DE102018210402A1

DE102018210402A1 - Verfahren zum Ansteuern eines Stellantriebs

Info

Publication number: DE102018210402A1
Application number: DE102018210402.6A
Authority: DE
Inventors: Joachim Zimmer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-06-26
Filing date: 2018-06-26
Publication date: 2020-01-02

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern eines Stellantriebs (2), wobei der Stellantrieb (2) mittels eines Pulsweitenmodulationssignals (100) angesteuert wird, das eine Antriebssignalkomponente (200) und eine Kompensationssignalkomponente (300) umfasst, wobei die Antriebssignalkomponente (200) ein gewünschte Bewegung des Stellantriebs (2) bewirkt, und wobei die Kompensationssignalkomponente (300) den Stellantrieb (2) veranlasst, ein Geräusch zu emittieren, das mittels destruktiver Interferenz eine durch die Bewegung des Stellantriebs (2) bewirkte Schallemission unterdrückt.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern eines Stellantriebs. Außerdem betrifft die Erfindung ein Computerprogramm zum Durchführen dieses Verfahrens. Die Erfindung betrifft außerdem ein maschinenlesbares Speichermedium zum Speichern eines solchen Computerprogramms. Schließlich betrifft die Erfindung ein Stellsystem, das ein Steuergerät zum Ausführen dieses Verfahrens aufweist.
Aus dem Stand der Technik sind Stellsysteme bekannt. Diese umfassen ein Bewegungssystem, das mittels eines Stellantriebs bewegbar ist. Beispielsweise sind Fahrzeuge bekannt, die ein Schiebedach oder Fensterheber aufweisen. Werden Stellantriebe verwendet, um das Schiebedach oder ein Seitenfenster selbstständig zu öffnen, so erfolgt stets eine Geräuschemission während des Betriebs der Stellantriebe. Dies ist allerdings gerade bei Elektrofahrzeugen, bei denen keine Schallemission von einem Verbrennungsmotor auftreten kann, für einen Fahrer des Fahrzeugs oder für sonstige Insassen des Fahrzeugs oftmals sehr störend.
Um derartige Störgeräusche zu unterdrücken, ist aus dem Stand der Technik die DE 10 2006 045 627 A1 bekannt. Dieses Dokument offenbart, dass eine Geräuschauslöschung mittels Gegenschall erfolgen soll, indem ein Gegenschallsignal erzeugt wird, das über ein Soundsystem des Fahrzeugs ausgegeben werden kann.
Offenbarung der Erfindung
Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist ermöglicht, den Gegenschall unmittelbar an der Schallquelle des Störgeräusches zu erzeugen. Somit kann eine effektive Auslöschung stattfinden. Gleichzeitig ist eine Reduzierung des Aufwands der Herstellung von Stellantrieben ermöglicht, da effektive Gegenmaßnahmen zur Unterdrückung von Störgeräuschen vorgenommen werden können. Somit ist nicht notwendig, spezielle konstruktive Maßnahmen zur Störgeräuschvermeidung zu treffen. Schließlich ist nicht notwendig, auf externe Komponenten wie externe Lautsprecher zurückzugreifen, um das Gegenschallsignal auszugeben. Dies ist insbesondere vorteilhaft bei solchen Störgeräuschquellen, die nahe an einem Ohr eines Benutzers angeordnet sind. Hier kann eine Störgeräuschunterdrückung effektiver als im Stand der Technik ausgeführt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Ansteuern eines Stellantriebs zeichnet sich dadurch aus, dass der Stellantrieb mittels eines pulsweiten Modulationssignals angesteuert wird. Dieses Pulsweitenmodulationssignal umfasst eine Antriebssignalkomponente und eine Kompensationssignalkomponente, ist somit aus zwei unabhängigen Komponenten gebildet. Die Antriebssignalkomponente bewirkt eine gewünschte Bewegung des Stellantriebs. Die Antriebssignalkomponente entspricht insbesondere einem herkömmlichen Ansteuerungssignal des Stellantriebs. Die zusätzliche Kompensationssignalkomponente veranlasst den Stellantrieb, ein Geräusch zu emittieren, das mittels destruktiver Interferenz eine durch die Bewegung des Stellantriebs bewirkte Schallemission unterdrückt. Somit wird der Stellantrieb selbst als Ausgabeelement für den Gegenschall verwendet. Somit sind die Schallquellen von Störgeräuschen sowie des Gegenschalls identisch oder zumindest sehr nahe beieinander. Dies führt zu einem effektiven Unterdrücken des Störgeräuschs, wodurch ein hoher Komfort für einen Benutzer entsteht. Dies ist selbst dann möglich, wenn das Störgeräusch nahe eines Ohrs des Benutzers auftritt, was beispielsweise dann der Fall ist, wenn der Stellantrieb in der Nähe des Kopfes des Benutzers angebracht ist. Durch die Kompensationssignalkomponente wird insbesondere eine Schwingung auf den Stellantrieb aufgebracht, die eine Bewegung des Stellantriebs nahezu nicht beeinflusst, gleichzeitig aber zur Generierung eines Schallsignals führt, das als Gegenschall verwendet wird.
