CN103392202B - 车辆发动机声音增强方法及系统 - Google Patents

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Abstract

一种发动机谐波增强系统。EHE系统使用诸如发动机负载、齿轮、操作中的气缸数和传动比之类的多个参数来确定EHE增益。EHE系统针对每个谐波确定单独的EHE增益。

Description

车辆发动机声音增强方法及系统
技术领域
本发明涉及声音信号处理领域，并且具体涉及一种车辆发动机声音增强系统和方法。
背景技术
发动机声音增强系统提供了增强的声音以修正车辆驾驶员或车辆乘员的音感和/或振动体验。在混合动力车辆中，不管从内燃功率到电机功率的变化，声音增强系统可以向驾驶员提供恒定的音感，并且使得变化期间的发动机声音的过渡变得平滑。发动机声音增强系统可以允许乘员以高声的、刺激的水平体验发动机声音，而不会使车辆之外的人员感到烦恼地吵闹。
对于更多的背景，参考美国专利申请12/716,887。
发明内容
在说明书的一个方面，一种方法包括提供与车辆发动机的RPM相对应的基频，确定基频的多个谐波，并且针对多个谐波中的至少一个确定发动机谐波增强增益，该发动机谐波增强增益不同于与其它谐波相对应的发动机谐波增强增益。确定发动机谐波增强增益可以包括针对每个谐波单独确定发动机谐波增益。确定发动机谐波增益可以包括确定发动机负载。确定发动机负载可以包括确定加速器踏板位置、确定空气质量流量、确定歧管绝对压力或者确定发动机扭矩之一。针对多个谐波中的至少一个确定发动机谐波增益可以进一步包括确定与车辆的操作条件相关的、除发动机负载之外的参数的数值，并且响应于参数的数值和发动机负载，确定发动机谐波增强增益。用于针对多个谐波中的至少一个确定发动机谐波增益的电路可以包括确定与 车辆的操作条件相关的第一参数的数值，确定与车辆的操作条件相关的、不同于该第一参数的第二参数的数值，并且响应于第一参数和第二参数的数值，确定发动机谐波增强增益。第一参数可以是车辆以其进行操作的齿轮(Gear)。第一参数可以是操作中的气缸的数量。第一参数可以是无级变速器的传动比。该确定可以包括从查找表中选择发动机增强增益。
在说明书的另一个方面，一种发动机谐波增强系统包括用于提供与发动机的RPM相对应的基频的电路，用于确定基频的多个谐波的电路，和用于针对该多个谐波中的至少一个确定发动机谐波增强增益的电路，该发动机谐波增强增益不同于与其它谐波相对应的发动机谐波增强增益。用于确定发动机谐波增强增益的电路可以包括用于针对每个谐波单独确定发动机谐波增益的电路。用于确定发动机谐波增益的电路可以包括用于确定发动机负载的电路。用于确定发动机负载的电路可以包括用于确定加速器踏板位置的电路、用于确定空气质量流量的电路、用于确定歧管绝对压力的电路或者用于确定发动机扭矩的电路之一。用于确定发动机谐波增益的电路可以进一步包括用于确定与车辆的操作条件相关的、除发动机负载之外的参数的数值的电路。用于针对多个谐波中的至少一个确定发动机谐波增益的电路可以包括用于确定与车辆的操作条件相关的第一参数的数值的电路，用于确定不同于该第一参数的、与车辆的操作条件相关的第二参数的数值的电路，以及响应于第一参数和第二参数的数值，用于确定发动机谐波增强增益的电路。第一参数可以是车辆以其进行操作的齿轮。第一参数可以是操作中的气缸的数量。第一参数可以是无级变速器的传动比。
在说明书的另一个方面，一种方法包括确定与车辆的操作条件相关的第一参数的数值，确定与车辆的操作条件相关的、不同于该第一参数的第二参数的数值，以及响应于第一参数和第二参数的数值确定发动机谐波增强增益。确定发动机谐波增强增益可以包括单独确定与发动机基频的多个谐波中的每一个相对应的发动机谐波增强增益。 与至少一个谐波相对应的发动机谐波增益可以不同于与其它谐波相对应的发动机谐波增益。该方法可以进一步包括向发动机基频和发动机基频的多个谐波中的每一个应用相对应的发动机谐波增强增益。第一参数可以是车辆以其进行操作的齿轮。第一参数可以是操作中的气缸的数量。参数可以是无级变速器的传动比。第二参数可以是发动机负载。
在说明书的另一个方面，一种装置包括用于确定与车辆的操作条件相关的第一参数的数值的电路，用于确定不同于该第一参数的、与车辆的操作条件相关的第二参数的数值的电路，以及响应于第一参数和第二参数的数值，用于确定发动机谐波增强增益的电路。用于确定发动机谐波增强增益的电路可以包括用于单独确定与发动机基频的多个谐波中的每一个相对应的发动机谐波增强增益的电路。与至少一个谐波相对应的发动机谐波增益可以不同于与其它谐波相对应的发动机谐波增益。该装置可以进一步包括用于向发动机基频和发动机基频的多个谐波中的每一个应用相对应的发动机谐波增强增益的电路。第一参数可以是车辆以其进行操作的齿轮。第一参数可以是操作中的气缸的数量。第一参数可以是无级变速器的传动比。第二参数可以是发动机负载。
