DE102014208384A1 - A power train and method for reducing a meshing noise of an electrically driveable powertrain having a gear transmission - Google Patents
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Abstract
Es werden ein Antriebsstrang sowie ein Verfahren zum Reduzieren eines Zahneingriffgeräusches eines elektrisch antreibbaren Antriebsstrangs (10) mit einem Zahnradgetriebe (2) und einem Elektromotor (1) vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die Schritte: – Ermitteln eines Betriebszustandes des Antriebsstrangs (10), – Auslesen eines dem ermittelten Betriebszustand zugeordneten Datensatzes aus einem Datenspeicher (3), und – Anpassen eines Drehmomentes des Elektromotors (1) entsprechend dem Datensatz.A drive train and a method for reducing gear meshing noise in an electrically drivable drive train (10) with a gear transmission (2) and an electric motor (1) are proposed. The method comprises the following steps: - determining an operating state of the drive train (10), - reading out a data record assigned to the determined operating state from a data memory (3), and - adjusting a torque of the electric motor (1) according to the data record.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Antriebsstrang sowie ein Verfahren zum Reduzieren eines Zahneingriffgeräusches eines elektrisch antreibbaren Antriebsstrangs mit einem Zahnradgetriebe. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung die Vermeidung aufwendiger und kostspieliger Kapselungen zur Geräuschisolation des Zahnradgetriebes. The present invention relates to a power train and a method for reducing a meshing noise of an electrically drivable drive train with a gear transmission. In particular, the present invention relates to the avoidance of expensive and expensive encapsulations for noise isolation of the gear transmission.
Eines der dominantesten Geräusche von Getrieben unter Last ist das des Zahneingriffs (Eintrittstoß und Austrittstoß), wobei mit Geräusch ein Schallsignal mit einer oder mehreren überlagerten Frequenzen gemeint ist. Die Tatsache, dass Getriebe unter Last Geräusche erzeugen, wird in der Literatur immer wieder aufgeführt, siehe
Das Geräusch geht insbesondere vom Prozess des Zahneingriffs aus. Der Prozess versteht sich als
- – die Anpassung der Zahngeometrie und/oder der Verzahnungsqualität,
- – die Anpassung der Lagerung der Getriebestufen,
- – eine weiche Lagerung der Zahnräder,
- – die Dämmung des Getriebegehäuses von innen und/oder der Lageraufnahmen,
- – die Verringerung der Schwingungsankopplung des Getriebes,
- – eine akustische Kapselung des Getriebes oder
- – der Einbau von Schwingungstilgern.
- The adaptation of the tooth geometry and / or the tooth quality,
- - the adaptation of the bearing of the gear stages,
- A soft bearing of the gears,
- The insulation of the transmission housing from the inside and / or the bearing receptacles,
- The reduction of the vibration coupling of the transmission,
- - An acoustic encapsulation of the transmission or
- - the installation of vibration absorbers.
