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Die vorliegende Erfindung betrifft die Kühlung eines Steuergeräts. Insbesondere betrifft die Erfindung die Vermeidung einer Geräuschbelastung bei der Kühlung eines Steuergeräts.
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Ein Fahrzeug umfasst ein Steuergerät, das eine vorbestimmte Aufgabe an Bord des Fahrzeugs erfüllen kann, beispielsweise eine Steuerung eines Antriebsmotors oder eine Zielführung von einer aktuellen Position zu einem vorbestimmten Zielpunkt. Das Steuergerät umfasst eine Verarbeitungseinrichtung, die insbesondere als Mikrocomputer ausgebildet sein kann und die in Abhängigkeit einer aktuellen Auslastung eine beträchtliche Abwärme erzeugen kann. Zur Kühlung der Verarbeitungseinrichtung kann ein Lüfter vorgesehen sein, der eine Umgebungsluft derart an einem Element des Steuergeräts vorbei bewegt, dass die Wärme abgeführt wird. Einen Fehler oder Ausfall des Steuergeräts aufgrund von zu hoher Betriebstemperatur kann dadurch ausgeschlossen werden.
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Eine akustische Belastung im Innenraum des Fahrzeugs aufgrund eines Betriebs des Lüfters kann hoch sein, sodass ein Betriebsgeräusch von einem Passagier als unangenehm empfunden werden kann. Es ist daher üblich, Maßnahmen zur Entkopplung des Steuergeräts beziehungsweise seines Lüfters vom Fahrzeug zu treffen. Außerdem kann der Lüfter derart gesteuert werden, dass er möglichst leise ist.
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An einem modernen Fahrzeug kann das Steuergerät an verschiedenen Positionen verbaut sein, beispielsweise in einem Kofferraum oder unter einem Sitz. Ausstattungen der Fahrzeuge können unterschiedlich sein; so können beispielsweise Sitzbezüge aus Kunststoff oder aus Leder verwendet werden. Einzelne Personen können unterschiedliche Arten von Geräuschen als unangenehm empfinden. Beispielsweise kann eine Person empfindlich auf zirpende und knackende Geräusche reagieren, aber tolerant gegenüber einem Rauschen oder Brummen sein. Geräuschemissionen des Lüfters können ferner von Streuungen in der Serienproduktion abhängig sein.
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Es ist daher schwierig, eine Kühlung für das Steuergerät derart bereitzustellen, dass sie in allen Fällen eine akzeptable Unterdrückung von Störgeräuschen bietet. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher in der Angabe einer verbesserten Technik zur geräuscharmen Steuerung eines Steuergeräts. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
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Ein Steuergerät an Bord eines Fahrzeugs weist einen ersten und einen zweiten Lüfter auf, die jeweils dazu eingerichtet sind, das Steuergerät mittels Umgebungsluft zu kühlen. Eine Vorrichtung zur Kühlung des Steuergeräts ist dazu eingerichtet, die Lüfter in Abhängigkeit eines Temperierungsbedarfs des Steuergeräts anzusteuern; und Parameter der Ansteuerung anzupassen, um eine akustische Belastung in einem Innenraum des Fahrzeugs durch die Lüfter zu minimieren. Dabei umfasst die Ansteuerung Drehzahlen der Lüfter und eine Phasenlage der Lüfter.
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Es wurde erkannt, dass durch Einsatz von mehr als nur einem Lüfter eine zusätzliche Beeinflussung der emittierten Geräusche erfolgen kann, indem eine Phasenlage zwischen den Lüftern verändert wird. Dadurch kann Luft, die durch die Lüfter gefördert wird, verbessert gleichmäßig strömen und Schwingungen können sich verbessert gegenseitig auslöschen. Die akustische Belastung im Innenraum kann dadurch dynamisch reduziert werden. Eine Person an Bord des Fahrzeugs kann durch die verringerten Geräusche weniger gestört sein. Ein Fahrer kann sich verbessert auf ein Verkehrsgeschehen konzentrieren.
