WO2023205832A1 - Verfahren und system zum bewerten eines elektromotors eines elektrischen antriebssystems eines kraftfahrzeugs hinsichtlich seiner im betrieb hör- und/oder spürbaren schwingungen - Google Patents

Verfahren und system zum bewerten eines elektromotors eines elektrischen antriebssystems eines kraftfahrzeugs hinsichtlich seiner im betrieb hör- und/oder spürbaren schwingungen Download PDF

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WO2023205832A1 PCT/AT2023/060136 AT2023060136W WO2023205832A1 WO 2023205832 A1 WO2023205832 A1 WO 2023205832A1 AT 2023060136 W AT2023060136 W AT 2023060136W WO 2023205832 A1 WO2023205832 A1 WO 2023205832A1
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electric motor
sound
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limit value
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Mehdi MEHRGOU
Stefan Maier
Inigo GARCIA DE MADINABEITIA MERINO
Mohamed Essam AHMED
Safa MAHROUS
Francesco Duchi
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Avl List Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a method and system for evaluating an electric motor of an electric drive system of a motor vehicle with regard to its vibrations that can be heard and/or felt during operation.
  • a method for evaluating an electric motor of an electric drive system of a motor vehicle with regard to its vibrations that can be heard and/or felt during operation.
  • the process has the following steps:
  • the method according to the invention which can in particular be a computer-implemented method or, in other words, can be carried out on a computer or several computers, thus provides a quick evaluation of an electric motor with regard to NVH.
  • the frequency-resolved sound value data set is generated from the simulation model, which is specific for the electric motor simulated by the simulation model or, in other words, indicates an NVH characteristic or NVH DNA of the electric motor.
  • the frequencies of the sound value data set are in particular the excitation frequencies of the electric motor meant operation.
  • the electric motor in particular its stator, can be exposed to artificial forces, in particular tensile and compressive forces, which cause the deformations in accordance with the spatial regulations.
  • the forces can be varied along the circumference of the stator in terms of their direction and/or their point of application on the stator.
  • This sound can be specified in the form of the sound value, which in turn can be, for example, a sound pressure, a sound power, a volume, for example in decibels, or another unit or a combination of units.
  • the sound value data set can map a course of sound values over a frequency, in particular an excitation frequency of the electric motor, in particular of the stator, for spatial planning.
  • the sound value data set can be stored or represented, for example, by a two-dimensional graphic representation, in which the sound values and the frequencies or time orders that can be assigned to them can be plotted on the coordinate axes of a two-dimensional coordinate system.
  • the individual spatial orders can be plotted as axes on the coordinate system, so that it can be read which sound value the respective spatial order has at which frequency or time order.
  • the evaluation is finally carried out by comparing it with at least one sound limit value.
  • the sound limit value is specified and can be freely selected.
  • the sound limit value can be chosen so that only those audible and/or noticeable vibrations or, in other words, such NVH behavior are taken into account in the evaluation, which result in noises and noises audible by the passengers of the motor vehicle during ferry operation of the motor vehicle /or noticeable vibrations.
  • the method according to the invention enables an intelligent evaluation by selecting audible and/or noticeable vibrations based on the sound limit value by appropriately specifying the sound limit value.
  • the at least one sound limit value is an absolute limit value of a sound value.
  • the at least one sound limit value is a relative limit value of a sound value depending on the frequency.
  • a relative sound limit can be used as an alternative or in addition to an absolute limit.
  • the relative sound limit value can be designed as a curve or information according to an assignment rule, for example in the form of a function or an assignment table, of sound value over frequency. This means that individual sound limit values can be specified for different frequencies.
  • the sound value limit can be set lower for frequencies that occur frequently during operation of the electric motor than for frequencies that rarely occur during operation.
  • the relative limit value can be determined in particular from a real driving cycle of the motor vehicle and thus a typical operation of the electric motor and can be dependent accordingly.
  • the relative limit value allows a more practical NVH assessment of the electric motor in a variety of ways based on its actual use, in particular the real driving cycle of the motor vehicle. It is also advantageous if a number of exceedances of the at least one predetermined sound limit value by the sound values of the sound value data set are taken into account for the evaluation. This means that not only whether a sound value exceeds a sound limit value is taken into account in the evaluation, but also how often a sound limit value is exceeded is taken into account.
  • At least one further limit value can be specified, which is a specification for the number of times the sound limit value is exceeded. Based on the at least one further limit value, a more significant evaluation result for the NVH behavior of the electric motor can be determined.
  • several additional limit values can be set to enable a quantitative assessment. This makes it possible to quantitatively evaluate how strong the audible and/or noticeable vibrations of the electric motor are based on the number of times the sound limit value is exceeded in comparison with the several other limit values.
  • a qualitative assessment of the electric motor is carried out based on the sound limit value.
  • This qualitative assessment can be used in particular to obtain an initial, rough assessment result.
  • the evaluation only determines whether the electric motor is considered proper or improper in terms of NVH, which can also be referred to as the evaluation result.
  • a corresponding change to the simulation model can then be carried out, as will be explained in more detail later.
  • a quantitative assessment of the electric motor is carried out based on several sound limit values.
  • This quantitative assessment can be used in addition to or as an alternative to the qualitative assessment.
  • the qualitative assessment can provide an initial quick assessment and the quantitative assessment may or may not occur depending on the outcome of the qualitative assessment. For example, if the qualitative assessment determines that the electric motor is not performing properly in terms of NVH, the quantitative assessment can be performed to provide a more detailed assessment of the NVH behavior and thus obtain a more detailed assessment result.
  • different sound limit values are specified, which are then assigned to different NVH ratings.
  • the evaluation result can be that the electric motor is “very loud” when a first sound limit is exceeded, “loud” when a second sound limit is exceeded and the first sound limit is undershot, and “quiet” when a third sound limit is exceeded and the second sound limit is undershot or “very quiet” when the sound falls below the third sound limit.
  • An even more detailed subdivision of the evaluation results can also be carried out based on the sound limit values specified for the quantitative evaluation.
  • the number of exceedances of the at least one predetermined sound limit value by the sound values of the sound value data set can be taken into account, in particular as explained above by way of example.
  • the multiple sound limit values can be taken into account in combination with the number of times the sound limit values are exceeded by the sound values of the sound value data set.
  • the electric motor is modified in the simulation model if the sound values exceed at least one sound limit value. If the number of exceedances is also taken into account, the modification can take place if the number of exceedances specified by the further limit value is also exceeded.
  • the simulation model of the electric motor can be modified if the sound values exceed the at least one sound limit as often as is determined by the further limit mentioned above.
  • the design of the electric motor can be changed in the simulation model in such a way that the NVH behavior is reduced if possible. For example, modifications can be made to the dimensions, geometries, materials, etc. of individual components of the electric motor, such as bearings. A further evaluation can then be carried out to use the evaluation to check whether improved NVH behavior is achieved with the modified simulation model of the electric motor.
  • These sound values and/or the frequencies of these sound values determine local areas and/or extents of the modification of the simulation model of the electric motor.
  • Local areas can mean individual areas of components or components themselves.
  • the scope of a modification for example geometry or size adjustments, means the degree of change that the respective local area of the electric motor experiences in the simulation model.
  • the evaluation can be used to determine not only whether a design change to the electric motor should be made in order to improve the NVH behavior, but also where and how this should be done.
  • there can be a predefined set of modification options the application of which in the simulation model uses constructive adjustment screws to change the NVH behavior of the electric motor.
  • the simulation model is preferably based on a CAD model (abbreviation CAD stands for computer-aided design).
  • CAD computer-aided design
  • CAD model it is possible to easily create a geometric model of the electric motor and its components using computer support.
  • the deformations are carried out in accordance with the spatial regulations, i.e. simulated, so that the model is referred to as a simulation model.
  • the CAD model it is also easily possible to change the geometry and dimensions of the components of the electric motor in order to develop it towards lower audible and/or noticeable vibrations based on the result of the evaluation.
