DE102010005802A1 - Vorrichtung zur aktiven Geräuschkompensation eines Störschalls in einem Kraftfahrzeuginnenraum - Google Patents

Vorrichtung zur aktiven Geräuschkompensation eines Störschalls in einem Kraftfahrzeuginnenraum Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur aktiven Geräuschkompensation eines Störschalls in einem Kraftfahrzeuginnenraum, mit einer Regeleinrichtung (RE) zur Erzeugung eines dem Störschall phaseninversen Kompensationssignals, das über einen Lautsprecher (L) als akustisches Gegenschallsignal dem Fahrzeuginnenraum zugeführt wird. Erfindungsgemäß wird einer Anpassungsstufe (B) ein Motordrehzahlsignal (n(t)) als Steuersignal zugeführt, in der es zu einem drehzahlproportionalen phaseninversen Kompensationssignal umgerechnet und leistungsverstärkt als akustisches Gegenschallsignal dem Fahrzeuginnenraum zugeführt wird. Durch wenigstens ein Mikrofon (M) wird der noch aktuell verbleibende Störschall erfasst und als Fehlersignal in die Regeleinrichtung (RE) rückgekoppelt, wo in einer Rückkopplungsstufe (K1(t)) mit veränderbaren Rückkopplungsparametern ein das phaseninverse Kompensationssignal ergänzendes Kompensations-Ergänzungssignal erzeugt wird. In einem Speicher (SP) sind akustisch relevanten und veränderbaren Fahrzeugsignalen (FS) entsprechende unterschiedliche Rückkopplungsparameter (K) abgelegt, und mit einem Prozessor (MP) wird aus aktuellen Rückkopplungsparametern (K) entsprechend aktuellen Fahrzeugsignalen (FS) eine angepasste Regelcharakteristik beziehungsweise Übertragungsfunktion berechnet und an der Rückkopplungsstufe (K1(t)) zur Verfügung gestellt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur aktiven Geräuschkompensation eines Störschalls in einem Kraftfahrzeuginnenraum nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Solche Vorrichtungen sind beispielsweise unter der Bezeichnung ANC-System (Active Noise Cancellation System) allgemein bekannt, wobei mit einer Regeleinrichtung ein dem Störschall phaseninverses Kompensationssignal erzeugt wird, das über einen Lautsprecher als akustisches Gegenschallsignal dem Fahrzeuginnenraum zugeführt wird. Durch die Phaseninversion des Gegenschallsignals erfolgt eine Störschallreduzierung. Die Höhe einer solchen angestrebten Störschallreduzierung hängt im Wesentlichen davon ab, wie genau das phaseninverse Gegenschallsignal dem Störschallsignal entspricht. Die im Fahrzeugbetrieb entstehenden Störschallsignale sind je nach dem aktuellen Fahrzeugbetrieb sowie änderbaren Randbedingungen im Fahrzeuginnenraum unterschiedlich, wobei die nach dem Stand der Technik erzeugten Gegenschallsignale dies nur unzureichend berücksichtigen mit dem Ergebnis einer teilweise unzureichenden Störschallreduktion. Insbesondere setzen allgemein bekannte ANC-Systeme eine mehr oder weniger fixe – jedoch tatsächlich nicht gegebene – Raumübertragungsfunktion des Fahrzeuginnenraums voraus und können auf unterschiedliche Verteilungen der Motorordnungen in Störschallsignalen nur eingeschränkt reagieren.
  • Konkret ist beispielsweise aus WO 2007/147994 A1 eine Vorrichtung zur Reduktion der Körperschallübertragung durch gesteuerte Motorlager bekannt, wobei feste Werte für eine Übertragungsfunktion motorgeräuschabhängig aus einem Speicher abgerufen werden.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Vorrichtung zur aktiven Geräuschkompensation eines Störschalls in einem Kraftfahrzeuginnenraum so weiterzubilden, dass eine verbesserte Störschallreduktion möglich ist.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass einer Anpassungsstufe ein Motordrehzahlsignal als Steuersignal zugeführt wird, in der es zu einem drehzahlproportionalen phaseninversen Kompensationssignal umgerechnet und leistungsverstärkt als akustisches Gegenschallsignal dem Fahrzeuginnenraum zugeführt wird.