Die Unteransprüche haben bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Pulsweitenmodulationssignal eine Überlagerung der Antriebssignalkomponente und der Kompensationssignalkomponente ist. Die Antriebssignalkomponente und die Kompensationssignalkomponente können somit separat ermittelt werden. Damit ist einerseits ermöglicht, eine Bewegung des Stellantriebs beliebig mittels der Antriebssignalkomponente zu steuern. Eine effektive Auslöschung der Störgeräusche mittels Gegensignal kann durch die Kompensationssignalkomponente unabhängig von der Antriebssignalkomponente erfolgen.
In einer bevorzugten Ausführungsform bewirkt die Kompensationssignalkomponente eine alternierende Rotation einer Ankerwelle des Stellantriebs. Somit wird eine Schwingung auf die Ankerwelle aufgebracht. Eine Frequenz dieser Schwingung beträgt insbesondere zwischen 50 Hz und 5000 Hz, besonders bevorzugt zwischen 100 Hz und 3000 Hz. Durch das Alternieren der Rotation der Ankerwelle ist insbesondere erreicht, dass keine permanente Abweichung von einem Sollzustand des Stellantriebs auftritt. Vielmehr lässt sich der Sollzustand des Stellantriebs mittels der Antriebskomponente einstellen, während eine aktuelle Position und/oder eine aktuelle Bewegung des Stellantriebs durch besagte Schwingung aufgrund der Kompensationssignalkomponente überlagert ist. Dadurch kann der Stellantrieb den Gegenschall zum Unterdrücken der Störgeräusche selbst generieren.
Besonders vorteilhaft ist vorgesehen, dass die alternierende Rotation in beide Rotationsrichtungen die gleiche Amplitude aufweist. Somit ist die Schwingung der Ankerwelle mittelwertfrei, wodurch keine Beeinflussung einer Stellung des Stellantriebs erfolgt. Daher erfolgt ebenfalls keine negative Beeinflussung der Bewegung des Stellantriebs durch die Gegenschallerzeugung. Vielmehr kann eine Bewegung des Stellantriebs weiterhin effektiv durchgeführt werden, beispielsweise zum Öffnen eines Seitenfensters oder Schiebefensters eines Fahrzeugs.
Die Kompensationssignalkomponente wird bevorzugt anhand eines vordefinierten Kennfelds ermittelt. In dem vordefinierten Kennfeld ist eine durch die Bewegung des Stellantriebs bewirkte Schallemission gespeichert. Diese Schallemission ist insbesondere Drehzahlabhängig gespeichert. Somit kann ermittelt werden, welche Schallemission durch die Bewegung des Stellantriebs zu erwarten ist. Ist die Antriebssignalkomponente bekannt, so kann insbesondere anhand der Antriebssignalkomponente ermittelt werden, mit welcher Schallemission aufgrund der Antriebssignalkomponente zu rechnen ist. Dies bedeutet, dass das Störgeräusch vorab bekannt ist. Damit lässt sich die Kompensationssignalkomponente einfach und aufwandsarm ermitteln.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Kennfeld für den Stellantrieb isoliert gespeichert. Alternativ kann das Kennfeld auch für ein Stellsystem umfassend den Stellantrieb gespeichert sein. In erstem Fall ist somit ermöglicht, die Kompensation von Störgeräuschen beim Betrieb des Stellantriebs durchzuführen. Der letztere Fall ermöglicht eine Kompensation von Störgeräuschen, die beim Betrieb des gesamten Stellsystems auftreten, zu unterdrücken. Diese Störgeräusche müssen somit nicht allein vom Stellantrieb erzeugt werden, ebenso können diese Störgeräusche auch in Gleitschienen und/oder zusätzlichen Lagern und/oder in sonstigen Komponenten des Stellsystems auftreten.
