CN101366072A - 发动机声音控制装置及控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种发动机声音控制装置，其能够设置频率低于发动机的基础级频率的声音。发动机声音控制装置检测发动机声音的频率并生成频率按照控制信号的声音信号，并输出由振荡器生成的声音信号。通过由装置产生的声音和发动机的声音的相互作用，车室的乘客感觉到的声音的频率等于该生成的声音与基础级声音的频率差值。这获得了频率低于基础级声音频率的声音，而并没有实际产生频率比基础级声音频率低的声音。

Description

发动机声音控制装置及控制方法
技术领域
本发明涉及一种发动机声音控制装置及控制方法，其用于控制由像机动车等中的内燃机运转产生的声音。
背景技术
一种已知的技术通过车辆车室内主要由于发动机振动噪声产生的轰鸣声和消除声音之间的干扰来控制声音品质(参阅例如公开日本专利申请NO.JP-A-HEI6-27970)。在所描述的技术中，初始来源的特定频率分量的声音单独保留而没有被消除，以便具有该特定频率分量的声音被传输到车室。
然而，按照上述背景技术的描述，由于由发动机实际产生的声音被传输到车室，对于配备了基础级频率高的多汽缸发动机的车辆中的乘客而言，难以感觉到低频声音。
发明内容
本发明提供一种发动机声音控制装置及控制方法，其用于设置频率低于发动机的基础级频率的声音。
为了达到这个目的，根据本发明的第一方面的发动机声音控制装置包括：声音输出装置，用于输出相对于发动机的基础级频率的声音的一定频率的声音，所输出的声音的频率与基础级频率的差值在预定范围内。
在该发动机声音控制装置内，当声音输出装置触发以将频率差值在预定范围内的声音(在下文中称为“附加声音”)增加到发动机基础级频率的声音(在下文中称为“基础级声音”)上时，基于人类听觉特性，乘客感觉到的声音的频率等于附加声音与基础级声音的频率差值。就是说，可以设置频率低于基础级声音频率的声音，而不实际生成频率低于基础级声音频率的声音。
因此，根据第一方面的发动机声音控制装置能够设置频率低于发动机基础级频率的声音。发动机的基础级由发动机内曲轴每转燃烧事件的数量确定。例如，在四冲程八缸发动机内，基础级为发动机转速的四级分量。
根据本发明的第二方面的发动机声音控制装置可包括：频率检测装置，用于检测发动机的声音的频率；声音输出装置，能输出与控制信号相一致的一定频率的声音；以及控制装置，基于频率检测装置的检测信号，向声音输出装置输出控制信号以便在发动机的基础级频率的声音上增加一定频率分量的声音，所增加的声音的频率与基础级频率的差值在预定范围内。
在根据第二方面的发动机声音控制装置内，控制装置根据频率检测装置的检测信号检测发动机的基础级频率，并向声音输出装置输出控制信号以将频率与基础级频率的差值在预定范围内的声音(在下文中称为“附加声音”)增加到基础级频率的声音(在下文中被称为“基础级声音”)上。然后，该声音输出装置触发以将附加声音增加到基础级声音上。因此，基于人类听觉特性，乘客感觉到的声音的频率等于附加声音与基础级声音频率的差值。就是说，可以设置一种频率低于基础级声音频率的声音，而不实际生成一种频率低于基础级声音频率的声音。此外，由于控制装置根据关于发动机基础级频率的信息来控制声音输出装置，因此使得以较高的自由度进行声音设置成为可能，例如根据车辆的运行状态等改变设置的声音的频率。
因而，根据第二方面的发动机声音控制装置能够设置频率低于发动机基础级频率的声音。发动机的基础级由发动机内曲轴每转燃烧事件的数量确定。例如，在四冲程十缸发动机内，其基础级为发动机转速的五级分量。
根据第三方面的发动机声音控制装置与根据第二方面的发动机声音控制装置相似，但可以进一步包括用于检测发动机基础级频率的声级的声级检测装置。特别地，频率与基础级频率的差值在预定的范围内的声音，其声级与基础级频率声音的声级的差值也在预定范围内。
在根据第三方面的发动机声音控制装置内，控制装置根据声级检测装置的检测信号检测基础级声音的声级(幅度)，并向声音输出装置输出控制信号以生成特定频率的声音，该特定频率与基础级声音的频率差值在预定范围内并且其声级与基础级声音的声级差值在预定范围内(如果没有背景声音，只有附加声音出现)。因此，乘客可靠地听到频率等于附加声音与基础级声音的频率差值的声音。
