CN106988936B - 车辆外部声场增强 - Google Patents
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Abstract
一种发动机声音增强系统包括导管，该导管与发动机的进气歧管和排气歧管中的至少一者连通。界面布置在以下位置的至少一者上：导管内，以及导管的入口与进气歧管和排气歧管中的至少一者之间。界面响应进气歧管和排气歧管中的至少一者内的脉冲，其中界面配置为将脉冲传送至导管中。
Description
技术领域
本公开涉及内燃机，并且更具体地涉及用于增强发动机声音的系统和方法。
背景技术
这里提供的背景描述是为了一般地呈现本公开的背景的目的。当前提及名字的发明人的工作(尽管在背景部分进行了描述)以及在提交时可以不另外被作为是现有技术的多个方面的描述而言既不明确地也不隐含地被认可为是针对本公开的现有技术。
机动车辆(尤其高性能机动车辆)可以实施一个或多个发动机声音增强特征。例如，由于内燃机技术改进了燃烧效率、排放、燃料经济性、发动机输出等，发动机声音(车辆内的驾驶员和/或乘客体验到的发动机声音以及车辆外部的发动机声音二者)可以显著减小。因此，可以实施各种发动机声音增强特征，以调整由发动机通过排气系统产生的声音的大小、频率、音调等。
发明内容
一种发动机声音增强系统包括导管，该导管与发动机的进气歧管和排气歧管中的至少一者连通。界面布置在以下位置中的至少一者上：导管内，以及导管的入口与进气歧管和排气歧管中的至少一者之间。界面响应进气歧管和排气歧管中的至少一者内的脉冲，其中，界面被配置为将脉冲传送至导管中。
一种发动机声音增强方法包括：提供与发动机的进气歧管和排气歧管中的至少一者连通的导管，以及将界面布置在以下位置中的至少一者上：导管内，以及导管的入口与进气歧管和排气歧管中的至少一者之间。界面响应进气歧管和排气歧管中的至少一者内的脉冲。所述方法进一步包括：使用界面将脉冲传送至导管中。
本公开的其它应用领域从具体实施方式、权利要求书和附图将变得显而易见。具体实施方式和具体实例只旨在用于说明目的并且不旨在限制本公开的范围。
附图说明
本公开从具体实施方式和附图将得到更充分地理解，其中：
图1是根据本公开的原理的示例发动机系统的功能方框图；
图2A说明根据本公开的原理的第一示例发动机声音增强系统；
图2B说明根据本公开的原理的第二示例发动机声音增强系统；
图2C说明根据本公开的原理的第三示例发动机声音增强系统；以及
图3说明根据本公开的原理的示例发动机声音增强方法。
在图中，参考标号可以被重新使用以识别类似和/或相同元件。
具体实施方式
发动机的各种进气、排气和燃烧部件可以影响由发动机产生的声音。某些部件可以减小或以其它方式改变发动机声音的特性，这可能是不希望的。例如，在涡轮增压车辆中，涡轮增压器可以用作声音滤波器并且干扰希望的发动机声音。根据本公开的原理的发动机声音增强系统和方法实施发动机声音增强装置和/或发动机声音流动路径以增强发动机声音。
现在参考图1，发动机系统100包括燃烧空气/燃料混合物以产生用于车辆的驱动扭矩的发动机102。虽然是关于汽油内燃机描述的，但是本公开的原理也可以应用于柴油燃料发动机。由发动机102产生的驱动扭矩的量基于来自驾驶员输入模块104的驾驶员输入。驾驶员输入可以基于加速器踏板的位置。驾驶员输入还可以基于巡航控制系统，其可以是改变车速以维持预定跟车距离的自适应巡航控制系统。
空气通过进气系统108被吸入到发动机102中。进气系统108包括进气歧管110和节流阀112。节流阀112可以包括具有可旋转刀片的蝶形阀。发动机控制模块(ECM)114控制节流致动器模块116，其调节节流阀112的开口以控制被吸入到进气歧管110中的空气的量。
来自进气歧管110的空气被吸入到发动机102的汽缸中。虽然发动机102可以包括多个汽缸，但是为了说明目的，示出单个典型的汽缸118。仅举例来说，发动机102可以包括2、3、4、5、6、8、10和/或12个汽缸。ECM114可以停用一些汽缸，这可以在某些发动机操作条件下改进燃料经济性。