Diese Maßnahmen ziehen aufwendige konstruktive Änderungen der Bauteile und damit teure Werkzeugänderungen nach sich, was hohe Kosten in einer Serie mit großer Stückzahl nach sich ziehen kann. Eine andere konstruktive Maßnahme besteht darin, die Zähnezahl des Motorritzels möglichst so zu wählen, dass die Frequenz f0 gleich ist z·n/60 außerhalb (meist unterhalb) eines für das Gehör empfindlichen Frequenzbereiches liegt, wobei f0 die Zahneingriffsfrequenz, n die Motordrehzahl und z die Anzahl der Motorritzelzähne ist. Zu den aktiven Maßnahmen zur Geräuschkompensation gehören
- – die Anpassung der Last und/oder der Drehzahl sofern möglich,
- – der Einbau von Aktuatoren im Lager eines Zahnrades (siehe
Rebbechi, B.; Howard, C.; Hansen, C.: Active Control of Gearbox Vibration, Proceedings of the active control of sound and vibration conference, Fort Lauderdale, 1999, Seite 295 bis 304 - – die Aufschaltung eines wechselnden Drehmomentes auf die Antriebsseite des Getriebes (siehe
US 5,809,843
- - the adaptation of the load and / or the speed, if possible,
- - the installation of actuators in the bearing of a gear (see
Rebbechi, B .; Howard, C .; Hansen, C .: Active Control of Gearbox Vibration, Proceedings of the Active Control of Sound and Vibration Conference, Fort Lauderdale, 1999, pages 295-304 - - The connection of a changing torque to the drive side of the transmission (see
US 5,809,843
In der oben genannten Schrift
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Vibrationen und/oder die Geräusche durch den Zahneingriff eines Getriebes mit geringstmöglichem Aufwand zu verringern. It is an object of the present invention to reduce the vibrations and / or the noises by the meshing of a transmission with the least possible effort.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die vorstehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Antriebsstrang sowie ein Verfahren zum Reduzieren eines Zahneingriffgeräusches eines elektrisch antreibbaren Antriebsstrangs mit einem Zahnradgetriebe und einem Elektromotor gelöst. Die Grundidee der Erfindung ist die Beaufschlagung des Getriebes mit einem Drehmomentsignal, welches der Vibration oder dem Geräusch des Getriebes entgegenwirkt. Das Signal des Kompensationsdrehmoments wird anderen Wunschdrehmomenten, wie etwa ein statisches Antriebsmoment, aufaddiert. Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass mit der Aufschaltung des Drehmomentsignals Vibrationen und/oder Geräusche, die von dem Zahneingriffsprozess ausgehen, ohne Vibrationssensor oder Geräuschsensor deutlich verringert werden können. Um dies zu erreichen, wird vor dem Betrieb ein geeignetes Drehmomentsignal ermittelt, welches abhängig vom Betriebszustand der elektrischen Maschine und des Getriebes angepasst und als Steuerung der elektrischen Maschine zur Verfügung gestellt wird. The above object is achieved by a drive train and a method for reducing a meshing noise of an electrically drivable drive train with a gear transmission and an electric motor. The basic idea of the invention is the Actuation of the transmission with a torque signal which counteracts the vibration or the noise of the transmission. The signal of the compensation torque is added to other desired torques, such as a static drive torque. The advantage of the invention is that with the connection of the torque signal vibrations and / or noises emanating from the meshing process, without vibration sensor or noise sensor can be significantly reduced. To achieve this, a suitable torque signal is determined before operation, which is adjusted depending on the operating state of the electric machine and the transmission and provided as a control of the electric machine.
Mit anderen Worten wird zunächst ein Betriebszustand des Antriebsstrangs ermittelt. Der Betriebszustand kann durch ein mittels des Getriebes zu übertragendes Drehmoment und/oder eine Drehzahl gekennzeichnet sein. Dabei ist die Geometrie des Zahnradgetriebes beziehungsweise der in ihm enthaltenen Zähne selbstverständlich a priori bekannt. Auch eine Temperatur der Komponenten des Antriebsstrangs, insbesondere der Zahnräder und ein Übersetzungsverhältnis beziehungsweise eine verwendete Zahnradkombination kann den Betriebszustand kennzeichnen. Anschließend wird ein dem ermittelten Betriebszustand zugeordneter Datensatz aus einem Datenspeicher ausgelesen. Mit anderen Worten wird in Abhängigkeit des Betriebszustandes ein zuvor abgespeicherter Datensatz konsultiert, um in einem weiteren Schritt das Drehmoment des Elektromotors entsprechend dem Datensatz anzupassen. Dabei repräsentiert der Datensatz eine Maßnahme, mittels welcher die störenden Wechselgrößen der Betriebsvibrationen derart verringert werden können, dass der akustische Eindruck des Antriebsstrangs sich für das menschliche Gehör verbessert. Eine messtechnische Ermittlung von Vibrationen und eine Erzeugung eines auf Basis dieses ermittelten Kompensationssignals kann erfindungsgemäß ausbleiben. Dies verringert den Hardwareaufwand innerhalb des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs und mindert die im Betrieb erforderliche Rechenleistung. In other words, an operating state of the drive train is first determined. The operating state can be characterized by a torque to be transmitted by means of the transmission and / or a rotational speed. The geometry of the gear transmission or the teeth contained in it is of course known a priori. A temperature of the components of the drive train, in particular of the gears and a transmission ratio or a gear combination used can characterize the operating state. Subsequently, a data record associated with the determined operating state is read from a data memory. In other words, a previously stored data set is consulted as a function of the operating state in order to adapt the torque of the electric motor according to the data set in a further step. In this case, the data set represents a measure by means of which the disturbing alternating variables of the operating vibrations can be reduced in such a way that the acoustic impression of the drive train improves for the human ear. A metrological determination of vibrations and generation of a compensation signal determined on the basis of this can be omitted according to the invention. This reduces the hardware expenditure within the drive train according to the invention and reduces the computing power required during operation.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.The dependent claims show preferred developments of the invention.