  • Zudem wird durch wenigstens ein Mikrofon der dann noch aktuell verbleibende Störschall erfasst und als Fehlersignal in die Regeleinrichtung rückgekoppelt, wo in einer Rückkopplungsstufe mit veränderbaren Rückkopplungsparametern ein das phaseninverse Kompensationssignal ergänzendes Kompensations-Ergänzungssignal erzeugt wird.
  • In einem Speicher sind den akustisch relevanten und veränderbaren Fahrzeugsignalen entsprechende unterschiedliche Rückkopplungsparameter abgelegt. Diese werden entsprechend aktueller Fahrzeugsignale als aktuelle Rückkopplungsparameter ausgelesen, und mit einem Prozessor wird daraus eine angepasste Regelcharakteristik beziehungsweise Übertragungsfunktion berechnet und der Regelung insbesondere an der Rückkopplungsstufe zur Verfügung gestellt.
  • Der Vorrichtung werden somit über die Fahrzeugvernetzung Fahrzeugsignale zur Verfügung gestellt und über den Prozessor werden abhängig von diesen Fahrzeugsignalen entsprechende Parametersätze in den oder die Regler für eine optimierte Geräuschreduzierung geladen, wobei insbesondere die Regelsteilheit und der Frequenzgang geänderten akustischen Randbedingungen optimal angepasst werden können.
  • Als eine Ausführungsmöglichkeit für eine vorteilhafte Weiterbildung der Vorrichtung wird zur Verbesserung des Einschwingverhaltens vorgeschlagen, die Regeleinrichtung weiter mit einem Kalman-Filter mit veränderbaren Startwerten auszurüsten, wobei ähnlich wie bei den vorstehenden Rückkopplungsparametern auch diese Startwerte abhängig von den verfügbaren Fahrzeugsignalen berechnet und angepasst werden.
  • Das akustische Gegenschallsignal kann im Fahrzeuginnenraum einfach mittels wenigstens eines Lautsprechers eine Soundanlage erzeugt werden, wobei die erfindungsgemäße Regeleinrichtung an eine solche Soundanlage angeschlossen ist.
  • Für eine verbesserte Störschallerfassung können zudem mehrere im Fahrzeuginnenraum an kritischen Positionen angeordnete Mikrofone installiert werden, deren Signale gegebenenfalls auch mikrofonselektiv ausgewertet werden können.
  • Für eine Geräuschunterdrückung ist die Innenraumakustik entscheidend, welche maßgeblich von der Anzahl und der Platzbelegung der Personen im Innenraum abhängt. Daher wird vorgeschlagen, die Sitzbelegungssignale, welche in bekannter Weise zur Airbagsteuerung oder Gurtanlegeerinnerung ausgewertet werden, auch erfindungsgemäß als veränderbare Fahrzeugsignale zur Anpassung des relativen Regelverhältnisses der Störfrequenzen auszuwerten. Zudem können auch die Startwerte des Kalman-Filters entsprechend angepasst werden.
  • Zudem ist es vorteilhafte auch weitere vom Fahrzeug selbsttätig veränderbare und beispielsweise über ein Bussystem ohnehin zur Verfügung stehende Fahrzeugsignale im Sinne der Erfindung für eine Störschallreduzierung auszuwerten. Da durch solche vom Fahrzeug automatisiert ausgeführten Zustandsänderungen auch die Innenraumakustik, insbesondere die Raumübertragungsfunktion beziehungsweise der Frequenzgang des Koppelwegs-Motor/Fahrgastzelle mitverändert wird. Es wird daher vorgeschlagen, über zugeordnete Rückkopplungsparameter und entsprechende Rechenoperationen ein Schaltsignal für die Klappensteuerung in einer Abgasanlage und/oder ein Getriebe-Neutralsignal und/oder Stellung/Gradient Gaspedal und/oder Signal eingelegter Gang und/oder Zylinderabschaltung ein-/aus auszuwerten und insbesondere darüber gesteuert die Regelsteilheit und den Frequenzgang anzupassen.