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Die Ansteuerung der Lüfter erfolgt bevorzugt in Abhängigkeit einer Vielzahl Parameter, die von einem Fahrzustand des Fahrzeugs umfasst sind. Die Parameter können mittels passender Sensoren oder auf der Basis von Informationen anderer Steuergeräte bestimmt werden. So kann beispielsweise Schall im Innenraum oder außerhalb des Fahrzeugs mittels eines Mikrofons oder eines Körperschallsensors bestimmt werden. Temperaturen innerhalb oder außerhalb des Fahrzeugs können die Emission von Betriebsgeräuschen der Lüfter oder eine Übertragung von Schall im Innenraum beeinflussen. Weitere mögliche Parameter umfassen eine Drehzahl eines Antriebsmotors, eine Bereifung des Fahrzeugs, eine Fahrgeschwindigkeit, ein durchgeführtes Fahrmanöver, eine Spannung eines elektrischen Bordnetzes, Geräusche eines Kommunikations- oder Unterhaltungssystems oder einen Mechanismus der Funktionssicherheit.
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Die Vielzahl der Parameter kann mittels eines künstlichen neuronalen Netzwerks (KNN) auf die Ansteuerung der Lüfter abgebildet werden. Eine Anzahl vom Fahrzustand umfasster Parameter kann mehrere 10 oder mehr als hundert betragen. Dabei können sich die Parameter unterschiedlich schnell oder stark ändern und unterschiedlich starken Einfluss auf eine wahrnehmbare akustische Belastung haben. Häufig tritt eine akustische Belastung auf, wenn mehrere Parameter in einer vorbestimmten Konstellation stehen, obwohl keiner der Parameter allein stark mit der Belastung korreliert. Aufgrund der Vielzahl möglicher Parameter können extrem viele Kombinationen gebildet werden, die einen negativen Einfluss auf die akustische Belastung im Innenraum haben. Eine übliche Steuerung, beispielsweise auf der Basis eines Kennfelds, kann kaum zu realisieren sein.
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Durch Verwenden des KNN können die vielen Parameter des Fahrzustands verbessert auf wenige Steuerparameter abgebildet werden, die zur Ansteuerung der Lüfter verwendet werden. Dabei können auch dynamische Effekte berücksichtigt werden, wenn sich einer oder mehrere Parameter über die Zeit ändern. Eine solche Berücksichtigung ist mit bekannten Techniken aufgrund einer erschöpfenden Suche in einem Zustandsraum, der alle möglichen Werte aller Parameter umfasst, kaum praktisch durchzuführen. Die Abbildung mittels des KNN kann sehr schnell erfolgen und ein Verarbeitungsaufwand zur Steuerung der Lüfter kann relativ gering sein, sodass er leicht durch eine einfache Vorrichtung an Bord des Fahrzeugs durchgeführt werden kann.
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Die Vorrichtung kann ferner einen Sensor zur Bestimmung der akustischen Belastung umfassen, wobei das künstliche neuronale Netzwerk dazu eingerichtet ist, eine Ansteuerung der Lüfter bezüglich geltender Parameter unüberwacht zu erlernen. Durch das unüberwachte Lernen kann das KNN ohne großen Aufwand in einen Zustand versetzt werden, in welchem es bereits eine gute Steuerung durchführen kann.
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Optional ist das KNN bereits vor seinem ersten Betrieb dazu trainiert, gewisse grundlegende Zusammenhänge zu erkennen, beispielsweise zwischen einer Fahrgeschwindigkeit und damit verbundenen Geräuschen. Auf dieser Basis können spezifische Zusammenhänge im individuellen Fahrzeug verbessert erlernt werden.
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Das unüberwachte Lernen kann während eines üblichen Betriebs des Fahrzeugs erfolgen und diesen nicht stören. Je länger das Fahrzeug betrieben wird und je mehr Kombinationen von Parametern dabei auftreten, desto besser kann das KNN erlernen, in welchem Fahrzugstand welche Ansteuerung der Lüfter vorteilhaft ist. Das unbeaufsichtigt lernfähige KNN kann auch auf Parameter reagieren, die während der Entwicklung der Steuerung noch nicht bekannt waren, beispielsweise einen Einbauort oder einer Orientierung des Steuergeräts am Fahrzeug, eine Ausstattung oder eine Verwendung des Fahrzeugs.
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In einer Ausführungsform ist eine Eingabevorrichtung für eine Person im Innenraum vorgesehen, wobei das künstliche neuronale Netzwerk dazu eingerichtet ist, eine Ansteuerung der Lüfter auf der Basis einer Eingabe der Person bezüglich geltender Parameter zu erlernen.
