DE102021118448A1 - Control unit for reducing the operating noise of an electric refrigerant compressor - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine elektronische Steuereinheit zur Reduzierung eines Betriebsgeräusches eines einen Verdichtermotor umfassenden elektrischen Kältemittelverdichters. Der elektrische Kältemittelverdichter ist Teil einer Klimaanlage eines elektrifizierten Kraftfahrzeugs, der sowohl zum Heizen (Wärmepumpenbetrieb) als auch zum Kühlen des Fahrzeuginnenraums genutzt wird. Der elektrische Kältemittelverdichter wird ebenfalls zur Kühlung eines Hochvoltspeichers verwendet.Erfindungsgemäß umfasst eine elektronische Steuereinheit zur Reduzierung eines Betriebsgeräusches eines einen elektrischen drehzahlgesteuerten Verdichtermotor umfassenden elektrischen Kältemittelverdichters einer Klimaanlage in einem elektrifizierten Kraftfahrzeug ein Funktionsmodul, das (insbesondere durch ein entsprechendes Softwareprogramm und eine Kennlinie) derart ausgestaltet ist, dass die Ansteuerung des Verdichtermotors in mindestens einem definierten Drehzahlbereich ausgeblendet wird.The invention relates to an electronic control unit for reducing the operating noise of an electric refrigerant compressor that includes a compressor motor. The electric refrigerant compressor is part of an air conditioning system in an electrified motor vehicle, which is used both for heating (heat pump operation) and for cooling the vehicle interior. The electric refrigerant compressor is also used to cool a high-voltage accumulator. According to the invention, an electronic control unit for reducing operating noise of an electric refrigerant compressor, comprising an electric speed-controlled compressor motor, of an air conditioning system in an electrified motor vehicle includes a functional module that (in particular by a corresponding software program and a characteristic curve) is configured in this way is that the activation of the compressor motor is suppressed in at least one defined speed range.
Description
Die Erfindung betrifft eine Steuereinheit zur Reduzierung eines Betriebsgeräusches eines elektrischen Kältemittelverdichters in einem elektrifizierten Kraftfahrzeug, bei dem der Kältemittelverdichter elastisch mit einer elektrischen Antriebseinheit gekoppelt ist.The invention relates to a control unit for reducing the operating noise of an electric refrigerant compressor in an electrified motor vehicle, in which the refrigerant compressor is elastically coupled to an electric drive unit.
Klimaanlagen in einem Kraftfahrzeug weisen typischerweise einen Kältemittelkreislauf auf, in welchem das Kältemittel verdichtet, kondensiert, entspannt und verdampft wird. Der Kältemittelkreislauf umfasst dazu einen Kältemittelverdichter (auch als Kompressor bezeichnet), der kaltes gasförmiges Kältemittel ansaugt und dieses verdichtet. Ferner ist ein Verflüssiger (auch Kondensator genannt) vorgesehen, in welchem Kältemittelgas unter Abgabe von Wärmeenergie an die Umgebung abgekühlt wird und dabei kondensiert. In einem Verdampfer verdampft das Kältemittel unter Aufnahme von Wärmeenergie aus der Umgebung.Air conditioning systems in a motor vehicle typically have a refrigerant circuit in which the refrigerant is compressed, condensed, expanded and evaporated. For this purpose, the refrigerant circuit includes a refrigerant compressor (also referred to as a compressor), which draws in cold gaseous refrigerant and compresses it. Furthermore, a liquefier (also called a condenser) is provided, in which refrigerant gas is cooled while releasing thermal energy to the environment and condenses in the process. In an evaporator, the refrigerant evaporates while absorbing thermal energy from the environment.
Insbesondere in Elektrofahrzeugen mit mindestens einer rein elektrischen Antriebseinheit (insbesondere Hochvolt-Elektromaschine, auch kurz E-Maschine genannt) wird der Kältemittelverdichter typischerweise elektrisch durch Drehzahlregelung eines Verdichtermotors ((Niedervolt-) Elektromotor) betrieben.In particular in electric vehicles with at least one purely electric drive unit (in particular a high-voltage electric machine, also known as an electric machine for short), the refrigerant compressor is typically operated electrically by controlling the speed of a compressor motor ((low-voltage) electric motor).
