DE102020207770A1 - Aktive schallerzeugungsvorrichtung unter verwendung eines motors - Google Patents

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Abstract

Offenbart ist eine aktive Schallerzeugungsvorrichtung unter Verwendung eines Motors, die Vorrichtung umfassend einen Zielschallerzeugungs-Signalgenerator, der eingerichtet ist, um den Zielschall auszuwählen und ein Strombefehlssignal zum Ansteuern des Motors zu erzeugen, um den Zielschall zu erzeugen; einen Stromsensor, der eingerichtet ist, um einen Phasenstrom des Motors abzutasten; einen Motorregler, der eingerichtet ist, um einen Spannungsbefehl zum Ansteuern des Motors zu erzeugen, um den Zielschall zu erzeugen, und ein Ansteuern des Motors auf der Grundlage eines von dem Zielschallerzeugungs-Signalgenerator erzeugten Strombefehlssignals, des durch den Stromsensor abgetasteten Phasenstrom des Motors, und eines Kompensationswerts der elektromotorischen Gegenkraft des Motors zu regeln; und einen Strahlungsschallgenerator, der eingerichtet ist, um den Zielschall unter Verwendung von Schwingungen zu erzeugen, die von dem durch den Motorregler angesteuerten Motor erzeugt werden.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft eine aktive Schallerzeugungsvorrichtung unter Verwendung eines Motors und insbesondere eine aktive Schallerzeugungsvorrichtung unter Verwendung eines Motors zum aktiven Erzeugen eines gewünschten Schalls durch Steuern bzw. Regeln eines
    Permanentmagnet-Synchronmotors (PMSM).
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • Kürzlich ist eine Vorrichtung zum Erzeugen eines gewünschten Schalls während eines Fahrens, als ob das Geräusch von einem Abgassystem unter Verwendung eines Lautsprechers oder eines Schwingungserregers erzeugt wird, aktiv bei einem Fahrzeug angewendet worden. Eine solche Technologie weist jedoch insofern eine Beschränkung auf, dass ein externer Verstärker oder ein separater Aktuator zur Schallsteuerung hinzugefügt werden muss, was die Gesamtkosten und das Gesamtgewicht erhöht. Demzufolge besteht gemäß den Entwicklungstendenzen die Notwendigkeit, eine Technologie zum Verringern der Kosten und des Gewichts eines Fahrzeugs zu entwickeln, indem ein gewünschter Schall unter Verwendung von in dem Fahrzeug angebrachten Komponenten erzeugt wird, ohne dass ein separater externer Verstärker oder Aktuator hinzugefügt wird.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Demzufolge ist die vorliegende Offenbarung in Hinblick auf die obigen Probleme vorgenommen worden, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine aktive Schallerzeugungsvorrichtung zum Steuern bzw. Regeln eines im Fahrzeug angebrachten Motors bereitzustellen, um aktiv einen gewünschten Zielschall zu erzeugen, während das Fahrzeug fährt, ohne einen separaten Aktuator oder externen Verstärker hinzuzufügen.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung können die obige und andere Aufgaben durch die Bereitstellung einer aktiven Schallerzeugungsvorrichtung unter Verwendung eines Motors zum aktiven Erzeugen eines gewünschten Zielschalls durch Steuern bzw. Regeln eines in einem Fahrzeug angebrachten Dreiphasenmotors erreicht werden. Die Vorrichtung kann umfassen einen Zielschallerzeugungs-Signalgenerator, der eingerichtet ist, um den Zielschall auszuwählen und ein Strombefehlssignal zum Ansteuern des Motors zu erzeugen, um den Zielschall zu erzeugen, einen Stromsensor, der eingerichtet ist, um einen Phasenstrom des Motors abzutasten bzw. zu erfassen, einen Motorregler (Motor-Controller), der eingerichtet ist, um einen Spannungsbefehl zum Ansteuern des Motors zu erzeugen, um den Zielschall zu erzeugen, und ein Ansteuern des Motors auf der Grundlage eines von dem Zielschallerzeugungs-Signalgenerator erzeugten Strombefehlssignals, einer tatsächlichen Strominformation eines Motors, die von dem Stromsensor abgetastet bzw. erfasst wird, und eines Kompensations- bzw. Korrekturwerts der elektromotorischen Gegenkraft des Motors zu regeln, und einen Strahlungsschallgenerator, der eingerichtet ist, um den Zielschall unter Verwendung von Schwingungen zu erzeugen, die von dem durch den Motorregler angesteuerten Motor erzeugt werden.
  • Der Zielschallerzeugungs-Signalgenerator kann zumindest eines umfassen aus einer Zielschall-Auswahlvorrichtung, die eingerichtet ist, um eine Achse auszuwählen, die verwendet werden soll, um den Motor zu steuern, um den Zielschall von einer d-Achse und einer q-Achse des Motors zu erzeugen, eine Zielschall-Auswahlvorrichtung, die eingerichtet ist, um den Zielschall auszuwählen, einen Befehlssignalgenerator, der eingerichtet ist, um eine Abtastfrequenz auf der Grundlage einer Frequenz des ausgewählten Zielschalls auszuwählen und ein Befehlssignal zum Erzeugen des Zielschalls zu erzeugen, einem Digital-Analog-Wandler, der eingerichtet ist, um ein von dem Befehlssignalgenerator erzeugtes digitales Signal in ein analoges Signal umzuwandeln, einem Tiefpassfilter, der eingerichtet ist, um einen Niederfrequenzbefehl des von dem Digital-Analog-Wandler umgewandelten Signals zu entfernen, oder einer Rauschmanagementeinheit, die eingerichtet ist, um zu erfassen, ob ein von dem Tiefpassfilter ausgegebenes Signal Rauschen enthält, und um die Abtastfrequenz und einen Verstärkungswert des Tiefpassfilters einzustellen bzw. anzupassen, um Rauschen zu verringern, wenn
    Rauschen erfasst wird.