当结合以下附图阅读时，其它的特征、目标和优点将由于以下详细描述而变得显而易见，其中：
附图说明
图1是包括车辆发动机声音增强系统的车辆的框图；
图2是发动机谐波增强(EHE)处理器的前端的框图；
图3A-图3C是EHE处理器的后端的框图；
图4A和图4B是音场(sound stage)处理器和放大器的框图；
图5A-图5C是示出EHE处理器的EHE增益和延迟确定器以及其它元件的框图；以及
图6-图10是声压级(SPL)、发动机速度和发动机负载的三维 图。
具体实施方式
虽然附图的若干视图的元件可以在框图中被示出并描述为离散元件并且可以被称作“电路”，但是除非另外指出，该元件可以被实施为模拟电路、数字电路或者执行软件指令的一个或多个微处理器之一或者它们的组合。软件指令可以包括数字信号处理(DSP)指令。操作可以由模拟电路或执行软件的微处理器来执行，该软件执行模拟运算的数学或逻辑等同形式。除非另外指出，信号线路可以被实施为离散的模拟或数字信号线路，被实施为具有适当信号处理以处理单独的音频信号流的单个离散数字信号线路，或者被实施为无线通信系统的元件。一些过程可以在框图中进行描述。每个框中所执行的活动可以由一个元件或多个元件来执行，并且在时间上可以是分开的。执行框中活动的元件可以是物理分开的。一个元件可以执行多于一个框中的活动。除非另外指出，音频信号或视频信号或其二者可以被编码并且以数字或模拟形式进行传输；常规的数模或模数转换器可以从图中省略。
图1是包括车辆发动机声音增强系统的车辆的框图。发动机谐波增强(EHE)处理器12耦合至求和器14。如将在后续的图中示出的，求和器14可以被实施为多个求和器。通过娱乐音频均衡器和空间处理器16也耦合至求和器14的是娱乐音频信号源18。求和器14通过多通道放大器20耦合至位于车厢周围的多个扬声器22-1—22-4，并且在一些实施方式中，该多个扬声器例如可以作为扬声器24而被定位以向车辆外部辐射声能。发动机谐波音频信号源与EHE EQ和空间处理器之间的操作耦合由单线所指示。EHE处理器12、娱乐音频均衡器和空间处理器16、求和器14和放大器20之间的耦合可以是多通道的，如由多条线所指示的。如以上所陈述的，信号线路可以被实施为离散的模拟或数字信号线路，被实施为具有适当信号处理以对单独的音频信号流进行处理的单个离散数字信号线路，或者被实施为无 线通信系统的元件。
在操作中，娱乐音频源18与娱乐音频均衡器和空间处理器16常规地工作，以向车厢乘员提供均衡的且经空间处理的音频娱乐。在一些实施方式中，娱乐音频信号源可以包括用于导航、警告信号等的通知音频信号。EHE音频信号源提供综合表示所创建或记录的与发动机速度相关的谐波频率的信号，发动机速度典型地以每分钟转数(RPM)被提及。EHE处理器12处理EHE音频信号，使得它们在被扬声器22-1—22-4和24再现时提供所期望的音感。例如，可能期望对应于EHE音频信号的声音似乎来自于前方发动机舱17或尾部排气管19。经处理的EHE音频信号和经处理的娱乐音频信号在求和器14相加，由放大器20放大并且由扬声器22-1—22-4和24转换为声能。
图2是EHE处理器的前端12F的更为详细的框图。RPM检测器和基频计算器28作为输入接收以RPM指示发动机速度的信号。RPM检测器和基频计算器28操作地耦合至RPM变化率检测器30、RPM范围内检测器32和谐波发生器34。发动机负载检测器36作为输入接收指示发动机负载的信号，并且操作地耦合至发动机负载增益变化检测器39。如果期望除发动机负载以外的参数影响EHE增益，则由元件136和236表示的参数检测器可以接收指示该参数的数值的信号。以下将对参数进行更为全面地讨论。
在操作中，输入到RPM检测器和基频计算器28的RPM信号确定了发动机谐波的基频，并且发动机负载信号控制着谐波增强的总声音水平。如本文所使用的“谐波”可以包括半谐波或四分之一谐波，并且为了简单而包括基频。RPM信号可以是通过电线的模拟信号或者通过总线(GMLAN、CAN、MOST等)的数字信号。在一个实施例中，RPM信号指示发动机每转的已知脉冲数量。如果RPM信号来自点火模块，则每转的脉冲数(PPR)通常等于每转点火的发动机气缸数或者活动发动机气缸总数的一半，这是因为每转仅有一半的常规(四冲程)发动机的气缸点火。例如，来自8气缸发动机的基于点火的RPM信号将具有4 PPR。如果RPM来自曲轴传感器，则脉冲数量 等于曲轴定位轮上的等距齿的数量，而并不包括用于指示曲轴位置的特殊齿，其通常用于指示曲轴的上止点(TDC)位置。