Aus der
Nachteilig an dieser bekannten Lösung ist, dass der Lüfter zusätzliche erhöhte Störgeräusche abgibt, auch wenn diese psychoakustisch möglicherweise weniger auffallen.A disadvantage of this known solution is that the fan emits additional increased noise, even if this may be less noticeable psychoacoustically.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine akustische Auffälligkeit eines elektrischen Kältemittelverdichters ohne Maskierung durch andere Störgeräusche zu reduzieren.It is the object of the invention to reduce an acoustic abnormality of an electric refrigerant compressor without being masked by other disturbing noises.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind die Gegenstände der abhängigen Patentansprüche.This object is solved by the features of
Die Erfindung betrifft eine elektronische Steuereinheit zur Reduzierung eines Betriebsgeräusches eines einen Verdichtermotor umfassenden elektrischen Kältemittelverdichters. Der elektrische Kältemittelverdichter ist Teil einer Klimaanlage eines elektrifizierten Kraftfahrzeugs, der sowohl zum Heizen (Wärmepumpenbetrieb) als auch zum Kühlen des Fahrzeuginnenraums genutzt wird. Der elektrische Kältemittelverdichter wird ebenfalls zur Kühlung eines Hochvoltspeichers verwendet.The invention relates to an electronic control unit for reducing the operating noise of an electric refrigerant compressor that includes a compressor motor. The electric refrigerant compressor is part of an air conditioning system in an electrified motor vehicle, which is used both for heating (heat pump operation) and for cooling the vehicle interior. The electric refrigerant compressor is also used to cool a high-voltage battery.
Erfindungsgemäß umfasst eine elektronische Steuereinheit zur Reduzierung eines Betriebsgeräusches eines einen elektrischen drehzahlgesteuerten Verdichtermotor umfassenden elektrischen Kältemittelverdichters einer Klimaanlage in einem elektrifizierten Kraftfahrzeug ein Funktionsmodul, das (insbesondere durch ein entsprechendes Softwareprogramm und eine Kennlinie) derart ausgestaltet ist, dass die Ansteuerung des Verdichtermotors in mindestens einem definierten Drehzahlbereich ausgeblendet wird.According to the invention, an electronic control unit for reducing the operating noise of an electric refrigerant compressor, comprising an electric speed-controlled compressor motor, of an air conditioning system in an electrified motor vehicle comprises a functional module which is designed (in particular by means of a corresponding software program and a characteristic curve) in such a way that the compressor motor is activated in at least one defined manner speed range is hidden.
Der Erfindung liegen folgende Überlegungen zugrunde:
- Aufgrund von überlagerten Anregungen im Gesamtfahrzeug kommt es bei einem bestimmten angesteuerten Drehzahlband eines elektrischen Kältemittelverdichters („eKMV“) zu einer akustisch auffälligen und teilweise störenden Geräuschkulisse mit zusätzlich auftretenden Vibrationen im Fahrzeug-Innenraum. Die vorliegende Erfindung trägt zur signifikanten Reduzierung der akustischen Auffälligkeit und zur Reduzierung bzw. Vermeidung von Vibrationen bei.
- Due to superimposed excitations in the entire vehicle, an acoustically noticeable and sometimes disturbing background noise with additional vibrations occurs in the vehicle interior at a certain controlled speed range of an electric refrigerant compressor ("eKMV"). The present invention contributes to the significant reduction in acoustic abnormalities and to the reduction or elimination of vibrations.
Bekannt sind derzeit insbesondere mehrfach gelagerte Systeme zur Entkopplung der akustischen Übertragung, die jedoch teuer und aufwändig sind.In particular, systems with multiple bearings for decoupling the acoustic transmission are currently known, but they are expensive and complex.
Die Erfindung schlägt insbesondere eine Ausblendung eines bestimmten Drehzahlbereiches bei der Ansteuerung des Verdichtermotors, vorzugsweise über Kennlinien-Ansteuerung, vor. Bei einer bestimmten Ausführungsform hat sich beispielsweise der Drehzahlbereich zwischen 19% und 31 % eines von 0% bis 100% verstellbaren Verdichtermotors als besonders vorteilhaft herausgestellt.The invention proposes, in particular, that a specific speed range be suppressed when the compressor motor is activated, preferably by means of characteristic curve activation. In a specific embodiment, for example, the speed range between 19% and 31% of a compressor motor that can be adjusted from 0% to 100% has proven to be particularly advantageous.