发动机102可以使用四冲程循环来操作。下文描述的四个冲程被命名为进气冲程、压缩冲程、燃烧冲程和排气冲程。在曲柄轴(未示出)的每次回转期间，四个冲程中的两个冲程发生在汽缸118内。因此，两个曲柄轴回转对于汽缸118经历全部四个冲程是必要的。
在进气冲程期间，来自进气歧管110的空气通过进气阀122吸入到汽缸118中。ECM114控制燃料致动器模块124，其调节由燃料喷射器125执行的燃料喷射以实现希望的空气/燃料比。燃料可以在中心位置处或多个位置处(诸如靠近每个汽缸的进气阀122)喷射至进气歧管110中。在各个实施中，燃料可以被直接喷射至汽缸中或与汽缸相关联的混合腔室中。燃料致动器模块124可以停止向已停用的汽缸喷射燃料。
喷射的燃料与空气混合并且在汽缸118中产生空气/燃料混合物。在压缩冲程期间，汽缸118内的活塞(未示出)压缩空气/燃料混合物。发动机102可以是压缩-点火发动机，在所述情况中汽缸118中的压缩将空气/燃料混合物点燃。或者，发动机102可以是火花-点火发动机，在所述情况中，火花致动器模块126激发火花塞128以基于来自ECM114的信号在汽缸118中产生火花，其将空气/燃料混合物点燃。火花的正时可以相对于当活塞在其最顶部位置(称为上止点(TDC)的时间而规定。
火花致动器模块126可以通过火花正时信号规定在TDC之前或之后多久产生火花来控制。因为活塞位置与曲柄轴旋转直接有关，所以火花致动器模块126的操作可以与曲柄轴角度同步。在各个实施中，火花致动器模块126可以停止向已停用汽缸提供火花。
产生火花可以称为发火事件。火花致动器模块126可以具有改变每个发火事件的火花的正时的能力。火花致动器模块126甚至可能能够在改变上一次发火事件与下一次发火事件之间的火花正时信号时改变下一次发火事件的火花正时。在各个实施中，发动机102可以包括多个汽缸，且火花致动器模块126可以将发动机102中的全部汽缸的相对于TDC的火花正时改变相同的量。
在燃烧冲程期间，空气/燃料混合物的燃烧将活塞向下驱动，由此驱动曲柄轴。燃烧冲程可以被定义为活塞到达TDC与活塞返回至下止点(BDC)的时间之间的时间。在排气冲程期间，活塞开始从BDC向上移动并且通过排气阀130排出燃烧的副产物。燃烧的副产物经由排气系统134从车辆排出。
进气阀122可以由进气凸轮轴140控制，而排气阀130可以由排气凸轮轴142控制。在各个实施中，多个进气凸轮轴(包括进气凸轮轴140)可以控制汽缸118的多个进气阀(包括进气阀122)和/或可以控制多个汽缸组(包括汽缸118)的进气阀(包括进气阀122)。类似地，多个排气凸轮轴(包括排气凸轮轴142)可以控制汽缸118的多个排气阀和/或可以控制多个汽缸组(包括汽缸118)的排气阀(包括排气阀130)。
进气阀122打开的时间可以相对于活塞TDC通过进气凸轮移相器148改变。排气阀130打开的时间可以相对于活塞TDC通过排气凸轮移相器150改变。阀致动器模块158可以基于来自ECM114的信号来控制进气凸轮移相器148和排气凸轮移相器150。当被实施时，可变阀升程还可以由阀致动器模块158控制。
ECM114可以通过指示阀致动器模块158以禁用进气阀122和/或排气阀130的开口来停用汽缸118。阀致动器模块158可以通过将进气阀122与进气凸轮轴140解耦来禁用进气阀122的开口。类似地，阀致动器模块158可以通过将排气阀130与排气凸轮轴142解耦来禁用排气阀130的开口。在各个实施中，阀致动器模块158可以使用除凸轮轴之外的装置(诸如电磁或电液压致动器)来驱动进气阀122和/或排气阀130。
发动机系统100可以包括向进气歧管110提供加压空气的增压装置。例如，图1示出了包括通过流过排气系统134的废气驱动的热涡轮160-1的涡轮增压器。涡轮增压器还包括由涡轮160-1驱动的冷空气压缩机160-2，其压缩引入至节流阀112中的空气。在各个实施中，由曲柄轴驱动的增压器(未示出)可以压缩来自节流阀112的空气并且将压缩空气传递至进气歧管110。
