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Stand der Technik
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Schalländerungsvorrichtung nach dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1, eine Schalländerungssteuerung nach dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 4 und ein Verfahren zur Schalländerung
nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 5.
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Solche
Schalländerungsvorrichtungen
insbesondere für
eine Auspuffanlage eines Kraftfahrzeuges mit einer Schallerfassungseinrichtung,
die eingerichtet ist, erste Schallwellen mit einem ersten Frequenzspektrum
zu erfassen, und einer Schallerzeugungseinrichtung, die eingerichtet
ist, zweite Schallwellen mit einem zweiten Frequenzspektrum zu erzeugen,
und einer Schalländerungssteuerung, die
eingerichtet ist, die Schallerzeugungseinrichtung abhängig von
den ersten Schallwellen so zu steuern, daß durch Interferenz der ersten
Schallwellen und der zweiten Schallwellen dritte Schallwellen mit
einem dritten Frequenzspektrum entstehen, sind aus dem Stand der
Technik bekannt. Derartige Schalländerungsvorrichtungen führen sogenanntes
Active Sound Design durch und dienen dazu, den Klang des Kraftfahrzeugs
an die Wünsche
des Kunden anzupassen oder die Geräuscherzeugung durch das Kraftfahrzeug
zu reduzieren.
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Ein
Nachteil liegt darin, daß derartige
Schalländerungsvorrichtungen
das Frequenzspektrum über
das gesamte Frequenzspektrum ändern.
Dadurch ist die Schallerzeugungseinrichtung jedoch überfordert.
Ebenfalls ist die Beanspruchung der Schalländerungssteuerung bezüglich der
Rechenleistung hoch. Die Resultate sind daher oft unbefriedigend.
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Offenbarung der Erfindung
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schalländerungsvorrichtung
zu schaffen, welche den Klang beim Betrieb eines Kraftfahrzeugs
gezielt ändert
und besonders geeignet ist, einen veränderten Klang beim Betrieb
eines Kraftfahrzeugs zu überdecken,
so daß insbesondere
Defekte verschleiert werden können.
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Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch eine Schalländerungsvorrichtung
mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs
1, eine Schalländerungssteuerung
mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs
4 und durch ein Verfahren zur Schalländerung mit den Merkmalen des
kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 5 gelöst.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Schalländerungsvorrichtung, wobei
die Schalländerungssteuerung
eingerichtet ist, eine Abweichung des ersten Frequenzspektrums von
einem Referenzspektrum zu erkennen und die Schallerzeugungseinrichtung
so zu steuern, daß die
dritten Schallwellen eine geringere Abweichung aufweisen.
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Vorteilhafterweise überfordert
eine gezielte Änderung
des Schalls in nur einem bestimmten Frequenzbereich die Schalländerungsvorrichtung
nicht. Die erforderliche Rechenleistung ist ebenfalls gering. Daher
lassen sich befriedigende Resultate erreichen. Kundenwünsche bezüglich des
Klangs beim Betreiben des Kraftfahrzeugs können gezielt erfüllt werden. Ein
Stresszustand eines Kraftfahrzeugführers wird verringert, indem
Auspuff-, Motor- oder Triebstrangdefekte verschleiert werden können, so
daß auch eine
Unfallwahrscheinlichkeit verringert. Auch können Änderungen des Klangs beim Betrieb
des Kraftfahrzeugs wie durch das Abschalten von Zylindern, durch
die Verstellung von Nockenwellen und des Ventilhubs und den Hybridbetrieb
etc. verschleiert werden. Ebenfalls können ge nerell Abweichungen der
Klangs des Kraftfahrzeugs von einem gewünschten Klang überdeckt
werden und dadurch insbesondere neue Antriebstechnologien derart
implementiert werden, daß der
Kraftfahrzeugführer
nicht irritiert wird, wodurch sich die Absatzchancen für derartige Kraftfahrzeuge
erhöhen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Schalländerungssteuerung
eingerichtet, Defektdaten auszugeben, die einen Defekt betreffen.
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Vorteilhafterweise
wird ein Kraftfahrzeugführer
durch die Schalländerungsvorrichtung
nicht über den
tatsächlichen
Zustand des Kraftfahrzeugs getäuscht.
Zudem ermöglicht
die Schalländerungsvorrichtung
eine zuverlässige
und genaue Analyse eines Defekts.
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In
noch einer bevorzugten Ausführungsform ist
die Schalländerungssteuerung
eingerichtet, Kraftfahrzeugdaten zu empfangen, die einen Zustand
des Kraftfahrzeugs, insbesondere eine Motordrehzahl, eine Nockenwellenstellung,
einen Ventilhub, eine Anzahl der betriebenen Zylinder, und einen
Hybridantrieb betreffen.