Durch die Kompensationssignalkomponente lassen sich Gegenschallgeräusche erzeugen, die einen Schallpegel zwischen 20 dBA und 70 dBA, besonders bevorzugt zwischen 30 dBA und 70 dBA aufweisen. Dieser Schallpegel liegt somit im Bereich von üblichen Schallpegeln bei Störgeräuschen. Damit ist ein effektives Unterdrücken der Störgeräusche durch Gegenschall ermöglicht.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Computerprogramm. Das Computerprogramm ist eingerichtet, ein Verfahren wie zuvor beschrieben durchzuführen. Insbesondere betrifft die Erfindung auch ein maschinenlesbares Speichermedium. Auf dem maschinenlesbaren Speichermedium ist das Computerprogramm gespeichert.
Die Erfindung betrifft schließlich ein Stellsystem. Das Stellsystem umfasst einen Stellantrieb zum Antreiben eines Bewegungselements. Außerdem umfasst das Stellsystem ein Steuergerät zum Ansteuern des Stellantriebs. Das Steuergerät ist eingerichtet, ein Verfahren wie zuvor beschrieben auszuführen. Somit ermöglicht das Stellsystem eine Kompensation von Störgeräuschen, die durch den Stellantrieb und/oder das Bewegungselement erzeugt werden. Der Stellantrieb selbst dient dabei als Quelle für den Gegenschall, der das Störgeräusch unterdrückt. Somit sind keine weiteren zusätzlichen Komponenten notwendig. Außerdem sind insbesondere keine zusätzlichen Elemente zum Aufnehmen des Störgeräuschs notwendig, da die Kompensation besonders vorteilhaft anhand vorgespeicherter Kennfelder erfolgt.
Bei dem Bewegungselement handelt es sich insbesondere um eine bewegliche Fahrzeugkomponente. So ist insbesondere vorgesehen, dass der Stellantrieb ein Schiebedachantrieb oder ein Fensterheberantrieb eines Fahrzeugs ist. Des Weiteren kann der Stellantrieb auch ein Rollo-Stellantrieb, insbesondere für Schiebedächer und/oder Seitentüren und/oder Heckscheiben und/oder ein Lenksäulenverstellantrieb und/oder ein Sitzverstellantrieb und/oder ein Seitenspiegeleinstellantrieb und/oder ein Verstellklappenantrieb für Heizung, Lüftung und Klimatechnik sein. Somit lassen sich besagte Komponenten einfach und kostengünstig ohne oder zumindest nahezu ohne Störgeräusche betreiben. Somit ist ein Einsatz insbesondere bei Elektrofahrzeugen möglich, bei denen erhöhte Anforderungen an einen leisen Betrieb bestehen.
Figurenliste
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:

1 eine schematische Ansicht eines Stellsystems 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Ausführungsform der Erfindung
1 zeigt schematisch ein Stellsystem 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Stellsystem 1 umfasst einen Stellantrieb 2, der eine Ankerwelle 6 aufweist. Die Ankerwelle 6 ist mit einem Bewegungssystem 7 verbunden. Auf diese Weise ist das Bewegungssystem 7 antreibbar.
Bei dem Bewegungssystem 7 handelt es sich vorteilhafterweise um eine Komponente eines Fahrzeugs, beispielsweise um einen Fensterheber und/oder um ein Schiebedach. Durch den Stellantrieb 2 ist somit das Schiebedach und/oder das Fenster des Fahrzeugs bewegbar.