RPM检测器和基谐波频率计算器28测量连续RPM脉冲之间的时间，并且计算倒数以确定发动机基谐波频率。为了抑制TDC脉冲或RPM检测中的误差，如果新的脉冲周期大于之前所接受的脉冲周期的预定公差(例如，+/-25％)，则该检测器可以，例如用之前的脉冲周期替代新的脉冲周期。
发动机负载检测器36确定固有发动机声音水平以适当地平衡声音增强。表示发动机负载的信号由于至少两个原因而非常适于控制声音增强水平。第一，总发动机噪声水平随增大的正发动机负载而单调增大。第二，当发动机推进变速器时，强增强典型地仅针对正发动机负载是期望的。当变速器推进发动机时，出现负发动机负载，这也被称作发动机制动。虽然对于发动机制动期间可能存在高水平的固有发动机噪声，但是针对这种情形可能期望噪声消除而很少期望显著的声音增强。
车辆的发动机控制单元(ECU)将典型地能够使用以下信号中的若干信号，以下信号与发动机负载良好相关并且可以以模拟或数字形式被EHE系统所使用，例如加速器踏板位置(APP)、节气门位置传感器(TPS)、空气质量流量(MAF)、歧管绝对压力(MAP)、发动机扭矩和/或所计算的发动机负载。当这些信号中的任意一个和谐波增强的期望声音水平之间存在充分接近于1:1的关系时，该信号适用于EHE控制。
发动机负载检测器36可以将发动机负载信号从原有数据形式转换为对EHE系统更为有用的形式。例如，如果发动机负载信号表示发动机扭矩，则发动机负载检测器可以将扭矩量度转换为发动机负载量度。发动机负载可以被表示为指数；例如，最大发动机负载可以被指定为100而发动机负载可以被表示为1-100的数字。同样，参数检测器126、236可以将参数数值信号从原有形式转换为EHE系统更为有用的形式。
RPM变化率检测器30检测RPM的变化率。发动机仅在驾驶员需要来自其的大量动力时才应当发出令人愉悦的、可听到的、有力的声音作为听觉反馈。这样的使用通常与明显增大的发动机负载和RPM两者相耦合。在其它发动机负载条件下，发动机应当更为安静。当车辆在等级公路上巡航时，发动机负载和RPM一般都是稳定的。在车辆以固定变速器齿轮进行减速期间，发动机负载和RPM两者都下降。因此，例如，无论RPM变化很小还是下降时，RPM变化率检测器30都可以使得EHE系统关闭。可能存在RPM变化率检测器使得EHE系统进行不同操作的其它情形，例如当检测到与“双离合”相关联的RPM变化率时。
RPM范围内检测器32确定基础发动机旋转频率是否低于最小频率阈值或者高于最大频率阈值，该最小频率阈值和最大频率阈值确定了EHE系统被设计为在其中工作的RPM范围。
发动机负载增益变化检测器39确定发动机负载增加还是减小，并且可以确定发动机负载增加或减小的速率。通常，如果发动机负载增加，则在EHE信号的振幅跟踪发动机负载的情况下获得更为逼真的效果，但是其在发动机负载下降的情况下比发动机负载更为渐进地降低。
谐波发生器34对于每个增强的发动机谐波(其可以是非整数谐波)确定并输出两个参数。为了确定第一参数，谐波发生器34通过将基础发动机旋转频率乘以每个增强发动机谐波的阶数(order)来计算对于每个增强谐波的频率，并且在该频率输出正弦曲线信号。为了确定第二参数，谐波发生器将基频转换为针对谐波形状的指数，也就是说，其在声压级(SPL)随RPM变化时针对每个谐波确定SPL。典型地，谐波形状被表示为查找表(LUT)。可替换地，谐波形状可以根据公式进行计算或近似。
图3A是EHE处理器的后端12B-1的框图。EHE增益和延迟确定器21操作地耦合以从RPM变化率检测器30(该图中未示出)、发动机负载检测器36和RPM范围内检测器32(该图中未示出)接 收输入，并且向总增强增益50输出信号。此外，EHE增益和延迟确定器21操作地耦合至参数信号源，其此处被指定为参数1信号126...参数n信号236。总增强增益50耦合至音场处理器52。H1形状确定器44-1……Hn形状确定器44-n操作地耦合至图2的谐波发生器34。乘法器46-1……46-n操作地耦合至相对应的谐波形状确定器44-1……44-n，耦合至图2的发动机谐波音频信号源10的谐波发生器34，以及耦合至相对应的谐波增益48-1……48-n。谐波增益48-1……48-n操作地耦合至谐波求和器42。
