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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Optimierung des Geräuschempfindens
in der Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeuges, welches mittels eines Hybrid-Antriebs
angetrieben wird, der einen Betrieb in zwei unterschiedlichen Betriebsmodi
ermöglicht.
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Aufgrund
der begrenzten Ressourcen an fossilen Energieträgern, insbesondere
aufgrund der begrenzten Vorkommen an Mineralöl als Rohstoff
für die Gewinnung von Kraftstoffen für den Betrieb
von Verbrennungskraftmaschinen, ist man bei der Entwicklung von
Fahrzeugantrieben ständig bemüht, den Kraftstoffverbrauch
zu minimieren. Zudem wird eine Reduzierung der Schadstoffemissionen
angestrebt, um zukünftige Grenzwerte für Schadstoffemissionen
einzuhalten.
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Aus
den genanten Gründen werden zunehmend alternative Antriebskonzepte
entwickelt, beispielsweise Brennstoffzellen- oder Elektroantriebe, aber
auch Konzepte, bei denen alternative Treibstoffe, insbesondere Erdgas
oder Wasserstoff, eingesetzt werden. Diese Antriebskonzepte werden
häufig in Kombination miteinander oder in Kombination mit einer
Brennkraftmaschine d. h. einem Verbrennungsmotor eingesetzt. Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung werden diese Antriebskonzepte
bzw. Antriebe als Hybrid-Antriebe bezeichnet.
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Bei
Brennkraftmaschinen steht die Entwicklung verbrauchsoptimierter
Brennverfahren im Vordergrund der Bemühungen, wobei im
Rahmen der vorliegenden Erfindung sowohl Dieselmotoren, Ottomotoren
als auch Hybrid-Brennkraftmaschinen als Brennkraftmaschinen bezeichnet
werden. Brennkraftmaschinen, die beispielsweise in unterschiedlichen
Betriebspunkten der Brennkraftmaschine unterschiedliche Brennverfahren
einsetzten, werden als Hybrid-Brennkraftmaschinen und im Rahmen
der vorliegenden Erfindung auch als Hybrid-Antriebe bezeichnet.
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Problematisch
ist der Kraftstoffverbrauch insbesondere aufgrund des schlechteren
Wirkungsgrades bei Ottomotoren. Der Grund hierfür liegt
im prinzipiellen Arbeitsverfahren des traditionellen Ottomotors.
Das herkömmliche dieselmotorische Verfahren leidet insbesondere – aufgrund
der prozeßbedingten hohen Temperaturen – an hohen Stickoxidemissionen
(NOx) und – aufgrund des inhomogenen Brennstoff-Luftgemisches – an
hohen Rußemissionen.
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Aus
den bereits oben genannten Gründen – insbesondere
aufgrund der immer strengeren Gesetzgebung bezüglich der
Schadstoffemissionen von Kraftfahrzeugen – werden zunehmend
neue Brennverfahren entwickelt und untersucht. Häufig sind
dies Hybrid-Brennverfahren, die versuchen, die Vorteile des dieselmotorischen
Verfahrens mit den Vorteilen des ottomotorischen Verfahrens zu verbinden.
Dabei konzentrieren sich die Entwicklungsarbeiten in erster Linie
auf die wesentlichen Merkmale der beiden Verfahren.
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Das
ottomotorische Verfahren ist dabei gekennzeichnet durch eine Gemischverdichtung,
ein homogenes Gemisch, eine Fremdzündung, sowie die Quantitätsregelung,
wohingegen das dieselmotorische Verfahren charakterisiert ist durch
eine Luftverdichtung, ein inhomogenes Gemisch, eine Selbstzündung
und die Qualitätsregelung.
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Ein
Beispiel für ein Hybrid-Brennverfahren ist das HCCI-Verfahren.
Das direkteinspritzende ottomotorische Brennverfahren kann auch
als Hybrid-Brennverfahren angesehen werden, da die Direkteinspritzung
von Kraftstoff ursprünglich nur bei Dieselmotoren vorgenommen
wurde.
