DE102004044513A1

DE102004044513A1 - Vorrichtung zur Innenraum-Geräuschgestaltung an Kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE102004044513A1
Application number: DE200410044513
Authority: DE
Inventors: Jürgen SELLSCHOPP; Wolfram Halupka
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2004-09-15
Filing date: 2004-09-15
Publication date: 2006-03-30

Abstract

Eine Vorrichtung zur Innenraum-Geräuschgestaltung an Kraftfahrzeugen umfasst mindestens einen Schwingungserzeuger (2, 3) zur Anregung akustisch wahrnehmbarer, motorähnlicher Schwingungen, der im Übertragungsweg zwischen Antriebsaggregat (4) und Karosserie (5) eingekoppelt ist, und eine Steuereinrichtung (8), die in Abhängigkeit von Betriebsparametern des Antriebsaggregats (4) den mindestens einen Schwingungserzeuger (2, 3) derart ansteuert, um ein den Betriebsparametern entsprechendes Klangbild im Fahrzeuginnenraum anzuregen. Durch die Einkopplung der Schwingungserzeuger (2, 3) in den natürlichen Übertragungsweg zwischen dem Antriebsaggregat (4) und der Karosserie (5) lässt sich mithilfe von zusätzlichen Schwingungen, die einen erwünschten akustischen Geräuscheindruck anregen, ein authentisches und realistisches Klangbild des Antriebsaggregats (4) im Fahrzeuginnenraum erzeugen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Innenraum-Geräuschgestaltung an Kraftfahrzeugen.

Die Entwicklung moderner Verbrennungskraftmotoren hat zu einer deutlichen Verringerung der Ladungswechselgeräusche geführt. Hierdurch wird zum einen den Anforderungen des Umweltschutzes in bezug auf eine Absenkung der Fahrzeugaußengeräusche Rechnung getragen, zum anderen den steigenden Komfortansprüchen in bezug auf ein geringes Innengeräusch auch bei hohen Fahrgeschwindigkeiten. Bei heutigen Kraftfahrzeugen fällt daher das Klangbild des Verbrennungskraftmotors wenig lastabhängig aus. Dieses ist vielmehr verstärkt durch mechanische Geräuschanteile geprägt. Sportliche eingestellte Fahrer empfinden ein solches Klangbild jedoch wenig befriedigend und vermissen einen "kraftvollen Sound". Zudem besteht die Gefahr, dass Fahrer bei einem zu schwach ausgeprägten Motorgeräusch das Gefühl für das Beschleunigungsverhalten des Fahrzeugs und die Fahrgeschwindigkeit verlieren, da der akustische Bestandteil der auf den Fahrer einwirkenden Rückmeldungen über den Fahrbetrieb abgeschwächt ist.

Herkömmliche Möglichkeiten zur Gestaltung des Klangbildes im Fahrzeuginnenraum bestehen in Modifikationen der Ansaug- und Abgasanlage oder in der Einkopplung von Geräuschen über ein im Fahrzeug angebrachtes Lautsprechersystem. Im erstgenannten Fall führt dies gleichzeitig zu einer unervünschten Verstärkung des Außengeräusches. Werden über ein Lautsprechersystem Geräusche in den Fahrzeuginnenraum eingekoppelt, so hängt der akustische Eindruck stark von der Anzahl der Fahrzeuginsassen ab. Die mit der unterschiedlichen Besetzung verbundenen Veränderungen des Klangbildes beeinträchtigen die Akzeptanz des Systems, da dieses leicht als synthetisch empfunden werden kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zur Innenraum-Geräuschgestaltung an Kraftfahrzeugen zu schaffen, mit der bei Einhaltung eines geringen Außengeräuschs ein dem Fahrbetrieb entsprechendes, realistisches Klangbild des Verbrennungsmotors im Fahrzeuginnenraum herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst mindestens einen Schwingungserzeuger zur Anregung akustisch wahrnehmbarer, motorähnlicher Schwingungen, der im Übertragungsweg zwischen Karosserie und Antriebsaggregat eingekoppelt ist, und eine Steuereinrichtung, die in Abhängigkeit von Betriebsparametern des Antriebsaggregats den mindestens einen Schwingungserzeuger derart ansteuert, um ein den Betriebsparametern entsprechendes Klangbild im Fahrzeuginnenraum anzuregen.