如本文所使用的“参数”指代期望影响EHE信号的增益或延迟的条件或量度。参数的示例包括车辆以其进行操作的齿轮；无级变速器(CVT)的传动比或传动比间隔；以及发动机的“操作模式”。例如，如果发动机能够在所有气缸或气缸的子集上运转(诸如8气缸发动机被设计为在8、6或4个气缸上运转)，则“操作模式”可以指代操作中的气缸数量。操作模式还可以被用来依赖于制造商或用户的希望而为相同车辆或相似车辆提供不同的音感。例如，车辆可以具有轿跑车模式，其具有与旅行轿车模式的音速剖面(profile)不同的剖面。操作模式还指定混合动力车辆是以电力还是内燃功率进行操作。例如，车辆以其进行操作的齿轮、传动比或车辆的操作模式典型地可在总线上获取，该总线以下在RPM信号的讨论中有所提及。如果车辆没有总线，则参数检测器可以从可用信息导出该信息；例如，车辆以其进行操作的齿轮可以从车辆速度和RPM推断得出。
图3A的谐波形状确定器44-1—44-n典型地被实施为频率-增益查找表(LUT)，其使得每个增强谐波的声音水平是取决于频率的。可替换地，谐波形状可以根据公式进行计算或近似。该形状控制输出调节谐波增强水平的增益。通过扬声器输出并且在声音上与固有谐波声音水平相加的结果增强，产生了与所期望的目标相匹配的声音水平。对于每个谐波的增益可以为零(表示在该谐波没有增强)或者一。为了实现该目标，查找表必须考虑到固有谐波水平、目标谐波水平和音频系统的传递函数，所有这些都在乘员的耳朵进行理想地测量。该 查找表应当具有足够的频率分辨率以使得介于相邻频率指数之间的声音水平数值满足所期望的娱乐要求而并不会由于过于粗糙的频率间隔而导致增强伪像。出于计算效率的考虑，所有的谐波形状LUT可以使用相同的频率指数，通常基于发动机RPM的第一谐波。假设情况就是这样，则所有形状LUT将具有相同数量的条目。假设是遮掩更多情形，则最高次的EHE谐波将指定LUT条目的所要求数量，因为其将针对给定RPM范围覆盖频率的最大范围。例如，一次谐波将对于从600到6000的RPM范围覆盖90 Hz的范围(10至100)，而十次谐波将对于相同RPM范围覆盖900 Hz。
基于来自谐波形状LUT的44-1—44-n的输入，以及由谐波发生器34所确定的每个谐波频率的正弦曲线的瞬时数值，谐波增益48-1—48-n将个别谐波的特定增益应用至每个谐波。
EHE增益和延迟确定器21确定将由EHE总增强增益50所应用的增益和延迟的量。EHE增益和延迟确定器可以应用增益函数(也被称作“映射函数”或“映射”)，其包括作为变量的发动机负载、发动机负载变化、RPM和RMP变化率以确定EHE增益(如美国专利申请12/716,887中所描述)。此外，由EHE增益和延迟确定器21所应用的增益函数可以使用从诸如参数1检测器136...参数m检测器236的源所接收的其它参数的数值作为变量。EHE增益和延迟确定器21可以平滑增益数值，使得声音变化是自然且非失真的，类似于机械系统的时间上的声音变化。
总增强增益50能够改变个体谐波的总声音水平，而不改变增强依赖于频率的“形状”。
音场处理器52处理求和并缩放的EHE信号，以提供声音增强系统的声音成像。音场处理器通过用于图1的每个扬声器22-1—22-4和24的单独音频均衡滤波器处理EHE信号。EHE信号可以是单音的，指示对所有扬声器22-1—22-4提供相同信号，或者其可以是多通道的，例如立体声。在一种实施方式中，到一个或多个扬声器22-1—22-4的输出相对于到其它扬声器的其它输出被移相。音频均衡滤波器对作 为频率的函数的振幅和相位响应以及延迟进行控制。除了常规的娱乐音频均衡和空间成像调谐技术之外，音场处理器52还可以调节增益甚至关闭某些频率范围上的某些EHE扬声器，以实现所期望的声成像。因为EHE成像要求通常不同于用于娱乐音频的要求，所以至少一些EHE均衡组件可以与娱乐音频均衡分开。音场处理器52对EHE信号进行操作，以不仅实现所期望谐波的期望振幅，而且还实现发动机谐波的期望视在声源(apparent source)，例如图1的发动机舱17或消音器19。
根据图3A的EHE EQ和空间处理器允许除发动机负载之外的多个参数影响EHE增强信号。允许除发动机负载以外的参数提供更为真实的音感。
图3B的EHE处理器的后端12B-2不具有图3A的谐波求和器42、总增强增益50或EHE增强和延迟确定器21。替代地，图3B的EHE处理器的后端12B-2具有单独增益50-1—50-n，以及单独的EHE增益和延迟确定器21-1—21-n，每个谐波一个。对于每个谐波的增益可以为零(表示在该谐波没有增强)或者一。个体增益和延迟确定器可以通过计算来确定或近似EHE增益，或者可以从查找表获取EHE增益。来自发动机负载增益确定器的数据可以被用来依赖于发动机负载而提供不同谐波形状。