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Das
HCCI-Verfahren, dessen Namen von der englischen Bezeichnung "homogenous-charge compression-ignition"
herrührt, ist – wie ausgeführt – ein
Hybrid-Brennverfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine. Dieses
Verfahren, das auch als CAI-Verfahren (Controlled Auto-Ignition)
bezeichnet wird, basiert auf einer kontrollierten Selbstzündung des
dem Zylinder zugeführten Kraftstoffes. Dabei wird der Kraftstoff – wie
bei einem direkteinspritzenden Dieselmotor – unter Luftüberschuß,
also überstöchiometrisch, verbrannt. Der im mageren
Bereich betriebene Ottomotor weist aufgrund der niedrigen Verbrennungstemperaturen
vergleichsweise geringe Stickoxidemissionen (NOx)
auf und ebenfalls infolge des mageren Gemisches keine Rußemissionen.
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Darüber
hinaus führt das HCCI-Verfahren zu einem hohen thermischen
Wirkungsgrad. Der Kraftstoff kann dabei sowohl direkt in die Zylinder
als auch in das Ansaugrohr eingebracht werden, wobei eine Direkteinspritzung
zusätzlich eine Entdrosselung der Brennkraftmaschine durch
Eliminierung der Drosselklappe und Vorsehen eines variablen Ventiltriebs
gestattet.
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Aufgrund
der niedrigeren Verbrennungstemperaturen und der damit verbundenen
geringeren Temperaturdifferenzen in der Brennkraftmaschine sind
die Wärmeverluste geringer als bei herkömmlich betriebenen
Brennkraftmaschinen.
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Das
HCCI-Verfahren und eine Brennkraftmaschine, die dieses Verfahren
zur Verbrennung des Kraftstoffes verwendet, werden in der
US 6,390,054 B1 beschrieben.
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Der
wesentliche Nachteil des HCCI-Verfahrens besteht darin, daß dieses
Verfahren nicht in sämtlichen Betriebspunkten einer Brennkraftmaschine
eingesetzt werden kann, so daß sich die – oben bereits
beschriebenen – Vorteile nur in einem kleinen Bereich des
Motorkennfeldes (Last über Drehzahl) nutzen lassen. Dies
ist auch der Grund dafür, daß nach dem Stand der
Technik eine Brennkraftmaschine nicht ausschließlich nach
dem HCCI-Verfahren betrieben werden kann, sondern grundsätzlich
ein Hybrid-Antrieb erforderlich ist, um die Brennkraftmaschine in
den Betriebspunkten, in denen das HCCI-Verfahren versagt, trotzdem
betrieben zu können.
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Bei
Ottomotoren besteht eine Möglichkeit, dennoch die Vorteile
des HCCI-Verfahrens nutzen zu können, darin, die Brennkraftmaschine
in den Betriebspunkten, in denen ein HCCI-Betrieb nicht möglich
ist, im SI-Modus (spark ignition) zu betreiben, in dem das Kraftstoff-Luft-Gemisch – wie
bei einem traditionellen Ottomotor – fremdgezündet
wird. Hierzu ist eine Überführung der Hybrid-Brennkraftmaschine vom
HCCI-Modus in den SI-Modus und umgekehrt erforderlich.
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Während
die Hybrid-Brennkraftmaschine im SI-Modus ein für fremdgezündete
Ottomotoren typisches Geräusch emittiert, ist das Geräusch,
welches die Hybrid-Brennkraftmaschine im HCCI-Modus emittiert, vergleichbar
bzw. ähnlich mit dem Geräusch eines traditionellen
Dieselmotors, der durch die Selbstzündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches
gekennzeichnet ist. Begründet ist dies zum einen dadurch,
daß im HCCI-Modus – wie beim traditionellen dieselmotorischen
Verfahren – infolge der Selbstzündung hohe Spitzendrücke
und hohe Druckgradienten d. h. steile Druckanstiege zu beobachten
sind.
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Die
in den Brennräumen ablaufenden Verbrennungen regen die
Brennkraftmaschine zu Schwingungen an, die sowohl zu Geräuschen
durch Körperschallabstrahlung als auch zu Geräuschen durch
Körperschalleinleitung in die Karosserie und andere Bauteile
führen.
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Wird
beim Übergang zum HCCI-Modus beispielsweise eine interne.
