DE102007055477A1

DE102007055477A1 - Verfahren zur synthetischen Erzeugung von Motorgeräuschen, insbesondere einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102007055477A1
Application number: DE200710055477
Authority: DE
Inventors: Friedemann Dr. Vogel; Lars Dipl.-Ing. Hinrichsen
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2007-11-21
Filing date: 2007-11-21
Publication date: 2009-05-28
Anticipated expiration: 2027-11-22
Also published as: DE102007055477B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur synthetischen Erzeugung von Motorgeräuschen, insbesondere einer Brennkraftmaschine, wobei die Motorgeräusche durch wenigstens einen elektromechanischen Wandler, insbesondere einen Aktor oder Lautsprecher, mittels eines elektrischen Wandlererregersignals erzeugt werden. Erfindungsgemäß wird das Wandlererregersignal (1) als Sequenz aus aufeinanderfolgend erzeugten Signalsequenzabschnitten (SQ1, SQ2, SQ3, ...) bestimmter Sequenzzeitlängen gebildet. Ein Signalsequenzabschnitt (SQ1, SQ2, SQ3, ...) besteht jeweils aus aufeinanderfolgenden Signalsegmenten (SG1 bis SG6) als Signalschwingungen bestimmter Segmentzeitlängen, wobei die Summe der Segmentzeitlängen der in einem Signalsequenzabschnitt (SQ1, SQ2, SQ3, ...) enthaltenen Signalsegmente (SG1 bis SG6) die Sequenzzeitlänge des zugeordneten Signalsequenzabschnitts (SQ1, SQ2, SQ3, ...) bestimmt. Wenigstens zwei Signalsegmente (SG1 bis SG6) in einem Signalsequenzabschnitt (SQ1, SQ2, SQ3, ...) sind ungleich bezüglich ihrer Segmentzeitlängen und/oder Segmentamplituden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur synthetischen Erzeugung von Motorgeräuschen, insbesondere einer Brennkraftmaschine, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei einem gattungsgemäßen bekannten Verfahren zur synthetischen Erzeugung von Motorgeräuschen einer Brennkraftmaschine wird bei einem Kraftfahrzeug eine Vorrichtung zur elektroakustischen Geräuscherzeugung verwendet ( DE 19945 259 C1 ), die einen Schalldrucksensor, eine Signalverarbeitungseinheit, welche mit dem Schalldrucksensor verbunden ist und Signale von diesem erhält und verarbeitet und eine Lautsprechereinheit umfasst. Diese ist mit der Signalverarbeitungseinheit verbunden, wobei der Schalldrucksensor im Bereich des Ansaug- oder Abgastraktes des Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Für eine möglichst authentische Geräuscherzeugung ist ein Synthesizer verwendet, der mit der Signalverarbeitungseinheit derart verbunden oder in diese integriert ist, dass den aus den Schalldrücken erzeugten Signalen synthetische Klangkomponenten beimischbar sind. Über die Lautsprechereinheit als Aktor werden so erzeugte Motorgeräuschkomponenten in den Fahrgastraum eingespielt. Dieses Verfahren unter Verwendung eines Synthesizers ist ersichtlich aufwendig.
Ein weiter bekanntes Verfahren ( DE 197 46 523 B4 ), mit dem synthetisch hergestellte Motorgeräusche in den Fahrgastinnenraum eingekoppelt werden, verwendet ein Auswahlverfahren von Oberwellen zu einer Grundfrequenz in Abhängigkeit vom Lastzustand des Motors in Verbindung mit einer Rückkopplung, wobei das über Lautsprecher abgestrahlte Klangspektrum durch mindestens ein Mikrofon erfasst wird und zur Kontrolle und Nachregelung des abgestrahlten Klangspektrums rückgekoppelt wird. Der Aufwand an Hardware sowie der Rechen- und Regelaufwand sind hier erheblich.