  • Der Motorregler kann zumindest eines umfassen aus einem d-q-Wandler, der eingerichtet ist, um von dem Stromsensor gemessenen Dreiphasenstrom in einen d-Achsen- und q-Achsen-Strom umzuwandeln, einem d-q-Kompensator, der eingerichtet ist, um die elektromotorische Gegenkraft einer d-Achse und einer q-Achse des Motors zu kompensieren, einem Spannungsbefehlsgenerator, der eingerichtet ist, um den Motor anzusteuern, um einen d-Achsen- oder q-Achsen-Spannungsbefehl zum Erzeugen des Zielschalls auf der Grundlage des Strombefehlswerts der d-Achse und der q-Achse, der von dem Zielschallerzeugungs-Signalgenerator eingegeben wird, eines tatsächlichen Stromwerts der d-Achse und der q-Achse der von dem d-q-Wandler umgewandelt wird, und eines Kompensationswerts durch den d-q-Kompensator zu erzeugen, einem d-q-Inverswandler, der eingerichtet ist, um ein von dem Spannungsbefehlsgenerator erzeugtes Spannungsbefehlssignal in drei Phasen umzuwandeln, oder einer Pulsweitenmodulations- (PWM) Steuerung, die eingerichtet ist, um ein PWM-Signal auf der Grundlage des von dem d-q-Inverswandler umgewandelten Dreiphasen-Spannungsbefehlssignals zu steuern bzw. zu regeln.
  • Die Vorrichtung kann ferner umfassen einen Positionssensor, der eingerichtet ist, um eine Position eines Rotors des Motors abzutasten bzw. zu erfassen; und eine Winkelgeschwindigkeits-Extraktionseinheit, die eingerichtet ist, um eine Winkelgeschwindigkeit des Motors auf der Grundlage der abgetasteten Position des Rotors zu extrahieren, wobei der d-q-Kompensator die elektromotorische Gegenkraft der d-Achse und der q-Achse des Motors auf der Grundlage der Winkelgeschwindigkeit des Motors, die von der Winkelgeschwindigkeits-Extraktionseinheit extrahiert wird, der Induktivität der d-Achse und der q-Achse, des Strombefehlswerts, der d-Achse und der q-Achse und des Magnetflusses des Motors kompensieren kann.
  • Die PWM-Steuerung kann eine Raumvektor-Pulsweitenmodulation (Space Vector Pulse Width Modulation - SVPWM) oder eine sinusförmige Pulsweitenmodulation (Sinusoidal Pulse Width Modulation - SPWM) sein.
  • Die Vorrichtung kann ferner einen Wechselrichter (Inverter) umfassen, der eine Vielzahl von Schaltvorrichtungen umfasst und eingerichtet ist, um den Motor durch Ein-/Ausschalten der Schaltvorrichtung gemäß dem von der PWM-Steuerung ausgegebenen PWM-Signal anzusteuern, um dem Motor Wechselstrom (Alternating Current - AC) zuzuführen.
  • Der Motor kann eine motorgetriebene Servolenkung (Motor-Driven Power Steering - MDPS) sein, die mit einer in dem Fahrzeug angebrachten Achse verbunden ist und ein Lenken des Lenkrads unterstützt.
  • Der Strahlungsschallgenerator kann umfassen eine Montagehalterung, die eingerichtet ist, um den Motor und die Achse des Lenkrads zu befestigen, einen Hauptkörper, der ein oder mehrere Strahlungsschallerzeugungsplatten umfasst, die eingerichtet sind, um Strahlungsschall unter Verwendung von Schwingungen zu erzeugen, die von dem Motor erzeugt werden, und eine oder mehrere Steifigkeitseinstellrippen, die in der Strahlungsschallerzeugungsplatte umfasst sind und eingerichtet sind, um die Steifigkeit der Strahlungsschallerzeugungsplatte einzustellen, um eine Eigenfrequenz der Strahlungsschallerzeugungsplatte einzustellen.
  • Der Strahlungsschallgenerator kann ferner umfassen eine oder mehrere Masseneinstellöffnungen, die in der Strahlungsschallerzeugungsplatte gebildet sind und die Masse der Strahlungsschallerzeugungsplatte einstellen, um eine Eigenfrequenz der Strahlungsschallerzeugungsplatte einzustellen.
  • Die Strahlungsschallerzeugungsplatte kann eine kleinere Dicke als eine Dicke der Montagehalterung aufweisen.
  • Die Strahlungsschallerzeugungsplatte kann aus einem Kunststoff- oder Metallmaterial gebildet sein.