在基于第一到第三方面其中任何一个的第四方面的发动机声音控制装置内，声音输出装置可包括独立于发动机生成声音信号的声音信号生成部件，以及输出由声音信号生成部件生成的声音信号的声音输出部件。
在第四方面的发动机声音控制装置内，声音输出装置的声音信号生成部件独立于发动机生成声音信号，声音输出装置的输出部件输出声音信号。因此，附件声音的频率和幅度能够自由地设置，就是说，声音设置的自由度高。
在基于第一到第三方面其中任何一个的第五方面的发动机声音控制装置内，声音输出装置可包括一个附加声音调整部件，其能够改变由发动机运转导致的声音的频率和幅度。
在第五方面的发动机声音控制装置内，由发动机运转导致的声音或振动能够由声音输出装置中附加声音调整部件来调整频率和声级两者中的至少一个以形成附加声音，并且将附加声音增加到基础级声音上。因此，能够在仅需少量或没有额外的组成部件的结构内设置频率低于基础级频率的声音，用于生成附加声音。
根据第六方面的发动机声音控制装置与根据第五方面的发动机声音控制装置相似，不同点在于附加声音调整部件通过改变发动机进气系统或排气系统的频率特性来调整被增加到发动机基础级频率的声音上的声音的频率和声级二者其一。
在第六方面的发动机声音控制装置内，频率转换部件通过改变进气系统或排气系统已有的组成部件(如，谐振器、消声器等等)的频率特性生成附加声音。
在第七方面的发动机声音控制装置内，通过将频率高于基础级频率的声音增加到基础级声音上来设置频率低于基础级频率的声音。由于附加声音的频率比基础级声音的频率高，因此附加声音导致轰鸣声的可能性低。此外，与生成低频声音的装置相比，生成高频率声音的声音输出装置(尤其是，上述结合第四方面描述的声音输出装置等)在尺寸上能够缩小。
此外，为达到上述目的，第八方面的发动机声音控制装置改变发动机声音生成或传输位置的频率特性，用于在发动机声音中，使得车室(cabin)内基础级频率的声音和级别与基础级频率的级别不同的频率分量的声音之间的声级差值等于预定的声级差值。
在第八方面的发动机声音控制装置内，发动机声音生成位置(如发动机本身、进气系统、排气系统、车体支撑系统等)的频率特性根据发动机转速变化，用于在发动机声音中，使得基础级频率的声音(在下文中，称为“基础级声音”)在声级上降低，或级别不同于基础级的频率分量的声音(在下文中，称为“附加声音”)在声级上增大。其结果是，基础级声音和附加声音的声级差值在一个预定范围内。因此，基于人类听觉特性，乘客感觉到的声音的频率等于附加声音与基础级声音频率的差值。就是说，可以设置频率低于基础级声音频率的声音，而不实际产生频率低于基础级声音频率的声音。
由此，根据第八方面的发动机声音控制装置能够设置频率低于发动机基础级频率的声音。发动机的基础级由发动机内曲轴每转燃烧事件的数量确定。例如，在四冲程十二缸发动机内，其基础级为发动机转速的六级分量。
如上所述，按照本发明的发动机声音控制装置能够设置频率低于发动机基础级频率的声音。
附图说明
本发明前述及其它的目的、特点和优点从以下参照附图的优选实施例的说明中将变得清楚，其中使用相似的标号代表相似的元件，在附图中：
图1A是示出根据本发明第一实施例的发动机声音控制装置的框图，图1B是示出根据本发明第一实施例的发动机声音控制装置的声音设置原理的示意图。
图2是示出配备根据本发明第一实施例的发动机声音控制装置的机动车发动机声音的频率特性示意图。
图3是示出根据本发明第二实施例的发动机声音控制装置的框图。
图4是示出根据本发明第三实施例的发动机声音控制装置的框图。
图5是示出根据本发明第四实施例的发动机声音控制装置的框图。
图6是示出根据本发明第五实施例的发动机声音控制装置的框图。
图7是示出根据本发明第六实施例的发动机声音控制装置的框图。
图8是示出根据本发明第七实施例的发动机声音控制装置的框图。
具体实施方式
参照图1A、1B和图2描述根据本发明第一实施例的发动机声音控制装置10。
图1A以示意性的框图的形式示出发动机声音控制装置10的总体结构。如图所示，发动机声音控制装置10包括如下部件：发动机转动传感器12作为频率检测装置；声音设置ECU(电子控制单元)14作为控制装置；以及振荡器16和扬声器18作为声音附加装置，以上为装置10的主要组成部件。发动机声音控制装置10的结构设置使得：声音设置ECU14促使振荡器16在发动机转动传感器12检测的信号基础上生成声音信号，并促使扬声器18根据该声音信号输出声音，从而使得采用本发明的车室的乘客听到令人愉悦的声音。具体描述如下。