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Die Person kann Vorgaben oder Vorschläge eingeben, die durch das KNN als Richtwerte oder bevorzugte Punkte im Phasenraum aller Parameter weiterentwickelt werden können. Durch die Berücksichtigung der Eingaben der Person kann ein überwachtes Lernen realisiert werden. Außerdem können eine Wahrnehmung oder eine Vorliebe einer individuellen Person in die Steuerung einbezogen werden.
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In einer ersten Variante ist die Eingabevorrichtung dazu eingerichtet, wenigstens einen Ansteuerparameter für die Lüfter zu verändern. Dabei kann der Lüfter automatisch stets so gesteuert werden, dass eine ausreichende Kühlung des Steuergeräts sichergestellt ist. So kann die Person einen Vorschlag für den Ansteuerparameter machen, der auf geltende Parameter des Fahrzustands bezogen ist.
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Die Person kann auch mehrere Ansteuerparameter verändern und so verbessert eine Kombination vorgeben, die einerseits eine ausreichende Kühlung des Steuergeräts sicherstellt und andererseits zu einer erträglichen akustischen Belastung für die Person führt.
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So kann die Person beispielsweise im Stillstand des Fahrzeugs eine Kombination von Ansteuerparametern vorgeben, deren zugeordnete akustische Belastung sie für gering hält. Eine andere Kombination kann sie bei Fahrt des Fahrzeugs auf einer Autobahn vorgeben. Optional sind mehrere Fahrsituationen vorbestimmt, in denen die Person jeweils eine Kombination von Ansteuerparametern bereitstellen kann. Einer Fahrsituation kann eine Kombination vorbestimmter Parameter des Fahrzustands zugeordnet sein.
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In einer zweiten Variante, die mit der ersten Variante kombiniert werden kann, ist das künstliche neuronale Netzwerk dazu eingerichtet, eine Ansteuerung der Lüfter auf der Basis einer Eingabe der Person, ob er eine aktuelle akustische Belastung durch die Lüfter unter geltenden Parametern für unangenehm erachtet, zu erlernen.
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In einer einfachen Ausführungsform kann die Person binär angeben, ob sie die Belastung für zu hoch hält oder nicht. Die Person kann auch angeben, ob sie überhaupt ein Geräusch der Lüfter wahrnimmt oder nicht. In einer weiteren Ausführungsform kann die Person einen mehrstufig diskreten oder kontinuierlichen Wert auf einer vorbestimmten Skala angeben, der reflektiert, für wie unangenehm sie die akustische Belastung hält. Optional können auch mehrere Skalen vorgesehen sein, beispielsweise eine, die eine empfundene Belästigung der Person und eine andere, die eine negative Beeinflussung einer Tätigkeit der Person repräsentiert. Die Tätigkeit kann beispielsweise das Durchführen eines Fahrmanövers oder eine Unterhaltung mit einer anderen Person an Bord des Fahrzeugs oder per Telefon umfassen.
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So kann die Person leicht eine Bewertung einer von ihr empfundenen akustischen Belastung abgeben. Die Bewertung kann in vorbestimmten Fahrzuständen oder zu beliebigen Zeitpunkten abgegeben werden. So kann das KNN rasch erlernen, welche Ansteuerung bei welchen Parametern für die Person als optimal gelten kann.
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Das künstliche neuronale Netzwerk kann dazu eingerichtet sein, die Lüfter derart anzusteuern, dass das Steuergerät maximal gekühlt wird, ohne dass die Person eine damit verbundene akustische Belastung als unangenehm erachtet. Ein akustischer Spielraum für eine weitere Kühlung des Steuergeräts kann so ausgenutzt werden. Eine Lebensdauer des Steuergeräts kann durch die Absenkung seiner Temperatur erhöht sein. Eine Notlaufdauer, über die das Steuergerät bei Ausfall der Lüfter noch weiter betrieben werden kann, ohne eine vorbestimmte Maximaltemperatur zu erreichen, kann verlängert sein.
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Die Eingabevorrichtung kann eine manuelle Eingabe, beispielsweise mittels eines dedizierten Stellers oder eines Touchscreens umfassen. Bevorzugt umfasst die Eingabevorrichtung eine Sprachsteuerung, sodass die Person eine Eingabe freihändig bereitstellen kann. Die Sprachsteuerung kann von nur einer oder von mehreren Personen an Bord genutzt werden. Beispielsweise kann eine beliebige Person dann, wenn sie sich durch Geräusche der Lüfter belästigt fühlt, eine entsprechende akustische Eingabe bereitstellen. Die akustische Eingabe kann eine geringere Hemmschwelle als eine haptische Eingabe haben, sodass sie öfter verwendet werden kann und innerhalb einer vorbestimmten Zeit mehr Daten zum Trainieren des KNN vorliegen können.