  • operating points of an operating map of the electric motor are modified when the sound values exceed at least one sound limit value.
  • This type of NVH optimization on the operating map can take place as an alternative or in addition to design changes to the electric motor.
  • a level at which the sound limit values are exceeded by the sound values, the spatial orders of these sound values and/or the frequencies of these sound values can be used to determine the operating points to be modified in the operating map.
  • the number of exceedances is also taken into account, the operating points can be modified if the number of exceedances specified by the further limit value is also exceeded.
  • the operating map of an electric motor is understood to mean a majority of operating points or a totality of all operating points of the electric motor.
  • the operating points can be organized in any form by the operating map, for example in a table, in the form of one or more functions, in the form of two- or three-dimensional diagrams, any combination of the aforementioned or the like.
  • the operating points are defined in particular by the torque and the speed.
  • the operating map can in particular be represented two-dimensionally in a known manner, with the operating points of the electric motor spanning the operating map over the torques and speeds of the electric motor plotted on axes.
  • operating points of the operating map can be changed on the basis of force maps to reduce the audible and/or noticeable vibrations, the force maps comprising forces occurring on the electric motor during operation of the electric motor for different operating parameters of the electric motor.
  • the force maps of the electric motor are understood to mean, in particular, a majority or totality of forces occurring on the rotor and/or stator of the electric motor during operation of the electric motor, depending on the operating points passed through in the operating map of the electric motor or operating parameters.
  • the forces can be stored in the force maps in the form of force points or force characteristics.
  • the force points can be organized in any form by the force map, for example in a table, in the form of one or more functions, in the form of two- or three-dimensional diagrams, any combination of the aforementioned or the like.
  • the force points can be determined, for example, by specifying the force in Newtons occurring on the rotor and/or stator over one or more operating parameters of the electric motor, for example a current intensity, a voltage, a phase angle, in particular the angle from rotor to stator of the electric motor, etc. be defined. It is also possible that the method also includes generating the force maps based on the simulation model of the electric motor.
  • the force maps can be determined non-destructively, quickly and precisely, instead of carrying out a real measurement in the motor vehicle.
  • the force map can be generated, for example, based on a finite element method (FEM) analysis.
  • FEM finite element method
  • a force map data set specific to the electric motor can be generated, from which the force maps come and through which the spatial orders and frequencies of the electric motor can be assigned to the force maps.
  • the specific force map data set can also assign time orders of the electric motor. Time orders and spatial orders are understood here to mean, in particular, dimensionless variables of the electric motor that occur during operation. The time orders can be derived from the frequencies, in particular excitation frequencies, of the electric motor.
  • the time orders can indicate dimensionless relationships between an excitation frequency of the electric motor or the at least one component, in particular the stator, of the electric motor and a predetermined reference frequency, in particular a number of rotor revolutions, in particular of the rotor of the electric motor, per second or, in other words, a speed .
  • a predetermined reference frequency in particular a number of rotor revolutions, in particular of the rotor of the electric motor, per second or, in other words, a speed .
  • the electric motor can be characterized by the time and spatial orders with regard to the frequency and the deformation as a result of the force effects on it and thus with regard to the audible and / or noticeable vibrations, which also means that the force maps over the time and spatial orders in the force map -Data set can be correlated.
  • the respective parameters such as spatial orders, time orders, force maps, sound values, etc. in the sound value data set and in the force map data set can be organized in any form, for example in a table, in the form of one or more functions, in the form of two- or three-dimensional Diagrams, any combination of the foregoing or the like.
  • the force map data set can be stored or mapped by a two-dimensional graphical representation or a plot, in which the time orders and spatial orders are plotted on respective coordinate axes and force maps are assigned to these by respective force map points, which in turn with their information in a further can be stored or mapped in a two-dimensional graphic representation.
  • the operating map means an initial operating map, which serves as a starting point for optimization.
  • the (initial) operating map is the operating map that is optimized by the method.
  • An optimized operating map is the result of such a method, i.e. the (initial) operating map optimized by the method.
  • the optimized operating map is at least partially optimized compared to the (initial) operating map in the direction of reduced audible and/or noticeable vibrations of the electric drive system of the motor vehicle.
  • the force maps provide information about the audible and/or noticeable vibrations at the operating points by characterizing the forces that occur over the operating points.
  • the forces that occur and are known from the force maps correlate at least partially with the audible and/or noticeable vibrations at the respective operating points.
  • This makes it possible to change the operating points of the (initial) operating map in at least one partial operating range, in particular an area of the (initial) operating map that is particularly critical in relation to the determined data of audible and/or noticeable vibrations or that limits driving comfort of the force maps provided to reduce the audible and / or noticeable vibrations in the at least one partial operating range.
  • the optimization i.e. NVH reduction
  • NVH reduction can be carried out under the condition that a torque and a speed of the electric motor are retained from the (initial) operating map. In this way, it can be ensured that the (initial) operating map is only changed in a specific, particularly advantageous parameter range with a view to possible prior optimization for maximum efficiency.
  • the (initial) operating map outside the at least one partial operating range can be or will be pre-optimized for maximum efficiency of the electric motor. This means that a local NVH optimization is carried out, in which the (initial) operating map, which can already be pre-optimized for maximum efficiency or can then be optimized, only in a specific one
  • the NVH area that limits driving comfort is optimized.
  • At least one operating parameter or several operating parameters of the electric motor can be changed to reduce NVH.
  • the at least one operating parameter can be a voltage and/or a current strength of the electric motor. Meanwhile, possible conditions can be maintained, such as a permissible maximum voltage and current.
  • a reduction in the audible and/or noticeable vibrations in the at least one partial operating area can be accompanied by a loss of efficiency in the at least one partial operating area.
  • Changed operating points are accompanied by reduced efficiency compared to the (initial) operating map. Accordingly, the operating points can be manipulated by changing the operating parameters of the electric motor at the operating points to the detriment of efficiency, but thus in favor of lower vibrations.
  • the (initial) operating map can also be optimized in the entire operating range of the electric motor.
  • it can be advantageous to optimize the operating map of the electric motor only in a certain operating range.
  • Such local optimization can be used to exclude certain operating areas in which, for example, optimization can be carried out in a direction other than NVH reduction, for example to maximize the efficiency of the electric motor.
  • the present invention also relates to a system for evaluating an electric motor of an electric drive system of a motor vehicle with regard to its vibrations that can be heard and/or felt during operation, the system having:
  • a provision module for providing, in particular generating, a simulation model of the electric motor, - a generation module for generating a frequency-resolved sound value data set specific to the electric motor based on the simulation model, the sound value data set assigning sound values of the electric motor to different frequencies and different spatial orders of the electric motor, the spatial orders indicating different deformations of a force wave that are in an air gap occur between a stator and a rotor of the electric motor, and
  • an evaluation module for evaluating the electric motor with regard to its vibrations that can be heard and/or felt during operation by comparing the sound values of the sound value data set with at least one predetermined sound limit value.
  • a system according to the invention therefore brings with it the same advantages as have been explained in detail with reference to the method according to the invention.
  • the system can be set up or designed to carry out the method according to the invention.
  • the modules can, for example, each be implemented by a separate computer program code or jointly by a common computer program code and/or by separate or common functional units of a computer. It is also possible for individual modules to be implemented in a common module, for example the provision module and the generation module.
  • the system can in particular include one or more computers or be formed by one or more computers, which can have the individual modules.
  • the present invention also provides a computer program product comprising instructions which, when the program is executed by a computer, cause it to carry out the method according to the invention.
  • the computer program product can be a computer program itself or a product, such as a computer-readable data memory, on which a computer program for carrying out the method can be stored.
  • FIG. 2 shows an embodiment of a system according to the invention when carrying out a method according to the invention
  • Fig. 3 shows the embodiment of the method according to the invention from Fig. 2.
  • FIG 1 shows purely schematically an electrically driven motor vehicle 10 with an electric drive system 11.