发动机转动传感器12根据配备了发动机声音控制装置10的机动车中设置的内燃机(未示出)的转数而输出信号。在本实施例中，内燃机为四冲程八缸发动机，其内部曲轴的每转有四个燃烧冲程发生。
声音设置ECU14具有：转数计算部件14A，其能够以发动机转动传感器12的输出信号为基础获得发动机的转速；以及附加声音频率计算部件14B，其用于以转数计算部件14A的计算结果为基础计算要致使振荡器16生成的声音信号的频率。转数计算部件14A和附加声音频率计算部件14B可以构建为电路，或者也可以构建为软件功能模块。此外，附加声音频率计算部件14B输出的频率可以从发动机转动传感器12的信号直接计算出来。
声音设置ECU14的附加声音频率计算部件14B生成的频率是发动机基础级频率的1.5倍。此处，发动机的基础级频率fb等于每秒燃烧事件的数目。在如上所述的每转经历四个燃烧冲程的发动机内，基础级频率fb给定为fb＝N×(4/60)其中N为发动机转速(rpm)。就是说，在四冲程八缸内燃机内，基础级为四级，换句话说，发动机的频率是发动机转速的四倍。如图2所示，等级低于基础级(例如，虚线指示的二级声音)的声音不会出现，或如果出现则处于低声级。
振荡器16基于附加声音频率计算部件14B输出的频率信号生成频率是发动机基础级频率fb的1.5倍(即六级)的声音信号，然后输出该信号到扬声器18。扬声器18向车室内的乘客输出声音。在从振荡器16输入声音信号时，扬声器18输出频率为基础级频率fb的1.5倍的附加声音。
以下将描述第一实施例的实施。
第一实施例
在配备了结构如上所述的发动机声音控制装置10的机动车内，当发动机运转并且发动机的声音(不仅包括发动机自身产生的声音，而且包括与发动机的运转相关联而出现的进气声音和排气声音，以及由传输到车体的发动机振动导致的声音，等等)出现时，发动机声音控制装置10将被触发并从扬声器18输出附加声音。
然后，机动车的车室内，有发动机的声音，如图1B所示，其主要分量是发动机基础级频率(其它频率分量未示出)的分量，以及从扬声器18输出的声音。在该状态下，基于人类听觉特性，机动车乘客感受到一定频率的声音，该频率等于附加声音频率fa和基础级声音频率fb之间的差值△f，尽管没有产生这种频率的声音。
例如，如果发动机的转速为3000rpm，基础级频率fb为200HZ，附加声音频率fa为300HZ，那么乘客感受到的声音为100HZ。
因此，根据第一实施例的发动机声音控制装置10能够设置频率低于发动机基础级频率fb的声音。
因此，可以设置使用者喜欢的着重于低频范围的低沉的(deep)发动机声音作为车室声音。尤其是，就高级机动车来讲，其使用者喜欢发动机声音的低沉，许多这样的机动车配备多汽缸发动机，多汽缸发动机的基础级频率fb很高因此难以设置低沉的发动机声音。而发动机声音控制装置10可使得在配备多汽缸发动机的车辆上设置着重于低频范围的低沉的发动机声音。
此外，利用人类听觉特性，发动机声音控制装置10未从扬声器18中输出低频声音来设置低音，而使乘客感觉到并未实际产生的声音。因此，发动机声音控制装置10避免了出现轰隆声，而轰隆声在低频声音从扬声器18输出时通常出现。尤其是，在本实施例中，由于发动机声音控制装置10增加了等级高于基础级频率fb的附加声音，出现轰隆声问题的可能性小。此外，由于等级高于基础级频率fb的附加声音，与增加低频声音的结构相比，扬声器18、放大器等可以在紧凑的结构中提供。就是说，与增加低频声音的结构相比，减少了装置的安装空间、重量以及成本。
虽然在第一实施例中，发动机转速的六级分量的附加声音被增加到发动机转速的四级分量的基础级声音上，但这并不构成对本发明的限制。例如，不同等级分量的声音可以作为附加声音进行增加。此外，也可以增加一定频率分量的附加声音，该频率等于fb+α，与基础级频率fb的差值是与发动机转速无关的常数。此外，附加声音的级别(频率差值)也可根据发动机转速变化。
下面，将描述本发明的其它实施例。与第一实施例或上述结构基本相同的部件和部分将由与第一实施例和上述结构所使用的标号相同的标号指示，并且不再描述。
第二实施例
图3通过框图示出根据本发明第二实施例的发动机声音控制装置20。如图所示，该发动机声音控制装置20与第一实施例中的装置不同之处在于装置20由声音设置ECU22替代了声音设置ECU14，并且具有声音收集器24，其形成声级检测装置。
