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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Achsmodul eines Fahrzeugs, ein Fahrzeug, ein Verfahren zur Herstellung eines Achsmoduls, und ein Verfahren zum Betreiben eines Achsmoduls.
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Bekannt ist die Auslegung von Fahrzeugkomponenten, wie Antriebseinheiten und Trägern der Antriebseinheit, hinsichtlich möglichst niedriger Geräuschemissionen. Insbesondere eine Geräuschemission in einen Innenraum des Fahrzeugs ist dabei für einen Fahrkomfort eines Fahrers des Fahrzeugs besonders relevant. Zur Vermeidung von beispielsweise durch Schwingungsanregungen verursachte Geräuschemissionen ist dabei eine optimale Abstimmung der Komponenten aufeinander erforderlich. Die tatsächlich im Fahrzeug auftretenden Geräusche lassen sich üblicherweise erst im zusammengebauten Zustand des Fahrzeugs beurteilen. Dabei ist die Entwicklung der Komponenten jedoch in der Regel bereits weit fortgeschritten, sodass nachträgliche Änderungen zur Geräuschreduzierung meist schwer umsetzbar und kostenintensiv sind.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Achsmodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 zeichnet sich demgegenüber durch eine geräuschoptimale Auslegung aus, welche einfach und kostengünstig realisierbar ist. Dies wird erreicht durch ein Achsmodul, umfassend eine Antriebseinheit, einen Modulträger, ein Aggregatelager, und eine Steuervorrichtung. Die Antriebseinheit weist dabei eine Fahrzeugachse, welche eingerichtet ist zur Verbindung mit Fahrzeugrädern, einen elektrischen Motor, ein Getriebe, und eine Leistungselektronik auf. Der Modulträger ist dabei eingerichtet zur Verbindung mit einer Fahrzeugkarosserie des Fahrzeugs. Das Aggregatelager verbindet die Antriebseinheit und den Modulträger miteinander. Die Antriebseinheit, der Modulträger und das Aggregatelager bilden dabei einen gemeinsamen Schwingungsübertragungspfad. Die Steuervorrichtung ist dabei eingerichtet, die Antriebseinheit in Abhängigkeit einer akustischen und/oder mechanischen Schwingungsübertragung, welche über den Schwingungsübertragungspfad erfolgt, derart gesteuert zu betätigen, um eine Geräuschemission des Achsmoduls während eines Betriebs des Achsmoduls vordefiniert anzupassen.
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Mit anderen Worten wird ein Achsmodul bereitgestellt, welches eine gemeinsame akustisch optimal ausgelegte Einheit bildet, um bestimmte gewünschte Geräuschemissionen erzielen zu können. Dabei erfolgt eine in Abhängigkeit des Schwingungsübertragungspfads gesteuerte Betätigung der Antriebseinheit des Achsmoduls.
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Das Achsmodul bietet dabei den Vorteil, dass der für Geräuschemissionen maßgeblich verantwortliche Teil, nämlich insbesondere die Antriebseinheit, und ein großer Teil des Übertragungswegs der Geräusche in einem Fahrzeug als integrale Einheit akustisch ausgelegt werden kann. Dadurch kann das Achsmodul beispielsweise für verschiedenste Fahrzeuge verwendet werden, wobei auch in unterschiedlichen Fahrzeugkonstruktionen eine optimale Auslegung hinsichtlich gewünschter Geräuschemissionen, wie beispielsweise möglichst geringen Lärmemissionen, auf einfache Weise umgesetzt werden kann. Durch die bekannte Abstimmung der Komponenten des Achsmoduls aufeinander ist auch eine kostengünstige und einfache Anpassung des Achsmoduls an verschiedenste Fahrzeuge möglich.
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Insbesondere kann mittels des Achsmoduls ein möglichst großer Übertragungspfad von akustischen und/oder mechanischen Schwingungen bis in einen Innenraum des Fahrzeugs abgebildet und optimiert werden. Somit kann beispielsweise eine auf einen besonders hohen Fahrkomfort des Fahrers des Fahrzeugs optimierte akustische Auslegung des Achsmoduls vorgenommen werden.