  • the electric drive system 11 has an electric motor 12.
  • the electric drive system 11 can of course have further components or components, such as a traction battery, an inverter, power electronics, transmission, etc., which, however, are not all included for the sake of clarity 1 are shown.
  • the stator 13 and the rotor 14 are shown as components of the electric motor 12.
  • Figure 2 shows schematically a system 20 in the form of a computer with a generation module 21, a provision module 22 and a determination module 23, the system 20 being located outside the motor vehicle 10 shown in Figure 1.
  • the system 20 is used to carry out the exemplary embodiment of a method 30 according to the invention explained herein and shown schematically in FIG.
  • the provision module 21 is used for the provision which takes place in the first method step 31 of the method 30 of FIG. in particular generating the simulation model 1 of the electric motor 12.
  • the simulation model 1 can in particular be designed as a CAD model or be based on a CAD model.
  • the provision module 22 of the system 20 is used in the second procedural step
  • the sound value data set 2 assigns different sound values SW of the stator 13 to different spatial orders RO and frequencies f of the electric motor 12.
  • a first axis carries the sound values SW, with the second axis carrying the frequencies f of the electric motor 12, which in this respect can be assigned to time orders ZO of a force map data set 4 which will be explained in more detail later.
  • the individual spatial orders RO are thus shown as curves over the sound value SW and the frequency f with different dashed lines.
  • the spatial orders RO or their curves in the sound value data set 2 etc. are shown purely schematically in FIG. 2 and in a purely exemplary number.
  • the evaluation module 23 now evaluates as part of a third procedural step
  • the electric motor 12 with regard to its vibrations that can be heard and / or felt during operation by comparing the sound values SW of the sound value data set 2 with at least one predetermined sound limit value SGW.
  • the sound limit value SGW is shown in FIG. 2 purely as an example as a single absolute sound limit value SGW, but can also be designed as a relative sound limit value SGW, which indicates a relative limit value of a sound value SW depending on the frequency f. Furthermore, in addition to a qualitative assessment with a sound limit value SGW, it is possible to use several sound limit values SGW for a quantitative assessment of the electric motor 12 with regard to its NVH behavior.
  • a fourth method step 34 of the method 30 of FIG. 3 if the NVH behavior of the electric motor 12 is poorly assessed, according to the third method step 33, an NVH optimization of the electric motor 12 can be carried out to improve the poor NVH behavior.
  • the NVH optimization can be done, for example, by modifying the simulation model 1 of the electric motor 12 and thus the design of the electric motor 12.
  • the operating map 3 of the electric motor 12 that can be generated by the system 20.
  • the force map data set 4 that can be generated by the system 20 can be used, which assigns spatial orders RO and frequencies f of the electric motor 12 to force maps 5.
  • the force maps 5 indicate the forces occurring on the stator 13 of the electric motor 12 as a function of the operating parameters of the electric motor 12. Based on the spatial arrangements RO and the frequencies f at which the sound values SW occur which exceed the sound limit value SGW, those forces in the force maps 5 and thus operating points in the operating map 3 can be identified that must be changed in order to reduce the NVH to optimize behavior.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren (30) und ein System (20) zum Bewerten eines Elektromotors (12) eines elektrischen Antriebssystems (11) eines Kraftfahrzeugs (10) hinsichtlich seiner im Betrieb hör- und/oder spürbaren Schwingungen.

Description

Verfahren und System zum Bewerten eines Elektromotors eines elektrischen Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs hinsichtlich seiner im Betrieb hör- und/oder spürbaren Schwingungen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und System zum Bewerten eines Elektromotors eines elektrischen Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs hinsichtlich seiner im Betrieb hör- und/oder spürbaren Schwingungen.
Die Verbesserung des Fahrkomforts ist eines der großen Themen für die Zukunft der Mobilität, insbesondere der Elektromobilität. Hör- und/oder spürbare Schwingungen (engl. "Noise Vibration Harshness", kurz NVH) des Elektromotors können den Fahrkomfort dabei bei hoher Lautstärke und starken Vibrationen im Fahrzeuginnenraum des von dem Elektromotor angetriebenen Kraftfahrzeugs entscheidend beeinflussen.
Zur Reduzierung der hör- und/oder spürbaren Schwingungen ist vorab eine Bewertung des Elektromotors hinsichtlich NVH hilfreich. Für diese Bewertung ist es notwendig, die hör- und/oder spürbaren Schwingungen des jeweiligen Elektromotors zu identifizieren. Dies bedeutet, dass ermittelt werden muss, bei welchen Betriebsweisen des Elektromotors (charakterisiert beispielsweise durch Betriebsparameter des Elektromotors) welche hör- und/oder spürbaren Schwingungen auftreten und ggf. wie hoch diese auffallen. Selbst bei geringfügigen oder einfachen strukturellen Veränderungen am Design des Elektromotors ist dabei eine neue Bewertung des Elektromotors erforderlich.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in kostengünstiger, schneller und einfacher Weise, eine Bewertung eines Elektromotors eines elektrischen Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs hinsichtlich der für seinen Fahrkomfort maßgeblichen hör- und/oder spürbaren Schwingungen zu ermöglichen.
Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 13 sowie ein Computerprogrammprodukt mit den Merkmalen des Anspruchs 14. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen System sowie dem erfindungsgemäßen Computerprogrammprodukt und jeweils umgekehrt, sodass bzgl. der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird oder werden kann.
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Bewerten eines Elektromotors eines elektrischen Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs hinsichtlich seiner im Betrieb hör- und/oder spürbaren Schwingungen vorgesehen. Das Verfahren weist dabei die folgenden Schritte auf:
(a) Bereitstellen, insbesondere Erzeugen, eines Simulationsmodells des Elektromotors,
(b) Erzeugen eines für den Elektromotor spezifischen und frequenzaufgelösten Schallwert-Datensatzes auf Basis des Simulationsmodells, wobei der Schallwert- Datensatz Schallwerte des Elektromotors unterschiedlichen Frequenzen und unterschiedlichen Raumordnungen des Elektromotors zuweist, wobei die Raumordnungen unterschiedliche Verformungen einer Kraftwelle angeben, die in einem Luftspalt zwischen einem Stator und einem Rotor des Elektromotors auftreten, und
(c) Bewerten des Elektromotors hinsichtlich seiner im Betrieb hör- und/oder spürbaren Schwingungen durch einen Abgleich der Schallwerte des Schallwert-Datensatzes mit zumindest einem vorgegebenen Schallgrenzwert.
Das erfindungsgemäße Verfahren, welches insbesondere ein computerimplementiertes Verfahren sein kann oder, mit anderen Worten, auf einem Computer oder mehreren Computern ausgeführt werden kann, stellt damit im Ergebnis eine schnelle Bewertung eines Elektromotors hinsichtlich NVH bereit.
Dazu wird von dem Simulationsmodell ausgehend der frequenzaufgelöste Schallwert-Datensatz erzeugt, welcher spezifisch für den vom Simulationsmodell simulierten Elektromotor ist oder, mit anderen Worten, eine NVH-Charakteristik oder NVH-DNA des Elektromotors angibt. Mit den Frequenzen des Schallwert- Datensatzes sind dabei insbesondere Anregungsfrequenzen des Elektromotors beim Betrieb gemeint. Für die Erzeugung des Schallwert-Datensatzes kann der Elektromotor, insbesondere sein Stator, künstlichen Kräften, insbesondere Zug- und Druckkräften, ausgesetzt werden, die für die Verformungen gemäß der Raumordnungen sorgen. Dabei können die Kräfte hinsichtlich ihrer Richtung und/oder ihres Angriffspunktes am Stator entlang des Umfangs des Stators variiert werden. Wegen den künstlichen Kräften wird insbesondere die Oberfläche des Stators verformt und so ein Schall ermittelbar, der von dem Stator und damit von dem Elektromotor ausgeht. Dieser Schall kann in Form des Schallwerts angegeben werden, welcher wiederum beispielsweise ein Schalldruck, eine Schallleistung, eine Lautstärke, beispielsweise in Dezibel, oder eine andere Einheit oder eine Kombination von Einheiten sein kann.