除转数计算部件14A以及附加声音频率计算部件14B外，声音设置ECU22具有：声级分析部件22A作为声级检测装置；以及附加声级确定部件22B，用于在声级分析部件22A的分析结果基础上确定附加声级。声级分析部件22A以及附加声级确定部件22B可构建为专用电路，或者也可构建为软件功能模块。此外，由附加声级确定部件22B输出的频率也可以从发动机转动传感器12的信号直接计算出来。
声级分析部件22A对声音收集器24输出的信号执行FFT(快速傅立叶变换)，并检测基础级频率fb的声级P1以及与附加声音频率相同的频率分量(六级分量)的声级P2，其中该声音收集器24收集车室内乘客耳朵附近的声音。
附加声级确定部件22B将基础级声音的声级P1与六级分量的声级P2之间的差值Pd输出至振荡器16，作为要从扬声器18输出的频率为fa的附加声音的声级。振荡器16在来自附加声音频率计算部件14B的频率信号以及来自附加声级确定部件22B的声级信号基础上生成声音信号，并将生成的信号输出给扬声器18。因此，扬声器18输出的附加声音的频率fa为基础级频率fb的1.5倍，声级为Pd。
此外，当扬声器18输出附加声音时，声音设置ECU22进行反馈控制使得基础级声音的声级P1与六级分量的声级P2之间的差值在3dB(±3dB)之内。
在配备了结构如上所述的发动机声音控制装置20的机动车内，当发动机运转并且发动机声音开始出现时，发动机声音控制装置20将被触发以使扬声器18输出附加声音。然后，机动车车室内有主分量为发动机基础级频率fb的分量的发动机声音，以及通过增加由扬声器18输出的附加声音而获得的六级声音。在该状态下，基于人类听觉特性，机动车乘客感受到一定频率的声音，该频率等于六级分量频率fa和基础级声音频率fb之间的差值Δf，尽管没有产生这种频率的声音。
因此，根据第二实施例，发动机声音控制装置20通过与根据第一实施例的声音控制装置10基本相同的操作达到了基本相同的效果。
此外，在发动机声音控制装置20中，声音设置ECU22根据声音收集器24的输出信号，控制振荡器16生成附加声音，该附加声音的声级等于基础级频率fb的声级P1与六级分量的声级P2之间的差值。因此，基础级声音与包含附加声音的六级分量声音之间的声级差值为±3dB。
因此，频率等于基础级频率fb与附加声音频率fa之间的差值的低频声音能够可靠地设置在所需频率范围内。就是说，尽管存在与发动机转速不成比例的频率(转速)的区域，在该频率区域内来自于扬声器18的附加声音的声级同样被调整。所以，使得与发动机转动相关联的全部六级分量声音的声级和基础级声音的声级基本上相等，而且并未实际产生的低频声音可以设置在所需的频率范围内。由此，例如，在机动车所有的加速区域内，能够设置着重于低频范围内的低沉的加速声音。
第三实施例
图4通过框图示出根据本发明第三实施例的发动机声音控制装置30。如图所示，第三实施例与第二实施例的不同之处在于其发动机声音控制装置30由声音设置ECU32代替了声音设置ECU22。
声音设置ECU32具有：附加声级确定部件32A；用于存储映射数据的声级差值映射数据存储部件32B，附加声级确定部件32A参考该映射数据来确定附加声音的声级；以及转数计算部件14A和附加声音频率计算部件14B。在声级差值映射数据存储部件32B中，发动机声音的基础级分量P的声级P1与六级分量的声级P2之间的差值Pd存储为发动机转速与发动机扭矩的两轴映射数据。
附加声级确定部件32A的结构使得与发动机转速对应的计算结果由转数计算部件14A输入，而且使得加速器运转量信号(即扭矩信号)由加速器运转量传感器34输入。因此，附加声级确定部件32A从声级差值映射数据存储部件32B中提取与发动机转速和加速器运转(发动机扭矩)一致的差值数据Pd，然后将该数据作为要从扬声器18输出的频率为fa的附加声音的声级输出到振荡器16。
振荡器16在来自于附加声音频率计算部件14B的频率信号以及来自于附加声级确定部件32A的声级信号基础上生成声音信号，并将该声音信号输出至扬声器18。因此，扬声器18输出的附加声音的频率fa为基础级频率fb的1.5倍，声级为Pd。
在配备了结构如上所述的发动机声音控制装置30的机动车内，当发动机运转并且发动机声音开始出现时，发动机声音控制装置30将被触发以使扬声器18输出附加声音。然后，机动车车室内有：主分量为发动机基础级频率fb的分量的发动机声音以及通过增加从扬声器18输出的附加声音中获得的六级声音。在该状态下，基于人类听觉特性，机动车乘客感受到一定频率的声音，该频率等于六级分量频率fa和基础级声音频率fb之间的差值Δf，尽管没有产生这种频率的声音。