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Die Lüfter sind in einer Ausführungsform mittels Impulsen steuerbar, wobei die Ansteuerparameter eine Form eines Impulses umfassen. Impulse können nach Art einer Pulsweitensteuerung (PWM) oder einer Pulsfrequenzsteuerung (PFM) von der Steuerung an einen der Lüfter übermittelt werden. Der Lüfter umfasst bevorzugt einen Elektromotor, insbesondere einen bürstenlosen Motor, der permanent erregt sein kann (brushless direct current, BLDC). Ein Kollektorimpuls, mit dem der Motor in Drehung versetzt wird, kann durch den Parameter verändert werden. So kann eine Entwicklung von Frequenzen auf Oberwellen einer Ansteuer- oder Drehfrequenz beeinflusst werden.
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Es ist allgemein bevorzugt, dass die beiden am Steuergerät eingesetzten Lüfter im Wesentlichen baugleich sind. Gewisse Toleranzen, die sich im Rahmen einer Fertigung oder einer Montage ergeben, können toleriert werden. Ein Lüfter umfasst bevorzugt einen Elektromotor, ein Lüfterrad und ein Lüftergehäuse. Bevorzugt ist ein Lüfter als Radiallüfter ausgebildet. Die Lüfter können spiegelsymmetrisch aufgebaut sein, wobei die Lüfterräder in entgegengesetzte Richtungen gedreht werden können. Die Lüfter können getrennte Ansaugkanäle und einen gemeinsamen Ausstoßkanal aufweisen. Im Bereich des Ausstoßkanals kann ein Kühlelement des Steuergeräts liegen, beispielsweise ein Kühlkörper.
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Das Steuergerät kann dazu eingerichtet sein, in einer Vielzahl verschieden ausgestatteter Fahrzeuge eingesetzt zu werden. Ferner kann das Steuergerät an einem Fahrzeug an unterschiedlichen Einbauorten angebracht werden. Verschiedene Fahrzeuge können sich in ihren Typen und/oder Ausstattungen unterscheiden.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Steuergerät dazu eingerichtet, das Fahrzeug zu steuern. Dazu kann das Steuergerät eine HPC (high performance computing) Plattform umfassen, die zur echtzeitfähigen Durchführung umfangreicher Aufgaben eingerichtet ist. Das Steuergerät kann eine oder mehrere CPUs und optional eine Vielzahl GPUs umfassen, die zur parallelen Bearbeitung von Daten eingerichtet sein können. Das Steuergerät kann sicherheitsrelevant für einen Betrieb des Fahrzeugs sein. Es kann erforderlich sein, ein Überhitzen des Steuergeräts zu verhindern, um eine Fahrsicherheit des Fahrzeugs nicht zu gefährden.
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Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Fahrzeug eine hierin beschriebene Vorrichtung. Außerdem ist bevorzugt ein hierin beschriebenes Steuergerät im Fahrzeug angeordnet. Das Steuergerät und die Vorrichtung können miteinander integriert ausgeführt sein.
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Nach noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Kühlen eines Steuergeräts an Bord eines Fahrzeugs, wobei das Steuergerät einen ersten und einen zweiten Lüfter aufweist, die jeweils dazu eingerichtet sind, das Steuergerät mittels Umgebungsluft zu kühlen; Schritte des Ansteuerns der Lüfter in Abhängigkeit eines Temperierungsbedarfs des Steuergeräts; und des Anpassens eines Parameters der Ansteuerung, um eine akustische Belastung in einem Innenraum des Fahrzeugs durch die Lüfter zu minimieren. Dabei umfasst die Ansteuerung Drehzahlen der Lüfter und eine Phasenlage der Lüfter.