Während des Betriebs des Stellsystems 1 treten Störgeräusche auf. Solche Störgeräusche werden durch ein Steuergerät 3 kompensiert, indem das Steuergerät 3 ein Gegenschallsignal generiert, das von dem Stellantrieb 2 ausgegeben wird. Dies wird nachfolgend im Detail beschrieben.
Das Steuergerät 3 dient zum Generieren eines Pulsweitenmodulationssignals 100, mit dem der Stellantrieb 2 angesteuert werden soll. Anhand des Pulsweitenmodulationssignals 100 lässt sich insbesondere eine Rotation der Ankerwelle 6 des Stellantriebs 2 steuern. Es ist vorgesehen, dass das Pulsweitenmodulationssignal 100 aus einer Antriebssignalkomponente 2 und einer Kompensationssignalkomponente 300 zusammengesetzt ist. Insbesondere werden die Antriebssignalkomponente 200 und die Kompensationssignalkomponente 300 überlagert, um das finale Pulsweitenmodulationssignal 100 zu bilden.
Die Antriebssignalkomponente 200 wird mittels eines externen Signals ermittelt. Beispielsweise ist eine Eingabevorrichtung 4 vorhanden, durch die Benutzer den Wunsch einer Bewegung des Stellantriebs 2 geben kann. Wird eine entsprechende Bewegung des Stellantriebs 2 gewünscht, so generiert das Steuergerät 3 eine entsprechende Antriebssignalkomponente 200. Durch die Antriebssignalkomponente 200 wird insbesondere eine entsprechende Rotationsgeschwindigkeit des Stellantriebs 2 bewirkt. Somit lässt sich eine gewünschte Zielposition des Stellantriebs 2 und/oder des Bewegungssystems 7 erreichen.
Während dieser Bewegung treten allerdings, wie zuvor beschrieben, Störgeräusche auf. Daher ist das Steuergerät 3 zum Generieren der Kompensationssignalkomponente 300 ausgebildet. Die Kompensationssignalkomponente 300 wird insbesondere anhand eines in einem Speicher 5 gespeicherten Kennfelds generiert. In dem Kennfeld ist vorab gespeichert, mit welchem Störgeräusch, in Abhängigkeit einer Drehzahl und/oder Position des Stellantriebs 2, beim Betrieb des Stellantriebs 2 oder beim Betrieb des gesamten Stellsystems 1 zu rechnen ist. In ersterem Fall ist somit lediglich eine Störgeräuschemission des Stellantriebs 2 kompensierbar, in letzterem Fall können auch Störgeräusche, die von dem Bewegungssystem 7 ausgehen, kompensiert werden.
Anhand der Antriebssignalkomponente 200 ist insbesondere eine zukünftige Bewegung des Stellantriebs 2 ermittelbar. Somit lässt sich eine Kompensationssignalkomponente 300 sicher und zuverlässig ermitteln, um das zu erwartende Störgeräusch mittels Gegenschall zu unterdrücken. Es sind somit keine zusätzlichen Mikrofone oder ähnliche Sensoren notwendig, um das Störgeräusch zu erfassen. Vielmehr wird das zu kompensierende Störgeräusch anhand des im Speicher 5 gespeicherten Kennfelds ermittelt.
Durch die Kompensationssignalkomponente 300 wird der Stellantrieb 2 derart angesteuert, dass eine Rotation der Ankerwelle 6 alternierend um einen Mittelpunkt erfolgt. Somit wird eine Schwingung auf die Ankerwelle 6 aufgebracht, wobei besagte Schwingung insbesondere mittelwertfrei ist. Dadurch lässt sich eine tatsächliche Stellung des Stellantriebs durch die Antriebssignalkomponente 200 einstellen, während durch die Kompensationssignalkomponente 300 lediglich eine Schwingung auf die Ankerwelle 6 aufgebracht wird, die zum Erzeugen eines Geräuschs dient. Dieses Geräusch dient als Gegenschall zu dem Störgeräusch, was aufgrund der Bewegung des Stellantriebs 2 und/oder des Bewegungssystems 7 emittiert wird.