在操作中，每个EHE增益和延迟确定器21-1—21-n从发动机负载检测器36接收输入。基于来自发动机负载检测器36的输入，每个EHE增益和延迟确定器21-1—21-n确定将由相对应的增益50-1—50-n所应用的增益。此外，EHE增益确定器21-1—21-n可以使用发动机负载变化、RPM和RPM变化率来确定EHE增益(与美国专利申请12/716,887中所描述的方式相似)。
图3B的EHE处理器的后端12B-2允许EHE系统使发动机负载不同地影响个体谐波，由此允许EHE信号的更精细控制。
图3C的EHE处理器的后端12B-3分别具有图3A和3B的EHE处理器后端12B-1和12B-2两者的元件，包括与图3B相类似的单独 增益50-1—50-n，以及单独的EHE增益和延迟确定器21-1—21-n，每个谐波一个。每个EHE增益和延迟确定器21-1...21-n从发动机负载检测器36接收输入，并且还从诸如参数1检测器136...增益m检测器236的参数增益确定器接收输入。个体增益的增益和延迟确定器可以通过计算确定EHE增益，或者可以从查找表获取EHE增益。对于每个谐波的增益可以为零(表示在该谐波没有增强)或者一。
图3C的EHE处理器的后端12B-3允许多个参数影响EHE增益，并且允许多个参数中的每一个不同地影响每个谐波。
音场处理器52和放大器20更为详细地被示出在图4A中。音场处理器52包括多个均衡器(EQ)53-1—53-5，每个扬声器一个。放大器20包括多个求和器54-1—54-5以及多个通道放大器56-1—56-5，二者均为每个扬声器一个。在一些示例中，均衡器的数量可以大于或小于扬声器的实际数量，并且根据一组理想扬声器位置均衡信号。通过音场处理器52的附加级或者通过放大器20内的处理，经均衡的输出被重新混合以匹配实际数量的扬声器。
在操作中，扬声器EQ 53-1—53-5中的每一个应用均衡，均衡可以包括振幅调节(其可以包括关闭扬声器)和相位调节，以及向来自总增强增益50的信号应用延迟。来自扬声器EQ 53-1—53-5经个体均衡的信号在放大器中的求和器54-1—54-5处，与来自娱乐音频系统的意图用于相对应扬声器的信号被求和，并且求和后的信号由通道放大器56-1—56-5放大。经放大的通道信号随后被传输至扬声器22-1—22-4和24，它们将音频信号转化为声音。
图4B示出了分别用于在图3B和3C的后端12B-2和12B-3中使用的音场处理器52。图4B的音场处理器52处理来自总增强增益50A—50n的经求和并缩放的EHE信号，以确定用于每个谐波的声学成像。音场处理器通过用于图1的每个扬声器22-1—22-4和24的单独音频均衡滤波器53-1—53-5对来自总增强增益50A—50n的每个EHE信号单独进行处理。如由通过均衡滤波器53-1—53-5以虚线画出的单独路径所表示的，每个均衡滤波器53-1—53-5可以将不同的均 衡应用至来自总增强增益50A—50n的EHE信号。均衡路径在均衡之后被求和并被提供至放大器20。音频均衡滤波器对作为频率的函数的振幅和相位响应以及延迟进行控制。除了传统的娱乐音频均衡和空间成像调谐技术之外，音场处理器52还可以调节增益甚至关闭某些频率范围上的某些EHE扬声器，以实现所期望的声成像。因为EHE成像要求通常不同于用于娱乐音频的要求，所以至少一些EHE均衡组件可以与娱乐音频均衡分开。音场处理器52对EHE信号进行操作，以不仅实现所期望谐波的期望振幅，而且还实现发动机谐波的期望视在声源。例如，更高端谐波的源可以是发动机舱17，并且较低次谐波的源可以是图1的消音器19。
图5A示出了图3A的EHE处理器的后端12B-1的一些元件的实施方式。在图3A和5A的实施方式中，使用多个参数来确定应用于所有谐波的一个谐波增益。EHE增益和延迟确定器21包括LUT 70，其将参数(在该示例中为发动机负载和齿轮)映射至增益。在该示例中，LUT具有四个条目(2个负载数值×2个齿轮数值)。EHE增益和延迟确定器21还包括由第一开关210所表示的逻辑，第一开关210对来自图2的发动机负载检测器36的输入进行响应。开关210的两个输出开关端子耦合至开关212A和212B的输入，开关212A和212B对来自用于图2的参数1检测器136的输入进行响应；在该实施方式中，参数1是车辆当前以其进行操作的齿轮。对H1形状确定器44-1...44-n的输入在该视图中未示出。