废气门162可以允许废气绕过涡轮160-1，由此减小涡轮增压器的增压(进气压缩的量)。ECM114可以经由增压致动器模块164控制涡轮增压器。增压致动器模块164可以通过控制废气门162的位置来调制涡轮增压器的增压。在各个实施中，多个涡轮增压器可以由增压致动器模块164控制。涡轮增压器可以具有可变几何形状，其可以由增压致动器模块164控制。
中间冷却器(未示出)可以驱散压缩空气充量中所含的一些热量，所述热量随着空气压缩而产生。压缩空气充量还可以具有来自排气系统134的部件的吸收热量。虽然为了说明目的而被分开示出，但是涡轮160-1和压缩机160-2可以彼此附接，从而将进气紧邻热废气放置。
排气系统134可以包括废气再循环(EGR)阀170，其选择性地将废气返回改向至进气歧管110。EGR阀170可以位于涡轮增压器的涡轮160-1上游。EGR阀170可以由EGR致动器模块172控制。
发动机系统100可以使用曲柄轴位置(CKP)传感器180测量曲柄轴的位置。发动机冷却剂的温度可以使用发动机冷却剂温度(ECT)传感器182来测量。ECT传感器182可以位于发动机102内或其中冷却剂循环的其它位置，诸如散热器(未示出)处。
进气歧管110内的压力可以使用歧管绝对压力(MAP)传感器184来测量。在各个实施中，可以测量发动机真空，其是环境空气压力与进气歧管110内的压力之间的差值。流入进气歧管110中的空气质量流速可以使用质量气流(MAF)传感器186来测量。在各个实施中，MAF传感器186可以位于还包括节流阀112的壳体中。
节流致动器模块116可以使用一个或多个节流位置传感器(TPS)188监测节流阀112的位置。可以使用进气温度(IAT)传感器189测量被吸入到发动机102中的空气的环境温度。ECM114使用来自传感器的信号以对发动机系统100作出控制决定。
ECM114可以与变速器控制模块(TCM)190通信以协调变速器(未示出)中的换档齿轮。例如，ECM114可以减小齿轮换档期间的发动机扭矩。ECM114可以与混合控制模块(HCM)191通信以协调发动机102和电动马达192的操作。电动马达192还可以用作发电机，并且可以用于产生由车辆的电气系统使用和/或存储在电池中的电能。在各个实施中，ECM114、TCM190和HCM191的各个功能可以被集成至一个或多个模块中。
发动机系统100根据本公开的原理实施一个或多个发动机声音增强特征。例如，导管193可以设置为与进气歧管110连通。导管193提供从进气歧管110至整个发动机系统100中的一个或多个其它位置的声音流动路径。例如，导管193可以提供进气歧管与进气口(例如，冷进气口、通气管等)194和/或至车辆的外部之间的声音流动(例如，经由外部端口195)。替代地或另外，导管196可以设置为与排气歧管197连通。导管196可以提供从排气歧管197至整个发动机系统100中的一个或多个其它位置(但不限于进气口194和/或排气系统134(例如，排气管))的声音流动路径。
导管193和196中的每一个可以包括一个或多个发动机声音增强装置198。发动机声音增强装置198可以包括但不限于，用于放大声音的机械装置(例如，响应于通过导管193和196接收的声音脉冲而共振的膜)、电子装置(例如，麦克风和扬声器)、机械和电子装置的组合等。导管193和196中的每一个还可以包括一个或多个阀199。阀199可以被驱动(即，打开和关闭)以选择性地提供和防止发动机声音增强。例如，ECM114基于各种输入和性能参数(包括但不限于，选定性能模式和/或其它用户输入、发动机速度、扭矩、车速、其它发动机声音增强特征、噪音阈值等)选择性地驱动阀。
图2A、图2B和图2C示出了统称为发动机声音增强系统200的相应示例发动机声音增强系统200-1、200-2和200-3。每个系统200与进气歧管204和/或排气歧管208的不同部分连通，所述部分继而与发动机212和涡轮增压器216流体连通。在图2A中，导管220提供从进气歧管204至车辆的外部的声音流动路径(例如，经由外部端口224)。在图2B中，导管228提供从进气歧管204至进气口232的声音流动路径(例如，至进气口232、通气管236等)。在图2C中，第一导管240提供从进气歧管204至进气口232的声音流动路径。第二导管244提供从排气歧管208至进气口232的声音流动路径和从排气歧管208至排气管248的声音流动路径。仅仅举例来说，第二导管244可以与排气歧管208的废气门通道连通。