Das Betriebsgeräusch des elektrischen Kältemittelverdichters wird umso störender empfunden, je stärker dieses von einem anderen Störgeräusch, wie z.B. dem Drehgeräusch der E-Maschine, verstärkt wird. Hierfür ist ursächlich, dass das Betriebsgeräusch des elektrischen Kältemittelverdichters in einem Hybrid- oder Elektrofahrzeug im Gegensatz zu den allgemein vertrauten Geräuschen klassischer Aggregate eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor ein weniger vertrautes Geräusch ist und daher akustisch wesentlich auffälliger ist. Dies kann so weit gehen, dass der Fahrzeuginsasse von dem Geräusch oder der Vibration des Kältemittelverdichters auf einen Fahrzeugdefekt schließt, obwohl tatsächlich kein Defekt vorliegt.The operating noise of the electric refrigerant compressor is felt to be all the more disturbing the stronger it is amplified by another disturbing noise, such as the rotating noise of the e-machine. The reason for this is that the operating noise of the electric refrigerant compressor in a hybrid or electric vehicle, in contrast to the generally familiar noises of classic units of a vehicle with a combustion engine, is a less familiar noise and is therefore acustic table is much more noticeable. This can go so far that the vehicle occupant concludes that there is a vehicle defect from the noise or the vibration of the refrigerant compressor, although there is actually no defect.
Die Erfindung geht von einem elektrischen Kältemittelverdichter aus, der mit ebenfalls Körperschallschwingungen erzeugenden Komponenten akustisch derart gekoppelt ist, dass die Störgeräusche des Kältemittelverdichters zum Teil sogar verstärkt werden. Insbesondere die E-Maschine sowie die Fahrzeugkarosserie sind derartige Komponenten.The invention is based on an electric refrigerant compressor that is acoustically coupled to components that also generate structure-borne noise vibrations in such a way that the background noise of the refrigerant compressor is even amplified in part. In particular, the electric machine and the vehicle body are such components.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass in mindestens einem definierten Drehzahlbereich des Verdichtermotors, der zuvor empirisch zu ermitteln ist, die Störgeräusche des Kältemittelverdichters besonders durch die Anregungen der E-Maschine verstärkt werden. Daher wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass im Rahmen der Temperaturregelung durch den Kältemittelverdichter dieser definierte Drehzahlbereich zur Ansteuerung des Verdichtermotors nach oben und/oder nach unten übersprungen wird.The invention is based on the finding that in at least one defined speed range of the compressor motor, which is to be determined empirically beforehand, the noise from the refrigerant compressor is particularly amplified by the excitations of the electric machine. It is therefore proposed according to the invention that, within the framework of the temperature regulation by the refrigerant compressor, this defined speed range is skipped upwards and/or downwards in order to activate the compressor motor.
Hierbei wird die Temperaturregelung in eine Temperatursteuerung überführt; d.h. eine Abweichung der Ist-Temperatur zur Soll-Temperatur wird solange zugelassen, bis eine Regelung außerhalb des definierten Drehzahlbereiches wieder möglich ist.Here, the temperature regulation is converted into a temperature control; i.e. a deviation of the actual temperature from the target temperature is permitted until regulation outside the defined speed range is possible again.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann die Temperaturabweichung während der Aussetzung der Temperaturreglung durch eine andere temperaturbeeinflussende Größe zumindest teilweise kompensiert werden. Insbesondere kann diese Größe das Ansteuersignal eines Chiller-Ventils und/oder eines wassergekühlten Kondensators (WCC) im Gesamtwärmemanagementkreislauf eines Elektrofahrzeuges sein.In an advantageous development of the invention, the temperature deviation can be at least partially compensated for by another temperature-influencing variable during the suspension of the temperature regulation. In particular, this variable can be the control signal of a chiller valve and/or a water-cooled condenser (WCC) in the overall thermal management circuit of an electric vehicle.
Vorzugsweise wird zum Ansteuern des Verdichtermotors die auszublendende Drehzahl aus einer in der Steuereinheit abgespeicherten Kennlinie (beispielsweise in Form einer Look-Up-Tabelle) abgerufen. Die Kennlinie wird vorzugsweise vorab empirisch bestimmt.In order to control the compressor motor, the rotational speed to be masked out is preferably retrieved from a characteristic curve stored in the control unit (for example in the form of a look-up table). The characteristic curve is preferably determined empirically in advance.
Bei der empirischen Bestimmung des auszublendenden Drehzahlbereichs werden Akustikmessungen oder Akustiksimulationen zur Erfassung des Drehzahlbereichs durchgeführt, in dem das Betriebsgeräusch des Kältemittelverdichters durch akustische Anregungen anderer Komponenten verstärkt wird. Der auszublendende Drehzahlbereich ist also derart bestimmt, dass eine bestimmte Lautstärke des überlagerten Betriebsgeräusches bzw. dass zumindest keine Verstärkung des Betriebsgeräusches durch Schwingungsanregungen einer anderen Komponente, insbesondere der E-Maschine und der Fahrzeugkarosserie, auftritt.In the empirical determination of the speed range to be suppressed, acoustic measurements or acoustic simulations are carried out to record the speed range in which the operating noise of the refrigerant compressor is amplified by acoustic excitations from other components. The speed range to be suppressed is therefore determined in such a way that the superimposed operating noise has a certain volume or that at least the operating noise is not amplified by vibration excitations of another component, in particular the electric machine and the vehicle body.