Der Schallwert-Datensatz kann einen Verlauf von Schallwerten über einer Frequenz, insbesondere einer Anregungsfrequenz des Elektromotors, insbesondere des Stators, für Raumordnungen abbilden. Der Schallwert-Datensatz kann beispielsweise durch eine zweidimensionale graphische Repräsentation abgespeichert oder abbildbar sein, bei dem die Schallwerte und die Frequenzen oder diesen zuordenbare Zeitordnungen auf den Koordinatenachsen eines zweidimensionalen Koordinatensystems abgetragen sein können. Die einzelnen Raumordnungen können als Achsen auf dem Koordinatensystem abgetragen sein, sodass jeweils abgelesen werden kann, welchen Schallwert die jeweilige Raumordnung bei welcher Frequenz oder Zeitordnung aufweist.
Anhand des frequenzaufgelösten Schallwert-Datensatzes erfolgt schließlich die Bewertung durch Abgleich mit zumindest einem Schallgrenzwert. Der Schallgrenzwert wird vorgegeben, wobei er frei gewählt werden kann. Der Schallgrenzwert kann dabei so gewählt werden, dass damit nur solche hör- und/oder spürbaren Schwingungen oder, mit anderen Worten, ein solches NVH-Verhalten bei der Bewertung berücksichtigt wird, welches im Fährbetrieb des Kraftfahrzeugs zu von den Passagieren des Kraftfahrzeugs hörbaren Geräuschen und/oder wahrnehmbaren Vibrationen führt. Insbesondere ist es möglich, den Schallgrenzwert so zu wählen, dass damit nur solche hör- und/oder spürbaren Schwingungen von der Bewertung erfasst werden, welche im Fährbetrieb des Kraftfahrzeugs störend erscheinen. Damit ist gemeint, dass nur von den Passagieren des Kraftfahrzeugs hinreichend hörbare, also hinreichend laute, Schwingungen, oder hinreichend spürbare Schwingungen von der Bewertung erfasst werden. Demnach ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren durch eine entsprechende Vorgabe des Schallgrenzwerts eine intelligente Bewertung durch Selektion von hör- und/oder spürbaren Schwingungen anhand des Schallgrenzwerts. Alternativ oder zusätzlich ist es jedoch auch möglich, in einer weiteren Bewertung die den Schallgrenzwert überschreitenden Schallwerte gesondert zu gewichten und in die Bewertung einfließen zu lassen. Beispielsweise können so besonders hohe Schallwerte stärker bei der Bewertung berücksichtigt werden als kleinere Schallwerte, die den Schallgrenzwert überschreiten.
Es ist vorteilhaft, wenn der zumindest eine Schallgrenzwert ein absoluter Grenzwert eines Schallwerts ist. Dann ist eine besonders einfache Bewertung des Elektromotors hinsichtlich seines NVH-Verhaltens möglich.
Vorteilhaft ist aber auch, wenn der zumindest eine Schallgrenzwert ein relativer Grenzwert eines Schallwerts in Abhängigkeit von der Frequenz ist. Ein solcher relativer Schallgrenzwert kann alternativ oder zusätzlich zu einem absoluten Grenzwert verwendet werden. Der relative Schallgrenzwert kann als ein Verlauf oder eine Angabe gemäß einer Zuordnungsvorschrift, beispielsweise in Form einer Funktion oder einer Zuordnungstabelle, von Schallwert über Frequenz ausgebildet sein. So können für unterschiedliche Frequenzen individuelle Schallgrenzwerte angegeben werden. Dies hat den Vorteil, dass die Bewertung auf die Frequenzen angepasst erfolgen kann. So kann die Schallwertgrenze bei im Betrieb des Elektromotors häufig vorkommenden Frequenzen beispielsweise geringer angesetzt werden als bei im Betrieb selten vorkommenden Frequenzen. Dazu kann der relative Grenzwert insbesondere von einem realen Fahrzyklus des Kraftfahrzeugs und damit einem typischen Betrieb des Elektromotors ermittelt werden und entsprechend abhängig sein. Die Signifikanz von im Betrieb selten auftretender Frequenzen kann dann, trotz womöglich hoher Schallwerte bei diesen Frequenzen, für die Bewertung gesenkt werden. Wiederum kann durch die Festlegung des individuellen Grenzwerts pro Frequenz festgelegt werden, dass bei besonders hohen Schallwerten, trotz seltenen Auftretens im Betrieb, eine entsprechend starke Berücksichtigung bei der Bewertung erfolgt. Insgesamt erlaubt der relative Grenzwert damit auf vielfältige Art und Weise eine praxisnähere NVH-Bewertung des Elektromotors anhand seines tatsächlichen Einsatzes, insbesondere des realen Fahrzyklus des Kraftfahrzeugs. Auch ist vorteilhaft, wenn für die Bewertung eine Anzahl von Überschreitungen des zumindest einen vorgegebenen Schallgrenzwerts durch die Schallwerte des Schallwert-Datensatzes berücksichtigt wird. Das bedeutet, dass nicht nur ein Überschreiten eines Schallgrenzwerts durch einen Schallwert in die Bewertung einfließt, sondern auch berücksichtigt wird, wie oft ein Schallgrenzwert überschritten wird. Hierzu kann zumindest ein weiterer Grenzwert vorgegeben werden, der eine Vorgabe für die Anzahl von Überschreitungen des Schallgrenzwert ist. Anhand des zumindest einen weiteren Grenzwerts lässt sich ein signifikanteres Bewertungsergebnis für das NVH-Verhalten des Elektromotors bestimmen. Insbesondere können mehrere weitere Grenzwerte festgelegt werden, um eine quantitative Bewertung zu ermöglichen. So lässt sich anhand einer jeweiligen Anzahl von Überschreitungen des Schallgrenzwerts im Abgleich mit den mehreren weiteren Grenzwerten in quantitativer Hinsicht bewerten, wie stark die hör- und/oder spürbaren Schwingungen des Elektromotors sind.
Vorteilhaft ist ferner, wenn anhand des Schallgrenzwerts eine qualitative Bewertung des Elektromotors durchgeführt wird. In diesem Falle liegt nur ein Schallgrenzwert vor. Diese qualitative Bewertung kann insbesondere zum Erhalten eines ersten, groben Bewertungsergebnisses dienen. Mit qualitativ ist dabei gemeint, dass anhand des Schallgrenzwerts durch die Bewertung nur bestimmt wird, ob der Elektromotor in Bezug auf NVH als ordnungsgemäß oder nicht ordnungsgemäß gilt, was auch als Bewertungsergebnis bezeichnet werden kann. Beim Letzteren kann dann eine entsprechende Änderung des Simulationsmodells durchgeführt werden, wie sie später näher im Detail erläutert wird. Auch hier ist die Berücksichtigung eines weiteren Grenzwerts, der eine Vorgabe für die Anzahl von Überschreitungen des Schallgrenzwert ist, möglich, um zu bestimmen, ob der Elektromotor in Bezug auf NVH als ordnungsgemäß oder nicht ordnungsgemäß gilt.