在该实施方式中，如果开关210处于“0”位置，并且开关212A和212B处于“0”位置，则开关210输出适于由负载数值1所表示的发动机负载和齿轮1的增益。类似地，如果开关210处于“0”位置，并且开关212A和212B处于“1”位置，则开关210输出适于由负载数值1所表示的发动机负载和齿轮2的增益；如果开关210处于“1”位置，并且开关212A和212B处于“0”位置，则开关210输出适于由负载数值2所表示的发动机负载和齿轮1的增益；以及如果开关210处于“1”位置，并且开关212A和212B处于“1”位置，则EHE增 益和延迟确定器输出适于由负载数值2所表示的发动机负载和齿轮2的增益和延迟。确定EHE增益的过程以例如20 ms的间隔进行重复。
由开关210所输出的增益通过增益修改逻辑60、攻击/衰退逻辑66和增益平滑器62被提供至总EHE增益元件50。EHE增益元件50将该增益和延迟应用至经求和的谐波。对谐波的增益和延迟应用以例如大约90μs的间隔进行重复。
增益修改逻辑60可以基于来自RPM变化率检测器30、RPM范围内检测器32和发动机负载增益变化检测器39的输入修改增益数值。例如，如果RPM、RPM变化率或发动机负载变化中的一个或多个处于操作的意图范围之外，则增益修改逻辑可以设置增益为零，有效地关闭EHE系统，可以设置增益为1，从而没有由EHE增益元件50应用的增益，或者可以设置增益为某个最小或最大数值。
攻击/衰退逻辑66可以基于来自发动机负载增益变化检测器39的输入，例如通过应用延迟来修改将由EHE系统应用的增益。如以上在发动机负载增益变化检测器39的讨论中所陈述的，在发动机负载增加的情况下，在EHE信号的振幅跟踪发动机负载的情况下，将获得更为真实的效果，但是在发动机负载降低的情况下比发动机负载更为渐进地降低。如果发动机负载降低，攻击/衰退逻辑66可以对增益的应用施加延迟。
增益平滑器62可以平滑EHE增益的流，以降低EHE增益突变的可能性。该平滑可以采取快速定向(slewing)、窗口平均、低通滤波、非线性平滑技术、时变平滑技术的形式，等等。在一个实施方式中，增益平滑器62是低通滤波器，其可以是单极低通滤波器或可变极低通滤波器。如果发动机负载降低，则增益平滑器可以改变平滑参数。例如，可以改变低通滤波器的拐点频率或者可以改变窗口平均系统中的窗口宽度。
为了解释和附图的简明，图5A的实施方式被示出具有两个齿轮和两个负载数值。在实际的实施方式中，齿轮的典型数量将为四至六个(并且在包括倒车齿轮的情况下可能更多)，并且负载可以被表 示为一个百分数间隔(例如1％、2％、...99％、100％)中的最大负载的百分比，从而可以有大约100个负载数值。开关210、212A和212B仅是用于解释，并且不指示总EHE增益的确定必须由开关完成。在实际的实施方式中，总EHE增益和延迟的确定可以由从LUT的单元中选择数值的微处理器来完成，或者较不常见地，通过将对EHE增益和延迟确定器21的输入与总EHE增益相关联的公式的计算来完成。此外，附图中的框图示出了逻辑结果，其并不必然按照执行操作或者操作如何执行的顺序。例如，“关闭”EHE系统可以在增益修改逻辑60通过设置EHE增益为零来完成，或者可以通过使得微处理器执行EHE增益和延迟确定器21的操作，以临时停止从LUT选择EHE增益，或者通过设置EHE增益为零来完成。
图5B示出了图3B的EHE处理器的后端12B-2的一些元件的实施方式。对H1形状确定器44-1...44-n的输入没有被示出在该视图中，对增益修改逻辑60、攻击/衰退逻辑66和增益平滑器62的输入也没有被示出。
在图3B和图5B的实施方式中，使用单个参数来确定用于每个谐波的增强增益。每个EHE增益和延迟确定器21-1—21-n包括LUT72-1—72-n，每个LUT包括两个条目，每个负载数值一个。每个EHE增益和延迟确定器21-1—21-n还包括由开关214所表示的逻辑，开关214对来自图2的发动机负载检测器36的输入进行响应。如果EHE增益和延迟确定器21-1的开关214处于“0”位置，则EHE增益和延迟确定器212输出适于负载数值1的EHE增益和延迟。如果开关214处于“1”位置，则EHE增益和延迟确定器212输出适于负载数值2的EHE增益和延迟。由EHE增益和延迟确定器所选择的增益和延迟被提供至用于谐波H1的总EHE增益元件50-1，其将该增益和延迟应用至谐波H1。剩余的EHE增益和延迟确定器以类似方式操作。针对用于谐波H1的负载1的EHE增益和延迟可以与针对用于谐波H2的负载1的EHE增益和延迟相同或不同。