Abgasrückführung eingesetzt, die durch eine Variation
der Steuerzeiten und/oder des Hubs der Steuerorgane – beispielsweise
mittels Nockenwellenverstellung – realisiert werden kann,
werden zusätzliche Geräusche durch die Überführung
selbst generiert d. h. durch die Maßnahmen, welche zur Überführung
erforderlich und vorzunehmen sind. Die Modifizierung der Steuerzeiten
mittels Nockenwellenversteller ist dabei kritischer zu betrachten
als eine Modifizierung der Steuerzeiten, die unter Verwendung eines
variablen Ventiltriebs realisiert wird, da hierbei die Geräuschemission
bei Veränderung der Steuerzeiten spürbar größer
ist, wobei sich das wahrgenommene Geräusch infolge des
nur zweistufig schaltbaren Nockenwellenverstellers sprunghaft verändert;
häufig innerhalb von nur einem Arbeitsspiel.
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Grundsätzlich
wird versucht, das von der Brennkraftmaschine emittierte Geräusch
zu mindern, da sich Geräuschemissionen nicht nur auf die
Lebensqualität bzw. das Wohlbefinden, sondern insbesondere
auch auf die Gesundheit der dem Geräusch ausgesetzten Menschen
nachteilig auswirken, weshalb auch eine Vielzahl von Vorschriften
erlassen worden ist, in denen die einzuhaltenden Geräuschgrenzwerte
festgelegt wurden. Die wichtigsten Vorschriften sind dabei das Bundesimmissionsschutzgesetz
(BImSchG) und die Richtlinien der Europäischen Kommission.
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Vorliegend
d. h. beim Überführen einer Brennkraftmaschine
von einem ersten in einen zweiten Betriebsmodus, ist man bemüht,
die Überführung geräuschmäßig
in der Weise zu optimieren, daß die Überführung
in der Fahrgastzelle nicht mehr oder weniger stark bzw. als weniger
unangenehm wahrgenommen wird. Ein Geräuschminderung durch
Isolierung bzw. Kapselung der Brennkraftmaschine kann dabei zielführend
sein. Dies ist aber eine sehr komplexe und daher auch entsprechend
kostenintensive Maßnahme, wobei das unterschiedliche Geräusch der
unterschiedlichen Betriebsmodi weiterhin wahrgenommen wird, wenn
auch weniger stark.
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Neben
einer Geräuschminderung kann versucht werden, das von der
Brermkraftmaschine verursachte Geräusch gezielt zu beeinflussen
und zu modellieren. In diesem Zusammenhang wird auch von Geräuschdesign
bzw. Sounddesign gesprochen.
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Motiviert
werden diese Entwicklungsarbeiten durch die Erkenntnis, daß die
Kaufentscheidung eines potentiellen Kunden beim Erwerb eines Fahrzeuges
bzw. die Akzeptanz von Hybrid-Antrieben nicht unwesentlich vom Geräusch
des Fahrzeugs bzw. des Hybrid-Antriebs mitbeeinflußt wird,
insbesondere beim Oberführen des Hybrid-Antriebs von einem
Betriebsmodus in einen anderen Betriebsmodus.
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So
könnte die hinsichtlich des Geräusches vom Fahrer
als unangenehm empfundene Überführung einer Hybrid-Brennkraftmaschine
dazu führen, daß eine Überführung
weniger häufig vorgenommen wird oder aber die Brennverfahren
selbst hinsichtlich ihrer Geräuschemission optimiert werden
und dies mit Nachteilen bezüglich des Emissionsverhaltens und
des Kraftstoffverbrauchs des Antriebs. Dadurch würden aber
die mittels Hybrid-Antrieb realisierten Vorteile zumindest teilweise
wieder eingebüßt.
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An
dieser Stelle sei angemerkt, daß die Problematik, die am
Bespiel einer Brennkraftmaschine aufgezeigt wurde, welche einen
Betrieb sowohl im HCCI-Modus als auch im SI-Modus ermöglicht,
in analoger Weise auch Gültigkeit hat für andere
Hybrid-Antriebskonzepte bzw. Hybrid-Antriebe.