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Das Verfahren kann mittels einer hierin beschriebenen Vorrichtung durchgeführt werden. Dazu kann die Vorrichtung eine Verarbeitungseinrichtung umfassen, die dazu eingerichtet ist, das Verfahren ganz oder teilweise auszuführen. Dazu kann die Verarbeitungseinrichtung einen programmierbaren Mikrocomputer oder Mikrocontroller umfassen und das Verfahren kann in Form eines Computerprogrammprodukts mit Programmcodemitteln vorliegen. Das Computerprogrammprodukt kann auch auf einem computerlesbaren Datenträger abgespeichert sein. Merkmale oder Vorteile des Verfahrens können auf die Vorrichtung übertragen werden oder umgekehrt.
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Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:
- 1 ein System;
- 2 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens; und
- 3 eine beispielhafte Eingabe einer Person zur Steuerung einer Kühlung eines Steuergeräts an Bord eines Fahrzeugs
darstellt.
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1 zeigt ein System 100 an Bord eines Fahrzeugs 105. Das System 100 umfasst ein Steuergerät 110 mit einem ersten Lüfter 115 und einem zweiten Lüfter 120 sowie eine Vorrichtung 125 zur Steuerung der Lüfter 115, 120.
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Das Steuergerät 110 ist bevorzugt eine sicherheitsrelevante Komponente für einen Betrieb des Fahrzeugs 105. In einer Ausführungsform ist das Steuergerät 110 dazu eingerichtet, das Fahrzeug 105 in Längsrichtung und/oder Querrichtung zu steuern. Dazu kann das Steuergerät Sensordaten von einem oder mehreren Sensoren empfangen, die jeweils dazu eingerichtet sind, ein Umfeld des Fahrzeugs 105 abzutasten. Beispielhafte Sensoren umfassen eine Kamera, einen Radarsensor und einen LiDAR-Sensor. Ein Objekt im Umfeld des Fahrzeugs 105 kann erfasst und optional auch erkannt werden und das Fahrzeug kann in Abhängigkeit des Objekts gesteuert werden. Das Steuergerät 110 umfasst eine Verarbeitungseinrichtung, die im Betrieb eine vorbestimmte Wärmeleistung entwickeln kann. Auftretende Wärme kann mittels eines Luftstroms abtransportiert werden, der durch die Lüfter 115, 120 bewirkt ist.
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Die Lüfter 115, 120 sind bevorzugt als Radiallüfter ausgebildet, obwohl auch andere Lüftertypen wie ein Axiallüfter oder ein Tangentiallüfter verwendet werden können. Jeder Lüfter 115, 120 umfasst einen Elektromotor, ein Lüfterrad und ein Lüftergehäuse. Vorliegend ist ein gemeinsames Lüftergehäuse für beide Lüfter 115, 120 vorgesehen. Dabei drehen die Elektromotoren der beiden Lüfter 115, 120 in verschiedene Richtungen, sodass das Lüftergehäuse zwei zueinander spiegelbildliche Abschnitte aufweisen kann. Die Lüfterräder können ebenfalls unterschiedlich geformt sein, sodass sie Luft aus gleichen Richtungen ansaugen und radial beschleunigen können. Luftkanäle der Lüfter 115, 120 führen zusammen, sodass geförderte Luft beider Lüfter 115, 120 an einem Element des Steuergeräts 110 entlangstreicht und dabei Wärme von diesem aufnehmen kann.
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Die Vorrichtung 125 umfasst bevorzugt eine Verarbeitungseinrichtung 130, die dazu eingerichtet ist, die Lüfter 115, 120 zu steuern. Dazu kann die Verarbeitungseinrichtung 130 ein künstliches neuronales Netzwerk (KNN) 135, dessen Funktion später noch genauer beschrieben wird, bilden oder realisieren. Die Lüfter 115, 120 können auf unterschiedliche Weisen mit der Verarbeitungseinrichtung 130 verbunden sein. In einer Ausführungsform akzeptiert ein Lüfter 115, 120 ein Rechtecksignal, dessen Frequenz oder Phasenlage auf eine gewünschte Drehzahl des Lüfters 115, 120 hinweist. Ein Tachosignal, das auf ein sich drehendes Lüfterrad hinweist, kann vom Lüfter 115, 120 bereitgestellt werden.