  • Weiter wird für eine zusätzliche Optimierung vorgeschlagen, willkürlich von einer Person schaltbare oder einstellbare Zustandsänderungen mittels verfügbarer Fahrzeugsignale zu berücksichtigen:
    Beispielsweise ändert sich die Akustik des Fahrzeuginnenraums erheblich durch das Öffnen eines Schiebe-/Panoramadachs oder eines oder mehrerer Fenster. Bei einer Rückmeldung durch entsprechende Stellungssignale können solche Situationen mit entsprechend abgelegten und angepassten Rückkopplungsparametern in Verbindung mit den weiteren Zuständen angepassten Rechnungsoperationen für eine optimierte Störschallreduktion berücksichtigt werden. Insbesondere können die Signale zur Getriebecharakteristik (Stellung Normal/Sport) und/oder Gaspedalcharakteristik und/oder Federungscharakteristik mit entsprechend abgelegten unterschiedlichen Rückkopplungsparametern ausgewertet und darüber gesteuert und berechnet eine geeignete Regelsteilheit und ein geeigneter Frequenzgang angepasst werden. Auch eine akustisch kritische Schaltung einer aktiven Zylinderzahl, zum Beispiel Umschaltung zwischen 4 und 8 Zylindern ist erfindungsgemäß akustisch gut beherschbar.
  • Anhand einer Zeichnung wird die Erfindung weiter erläutert.
  • In der einzigen Figur ist ein schematisiertes Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur aktiven Geräuschkompensation eines Störschalls in einem Kraftfahrzeuginnenraum dargestellt.
  • In der Vorrichtung ist als Steuersignal ein Motordrehzahlsignal n(t) verwendet, welches einer Anpassstufe B in einem Regler DSP-R1 (Digitaler Signal Prozessor-Regler 1) einer Regeleinrichtung RE zugeführt wird. Dort wird das Motordrehzahlsignal n(t) zu einem drehzahlproportionalen, phaseninversen Kompensationssignal umgerechnet und über ein Verzögerungsglied Z–1 einem Leistungsverstärker C zugeführt, an den wenigstens ein Lautsprecher L im Fahrzeuginnenraum angeschlossen ist. Dieser wenigstens eine Lautsprecher L kann Bestandteil einer Soundanlage sein und gibt damit ein akustisches Gegenschallsignal zum Störschall für dessen weitgehende Auslöschung und Störschallreduzierung ab.
  • Durch wenigstens ein Mikrofon M wird der noch aktuell verbleibende Störschall erfasst und als Fehlersignal in den Regler DSP-R1 rückgekoppelt, wo in einer Rückkopplungsstufe mit veränderbaren Rückkopplungsparametern K1(t) ein das phaseninverse Kompensationssignal ergänzendes Kompensations-Ergänzungssignal erzeugt wird, das hier nach der Anpassungsstufe B ergänzt wird.
  • Zusätzlich zum Drehzahlsignal n(t) werden der Regeleinrichtung RE Fahrzeugsignale FS, welche üblicherweise ohnehin im Fahrzeug zur Verfügung stehen, einen dortigen Mikroprozessor MP zugeführt. Den Fahrzeugsignalen FS zugeordnete Rückkopplungsparameter sind in einem digitalen Speicher SP abgelegt und werden je nach dem Zustand der zugeführten Fahrzeugsignale vom Mikroprozessor MP aus dem Speicher SP ausgelesen und für eine geeignete Anpassung der Regelsteilheit und des Frequenzgangs über eine Datenleitung DL1 der Rückkopplungsstufe K1(t) zugeführt. Damit ist eine dem jeweiligen Fahrzeugzustand und den Randbedingungen im Fahrzeuginnenraum entsprechende Anpassung mit optimierter Geräuschunterdrückung möglich.