  • Figurenliste
  • Die obigen und andere Objekte, Merkmale und andere Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher:
    • 1 zeigt ein Blockdiagramm einer gesamten Konfiguration bzw. Anordnung einer aktiven Schallerzeugungsvorrichtung unter Verwendung eines Motors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
    • 2 zeigt ein Blockdiagramm, das eine detaillierte Konfiguration bzw. Anordnung eines Zielschallerzeugungs-Signalgenerators in einer aktiven Schallerzeugungsvorrichtung unter Verwendung eines Motors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt;
    • 3 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Erzeugen eines Zielschallerzeugungssignals durch einen Zielschallerzeugungs-Signalgenerator einer aktiven Schallerzeugungsvorrichtung unter Verwendung eines Motors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt;
    • 4 zeigt ein Diagramm, das eine detaillierte Konfiguration bzw. Anordnung eines Motorreglers in einer aktiven Schallerzeugungsvorrichtung unter Verwendung eines Motors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt;
    • 5 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Strahlungsschallgenerators in einer aktiven Schallerzeugungsvorrichtung unter Verwendung eines Motors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
    • 6 zeigt eine Schnittdarstellung eines Strahlungsschallgenerators in einer aktiven Schallerzeugungsvorrichtung unter Verwendung eines Motors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
    • 7 stellt ein experimentelles Ergebnis dar, bei dem Rauschen durch eine Rauschmanagementeinheit in einer aktiven Schallerzeugungsvorrichtung unter Verwendung eines Motors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verringert wird; und
    • 8 stellt ein experimentelles Ergebnis dar, bei dem Zielschall überprüft wird, um durch eine aktive
  • Schallerzeugungsvorrichtung unter Verwendung eines Motors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung erzeugt zu werden.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlicher beschrieben. Hierin verwendete Begriffe oder Wörter dürfen nicht darauf beschränkt werden, dass sie allgemeine oder lexikalische Bedeutungen aufweisen, und weisen Bedeutungen auf, die technischen Aspekten der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung entsprechen, um die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung am geeignetsten auszudrücken.
  • Demzufolge sind die Ausführungsformen, die in der Beschreibung und in den Konfigurationen bzw. Anordnungen, die in den Zeichnungen dargestellt sind, beschriebenen werden, lediglich ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung und stellen nicht alle technischen Ideen dar, und somit versteht es sich, dass bei Einreichung der Anmeldung verschiedene Äquivalente gebildet werden, die diese ersetzen.
  • 1 zeigt ein Blockdiagramm einer gesamten Konfiguration bzw. Anordnung einer aktiven Schallerzeugungsvorrichtung unter Verwendung eines Motors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. 2 zeigt dem Blockdiagramm, das eine detaillierte Konfiguration bzw. Anordnung eines
    Zielschallerzeugungs-Signalgenerators darstellt. 3 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Erzeugen eines Zielschallerzeugungssignals durch einen
    Zielschallerzeugungs-Signalgenerator darstellt. 4 zeigt ein Diagramm, das eine detaillierte Konfiguration bzw. Anordnung eines Motorreglers darstellt. 5 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Strahlungsschallgenerators. 6 zeigt eine Schnittdarstellung eines Strahlungsschallgenerators. 7 stellt ein experimentelles Ergebnis dar, bei dem Rauschen durch eine Rauschmanagementeinheit verringert wird.
  • Wie in 1 dargestellt, kann eine aktive Schallerzeugungsvorrichtung unter Verwendung eines Motors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung eine Vorrichtung zum Steuern bzw. Regeln eines in einem Fahrzeug angebrachten Dreiphasenmotors sein, um aktiv einen gewünschten Zielschall zu erzeugen, und kann einen Zielschallerzeugungs-Signalgenerator 100, einen Stromsensor 200, einen Motorregler 300, einen Wechselrichter (Inverter) 400, einen Motor 500 und einen Strahlungsschallgenerator 600 umfassen.
  • Der Zielschallerzeugungs-Signalgenerator 100 kann einen durch Ansteuern des Motors 500 zu erzeugenden Zielschall auswählen und kann ein Strombefehlssignal zum Ansteuern des Motors 500 erzeugen, um den Zielschall zu erzeugen. Im Detail kann unter Bezugnahme auf 2 der Zielschallerzeugungs-Signalgenerator 100 zumindest eines von einer Achsen-Auswahlvorrichtung 110, einer Zielschall-Auswahlvorrichtung 120, einem Befehlssignalgenerator 130, einem Digital-Analog-Wandler 140, einem Tiefpassfilter 150 oder einer Rauschmanagementeinheit 160 umfassen.
  • Genau gesagt kann die Achsen-Auswahlvorrichtung 110 eine Achse auswählen, die verwendet werden soll, wenn der Motor 500 gesteuert bzw. geregelt wird, um einen Zielschall von einer d-Achse oder einer q-Achse des Motors 500 zu erzeugen. Hierbei können sich die d-Achse und die q-Achse des Motors 500 auf Achsen in Zentrifugalkraftrichtung und Drehrichtung des Motors 500 beziehen und können sich auf Achsen beziehen, die durch Umwandeln des nachstehend zu beschreibenden Dreiphasen-Wechselrichters 400 in zwei orthogonale Koordinatenachsen erhalten werden, um den Motor 500 zu regeln.