每个系统包括布置在相应导管220、228、240和244的声音流动路径中的发动机声音增强装置252-1、252-2、252-3和252-4(统称为发动机声音增强装置252)。发动机声音增强装置252响应进气歧管204和排气歧管208中的脉冲(例如，声音/压力脉冲)。例如，装置252可以包括响应于脉冲而共振的膜和/或电子装置(例如，麦克风和扬声器)。电子装置将会使脉冲转换为信号以由扬声器输出。信号可以被放大和/或修改(例如，被过滤)以消除不希望的特性(例如，不希望的共振、频率、音调等)。
导管220、228、240和244分别可以或可以不与进气歧管204和排气歧管208流体连通。例如，隔膜、膜或其它类型的界面254可以布置在介于导管与进气歧管204或排气歧管208之间的导管的相应入口中，和/或仅仅邻近于进气歧管204或排气歧管208的表面。另外或替代地，界面254可以被提供在相应装置252内。界面254不允许排气或进气流进入导管中。相反地，界面254响应进气歧管204和排气歧管208中的脉冲。例如，界面254可以响应进气歧管204和排气歧管208内的压力、声音等的变化。界面254可以共振或振动并且将相关声音和压力变化传送至导管、装置252等中。在包括电子部件(例如，麦克风和/或扬声器)的实施例中，界面254可以包括将声音或压力变化转换为电子信号的声音换能器。
以此方式，增强的发动机声音经由端口224、进气口232(例如，经由通气管236)和/或排气管248被提供至车辆的外部而不干扰进气流或排气流。阀256-1、256-2、256-3、256-4和256-5(统称为阀256)可以被提供在相应导管220、228、240和244的声音流动路径中。如下文进一步详细描述，阀256被选择性地驱动以调制发动机声音增强。
现在参考图3，示例发动机声音增强方法300开始于304处。在308处，发动机声音增强阀(例如，阀256)被驱动为默认位置(例如，当发动机启动时，响应于接收自ECM114的控制信号)。虽然默认位置对应于本实例中的完全打开位置，但是默认位置在其它实例中也可以对应于关闭或中间(部分打开或部分关闭)位置。在312处，方法300(例如，ECM114)确定由阀处于当前位置的发动机产生的声音是否大于阈值。如果为真，那么方法300继续至316。如果为假，那么方法300继续至320。例如，阈值可以被预定或校准、基于用户输入(诸如选定的发动机性能模式)可调、基于位置(例如，如根据GPS信号确定的)可调等。由发动机产生的声音可以基于发动机参数(包括但不限于，发动机速度、扭矩、车速、选定的变速齿轮等)来计算(例如，由ECM114)。
在316处，方法300(例如，ECM114)减小阀的开口。在320处，方法300(例如，ECM114)确定阀是否关闭。如果为真，那么方法300继续至324。如果为假，那么方法300继续至328。在324处，方法300(例如，ECM114)增加阀的开口。
在328处，方法300(例如，ECM114)确定发动机声音(例如，如根据速度、扭矩等计算的)是否与车辆的其它发动机声音增强(ESE)特征一致。例如，其它ESE特征包括但不限于，位于车辆的整个排气系统中的声音质量阀，其可以被打开和关闭以调整发动机声音、由车辆的内部音频系统实施的发动机声音增强特征等。如果为真，那么方法300继续至312。如果为假，那么方法300继续至332。
在332处，方法300(例如，ECM114)基于其它ESE特征调整阀的开口。例如，如果减少其它ESE特征，那么可以减小阀的开口。如果其它ESE特征禁用(例如，选定的性能模式禁用全部ESE特征)，那么阀可以关闭。
虽然如上所述，方法300在316、324和332处减小和增加每个阀的开口，但是在其它实例中，阀可以彼此独立驱动。阀可以以预定增量或使用任何其它合适的控制方案来调整。