Zudem ist ein Verfahren bekannt ( DE 690 23 133 T3 ), mit dem ein vorhandenes Motorgeräusch durch ein erzeugtes Zusatzgeräusch so ergänzt wird, dass ein ansprechender Motorsound im Innenraum entstehen soll. Dazu wird der Motorzustand und sein aktuelles Motorgeräusch über ein Mikrofon und/oder einen Vibrationssensor am Motor sowie über ein Lastsignal ermittelt. Dem ermittelten Motorzustand entsprechende Fahrzeugbetriebsgeräusche, beispielsweise ein Sportsound werden als Erregersignale aus einem Tonspeicher ausgelesen und zusätzlich zum aktuellen Motorgeräusch im Fahrzeuginnenraum hörbar gemacht. Als Wandler für das Erregersignal zur Erzeugung eines Schallsignals können übliche Wandler in der Form elektrodynamischer Aktoren, Lautsprecher oder Vibrationsgeber verwendet werden. Das Auslesen eines Tonspeichers mithilfe von Sensorsignalen für ein aktuelles Motorgeräusch ist komplex und aufwendig.
Bei einem weiter bekannten Verfahren zur Ergänzung eines Motorgeräusches eines Kraftfahrzeugs durch ein Aktorgeräusch ( DE 10 2005 012 463 B3 ) werden abgespeicherte Pegelwerte aus einem Datenspeicher ausgelesen, woraus ein Aktorerregersignal in der Art einer harmonischen Reihe berechnet wird. Auch dieses Verfahren ist relativ aufwendig.
Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren zur synthetischen Erzeugung von Motorgeräuschen, insbesondere einer Brennkraftmaschine, vorzuschlagen, mit dem realistisch klingende Motorgeräuschsignale bei sehr geringem Aufwand mit minimalen Datenmengen und geringem Speicherbedarf in der erforderlichen Elektronik realisierbar sind.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Gemäß Anspruch 1 wird das Wandlererregersignal als Sequenz aus aufeinanderfolgend erzeugten Signalsequenzabschnitten bestimmter Sequenzzeitlängen gebildet. Ein Signalsequenzabschnitt besteht dabei jeweils aus aufeinanderfolgenden Signalsegmenten als Signalschwingungen bestimmter Segmentzeitlängen. Die Summe der Segmentzeitlängen der in einem Signalsequenzabschnitt enthaltenen Signalsegmente bestimmt die Sequenzzeitlänge des zugeordneten Signalsequenzabschnitts, wobei wenigstens zwei Signalsegmente in einem Signalsequenzabschnitt ungleich bezüglich ihrer Segmentzeitlängen und/oder Segmentamplituden sind.
Ein solches elektrisches Wandlererregersignal ist relativ einfach und mit geringem Aufwand an Speicherbedarf und online-Rechenbedarf erzeugbar und zur synthetischen Erzeugung realistisch klingender Motorgeräusche verwendbar.
Das Verfahren kann vorteilhaft insbesondere eingesetzt werden für

– die Entwicklung und Präsentation von Motorklangentwürfen in der Automobilindustrie,
– die Echtzeitberechnung für Fahrsimulatoren, und
– die Verwendung in aktiven Motorsoundsystemen zur Einkopplung erzeugter Motorgeräusche in den Innenraum eines Kraftfahrzeugs.