  • In einigen Ausführungsformen muss die q-Achse verwendet werden, um eine ursprüngliche Funktion des Motors 500 über eine Drehmomentregelung des Motors 500 durchzuführen, und somit kann die Achsen-Auswahlvorrichtung 110 die d-Achse auswählen, die verwendet werden soll, um den Motor 500 schwingen zu lassen und diesen zu steuern, um den Zielschall zu erzeugen. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die Achsen-Auswahlvorrichtung 110 jedoch auch die q-Achse auswählen, die verwendet werden soll, um den Motor 500 schwingen zu lassen und diesen zu steuern, um den Zielschall zu erzeugen.
  • Wenn die Achsen-Auswahlvorrichtung 110 eine Achse auswählt, die zum Steuern des Motors 500 verwendet werden soll, um einen Zielschall zu erzeugen, kann die Zielschall-Auswahlvorrichtung 120 den Zielschall auswählen, der durch Schwingung des Motors 500 erzeugt werden soll. Hierbei kann der Zielschall verschiedene Signale verwenden und kann in einigen Ausführungsformen Zeitdaten von Musik, eine bestimmte Frequenz, eine durch Koppeln mehrerer spezifischer Frequenzen gebildete Sinuswelle, eine Sweep-Sinuswelle mit einer geänderten Frequenz oder dergleichen umfassen. Dies stellt jedoch nur eine Ausführungsform dar und der Zielschall ist darauf nicht beschränkt.
  • Wenn die Zielschall-Auswahlvorrichtung 120 einen Zielschall auswählt, kann der Befehlssignalgenerator 130 eine Abtastfrequenz auf der Grundlage einer Frequenz des ausgewählten Zielschalls auswählen und kann ein Befehlssignal zum Erzeugen des entsprechenden Zielschalls erzeugen. In einigen Ausführungsformen, wenn die Achsen-Auswahlvorrichtung 110 die d-Achse auswählt, die zum Steuern des Motor 500 verwendet werden soll, kann der Befehlssignalgenerator 130 ein d-Achsen-Strombefehlssignal zum Erzeugen des entsprechenden Zielschalls erzeugen. In einer anderen Ausführungsform, wenn die Achsen-Auswahlvorrichtung 110 die q-Achse auswählt, um zum Steuern des Motors 500 verwendet zu werden, kann der Befehlssignalgenerator 130 ein q-Achsen-Strombefehlssignal zum Erzeugen des entsprechenden Zielschalls erzeugen.
  • Im Detail, wenn eine Abtastfrequenz abgetastet wird, kann der Befehlssignalgenerator 130 eine Abtastfrequenz auswählen, die mindestens fünfmal größer als eine Frequenz eines zu bildenden Zielschalls ist. Hierbei kann die Abtastfrequenz, die mindestens fünfmal größer als eine Frequenz des Zielschalls ist, aus dem folgenden Gründen ausgewählt werden. Wenn die ausgewählte Abtastfrequenz übermäßig klein ist, kann ein Signal einem Zielschallsignal beim Durchlaufen durch den Digital-Analog-Wandler 140 nicht angemessen folgen, und eine Signalwellenform ist verzerrt und ein Problem hinsichtlich eines Bildrauschens im Fall eines ganzzahligen Vielfachen von (Abtastfrequenz ± Zielschallfrequenz) tritt auf, und somit kann zum Überwinden des Problems gemäß der vorliegenden Offenbarung die Abtastfrequenz, die mindestens fünfmal größer als die Zielschallfrequenz ist, ausgewählt werden.
  • Der Digital-Analog-Wandler 140 kann ein von dem Befehlssignalgenerator 130 erzeugtes digitales Signal in ein analoges Signal umwandeln, und der Tiefpassfilter 150 kann eine Niederfrequenzkomponente eines von dem Digital-Analog-Wandler 140 umgewandelten Signals entfernen. Eine ausführliche Konfiguration und ein Funktionsprinzip des Digital-Analog-Wandlers 140 und des Tiefpassfilters 150 stellen bekannte Technologien dar und somit wird eine ausführliche Beschreibung davon weggelassen.
  • Die Rauschmanagementeinheit 160 kann erfassen, ob ein von dem Tiefpassfilter 150 ausgegebene Signal Rauschen enthält, und wenn Rauschen erfasst wird, kann die Rauschmanagementeinheit 160 die Abtastfrequenz und einen Verstärkungswert des Tiefpassfilters 150 einstellen und Rauschen reduzieren. Im Detail, wenn Rauschen von dem Signal, das von dem Tiefpassfilter 150 ausgegeben wird, erfasst wird, kann die Rauschmanagementeinheit 160 das oben erwähnte Verfahren, wie in 3 dargestellt, wiederholt durchführen, bis das Rauschen auf einen vorgegebenen Pegel verringert wird, während die von dem Befehlssignalgenerator 130 erzeugte Abtastfrequenz weiter erhöht wird oder der Verstärkungswert des Tiefpassfilters 150 erhöht wird. Als solches kann gemäß der vorliegenden Offenbarung, wenn Rauschen von dem Signal erfasst wird, das von dem Tiefpassfilter 150 ausgegeben wird, die Rauschmanagementeinheit 160 die Abtastfrequenz und den Verstärkungswert des Tiefpassfilters einstellen bzw. anpassen, um das Rauschen zu verringern, und kann somit ein Zielschallerzeugungs-Befehlssignal mit verringertem Rauschen wie in 7 gezeigt ausgeben. Im Detail wird unter Bezugnahme auf 7, bevor die Rauschmanagementeinheit 160 angewendet wird, Bildrauschen mit einer Größe von mindestens 61 dB in einem ganzzahligen Vielfachen von (Abtastfrequenz ± Zielschallfrequenz) erzeugt, wie in einem linken Diagramm gezeigt, wobei die Rauschmanagementeinheit 160 jedoch angewendet werden kann, um Bildrauschen um max. 31 dB zu verringern, wie dies in einem rechten Diagramm gezeigt ist.