因此，根据第三实施例，发动机声音控制装置30通过与根据第一实施例的声音控制装置10基本相同的操作达到了基本相同的效果。
此外，在发动机声音控制装置30中，声音设置ECU22根据发动机转速和扭矩信息，控制振荡器16生成附加声音，该附加声音的声级等于基础级频率fb的声级P1与六级分量的声级P2之间的差值。因此，基础级声音与包含附加声音的六级分量声音之间的声级差值保持为基本上的常数。
因此，频率等于基础级频率fb与附加声音频率fa之间的差值的低频声音能够可靠地设置在所需频率范围内。就是说，尽管存在与发动机转速不成比例的频率(转速)的区域，在该频率区域内来自于扬声器18的附加声音的声级同样被调整。所以，使得与发动机转动相关联的全部六级分量声音的声级和基础级声音的声级基本上相等，而且并未实际产生的低频声音可以设置在所需的频率范围内。由此，例如，在机动车所有的加速区域内，能够设置着重于低频范围内的低沉的加速声音。
第四实施例
图5通过框图示出根据本发明第四实施例的发动机声音控制装置40。如图所示，第四实施例与上述实施例的不同之处在于发动机声音控制装置40通过调整伴随发动机运转出现的声音来生成附加声音，替代了上述从扬声器输出由振荡器16生成的声音信号(的方法)。具体地说，在本实施例中，通过改变谐振器42的谐振特性生成的六级分量的声音的声级P2基本上等于基础级分量的声级P1。
该谐振器42具有谐振箱42B，从其伸出小直径的颈部件42A。该颈部件42A与连接发动机和空气滤清器(未示出)的空气滤清软管44连接。该谐振器42为赫尔姆霍茨(谐振)型谐振器，其中相对于空气滤清软管44构建的辅助振动系统包括如下元件：颈部件42A中的空气作为质量元件；和谐振箱42B中的空气作为弹簧元件。
谐振箱42B是具有封闭的底部和敞开的端部的柱体，并且与安装至谐振箱42B的可移动壁42C一起限定了谐振室。因而，该谐振器42的结构使得该谐振室的容积随着可移动壁42C朝向或远离底部42D的移动而改变。根据谐振室的容积，即相对谐振箱42B可移动壁42C的位置，谐振器42改变发动机进气系统的谐振特性。
谐振器42的可移动壁42C由驱动装置46驱动以使可移动壁42C朝向或远离谐振箱42B的底部42D移动。该驱动装置46包括安装到可移动壁42C上的长度在朝向或远离谐振箱42B的底部42D的移动方向上延伸的齿条46A，与齿条46A啮合的小齿轮46B，以及能够使小齿轮46B向前或向后转动的驱动电动机46C。驱动电动机46C是由电机驱动器(放大器)46D驱动的步进电动机。
电机驱动器46D受声音设置ECU48控制。声音设置ECU48包括：转数计算部件48A，其在发动机转动传感器12的输出信号的基础上获得发动机转速；以及电机驱动量计算部件48B，电机驱动量计算部件48B在转数计算部件48A计算结果的基础上计算驱动电动机46C的转动方向和转动量θ(可移动壁42C相对于谐振箱42B的位置)。该转数计算部件48A和电机驱动量计算部件48B可以构建为电路，或者也可以构建为软件功能模块。此外，由电机驱动量计算部件48B输出的驱动电动机46C的转动方向和转动量θ可从发动机转动传感器12的信号直接计算出来。
至于谐振器42，设置相对谐振箱42B可移动的壁42C的初始位置以便发动机声音的六级分量的声级基本上等于(在±3dB范围内)基础级(四级)分量的声压，换句话说，以便生成(放大)六级分量的附加声音。至于附加声音的设置，可运用衰减基础级分量的声级的设置代替或结合放大六级分量的声级的设置。
声音设置ECU48根据发动机转速将驱动电动机46C触发与发动机转速成一定比例的量以使得维持一定的状态，在该状态下，发动机声音的六级分量的声压基本上等于其基础级分量的声压。在本实施例中，进行设置以使谐振室在低转速时比高转速时大。
在配备了结构如上所述的发动机声音设置ECU40的机动车内，当发动机运转时，谐振器42的谐振室的容积随着发动机的转速变化使得发动机声音基础级分量的声级与六级分量的声级基本相等。因此，基于人类听觉特性，机动车乘客感受到一定频率的声音，该频率等于附加声音的频率fa和基础级声音频率fb之间的差值Δf，如图1B所示，尽管没有产生这种频率的声音。
