig ganz oder teilweise erzeu gen und/oder kompensieren, insbesondere durch Überlagerung.
Als besonders vorteilhaft hat sich der Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens auf dem Gebiet von Elektro- oder Hybridautos, Elektrorollern, E-Bikes, Fahrstuhl motoren, Werkzeugmaschinen (z.B. CNC-Maschinen) oder dergleichen elektri scher Maschinen, aber auch in handbetätigten Werkzeug- oder Haushaltsgeräten aller Art. Insbesondere im Ehnfeld, in welchem der Arbeitsschutz zum Tragen kommt, kann eine Geräuschreduzierung bzw. eine Geräuschentlastung erreicht werden. Auch weitere ähnliche Anwendungsgebiete können mittels des erfmdungs- gemäßen Verfahrens abgedeckt werden.
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitende Zeichnung anhand einer bevorzugten Ausführungsform beispielhaft erläutert.
Die einzige Fig. zeigt schematisch einen Eingriff in eine bestehende Stromrege- lung.
Dargestellt ist, wie in einen bestehenden Regelkreis mit Hilfe einer Vorsteuerung 4 eingegriffen wird, um die Primärfunktion eines Antriebs, insbesondere eines Lenk hilfeantriebs, eines Schiebedachantriebs, eines Fahrantriebs oder vergleichbaren Antriebs, nicht zu beeinflussen.
Da zur Regelung des Antriebs gemäß Ausführungsbeispiel eine sogenannte feldori entierte Regelung eingesetzt wird, so dass eine getrennte Regelung der flussbilden den (d-Komponente) und der Drehmoment bildenden (q-Komponente) Stator stromkomponente möglich ist, wird mit einem sogenannter Active Noise Control (ANC)- Algorithmus in dieser d/q-Ebene eingegriffen.
Das vorliegende Verfahren ermöglicht vorteilhaft die Erzeugung und/oder Kom pensation von hörbaren und spürbaren Schwingungen mit elektrischen Maschinen, insbesondere mit Elektromotoren 1. Diese Schwingungen können vorteilhaft in Schwingstärke, Schwingfrequenz und Schwingungsphase variiert werden. Wobei der Elektromotor 1 vorzugsweise ein Synchronmotor oder Asynchronmotor ist, der unter Verwendung einer Pulsmustermodulation mittels eines Steuergeräts 2, insbe sondere eines Motorsteuergeräts, angetrieben ist. Dabei können in einer Leistungs elektronik und Transformationsstufe 5 Istwerte für die gedrehten Stromkomponen- ten id und iq gewonnen werden, wobei id dem Magnetisierungsstrom und iq dem Drehmoment bildenden Strom des Elektromotors 1 entsprechen. Des Weiteren kön nen die Istgrößen id ist; iq ist; ia ist mit vorgegebenen Führungsgrößen iq _ soll, id soll, ia soll verglichen werden. Zudem kann der Elektromotor 1 eine Gleich strommaschine sein mit einem Drehmoment bildenden Strom ia. Schließlich kann maßgeblich die Drehmoment bildende Stromkomponente iq oder ia in Abhängig keit von einem Betriebszustand vorgegeben werden, um dadurch die gewünschte Erzeugung von hörbaren und spürbaren Schwingungen zu erreichen. In gleicher Weise ist dies mit Gleichstrommaschinen möglich, die nicht über eine Pulsmuster modulation verfügen. Dabei werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter „Betriebszustand“ insbesondere eine Drehzahl, eine Last und/oder anderweitige mechanische und/oder akustische Zustände des Elektromotors und/oder der Umge- bung verstanden.
Im Rahmen des vorliegenden Verfahrens wird entsprechend einer Vorgabefunktion 3 eine Stromgröße id* und/oder iq* und/oder wenigstens ein Istwert id ist; iq _ ist; ia ist zunächst einer Vorsteuerung 4 zugeführt, wobei im Falle eines als Synchron motor oder Asynchronmotor ausgestalteten Elektromotors 1 die Größe id den Mag netisierungsstrom, also die Stromkomponente in Richtung des Rotorflusses, und die Größe iq den Drehmoment bildenden Strom, also die Stromkomponente senkrecht zum Rotorfluss, bezeichnet. Im Falle eines als Gleichstrommaschine ausgestalteten Elektromotors 1 stellt hingegen der Ankerstrom ia die Drehmoment bildende Stromkomponente dar.