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Vor
diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches
1 d. h. der gattungsbildenden Art aufzuzeigen, mit dem das Geräuschempfinden
in der Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeuges verbessert wird.
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Gelöst
wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Optimierung des Geräuschempfindens
in der Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeuges, welches mittels eines
Hybrid-Antriebs angetrieben wird, der einen Betrieb in zwei unterschiedlichen
Betriebsmodi ermöglicht, das dadurch gekennzeichnet ist,
daß ausgehend von einem Betrieb des Hybrid-Antriebs in
einem ersten lauteren Betriebsmodus mittels eines im Kraftfahrzeug
integrierten Audio-Systems ein Geräusch generiert und eingeblendet
wird, wenn das Erfordernis erkannt wird, den Hybrid-Antrieb vom
ersten Betriebsmodus in einen zweiten leiseren Betriebsmodus zu überführen,
wobei mit dem Geräusch der erste lautere Betriebsmodus
simuliert wird.
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Gemäß dem
erfindungsgemäßen Verfabren wird beim Überführen
des Hybrid-Antriebs in den zweiten leiseren Betriebsmodus ein zusätzliches
Geräusch generiert. Hierzu wird ein im Kraftfahrzeug integriertes
Audio-System verwendet.
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Dabei
simuliert dieses Geräusch den ersten lauteren Betriebsmodus,
wobei durch einen entsprechend lang andauernden Einblendvorgang
eine sprunghafte Änderung im Geräusch und damit
im Geräuschempfinden vermieden wird. Als Einblendvorgang
wird dabei die kontinuierliche Erhöhung der Lautstärke
des Geräusches bezeichnet.
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Weist
der Einblendvorgang eine ausreichende Länge auf, kann im
Grenzfall erreicht werden, daß ein in der Fahrgastzelle
befindlicher Mensch die Änderung im Geräusch d.
h. die Einblendung des zusätzlichen Geräusches
subjektiv nicht wahrnimmt. Wird der Hybrid-Antrieb dann in den zweiten
leiseren Betriebsmodus überführt, nimmt der Fahrer
bzw. Beifahrer nicht das Geräusch dieses zweiten Betriebsmodus,
sondern das eingeblendete mittels Audio-System generierte Geräusch,
welches den ersten lauteren Betriebsmodus simuliert, wahr. Folglich
entfällt die aus dem Stand der Technik bekannte abrupte Änderung
im Geräusch und damit im Geräuschempfinden. Dies
stellt eine deutliche Verbesserung des Geräuschempfindens
gegenüber der aus dem Stand der Technik bekannten sprunghaften
Geräuschveränderung dar.
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Dadurch
wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst,
nämlich ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1 aufzuzeigen, mit dem das Geräuschempfinden
in der Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeuges verbessert wird.
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Weitere
Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens werden
im Zusammenhang mit den Ausführungsformen gemäß den
Unteransprüchen erörtert.
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Vorteilhaft
sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die Überführung
in den zweiten Betriebsmodus erst dann vorgenommen bzw. eingeleitet
wird, wenn der Einblendvorgang des Geräusches abgeschlossen
ist.
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Der
Einblendvorgang bzw. die hierfür erforderliche und bereitzustellende
Zeitspanne führen nicht zu einer zeitlichen Verzögerung
beim Überführen, insbesondere nicht zu einer Verschlechterung des
Betriebsverhaltens des Hybrid-Antriebs bzw. dem Wegfall der mittels
Hybrid-Antrieb erzielten Voreile.
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Denn
zwischen dem Zeitpunkt, zu dem das Erfordernis erkannt wird, den
Hybrid-Antrieb von einem ersten Betriebsmodus in einen zweiten,
leiseren Betriebsmodus zu überführen und dem Zeitpunkt,
zu dem die Überführung tatsächlich vorgenommen
wird, sind zum Zweck der Überführung verschiedene
Maßnahmen durchzuführen, so daß für
den Einblendvorgang eine zeitliche Verzögerung genutzt
werden kann, die dem Überführungsvorgang von Hause
aus immanent ist.
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So
kann es hilfreich sein, den Hybrid-Antrieb in Vorbereitung auf die Überführung
unter Beibehaltung des momentanen Betriebsmodus in einen vorgebbaren
Betriebspunkt zu überführen, der dadurch gekennzeichnet
ist, daß er sich für die Überführung besonderes
eignet.