例如，如果发动机的转速为3000rpm，基础级频率fb为200HZ，附加声音频率fa为300HZ，那么乘客感受到的声音为100HZ。
因此，根据第四实施例发动机声音设置ECU40能够设置频率低于发动机基础级频率fb的声音。
因此，可以设置使用者喜欢的着重于低频范围的低沉的发动机声音作为车室声音。尤其是，就高级机动车来讲，其使用者喜欢低沉的发动机声音，许多这样的机动车配备多汽缸发动机，多汽缸发动机的基础级频率fb很高因此难以设置低沉的发动机声音。然而，发动机声音设置ECU40可使得在配备多汽缸车辆上设置着重于低频范围的低沉发动机声音。
此外，利用人类听觉特性，发动机声音设置ECU40使乘客感觉到并未实际产生的声音，而不使用低频声音来设置低音。因此，发动机声音设置ECU40避免了出现轰隆声，而轰隆声是增加低频声音时带来的问题。此外，由于通过谐振器42转换成发动机声音的特定(六级)分量生成附加声音，因此可以设置着重于低频范围的低沉发动机声音，而无需提供扬声器18及振荡器16。此外，与由扬声器增加低频声音的结构相比，能够降低装置的安装空间、重量以及成本。
虽然在第四实施例中，驱动电动机46C的驱动量随发动机转速成比例的变化，但这并不构成对本发明的限制。例如，可移动壁42C相对于谐振箱42B的位置可以根据发动机转速的单轴图或发动机转速与发动机扭矩的两轴图的数据进行确定。
此外，虽然第四实施例中谐振器42的谐振室的容积是变化的，但这并不构成对本发明的限制。例如，颈部件42A直径的长度可以做成可变的以调整发动机声音的特定分量。
此外，虽然在第四实施例中，通过调整发动机进气系统的声音生成附加声音，但这并不构成对本发明的限制。例如，可以通过排气系统频率特性的变化来生成(放大)附加声音。例如，通过提供谐振型消声器的可变容积谐振室代替谐振器。
第五实施例
图6通过框图示出根据本发明第五实施例的发动机声音设置ECU50。如图6所示，第五实施例与第四实施例的不同之处在于发动机声音设置ECU50通过改变进气道52(代替谐振器42)的谐振特性在基础级声音上生成附加声音(使六级分量的声级P2接近基础级分量的声级P1)。
进气道52布置在空气滤清器(未示出)的上游侧以引导外部的空气进入空气滤清器内部。进气道52包括：下游端连接空气滤清器的管体52A，和安装在管体52A上游端使得沿管体52A的轴向可滑动的可移动管道52B。当可移动管道52B相对管体52A滑动时，进气道52的总长减小或增大以改变谐振特性。
进气道52的可移动管道52B由驱动装置54驱动以相对于管体52A滑动。该驱动装置54包括：沿可移动管道52B的外表面在轴向形成的齿条54A，与齿条54A啮合的小齿轮54B，以及能够使小齿轮54B向前或向后转动的电动机54C。驱动电动机54C是一个由电机驱动器(放大器)54D驱动的步进电动机。
电机驱动器54D受声音设置ECU56控制。声音设置ECU56包括：在发动机转动传感器12的输出信号的基础上获得发动机转速的转数计算部件56A；以及管道伸长/收缩量计算部件56B，管道伸长/收缩量计算部件56B在转数计算部件56A计算结果的基础上计算可移动管道52B相对管体52A的滑移量L(驱动电动机54C的转动方向和转动量)。转数计算部件54A和管道伸长/收缩量计算部件56B可以构建为电路，或者也可以构建为软件功能模块。此外，由管道伸长/收缩量计算部件56B输出的可移动管道52B的滑移量L可通过发动机转动传感器12的信号直接计算出来。
至于进气道52，设置相对管体52A可移动的管道52B的初始位置(完整长度)以便发动机声音的六级分量的声级达到基本上等于基础级(四级)分量的声压的声级，换句话说，以便生成六级分量的附加声音。该设置可以是衰减基础级分量的声级的设置，或者也可以放大六级分量的声级的设置，或者也可以将以上两种设置相结合。根据发动机的转速，声音设置ECU56将驱动电动机54C触发与发动机转速成一定比例的量以使得维持一定的状态，在该状态下，发动机声音的六级分量的声压基本上等于其基础级分量的声压。在本实施例中，进行设置以使总管道长度在低转速时比高转速时大。
在配备了结构如上所述的发动机声音设置ECU50的机动车内，当发动机运转时，进气道52的总长随着发动机的转速的变化而变化以使发动机声音基础级分量的声级与六级分量的声级基本相等。因此，基于人类听觉特性，机动车乘客感受到一定频率的声音，该频率等于附加声音的频率fa和基础级声音的频率fb之间的差值Δf，如图1B所示，尽管没有产生这种频率的声音。
