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Title:
METHOD FOR GENERATING DRIVING NOISES, ACOUSTICS CONTROLLER AND MOTOR VEHICLE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/219885
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for operating an electric motor, wherein a driving-performance-related torque setpoint is transmitted (P3) from a driving dynamics controller (1) to an acoustics controller (2) designed as a control unit. An input value (3) for defining an acoustic signal and a phase angle (Φ) of a rotor of the electric motor from a power electronics unit (4) are also received by the acoustics controller (2). In order to generate a dynamic torque setpoint (Mdyn), at least one torque clock pattern of an internal combustion engine dependent on the phase angle (Φ) of the rotor of the electric motor is modulated onto the driving-performance-related torque setpoint (MP) by the acoustics controller (2), wherein the dynamic torque setpoint (Mdyn) is created in such a way that a noise is generated (P6) by the electric motor and/or a drivetrain according to the input value (3). The dynamic torque setpoint (Mdyn) is transmitted (P7) to a power electronics unit (4).

Inventors:
KRAMMER JOHANN (DE)
Application Number:
PCT/EP2018/063972
Publication Date:
December 06, 2018
Filing Date:
May 29, 2018
Export Citation:
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Assignee:
AUDI AG (DE)
International Classes:
B60Q5/00; G10K15/02; H02P29/00
Foreign References:
DE102010049359A12011-05-19
US20100134058A12010-06-03
DE102010043973A12012-05-16
DE102011056688A12013-06-20
DE102011056688A12013-06-20
DE102008040139A12010-02-25
DE102011000175A12012-07-19
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Claims:
PATENTANSPRÜCHE:

Verfahren zum Betreiben eines Elektromotors, dadurch gekennzeichnet, dass

- ein fahrleistungsbezogener Drehmomentsollwert von einem Fahrdynamikregler (1 ) an einen als Steuergerät ausgestalteten Akustikregler (2) übertragen wird (P3),

- ein Eingangswert (3) zur Definition eines akustischen Signals von dem Akustikregler empfangen wird (P4),

- ein Phasenwinkel (Φ) eines Rotors des Elektromotors von einer Leistungselektronik (4) an den Akustikregler übertragen wird

(P5),

- dem fahrleistungsbezogenen Drehmomentsollwert ( p) zur Erzeugung eines dynamischen Drehmomentsollwerts zumindest ein von dem Phasenwinkel (Φ) des Rotors des Elektromotors abhängiges Drehmomenttaktmuster eines Verbrennungsmotors durch den Akustikregler (2) aufmoduliert wird, wobei der dynamischen Drehmomentsollwert (Mdyn) derart beschaffen ist, dass ein Schall gemäß dem Eingangswert (3) durch den Elektromotor und/oder eines Antriebsstrangs erzeugt wird (P6),

- der dynamische Drehmomentsollwert an eine Leistungselektronik (4) übermittelt wird (P7).

Verfahren nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass

der dynamische Drehmomentsollwert (Mdyn) innerhalb mindestens eines Winkelbereichs einer vorbestimmten Periode des Phasenwinkels (Φ) einen Wert aufweist, welcher kleiner ist als der fahrleistungsbezogene Drehmomentsollwert (MP), und innerhalb eines weiteren Winkelbereichs der vorbestimmten Periode einen Wert aufweist, welcher größer ist als der fahrleistungsbezogene Drehmomentsollwert (MP).

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der fahrleistungsbezogenen Drehmomentsollwert (MP) ein Durchschnitt des dynamischen Drehmomentsollwerts (Mdyn) über die Periode ist.

Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der dynamischen Drehmomentsollwert (Mdyn) mindestens zwei sich überlagernde Drehmomenttaktmuster umfasst, welche um einen Phasenversatz (ΔΦ) des Phasenwinkels (Φ) zueinander verschoben sind.

Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Periode mit einem Faktor (k) multipliziert wird, welcher abhängig ist von dem Eingangswert (3).

Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Periode derart definiert ist, dass der Antriebsstrang in einer Resonanzfrequenz angeregt wird.

Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingangswert (3) ein Betriebsparameter des Kraftfahrzeugs (Kfz) oder eine Audiodatei ist.

Akustikregler (2), der eine Prozessoreinrichtung aufweist, die zur Durchführung eines der vorstehenden Verfahren eingerichtet ist.

Kraftfahrzeug (Kfz) mit einem Akustikregler nach Anspruch 8.