Außerdem ist vorteilhaft, wenn anhand mehrerer Schallgrenzwerte eine quantitative Bewertung des Elektromotors durchgeführt wird. Diese quantitative Bewertung kann zusätzlich oder alternativ zur qualitativen Bewertung angewendet werden. Die qualitative Bewertung kann eine erste schnelle Bewertung ermöglichen und die quantitative Bewertung kann abhängig von dem Ergebnis der qualitativen Bewertung erfolgen oder nicht. Wenn beispielsweise durch die qualitative Bewertung ermittelt wird, dass der Elektromotor in Bezug auf NVH nicht ordnungsgemäß ist, kann die quantitative Bewertung durchgeführt werden, um eine detailliertere Bewertung des NVH-Verhaltens und damit ein detaillierteres Bewertungsergebnis zu erhalten. Bei der quantitativen Bewertung werden unterschiedliche Schallgrenzwerte vorgegeben, die dann unterschiedlichen NVH-Bewertungen zugeordnet werden. Beispielsweise kann das Bewertungsergebnis bei quantitativer Bewertung dann sein, dass der Elektromotor „sehr laut“ bei Überschreiten eines ersten Schallgrenzwerts, „laut“ bei Überschreiten eines zweiten Schallgrenzwerts und Unterschreiten des ersten Schallgrenzwerts, „leise“ bei Überschreiten eines dritten Schallgrenzwerts und Unterschreiten des zweiten Schallgrenzwerts oder „sehr leise“ bei Unterschreiten des dritten Schallgrenzwerts ist. Auch kann eine noch feingliedrigere Unterteilung der Bewertungsergebnisse anhand der für die quantitative Bewertung vorgegebenen Schallgrenzwerte erfolgen. Insbesondere kann für diese quantitative Bewertung die Anzahl von Überschreitungen des zumindest einen vorgegebenen Schallgrenzwerts durch die Schallwerte des Schallwert-Datensatzes berücksichtigt werden, insbesondere wie sie oben beispielhaft erläutert worden ist. So können für die quantitative Bewertung die mehreren Schallgrenzwerte in Kombination mit der Anzahl von Überschreitungen der Schallgrenzwerte durch die Schallwerte des Schallwert-Datensatzes berücksichtigt werden.
Weiterhin ist vorteilhaft, wenn der Elektromotor im Simulationsmodell modifiziert wird, wenn die Schallwerte den zumindest einen Schallgrenzwert überschreiten. Bei zusätzlicher Berücksichtigung der Anzahl von Überschreitungen kann die Modifikation erfolgen, wenn auch die durch den weiteren Grenzwert vorgegebene Anzahl an Überschreitungen überschritten wird. Mit anderen Worten kann das Simulationsmodell des Elektromotors modifiziert werden, wenn die Schallwerte den zumindest einen Schallgrenzwert so oft überschreiten, wie durch den oben erwähnten weiteren Grenzwert festgelegt wird. Durch die Modifikation kann der Elektromotor in konstruktiver Hinsicht im Simulationsmodell so verändert werden, dass das NVH-Verhalten nach Möglichkeit reduziert wird. Dabei können beispielsweise Modifikationen in der Dimensionierung, den Geometrien, den Materialien usw. einzelner Bauteile des Elektromotors, wie beispielsweise Lagern, erfolgen. Im Anschluss kann eine weitere Bewertung durchgeführt werden, um anhand der Bewertung zu überprüfen, ob mit dem modifizierten Simulationsmodell des Elektromotors ein verbessertes NVH-Verhalten erzielt wird.
Bevorzugt werden über eine Höhe oder, mit anderen Worten, ein Maß der Überschreitung der Schallgrenzwerte durch die Schallwerte, die Raumordnungen dieser Schallwerte und/oder die Frequenzen dieser Schallwerte lokale Bereiche und/oder Umfänge der Modifikation des Simulationsmodells des Elektromotors bestimmt. Mit lokalen Bereichen können dabei einzelne Bereiche von Bauteilen oder Bauteile an sich gemeint sein. Mit dem Umfang einer Modifikation, also beispielsweise Geometrie- oder Größenanpassungen, ist dabei der Grad der Änderung gemeint, die der jeweilige lokale Bereich des Elektromotors in dem Simulationsmodell erfährt. So kann mittels der Bewertung nicht nur bestimmt werden, ob eine Änderung des Elektromotors in konstruktiver Hinsicht erfolgen soll, um das NVH-Verhalten zu verbessern, sondern auch, wo und wie dies geschehen soll. Für die einzelnen Modifikationen kann dabei ein vordefiniertes Set an Modifikationsmöglichkeiten vorliegen, deren Anwendung am Simulationsmodell konstruktive Stellschrauben zur Veränderung des NVH-Verhaltens des Elektromotors nutzt.
Vorzugsweise basiert das Simulationsmodell auf einem CAD-Modell (Abk. CAD steht für computer-aided design, zu Deutsch rechnerunterstütztes Konstruieren). Mittels eines CAD-Modells oder CAD-Konstruktionsmodells ist ein einfaches rechnerunterstütztes Erzeugen eines geometrischen Modells des Elektromotors mitsamt seinen Bauteilen möglich. An diesem Modell werden die Verformungen gemäß den Raumordnungen durchgeführt, also simuliert, sodass vorliegend beim Modell von einem Simulationsmodell gesprochen wird. Ebenso ist es mit dem CAD- Modell einfach möglich, die Geometrie und Dimensionierung der Bauteile des Elektromotors zu verändern, um diesen auf Basis des Ergebnisses der Bewertung in Richtung geringerer hör- und/oder spürbarer Schwingungen zu entwickeln.
Vorteilhaft ist ferner, wenn Betriebspunkte eines Betriebskennfelds des Elektromotors modifiziert werden, wenn die Schallwerte den zumindest einen Schallgrenzwert überschreiten. Diese Art der NVH-Optimierung am Betriebskennfeld kann alternativ oder zusätzlich zu konstruktiven Änderungen am Elektromotor stattfinden. Auch für die Modifikation des Betriebskennfelds kann eine Höhe der Überschreitung der Schallgrenzwerte durch die Schallwerte, die Raumordnungen dieser Schallwerte und/oder die Frequenzen dieser Schallwerte zur Bestimmung der zu modifizierenden Betriebspunkte in dem Betriebskennfeld herangezogen werden. Zudem kann bei zusätzlicher Berücksichtigung der Anzahl von Überschreitungen die Modifikation der Betriebspunkte erfolgen, wenn auch die durch den weiteren Grenzwert vorgegebene Anzahl an Überschreitungen überschritten wird. Als Betriebskennfeld eines Elektromotors wird hierin eine Mehrheit von Betriebspunkten oder eine Gesamtheit aller Betriebspunkte des Elektromotors verstanden. Die Betriebspunkte können dabei in beliebiger Form von dem Betriebskennfeld organisiert sein, beispielsweise in einer Tabelle, in Form einer oder mehrerer Funktionen, in Form von zwei- oder dreidimensionalen Diagrammen, einer beliebigen Kombination der vorgenannten oder dergleichen. Die Betriebspunkte werden dabei insbesondere durch das Drehmoment und die Drehzahl definiert. Das Betriebskennfeld ist insbesondere in bekannter Weise zweidimensional darstellbar, wobei die Betriebspunkte des Elektromotors das Betriebskennfeld über die auf Achsen abgetragenen Drehmomente und Drehzahlen des Elektromotors aufspannen.
