Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bewerten eines akustischen Resonanzrisikos eines Elektromotors, der vorzugsweise zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug vorgese hen ist.

Aus dem Stand der Technik ist es prinzipiell bekannt, einem Entstehen von Reso nanzschwingungen in Antriebsstränge von Kraftfahrzeugen entgegenzuwirken. In die sem Zusammenhang offenbart etwa die DE 10 2016280 477 A1 ein Verfahren zur Vermeidung einer Falscherkennung von Zündaussetzern bei einem Verbrennungsmo tor. Die DE 102015 224 102 A1 offenbart einen Antriebsstrang mit einer bewusst ein gesetzten Starteinrichtung, die eine Brennkraftmaschine durch Drehantrieb ihrer Kur belwelle in einem Drehzahlbereich einer Anregerfrequenz startet.

Ein Nachteil der aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungen kann jedoch darin gesehen werden, dass bei diesen zum Umsetzen der Vorkehrungen gegen ein Auftreten von Resonanzschwingungen häufig relativ aufwändig aufgebaute Vorrich tungen erforderlich sind, die auch eine relativ aufwändige Steuerung erfordern.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Bewertungsverfahren zur Verfü gung zu stellen, das in einem möglichst frühen Entwicklungszeitpunkt eines Elektro motors eine verlässliche Beurteilung des Resonanzverhaltens dieses Elektromotors zulässt, um die weitere Konstruktion des übrigen Antriebsstranges zu erleichtern.

Dies wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Demnach ist ein Verfahren zum Bewerten eines akustischen Resonanzrisikos eines Elektromo tors, mit folgenden Schritten umgesetzt: a) Ermitteln eines Schwingungsverhaltens ei nes Bauteils (vorzugsweise eines Stators) eines elektromagnetisch angeregten Elekt romotors in einem Betriebspunkt (des Elektromotors) bei einer bestimmten Drehzahl eines Rotors des Elektromotors sowie einem bestimmten auf den Rotor übertragenen Drehmoment, b) Erstellen eines Frequenzspektrums zu dem Schwingungsverhalten nach Schritt a) mit mehreren Amplitudenmaxima, unter Darstellung mehrerer, jeweils eine bestimmte Anzahl an Oberwellenmaxima einer Resonanzmode betreffender / re präsentierender Raumordnungswerte, c) Berechnen eines repräsentativen Amplitu denbeitragswertes zu jedem der in Schritt b) erstellten Amplitudenmaxima für die ver schiedenen Raumordnungswerte, d) Durchführen einer von der Höhe der Raumord nungswerte abhängigen Gewichtung der nach Schritt c) berechneten repräsentativen Amplitudenbeitragswerte unter Anwendung einer festgelegten Wahrscheinlichkeitsver teilung, sowie e) Berechnen eines Bewertungskriteriums für das Auftreten akustischer Schwingungen durch Bilden einer Summe der einzelnen nach Schritt d) gewichteten Amplitudenbeitragswerte.

Folglich wird ein Verfahren zum Bewerten eines Resonanzrisikos für ein möglichst frü hes Entwicklungsstadium eines Elektromotors sowie eines Kraftfahrzeugantriebsstran ges zur Verfügung gestellt, anhand dessen die nachgeschalteten Entwicklungsabtei lungen, insbesondere die Akustikabteilungen, auf einfache Weise Anpassungen an an den Elektromotor anschließenden Bereichen des Antriebsstranges vornehmen kön nen, um den weiteren Antriebsstrang mit einem möglichst geringen Herstellaufwand fertig zu stellen, wobei zugleich ein geeignetes akustisches Geräuschverhalten im Be trieb erzielt wird.

Weitere vorteilhafte Ausführungen sind mit den Unteransprüchen beansprucht und nachfolgend näher erläutert.

Wird das Ermitteln des Schwingungsverhaltens nach Schritt a) anhand einer rechner basierten Simulation durchgeführt, wird der Aufwand weiter reduziert.

In diesem Zusammenhang ist es alternativ auch von Vorteil, wenn der Schritt a) an hand von, an einem real produzierten Elektromotor messtechnisch erfasster Daten durchgeführt wird. Dadurch wird ein möglichst praxisnahes Messergebnis verwendet.