以上描述本质仅仅是说明性的并且决不旨在限制本公开、其应用或用途。本公开的广泛教导可通过各种形式来实施。因此，虽然本公开包括特定实例，但是本公开的真实范围不应该局限于此，因为当研究附图、说明书和权利要求书之后其它修改将变得显而易见。应当理解的是，方法内的一个或多个步骤可以不同次序(或同时)执行而不改变本公开的原理。另外，虽然每个实施例在上述被描述为具有某些特征，但是关于本公开的任何实施例描述的任何一个或多个这些特征均可在任何其它实施例的特征中和/或结合任何其它实施例的特征来实施，即便该组合没有明确描述。换言之，所描述实施例并不相互排斥，且一个或多个实施例彼此的置换仍在本公开的范围内。
元件之间(例如，模块、电路元件、半导体层等之间)的空间和功能关系使用各种术语来描述，该术语包括“连接”、“接合”、“耦合”、“邻近”、“紧靠”、“在……顶部上”、“在……上方”、“在……下方”和“设置”。除非明确描述为“直接”，否则当在上述公开中描述第一元件与第二元件之间的关系时，该关系可为其中第一元件与第二元件之间不存在其它介入元件的直接关系，但是也可为其中第一元件与第二元件之间(空间上或功能上)存在一个或多个介入元件的间接关系。如本文所使用，短语A、B和C中的至少一者应被解释为意味着使用非排它性逻辑或的逻辑(A或B或C)，且不应被解释为意味着“至少一个A、至少一个B和至少一个C”。
在包括以下定义的本申请中，术语“模块”或术语“控制器”可以用术语“电路”来代替。术语“模块”可以指代以下项或是以下项的部分或包括以下项：专用集成电路(ASIC)；数字、模拟或混合式模拟/数字离散电路；数字、模拟或混合式模拟/数字集成电路；组合逻辑电路；现场可编程门阵列(FPGA)；执行代码的处理器电路(共享、专用或成组)；存储由处理器电路执行的代码的存储器电路(共享、专用或成组)；提供所述功能性的其它合适的硬件部件；或某些或所有上述的组合，诸如在片上系统中。
模块可以包括一个或多个接口电路。在某些实例中，接口电路可以包括连接到局域网(LAN)、因特网、广域网(WAN)或其组合的有线或无线接口。本公开的任何给定模块的功能性可以分布在经由接口电路连接的多个模块中。例如，多个模块可以允许负载平衡。在进一步实例中，服务器(又称为远程或云服务器)模块可以完成代表客户端模块的一些功能性。
如上文所使用的术语代码可以包括软件、固件和/或微代码，并且可以指代程序、例程、功能、类别、数据结构和/或对象。术语共享处理器电路涵盖执行来自多个模块的一些或所有代码的单个处理器电路。术语成组处理器电路涵盖结合另外的处理器电路来执行来自一个或多个模块的一些或所有代码的处理器电路。对多个处理器电路的引用涵盖离散模具上的多个处理器电路、单个模具上的多个处理器电路、单个处理器单元的多个核心、单个处理器电路的多个线程或上述组合。术语共享存储器电路涵盖存储来自多个模块的一些或所有代码的单个存储器电路。术语成组存储器电路涵盖结合另外的存储器来存储来自一个或多个模块的一些或所有代码的存储器电路。
术语存储器电路是术语计算机可读介质的子集。如本文所使用的术语计算机可读介质并不涵盖传播通过介质的暂时性电或电磁信号(诸如在载波上)。术语计算机可读介质可以因此被视为有形且非暂时性的。非暂时性、有形计算机可读介质的非限制实例是非易失性存储器电路(诸如快闪存储器电路、可擦除可编程只读存储器电路或掩码只读存储器电路)、易失性存储器电路(诸如静态随机存取存储器电路或动态随机存取存储器电路)、磁性存储介质(诸如模拟或数字磁带或硬盘驱动)和光学存储介质(诸如CD、DVD或蓝光光盘)。
本申请中描述的设备和方法可以部分或完全由通过配置通用计算机以执行计算机程序中体现的一个或多个特定功能而创建的专用计算机来实施。上述功能块、流程图部件和其它元件用作软件规范，其可通过本领域技术人员或编程者的常规作业而转译为计算机程序。
计算机程序包括存储在至少一个非暂时性、有形计算机可读介质上的处理器可执行指令。计算机程序还可以包括或依赖于所存储的数据。计算机程序可以涵盖与专用计算机的硬件交互的基本输入/输出系统(BIOS)、与专用计算机的特定装置交互的装置驱动器、一个或多个操作系统、用户应用程序、背景服务、背景应用程序等。