Description:
Verfahren zur Erzeugung von Fahrgeräuschen, Akustikregler und Kraftfahrzeug

BESCHREIBUNG:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Fahrgeräuschen, einen Akustikregler und ein Kraftfahrzeug.

Elektrisch betriebene Kraftfahrzeuge sind im Vergleich zu Kraftfahrzeugen mit einem Verbrennungsmotor leise. Dadurch sind sie von anderen Verkehrsteilnehmern akustisch nur schwer wahrzunehmen, was ein Risiko im Straßenverkehr darstellen kann. Um die Wahrnehmbarkeit elektrisch betriebene Kraftfahrzeuge und somit die Sicherheit der Verkehrsteilnehmer zu erhöhen, ist es beispielsweise ab September 2019 in den USA vorgeschrie- ben, vierrädrige Kraftfahrzeuge unter 4,5 t, mit einer Schallerzeugungsvorrichtung, auch„Sound Emitting Device" genannt, auszustatten, um die wegfallenden Motorengeräusche zu kompensieren. Dabei handelt es sich um einen Lautsprecher, welcher kontinuierlich ein Fahrgeräusch ausgibt. Der Einbau eines entsprechenden Lautsprechers in ein Kraftfahrzeug ist jedoch mit einem technischen Aufwand verbunden und führt zu höheren Produktionskosten. Aus diesem Grund werden Verfahren und oder Vorrichtungen entwickelt, welche eine Schallerzeugung ermöglichen, ohne hierfür einen Lautsprecher bereitstellen zu müssen. Eine Art der Verfahren basiert auf einer Modulation von hochfrequenten elektrischen Signalen, wodurch Elektromotoren basierend auf dem physikalischen Effekt der Magnetostriktion Schall imitieren. Nachteilig an diesem Verfahren ist jedoch, dass sich die Anforderungen bezüglich der elektromagnetischen Verträglichkeit solcher Systeme nicht oder nur mit hohem Aufwand umsetzen lassen. Zudem wer- den die mittels Elektromotoren erzeugten hohen Töne von Menschen als unangenehm empfunden.

Nach dem Stand der Technik ist des Weiteren aus der DE 10 201 1 056 688 A1 ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug mit einem Elektromotor und einer Signalerzeugungseinrichtung bekannt. Die Signalerzeugungseinrichtung erzeugt in Abhängigkeit von einem Betriebszustand des Elektromotors, ein akustisches Signal. Dabei kann es vorgesehen sein, dass ein Karosserieelement zu Schwingungen angeregt wird.

In der DE 10 2008 040 139 A1 wird eine Anordnung zur Erzeugung eines simulierten Betriebsgeräusches eines Antriebsaggregats eines Fahrzeugs beschrieben. Dabei ist es vorgesehen, dass das Betriebsgeräusch unabhängig von der tatsächlichen Drehzahl und/oder der tatsächlichen Last des An- triebsartaggregats von einem Geräuschgenerator erzeugt oder beeinflusst wird.

In der DE 10 201 1 000 175 A1 ist ein Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Antriebseinrichtung beschrieben, welches eine Simulationseinrichtung um- fasst. In einer bevorzugten Ausführung umfasst die Simulationseinrichtung einen Schwingungserzeuger, der Schwingungen erzeugt, um ein Verbrennungsmotor haptisch oder auditiv zu simulieren.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit bereitzustellen, welche eine Ausgabe eines akustischen Signals mittels eines Elektromotors ermöglicht, welches dem eines Verbrennungsmotors ähnelt.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Betreiben eines Elektromotors bereitgestellt. Dieses ist dadurch gekennzeichnet, dass ein fahrleistungsbe- zogener Drehmomentsollwert von einem Fahrdynamikregler an einen als Steuergerät ausgestalteten Akustikregler übertragen wird. Das fahrleistungs- bezogene Drehmoment gibt das Antriebsmoment an, wie es der Fahrer oder ein Autopilot vorgibt. Ein Eingangswert zur Definition eines akustischen Signals wird von einer Steuereinheit an den Akustikregler übertragen. Von einer Leistungselektronik wird ein Phasenwinkel eines Rotors eines Elektromotors an den Akustikregler übertragen. Der Drehmomentsollwert ist ein Zeitsignal. Dem fahrleistungsbezogenen Drehmomentsollwert wird zur Erzeugung eines dynamischen Drehmomentsollwerts zumindest ein von dem Phasenwinkel des Rotors des Elektromotors abhängiges Drehmomenttaktmuster eines Verbrennungsmotors durch den Akustikregler aufmoduliert. Der dynamische Drehmomentsollwert ist derart beschaffen, dass ein Schall gemäß des Eingangswerts durch den Elektromotor und/oder einen Antriebstrang gemäß dem Eingangswert erzeugt wird. Der dynamische Drehmomentsollwert wird in einem letzten Schritt an eine Leistungselektronik übermittelt. Die Leis- tungslelektronik kann dann den Elektromotor steuern oder betreiben.