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Vorteilhaft
sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen das mittels
Audio-System generierte Geräusch ausgeblendet wird, wenn
die Überführung in den zweiten Betriebsmodus abgeschlossen
ist d. h. der Hybrid-Antrieb im zweiten leiseren Betriebsmodus betrieben
wird.
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Ist
der Ausblendvorgang beendet, nimmt der in der Fahrgastzelle befindliche
Fahrer bzw. Beifahrer nicht mehr das vom Audio-System generierte
Geräusch, sondern das tatsächlich vom Hybrid-Antrieb im
zweiten Betriebsmodus emittierte Geräusch und damit das
leisere Geräusch wahr. Der Ausblendvorgang führt
folglich zu einer Geräuschminderung in der Fahrgastzelle,
was grundsätzlich als vorteilhaft anzusehen ist.
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Bei
der in Rede stehenden Ausführungsform wird das zusätzliche
Geräusch nur im Rahmen des Überführens
des Hybrid-Antriebs in den zweiten Betriebsmodus generiert und hörbar
gemacht. Arbeitet der Hybrid-Antrieb hingegen im zweiten Betriebsmodus,
ist ein zusätzliches Geräusch zur Beeinflussung des
Geräuschempfindens in der Fahrgastzelle nicht unbedingt
erforderlich. Das Audio-System kann dann grundsätzlich
deaktiviert werden oder aber für andere Zwecke genutzt
werden.
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Vorteilhaft
sind dabei Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen
ausgehend von einem Betrieb des Hybrid-Antriebs im zweiten leiseren
Betriebsmodus mittels des Audio-Systems ein Geräusch generiert
und eingeblendet wird, wenn das Erfordernis erkannt wird, den Hybrid-Antrieb
vom zweiten leiseren Betriebsmodus in den ersten lauteren Betriebsmodus
zu überführen, wobei mit dem Geräusch
der erste lautere Betriebsmodus simuliert wird.
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Vorteilhaft
sind dabei Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen
die Überführung in den ersten Betriebsmodus erst
dann vorgenommen wird, wenn der Einblendvorgang des Geräusches
abgeschlossen ist. Vorteilhaft ist dies insbesondere deshalb, weil
das generierte eingeblendete Geräusch prinzipbedingt erst
am Ende des Einblendvorganges seine Solllautstärke d. h.
die für den vorliegenden Zweck erforderliche Lautstärke
aufweist. Das generierte Geräusch, welches den lauteren
Betriebsmodus simuliert, sollte im leiseren Betriebsmodus kontinuierlich
ansteigend hörbar gemacht werden, bevor der Fahrer bzw.
Beifahrer dann infolge Überführung bzw. Moduswechsel
das tatsächlich vom Hybrid-Antrieb im ersten lauteren Betriebsmodus
emittierte Geräusch wahrnimmt. Andernfalls stellt sich
ein mehr oder weniger starker Unterschied im Geräuschempfinden
ein.
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Bezüglich
der beiden zuletzt genannten Ausführungsformen wird auch
Bezug genommen auf die weiter oben gemachten Ausführungen
bezüglich der Überführung des Hybrid-Antriebs
vom ersten Betriebsmodus in den zweiten leiseren Betriebsmodus.
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Gemäß den
in Rede stehenden Ausführungsformen wird auch dann ein
Geräusch generiert und eingeblendet, falls der Hybrid-Antrieb
ausgehend vom einem Betrieb im zweiten leiseren Betriebsmodus in
den ersten lauteren Betriebsmodus überführt wird
bzw. zu überführen ist.
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Zu
beachten ist dabei, daß auch hierbei mit dem Geräusch
der erste lautere Betriebsmodus simuliert wird. Erfindungsgemäß findet
grundsätzlich eine Simulation des Geräusches desjenigen
Betriebsmodus des Hybrid-Antriebs statt, der am lautesten ist.