Die Frequenz, mit der die Ankerwelle 6 aufgrund der Kompensationssignalkomponente 300 alternierend rotiert wird, beträgt bevorzugt zwischen 50 Hz und 5000 Hz, insbesondere zwischen 100 Hz und 3000 Hz. Dadurch ist insbesondere ein Signal ein Geräusch generierbar, das einen Schallpegel zwischen 20 dBA und 70 dBA, insbesondere zwischen 30 dBA und 70 dBA aufweist. Ein solcher Schallpegel weist somit denselben Bereich auf, in dem auch die Störgeräusche vorhanden sind. Damit kann der Stellantrieb 2 effektiv das Gegenschallgeräusch ausgeben, um eine zuverlässige Unterdrückung oder Auslöschung der Störgeräusche zu ermöglichen.
Durch das erfindungsgemäße Stellsystem 1 gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist somit ermöglicht, ohne zusätzliche Komponenten wie einerseits Mikrofone oder andererseits Lautsprecher eine Störgeräuschkompensation nach dem Gegenschall-Prinzip durchzuführen. Somit ist das Stellsystem einfach und aufwandsarm herstellbar sowie montierbar und erlaubt gleichzeitig eine sichere und zuverlässige Kompensation von Störgeräuschen. Damit eignet sich das Stellsystem 1 in besonderer Art und Weise für die Verwendung in Elektrofahrzeugen, die aufgrund des fehlenden Verbrennungsmotors und dessen relativ laute und damit andere Störgeräusche überlagernde Schallemission erhöhte Anforderungen an Geräusche von Stellsystemen stellt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006045627 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Ansteuern eines Stellantriebs (2), • wobei der Stellantrieb (2) mittels eines Pulsweitenmodulationssignals (100) angesteuert wird, das eine Antriebssignalkomponente (200) und eine Kompensationssignalkomponente (300) umfasst, • wobei die Antriebssignalkomponente (200) eine gewünschte Bewegung des Stellantriebs (2) bewirkt, und • wobei die Kompensationssignalkomponente (300) den Stellantrieb (2) veranlasst, ein Geräusch zu emittieren, das mittels destruktiver Interferenz eine durch die Bewegung des Stellantriebs (2) bewirkte Schallemission unterdrückt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Pulsweitenmodulationssignal (100) eine Überlagerung der Antriebssignalkomponente (200) und der Kompensationssignalkomponente (300) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationssignalkomponente (300) eine mit einer Frequenz zwischen 50 Hz und 5000 Hz, insbesondere zwischen 100 Hz und 3000 Hz, alternierende Rotation einer Ankerwelle (6) des Stellantriebs (2) bewirkt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die alternierende Rotation in beiden Rotationsrichtungen die gleiche Amplitude aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationssignalkomponente (300) anhand eines vordefinierten Kennfelds ermittelt wird, in dem die durch die Bewegung des Stellantriebs (2) bewirkte Schallemission, insbesondere drehzahlabhängig, gespeichert ist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kennfeld für den Stellantrieb (2) isoliert oder für ein den Stellantrieb (2) aufweisendes Stellsystem (1) vordefiniert ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das aufgrund der Kompensationssignalkomponente emittierte Geräusch einen Schallpegel zwischen 20 dBA und 70 dBA, insbesondere zwischen 30 dBA und 70 dBA, aufweist.
Computerprogramm, das eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.
Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 8 gespeichert ist.
Stellsystem (1) umfassend einen Stellantrieb (2) zum Antreiben eines Bewegungselements (7) und ein Steuergerät (3) zum Ansteuern des Stellantriebs (2), wobei das Steuergerät (3) eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen.
Stellsystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellantrieb (2) ein Schiebedachantrieb und/oder ein Fensterheberantrieb und/oder ein Rollo-Stellantrieb, insbesondere für Schiebedächer und/oder Seitentüren und/oder Heckscheiben, und/oder ein Lenksäulenverstellantrieb und/oder ein Sitzverstellantrieb und/oder ein Seitenspiegeleinstellantrieb und/oder ein Verstellklappenantrieb für Heizung, Lüftung und Klimatechnik eines Fahrzeugs ist.