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In einer anderen Ausführungsform wird ein Elektromotor an einem Lüfter 115, 120 direkt durch die Verarbeitungseinrichtung 130 gesteuert. Dazu kann der Elektromotor eine permanenterregte Synchronmaschine umfassen und die Verarbeitungseinrichtung 130 kann eine Spannung an einer von mehreren Phasen des Elektromotors direkt steuern. Die Vorrichtung 125 kann einfach aufgebaut sein, wobei an jeder Phase nur diskrete Spannungen bewirkt werden können, oder komplexer, wobei eine Vielzahl Spannungen oder eine stufenlose Spannung bewirkt werden kann. Eine Form oder eine Frequenz der an einer Phase anliegenden Wechselspannung können Einfluss auf eine Geräuschentwicklung des Elektromotors haben. Eine Drehzahl und ein Drehmoment, die durch den Elektromotor bereitgestellt werden, können durch die Frequenz und die Spannung an einer Phase gesteuert werden. Dazu kann beispielsweise eine feldorientierte Steuerung oder eine feldorientierte Regelung durchgeführt werden.
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Die Vorrichtung 125 kann von dem Steuergerät 110 Informationen erhalten, die auf dessen Betriebszustand hinweisen. Der Betriebszustand kann beispielsweise eine aktuelle Temperatur, eine Anforderung zur Kühlung oder eine aktuelle Auslastung des Steuergeräts 110 oder einer seiner Komponenten betreffen. Durch Berücksichtigen des Betriebszustands kann ein Luftstrom am Steuergerät 110 derart gesteuert werden, dass das Steuergerät 110 stets ausreichend gekühlt wird. Üblicherweise wird versucht, einen Volumenstrom durch die Lüfter 115, 120 bewegter Luft unter Einhaltung dieser Bedingung möglichst gering zu halten. So kann eine Geräuschentwicklung reduziert sein. Eine Lebensdauer der Lüfter 115, 120 kann erhöht sein und eine Stromaufnahme verringert.
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Die Vorrichtung 125 kann mit einem Sensor 140 verbunden sein, der einen Parameter erfasst, der auf eine akustische Belastung in einem Innenraum des Fahrzeugs 105 durch den Betrieb der Lüfter 115, 120 hinweist. Der Sensor 140 umfasst vorliegend ein Mikrofon oder einen Sensor für Körperschall und ist im Innenraum angebracht.
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Weiter ist bevorzugt eine Schnittstelle 145 vorgesehen, um eine weitere Einrichtung an Bord des Fahrzeugs 105 mit der Vorrichtung 125 zu verbinden. Dabei kann die Einrichtung einen Sensor 140, eine weitere Steuervorrichtung oder ein Steuersystem umfassen. Über die Schnittstelle 145 kann die Vorrichtung 125 insbesondere Parameter eines Fahrzeugzustands oder eines Fahrzustands des Fahrzeugs 105 erfassen. Dazu kann eine Vielzahl Parameter erfasst und ausgewertet werden.
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Eine Eingabeeinrichtung 150 kann direkt oder über die Schnittstelle 145 mit der Vorrichtung 125 verbunden sein. Die Eingabeeinrichtung 150 ist zur Benutzung durch eine Person an Bord des Fahrzeugs 105 eingerichtet und kann durch einen Touchscreen oder ein System zur Spracheingabe realisiert sein.
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Die Vorrichtung 125 ist dazu eingerichtet, mittels des KNN 135 die Vielzahl der Parameter, die auf den Fahrzustand des Fahrzeugs 105 hinweisen, auf eine geringe Anzahl Steuerparameter umzusetzen und die Lüfter 115 120 auf deren Basis die Lüfter 115, 120 anzusteuern. Dabei soll der Luftstrom stets ausreichen, um das Steuergerät 110 angemessen zu kühlen. Das KNN 135 ist darauf trainiert, die Umsetzung derart zu bewirken, dass eine akustische Belastung, die mit dem angesteuerten Luftstrom verbunden ist, möglichst gering ist oder unter einem Schwellenwert liegt, den eine Person an Bord des Fahrzeugs festlegen kann.
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Optional kann eine zentrale Stelle 155 vorgesehen sein, mit der das Fahrzeug 105 beziehungsweise eine an Bord befindliche Einrichtung kommunizieren kann. Von der Stelle 155 kann ein KNN 135 zur Steuerung der Lüfter 115, 120 bezogen werden. Die Stelle 155 kann das KNN 135 zu diesem Zweck auf der Basis von Informationen trainieren, die sie von einer Vielzahl Fahrzeuge 105 erhält. Die Informationen umfassen bevorzugt jeweils einen Fahrzustand und einen oder mehrere zugeordnete Ansteuerparameter. Weiter bevorzugt ist auch eine Beurteilung der mit dieser Kombination verbundenen akustischen Belastung durch eine Person im Fahrzeug 105 beigefügt. Eine Identifikation des Fahrzeugs 105 kann ebenfalls beigefügt werden, wobei der Identifikation akustisch relevante Umstände wie ein Einbauort des Steuergeräts 100, ein Fahrzeugtyp oder eine Ausstattung des Fahrzeugs 105 zugeordnet ist. Diese Informationen können auch direkt beigefügt werden.