Details der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben. Es zeigt
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1 schematisch einen Überblick über wichtige Komponenten in einem Elektrofahrzeug, die von der Erfindung betroffen sind, -
2 ein schematisches Beispiel für eine Kennlinie zur Ausblendung des definierten Drehzahlbereichs und -
3 die akustische Wirkung der Erfindung.
-
1 schematically an overview of important components in an electric vehicle that are affected by the invention, -
2 a schematic example of a characteristic curve for hiding the defined speed range and -
3 the acoustic effect of the invention.
Erfindungsgemäß ist eine elektronische Steuereinheit 4 vorgesehen, die z. B. das Steuergerät der Klimaanlage oder der E-Maschine 2 sein kann, und die ein Funktionsmodul 10 dergestalt enthält, dass die Ansteuerung des Verdichtermotors 9 in mindestens einem definierten Drehzahlbereich dn ausgeblendet wird. Dies kann durch eine Kennlinie, wie in
In
Vorzugsweise wird während der Ausblendung A des definierten Drehzahlbereiches dn die übliche Temperaturregelung durch den Verdichtermotor 9 ausgesetzt und die dadurch entstehende Abweichung der Ist-Temperatur von der Soll-Temperatur T_soll wird zumindest zum Teil beispielsweise durch den Chiller 8 und/oder den wassergekühlten Kondensator 11 kompensiert. Dabei kann ein Ventil des Chillers 8 „digital“ geöffnet oder geschlossen, um die jeweilige Gegenwirkung einer reduzierten Kühlung oder Erwärmung aufgrund der Ausblendung A zu erreichen.Preferably, during the suppression A of the defined speed range dn, the usual temperature regulation by the
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann bei Vorliegen bestimmter Bedingungen die Ausblendung A auch ausgeschaltet werden. Hierzu kann die Steuereinheit 4 bestimmte akustisch relevante Eingangsinformationen, wie die Fahrzeuggeschwindigkeit v, die Innenraum-Gebläse-Leistung P und/oder die Antriebsart (Allradantrieb FWD oder Einachsantrieb TWD) auswerten. Derartige Bedingungen können vorzugsweise folgende sein:
- - Die Fahrzeuggeschwindigkeit v liegt über einer ersten definierten Schwelle S1, wodurch im Fahrzeuginnenraum das Betriebsgeräusch des
Verdichters 1 durch Abroll-Störgeräusche der Räder überdeckt wird. - - Die Innenraum-Gebläse-Leistung P liegt über einer zweiten definierten Schwelle S2, wodurch im Fahrzeuginnenraum das Betriebsgeräusch des
Verdichters 1 durch Gebläse-Geräusche überdeckt wird. - - Bei einem Fahrzeug, mit dem ein straßengekoppelten Allradantrieb FWD möglich ist, wird zeitweise auf einen Einachsantrieb TWD umgeschaltet, wobei sich die E-Maschine 2, die
mit dem Verdichter 1 akustisch gekoppelt ist, auf der abgeschalteten Achse befindet und somit zeitweise ausgeschaltet wird.
- - The vehicle speed v is above a first defined threshold S1, whereby the operating noise of the
compressor 1 is masked by rolling noise from the wheels in the vehicle interior. - - The interior fan power P is above a second defined threshold S2, whereby the operating noise of the
compressor 1 is masked by fan noise in the vehicle interior. - - In a vehicle with which a road-coupled FWD all-wheel drive is possible, a switch is made to a single-axle drive TWD at times, with the E-machine 2, which is acoustically coupled to the
compressor 1, being on the switched-off axle and thus being switched off at times.
Die vorstehende Reduzierung des Geräusches des elektrischen Kältemittelverdichters stellt somit eine definierte Drehzahlausblendung A im Unterschied zum Stand der Technik dar, aus dem lediglich eine Drehzahlanpassung zur Maskierung oder zur Leistungsreduzierung des Kältemittelverdichters bekannt ist.The above reduction in the noise of the electric refrigerant compressor thus represents a defined speed suppression A, in contrast to the prior art, from which only speed adjustment for masking or for reducing the power of the refrigerant compressor is known.
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