Mit anderen Worten wird ein fahrleistungsbezogener Drehmomentsollwert der Art durch einen Akustikregler moduliert, dass ein von dem Phasenwinkel des Motors abhängiger dynamischer Drehmomentsollwert dem Drehmomenttaktmuster eines Verbrennungsmotors entspricht. Der dynamische Drehmomentsollwert ist dabei so beschaffen, dass ein über eine Leistungselektronik angesteuerter Elektromotor und/oder Antriebsstrang ein Fahrge- rausch gemäß dem Eingangswert erzeugt. Somit wird durch den Elektromotor nicht nur ein Drehmoment gemäß dem fahrleistungsbezogenen Drehmomentsollwert bereitgestellt, sondern auch ein Drehmoment, welches in Abhängigkeit von dem Phasenwinkel des Rotors des Elektromotors einen vom fahrleistungsbezogenen Drehmomentsollwert abweichenden Wert aufweisen kann. Diese zyklischen Schwankungen des Drehmoments führen zu einer Schallabgabe durch den Elektromotor und/oder den Antriebsstrang. Die Modulation erfolgt dabei der Art, dass der Elektromotor und/oder der Antriebsstrang ein Fahrgeräusch ausgeben, welches den Anforderungen des Eingangswerts entspricht.

Beispielsweise kann im Rahmen des Verfahrens ein dynamischer Drehmomentsollwert an die Leistungselektronik übermittelt werden, welcher dem Drehmomenttaktmuster eines Dieselmotors entspricht, wobei der Eingangswert die Akustik eines Dieselmotors bei einem gleichen Betriebszustand des Kraftfahrzeugs wiedergibt. Es kann somit beispielsweise ein Fahrgeräusch mittels des Elektromotors erzeugt werden, welches dem eines Dieselmotors bei einer identischen Geschwindigkeit der Kraftfahrzeugs entspricht.

Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die Schallerzeugung durch einen Elekt- romotor und/oder einem Antriebsstrang erzeugt wird, wodurch das erzeugte Fahrgeräusch authentischer wirkt.

Eine Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass der dynamische Drehmomentsollwert innerhalb mindestens eines Winkelbereichs einer vorbestimm- ten Periode des Phasenwinkels einen Wert aufweist, welcher kleiner ist als der leistungsbezogene Drehmomentsollwert und innerhalb mindestens eines weiteren Winkeibereichs der vorbestimmten Periode einen Wert aufweist, welcher größer ist als der fahrleistungsbezogene Drehmomentsollwert. Mit anderen Worten weist eine vorbestimmte Periode des Phasenwinkels min- destens zwei Winkelbereiche auf, wobei der dynamische Drehmomentsollwert in mindestens einem Winkelbereich unterhalb des Wertes des leis- tungsbezogenen Drehmomentsollwerts liegt und in mindestens einem Winkelbereich oberhalb des leistungsbezogenen Drehmomentsollwerts.

So kann beispielsweise der dynamische Drehmomentsollwert in einem Winkelbereich zwischen 0 und π (pi) über dem fahrleistungsbezogenen Drehmomentsollwert liegen und in einem Bereich von π bis 2 π unterhalb des fahrleistungsbezogenen Drehmoments.

Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass ein Drehmomenttaktmuster einer Kurbelwelle eines durch einen Verbrennungsmotor angetriebenen Kraftfahrzeugs imitiert wird. Eine Weiterbildung sieht vor, dass der statische Drehmomentsollwert ein Durchschnitt des dynamischen Drehmomentsollwerts über eine Periode ist. Mit anderen Worten verläuft die Amplitude des Drehmoments während einer Periode so, dass ein Durchschnitt des Drehmoments dem Wert des Anforderungsdrehmoments entspricht.

Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass trotz der Modulation des Signals innerhalb einer Periode, dass statische Drehmoment bereitgestellt wird.

Eine Weiterbildung sieht vor, dass eine Periode mindestens zwei sich über- lagernde Drehmomenttaktmuster umfasst, welche um einen Phasenversatz ΔΦ des Phasenwinkels zueinander verschoben sind. Mit anderen Worten umfasst der dynamische Drehmomentsollwert mindestens zwei um einen Phasenversatz ΔΦ verschobene Drehmomenttaktmuster. So kann der der dynamische Drehmomentsollwert die Resultierende einer Überlagerung mehrerer Drehmomenttaktmuster eines Viertaktzylinders sein.

Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass ein Drehmomenttaktmuster eines Mehrzylinderverbrennungsmotors und/oder dessen Akustik imitiert werden kann.

Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Periode mit einem Faktor multipliziert wird, welcher abhängig ist von dem Eingangswert. Mit anderen Worten wird die Periode um einen Faktor gestaucht oder gestreckt, welcher abhängig ist von dem Eingangswert. So ist es beispielsweise möglich, dass sich der Faktor ändert, sobald eine vorbestimmte Drehzahl überschritten wird. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass ein Umschaltverhalten eines Gangs imitiert werden kann.

Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Periode derart definiert ist, dass der Antriebsstrang in eine Resonanzfrequenz angeregt wird. Mit anderen Worten wird die Periode auf eine Resonanzfrequenz des Antriebsstrang abgestimmt. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass der Antriebsstrang vibriert und somit ein Fahrgeräusch erzeugt.

Eine Weiterbildung sieht vor, dass der Eingangswert ein Betriebsparameter des Kraftfahrzeugs ist oder eine Audiodatei. Mit anderen Worten handelt es sich bei dem Eingangswert um einen Betriebsparameter des Kraftfahrzeugs, wie beispielsweise eine Geschwindigkeit oder eine Drehzahl, welchem ein bestimmtes Fahrgeräusch zugeordnet ist, oder eine Audiodatei. In der Audiodatei kann ein zu erzeugendes Geräusch definiert sein. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass ein vorgegebener Schall erzeugt werden kann. Zu der Erfindung gehört auch der Akustikregler. Der Akustikregler weist eine Prozessoreinrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Die Prozessoreinrichtung kann hierzu zumindest einen Mikroprozessor und/oder zumindest einen MikroController aufweisen. Des Weiteren kann die Prozessoreinrichtung Programmcode aufweisen, der dazu eingerichtet ist, bei Ausführen durch die Prozessoreinrichtung die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Der Programmcode kann in einem Datenspeicher der Prozessoreinrichtung gespeichert sein. Die Erfindung umfasst auch ein Kraftfahrzeug mit einem Akustikregler zur Durchführung eines der angeführten Verfahren.

Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Akustikreglers und des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Akustikreglers und des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs hier nicht noch einmal beschrieben. Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebe- nen Merkmale der Erfindung ergänzbar.

Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt: Fig. 1 einen möglichen Ablauf einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens; und

Fig. 2 ein Diagramm mit einem dynamischen Drehmomentsollwert, aufgetragen gegen den Phasenwinkel Φ des Rotors.

In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.