为了解释和附图的简明，图5B的实施方式被示出具有两个负 载数值。在实际的实施方式中，可以有99或100个负载数值。使用开关214仅是为了解释，而非指示总EHE增益的确定由开关来完成。在实际的实施方式中，总EHE增益和延迟的确定可以由针对每个谐波从LUT的单元中选择数值的微处理器来完成，或者较不常见地，通过将对EHE增益和延迟确定器21-1—21-n的输入与每个谐波的总EHE增益相关联的公式的计算来完成。为其提供EHE增益和延迟的谐波的典型数量可以为六个，或者如果存在多于一个的发动机模式，则可以多达十二至十八个。
增益修改逻辑60、攻击/衰退逻辑66和增益平滑器62以上面在图5A的讨论中所描述的方式对用于每个谐波的增益流进行操作。
图5C示出了图3C的EHE处理器的后端12B-3的一些元件的实施方式。在图3C和5C的实施方式中，使用多个参数来确定用于每个谐波的增强增益。对H1形状确定器44-1—44-n的输入以及对乘法器46-1—46-n的输入没有示出在该视图中。
每个EHE增益和延迟确定器21-1—21-n包括LUT(74-1—74-n)。每个LUT包括四个条目(2个负载数值×2个齿轮数值)。EHE增益和延迟确定器21-1—21-n中的每一个还包括由第一开关210所表示的逻辑，第一开关210对来自图2的发动机负载检测器36的输入进行响应。开关210的两个输出开关端子耦合至开关212A和212B的输入，开关212A和212B对来自图2的参数1检测器136的输入进行响应；在该实施方式中，参数1是车辆当前以其进行操作的模式。(如以上所描述的，在该说明书中，“模式”可以是能够在所有气缸或气缸子集上运转的发动机的参数。例如，被设计为在8个、6个或4个气缸上进行运转的8气缸发动机可以具有三种模式：8气缸模式、6气缸模式和4气缸模式。其它模式的示例在上面被描述)。图5C的实施方式具有两种模式。在图5C的实施方式中，如果开关210处于“0”位置，并且开关212A和212B处于“0”位置，则EHE增益和延迟确定器输出适于由负载数值1所表示的发动机负载和模式1的增益和延迟。类似地，如果开关210处于“0”位置，并且开关 212A和212B处于“1”位置，则EHE增益和延迟确定器输出适于由负载数值1所表示的发动机负载和模式2的增益和延迟；如果开关210处于“1”位置，并且开关212A和212B处于“0”位置，则EHE增益和延迟确定器输出适于由负载数值2所表示的发动机负载和模式1的增益和延迟；并且如果开关210处于“1”位置，并且开关212A和212B处于“1”位置，则EHE增益和延迟确定器输出适于由负载数值2所表示的发动机负载和模式2的增益和延迟。由EHE增益和延迟确定器所选择的增益和延迟被提供至总EHE增益元件50-1—50-n，它们将该增益和延迟应用至相对应的谐波H1-Hn。
为了解释和附图的简明，图5C的实施方式被示出具有两种模式和两个负载数值。在实际的实施方式中，用于LUT的模式的典型数量可以为两种或三种，并且用于LUT的负载数值的典型数量可以为99或100。开关210、212A和212B仅是用于解释，而并不表示总EHE增益的确定由开关完成。在实际的实施方式中，总EHE增益和延迟的确定可以由针对每个谐波从LUT的单元中选择数值的微处理器来完成，或者较不常见地，通过将对EHE增益和延迟确定器21的输入与用于每个谐波的总EHE增益相关联的公式的计算来完成。
增益修改逻辑60、攻击/衰退逻辑66和增益平滑器62以上面在图5A的讨论中所描述的方式对用于每个谐波的增益流进行操作。
图6-图10是具有垂直轴上的SPL和水平轴上的发动机负载和RPM的三维图。
图6示出了EHE系统的行为，在该EHE系统中，单个参数(典型地，如在该示例中的，为发动机负载)确定EHE增益，并且相同的增益函数被应用至所有频率并且因此被应用至所有谐波。曲线102示出了在100％负载(有时被称作全开节气门[WOT]负载)，SPL如何随RPM变化。曲线104表示了跨所有频率应用的增益函数。将由曲线104所表示的增益函数应用至曲线102产生了图7中所示的增强表面103。表面103可以被表示为多个点，每个点具有RPM数值、负载数值和相对应的SPL。这些点对应于LUT中的条目。表面103 还可以被表示为具有两个独立变量(RPM和负载数值)的数学函数，根据该数学函数可以计算或近似SPL。
图8示出了EHE系统的行为，在该EHE系统中，单个参数(典型地，如该示例中为发动机负载)确定EHE增益，但是不同的增益函数被应用在某些频率或频带。