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Die Unteransprüche haben bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
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Bevorzugt ist die Steuervorrichtung eingerichtet, die Antriebseinheit derart gesteuert zu betätigen, um eine Geräuschemission des Achsmoduls zu reduzieren, vorzugsweise zu minimieren. Insbesondere ist die Reduzierung der Geräuschemission dabei im Vergleich zu einem Normalbetrieb der Antriebseinheit vorgesehen, in welchem keine speziell an die akustische und/oder mechanische Schwingungsübertragung über den Schwingungsübertragungspfad durchgeführte Betätigung erfolgt.
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Besonders bevorzugt ist die Steuervorrichtung eingerichtet, die Antriebseinheit derart gesteuert zu betätigen, dass das Achsmodul ein vordefiniertes Warn-Geräusch, vorzugsweise ein Acoustic-Vehicle-Alerting-Signal (kurz: AVAS-Signal), zu erzeugen. Bevorzugt ist die Steuervorrichtung dabei eingerichtet, die Erzeugung des vordefinierten Warn-Geräuschs in Abhängigkeit von in einer Umgebung des Achsmoduls, insbesondere eines Fahrzeugs, erfassten Objekten, vorzugsweise Verkehrsteilnehmern, zu initiieren. Dadurch kann das Achsmodul auch genutzt werden, um auf besonders einfache und kostengünstige Weise bestimmte Warn-Geräusche zu erzeugen. Beispielsweise kann dadurch auf separate Signaleinrichtungen, wie beispielsweise Lautsprechersysteme oder dergleichen, verzichtet werden.
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Weiter bevorzugt ist die Steuervorrichtung eingerichtet, ein Betriebssignal, mittels welchem der Motor betätigt wird, in Abhängigkeit der akustischen und/oder mechanischen Schwingungsübertragung über den Schwingungsübertragungspfad anzupassen. Insbesondere erfolgt die Bereitstellung des Betriebssignals an den Motor dabei mittels der Leistungselektronik. Vorzugsweise ist das Betriebssignal ein elektrischer Strom, insbesondere ein Wechselstrom.
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Besonders bevorzugt meist das Betriebssignal, mittels welchem der Motor betätigt wird, eine sinusförmige Grundschwingung auf. Die Steuervorrichtung ist dabei eingerichtet, um das Anpassen der Geräuschemission des Achsmoduls dadurch umzusetzen, dass Oberschwingungen auf die sinusförmige Grundschwingung des Betriebssignals aufmoduliert werden. Das heißt, das Betriebssignal wird so durch die zusätzlichen Oberschwingungen verändert, dass die Oberschwingungen zu einer entsprechenden Betätigung der Antriebseinheit führen, sodass die Geräuschemissionen vordefiniert angepasst werden können. Dadurch kann eine besonders flexible Anpassung des Achsmoduls, beispielsweise an verschiedene Fahrzeuge oder auch an unterschiedliche Fahrbetriebe eines Fahrzeugs, erfolgen.
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Weiter bevorzugt weist der Modulträger mindestens ein Verbindungselement auf, welches zur Verbindung mit der Fahrzeugkarosserie des Fahrzeugs ausgebildet ist. Das Verbindungselement ist dabei Teil des Schwingungsübertragungspfads. Beispielsweise kann das Verbindungselement in Form einer oder mehrerer Streben ausgebildet sein. Vorzugsweise kann das Verbindungselement zum Verschrauben und/oder Verschweißen und/oder Verkleben mit der Fahrzeugkarosserie ausgebildet sein. Dadurch kann ein besonders großer Teil des Übertragungswegs für Geräusche bis in den Innenraum des Fahrzeugs durch die akustische Auslegung des Achsmoduls mit abgedeckt sein.
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Bevorzugt weist das Aggregatelager mehrere Lagerelemente auf. Beispielsweise können die Lagerelemente in Form von Gummilagern ausgebildet sein, welche zum Beispiel eine Verbindung von Antriebseinheit und Modulträger mit einer gewissen Schwingungsdämpfung ermöglichen.
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Weiterhin führt die Erfindung zu einem Fahrzeug, welches eine Fahrzeugkarosserie und das beschriebene Achsmodul umfasst. Die Fahrzeugkarosserie und das Achsmodul sind dabei miteinander verbunden, beispielsweise miteinander verschweißt und/oder verschraubt und/oder verklebt.
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Bevorzugt ist die Steuervorrichtung des Achsmoduls eingerichtet, die Antriebseinheit derart gesteuert zu betätigen, um eine Geräuschemission in einen Innenraum des Fahrzeugs zu reduzieren, insbesondere zu minimieren. Dadurch kann ein besonders hoher Fahrkomfort für einen Fahrer des Fahrzeugs bereitgestellt werden.