Bei der Vorgabefunktion 3 kann es sich vorzugsweise um gewünschte Geräusche z.B. als Sounddateien handeln, welche zusammen mit externen Signalen, insbeson dere gemessenen Eimgebungsgeräuschen und Beschleunigungen, einem ANC-Sys- tem zugeführt werden, welches wiederum die Stromgrößen id* und/oder iq* gene riert. Die Vorsteuerung 4 errechnet dann die Steuergrößen iq steuer, id steuer uq steuer und ud steuer, welche direkt einer Steuereinheit 2a des Steuergeräts 2, insbeson dere der Stromregelung, und dann als Spannungsgrößen ud und uq einer Leistungs- elektronik und Transformationsstufe 5 zugeführt werden.
In die Berechnung der Spannungsgrößen ud und uq kann dabei insbesondere eine mittels eines Drehzahl sensors 11 gemessene Motordrehzahl w des Elektromotors 1 eingehen, um eine Entkopplung der Regelkreise für id und iq zu erreichen. In der Leistungselektronik und Transformationsstufe 5 kann schließlich, gegebe- nenfalls auch unter Berücksichtigung der gemessenen Motordrehzahl co, ein Aus- lastungsgrad („duty cycle“) berechnet werden, wobei der berechnete Auslastungs- grad zur kontrollierten Variation der Phasenspannungen ua; ub; uc zur Steuerung des Elektromotors 1 verwendet werden kann.
Insbesondere können die Steuergrößen iq steuer; id steuer; uq steuer und ud steuer direkt einer bestehenden Motorregelung PI, insbesondere in Form eines PI-Reglerblocks, bzw. der Steuereinheit 2a des Steuergeräts 2 zugeführt werden. Wie in der Figur gezeigt ist, werden für das erfindungsgemäße Verfahren innerhalb der Steuereinheit 2a vorteilhaft lediglich vor und nach dem PI-Reglerblock Ein griffe zur Einspeisung der Steuergrößen id steuer; iq steuer; uq steuer; ud steuer benötigt. Weitere Veränderungen an einer bestehenden Motorregelung, beispiels weise eines Lenkungsmotors, sind nicht notwendig. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn genaue Kenntnisse über eine konkret bestehende Motorregelung (PI- Reglerblock), beispielsweise eines zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ver fahren verwendeten Lenkungsmotors eines Fahrzeugs, aufgrund einer Geheimhal tung durch den Lenkungsherstellers fehlen. Darüber hinaus kann vorteilhaft ein Schwingungswert mit einer Sensorik, insbe- sondere mit einem Beschleunigungssensor und/oder mit einem Mikrofon, an min destens einem Messpunkt, beispielsweise an einem Mikrofon am Fahrerohr oder in dessen Nähe, insbesondere im Dachbereich eines Fahrzeugs, ermittelt und daraus Steuergrößen iq steuer, id steuer; uq steuer und ud steuer bestimmt werden. Die detektierten Schwingungen am Messpunkt können dabei vorteilhaft durch die er zeugten Schwingungen, die auf Basis der Steuergrößen iq steuer, id steuer uq steuer und ud steuer entstehen, im Rahmen der Vorgabefunktion 3 durch einen geeigneten Regelalgorithmus, vorzugsweise durch einen FxLMS-Algorithmus („filtered x Least Mean Squares-Algorithmus“), zur Vorgabe der Stromgrößen id* und iq* interferiert werden.
Die vorliegende Erfindung erweitert eine bestehende Ansteuerung oder eine feld orientierte Regelung einer Synchron- oder Asynchronmaschine (oder die Regelung oder Ansteuerung einer Gleichstrommaschine) um die Steuergrößen id steuer; iq_steuer; ia steuer; ud steuer; uq steuer und ua steuer für die wenigstens eine Drehmoment bildende Stromkomponente iq; ia , welche aus einer Vorgabefunktion 3 errechnet und dann für den eventuell benötigten Regler adäquat vorgesteuert wer den. Das resultiert in hörbaren und spürbaren Schwingungen, die insbesondere Kör- perschall bzw. Körperschwingungen planmäßig ganz oder teilweise erzeugen und/oder kompensieren, insbesondere durch Überlagerung.