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Vorteilhafterweise
können
die Schallwellen, die durch die Schalländerungsvorrichtung erzeugt werden,
an den Zustand des Kraftfahrzeugs angepaßt werden. Indem gezielt nach
bestimmten Abweichungen gesucht wird, die für den Zustand des Kraftfahrzeugs
charakteristisch sind, wird deren Analyse vereinfacht.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Schalländerungssteuerung,
wobei die Schalländerungssteuerung
eingerichtet ist, eine Abweichung des ersten Frequenzspektrums von
einem Referenzspektrum zu erkennen und die Schallerzeugungseinrichtung
zu so steuern, daß die
dritten Schallwellen eine geringere Abweichung aufweisen.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Schalländerung,
wobei eine Abweichung des ersten Frequenzspektrums von einem Referenzspektrum
durch eine Schalländerungssteuerung
erkannt wird, und wobei die Schalländerungssteuerung die Schallerzeugungseinrichtung
so steuert, daß die
dritten Schallwellen eine geringere Abweichung aufweisen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
gibt die Schalländerungssteuerung
Defektdaten aus, die einen Zustand der Auspuffanlage betreffen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Im
folgenden wird die Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.
Es zeigt:
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1 eine
schematische Ansicht einer Schalländerungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt
eine schematische Ansicht einer Schalländerungsvorrichtung für eine Auspuffanlage eines
Kraftfahrzeugs. Die Schalländerungsvorrichtung
umfaßt
eine Schalländerungssteuerung 1,
ein Mikrophon 2, einen Lautsprecher 3 und einen
Datennetzanschluß 4 zur
Verbindung mit einem Datennetz des Kraftfahrzeugs. Die Schalländerungssteuerung 1 umfaßt außerdem einen
internen Referenzspektrenspeicher 6, in dem Referenzspektren,
die von einem Kraftfahrzeugzustand, d. h. der Motordrehzahl, Kraftfahrzeuggeschwindigkeit,
Motorleistung etc., abhängen,
gespeichert sind. Der Lautsprecher 3 ist außen an einem
Auspuffrohr 5 einer Auspuffanlage eines Kraftfahrzeugs
so angebracht, daß das
Auspuffrohr 5 selbst zu Schwingungen angeregt werden kann
und als Resonator wirkt. In dem Auspuffrohr 5 strömen Gase
von einem Motor (nicht gezeigt) entlang der Pfeilrichtung zu einem
Ausgang (nicht gezeigt) der Auspuffanlage. Das Mikrophon 2 ist
relativ zu dem Lautsprecher 3 stromabwärts in der Nähe des Ausgangs
der Auspuffanlage im Inneren der Auspuffrohrs 5 angebracht.
Das Mikrophon 2, der Lautsprecher 3 und der Datennetzanschluß 4 sind
mit der Schalländerungssteuerung 1 elektrisch
verbunden.
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Im
Folgenden wird die Funktionsweise der Schalländerungsvorrichtung anhand 1 beschrieben. Über den
Datennetzanschluß 4 empfängt die Schalländerungssteuerung 1 Kraftfahrzeugszustandsdaten,
die den Zustand des Kraftfahrzeugs betreffen, insbesondere eine
Motordrehzahl, eine Kraftfahrzeuggeschwindigkeit, eine Motorleistung
eine Nockenwellenstellung, einen Ventilhub, eine Anzahl der betriebenen
Zylinder, einen Hybridantrieb usw. (Schritt 1). Abhängig von
diesen empfangenen Kraftfahrzeugdaten wählt die Schalländerungssteuerung ein
zugehöriges
Referenzspektrum, d. h. eine Amplitude von Schallwellen abhängig von
der Frequenz) aus, welches in dem internen Referenzspektrenspeicher 6 gespeichert
ist und für
den Zustand des Kraftfahrzeugs charakteristisch ist bzw. sein sollte,
das heißt,
erwünscht
ist (Schritt 2). Das Referenzspektrum kann auch als Funktion gespeichert
sein, die von verschiedenen Parametern abhängt, welche den Zustand des
Fahrzeugs betreffen. Das Mikrophon 2 empfängt erste
Schallwellen (Schritt 3). Die Schalländerungssteuerung 1 analysiert
die empfangenen ersten Schallwellen zum Beispiel durch Fourieranalyse und
vergleicht das Referenzspektrum mit den Frequenzspektrum der Schallwellen,
welche von dem Mikrophon 2 empfangen wurden, und erkennt
Abweichungen (Schritt 4). Abweichungen sind Unterschiede der Amplituden
der ersten Schallwellen von den Amplituden der Referenzschallwellen
für bestimmte Frequenzen.