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Vorteilhaft
sind dabei wieder Ausführungsformen des Verfahrens, bei
denen das mittels Audio-System generierte Geräusch ausgeblendet
wird, wenn die Überführung in den ersten Betriebsmodus abgeschlossen
ist d. h. der Hybrid-Antrieb im ersten lauteren Betriebsmodus betrieben
wird. Ist der Ausblendvorgang beendet, nimmt der in der Fahrgastzelle
befindliche Fahrer bzw. Beifahrer nicht mehr das vom Audio-System
generierte Geräusch, sondern das tatsächlich vom
Hybrid-Antrieb im ersten Betriebsmodus emittierte Geräusch
und damit das lautere Geräusch wahr. Ein zusätzliches
mittels Audio-System generiertes Geräusch ist nicht mehr
erforderlich.
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Wieder
wird das zusätzliche – mittels Audio-System generierte – Geräusch
nur im Rahmen des Überführens des Hybrid-Antriebs
in einen anderen Betriebsmodus generiert und hörbar gemacht und
nach Beendigung des Überführvorganges ausgeblendet.
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Vorteilhaft
sind aber auch Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen
das mittels Audio-System generierte Geräusch aufrechterhalten wird,
wenn die Überführung in den zweiten Betriebsmodus
abgeschlossen ist und der Hybrid-Antrieb im zweiten leiseren Betriebsmodus
betrieben wird.
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Wird
der Hybrid-Antrieb im weiteren Verlauf des Betriebs dann wieder
in den ersten Betriebsmodus überführt, entfällt
prinzipbedingt das Erfordernis, das mittels Audio-System generierte
Geräusch in Vorbereitung auf diese Überführung
einblenden zu müssen, weil es im zweiten Betriebsmodus
nicht ausgeblendet wurde.
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Vorteilhaft
sind dabei Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen
ausgehend von einem Betrieb des Hybrid-Antriebs im zweiten leiseren
Betriebsmodus der Hybrid-Antrieb auf Anforderung in den ersten lauteren
Betriebsmodus überführt wird, wobei das mittels
Audio-System generierte Geräusch ausgeblendet wird, wenn
die Überführung in den ersten Betriebsmodus abgeschlossen
ist d. h. der Hybrid-Antrieb im ersten Betriebsmodus betrieben wird.
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Diese
Vorgehensweise hat die bereits weiter oben erwähnten Vorteile,
daß nämlich der in der Fahrgastzelle befindliche
Fahrer bzw. Beifahrer nach Beendigung des Ausblendvorgangs nicht
mehr das vom Audio-System generierte Geräusch, sondern das
tatsächlich vom Hybrid-Antrieb im ersten Betriebsmodus
emittierte Geräusch und damit das lautere Geräusch
wahrnimmt, weshalb die Aufrechterhaltung ein zusätzlichen
mittels Audio-System generierten Geräusches nicht mehr
erforderlich ist bzw. nicht mehr sinnvoll erscheint.
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Vorteilhaft
sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen als Hybrid-Antrieb
eine Hybrid-Brennkraftmaschine verwendet wird, die einen Betrieb
in zwei unterschiedlichen Betriebsmodi ermöglicht. Derartige
Hybrid-Antriebe zeichnen sich dadurch aus, daß neben der
Brennkraftmaschine kein zusätzliches Aggregat vorgesehen
werden muß, sondern der Hybrid-Antrieb dadurch realisiert
wird, daß ein einzelnes Aggregat – nämlich
eine Brennkraftmaschine – mit unterschiedlichen Brennverfahren
betrieben wird. Diese Variante ist kostengünstig und weist
einen vergleichsweise geringen Raumbedarf auf, was ein möglichst
dichtes Packaging im Motorraum gestattet.
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Vorteilhaft
sind dabei Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen
die Hybrid-Brennkraftmaschine einen Betrieb sowohl im HCCI-Modus
(homogenous-charge compression-ignition) als auch im SI-Modus (spark
ignition) gestattet, wobei der HCCI-Modus den ersten Betriebsmodus
und der SI-Modus den zweiten Betriebsmodus darstellt.
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Eine
Brennkraftmaschine der genannten Art wurde weiter oben ausführlich
erörtert. Bezüglich der Vorteile wird daher auf
die gemachten Ausführungen Bezug genommen.