Durch die Einkopplung der Schwingungserzeuger in den "natürlichen" Übertragungsweg zwischen dem Antriebsaggregat und der Karosserie lässt sich mit Hilfe von zusätzlichen Schwingungen, die einen erwünschten akustischen Geräuscheindruck anregen, ein authentisches und realistisches Klangbild des Antriebsaggregats im Fahrzeuginnenraum erzeugen, da der Ort der Erregung und damit die Herkunft der Geräusche den Erwartungen des Fahrers entspricht. Die so eingebrachten Schwingungen führen nicht wie Modifikationen der Abgasanlage zu einer Zunahme des Außengeräusches. Sie sind überdies unabhängig von der Besetzung des Fahrzeugs.

Die Frequenzzusammensetzung und Amplituden der zusätzlich eingeleiteten Schwingungen stehen vorzugsweise in direktem Zusammenhang mit Betriebsparametern des Antriebsaggregats. Durch eine entsprechende Ansteuerung der Schwingungserzeuger lässt sich nicht nur ein gewünschter Motorssound im Fahrzeuginnenraum anregen. Vielmehr ist es auch möglich, störende Anteile aus dem übertragenen Schwingungsspektrum der Anregung durch das Antriebsaggregat zu vermindern bzw. auszulöschen. Mittels einer frequenzselektiven Schwingungserzeugung und Schwingungsdämpfung kann damit das Klangbild im Innenraum von einem "kraftvollen Klang" bei entsprechender Beschleunigung bis zur Minimierung des Fahrgeräusches bei hoher Reisegeschwindigkeit aktiv geformt werden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann der Steuereinrichtung als Eingangsgröße die Motordrehzahl zugeführt werden. Die Schwingungsanregung erfolgt dann in Abhängigkeit der Motordrehzahl.

Alternativ oder ergänzend kann als Eingangsgröße weiterhin die Motorlast, die Fahrpedalstellung und/oder die jeweilige Getriebefahrstufe berücksichtigt werden.

Zudem kann gemäß einer weiteren Ausgestaltungsvariante für den Fahrer die Möglichkeit vorgesehen werden, die Schwingungserzeuger durch ein manuell eingebbares Signal zu deaktivieren. Dies ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn das Fahrzeug bzw. dessen Aggregatlagerungen auf eine Minimierung der aggregatseitigen Geräuschanregung abgestimmt sind. Der Fahrer kann dann durch Zu- oder Abschalten der Schwingungserzeuger zwischen einem Komfortbetrieb mit geringer Geräuschkulisse und einem sportlicheren Klangbild wählen.

In einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können den Schwingungserzeugern Erfassungseinrichtungen zugeordnet sein, welche die antriebsseitigen Schwingungen erfassen. Auf der Grundlage der erfassten Schwingungen lässt sich dann über die Schwingungserzeuger zumindest ein Teil des Schwingungsspektrums des Antriebsaggregats gezielt vermindern oder auslöschen.

Wie vorstehend erläutert, kann eine Beeinflussung des Innengeräusches sowohl mit dem Ziel der Pegelabsenkung als auch der Klangbildformung durch den Einsatz aktiver Elemente auf den Übertragungswegen der Aggregatslagerung vorgenommen werden. Hierbei kommt man mit einer relativ einfachen Erfassung der Betriebsparameter des Fahrzeugs aus.

Eine verbesserte Anpassung der aktiven Klangbildformung lässt sich durch ein adaptives System erzielen, das aus einer Auswertung von charakteristischen Betriebsparametern auf den Fahrstil des Fahrers schließt und die Schwingungserzeuger in Abhängigkeit des ermittelten Fahrstils ansteuert. Ein entsprechender Erkennungsalgorithmus wird vorzugsweise in der Steuereinrichtung abgespeichert.

Auf diese Weise kann z. B. bei Erkennen eines sportlichen Fahrstils über die erfindungsgemäße Vorrichtung ein akustisch deutlich wahrnehmbareres Klangbild im Fahrzeuginnenraum entfaltet werden, wohingegen bei einer ruhigen Fahrweise der Schwerpunkt der Regeltätigkeit auf der Geräuschminimierung liegt.