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Besonders bevorzugt ist das Achsmodul an einer Vorderachse oder alternativ an einer Hinterachse des Fahrzeugs angeordnet. Alternativ umfasst das Fahrzeug zwei Achsmodule, wobei jeweils eines der beiden Achsmodule an der Vorderachse und an der Hinterachse des Fahrzeugs angeordnet ist.
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Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Achsmoduls eines Fahrzeugs, insbesondere des beschriebenen Achsmoduls. Das Verfahren umfasst die Schritte:
- - Bereitstellen einer Antriebseinheit, welche eine Fahrzeugachse, einen Motor, eingetrudelt, und eine Leistungselektronik aufweist, wobei die Fahrzeugachse eingerichtet ist zur Verbindung mit Fahrzeugrädern,
- - Bereitstellen eines Modulträgers, welche eingerichtet ist zur Verbindung mit einer Fahrzeugkarosserie des Fahrzeugs,
- - Bereitstellen eines Aggregatelagers,
- - Verbinden von Antriebseinheit und Modulträger mittels des Aggregatelagers miteinander, sodass Antriebseinheit und Modulträger und Aggregatelager einen gemeinsamen Schwingungsübertragungspfad bilden, und
- - Bereitstellen einer Steuervorrichtung, welche eingerichtet ist, die Antriebseinheit zu betätigen. Die Steuervorrichtung ist dabei eingerichtet, die Antriebseinheit in Abhängigkeit einer akustischen und/oder mechanischen Schwingungsübertragung über den Schwingungsübertragungspfad derart gesteuert zu betätigen, um eine Geräuschemission des Achsmoduls während eines Betriebs des Achsmoduls vordefiniert anzupassen. Das Verfahren erlaubt somit eine im wesentlichen einmalige Auslegung des Achsmoduls hinsichtlich einer optimalen Geräuschemission, wodurch eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung des Achsmoduls möglich ist.
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Vorzugsweise umfasst das Verfahren zur Herstellung des Achsmoduls ferner den Schritt: Kalibrieren des Schwingungsübertragungspfads in zusammengebauten Zustand des Achsmoduls. Das heißt, das Kalibrieren erfolgt im verbundenen Zustand von Antriebseinheit, Modulträger und Aggregatelager. Insbesondere erfolgt das Kalibrieren dabei durch Anpassen einer entsprechenden Funktion der Steuervorrichtung, welche zum Betätigen der Antriebseinheit eingerichtet ist.
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Besonders bevorzugt erfolgt das Kalibrieren vor einem Einbau des Achsmoduls in ein Fahrzeug. Das heißt, dass Achsmodul wird als Einheit bereits optimal akustisch ausgelegt, bevor es anschließend in ein Fahrzeug eingebaut wird. Dadurch kann das Achsmodul für eine Vielzahl an Fahrzeugen bereitgestellt werden, wobei die Fahrzeuge stets über vorteilhafte akustische Übertragungspfade, insbesondere für einen hohen Fahrerkomfort durch niedrige Geräuschemissionen in einen Innenraum des Fahrzeugs, verfügen.
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Weiterhin führt die Erfindung zu einem Verfahren zum Betreiben des oben beschriebenen Achsmoduls, welches vorzugsweise durch das beschriebene Verfahren zur Herstellung eines Achsmoduls hergestellt wurde. Das Verfahren zum Betreiben des Achsmoduls umfasst den Schritt: Betätigen der Antriebseinheit mittels der Steuervorrichtung in Abhängigkeit einer akustischen und/oder mechanischen Schwingungsübertragung über den Schwingungsübertragungspfad derart, um eine Geräuschemission des Achsmoduls während eines Betriebs des Achsmoduls vordefiniert anzupassen. Insbesondere erfolgt das Betätigen der Antriebseinheit derart, dass der Motor von der Steuervorrichtung über die Leistungselektronik betätigt wird.
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Bevorzugt wird bei dem Verfahren zum Betreiben des Achsmoduls die Antriebseinheit mittels der Steuervorrichtung derart betätigt, um die Geräuschemission des Achsmoduls zu reduzieren. Dadurch kann beispielsweise ein besonders hoher Fahrkomfort für einen Fahrer des Fahrzeugs, in welches das Achsmodul eingebaut ist, ermöglicht werden.