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Vorteilhaft
sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen ein Sensor
verwendet wird, mit dem das Frequenzspektrum der durch die Verbrennung
erzwungenen Schwingung detektiert wird, wobei das Geräusch
in Abhängigkeit vom detektierten Frequenzspektrums, der
Last und der Drehzahl der Brennkraftmaschine generiert wird.
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Das
Verbrennungsgeräusch bzw. die Charakteristik der durch
die Verbrennung erzwungenen Schwingungen ist abhängig vom
momentanen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine d. h. von der Drehzahl
und der Last. Die Schwingung läßt sich mittels
Fourier-Analyse in ihre Harmonischen verschiedener Ordnung zerlegen,
was zu einem Frequenzspektrum mit einer Vielzahl von Frequenzbänden führt.
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Jeder
Frequenz bzw. jedem Frequenzband läßt sich dann – mittels
Drehzahl und Last als zusätzliche Eingangsgrößen – eine Übertragungsfunktion zuordnen.
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Gemäß der
in Rede stehenden Ausführungsform werden somit für
verschiedene Betriebspunkte der Brennkraftmaschine unterschiedliche,
dem jeweiligen Betriebspunkt angepaßte Geräusche
generiert.
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Vorteilhaft
sind dabei Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen
ein Drucksensor als Sensor verwendet wird. Drucksensoren werden
nach dem Stand der Technik bereits häufig zur Steuerung einer
Brennkraftmaschine eingesetzt, beispielsweise zur Laststeuerung
mittels Feedback-Steuerung, so daß kein zusätzlicher
Sensor an der Brennkraftmaschine vorzusehen ist.
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Damit
ist diese Verfahrensvariante kostenneutral, wobei der Sensor nicht
nur Informationen über das Frequenzspektrum liefert, sondern
auch Informationen über den Zylinderdruck und damit über die
momentane Last der Brennkraftmaschine.
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Vorteilhaft
sind auch Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen ein
Klopfsensor oder ein Ionenstrom-Sensor als Sensor verwendet wird.
Ein Klopfsensor wird nach dem Stand der Technik häufig bei
Ottomotoren eingesetzt um – unerwünschte – Selbstzündungen
des Kraftstoff-Luft-Gemisches zu detektieren. Dieser Sensor kann
im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens genutzt
werden, um notwendige Informationen zur Generierung des Geräusches
zu liefern. Im Gegensatz zum Drucksensor lassen sich aber keine
Rückschlüsse ziehen auf die momentane Last der
Brennkraftmaschine, die daher auf andere Weise zu ermitteln ist.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand von zwei Ausführungsbeispielen
gemäß den
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1 bis 3 näher
beschrieben. Hierbei zeigt:
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1 eine
erste Ausführungsform des Verfahrens in Gestalt eines Flußdiagramms,
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2 eine
zweite Ausführungsform des Verfahrens in Gestalt eines
Flußdiagramms, und
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3 eine
Variante zur Generierung des Geräusches in Gestalt eines
Flußdiagramms.
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1 zeigt
eine erste Ausführungsform des Verfahrens in Gestalt eines
Flußdiagramms, bei dem als Hybrid-Antrieb eine Hybrid-Brennkraftmaschine, die
einen Betrieb sowohl im HCCI-Modus als auch im SI-Modus gestattet,
verwendet wird. Dabei bildet der HCCI-Modus den ersten lauteren
Betriebsmodus, wohingegen der SI-Modus den zweiten leiseren Betriebsmodus
darstellt, was durch die Selbstzündung im HCCI-Modus begründet
ist.
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Ausgehend
von einem Betrieb der Hybrid-Brennkraftmaschine im HCCI-Modus – dem
ersten lauteren Betriebsmodus – wird mit einem Audio-System
ein Geräusch generiert und eingeblendet d. h. das Audio-System
aktiviert, falls die Anforderung vorliegt, vom HCCI-Modus in den
SI-Modus – dem zweiten leiseren Betriebsmodus – zu
wechseln d. h. die Brennkraftmaschine in einen anderen Betriebsmodus
zu überführen. Das Geräusch simuliert den
lauteren HCCI-Modus (Block 1 zu Block 2).