Fig. 1 zeigt einen möglichen Ablauf des Verfahrens. Ein angefordertes An- triebsdrehmoment M, kann in einem ersten Schritt P1 an einen Fahrdynamikregler 1 übertragen werden. Das Antriebsdrehmoment M kann beispielsweise von der Steuereinheit eines Autopiloten oder einem Fahrer mittels Betätigung eines Gaspedals des Kraftfahrzeugs Kfz angefordert werden. Ein Fahrdynamikregler 1 kann eine Steuereinheit sein, welche einen Mikrocon- troller oder einen Mikroprozessor umfassen kann, welche ein von einem Fahrer angefordertes Drehmoment M der Art anpasst, dass eine optimierte Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs Kfz ermöglicht werden kann, also insbesondere der Schlupf der Räder minimiert wird. Es kann auf diese Weise ein fahrleistungsbezogener Drehmomentsollwert M P erzeugt werden (Schritt P2). Der fahrleistungsbezogene Drehmomentsollwert M kann an einen Akustikregler 2 übermittelt werden (Schritt P3). Der Akustikregler 2 kann auch in einem Schritt P4 einen Eingangswert 3 und in einem Schritt P5 einen Phasenwinkel Φ eines Rotors eines Elektromotors empfan- gen. Der Eingangswert kann ein Betriebsparameter des Kraftfahrzeugs Kfz sein, wie beispielsweise eine Geschwindigkeit oder eine Drehzahl, welchem ein bestimmtes Fahrgeräusch zugeordnet ist, oder eine Audiodatei. Der Akustikregler 2 kann eine Steuereinheit sein, welche einen Mikrocontroller oder einen Mikroprozessor umfassen kann. Der Akustikregler 2 kann den fahrleistungsbezogenen Drehmomentsollwert M P derart modulieren (Schritt P6), dass dieser ein Dreh momentta ktm uster eines Verbrennungsmotors aufweisen kann und diesen an eine Leistungselektronik 4 übermitteln (Schritt P7). Das bedeutet beispielsweise, dass ein dynamischer Drehmomentsoll- wert Mdyn abhängig sein kann von dem Phasenwinkel Φ des Rotors. So kann es sein, dass der dynamische Drehmomentsollwert Mdyn innerhalb mindestens eines Winkelbereichs einer vorbestimmten Periode des Phasenwinkels Φ einen Wert aufweisen kann, welcher kleiner ist, als der fahrleistungsbezo- gene Drehmomentsollwert M P und mindestens einen Winkelbereich des Phasenwinkels Φ mit einem dynamischen Drehmomentsollwert Mdyn, der größer ist als der fahrleistungsbezogene Drehmomentsollwert M P . Dabei kann es sein, dass ein durchschnittliches Drehmoment der Periode identisch ist mit dem leistungsbezogenen Drehmomentsollwert M P . Eine vorbestimmte Periode kann beispielsweise ein vielfaches k einer kompletten Umdrehung des Rotors betragen, also k 2 ττ. Dieser Faktor kann sich auch in Abhängigkeit von dem Eingangswert 3 ändern. Beispielsweise kann der Faktor k bei einer bestimmten Geschwindigkeit einen anderen Wert annehmen, um somit das Umschalten eines Gangs zu imitieren. Die Periode kann auch auf eine Resonanzfrequenz des Antriebsstrang abgestimmt sein. Der Verlauf des dynamischen Drehmomentsollwertes Mdyn kann sich auch aus mindestens zwei sich überlagernden Drehmomenttaktmuster zusammensetzen, welche um einen Phasenwinkel ΔΦ zueinander verschoben sein können. Somit kann beispielsweise ein dynamischer Drehmomentsollwert Mdyn eines Mehrzylindermotors imitiert werden. Die Modulation des leistungsbezogenen Dreh- momentsollwertes kann beispielsweise frequenz- und/oder amplituden- und/oder phasenmoduliert sein. Dabei kann es sein, dass die Modulation derart erfolgt, dass mittels des Elektromotors und/oder des Antriebsstrangs ein Fahrgeräusch gemäß dem Eingangswert 3 erzeugt wird. Es ist beispielsweise möglich, einen dynamischen Drehmomentsollwert Mdyn zu erzeugen, welcher dem eines 8-Zylindermotors entspricht, also beispielsweise den Verlauf einer Überlagerung von acht Viertaktzylinderdrehmomenttaktmus- tern, welche zueinander um einen Phasenwinkel ΔΦ verschoben sein können. Die Modulation kann sich in Abhängigkeit von dem Eingangswert 3 ändern. So kann eine maximale Amplitude in Abhängigkeit von dem Eingangswert 4 skaliert sein um die Lautstärke regeln zu können.

Fig. 2 zeigt einen möglichen Verlauf des dynamischen Drehmomentsollwer- tes Mdyn, aufgetragen gegen einen Phasenwinkel Φ des Rotors, welcher dem Phasenwinkel Φ einer Kurbelwelle entsprechen kann. Der Verlauf des dynamischen Drehmomentsollwerts Mdyn kann das Drehmomenttaktmuster eines Viertaktzylinders imitieren und verschiedene Winkelbereiche aufweisen. Eine Periode kann Winkelbereiche umfassen, in denen der dynamische Drehmo- mentsollwert Mdyn unterhalb des leistungsbezogenen Drehmomentsollwertes M P liegt. Es kann sein, dass er ein negatives Drehmoment aufweisen kann, also dass der Rotor in diesem Bereich gebremst wird. Es kann sein, dass eine Periode einen Winkelbereich umfasst, der ein dynamisches Drehmoment aufweist, welches größer ist als der leistungsbezogene Drehmoment- sollwert M P . Der leistungsbezogene Drehmomentsollwert M P kann das durchschnittliche Drehmoment einer Periode sein. Das dynamische Drehmoment Mdyn kann einem Drehmomenttaktmuster eines Viertaktzylinders nachempfunden sein, also in vier Bereiche unterteilt sein, welche der Ansaugphase, der Verdichtungsphase, der Arbeitsphase und der Ausstoßphase eines Vier- taktzylinders entsprechen.

Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung Fahrgeräusche ohne eine Schallerzeugungsvorrichtung erzeugt werden können.