Zudem ist es zweckmäßig, wenn in Schritt b) auch jene bei negativen Raumordnungs werten auftretende Amplitudenmaxima durch einen Spiegelvorgang mit berücksichtigt / dargestellt sind. Wird das nach Schritt e) berechnete Bewertungskriterium in einem weiteren Schritt f) mit einem in dem Betriebspunkt vorliegenden mittleren Drehmoment normiert, wird die Aussagekraft des Bewertungskriteriums nochmals erweitert.

Auf typische Weise findet in dem Schritt d) die Gewichtung derart statt, dass ein ers tes Amplitudenmaximum bei einem ersten Raumordnungswert höher gewichtet wird als ein zweites Amplitudenmaximum, das bei einem zweiten Raumordnungswert, wel cher zweite Raumordnungswert höher als der erste Raumordnungswert ist, vorhanden / zu finden ist. Dadurch werden die mit niedrigeren Raumordnungswerten auftreten den Amplitudenbeitragswerte stärker berücksichtigt, da diese häufig einen höheren Einfluss auf das akustische Resonanzverhalten des Elektromotors / des gesamten An triebsstranges haben.

Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Software zum Durchführen eines erfindungs gemäßen Verfahrens nach zumindest einer der zuvor beschriebenen Ausführungen.

Auch betrifft die Erfindung eine elektronische Recheneinheit, ausgestattet mit dieser Software.

In andern Worten ausgedrückt, wird somit erfindungsgemäß ein Bewertungskriterium des Resonanzrisikos einer E-Maschine (/ Elektromotor) basierend auf vorzugsweise simulierten elektromagnetischen Anregungen erzeugt. Das Verfahren weist vorzugs weise folgende Schritte auf: 1 . Die elektromagnetischen Anregungen einer elektri schen Maschine sind über eine mechanische Umdrehung bestimmt (in einer Simula tion oder durch eine Messung). 2. Eine spektrale Darstellung der elektromagnetischen Anregungen wird über die Dimensionen einer „Motorordnung“ (Vielzahl der Drehfre quenz) sowie einer „Raumordnung“ (Anzahl von Amplitudenmaxima der Anregungs welle über den Statorumfang) erstellt. 3. Die spektralen Anregungsbeiträge negativer Raumordnungen sind bei den entsprechenden positiven Raumordnungen gespiegelt.

4. Ein repräsentativer Beitrag ist für jede Raumordnung, vorzugsweise für Raumord nungen von 0 bis 22, anhand der Motorordnungen, vorzugsweise Motorordnungen noh 1 bis 360, berechnet. 5. Eine Gewichtungsfunktion ist für dieselben Raumordnun gen basiert auf eine normale Verteilung in der Wahrscheinlichkeitstheorie berechnet.

6. Das Bewertungskriterium entspricht der Summe der mit der Wahrscheinlichkeits funktion gewichteten repräsentativen Beiträge. Dieser Betrag ist als Resonanzwahr scheinlichkeitsniveau („Resonance Probability Level“ / RPL) benannt. 7. Das RPL wird weiter bevorzugt mit dem mittleren Drehmoment des gleichen Betriebspunktes nor miert. Dadurch erhält man eine zusätzliche Information, um das Resonanzrisiko bei unterschiedlichen E-Maschinen zu vergleichen. Dieser normierte RPL ersetzt jedoch nicht den zuvor berechneten RPL, sondern liegt als zusätzlich verwertbare Information vor. Das nicht normierte RPL / Resonanzwahrscheinlichkeitsniveau ist z.B. dann zu bevorzugen, wenn bei dem identischen E-Maschinen-Konzept der Einfluss von be stimmten Variationen (wie eine Änderung der Magnetdimensionen) untersucht werden soll.

Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Flussdiagramm zu einem erfindungsgemäßen Verfahren nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Frequenzspektrums in Abhän gigkeit einer eine Anzahl an Oberwellenmaxima einer Resonanzmode re präsentierenden Raumordnung, das in dem Verfahren nach Fig. 1 erstellt wird, sowie

Fig. 3 ein Diagramm zur Veranschaulichung einer Gewichtungsfunktion, die in dem Verfahren nach Fig. 1 angewendet wird.

Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen daher ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Anhand der Fign. 1 bis 3 geht ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Bewerten eines akustischen Resonanzrisikos eines Elektromotors nach einem bevorzugten Ausfüh rungsbeispiel besonders gut hervor. Das Verfahren dient zum Bewerten des Reso nanzrisikos jenes Elektromotors, der zum Einsatz als Antriebsmaschine in einem An triebsstrang eines Kraftfahrzeuges vorgesehen ist. Der Elektromotor ist bspw. in ein Hybridmodul, etwa ein P2-Hybridmodul, eine elektrische Antriebsachse oder ein dedi- ziertes Hybridgetriebe, eingesetzt. Der Elektromotor ist somit als Antriebsmaschine in einem hybridisierten Antriebsstrang oder einem rein elektrischen Antriebsstrang ein gesetzt.

Das Verfahren nach Fig. 1 weist die Schritte a) bis f) auf, wobei der Schritt f) in alter nativen Ausführungen auch weggelassen ist.

Zunächst wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren in einem ersten Schritt a) ein Schwingungsverhalten eines Bauteils eines elektromagnetisch angeregten / betriebe nen Elektromotors ermittelt. Das Schwingungsverhalten wird in dieser Ausführung in einem bestimmten Betriebspunkt des Elektromotors, d. h. bei einer bestimmten Dreh zahl eines Rotors des Elektromotors sowie bei einem bestimmten auf dem Rotor von einem Stator des Elektromotors aus übertragenen Drehmoment, ermittelt. Die elektro magnetischen Anregungen des Elektromotors sind folglich über eine mechanische Umdrehung simuliert. Der Betriebspunkt liegt in diesem Beispiel bei einer Drehzahl von 2000 Umdrehungen pro Minute (1/min) und einem mittleren Drehmoment von 158 Nm.

Dieser Schritt a) wird gemäß der vorliegenden Ausführung durch eine reine rechner basierte Simulation durchgeführt. Alternativ - gemäß weiteren erfindungsgemäßen Ausführungen - wird das Schwingungsverhalten anhand verschiedener an einem real produzierten Elektromotor messtechnisch erfasster Messdaten ermittelt. Demnach wird in Schritt a) ein Schwingungsverlauf des Stators über eine gewisse Zeitdauer er fasst.

Mit diesem nach Schritt a) ermittelten Schwingungsverhalten / Schwingungsverlauf wird in einem zeitlich nachfolgenden zweiten Schritt b) des Verfahrens ein mit Fig. 2 besonders gut zu erkennendes Frequenzspektrum erstellt. Dieses Frequenzspektrum zeigt auf typische Weise mehrere Amplitudenmaxima des Schwingungsverhaltens. Dieses Frequenzspektrum ist auf typische Weise durch eine 2D-harmonische Zerle gung des Schwingungsverhaltens erzielt.

N

Die Größe der Amplitude ist in — angegeben. Des Weiteren zeigt jene mit „Motorord- m nung“ bezeichnete Achse des Diagramms die Flöhe der Frequenz, bei dem das jewei lige Amplitudenmaximum vorliegt. Beispielhaft sind Motorordnungswerte / Frequenzen in einem Wertebereich von 0 bis 50 dargestellt. Auf typische Weise werden Motorord nungswerte / Frequenzen zumindest in einem Bereich von 0 bis 360 berücksichtigt / erfasst.

Zugleich ist in diesem Frequenzspektrum ein weiterer Faktor, der als „Raumordnung“ bezeichnet ist, berücksichtigt. Die Raumordnung ist mit Raumordnungswerten von 0 bis 22 dargestellt. Die Raumordnung entspricht einer Anzahl an Oberwellenmaxima einer Resonanzmode. Mit der Raumordnung wird somit auch die Form der entspre chenden Resonanzmode des jeweils vorliegenden Amplitudenmaximums berücksich tigt. In Fig. 2 sind bspw. bei der Resonanzmode / dem Raumordnungswert 0 zwei Amplitudenmaxima bei der Motorordnung 0 sowie der Motorordnung 49 vorhanden. Der Raumordnungswert 0 entspricht einer Art pulsierenden Ausbauchung des Stators, sodass keine vollständige Welle / Oberwelle gebildet wird. Auch sind weitere Amplitu denmaxima bei höheren Raumordnungen zu erkennen.