  • Der Stromsensor 200 kann einen Strom jeder Phase des Motors 500 abtasten. Der Strom jeder von dem Stromsensor 200 abgetasteten Phase kann in den d-q-Wandler 310 eingegeben werden und kann in einen d-Achsen- und q-Achsen-Strom umgewandelt werden.
  • Der Motorregler 300 kann einen Spannungsbefehl zum Ansteuern des Motors 500 erzeugen und kann ein Ansteuern des Motors 500 regeln, um den Zielschall auf der Grundlage eines von dem Zielschallerzeugungs-Signalgenerators 100 erzeugten Strombefehlssignals, tatsächlicher Strominformationen des Motors 500, die von dem Stromsensor 200 abgetastet werden, und eines Kompensationswerts der elektromotorischen Gegenkraft des Motors 500 zu erzeugen.
  • Im Detail kann der Motorregler 300 unter Bezugnahme auf 1 und 4 zumindest eines aus dem d-q-Wandler 310, einem d-q-Kompensator 320, einem Spannungsbefehlsgenerator 330, einem d-q-Inverswandler 340 oder einer PWM-Steuerung 350 umfassen. Der Motorregler 300 kann ferner einen Positionssensor 360 zum Abtasten einer Position eines Rotors des Motors 500 und eine Winkelgeschwindigkeits-Extraktionseinheit 370 zum Extrahieren der Winkelgeschwindigkeit des Motors 500 auf der Grundlage der abgetasteten Position des Rotors umfassen. In einigen Ausführungsformen kann ein Hallsensor, ein Kodierer, ein Resolver bzw. Drehmelder oder dergleichen als Positionssensor 360 zum Abtasten der Position des Rotors verwendet werden.
  • Genau gesagt kann der d-q-Wandler 310 den von dem Stromsensor 200 gemessenen Dreiphasenstrom des Motors 500 in einen d-Achsen- und q-Achsen-Strom umwandeln. Eine Phasenumwandlung des Dreiphasenstroms des Motors 500 in einen d-Achsen- und q-Achsen-Strom stellt eine bekannte Technologie dar und somit wird eine detaillierte Beschreibung davon weggelassen.
  • Der d-q-Kompensator 320 kann die elektromotorische Gegenkraft der d-Achse und der q-Achse des Motors 500 kompensieren. Im Detail kann der d-q-Kompensator 320 die elektromotorische Gegenkraft der d-Achse und der q-Achse des Motors 500 auf der Grundlage der Winkelgeschwindigkeit des Motors 500, die durch die Winkelgeschwindigkeits-Extraktionseinheit 370 extrahiert wird, der Induktivität der d-Achse und der q-Achse, eines Strombefehlswerts der d-Achse der q-Achse und des Magnetflusses des Motors kompensieren.
  • Im Detail kann der d-q-Kompensator 320 ein Umwandlungskompensator sein und kann die elektromotorische Gegenkraft der d-Achse und der q-Achse des Motors 500 kompensieren. Hierbei kann der d-q-Kompensator 320 einen d-Achsen-Kompensator 321 und einen q-Achsen-Kompensator 322 umfassen. Genau gesagt kann der Kompensationswert der elektromotorischen Gegenkraft der d-Achse und der q-Achse des Motors 500 gemäß der nachstehenden Gleichung 1 berechnet werden. V d_ref_ff = − ω r   L q   i q_ref V q_ref_ff = ω r ( L d   i d_ref + Ψ pm )
    Figure DE102020207770A1_0001
  • Hierbei gilt, Vd­_ref_ff: Spannungsbefehlswert des d-Achsen-Umwandlungskompensators, Vq_ref_ff: Spannungsbefehlswert des q-Achsen-Umwandlungskompensators, ωr: Winkelgeschwindigkeit des Motors, Lq, Ld: Induktivität der q-Achse und der d-Achse, iq_ref , iq_ref : Strombefehlswerte der q-Achse und der d-Achse, und Ψpm : Magnetfluss des Motors.
  • Der Spannungsbefehlsgenerator 330 kann den Motor 500 ansteuern und kann einen d-Achsen- oder q-Achsen-Spannungsbefehl zum Erzeugen eines Zielschalls auf der Grundlage des von dem Zielschallerzeugungs-Signalgenerator 100 eingegebenen Strombefehlswerts der d-Achse und der q-Achse, eines tatsächlichen Stromwerts der d-Achse und der q-Achse, der durch den d-q-Wandler 310 umgewandelt wird, und eines Kompensationswerts durch den d-q-Kompensator 320 erzeugen, und kann einen d-Achsen- oder q-Achsen-Spannungsbefehlswert zum Erzeugen des Zielschalls erzeugen.
  • Im Detail kann der Spannungsbefehlsgenerator 330 Proportional-Integral-Regler 331 und 332 zum Durchführen einer Proportional-Integral-Regelung für den Strombefehlswert der d-Achse und der q-Achse, der von dem Zielschallerzeugungs-Signalgenerator 100 eingegeben wird, und den tatsächlichen Stromwert der d-Achse und der q-Achse, die von dem d-q-Wandler 310 umgewandelt wird, umfassen. In diesem Fall kann der Spannungsbefehlsgenerator 330 jeweils den d-Achsen- und q-Achsen-Proportional-Integral-Regler 331 und 332 umfassen.