Abhängig
von diesen Abweichungen steuert die Schalländerungesteuerungseinrichtung den
Lautsprecher 3, der Schallwellen erzeugt, die mit den Schallwellen
interferieren (Schritt 5), so daß durch Interferenz dritte
Schallwellen entstehen, die sich wieder zum Mikrophon 2 ausbreiten
und dort nach der Übertragung
in veränderter
Form als erste Schallwellen erfaßt werden. Im Idealfall weisen
die ersten Schallwellen, die von dem Mikrophon 2 empfangen
werden, keine Abweichungen von dem Referenzspektrum auf. Die durch
den Lautsprecher 3 erzeugten zweiten Schallwellen sind
dabei derart ausgebildet, daß durch
die Interferenz die Abweichungen gelöscht werden. Das Frequenzspektrum
der zweiten Schallwellen, welches einer Abweichung von dem Referenzspektrum
betrifft, weist einen Anteil auf, der für den Zustand des Kraftfahrzeugs
charakteristisch ist, wenn das Kraftfahrzeug selbst ohne einen Defekt
in dem Zustand anders klingen soll, als es ohne Schalländerungsvorrichtung
klingen würde.
Dadurch können Änderungen
des Klangs beim Betrieb des Kraftfahrzeugs wie durch das Abschalten
von Zylindern, durch die Verstellung von Nockenwellen und des Ventilhubs
und den Hybridbetrieb etc. verschleiert werden. Ebenfalls können generell
Abweichungen der Klangs des Kraftfahrzeugs von einem gewünschten
Klang überdeckt
werden und dadurch insbesondere neue Antriebstechnologien derart
implementiert werden, daß der
Kraftfahrzeugführer
nicht irritiert wird, wodurch sich die Absatzchancen für derartige
Kraftfahrzeuge erhöhen.
Dieser Anteil ist bekannt. Zusätzlich
kann das Frequenzspektrum der zweiten Schallwellen einen Anteil
aufweisen, der für einen
Defekt charakteristisch ist. Bei diesem Defekt kann es sich zum
Beispiel um einen Defekt des Auspuffrohrs 5 (ein Loch im
Auspuffrohr), ein Geräusch des
Motors oder Antriebsstrangs aufgrund von Verschleiß handeln.
Anhand des erforderlichen Signals an dem Lautsprecher 3 zur
Erzeugung der zweiten Schallwellen bzw. dem Steuerungssignal der
Schalländerungssteuerung 1 für den Lautsprecher 3 erkennt
die Schalländerungssteuerung 1 abhängig vom
Kraftfahrzeugzustand, daß ein
Defekt vorliegt. Aufgrund des Frequenzspektrums, welches zu dem Signal
gehört,
kann die Schalländerungssteuerung 1 zusätzlich eventuell
sogar erkennen, um welchen Defekt es sich handelt (Schritt 6), und übermittelt über den
Datennetzanschluß 4 ein
Defektsignal, welches anzeigt, daß ein Defekt vorliegt, und
eventuell sogar anzeigt, welcher Defekt vorliegt (Schritt 7). Dieses
Defektsignal wird dann durch ein Kraftfahrzeugszustandsüberwachungssystem
empfangen, um den Kraftfahrzeugführer
das Vorliegen eines Defekts anzuzeigen.
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Die
Schritte 1 bis 5 bzw. 1 bis 7 bilden einen Zyklus und werden während des
Betriebs des Kraftfahrzeugs wiederholt ausgeführt. Dabei können mehrere
Schritte, die zu unterschiedlichen Zyklen gehören gleichzeitig ausgeführt werden.
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Grundsätzlich liegen
der Defekt, welcher die Abweichungen der Schallwellen verursacht,
und der Lautsprecher, welcher Schallwellen erzeugt, in einem gewissen
Abstand voneinander. Diese Abstände
sind für
einen Defekt des Motors und für
einen Defekt an dem Ausgang der Auspuffanlage sehr unterschiedlich.
Die sich aus dem Defekt ergebenden Abweichungen werden aber nur
bei dem Mikrophon genau kompensiert. Daher werden unzureichend kompensierte
Schallwellen über
die restliche Auspuffanlage ausgesendet, so daß der Defekt für den Kraftfahrzeugführer noch
hörbar
ist. Um den Defekt vollständig
zu verschleiern, müssen
die Abweichungen aber über
die gesamte Auspuffanlage kompensiert werden. Statt eines Mikrophons
können
dazu mehrere Mikrophone verwendet werden, und können die Schallwellen, die
mit den Referenzschallwellen verglichen werden, beispielsweise durch
Mittelwertbildung erhalten werden. Ebenso können auch mehrere Lautsprecher
verwendet werden, um die zweiten Schallwellen zu erzeugen. Es können auch
mehrere separate oder miteinander verknüpfte Schalländerungsvorrichtungen für eine Auspuffanlage
vorgesehen sein.