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Besonders bevorzugt wird bei dem Verfahren zum Betreiben des Achsmoduls die Antriebseinheit mittels der Steuervorrichtung derart betätigt, dass das Achsmodul während dessen Betrieb ein vordefiniertes Warn-Geräusch, vorzugsweise ein AVAS-Signal, erzeugt.
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Figurenliste
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Figuren beschrieben. In den Figuren sind funktional gleiche Bauteile jeweils mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Dabei zeigt:
- 1 eine vereinfachte schematische Ansicht eines Fahrzeugs gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
- 2 eine vereinfachte schematische Ansicht einer Schwingungsübertragung in dem Fahrzeug der 1.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
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Die 1 zeigt eine vereinfachte schematische Ansicht eines Fahrzeugs 10 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Fahrzeug 10 umfasst ein Achsmodul 1, welches an einer in Fahrtrichtung A vorne gelegenen Vorderachse 15 des Fahrzeugs 10 angeordnet ist. Alternativ könnte das Achsmodul 1 oder ein zusätzliches zweites Achsmodul 1 auch an einer Hinterachse 16 des Fahrzeugs 10 angeordnet sein.
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Das Achsmodul 1 zeichnet sich durch eine geräuschoptimale Auslegung und Betriebsweise aus, welche nachfolgend beschrieben wird.
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Das Achsmodul 1 umfasst dabei eine Antriebseinheit 2. Die Antriebseinheit 2 ist als integrierte Einheit ausgebildet, welche einen elektrischen Motor 22, der zum Antrieb des Fahrzeugs 10 dient und mittels eines (nicht dargestellten) elektrischen Energiespeichers mit elektrischer Energie versorgt wird. Zusätzlich zum Motor 22 ist in die Antriebseinheit 2 ein Getriebe 23, welches mit dem Motor 22 verbunden ist, eine Leistungselektronik 24, und eine Fahrzeugachse 21 integriert. Vorzugsweise weist die Antriebseinheit 2 dabei ein gemeinsames Gehäuse auf, in welches Motor 22, Getriebe 23, und Leistungselektronik 24 integriert sind.
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Die Leistungselektronik 24 ist dabei zwischen elektrischem Energiespeicher und elektrischen Motor 22 vorgesehen, um die elektrische Energieversorgung des Motors 22 anzupassen. Die Fahrzeugachse 21 ist zudem eingerichtet zur Verbindung mit Fahrzeugrädern 11 des Fahrzeugs 10.
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Mittels der Leistungselektronik 24 wird dem Motor 22 dabei ein elektrischer Strom als Betriebssignal bereitgestellt, wobei der elektrische Strom ein Wechselstrom ist, welcher in Form einer sinusförmigen Grundschwingung den Motor 22 betätigt.
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Ferner umfasst das Achsmodul 1 eine Steuervorrichtung 5, welche eingerichtet ist, die Antriebseinheit 2 über die Leistungselektronik 24 gesteuert zu betätigen.
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Weiterhin umfasst das Achsmodul 1 einen Modulträger 3, welcher eingerichtet ist zur Verbindung mit einer Fahrzeugkarosserie 12 des Fahrzeugs 10. Der Modulträger 3 ist vorzugsweise als Rahmen oder Gerüst ausgebildet und vorgesehen als Halterung und Schnittstelle zwischen Antriebseinheit 2 und Fahrzeugkarosserie 12. Beispielsweise kann der Modulträger 3 Verbindungselemente 31 aufweisen, welche zur Verschraubung mit der Fahrzeugkarosserie 12 eingerichtet sind.
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Das Achsmodul 1 umfasst zudem ein Aggregatelager 4, welches die Antriebseinheit 2 und den Modulträger 3 miteinander verbindet. Das Aggregatelager 4 weist dabei mehrere Lagerelemente 41 auf, welche Antriebseinheit 2 und Modulträger 3 an mehreren Stellen mechanisch miteinander verbinden. Beispielsweise können die Lagerelemente 41 zumindest teilweise elastisch ausgebildet sein.
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Die Antriebseinheit 2, der Modulträger 3 und das Aggregatelager 4 bilden dabei einen gemeinsamen Schwingungsübertragungspfad 50, über welchen insbesondere mechanische und akustische Schwingungen von der Antriebseinheit 2 an die Fahrzeugkarosserie 12 und damit auch in einen Innenraum 13 des Fahrzeugs 10 übertragen werden.