Als für den Fahrstil indikative Betriebsparameter können beispielsweise die folgenden Parameter ausgewertet werden: die Drehzahl und/oder die Getriebestufe und/oder die gewählte Betriebsart und/oder die Fahrpedalbetätigung im Hinblick auf den Pedalweg und/oder die Betätigungsgeschwindigkeit und/oder die Häufigkeit starker Betätigung und/oder die Häufigkeit starker Beschleunigung und/oder die Häufigkeit starker Verzögerung.

Weiterhin ist es möglich, die Fahrstile nach Klassen zu unterscheiden. Vorzugsweise ist jeder Fahrstilklasse eine Klangbildklasse zugeordnet, die durch eine charakteristische Ansteuerung der Schwingungserzeuger in bezug auf Frequenz, Amplitude und Dämpfung definiert ist.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann ein lernfähiger Erkennungsalgorithmus vorgesehen werden, mit dem sich eine gute Anpassung an den jeweiligen Fahrer erzielen lässt. Ein solcher Erkennungsalgorithmus kann beispielsweise auf den Prinzipien neuronaler Netze aufbauen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
1 eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels für eine Vorrichtung zur Innenraum-Geräuschgestaltung an Kraftfahrzeugen,
2 eine schematische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels für eine Vorrichtung zur Innenraum-Geräuschgestaltung an Kraftfahrzeugen, und in
3 eine schematische Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels mit adaptiver Klangbildformung.
Die Ausführungsbeispiele in den 1 bis 3 zeigen jeweils eine Vorrichtung 1 zur Innenraum-Geräuschgestaltung an einem Kraftfahrzeug. Diese umfasst mehrere Schwingungserzeuger 2 und 3 zur Anregung akustisch wahrnehmbarer Schwingungen, die in den Übertragungsweg zwischen einem Antriebsaggregat 4 und einer Fahrzeugkarosserie 5 eingekoppelt sind. Mit den Schwingungserzeugern 2 und 3 lassen sich insbesondere solche Schwingungen anregen, die im Fahrzeuginnenraum als authentische Motorgeräusche wahrgenommen werden. Vorzugsweise werden die Schwingungserzeuger 2 und 3 im Bereich der Aggregatlager 6 und 7 angeordnet, so dass die Herkunft der entsprechenden Geräusche vom Fahrer als natürlich empfunden und durch die Anzahl der Fahrzeuginsassen nicht beeinträchtigt wird.
Die Schwingungserzeuger 2 und 3 können dabei in unmittelbarer Nähe eines Aggregatlagers 6 angeordnet werden oder aber, wie beispielhaft anhand des weiteren Aggregatlagers 7 dargestellt, in ein solches integriert sein. Selbstverständlich kann ein Schwingungserzeuger auch unabhängig von einem Aggregatlager 6 bzw. 7 angeordnet werden.
Weiterhin ist eine Steuereinrichtung 8 vorgesehen, die in Abhängigkeit von Betriebsparametern des Antriebsaggregats 4 die Schwingungserzeuger 2 und 3 gezielt ansteuert, um ein den Betriebsparametern entsprechendes Klangbild im Fahrzeuginnenraum anzuregen.
Bei den hier dargestellten Ausführungsbeispielen werden der Steuereinrichtung 8 als Eingangsgrößen die Motordrehzahl n, die Motorlast M und die Fahrpedalstellung α zugeführt. Entsprechende Sensoren sind am Fahrzeug in der Regel vorhanden, so dass mit der Erfassung der genannten Daten kein zusätzlicher Aufwand verbunden ist.
In der Steuereinrichtung 8 werden dann in Abhängigkeit der vorstehend genannten Eingangsgrößen entsprechende Stellsignale s₁, s₂ für die Schwingungserzeuger 2 und 3 generiert und an diese übermittelt.
Die Frequenzzusammensetzung und Amplitude der zusätzlich eingeleiteten Schwingungen steht in direkten Zusammenhang mit den genannten Betriebsparametern des Antriebsaggregats 4. Damit wird erreicht, dass der durch die eingeleiteten Schwingungen erzeugte Klangeindruck zu den Erwartungen des Fahrers passt. Das Klangbild im Innenraum lässt sich von einem kraftvollen Klang bei entsprechender Beschleunigung bis zu einer Minimierung des Fahrergeräuschs bei hoher Reisegeschwindigkeit aktiv formen. Hierdurch erhält der Fahrer auf akustischem Wege eine deutlich wahrnehmbare Rückmeldung über den aktuellen Betriebszustand des Fahrzeugs, die es ihm erlaubt, die Beschleunigungs- und Geschwindigkeitssituation gut einzuschätzen.