Im Anschluss wird in einem dritten Schritt c) ein repräsentativer Amplitudenbeitrags wert zu jedem der in Schritt b) erstellten / ermittelten Amplitudenmaxima für die ver schiedenen Raumordnungswerte berechnet. In diesem bevorzugten Ausführungsbei spiel wird dieser repräsentative Amplitudenbeitragswert (ARPA) für jede Raumordnung („m“) zwischen 0 und 22 bei den Motorordnungen 1 bis 360 wie folgt berechnet: wobei A _maxM (H, m) die maximale Amplitude {\A(ß,m)\, \A(H, -m)\} darstellt.

In einem an den dritten Schritt c) anschließenden vierten Schritt d) des Verfahrens wird eine Gewichtung durchgeführt. Diese Gewichtung ist von der Größe der Raum ordnungswerte abhängig und wird an dem jeweiligen repräsentativen Amplitudenbei tragswert, unter Anwendung einer festgelegten Wahrscheinlichkeitsverteilung umge setzt. Diese Gewichtungsfunktion W(m) wird in dieser Ausführung durch folgende Funktion umgesetzt:

W(m) = 3.17 · e 34.5

Ein Verlauf der Gewichtungsfunktion ist in Fig. 3 veranschaulicht. Hieraus wird deut lich, dass die bei niedrigeren Raumordnungswerten liegenden Amplitudenmaxima mit einem höheren Gewichtungswert (W) berücksichtigt werden als die bei höheren Raumordnungswerten liegenden Amplitudenmaxima. Demnach wird die Gewichtung in Schritt d) prinzipiell derart durchgeführt, dass ein erstes Amplitudenmaximum bei einem ersten Raumordnungswert höher gewichtet wird als ein zweites Amplitudenma ximum, das bei einem zweiten Raumordnungswert, welcher zweite Raumordnungs wert größer als der erste Raumordnungswert ist, zu finden ist. Insbesondere ist die Gewichtungsfunktion mit den Randbedingungen W(4) = 2 und W(8) angepasst.

Wiederum im Anschluss daran wird in einem fünften Schritt e) die Summe dieser ein zelnen nach Schritt d) mit der Funktion W(m) gewichteten Amplitudenbeitragswerte summiert, wobei diese Summe ein Bewertungskriterium für das Auftreten akustischer Schwingungen darstellt. Hierbei wird auf typische Weise folgende Formel angewen det:

Dieser Betrag „RPL“ stellt das Bewertungskriterium dar. lm Anschluss daran wird vorzugsweise ein weiterer Schritt f) durchgeführt, wobei das zuvor berechnete Bewertungskriterium mit einem in dem Betriebspunkt vorliegenden mittleren Drehmoment normiert wird. Zusätzlich zu dem zuvor berechneten (initialen) Bewertungskriterium erhält man dadurch ein normiertes Bewertungskriterium. Das schließlich erhaltene normierte Bewertungskriterium wird bevorzugt für einen Ver gleich unterschiedlicher Elektromotoren eingesetzt.

Des Weiteren sei darauf hingewiesen, dass in Schritt b) auch jene Amplitudenmaxima berücksichtigt werden, die bei negativen Raumordnungswerten auftreten, indem diese einfach durch einen Spiegelvorgang um die durch den 0-Punkt laufende Achse mit in dem positiven Raumordnungsbereich gespiegelt werden.

Des Weiteren betrifft die Erfindung prinzipiell eine Software, die zum Durchführen die ses Verfahrens ausgebildet ist sowie eine elektronische Recheneinheit, die wiederum mit dieser Software ausgestattet ist.

In anderen Worten ausgedrückt, wird prinzipiell die Tatsache genutzt, dass ein NVH- Verhalten („Noice Vibration and Harshness“ / Vibroakustik) einer elektrischen Ma schine direkt von den betrieblichen elektromagnetischen Anregungen (eines Stators) beeinflusst wird. Durch die Komplexität und die mehrdimensionalen Aspekte der für das NVH-Verhalten relevanten Einflussfaktoren sind diese elektromagnetischen Anre gungen schwierig zu bewerten. Um die Bewertung jedes E-Maschinen-Zustands, bzw. einen vordefinierten Arbeitspunkt bei einer gegebenen elektrischen Maschine, zu er möglichen, ist erfindungsgemäß eine Methodologie zur Bestimmung einer Resonanz wahrscheinlichkeit vorgeschlagen. Damit können die auf die elektromagnetischen An regungen basierte Resonanzwahrscheinlichkeiten verschiedener elektrischer Maschi nen und/oder Arbeitspunkte / Betriebspunkte miteinander verglichen werden.