Der Betriebszustand kann beispielsweise anhand einer Betriebszustandskenngröße ermittelt werden, welche aus der Gruppe
- – eine Temperatur des Zahnradgetriebes,
- – eine Drehzahl des Antriebsstrangs,
- – ein von dem Elektromotor angefordertes Drehmoment,
- – eine Fahrstufe beziehungsweise ein Übersetzungsverhältnis, beziehungsweise eine Zahnradkombination,
- – ein Strom durch den Elektromotor,
- – eine Winkellage des Antriebsstrangs und
- – eine zum Betrieb des Elektromotors erforderliche Spannung.
- A temperature of the gear transmission,
- A speed of the drive train,
- A torque requested by the electric motor,
- A gear stage or a gear ratio, or a gear combination,
- A current through the electric motor,
- - An angular position of the drive train and
- - A voltage required for operation of the electric motor.
Bevorzugt kann die Erzeugung des Kompensationssignals werksseitig erfolgen, sodass eine Vielzahl für das Kompensationssignal infrage kommender Signalformen einer jeweiligen Betriebszustandskenngrößenkombination zugeordnet und im Datenspeicher vorgehalten werden kann. Im Betrieb des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs kann durch eine messtechnisch einfache Ermittlung des Betriebszustands ein geeignetes Kompensationssignal aus dem Datenspeicher ausgelesen und/oder anhand von im Datenspeicher abgelegten Parametern erzeugt werden. Eine im Stand der Technik bekannte Aufnahme und Analyse von Vibrationssignalen des Betriebsgeräusches kann daher unterbleiben. Preferably, the generation of the compensation signal can be carried out at the factory, so that a large number of signal forms coming into question for the compensation signal can be assigned to a respective operating state parameter combination and stored in the data memory. During operation of the drive train according to the invention, a suitable compensation signal can be read from the data memory and / or generated on the basis of parameters stored in the data memory by a metrologically simple determination of the operating state. A known in the art recording and analysis of vibration signals of the operating noise can therefore be omitted.
Ein im Betrieb des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs erforderliches Drehmoment (welches im Wesentlichen konstant über der Zeit oder langsam veränderlich ist) kann zur Verringerung des Zahneingriffgeräusches erfindungsgemäß mit einem entsprechend dem Datensatz erzeugten Drehmomentwechselsignal überlagert werden. Hierbei können insbesondere die über dem Drehwinkel des Getriebes veränderliche Zahnsteifigkeit berücksichtigt werden, welche in
Der Antriebsstrang kann für ein elektrisch antreibbares Fortbewegungsmittel ausgelegt sein. Da die Elektrifizierung des Personenindividualverkehrs in Form von Fahrrädern und PKW derzeit rasch voranschreitet, wird somit eine kostengünstige und aufgrund geringer zusätzlicher Massen umweltfreundliche Maßnahme zur Reduzierung des Verkehrslärms bereitgestellt. The drive train may be designed for an electrically drivable means of locomotion. Since the electrification of passenger transport in the form of bicycles and cars is currently progressing rapidly, a cost-effective and due to low additional masses environmentally friendly measure to reduce the traffic noise is thus provided.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Antriebsstrang vorgeschlagen, welcher einen Elektromotor, ein Zahnradgetriebe, einen Datenspeicher und eine Steuereinheit umfasst. Die Steuereinheit ist erfindungsgemäß eingerichtet, einen Betriebszustand des Antriebsstrangs zu ermitteln und einen dem ermittelten Betriebszustand zugeordneten Datensatz aus dem Datenspeicher auszulesen. Anhand des Datensatzes erzeugt die Steuereinheit ein elektrisches Eingangssignal für den Elektromotor, mittels welchem dieser ein Drehmoment auf das Zahnradgetriebe ausübt, welches gegenüber dem Stand der Technik eine Reduzierung des Zahneingriffgeräusches des Antriebsstrangs bewirkt. Dabei kann der Datensatz im Datenspeicher ein Zeitsignal repräsentieren oder Parameter zur Erzeugung