在图8中，存在五个不同的增益函数104-1A—104-5A。在该示例中，增益函数104-1A、104-2A、104-4A和104-5A是相同的，但是用于从3500 RPM至4500 RPM的RPM范围的增益函数104-3A不同于增益函数104-1A、104-2A、104-4A和104-5A。将增益函数104-1A—104-5A应用至WOT曲线102产生图9的增强表面106。具有图8和图9的行为的EHE系统的示例是具有图3B的后端12B-2的EHE处理器12。图3B中的n的数值将为五；并且对应于3500 RPM至4500RPM范围中的谐波的EHE增益和延迟确定器21-1—21-5将应用由图8的曲线104-3A所表示的增益函数，以确定将应用至谐波的EHE增益。对应于不在3500 RPM至4500 RPM范围中的谐波的EHE增益和延迟确定器21-1—21-5将应用由图8的曲线104-1A、104-2A、104-4A和104-5A表示的增益函数，以确定将应用至谐波的EHE增益。
图10示出了EHE的行为，在该EHE中，多个参数(在该示例中为发动机负载和齿轮)确定EHE增益，并且单个增益函数被应用至所有频率。在图10的示例中，具有五个增益函数或映射104-1B—104-5B，每个齿轮一个。将增益函数104-1B—104-5B应用至WOT曲线102将产生五个增强表面(在该图中未示出)，每个齿轮一个。具有图10的行为的EHE系统的示例是具有EHE处理器的EHE系统，该EHE处理器具有图3A的后端12B-1。图3A中的n的数值将为五；图2中m的数值将为二，并且两个参数将为发动机负载和齿轮。齿轮参数的数值将确定五个表面中的哪一个与将应用至谐波的增益函数相对应。
在不背离发明概念的情况下，可以对本文所公开的具体装置和技术进行许多使用和背离。因此，本发明将被解释为包括本文所公开 的每个和各个新颖特征以及特征的新颖组合，并且仅由所附权利要求的精神和范围所限定。

Claims (6)

1.一种发动机谐波增强方法，包括：
提供与车辆发动机的RPM相对应的基频；
确定所述基频的多个谐波；
针对所述多个谐波中的每个谐波确定谐波形状；以及
针对所述多个谐波中的至少一个确定发动机谐波增强增益，所述发动机谐波增强增益不同于与其它谐波相对应的发动机谐波增强增益；
其中针对所述多个谐波中的所述至少一个确定发动机谐波增强增益包括：
确定与车辆的操作条件相关的、除所述发动机负载之外的参数的数值；以及
响应于所述参数的所述数值和所述发动机负载，确定所述发动机谐波增强增益，并且
其中所述参数是所述车辆以其进行操作的齿轮、操作中的气缸的数量或者无级变速器的传动比。
2.根据权利要求1所述的发动机谐波增强方法，其中确定发动机谐波增强增益包括针对每个谐波单独确定发动机谐波增益。
3.根据权利要求1所述的发动机谐波增强方法，其中确定所述发动机谐波增强增益进一步包括单独确定与发动机基频的所述多个谐波中的每一个相对应的发动机谐波增强增益，其中与至少一个所述谐波相对应的发动机谐波增强增益不同于与其它谐波相对应的发动机谐波增强增益；以及
进一步包括向所述发动机基频和所述发动机基频的所述多个谐波中的每一个应用相对应的发动机谐波增强增益。
4.一种发动机谐波增强系统，包括：
用于提供与发动机的RPM相对应的基频的电路；
用于确定所述基频的多个谐波的电路；
用于针对所述多个谐波中的每个谐波确定谐波形状的电路；以及
用于针对所述多个谐波中的至少一个确定发动机谐波增强增益的电路，所述发动机谐波增强增益不同于与其它谐波相对应的发动机谐波增强增益；
其中用于针对所述多个谐波中的所述至少一个确定发动机谐波增强增益的所述电路包括：
用于确定与车辆的操作条件相关的、除所述发动机负载之外的参数的数值的电路；以及
响应于所述参数的所述数值和所述发动机负载，用于确定发动机谐波增强增益的电路，并且
其中所述参数是所述车辆以其进行操作的齿轮、操作中的气缸的数量或者无级变速器的传动比。
5.根据权利要求4所述的发动机谐波增强系统，其中用于确定发动机谐波增强增益的所述电路包括用于针对每个谐波单独确定发动机谐波增益的电路。
6.根据权利要求4所述的发动机谐波增强系统，其中用于确定所述发动机谐波增强增益的所述电路进一步包括用于单独确定与所述发动机基频的所述多个谐波中的每一个相对应的发动机谐波增强增益的电路，其中与至少一个所述谐波相对应的发动机谐波增强增益不同于与其它谐波相对应的发动机谐波增强增益；以及
进一步包括用于向所述发动机基频和所述发动机基频的所述多个谐波中的每一个应用相对应的发动机谐波增强增益的电路。
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