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2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 200 zum Steuern von Lüftern 115, 120 in einem System 100. Das Verfahren 200 verwendet bevorzugt ein KNN und kann unterschiedliche Arten des Trainierens des KNN erlauben beziehungsweise unterstützen.
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In einem Schritt 205 kann ein Fahrzustand des Fahrzeugs 105 bestimmt werden. Dazu können vorbestimmte Parameter bestimmt werden, die jeweils als Teil des Fahrzustands angesehen werden können. Der Fahrzustand kann umfassend sein, indem alle Parameter, die den Fahrzustand beeinflussen oder durch ihn beeinflusst sind, angegeben sind. Bevorzugt werden nur vorbestimmte Parameter verwendet. Eine Anzahl Parameter kann trotzdem groß sein und liegt in einer Ausführungsform über 100.
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In einem Schritt 210 kann eine akustische Belastung im Innenraum des Fahrzeugs 105 bestimmt werden. Dazu kann ein Geräusch an einer oder man mehreren Stellen des Innenraums mittels Mikrofonen 140 bestimmt werden. Außerdem kann ein Parameter des Fahrzustands berücksichtigt werden, beispielsweise eine Drehzahl eines Antriebsmotors, eine Fahrgeschwindigkeit oder die Beschaffenheit eines Untergrunds. Die akustische Belastung kann somit ebenfalls mehrere Parameter umfassen.
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In einem Schritt 215 kann auf der Basis des bestimmten Fahrzustands und der bestimmten akustischen Belastung ein Ansteuerparameter für die Lüfter 115, 120 bestimmt werden. Außerdem wird bevorzugt ein Bedarf für einen Volumenstrom an Kühlluft am Steuergerät 110 berücksichtigt, um eine ausreichende Kühlung sicherzustellen. Eine Anzahl möglicher Ansteuerparameter kann relativ klein sein, jedenfalls bedeutend kleiner als die Zahl der Parameter des Fahrzustands und üblicherweise auch kleiner als die Anzahl Parameter der akustischen Belastung.
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Mögliche Ansteuerparameter umfassen zunächst eine Drehzahl und eine Leistung für jeden der Lüfter 115, 120. Die Lüfter können leicht ungleich schnell gedreht werden, sodass eine Ungleichheit als Steuerparameter angegeben sein kann. Alternativ kann angestrebt werden, einen vorbestimmten Phasenwinkel zwischen Drehstellungen der Lüfterräder einzuhalten. Wird ein Lüfter 115, 120 direkt, also ohne zwischengeschaltete Geschwindigkeits- oder Winkelsteuerung angesteuert, so kann eine Impulsform eines Ansteuerimpulses verändert werden. Beispielsweise kann der Impuls im Wesentlichen rechteckförmig oder sinusförmig sein oder eine Zwischenform zwischen beiden annehmen. Die Impulsform kann durch Überlagerung verschieden frequenter Sinuswellen angenähert werden. Sollten Optimierungsziele für einen ausreichenden Volumenstrom und eine geringe Geräuschentwicklung im Widerspruch zueinander stehen, ist bevorzugt dem Volumenstrom der Vorzug zu geben, sodass die Geräuschentwicklung nur soweit reduziert wird, wie die ausreichende Belüftung des Steuergeräts 110 gewährleistet ist.
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In einem Schritt 220 können die Lüfter 115, 120 unter Verwendung der bestimmten Ansteuerparameter angesteuert werden. Die Schritte 205 bis 220 können zyklisch durchgeführt werden, um eine kontinuierliche Steuerung zu erlauben.
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Außerdem kann in einem Schritt 225 bestimmt werden, wie sich eine Änderung eines der Ansteuerparameter auf die Geräuschentwicklung auswirkt. Ein Ergebnis dieses Vergleichs kann in die nächste Ausführung des Schritts 215 einfließen.