In manchen Situationen kann es soll trotz ruhiger Fahrweise zu einer verhältnismäßig hohen Motorlast kommen, wie beispielsweise beim Fahren am Berg oder im Anhängerbetrieb. Ein hoher Klangpegel ist in solchen Situationen eher störend. Dem kann beispielsweise durch eine manuelle Deaktivierung der Schwingungserzeuger 2 und 3 über einen Schalter entgegengewirkt werden. Denkbar wäre weiterhin, in der Steuereinrichtung 8 geeignete Algorithmen zu implementieren, welche durch Beobachtung der Betriebsparameter eine entsprechende Situation erkennen und dann automatisch ein Rücknahme des Klangpegels veranlassen.
2 zeigt eine Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels, bei dem den Schwingungserzeugern 2 und 3 zusätzlich Erfassungseinrichtungen 9 bzw. 10 zugeordnet sind, welche die antriebsseitigen Schwingungen erfassen. Anhand der erfassten Schwingungen lässt sich über die Schwingungserzeuger 2 bzw. 3 zumindest ein Teil des Schwingungsspektrums des Antriebsaggregats 4 vermindern oder auslöschen. Die Schwingungserzeuger 2 und 3 werden in diesem Fall nicht nur zur Anregung von Schwingungen, die den gewünschten Geräuscheindruck anregen, eingesetzt, sondern zusätzlich auch dazu, die Übertragung störender Anteile aus dem Schwingungsspektrum der Anregung durch das Antriebsaggregat 4 zu unterdrücken bzw. zu kompensieren. Entsprechende Signale p_i der Erfassungseinrichtungen 9 bzw. 10 werden bei der Generierung der Stellsignale s_i für die Schwingungserzeuger 2 und 3 berücksichtigt. Hierdurch ist eine frequenzselektive Schwingungserzeugung und Schwingungsdämpfung möglich.
Das dritte Ausführungsbeispiel in 3 ist gegenüber dem Ausführungsbeispiel von 2 durch eine adaptive Beeinflussung der Klangbilderzeugung im Fahrzeuginnenraum erweitert. Das adaptive System wertet charakteristische Betriebsparameter wie beispielsweise die Motordrehzahl n, die Getriebestufe, die gewählte Betriebsart (Normal/Sport) und/oder die Fahrpedalbetätigung α im Hinblick auf den Pedalweg, die Betätigungsgeschwindigkeit, die Häufigkeit starker Betätigung, die Häufigkeit starker Beschleunigung, die Häufigkeit starker Verzögerung, etc. über einen längeren Zeitraum aus. Hieraus wird dann auf den aktuell vom Fahrer gepflegten Fahrstil geschlossen. Bei erkannter sportlicher Fahrweise wird über die aktive Lagerung vermehrt sportlicher Klang generiert. Bei ruhiger Fahrweise liegt der Schwerpunkt der Regeltätigkeit hingegen auf der Geräuschminderung.
Entsprechende Einrichtungen werden, wie in 3 beispielhaft gezeigt, in die Steuereinrichtung 8 implementiert. Diese umfasst hier zunächst eine Auswerteeinheit 11, in der mittels eines Erkennungsalgorithmus aus den fortlaufend erfassten Betriebsparametern auf einen fahrerseitigen Fahrstil F geschlossen wird. Dem erfassten Fahrstil F kann in einem weiteren Schritt 12 eine vorgegebene Klangbildklasse K zugeordnet werden, die durch eine charakteristische Ansteuerung der Schwingungserzeuger in bezug auf Frequenz, Amplitude und Dämpfung definiert ist. In einer Ansteuereinheit 13 werden dann der Klangbildklasse entsprechend mit Hilfe der aktuellen Betriebsparameter, hier beispielhaft der Drehzahl n, der Motorlast M und der Fahrpedalstellung α, die Stellsignale s₁, s₂ für die Schwingungserzeuger 2 und 3 zur Formung des fahrsituationsabhängigen zugehörigen Klangbilds erzeugt. Dabei können auch lernfähige Erkennungsalgorithmen zum Einsatz kommen.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele erläutert. Sie ist jedoch nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen.