eines geeigneten Drehmomentwechselsignals beinhalten, welches dem Wunschdrehmoment des Elektromotors zur Reduzierung des Zahneingriffgeräusches überlagert wird. Die Merkmale, Merkmalskombinationen und die sich aus diesen ergebenden Vorteile entsprechend den in Verbindung mit dem erstgenannten Erfindungsaspekt Ausgeführten derart ersichtlich, dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen verwiesen wird. According to a second aspect of the present invention, a power train is proposed, which includes an electric motor, a gear transmission, a data memory and a control unit includes. The control unit is configured according to the invention to determine an operating state of the drive train and to read out a data record associated with the determined operating state from the data memory. Based on the data set, the control unit generates an electrical input signal for the electric motor, by means of which it exerts a torque on the gear transmission, which causes over the prior art, a reduction of the meshing noise of the drive train. In this case, the data record in the data memory represent a time signal or include parameters for generating a suitable torque change signal, which is superimposed on the desired torque of the electric motor for reducing the meshing noise. The features, combinations of features and the advantages resulting therefrom, in accordance with those set out in connection with the first aspect of the invention, can be seen in such a way that, in order to avoid repetition, reference is made to the above statements.
Der Datenspeicher kann bevorzugt werksseitig mit einer Vielzahl von Datensätzen beschrieben sein, welche unterschiedlichen Betriebszuständen des Antriebsstrangs zugeordnet ist. Auf diese Weise können aufwendige Messungen und Untersuchungen von Abhängigkeiten zwischen Betriebszustandskenngrößen bei der Ermittlung geeigneter Anpassungen des Wunschdrehmomentes des Elektromotors vorgenommen werden. Im Betrieb des einzelnen Antriebsstrangs gegebenenfalls nicht zur Auswertung des Betriebszustandes verfügbare Rechenleistung kann somit werksseitig aufgewandt werden, um die Zahneingriffgeräusche des Antriebsstrangs durch geeignete Datensätze zu reduzieren. The data memory may preferably be factory-described with a plurality of data records, which is assigned to different operating states of the drive train. In this way, costly measurements and investigations of dependencies between operating state characteristics can be made in the determination of suitable adjustments of the desired torque of the electric motor. In the operation of the individual drive train optionally not available for evaluating the operating state computing power can thus be used in the factory to reduce the meshing noise of the drive train by appropriate records.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Fortbewegungsmittel vorgeschlagen, welches beispielsweise als elektrisch antreibbares Fahrrad oder als elektrisch antreibbarer PKW/Transporter/LKW ausgestaltet sein kann. Erfindungsgemäß umfasst das Fortbewegungsmittel einen Antriebsstrang, wie er gemäß dem zweitgenannten Aspekt der vorliegenden Erfindung beschrieben worden ist. Auch hinsichtlich der diesbezüglichen Merkmale, Merkmalskombinationen und Vorteile wird auf die obigen Ausführungen verwiesen. According to a third aspect of the present invention, a means of transportation is proposed, which may be designed, for example, as an electrically drivable bicycle or as an electrically drivable passenger car / van / truck. According to the invention, the means of locomotion comprises a drive train as described according to the second aspect of the present invention. Also with regard to the relevant features, feature combinations and advantages, reference is made to the above statements.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben. In den Zeichnungen ist:Hereinafter, embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings:
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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