  • Darüber hinaus, wie in 4 gezeigt, kann in dem Fall der d-Achse der Spannungsbefehlsgenerator 330 in eine RL-Schaltung des Motors 500 einen entsprechenden Wert eingeben, der durch Subtrahieren des Kompensationswerts der elektromotorischen Gegenkraft der d-Achse, der durch den d-q-Kompensator 320 abgeleitet wird, von einem Ausgangswert des d-Achsen-Proportional-Integral-Reglers 331 erhalten wird, um den Motor 500 anzusteuern, und kann somit ein d-Achsen-Spannungsbefehlssignal zum Erzeugen eines Zielschalls erzeugen.
  • Wie in 4 gezeigt, kann in dem Fall der q-Achse der Spannungsbefehlsgenerator 330 in die RL-Schaltung 333 des Motors 500 einen entsprechenden Wert eingeben, der durch Addieren des Kompensationswerts der elektromotorischen Gegenkraft der q-Achse, der durch den d-q-Kompensator 320 abgeleitet wird, zu einem Ausgangswert des q-Achsen-Proportional-Integral-Reglers 332 erhalten wird, um den Motor 500 anzusteuern, und kann somit ein q-Achsen-Spannungsbefehlssignal zum Erzeugen eines Zielschalls erzeugen.
  • Der d-q-Inverswandler 340 kann ein von dem Spannungsbefehlsgenerator 330 erzeugtes Spannungsbefehlssignal in drei Phasen umwandeln. Der d-q-Inverswandler 340 kann zwei Phasen von d-Achsen- oder q-Achsen-Spannungsbefehlssignalen, die von dem Spannungsbefehlsgenerator 330 erzeugt werden, in ein Signal eines dreiphasigen Koordinatensystems umgekehrt umwandeln, um die Signale an den Motor 500 anzulegen. Hierbei stellt eine Umwandlung der beiden Phasen der d-Achsen- oder q-Achsen-Signale in ein dreiphasiges Signal eine bekannte Technologie dar und somit wird eine ausführliche Beschreibung davon weggelassen.
  • Eine PWM-Steuerung 350 kann ein PWM-Signal auf der Grundlage des von dem d-q-Inverswandlers 340 umgewandelten dreiphasigen Spannungsbefehlssignals regeln.
  • Im Detail kann die PWM-Steuerung 350 ein PWM-Signal, das an eine in dem Wechselrichter 400 umfasste Schaltvorrichtung angelegt wird, die nachfolgend beschrieben wird, auf der Grundlage des von dem d-q-Inverswandlers 340 ausgegebenen dreiphasigen Spannungsbefehlssignals erzeugen und steuern, um einen gewünschten Strom in den Motor 500 einzuspeisen. In einigen Ausführungsformen kann die PWM-Steuerung 350 eine Raumvektor-Pulsweitenmodulation (Space Vector Pulse Width Modulation - SVPWM) oder eine sinusförmige Pulsweitenmodulation (Sinusoidal Pulse Width Modulation - SPWM) sein. Eine Erzeugung und Steuerung der SVPWM oder der SPWM stellen bekannte Technologien dar und somit wird eine ausführliche Beschreibung davon weggelassen.
  • Der Wechselrichter 400 kann eine Vielzahl von Schaltvorrichtungen umfassen, und die Schaltvorrichtung kann gemäß dem von der PWM-Steuerung 350 ausgegebenen PWM-Signal ein-/ausgeschaltet werden, und somit kann dem Motor 500 zum Antreiben des Motor 500 Wechselstrom zugeführt werden.
  • Der Motor 500 kann ein Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM) sein und kann ein Motor sein, der mit einer in einem Fahrzeug angebrachten Lenkradachse 700 verbunden ist, um ein Lenken des Lenkrads zu unterstützen. In einigen Ausführungsformen kann der Motor 500 eine motorgetriebene Servolenkung (Motor Driven Power Steering - MDPS) sein.
  • Der Strahlungsschallgenerator 600 kann einen Zielschall unter Verwendung von Schwingungen bzw. Vibrationen erzeugen, die von dem durch den Motorregler 300 angesteuerten Motor 500 erzeugt werden. Im Detail kann der Strahlungsschallgenerator 600 unter Bezugnahme auf 5 und 6 eine Montagehalterung 610 zum Befestigen des Motor 500 und der Lenkradachse 700, einen Hauptkörper 620 mit einer oder mehreren Strahlungsschallerzeugungsplatten 621 zum Erzeugen von Strahlungsschall unter Verwendung von Schwingungen bzw. Vibrationen, die von dem Motor 500 erzeugt werden, und eine oder mehrere Steifigkeitseinstellrippen 630, die in der Strahlungsschallerzeugungsplatte 621 umfasst ist/sind und die Steifigkeit der Strahlungsschallerzeugungsplatte 621 einstellt/einstellen, um eine Eigenfrequenz der Strahlungsschallerzeugungsplatte 621 einzustellen. Der Strahlungsschallgenerator 600 kann ferner eine oder mehrere Masseneinstellöffnungen 640 umfassen, die in der
    Strahlungsschallerzeugungsplatte 621 gebildet sind und die Masse der Strahlungsschallerzeugungsplatte 621 einstellen, um eine Eigenfrequenz der Strahlungsschallerzeugungsplatte 621 einzustellen. Hierbei kann die Strahlungsschallerzeugungsplatte 621 aus einem Kunststoff-oder Metallmaterial gebildet sein.