因此，与根据第四实施例发动机声音设置ECU40相比较，根据第五实施例的发动机声音设置ECU50通过与其基本相同的操作达到了与其基本相同的效果。
第六实施例
图7通过框图示出根据本发明第六实施例的发动机声音控制装置60。如图7所示，第六实施例与第四及第五实施例的不同之处在于发动机声音控制装置60通过改变进气道62(代替谐振器42)的振动特性在基础级声音上生成附加声音(即，使六级分量的声级P2接近基础级分量的声级P1)。
进气道62布置在空气滤清器(未示出)的上游侧以引导外部的空气进入空气滤清器内部。进气道62在其轴向上的一部分有双层膜结构62C，该双层膜结构62C的内部在内壁62A与外壁62B之间形成一个空间R。通过根据空间R的压力改变膜刚度(谐振频率)，从双层膜结构62C中生成具有按照膜刚度的频率的辐射声音。
作为反向压力源设置一端与减震筒64连通的真空管66，其另一端通过与进气道62的双层膜结构62C连接从而实现与空间R连通。控制阀68设置在真空管66内。空间R中的内部压力(反向压力)随着控制阀68的打开程度进行调整。由电机驱动器68A驱动的驱动电动机(未示出)驱动控制阀68的阀元件(未示出)以改变控制阀68的打开程度。
电机驱动器68A受声音设置ECU70控制。声音设置ECU70包括：在发动机转动传感器12的输出信号的基础上获得发动机转速的转数计算部件70A；以及压力变化量计算部件70B，其在转数计算部件70A的计算结果基础上，计算双层膜结构62C的空间R内部压力(控制阀68的打开程度)变化量ΔP。转数计算部件70A和压力变化量计算部件70B可以构建为电路。或者转数计算部件70A和压力变化量计算部件70B也可以构建为软件功能模块。此外，由压力变化量计算部件70B输出的空间R内部压力变化量ΔP也可以通过发动机转动传感器12的信号直接计算。
至于进气道62，设置双层膜结构62C的初始刚度(空间R的内部压力)以便发动机声音的六级分量的声级达到基本上等于基础级(四级)分量的声压的声级，换句话说，以便生成六级分量的辐射声音作为附加声音。根据发动机的转速，声音设置ECU70将控制阀68的打开程度改变与发动机转速成一定比例的量以使得维持一定状态，在该状态下，发动机声音的六级分量的声压基本上等于其基础级分量的声压。在本实施例中，选择设置以使空间R的内部压力在低转速时比高转速时低。
在配备了结构如上所述的发动机声音控制装置60的机动车内，当发动机运转时，进气道62双层膜结构62C的膜刚度随发动机的转速变化以使发动机声音基础级分量的声级与六级分量的声级基本相等。因此，基于人类听觉特性，机动车乘客感受到一定频率的声音，其频率等于附加声音的频率fa和基础级声音的频率fb之间的差值△f，如图1B所示，尽管没有产生这种频率的声音。
因此，与根据第四实施例的发动机声音设置ECU40相比较，根据第六实施例的发动机声音控制装置60通过与其基本相同的操作达到了与其基本相同的效果。
第七实施例
图8通过框图示出根据本发明第七实施例的发动机声音设置ECU75。如图8所示，第七实施例与第六实施例的不同之处在于发动机声音设置ECU75通过改变支撑消音器(未示出)的橡胶支撑片76的谐振特性(代替使用进气道62)在基础级声音上生成附加声音(即，使六级分量的声级P2接近基础级分量的声级P1)。该消音器是车体上排气系统的组成部件。
橡胶支撑片76内形成一个中空部件76C，中空部件76C位于支撑在车体上的车体侧支撑部件76A与连接到消声器上的消声器连接部件76B之间。与空间R连接的真空管66的一端在中空部分R内。因此，橡胶支撑片76这样的结构使得其刚度随空间R的反向压力进行变化。因此，从消声器中产生随橡胶支撑片76的刚度变化的排气声(辐射声音)。发动机声音设置ECU75其它部分的结构与发动机声音控制装置60相应的结构相同。
在配备了结构如上所述发动机声音设置ECU75的机动车内，当发动机运转时，支撑消声器的橡胶支撑片76的刚度随发动机的转速变化以使发动机声音基础级分量的声级与六级分量的声级基本相等。因此，基于人类听觉特性，机动车乘客感受到一定频率的声音，其频率等于附加声音的频率fa和基础级声音的频率fb之间的差值Δf，如图1B所示，尽管没有产生这种频率的声音。
因此，与根据第四实施例的发动机声音设置ECU40相比较，根据第七实施例的发动机声音设置ECU75通过与其基本相同的操作达到了与其基本相同的效果。