Dem erzeugten Geräuschsignal liegt entsprechend dem Wandlererregersignal eine charakteristische Sequenz zugrunde, die durch die Sequenzzeitlängen aufeinanderfolgender Sequenzabschnitte bestimmt ist und für die Erzeugung eines bestimmten Motorgeräusches beispielsweise zwei Kurbelwellenumdrehungen entsprechen kann. Der Grundcharakter der Sequenz bzw. eines Signalsequenzabschnitts wird durch die Anzahl der darin vorhandenen Signalsegmente festgelegt, wobei sich insbesondere vier bis zehn Segmente, vergleichbar mit der Anzahl von Zylindern einer Brennkraftmaschine bewährt haben. Der Klangcharakter des Motorgeräusches kann durch die Wahl der Segmentzeitlängen und Segmentamplituden eingestellt und beeinflusst werden. Der natürliche Klang des synthetisch erzeugten Motorgeräusches resultiert dabei aus den Unterschieden, insbesondere möglichst unregelmäßigen Segmentzeitlängen und/oder Segmentamplituden der in einem Signalsequenzabschnitt enthaltenen Signalsegmente. Beim wiederholten aufeinanderfolgenden Abspielen der Einzelsignalsegmente wird durch die ständige Wiederkehr in aufeinanderfolgenden Signalsequenzabschnitten das Wandlererregersignal als Sequenz erhalten. Durch die unterschiedliche Länge der Einzelsignalsegmente kann hiermit ein Ordnungsgemisch erzeugt werden, welches nun nicht in aufwendiger Weise durch zeitliche Überlagerungen erzeugt wird, sondern durch eine sequenzielle Anordnung von Ordnungsbestandteilen. Berücksichtigt werden dabei zunächst nur die Ordnungen im Umfeld um die imitierte Zündordnung.
Grundsätzlich wäre auch eine Variation der Anzahl von Signalsegmenten in aufeinanderfolgenden Signalsequenzabschnitten möglich. Mit Anspruch 2 wird jedoch vorgeschlagen, dass aufeinanderfolgende Signalsequenzabschnitte gleiche Sequenzzeitlängen (entsprechend einer bestimmten Motordrehzahl) und jeweils die gleiche Anzahl von Signalsegmenten aufweisen, wodurch die Signalerzeugung für ein gleichmäßiges Motorgeräusch einfach durchführbar ist.
Ein natürlich wirkendes Motorgeräusch wird insbesondere dadurch erhalten, dass gemäß Anspruch 3 alle Signalsegmente eines Signalsequenzabschnitts bei etwa gleichen Segmentamplituden bezüglich ihrer Segmentzeitlängen unterschiedlich und damit ungleichmäßig sind.
Eine besonders vorteilhafte Maßnahme für ein gezieltes Design eines synthetisch erzeugten Motorgeräusches besteht nach Anspruch 4 darin, dass zur Erzeugung von Oberharmonischen die Segmentspitzen durch waagrechtes Abschneiden der Segmentamplituden bei einem vorgebbaren Amplitudenausschlag gekappt werden. Je massiver eine solche Kappung der Signalsegmente durchgeführt wird, desto mehr Oberharmonische werden erzeugt, wodurch die dann entstehende Sequenz einen Satz an Grundharmonischen sowie dazugehörigen Oberharmonischen enthält und wodurch insbesondere das Klangvolumen und die Rauhigkeit des Motorgeräusches getrimmt werden kann.
Dazu besteht eine weitere Beeinflussungsmaßnahme gemäß Anspruch 5 darin, dass die Kappung der Segmentspitzen asymmetrisch zwischen den Amplitudenausschlägen nach oben und unten erfolgt.
Für eine gewünschte Motorgeräuschstärke werden nach Anspruch 6 die Amplitudenausschläge mit gekappten Segmentspitzen auf die ursprünglichen Amplitudenausschläge ohne Segmentspitzenkappung wieder verstärkt und angehoben.
Bezüglich einer bestimmten geräuschmäßig zu imitierenden oder zu ergänzenden Brennkraftmaschine wird für ein angepasstes Motorgeräusch nach Anspruch 7 vorgeschlagen, dass einerseits die Anzahl der Signalsegmente eines Signalsequenzabschnitts der Zylinderzahl und andererseits die Sequenzzeitlänge einer oder mehreren, vorzugsweise zwei Kurbelwellenumdrehungen entsprechen.
Zur Imitation einer Drehzahlabhängigkeit des erzeugten Motorgeräusches erfolgt nach Anspruch 8 die Abfolge der Signalsequenzabschnitte synchron und proportional zu einem Drehzahl- oder Frequenzsignal einer Brennkraftmaschine, wobei die Signalsequenzabschnitte bei kleinerem Drehzahlniveau zeitlich gestreckt und bei größerem Drehzahlniveau gestaucht werden.