  • Im Allgemeinen weist die Eigenfrequenz einer Struktur oder dergleichen Eigenschaften auf, wobei die Eigenfrequenz proportional zu der Steifigkeit der Struktur und umgekehrt proportional zu der Masse der Struktur ist. Gemäß der vorliegenden Offenbarung kann die Steifigkeit oder Masse der Strahlungsschallerzeugungsplatte 621 eingestellt werden, um die Eigenfrequenz der
    Strahlungsschallerzeugungsplatte 621 einzustellen, und kann somit einen gewünschten Zielschall erzeugen. Die Anzahl, Größe, Position und dergleichen der Steifigkeitseinstellrippen 630 und der Masseneinstellöffnungen 640, die an/in der Strahlungsschallerzeugungsplatte 621 gebildet sind, sind nicht beschränkt und können in Abhängigkeit von dem ausgewählten Zielschall geändert werden.
  • Die Dicke der Strahlungsschallerzeugungsplatte 621 kann kleiner als die Dicke der Montagehalterung 610 sein. Hierbei kann die Strahlungsschallerzeugungsplatte 621 eine kleinere Dicke als die der Montagehalterung 610 aufweisen, um die Oberflächenstrahlungseffizienz des Strahlungsschallgenerators 600 zu erhöhen. Im Detail, um den Schall in dem Strahlungsschallgenerator 600 zu verstärken, ist der Strahlungsschallgenerator 600 vorzugsweise derart ausgelegt, dass die dynamische Impedanz des Strahlungsschallgenerators 600 niedriger als die der Montagehalterung 610 ist, an die Schwingungen des Motors 500 übertragen werden. Zu diesem Zweck kann gemäß der vorliegenden Offenbarung die Dicke der Strahlungsschallerzeugungsplatte 621 kleiner als die Dicke der Montagehalterung 610 sein, und somit kann die Strahlungseffizienz einer Oberfläche des
    Strahlungsschallgenerators 600, das heißt, der
    Strahlungsschallerzeugungsplatte 621. In einigen Ausführungsformen kann die Strahlungsschallerzeugungsplatte 621 mit einer Dicke gebildet sein, die gleich oder kleiner als die Hälfte der Dicke der Montagehalterung 610 ist.
  • 8 stellt ein experimentelles Ergebnis dar, bei dem Zielschall überprüft wird, um durch eine aktive
    Schallerzeugungsvorrichtung unter Verwendung eines Motors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung erzeugt zu werden. Als solches kann gemäß der vorliegenden Offenbarung ein in einem Fahrzeug angebrachter Motor ohne Hinzufügen eines separaten Aktuators oder externen Verstärkers gesteuert bzw. geregelt werden, und somit kann ein gewünschter Zielschall aktiv erzeugt werden, während ein Fahrzeug fährt, wie dies in 8 dargestellt ist.
  • Gemäß der vorliegenden Offenbarung kann ein in einem Fahrzeug angebrachter Motor gesteuert bzw. geregelt werden, ohne einen separaten Aktuator und externen Verstärker hinzuzufügen, und somit kann ein gewünschter Zielschall aktiv erzeugt werden, während ein Fahrzeug fährt, wodurch das Gesamtgewicht und die Gesamtkosten verringert werden.

Claims (11)

  1. Aktive Schallerzeugungsvorrichtung unter Verwendung eines Motors zum aktiven Erzeugen eines gewünschten Zielschalls durch Regeln eines in einem Fahrzeug angebrachten Dreiphasenmotors, die Vorrichtung aufweisend: einen Zielschallerzeugungs-Signalgenerator, der eingerichtet ist, um den Zielschall auszuwählen und ein Strombefehlssignal zum Ansteuern des Motors zu erzeugen, um den Zielschall zu erzeugen; einen Stromsensor, der eingerichtet ist, um einen Phasenstrom des Motors abzutasten; einen Motorregler, der eingerichtet ist, um einen Spannungsbefehl zum Ansteuern des Motors zu erzeugen, um den Zielschall zu erzeugen, und ein Ansteuern des Motors auf der Grundlage eines von dem Zielschallerzeugungs-Signalgenerator erzeugten Strombefehlssignals, des durch den Stromsensor abgetasteten Phasenstrom des Motors, und eines Kompensationswerts der elektromotorischen Gegenkraft des Motors zu regeln; und einen Strahlungsschallgenerator, der eingerichtet ist, um den Zielschall unter Verwendung von Schwingungen zu erzeugen, die von dem durch den Motorregler angesteuerten Motor erzeugt werden.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Zielschallerzeugungs-Signalgenerator zumindest eines umfasst aus: einer Achsen-Auswahlvorrichtung, die eingerichtet ist, um eine Achse auszuwählen, die zu verwendet ist, um den Motor zu steuern, um den Zielschall von einer d-Achse und einer q-Achse des Motors zu erzeugen; einer Zielschall-Auswahlvorrichtung, die eingerichtet ist, um den Zielschall auszuwählen; einem Befehlssignalgenerator, der eingerichtet ist, um eine Abtastfrequenz auf der Grundlage einer Frequenz des ausgewählten Zielschalls auszuwählen und ein Befehlssignal zum Erzeugen des Zielschalls zu erzeugen; einem Digital-Analog-Wandler, der eingerichtet ist, um ein von dem Befehlssignalgenerator erzeugtes digitales Signal in ein analoges Signal umzuwandeln; einem Tiefpassfilter, der eingerichtet ist, um einen Niederfrequenzbefehl des von dem Digital-Analog-Wandler umgewandelten Signals zu entfernen; oder einer Rauschmanagementeinheit, die eingerichtet ist, um zu erfassen, ob ein von dem Tiefpassfilter ausgegebenes Signal Rauschen enthält, und um die Abtastfrequenz und einen Verstärkungswert des Tiefpassfilters einzustellen bzw. anzupassen, um Rauschen zu verringern, wenn Rauschen erfasst wird.