计算机程序可以包括：(i)待剖析的描述性文本，诸如HTML(超文本标记语言)或XML(可扩展标记语言)、(ii)汇编代码、(iii)由编译器从源代码产生的目标代码、(iv)由解译器执行的源代码、(v)由即时编译器编译并执行的源代码，等。只作为示例，源代码可以使用来自包括以下项的语言的语法写入：C、C++、C#、Objective C、Haskell、Go、SQL、R、Lisp、Fortran、Perl、Pascal、Curl、OCaml、HTML5、Ada、ASP(活动服务器页面)、PHP、Scala、Eiffel、Smalltalk、Erlang、Ruby、Lua和
在《美国法典》第35卷第112节第f条(35U.S.C.§112(f))的含义内，权利要求书中叙述的元件均不旨在是装置加功能元件，除非元件使用短语“用于……的装置”明确叙述或在使用短语“用于……的操作”或“用于……的步骤”的方法权利要求的情况中。
Claims (8)
1.一种发动机声音增强系统，其包括：
导管，其与发动机的进气歧管和排气歧管中的至少一者连通；和
界面，其布置在以下位置中至少一者上：（i）所述导管内，以及（ii）所述导管的入口与所述进气歧管和所述排气歧管中的所述至少一者之间，其中，所述界面响应所述进气歧管和所述排气歧管中的所述至少一者内的脉冲，其中，所述界面配置为将所述脉冲传送至所述导管中；
发动机声音增强装置，其布置在所述导管内的，所述发动机声音增强装置包括：声音换能器和扬声器中的至少一者，所述声音换能器将所述脉冲转换为信号，所述扬声器基于所述信号输出发动机声音，且其中，所述发动机声音增强装置进行以下操作中的至少一者：过滤所述信号、使所述信号衰减和放大所述信号；
阀，其布置在所述导管内，所述阀被选择性地驱动以调制发动机声音增强。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述脉冲对应于声音变化和压力变化中的至少一者。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述界面布置在以下位置中的至少一者上：（i）邻近所述进气歧管和所述排气歧管中的所述至少一者的表面，以及（ii）在所述导管与所述进气歧管和所述排气歧管中的所述至少一者之间的开口中。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述界面位于所述发动机声音增强装置内。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述导管的出口与涡轮增压器的进气口、涡轮增压器的压缩机排气口、排气管以及车辆的外部中的至少一者连通。
6.一种发动机声音增强方法，其包括：
提供导管，其与发动机的进气歧管和排气歧管中的至少一者连通；
提供阀，所述阀被布置在所述导管内且被选择性地驱动以调制发动机声音增强；
将界面布置在以下位置中的至少一者上：（i）所述导管内，以及（ii）所述导管的入口与所述进气歧管和所述排气歧管中的所述至少一者之间，其中，所述界面响应所述进气歧管和所述排气歧管中的所述至少一者内的脉冲，其中，所述脉冲对应于声音变化和压力变化中的至少一者；以及
使用所述界面将所述脉冲传送至所述导管中；
其进一步包括：将发动机声音增强装置布置在所述导管内，以及使用所述发动机声音增强装置将所述脉冲转换为信号并基于所述信号输出发动机声音，所述发动机声音增强装置进行以下操作中的至少一者：过滤所述信号、使所述信号衰减和放大所述信号。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，布置所述界面包括：将所述界面布置在以下位置中的至少一者上：（i）邻近所述进气歧管和所述排气歧管中的所述至少一者的表面，以及（ii）在所述导管与所述进气歧管和所述排气歧管中的所述至少一者之间的开口中。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述界面位于所述发动机声音增强装置内。
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