Entsprechend kann gemäß Anspruch 9 eine Lastabhängigkeit dadurch imitiert werden, dass die Signalsegmente der Signalsequenzabschnitte in Abhängigkeit eines Lastsignals einer Brennkraftmaschine für eine angepasste Geräuschlautstärke in Amplitudenrichtung gestreckt oder gestaucht werden.
Eine weitere Abstimmung und Anpassung kann mit den Maßnahmen nach Anspruch 10 durchgeführt werden, wobei eine oder mehrere unterschiedliche Sequenzen und/oder andere erzeugte Signale, z. B. eine harmonische Sinusfunktion dem mit den vorstehenden Maßnahmen erzeugten Signal überlagert werden. Eine zusätzliche Abstimmung und Optimierungsmaßnahme kann ggf. für jede überlagerte Sequenz eine gesonderte Proportionalität zu einem Führungssignal eingestellt werden.
Anhand einer Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert.
Es zeigen:
1 ein Wandlererregersignal zur Erzeugung von Motorgeräuschen einer Brennkraftmaschine als Sequenz aus aufeinanderfolgend erzeugten Signalsequenzabschnitten,
2 einen Sequenzabschnitt entsprechend 1 mit eingezeichneten Kappungslinien, und
3 einen Signalsequenzabschnitt mit entsprechend gekappten und auf das ursprüngliche Niveau verstärkten Signalsegmenten.
In 1 ist das elektrische Wandlererregersignal für einen elektromechanischen Aktor oder Lautsprecher zur Erzeugung eines Motorgeräusches einer Brennkraftmaschine dargestellt.
Das Wandlererregersignal 1 ist als Sequenz aus aufeinanderfolgend erzeugten, jeweils gleichen Signalsequenzabschnitten SQ1, SQ2, SQ3 usw. gebildet.
Ein Signalsequenzabschnitt SQ1, SQ2, SQ3 usw. besteht jeweils aus aufeinanderfolgenden sechs Signalsegmenten SG1 bis SG6 als Signalschwingungen. Die Signalsegmente SG1 bis SG6 haben etwa gleiche symmetrische Segmentamplituden (0,8 bzw. –0,8 auf der normierten Amplitudenskala), unterscheiden sich jedoch alle bezüglich ihrer Segmentzeitlängen.
Die Sequenzzeitlängen der Signalsequenzzeitabschnitte SQ1, SQ2, SQ3 usw. entsprechen im dargestellten Beispiel jeweils zwei Kurbelumdrehungen und die jeweils in einem Signalsequenzabschnitt SQ1, SQ2, SQ3 usw. enthaltenen sechs Signalsegmente SG1 bis SG6 entsprechen einer Anzahl von sechs Zylindern einer Brennkraftmaschine.
Anhand der 2 und 3 wird eine zusätzliche Maßnahme zur Erzeugung von Oberharmonischen aufgezeigt:
In 2 ist dazu ein Signalsequenzabschnitt SQ1 dargestellt, in dem bei einem Amplitudenausschlag von 0,7 bzw. –0,7 jeweils waagrechte Kappungslinien 2, 3 eingezeichnet sind, an denen die Segmentspitzen durch eine weitere Operation waagrecht abgeschnitten und gekappt werden.