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Motorregler zumindest eines umfasst aus: einem d-q-Wandler, der eingerichtet ist, um von dem Stromsensor gemessenen Dreiphasenstrom in einen d-Achsen- und q-Achsen-Strom umzuwandeln; einem d-q-Kompensator, der eingerichtet ist, um die elektromotorische Gegenkraft einer d-Achse und einer q-Achse des Motors zu kompensieren; einem Spannungsbefehlsgenerator, der eingerichtet ist, um den Motor anzusteuern, um einen d-Achsen- oder q-Achsen-Spannungsbefehl zum Erzeugen des Zielschalls auf der Grundlage des Strombefehlswerts der d-Achse und der q-Achse, der von dem Zielschallerzeugungs-Signalgenerator eingegeben wird, eines Stromwerts der d-Achse und der q-Achse, der von dem d-q-Wandler umgewandelt wird, und eines Kompensationswerts durch den d-q-Kompensator zu erzeugen; einem d-q-Inverswandler, der eingerichtet ist, um ein von dem Spannungsbefehlsgenerator erzeugtes Spannungsbefehlssignal in drei Phasen umzuwandeln; oder einer Pulsweitenmodulations- (PWM) Steuerung, die eingerichtet ist, um ein PWM-Signal auf der Grundlage des von dem d-q-Inverswandler umgewandelten Dreiphasen-Spannungsbefehlssignals zu steuern.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Motorregler ferner umfasst: einen Positionssensor, der eingerichtet ist, um eine Position eines Rotors des Motors abzutasten; und eine Winkelgeschwindigkeits-Extraktionseinheit, die eingerichtet ist, um eine Winkelgeschwindigkeit des Motors auf der Grundlage der abgetasteten Position des Rotors zu extrahieren; wobei der d-q-Kompensator die elektromotorische Gegenkraft der d-Achse und der q-Achse des Motors auf der Grundlage der Winkelgeschwindigkeit des Motors, die von der Winkelgeschwindigkeits-Extraktionseinheit extrahiert wird, der Induktivität der d-Achse und der q-Achse, des Strombefehlswerts der d-Achse und der q-Achse und des Magnetflusses des Motors kompensiert.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die PWM-Steuerung eine Raumvektor-Pulsweitenmodulation (Space Vector Pulse Width Modulation - SVPWM) oder eine sinusförmige Pulsweitenmodulation (Sinusoidal Pulse Width Modulation - SPWM) ist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 3, ferner aufweisend: einen Wechselrichter, der eine Vielzahl von Schaltvorrichtungen umfasst und eingerichtet ist, um den Motor durch Ein-/Ausschalten der Schaltvorrichtung gemäß dem von der PWM-Steuerung ausgegebenen PWM-Signal anzusteuern, um dem Motor Wechselstrom (Alternating Current - AC) zuzuführen.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Motor eine motorgetriebene Servolenkung (Motor-Driven Power Steering - MDPS) ist, die mit einer in dem Fahrzeug angebrachten Achse verbunden ist und ein Lenken des Lenkrads unterstützt.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Strahlungsschallgenerator umfasst: eine Montagehalterung, die eingerichtet ist, um den Motor und die Achse des Lenkrads zu befestigen; einen Hauptkörper, der ein oder mehrere Strahlungsschallerzeugungsplatten umfasst, die eingerichtet sind, um Strahlungsschall unter Verwendung von Schwingungen zu erzeugen, die von dem Motor erzeugt werden; und eine oder mehrere Steifigkeitseinstellrippen, die in der Strahlungsschallerzeugungsplatte umfasst sind und eingerichtet sind, um die Steifigkeit der Strahlungsschallerzeugungsplatte einzustellen, um eine Eigenfrequenz der Strahlungsschallerzeugungsplatte einzustellen.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei der Strahlungsschallgenerator ferner eine oder mehrere Masseneinstellöffnungen umfasst, die in der einen oder den mehreren Strahlungsschallerzeugungsplatten gebildet sind und die Masse der einen oder mehreren Strahlungsschallerzeugungsplatten einstellen, um eine Eigenfrequenz der einen oder mehreren Strahlungsschallerzeugungsplatten einzustellen.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die eine oder mehreren Strahlungsschallerzeugungsplatten eine kleinere Dicke als eine Dicke der Montagehalterung aufweisen.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die eine oder mehreren Strahlungsschallerzeugungsplatten aus einem Kunststoff- oder Metallmaterial gebildet sind.
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