虽然在第七实施例中，附加声音通过变化支撑消声器的橡胶支撑片76的刚度生成，但本发明并不对消声器的支撑或其它排气系统组成元件进行限制。例如，驱动系统中的支撑件(例如在车体上支撑发动机的发动机底座等类似的部分)的橡胶片的刚度可改变以生成或放大附加声音，该附加声音的频率在预定的频率范围内与基础级声音的频率不同。另外，不仅通过改变内部压力，也可以通过其它方式，例如，通过改变液封支柱的可变口径，或通过施加电压改变密封的电流变液(electrorhelolgical fluid)的动粘度等等方法使橡胶支撑片76、起支撑作用的橡胶片或类似部件的刚度发生变化。

Claims (16)

1.一种发动机声音控制装置，包括：
声音输出装置，用于输出相对于发动机的基础级频率的声音的一定频率的声音，所输出的声音的频率与所述基础级频率的差值在预定范围内。
2.一种发动机声音控制装置，包括：
频率检测装置，用于检测发动机的声音的频率；
声音输出装置，能够输出与控制信号相一致的一定频率的声音；以及
控制装置，基于该频率检测装置的检测信号，该控制装置向该声音输出装置输出该控制信号以便在该发动机的基础级频率的声音上增加一定频率分量的声音，所增加的声音的频率与所述基础级频率的差值在预定范围内。
3.根据权利要求2所述的发动机声音控制装置，还包括：声级检测装置，用于检测所述发动机的基础级频率的声级，其中与所述基础级频率的频率差值在预定范围内的所述声音与所述基础级频率的声音的声级差值也在预定范围内。
4.根据权利要求1到3中任一权利要求所述的发动机声音控制装置，其中所述声音输出装置包括：声音信号生成部件，用于独立于所述发动机生成声音信号；以及声音输出部件，用于输出由该声音信号生成部件生成的声音信号。
5.根据权利要求1到3中任一权利要求所述的发动机声音控制装置，其中所述声音输出装置包括：附加声音调整部件，用于改变由所述发动机运转产生的声音的频率或声级。
6.根据权利要求5所述的发动机声音控制装置，其中所述附加声音调整部件通过改变所述发动机的进气系统或排气系统的频率特性来调整被增加到所述发动机的基础级频率的声音上的声音的频率或声级。
7.根据权利要求1到6所述的任一权利要求的发动机声音控制装置，其中由所述声音输出装置增加的声音的频率高于所述发动机的基础级频率的声音的频率。
8.一种发动机声音控制装置，包括：
根据发动机转速改变发动机声音生成或传输位置的频率特性的装置，用于在所述发动机声音中，使得车室内基础级频率的声音和级别与所述基础级频率的级别不同的频率分量的声音之间的声级差值等于预定的声级差值。
9.一种控制发动机声音控制装置的方法，包括：
确定来自发动机的声音的基础级频率；和
生成频率与所述基础级频率的频率差值在预定范围内的声音。
10.一种控制发动机声音控制装置的方法，包括：
检测发动机的声音的频率；
确定发动机的声音的基础级频率；
生成频率与所述基础级频率的差值在预定频率范围内的一定频率分量声音；和
将该频率分量的声音增加到所述发动机的基础级频率的声音上。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括：
检测所述发动机的基础级频率的声级，
其中增加到所述发动机的基础级频率的声音上的所生成的该频率分量的声音与所述基础级频率的声音的声级差值也在预定范围内。
12.根据权利要求9到11所述的任一权利要求的方法，还包括：
独立于所述发动机生成声音信号，其中将该独立于所述发动机生成的声音增加到所述发动机的基础级频率的声音上。
13.根据权利要求9到11所述的任一权利要求的方法，还包括：
改变由所述发动机运转产生的声音的频率或声级。
14.根据权利要求13所述的方法，其中通过改变所述发动机的进气系统或排气系统的频率特性来调整增加到所述发动机的基础级频率声音上的声音的频率或幅度。
15.根据权利要求9到14中任一权利要求所述的方法，其中所生成的声音的频率高于所述发动机的基础级频率的声音的频率。
16.一种发动机声音的控制装置的控制方法，包括：
改变发动机声音生成或传输位置的频率特性，用于在所述发动机声音中，使得车室内基础级频率的声音与级别与所述基础级频率的级别不同的频率分量的声音之间的声级差值等于预定的声级差值。
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