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Die Überführung
in den SI-Modus wird erst vorgenommen bzw. eingeleitet, wenn der
Einblendvorgang des Geräusches abgeschlossen ist. Gleichzeitig
d. h. parallel zum Einblendvorgang werden zur Vorbereitung der Überführung
verschiedene Maßnahmen durchgeführt.
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Vorliegend
wird im Rahmen der Überführung der Brennkraftmaschine
in den SI-Modus die Nockenwelle zur Veränderung der Steuerzeiten
verdreht (Block 2 zu Block 3).
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Das
mittels Audio-System generierte Geräusch wird ausgeblendet,
sobald ein stabiler Betrieb im SI-Modus erreicht ist (Block 3 zu
Block 4). Der Fahrer nimmt dann nicht mehr das vom Audio-System
generierte Geräusch, sondern das tatsächlich von
der Brennkraftmaschine im SI-Modus generierte und emittierte Geräusch
und damit das leisere Geräusch wahr. Das zusätzliche
Geräusch wird nur während des Überführens
der Brennkraftmaschine in den SI-Modus generiert und hörbar
gemacht.
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Ausgehend
von einem Betrieb der Brennkraftmaschine im zweiten leiseren SI-Modus
wird erneut ein mittels Audio-System generiertes Geräusch eingeblendet,
falls der Bedarf für einen erneuten Moduswechsel erkannt
wird und die Hybrid-Brennkraftmaschine vom leiseren SI-Modus zurück
in den HCCI-Modus überführt werden soll. Das Geräusch
simuliert dabei ebenfalls den lauteren HCCI-Modus (Block 5 zu Block
6).
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Die Überführung
in den HCCI-Modus wird erst dann vorgenommen, wenn der Einblendvorgang des
Geräusches abgeschlossen ist, wobei im Rahmen der Überführung
wieder die Nockenwelle verdreht wird.
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Das
mittels Audio-System generierte Geräusch wird ausgeblendet,
sobald ein stabiler Betrieb im HCCI-Modus vorliegt (Block 7 zu Block
8). Der Fahrer nimmt dann nicht mehr das vom Audio-System generierte
Geräusch, sondern das tatsächlich von der Brennkraftmaschine
im HCCI-Modus generierte und emittierte Geräusch wahr.
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2 zeigt
eine zweite Ausführungsform des Verfahrens in Gestalt eines
Floßdiagramms.
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Im
Unterschied zu der in 1 dargestellten Verfahrensvariante
wird das mittels Audio-System generierte Geräusch im SI-Modus
nicht ausgeblendet, sondern aufrechterhalten.
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Prinzipbedingt
entfällt das Erfordernis, das mittels Audio-System generierte
Geräusch in Vorbereitung auf die Überführung
vom zweiten leiseren SI-Modus in den ersten lauteren HCCI-Modus
einblenden zu müssen, weil es im zweiten Betriebsmodus
nicht ausgeblendet wurde. Ein Deaktivieren und Aktivieren des Audio-Systems
im SI-Modus ist nicht erforderlich und daher auch nicht vorgesehen,
weshalb die Verfahrensschritte bzw. Blöcke 4 und 6 der in 1 dargestellten
Verfahrensvariante entfallen.
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Im
Rahmen der Überführung in einen anderen Betriebsmodus
kann – wie bei der in 1 illustrierten
Ausführungsform – eine Verstellung der Nockenwelle,
aber auch eine andere oder eine zusätzliche Maßnahme
erforderlich bzw. vorgenommen werden.
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3 zeigt
eine Variante zur Generierung des Geräusches in Gestalt
eines Flußdiagramms.
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Ein
Drucksensor liefert Informationen über das Frequenzspektrum
der durch die Verbrennung erzwungenen Schwingung sowie über
den Mitteldruck und damit über die Last (Block 1).
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Die Übertragungsfunktion
hängt vom momentanen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine
d. h. von der Drehzahl und der Last ab (Block 2). Für verschiedene
Betriebspunkte der Brennkraftmaschine werden unterschiedliche, dem
jeweiligen Betriebspunkt angepaßte Geräusche generiert
(Block 3).
- HCCI
- Homogenous-charge
compression-ignition
- SI
- Spark ignition
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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