Vorteilhafterweise können dabei Betriebspunkte des Betriebskennfelds auf Basis von Kraftkennfeldern zum Reduzieren der hör- und/oder spürbaren Schwingungen verändert werden, wobei die Kraftkennfelder im Betrieb des Elektromotors an dem Elektromotor auftretende Kräfte für unterschiedliche Betriebsparameter des Elektromotors umfassen. Als Kraftkennfelder des Elektromotors werden insbesondere eine Mehrheit oder Gesamtheit von im Betrieb des Elektromotors an dem Rotor und/oder Stator des Elektromotors auftretenden Kräften in Abhängigkeit von den durchlaufenen Betriebspunkten des Betriebskennfelds des Elektromotors oder Betriebsparametern verstanden. In den Kraftkennfeldern können die Kräfte in Form von Kraftpunkten oder Kraftkenndaten gespeichert sein. Die Kraftpunkte können dabei in beliebiger Form von dem Kraftkennfeld organisiert sein, beispielsweise in einer Tabelle, in Form einer oder mehrerer Funktionen, in Form von zwei- oder dreidimensionalen Diagrammen, einer beliebigen Kombination der vorgenannten oder dergleichen. Die Kraftpunkte können dabei beispielsweise durch eine Angabe der an dem Rotor und/oder Stator auftretenden Kraft in Newton über einem oder mehreren Betriebsparametern des Elektromotors, beispielsweise einer Stromstärke, einer Spannung, einem Phasenwinkel, insbesondere Winkel von Rotor zu Stator des Elektromotors, usw., definiert sein. Möglich ist zudem, dass das Verfahren ferner das Erzeugen der Kraftkennfelder auf Basis des Simulationsmodells des Elektromotors aufweist. Dadurch, dass ein Simulationsmodell zum Einsatz kommt, können die Kraftkennfelder zerstörungsfrei, schnell und präzise ermittelt werden, statt eine reale Messung im Kraftfahrzeug durchzuführen. Dabei kann das Erzeugen des Kraftkennfelds beispielsweise auf Basis einer Finite Elemente Methode (FEM) Analyse erfolgen. Außerdem kann dabei ein für den Elektromotor spezifischer Kraftkennfeld-Datensatz erzeugt werden, aus dem die Kraftkennfelder stammen und durch welchen den Kraftkennfeldern die Raumordnungen und Frequenzen des Elektromotors zuordenbar sind. Der spezifische Kraftkennfeld-Datensatz kann dabei statt den Kraftkennfelder direkt die Frequenzen zuzuordnen auch Zeitordnungen des Elektromotors zuordnen. Als Zeitordnungen und Raumordnungen werden hierin insbesondere dimensionslose Größen des Elektromotors verstanden, die im Betrieb auftreten. Die Zeitordnungen können aus den Frequenzen, insbesondere Anregungsfrequenzen, des Elektromotors abgeleitet sein. Die Zeitordnungen können dimensionslose Verhältnisse zwischen einer Anregungsfrequenz des Elektromotors oder des zumindest einen Bauteils, insbesondere Stators, des Elektromotors und einer vorgegebenen Referenzfrequenz, insbesondere einer Anzahl von Rotorumdrehungen, insbesondere des Rotors des Elektromotors, pro Sekunde oder, mit anderen Worten, einer Drehzahl, angeben. Damit kann der Elektromotor hinsichtlich der Frequenz und der Verformung infolge der Krafteinwirkungen auf diesen und damit in Bezug auf die hör- und/oder spürbaren Schwingungen durch die Zeit- und Raumordnungen charakterisiert werden, wodurch auch die Kraftkennfelder über die Zeit- und Raumordnungen in dem Kraftkennfeld-Datensatz korreliert werden können. Dabei besteht vorzugsweise eine vorgegebene Anzahl von Zeitordnungen und Raumordnungen, sodass quasi der gesamte (relevante) Betriebsbereich des Elektromotors mit den Zeitordnungen und Raumordnungen abgedeckt wird und in zeitlicher und räumlicher Hinsicht zugeordnet werden kann.
Die jeweiligen Parameter wie Raumordnungen, Zeitordnungen, Kraftkennfelder, Schallwerte usw. in dem Schallwert-Datensatz und in dem Kraftkennfeld-Datensatz können in beliebiger Form organisiert sein, beispielsweise in einer Tabelle, in Form einer oder mehrerer Funktionen, in Form von zwei- oder dreidimensionalen Diagrammen, einer beliebigen Kombination der vorgenannten oder dergleichen. So kann beispielsweise der Kraftkennfeld-Datensatz durch eine zweidimensionale graphische Repräsentation bzw. einen Plot abgespeichert oder abbildbar sein, bei dem die Zeitordnungen und Raumordnungen auf jeweiligen Koordinatenachsen abgetragen sind und diesen durch jeweilige Kraftkennfeldpunkte jeweils Kraftkennfelder zugeordnet sind, die wiederum mit ihren Informationen in einer weiteren zweidimensionalen graphischen Repräsentation abgespeichert oder abbildbar sein können. Bei der Modifikation der Betriebspunkte des Betriebskennfelds des Elektromotors ist bevorzugt, diese in zumindest einem Teilbetriebsbereich des Betriebskennfelds auf Basis der ausgewählten Kraftkennfelder zum Reduzieren der hör- und/oder spürbaren Schwingungen in dem zumindest einen Teilbetriebsbereich auszuführen. Mit dem Betriebskennfeld ist damit ein Ausgangs-Betriebskennfeld gemeint, welches als Ausgangspunkt für eine Optimierung dient. Mit anderen Worten ist das (Ausgangs-)Betriebskennfeld dasjenige Betriebskennfeld, welches durch das Verfahren optimiert wird. Ein optimiertes Betriebskennfeld ist das Ergebnis eines solchen Verfahrens, also das durch das Verfahren optimierte (Ausgangs- )Betriebskennfeld. Das optimierte Betriebskennfeld ist dabei gegenüber dem (Ausgangs-)Betriebskennfeld zumindest teilweise in Richtung reduzierter hör- und/oder spürbarer Schwingungen des elektrischen Antriebssystems des Kraftfahrzeugs optimiert. Dabei wird sich zu Nutze gemacht, dass die Kraftkennfelder durch die Charakterisierung der auftretenden Kräfte über den Betriebspunkten Aufschluss über die hör- und/oder spürbaren Schwingungen an den Betriebspunkten geben. Mit anderen Worten korrelieren die auftretenden und anhand der Kraftkennfelder bekannten Kräfte zumindest teilweise mit den hör- und/oder spürbaren Schwingungen bei den jeweiligen Betriebspunkten. Dadurch kann das Verändern der Betriebspunkte des (Ausgangs-)Betriebskennfelds in zumindest einem Teilbetriebsbereich, insbesondere einem in Bezug auf die ermittelten Daten von hör- und/oder spürbaren Schwingungen besonders kritischen bzw. den Fahrkomfort einschränkenden Bereich, des (Ausgangs-)Betriebskennfelds auf Basis der bereitgestellten Kraftkennfelder zum Reduzieren der hör- und/oder spürbaren Schwingungen in dem zumindest einen Teilbetriebsbereich erfolgen.
Die Optimierung, also NVH-Reduzierung, kann dabei unter der Bedingung ausgeführt werden, dass ein Drehmoment und eine Drehzahl des Elektromotors von dem (Ausgangs-)Betriebskennfeld beibehalten werden. So kann sichergestellt werden, dass das (Ausgangs-) Betriebskennfeld nur in einem bestimmten, insbesondere vorteilhaften Parameterbereich im Hinblick auf eine mögliche vorherige Optimierung auf maximale Effizienz verändert wird. So kann das (Ausgangs- )Betriebskennfeld außerhalb des zumindest einen Teilbetriebsbereichs auf eine maximale Effizienz des Elektromotors voroptimiert sein oder werden. Damit wird also eine lokale NVH-Optimierung durchgeführt, bei der das (Ausgangs- )Betriebskennfeld, welches bereits auf eine maximale Effizienz voroptimiert sein kann oder anschließend noch optimiert werden kann, nur in einem bestimmten, den Fahrkomfort einschränkenden NVH-Bereich optimiert wird. So kann gewährleistet werden, dass ein hoher Fahrkomfort bei über den gesamten Fahrzyklus gerechnet dennoch geringem Energieverbrauch erzielt wird. Für die NVH-Reduzierung kann ansonsten zumindest ein Betriebsparameter oder können mehrere Betriebsparameter des Elektromotors verändert werden. Dabei kann der zumindest eine Betriebsparameter eine Spannung und/oder eine Stromstärke des Elektromotors sein. Währenddessen können mögliche Bedingungen eingehalten werden, beispielsweise eine zulässige maximale Spannung und Stromstärke.