1: Vorrichtung zur Innenraum-Geräuschgestaltung
2: Schwingungserzeuger
3: Schwingungserzeuger
4: Antriebsaggregat
5: Karosserie
6: Aggregatlager
7: Aggregatlager
8: Steuereinrichtung
9: Schwingungserfassungseinrichtung
10: Schwingungserfassungseinrichtung
11: Auswerteeinheit
12: Klassifizierungszuordnung
13: Ansteuereinheit
n: Motordrehzahl
p: Schwingungssignal
s: Stellsignal
F: Fahrstilklasse
K: Klangbildklasse
M: Motorlast
α: Fahrpedalstellung

Claims

Vorrichtung zur Innenraum-Geräuschgestaltung an Kraftfahrzeugen, umfassend: mindestens einen Schwingungserzeuger (2, 3) zur Anregung akustisch wahrnehmbarer, motorähnlicher Schwingungen, der in dem Übertragungsweg zwischen Antriebsaggregat (4) und Karosserie (5) eingekoppelt ist, und eine Steuereinrichtung (8), die in Abhängigkeit von Betriebsparametern des Antriebsaggregats (4) den mindestens einen Schwingungserzeuger (2, 3) derart ansteuert, um ein den Betriebsparametern entsprechendes Klangbild im Fahrzeuginnenraum anzuregen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuereinrichtung (8) als Eingangsgröße die Motordrehzahl (n) zugeführt wird und die Schwingungsanregung in Abhängigkeit der Motordrehzahl (n) erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuereinrichtung (8) als Eingangsgröße die Motorlast (M) zugeführt wird und die Schwingungsanregung in Abhängigkeit der Motorlast (M) erfolgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuereinrichtung (8) als Eingangsgröße die Getriebefahrstufe zugeführt wird und die Schwingungsanregung in Abhängigkeit der Getriebefahrstufe erfolgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungserzeuger (2) an Aggregatlagern (6) zwischen Antriebsaggregat (4) und Karosserie (4) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungserzeuger (3) in Aggregatlager (6) zwischen Antriebsaggregat (4) und Karosserie (4) integriert sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungserzeuger (2, 3) durch ein manuell eingebbares Signal deaktivierbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass den Schwingungserzeugern (2, 3) Erfassungseinrichtungen (9, 10) zugeordnet sind, welche die antriebsseitigen Schwingungen erfassen, und dass über die Schwingungserzeuger (2, 3) mindestens ein Teil des Schwingungsspektrums des Antriebsaggregats (4) verminderbar oder auslöschbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungserzeuger (2, 3) Piezoelemente enthalten.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuereinrichtung (8) ein Erkennungsalgorithmus vorgesehen ist, der aus Betriebsparametern auf einen fahrerseitigen Fahrstil schließt, und dass die Schwingungserzeuger (2, 3) in Abhängigkeit des ermittelten Fahrstils angesteuert werden.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Betriebsparametern ausgewertet werden: die Drehzahl und/oder die Getriebestufe und/oder die gewählte Betriebsart und/oder die Fahrpedalbetätigung im Hinblick auf den Pedalweg und/oder die Betätigungsgeschwindigkeit und/oder die Häufigkeit starker Betätigung und/oder die Häufigkeit starker Beschleunigung und/oder die Häufigkeit starker Verzögerung.
Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrstile nach Klassen unterschieden werden, wobei jeder Fahrstilklasse eine Klangbildklasse (K) zugeordnet ist, die durch eine charakteristische Ansteuerung der Schwingungserzeuger in bezug auf Frequenz, Amplitude und Dämpfung definiert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein lernfähiger Erkennungsalgorithmus vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Erkennungsalgorithmus nach dem Prinzip eines neuronalen Netzes arbeitet.