Intelligente Regelung für leisere und angenehmere Antriebsgeräusche von E-Fahrzeugen: das Fiepen abstellen

Herausforderung

»Elektrofahrzeuge sind doch so leise, wozu wird da an der Akustik geforscht?« Diese Frage begegnet uns oft. Sie berücksichtigt aber nicht alle Faktoren: Zum einen müssen E-Autos Fahrgeräusche imitieren, um im Straßenverkehr sicher hörbar zu sein. Zum anderen – und das ist hier entscheidend – können Elektrofahrzeuge trotz insgesamt verringertem Geräuschniveau unangenehm fiepen. Vor allem beim Beschleunigen und Rekuperieren erzeugen E-Antriebe  hochfrequente Töne, die bis zu den Ohren der Insassen gelangen und sie stressen, denn der Verbrennungsmotor als übertönende Geräuschquelle fehlt. In der Automobilindustrie haben daher viele Hersteller im Sinne ihrer Kunden strenge Akustikgrenzwerte entwickelt, die auch für die Zulieferer verbindlich sind.

Lösung und Umsetzung

Falls die unangenehmen Töne nicht durch konstruktive (z. B. Magnetkreisauslegung, Gehäuseversteifung) oder passive Maßnahmen (wie Dämmmaterialien) verringert werden können, ist es sinnvoll, die Antriebsregelung selbst zu beeinflussen. Die Methode, akustisch optimierte Ströme einzuprägen, ist noch relativ neu und wurde am Fraunhofer IWU gemeinsam mit der Automobilindustrie validiert. Dazu berechnen wir, welche harmonische Schwingung mit welcher Amplitude und Phase zu einer verringerten Kraftanregung führt. Anschließend erweitern wir die Stromregelung über den Umrichter im E-Fahrzeug so, dass sie abhängig vom geforderten Drehmoment bei der aktuellen Drehzahl genau die richtigen Schwingungen einprägt. Außerdem muss nachgewiesen werden, dass zusätzliche harmonische Schwingungen in den Strömen den Wirkungsgrad des E-Antriebs nicht negativ beeinflussen. Dazu verfügen wir über das notwendige Know-how sowie Simulationstools und Messtechnik. Unsere Regelalgorithmen haben wir gezielt auf den zu optimierenden E-Antrieb zugeschnitten und die akustische Auswirkung bestimmt. Somit können wir ein gezieltes »Sound-Design« des E-Antriebs allein durch Software umsetzen, ohne dass weitere Hardware-Kosten anfallen.