Eine Reduktion der hör- und/oder spürbaren Schwingungen in dem zumindest einen Teilbetriebsbereich kann dabei mit einem Effizienzverlust in dem zumindest einen Teilbetriebsbereich einhergehen. Das bedeutet, dass die Optimierung des Betriebskennfelds in Richtung reduzierter hör- und/oder spürbarer Schwingungen nicht gänzlich ohne Nachteil durchgeführt wird, auch wenn dieser durch die zuvor ermittelten Daten von hör- und/oder spürbaren Schwingungen geringer ausfällt und in dem optimierten Betriebskennfeld an den veränderten Betriebspunkten mit einer gegenüber dem (Ausgangs-)Betriebskennfeld reduzierten Effizienz einhergeht. Entsprechend können die Betriebspunkte also durch Veränderung von Betriebsparametern des Elektromotors an den Betriebspunkten zu Ungunsten der Effizienz, damit jedoch zu Gunsten von geringeren Schwingungen manipuliert werden.
Grundsätzlich kann das (Ausgangs-)Betriebskennfeld auch im gesamten Betriebsbereich des Elektromotors optimiert werden. Es kann aber vorteilhaft sein, das Betriebskennfeld des Elektromotors nur in einem bestimmten Betriebsbereich zu optimieren. Eine derartige lokale Optimierung kann eingesetzt werden, um bestimmte Betriebsbereiche auszusparen, in denen beispielsweise in eine andere Richtung als NVH-Reduzierung, zum Beispiel zur Effizienzmaximierung des Elektromotors, optimiert werden kann.
Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein System zum Bewerten eines Elektromotors eines elektrischen Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs hinsichtlich seiner im Betrieb hör- und/oder spürbaren Schwingungen, wobei das System aufweist:
- ein Bereitstellungsmodul zum Bereitstellen, insbesondere Erzeugen, eines Simulationsmodells des Elektromotors, - ein Erzeugungsmodul zum Erzeugen eines für den Elektromotor spezifischen und frequenzaufgelösten Schallwert-Datensatzes auf Basis des Simulationsmodells, wobei der Schallwert-Datensatz Schallwerte des Elektromotors unterschiedlichen Frequenzen und unterschiedlichen Raumordnungen des Elektromotors zuweist, wobei die Raumordnungen unterschiedliche Verformungen einer Kraftwelle angeben, die in einem Luftspalt zwischen einem Stator und einem Rotor des Elektromotors auftreten, und
- ein Bewertungsmodul zum Bewerten des Elektromotors hinsichtlich seiner im Betrieb hör- und/oder spürbaren Schwingungen durch einen Abgleich der Schallwerte des Schallwert-Datensatzes mit zumindest einem vorgegebenen Schallgrenzwert.
Damit bringt ein erfindungsgemäßes System die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren erläutert worden sind. Insbesondere kann das System zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet bzw. ausgebildet sein.
Die Module können dabei beispielsweise jeweils durch einen separaten Computerprogrammcode oder gemeinsam durch einen gemeinsamen Computerprogrammcode und/oder durch separate oder gemeinsame Funktionseinheiten eines Computers implementiert sein. Möglich ist auch, dass einzelne Module in einem gemeinsamen Modul implementiert sind, so beispielsweise das Bereitstellungmodul und das Erzeugungsmodul. Das System kann insbesondere einen oder mehrere Computer umfassen oder durch den einen oder mehrere Computer gebildet sein, welcher oder welche die einzelnen Module aufweisen können.
Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.
Damit bringt ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren erläutert worden sind. Das Computerprogrammprodukt kann dabei ein Computerprogramm an sich oder ein Produkt, etwa ein computerlesbarer Datenspeicher, sein, auf dem ein Computerprogramm zur Ausführung des Verfahrens gespeichert sein kann.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschreiben sind. Es zeigen schematisch:
Fig. 1 ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug,
Fig. 2 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems bei der Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, und
Fig. 3 die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens aus Fig. 2.
Identische oder funktionsgleiche Elemente sind in den Figuren 1 bis 3 jeweils mit demselben Bezugszeichen bezeichnet.
Figur 1 zeigt rein schematisch ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug 10 mit einem elektrischen Antriebssystem 11 . Das elektrische Antriebssystem 11 weist einen Elektromotor 12 auf.
Neben der genannten Komponente, insbesondere elektrischen Antriebskomponente, in Form des Elektromotors 12 kann das elektrische Antriebssystem 11 selbstverständlich weitere Komponenten bzw. Bauteile, wie beispielsweise eine Traktionsbatterie, einen Wechselrichter, Leistungselektronik, Getriebe usw., aufweisen, die jedoch der Übersichtlichkeit halber nicht alle in der Fig. 1 gezeigt sind. In jeder Fig. 1 sind aber der Stator 13 und der Rotor 14 als Bauteile des Elektromotors 12 gezeigt.
Figur 2 zeigt schematisch ein System 20 in Form eines Computers mit einem Erzeugungsmodul 21 , einem Bereitstellungsmodul 22 und einem Ermittlungsmodul 23, wobei das System 20 sich außerhalb des in Fig. 1 gezeigten Kraftfahrzeugs 10 befindet. Das System 20 dient der Ausführung des hierin erläuterten und in Fig. 3 schematisch gezeigten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens 30.
In dem System 20 dient das Bereitstellungsmodul 21 dem im ersten Verfahrensschritt 31 des Verfahrens 30 der Fig. 3 erfolgenden Bereitstellen, insbesondere Erzeugen, des Simulationsmodells 1 des Elektromotors 12. Das Simulationsmodell 1 kann dabei insbesondere als ein CAD-Modell ausgestaltet sein oder auf einem CAD- Modell basieren.
Das Bereitstellungsmodul 22 des Systems 20 dient dem im zweiten Verfahrensschritt
32 des Verfahrens 30 erfolgenden Erzeugen eines für den Elektromotor 12 spezifischen und frequenzaufgelösten Schallwert-Datensatzes 2, welches auf Basis des zuvor erzeugten Simulationsmodells 1 erfolgt. Wie anhand der Darstellung des Schallwert-Datensatzes 2 in der Fig. 2 zu erkennen ist, ordnet der Schallwert- Datensatz 2 unterschiedlichen Raumordnungen RO und Frequenzen f des Elektromotors 12 unterschiedliche Schallwerte SW des Stators 13 zu. Eine erste Achse trägt die Schallwerte SW ab, wobei die zweite Achse die Frequenzen f des Elektromotors 12 abträgt, die sich insoweit aber Zeitordnungen ZO eines später näher erläuterten Kraftkennfeld-Datensatzes 4 zuordnen lassen. Die einzelnen Raumordnungen RO sind damit als Verläufe über den Schallwert SW und die Frequenz f mit unterschiedlich gestrichelten Linien dargestellt. Genauso wie die Kraftkennfelder 5 in dem Kraftkennfeld-Datensatz 4 sind die Raumordnungen RO bzw. ihre Verläufe in dem Schallwert-Datensatz 2 usw. dabei in Fig. 2 rein schematisch und in einer rein beispielhaften Anzahl gezeigt.
Das Bewertungsmodul 23 bewertet nun im Rahmen eines dritten Verfahrensschritts
33 des Verfahrens 30 den Elektromotor 12 hinsichtlich seiner im Betrieb hör- und/oder spürbaren Schwingungen durch einen Abgleich der Schallwerte SW des Schallwert-Datensatzes 2 mit zumindest einem vorgegebenen Schallgrenzwert SGW.
Der Schallgrenzwert SGW ist dabei in Fig. 2 rein beispielhaft als ein einziger absoluter Schallgrenzwert SGW gezeigt, kann jedoch gleichsam auch als ein relativer Schallgrenzwert SGW ausgebildet sein, der einen relativen Grenzwert eines Schallwerts SW in Abhängigkeit von der Frequenz f angibt. Im Übrigen ist neben einer qualitativen Bewertung mit einem Schallgrenzwert SGW die Verwendung mehrerer Schallgrenzwerte SGW für eine quantitative Bewertung des Elektromotors 12 hinsichtlich seines NVH-Verhaltens möglich. Auch die Berücksichtigung einer Anzahl von Überschreitungen des Schallgrenzwerts SGW durch die Schallwerte SW des Schallwert-Datensatzes 2 im Rahmen der Bewertung ist möglich, um nicht nur eine absolute Überschreitung des Schallgrenzwerts SGW, sondern auch eine Häufigkeit von Überschreitungen des Schallgrenzwerts SGW zu berücksichtigen und dadurch eine präzisere Bewertung des NVH-Verhaltens des Elektromotors 12 zu erlauben.