Die erzeugten Schwingungen können dabei vorteilhaft in ihrer Schwingungsstärke, Schwingungsfrequenz, Schwingungsstochastik und/oder Schwingungsphase vari- iert werden, wobei die Frequenz und Amplitude der erzeugten (Kompensations-) Schwingung, beispielsweise an die aktuelle Motordrehzahl und das Drehmoment eines Verbrennungsmotors (Störschwingung), angepasst werden, wodurch vorteil haft immer eine optimale Auslöschung des Störgeräusches gewährleistet ist. Bezugszeichenliste
1 Elektromotor
Drehzahl sensor
2 Steuergerät
2a Steuereinheit mit einer feldorientierten Regelung
Lq, Ld Induktivitäten
K Konditionierungselement
PI Motorregelung, insb. PI-Reglerblock w Drehzahl des Elektromotors (1)
3 Vorgabefunktion
4 Vorsteuerung
5 Leistungselektronik und Transformationsstufe ua, Ub, uc Phasenspannungen
id*, iq* Stromgrößen, erhalten als Output der Vorgabefunktion 3, ins- besondere erhalten aus einem ANC („active noise control“) - System ld-steuer, lq-steuer,
la-steuer Steuergrößen (Stromkomponenten) für die wenigstens eine
Drehmoment bildende Stromkomponente iq, ia
Ud-steuer, Uq-steuer,
Ua-steuer Steuergrößen (Spannungskomponenten) für die wenigstens eine Drehmoment bildende Stromkomponente iq, ia id-soii, iq-soii, ia-soii Führungsgrößen ld-ist, lq-ist,
ia-ist Istwerte der Stromkomponenten id Magnetisierungsstrom (Stromkomponente in Richtung des
Rotorflusses)
Ud Spannungskomponente des Magnetisierungsstroms id iq Drehmoment bildende Stromkomponente (Stromkomponente senkrecht zum Rotorfluss) uq Spannungskomponente der Drehmoment bildenden Strom komponente iq la Ankerstrom (bei Gleichstrommotoren)

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Erzeugung und/oder Kompensation von Schwingungen mit tels eines Elektromotors (1),
- wobei durch eine Leistungselektronik und Transformationsstufe (5) eines Steuergeräts (2) in einer Regelstrecke Istwerte für Stromkom ponenten (id ist; iq ist; ia ist) gewonnen werden;
- wobei die Istwerte (id ist, iq _ ist, ia ist,) mit vorgegebenen Füh rungsgrößen (id soll, iq _ soll, ia soll,) verglichen werden;
- und wobei das Steuergerät (2) den Elektromotor (1) durch wenigs tens eine Drehmoment bildende Stromkomponente (iq; ia) in Ab hängigkeit von einem Betriebszustand des Elektromotors (1) zur Er zeugung und/oder Kompensation von Schwingungen steuert;
dadurch gekennzeichnet, dass
- entsprechend einer Vorgabefunktion (3) eine Stromgröße (id*; iq*) und/oder wenigstens ein Istwert einer Stromgröße (id ist, iq ist, ia ist) zunächst einer Vorsteuerung (4) zugeführt wird und die dar aus entstehenden Steuergrößen (id steuer; iq steuer; ia steuer; ud steuer; uq_steuer; ua steuer) für die wenigstens eine Drehmo- ment bildenden Stromkomponenten (iq; ia) direkt einer Steuerein heit (2a) des Steuergeräts (2), insbesondere einer Stromregelung, und dann als Spannungsgrößen (ud und uq) einer Leistungselektro nik und Transformationsstufe (5) zur Erzeugung von Phasenspan nungen (ua; ub; uc) für den Elektromotor (1) zugeführt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Leistungs- elektronik und Transformationsstufe (5), gegebenenfalls unter Berücksich- tigung einer gemessenen Motordrehzahl (co) des Elektromotors (1), ein Aus- lastungsgrad berechnet wird, wobei der berechnete Auslastungsgrad zur kontrollierten Variation der Phasenspannungen (ua; ub; uc) zur Steuerung des Elektromotors (1) verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Er zeugung und/oder Kompensation von Schwingungen hauptsächlich durch eine Steuerung des Rotors des Elektromotors (1) realisiert ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (1) ein Synchronmotor oder Asynchronmotor mit ei- nem Drehmoment bildenden Strom (iq) ist, der bevorzugt unter Verwen dung einer Pulsmustermodulation mittels des Steuergeräts (2) angetrieben und/oder gesteuert ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (1) eine Gleichstrommaschine mit einem Drehmo ment bildenden Strom (ia) ist, welche bevorzugt mittels des Steuergeräts (2) angetrieben und/oder gesteuert ist.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schwingungswert mit einer Sensorik an mindestens einem Messpunkt ermittelt wird und daraus Steuergrößen (id steuer; iq_steuer; ia steuer; ud steuer; uq steuer; ua steuer) für die wenigstens eine Drehmo- ment bildende Stromkomponente (iq; ia) bestimmt werden. 7 Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die detektier- ten Schwingungen am Messpunkt durch die erzeugten Schwingungen, die auf Basis der Steuergrößen (id steuer; iq_steuer; ia steuer; ud steuer; uq steuer; ua steuer) für die wenigstens eine Drehmoment bildende Strom komponente (iq; ia) entstehen, durch einen geeigneten Regelalgorithmus in terferiert werden. 8 Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erzeugten Schwingungen in ihrer Schwingungsstärke, Schwin gungsfrequenz, Schwingungsstochastik und/oder Schwingungsphase vari iert werden.
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