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Zur Veranschaulichung ist die Schwingungsübertragung in dem Fahrzeug 10 in der 2 vereinfachte schematisch dargestellt. Die Erzeugung der Schwingungen erfolgt dabei in der Antriebseinheit 2. Die Schwingungen werden dann weiter übertragen entsprechend der Richtung, die durch die Pfeile angedeutet ist. Im Detail werden die Schwingungen über das Aggregatelager 4 an den Modulträger 3 weiter übertragen und vom Modulträger 3 weiter auf die Fahrzeugkarosserie 12. Von der Fahrzeugkarosserie 12 können die Schwingungen als Lärm in den Fahrzeuginnenraum 13 abgestrahlt werden, was beispielsweise von einem Fahrer des Fahrzeugs 10 als unangenehm wahrgenommen werden kann.
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Der Schwingungsübertragungspfad 50, das heißt, die mechanische Konstruktion der Bestandteile und deren Verbindung des Achsmoduls 1 sind dabei als Einheit so ausgelegt, um eine reduzierte Geräuschemission in den Innenraum 13 während eines Betriebs der Antriebseinheit 2 zu erzielen.
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Zusätzlich zur vorteilhaften konstruktiven Auslegung des Achsmoduls 1 kann der geräuscharme Betrieb des Achsmoduls 1 weiter optimiert werden durch die Betriebsweise der Steuervorrichtung 5. Im Detail ist die Steuervorrichtung 5 eingerichtet, die Antriebseinheit 2 in einem Geräuschreduktions-Modus zu betreiben, in welchem die Antriebseinheit 2 in Abhängigkeit der akustischen und mechanischen Schwingungsübertragung über den Schwingungsübertragungspfad 50 derart gesteuert betätigt wird, um die Geräuschemission des Achsmoduls 1 während des Betriebs des Achsmoduls 1 zu reduzieren.
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Dabei werden auf die sinusförmige Grundschwingung des Betriebssignals Oberschwingungen aufmoduliert, insbesondere in Abhängigkeit der momentanen Geräuschemission der Antriebseinheit 2, und in Abhängigkeit des Schwingungsübertragungspfads 50.
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Mit anderen Worten weist die Steuervorrichtung 5 eine Software-Funktion auf, welche durch Regelung die Oberschwingungen auf die sinusförmige Grundschwingung aufmodulieren kann. Insbesondere kann durch die Oberschwingungen eine gezielte Betätigung der Antriebseinheit 2 erreicht werden, welche den Geräuschemissionen der Antriebseinheit 2 entgegenwirkt und damit eine Lärmreduktion erzielt. Bevorzugt basiert dieses Prinzip auf destruktiver Interferenz der von der Antriebseinheit 2 durch dessen Betrieb erzeugten Schwingungen mit durch die Modulation des Betriebssignals gezielt erzeugten Gegenschwingungen.
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Zusätzlich kann die Steuervorrichtung 5 die Antriebseinheit 2 in einem Geräuschverstärkungs-Modus betreiben. Die Betätigungsweise und Funktionsweise ist dabei analog dem Geräuschreduktions-Modus, wobei die Antriebseinheit 2 derart gesteuert betätigt wird, um als resultierende Geräuschemission ein vordefiniertes Warn-Geräusch zu erzeugen. Bevorzugt kann als Warn-Geräusch ein AVAS-Signal erzeugt werden, mit welchem beispielsweise im Ansprechen auf eine Anwesenheit von anderen Verkehrsteilnehmern, die anderen Verkehrsteilnehmer gewarnt oder auf eine Anwesenheit des Fahrzeugs 10 hingewiesen werden können.
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Der Vorteil der geräuschoptimierten Auslegung und Betriebsweise des Achsmoduls 1 wird dabei anhand der 2 deutlich. Da das Achsmodul 1 einen großen Teil des gesamten Pfades für Schwingungsübertragungen im Fahrzeug 10 bildet, kann durch entsprechende Auslegung nur von dem Achsmodul 1 auf einfache und kostengünstige Weise eine gewünschte akustische Auslegung ermöglicht werden. Insbesondere da das Achsmodul 1 als Unterbaugruppe für das Fahrzeug 10 bereitgestellt werden kann, ist zudem eine einfache Adaption an beliebige andere Fahrzeuge möglich, wobei ebenfalls stets ein geräuschoptimaler Betrieb ermöglicht wird.