In einem vierten Verfahrensschritt 34 des Verfahrens 30 der Fig. 3 kann bei einer schlechten Bewertung des NVH-Verhaltens des Elektromotors 12 gemäß dem dritten Verfahrensschritt 33 eine NVH-Optimierung des Elektromotors 12 zur Verbesserung des schlechten NVH-Verhaltens erfolgen.
Die NVH-Optimierung kann beispielsweise durch eine Modifikation des Simulationsmodells 1 des Elektromotors 12 und damit der Konstruktion des Elektromotors 12 erfolgen. Möglich ist es aber auch, das von dem System 20 erzeugbare Betriebskennfeld 3 des Elektromotors 12 zu modifizieren. Dazu kann der vom System 20 erzeugbare Kraftkennfeld-Datensatz 4 genutzt werden, welcher Kraftkennfeldern 5 Raumordnungen RO und Frequenzen f des Elektromotors 12 zuordnet. Die Kraftkennfelder 5 geben dabei die am Stator 13 des Elektromotors 12 auftretenden Kräfte in Abhängigkeit von Betriebsparametern des Elektromotors 12 an. So lassen sich ausgehend von den Raumordnungen RO und den Frequenzen f, bei denen die Schallwerte SW auftreten, welche den Schallgrenzwert SGW überschreiten, jene Kräfte in den Kraftkennfeldern 5 und damit Betriebspunkte in dem Betriebskennfeld 3 erkennen, die geändert werden müssen, um das NVH- Verhalten zu optimieren.
Die voranstehenden Erläuterungen der Ausführungsformen beschreiben die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen.
Bezugszeichenliste
1 Simulationsmodell
2 Schallwert-Datensatz
3 Betriebskennfeld
4 Kraftkennfeld-Datensatz
5 Kraftkennfeld
10 Kraftfahrzeug
11 elektrisches Antriebssystem
12 Elektromotor
13 Stator
14 Rotor
20 System
21 Erzeugungsmodul
22 Bereitstellungsmodul
23 Ermittlungsmodul
30 Verfahren
31 erster Verfahrensschritt
32 zweiter Verfahrensschritt
33 dritter Verfahrensschritt
34 vierter Verfahrensschritt
RO Raumordnung
ZO Zeitordnung
SW Schallwert
SGW Schallgrenzwert f Frequenz

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren (30) zum Bewerten eines Elektromotors (12) eines elektrischen Antriebssystems (1 1 ) eines Kraftfahrzeugs (10) hinsichtlich seiner im Betrieb hör- und/oder spürbaren Schwingungen, wobei das Verfahren (30) durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist:
(a) Bereitstellen eines Simulationsmodells (1 ) des Elektromotors (12),
(b) Erzeugen eines für den Elektromotor (12) spezifischen und frequenzaufgelösten Schallwert-Datensatzes (2) auf Basis des Simulationsmodells (1 ), wobei der Schallwert-Datensatz (2) Schallwerte (SW) des Elektromotors (12) unterschiedlichen Frequenzen (f) und unterschiedlichen Raumordnungen (RO) des Elektromotors (12) zuweist, wobei die Raumordnungen (RO) unterschiedliche Verformungen einer Kraftwelle angeben, die in einem Luftspalt zwischen einem Stator (13) und einem Rotor (14) des Elektromotors (12) auftreten, und
(c) Bewerten des Elektromotors (12) hinsichtlich seiner im Betrieb hör- und/oder spürbaren Schwingungen durch einen Abgleich der Schallwerte (SW) des Schallwert-Datensatzes (2) mit zumindest einem vorgegebenen Schallgrenzwert (SGW).
2. Verfahren (30) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Schallgrenzwert (SGW) einen absoluten Grenzwert eines Schallwerts (SW) umfasst.
3. Verfahren (30) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Schallgrenzwert (SGW) einen relativen Grenzwert eines Schallwerts (SW) in Abhängigkeit von der Frequenz (f) umfasst.
4. Verfahren (30) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Bewertung eine Anzahl von Überschreitungen des zumindest einen vorgegebenen Schallgrenzwerts (SGW) durch die Schallwerte (SW) des Schallwert-Datensatzes (2) berücksichtigt wird. Verfahren (30) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass anhand des Schallgrenzwerts (SGW) eine qualitative Bewertung des Elektromotors (12) durchgeführt wird. Verfahren (30) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass anhand mehrerer Schallgrenzwerte (SGW) eine quantitative Bewertung des Elektromotors (12) durchgeführt wird. Verfahren (30) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Simulationsmodell (1) des Elektromotors (12) modifiziert wird, wenn die Schallwerte (SW) den zumindest einen Schallgrenzwert (SGW) überschreiten. Verfahren (30) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass über eine Höhe der Überschreitung der Schallgrenzwerte (SGW) durch die Schallwerte (SW), die Raumordnungen (RO) dieser Schallwerte (SW) und/oder die Frequenzen (f) dieser Schallwerte (SW) lokale Bereiche und/oder Umfänge der Modifikation des Simulationsmodells (1 ) des Elektromotors (12) bestimmt werden. Verfahren (30) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Simulationsmodell (1) auf einem CAD-Modell des Elektromotors (12) basiert. Verfahren (30) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Betriebspunkte eines Betriebskennfelds (3) des Elektromotors (12) modifiziert werden, wenn die Schallwerte (SW) den zumindest einen Schallgrenzwert (SGW) überschreiten. Verfahren (30) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass Betriebspunkte des Betriebskennfelds (3) auf Basis von Kraftkennfeldern (5) zum Reduzieren der hör- und/oder spürbaren Schwingungen verändert werden, wobei die Kraftkennfelder (5) im Betrieb des Elektromotors (12) an dem Elektromotor (12) auftretende Kräfte für unterschiedliche Betriebsparameter des Elektromotors (12) umfassen. Verfahren (30) nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass ein für den Elektromotor (12) spezifischer Kraftkennfeld-Datensatz (4) erzeugt wird, aus dem die Kraftkennfelder (5) stammen und durch welchen den Kraftkennfeldern (5) die Raumordnungen (RO) und Frequenzen (f) des Elektromotors (12) zuordenbar sind. System (20) zum Bewerten eines Elektromotors (12) eines elektrischen Antriebssystem (11) eines Kraftfahrzeugs (10) hinsichtlich seiner im Betrieb hör- und/oder spürbaren Schwingungen, wobei das System (20) gekennzeichnet ist durch:
- ein Bereitstellungsmodul (21 ) zum Bereitstellen eines Simulationsmodells (1) des Elektromotors (12),
- ein Erzeugungsmodul (22) zum Erzeugen eines für den Elektromotor (12) spezifischen und frequenzaufgelösten Schallwert-Datensatzes (2) auf Basis des Simulationsmodells (1 ), wobei der Schallwert-Datensatz (2) Schallwerte (SW) des Elektromotors (12) unterschiedlichen Frequenzen (f) und unterschiedlichen Raumordnungen (RO) des Elektromotors (12) zuweist, wobei die Raumordnungen (RO) unterschiedliche Verformungen einer Kraftwelle angeben, die in einem Luftspalt zwischen einem Stator (13) und einem Rotor (14) des Elektromotors (12) auftreten, und
- ein Bewertungsmodul (23) zum Bewerten des Elektromotors (12) hinsichtlich seiner im Betrieb hör- und/oder spürbaren Schwingungen durch einen Abgleich der Schallwerte (SW) des Schallwert-Datensatzes (2) mit zumindest einem vorgegebenen Schallgrenzwert (SGW). Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 auszuführen.
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