Nach der Kappung werden die Amplitudenausschläge mit den gekappten Segmentspitzen auf die ursprünglichen Amplitudenausschläge von 0,8 bzw. –0,8 wieder verstärkt und angehoben, so dass der Signalsequenzabschnitt SQK1 gebildet wird, wie in 3 dargestellt. Eine Abfolge solcher gekappter Signalsequenzabschnitte SQK1 bildet dann eine Sequenz mit einem Satz an Grundharmonischen und mit einer Vielzahl von Oberharmonischen zur Simulation und/oder Ergänzung von Motorgeräuschen einer Brennkraftmaschine.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19945259 C1 [0002]
- DE 19746523 B4 [0003]
- DE 69023133 T3 [0004]
- DE 102005012463 B3 [0005]

Claims

Verfahren zur synthetischen Erzeugung von Motorgeräuschen, insbesondere einer Brennkraftmaschine, wobei die Motorgeräusche durch wenigstens einen elektromechanischen Wandler, insbesondere einen Aktor oder Lautsprecher mittels eines elektrischen Wandlererregersignals erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Wandlererregersignal (1) als Sequenz aus aufeinanderfolgend erzeugten Signalsequenzabschnitten (SQ1, SQ2, SQ3, ...) bestimmter Sequenzzeitlängen gebildet wird, dass ein Signalsequenzabschnitt (SQ1, SQ2, SQ3, ...) jeweils aus aufeinanderfolgenden Signalsegmenten (SG1 bis SG6) als Signalschwingungen bestimmter Segmentzeitlängen besteht, wobei die Summe der Segmentzeitlängen der in einem Signalsequenzabschnitt (SQ1, SQ2, SQ3, ...) enthaltenen Signalsegmente (SG1 bis SG6), die Sequenzzeitlänge des zugeordneten Signalsequenzabschnitts (SQ1, SQ2, SQ3, ...) bestimmt, und wenigstens zwei Signalsegmente (SG1 bis SG6) in einem Signalsequenzabschnitt (SQ1, SQ2, SQ3, ...) ungleich bezüglich ihrer Segmentzeitlängen und/oder Segmentamplituden sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aufeinanderfolgende Signalsequenzabschnitte (SQ1, SQ2, SQ3, ...) gleiche Sequenzzeitlängen und jeweils die gleiche Anzahl von Signalsegmenten (SG1 bis SG6) aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass alle Signalsegmente (SG1 bis SG6) eines Signalsequenzabschnitts (SQ1, SQ2, SQ3, ...) bei etwa gleichen Segmentamplituden bezüglich ihrer Segmentzeitlängen unterschiedlich und damit ungleichmäßig sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung von Oberharmonischen die Segmentspitzen durch waagrechtes Abschneiden (Kappungslinien 2, 3) der Segmentamplituden bei einem vorgebbaren Amplitudenausschlag gekappt werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kappung der Segmentspitzen asymmetrisch zwischen den Amplitudenausschlägen nach oben und unten erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitudenausschläge mit gekappten Segmentspitzen auf die ursprünglichen Amplitudenausschläge ohne Segmentspitzenkappung wieder verstärkt und angehoben werden (3).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Signalsegmente (SG1 bis SG6) Signalsequenzabschnitts (SQ1, SQ2, SQ3, ...) der Zylinderanzahl und die Sequenzzeitlänge einer oder mehreren, vorzugsweise zwei Kurbelwellenumdrehungen einer geräuschemäßig imitierten Brennkraftmaschine entsprechen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abfolge der Signalsequenzabschnitte (SQ1, SQ2, SQ3, ...) synchron und proportional zu einem Drehzahl- oder Frequenzsignal einer Brennkraftmaschine erfolgt, wobei die Signalsequenzabschnitte (SQ1, SQ2, SQ3, ...) bei kleinerem Drehzahlniveau zeitlich gestreckt und bei größerem Drehzahlniveau gestaucht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalsegmente (SG1 bis SG6) der Signalsequenzabschnitte (SQ1, SQ2, SQ3, ...) in Abhängigkeit eines Lastsignals einer imitierten Brennkraftmaschine für eine angepasste Geräuschlautstärke in Amplitudenrichtung gestreckt oder gestaucht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere unterschiedliche Sequenzen und/oder andere erzeugte Signale, insbesondere wenigstens eine harmonische Sinusfunktion überlagert werden, wobei gegebenenfalls für jede überlagerte Sequenz eine gesonderte Proportionalität zu einem Führungssignal eingestellt wird.