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Das KNN 135 kann trainiert werden, indem zunächst ein grundlegender Zusammenhang angelernt wird, beispielsweise zwischen einer Drehzahl der Lüfter 115, 120 und Frequenzen von hervorgerufenen Geräuschen im Innenraum. Dieses Trainieren kann generisch für verschiedene Bedingungen erfolgen, unter denen die Vorrichtung 125 eingesetzt werden kann.
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Vor oder während eines Betriebs des Fahrzeugs 105 können ein unbeaufsichtigtes und/oder ein beaufsichtigtes Lernen des KNN erfolgen. Beim unbeaufsichtigten Lernen kann das KNN anhand von angewandten Ansteuerparametern und beobachteten akustischen Belastungen selbsttätig eine Minimierung der Belastungen in verschiedenen Fahrzuständen erlernen.
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Beim beaufsichtigten Lernen kann eine Person an Bord des Fahrzeugs entweder eine Bewertung einer durch das KNN durchgeführten Ansteuerung abgeben. Außerdem kann sie eine Kombination von Ansteuerparametern einstellen, die sie selbst als unaufdringlich empfindet. Dazu kann das Fahrzeug einen vorbestimmten Fahrzustand einnehmen. Das Verfahren 200 zeigt somit auch beide Varianten des Trainierens des KNN im laufenden Betrieb des Fahrzeugs 105.
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Es ist zu beachten, dass Informationen von mehreren Fahrzeugen 105 gesammelt werden können, um das Lernen zu beschleunigen. Beispielsweise können jeweils ein Fahrzustand und zugeordnete Ansteuerparameter sowie optional eine Einschätzung durch eine Person an die zentrale Stelle 155 übermittelt und dort gesammelt werden. Daten zu unterschiedlichen Typen oder Ausstattungen von Fahrzeugen 105 können in unterschiedliche Trainings-Datensätze eingeordnet werden, sodass verschiedene KNN damit trainiert werden können. Manche Trainings-Datensätze können miteinander kompatibel sein, sodass ein KNN mit mehreren Datensätzen trainiert werden kann. Ein trainiertes KNN kann an ein passendes Fahrzeug 105 übermittelt und dort zur Steuerung von Lüftern 115, 120 für ein Steuergerät 110 eingesetzt werden.
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3 zeigt eine beispielhafte Eingabe einer Person 305 zur Steuerung einer Kühlung eines Steuergeräts 110 an Bord eines Fahrzeugs 105. Vorliegend definiert die Person 305 drei verschiedene Ansteuerparameter, die exemplarisch von oben nach unten für eine Drehzahl 310, eine Phasenlage 315 und eine Impulsform 320 an den Lüftern 115, 120 stehen.
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Weiter beispielhaft erfolgt die Eingabe haptisch an einem Multifunktionsgerät, das in vielen Fahrzeugen vorhanden ist und einen berührungsempfindlichen Bildschirm (Touchscreen) umfasst.
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In der dargestellten Ausführungsform können die Ansteuerparameter unabhängig voneinander verändert werden, wobei bevorzugt sichergestellt wird, dass keine Kombination eingestellt wird, die einen zu geringen Volumenstrom von Kühlluft am Steuergerät 110 hervorruft.
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In einer anderen Ausführungsform kann die Person 305 die Eingabevorrichtung 150 dazu verwenden, eine aktuelle Kombination von Ansteuerparametern der Lüfter 115, 120 bezüglich der einer hervorgerufenen akustischen Belastung zu bewerten. Die Bewertung kann eine empfundene Belästigung auf einer vorbestimmten Skala umfassen.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- System
- 105
- Fahrzeug
- 110
- Steuergerät
- 115
- erster Lüfter
- 120
- zweiter Lüfter
- 125
- Vorrichtung
- 130
- Verarbeitungseinrichtung
- 135
- künstliches neuronales Netzwerk
- 140
- Sensor
- 145
- Schnittstelle
- 150
- Eingabeeinrichtung
- 155
- zentrale Stelle
- 200
- Verfahren
- 205
- Fahrzustand bestimmen
- 210
- akustische Belastung bestimmen
- 215
- Ansteuerparameter bestimmen
- 220
- Ansteuern
- 225
- Änderung beurteilen
- 305
- Person
- 310
- Eingabe Drehzahl
- 315
- Eingabe Phase
- 320
- Eingabe Impulsform