  • Mit dem weiter in der Regeleinrichtung RE enthaltenen Kalman-Filter DSP-R2 (Digitaler Signal Prozessor-Regler 2) wird eine Ausführungsmöglichkeit für eine weitere Optimierung der Störschallunterdrückung insbesondere hinsichtlich des Einschwingverhaltens der Regeleinheit RE angegeben, wobei über Datenleitungen DL2 und DL3 weitere angepasste Parametersätze k2(t) und k3(t) für angepasste Startwerte dem Kalman-Filter DSP-R2 zugeführt werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2007/147994 A1 [0003]

Claims (7)

  1. Vorrichtung zur aktiven Geräuschkompensation eines Störschalls in einem Kraftfahrzeuginnenraum, mit einer Regeleinrichtung (RE) zur Erzeugung eines dem Störschall phaseninversen Kompensationssignals, das über einen Lautsprecher (L) als akustisches Gegenschallsignal dem Fahrzeuginnenraum zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass einer Anpassungsstufe (B) ein Motordrehzahlsignal (n(t)) als Steuersignal zugeführt wird, in der es zu einem drehzahlproportionalen phaseninversen Kompensationssignal umgerechnet und leistungsverstärkt als akustisches Gegenschallsignal dem Fahrzeuginnenraum zugeführt wird, dass durch wenigstens ein Mikrofon (M) der noch aktuell verbleibende Störschall erfasst und als Fehlersignal in die Regeleinrichtung (RE) rückgekoppelt wird, wo in einer Rückkopplungsstufe (K1(t)) mit veränderbaren Rückkopplungsparametern ein das phaseninverse Kompensationssignal ergänzendes Kompensations-Ergänzungssignal erzeugt wird, und dass in einem Speicher (SP) akustisch relevanten und veränderbaren Fahrzeugsignalen (FS) entsprechende unterschiedliche Rückkopplungsparameter (K) abgelegt sind, und mit einem Prozessor (MP) aus aktuellen Rückkopplungsparametern (K) entsprechend aktuellen Fahrzeugsignalen (FS) eine angepasste Regelcharakteristik beziehungsweise Übertragungsfunktion berechnet und der Regelung zur Verfügung gestellt wird.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verbesserung des Einschwingverhaltens die Regeleinrichtung (RE) weiter einen Kalman-Filter (DSP-R2) mit veränderbaren Startwerten aufweist, welche Startwerte in Abhängigkeit von den Fahrzeugsignalen (FS) zugeordneten Parametern (K) berechnet werden.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das akustische Gegenschallsignal mittels wenigstens eines Lautsprechers (L) einer Soundanlage dem Fahrzeuginnenraum zugeführt wird.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Störschall durch mehrere, verteilt im Fahrzeuginnenraum angeordnete Mikrofone (M) erfasst und gegebenenfalls mikrofonselektiv ausgewertet wird.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als veränderbare Fahrzeugsignale (FS) Sitzbelegungssignale zur Feststellung der Personenzahl im Fahrzeuginnenraum ausgewertet werden und über entsprechend zugeordnete unterschiedliche und geladene Rückkopplungsparameter (K) das relative Regelverhältnis der Störfrequenzen, insbesondere durch eine zugeordnete Regelsteilheit und einen zugeordneten Frequenzgang, und/oder die Startwerte des Kalman-Filters (DSP-R2) angepasst werden.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass weitere vom Fahrzeug selbsttätig veränderbare und verfügbare Fahrzeugsignale (FS), wie ein Schaltsignal für die Klappensteuerung in einer Abgasanlage und/oder ein Getriebe-Neutralsignal und/oder Stellung/Gradient Gaspedal und/oder Signal eingelegter Gang und/oder Zylinderabschaltung ein-/aus mit entsprechend abgelegten unterschiedlichen Rückkopplungsparametern (K) ausgewertet und darüber gesteuert die Regelsteilheit und der Frequenzgang angepasst werden.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass von einer Person, insbesondere vom Fahrer veränderbare und verfügbare Fahrzeugsignale (FS), wie Stellungssignale Fenster auf/zu und/oder Schiebe-/Panoramadach auf/zu und/oder Signal Getriebecharakteristik und/oder Signal Gaspedalcharakteristik und/oder Signal Federungscharakteristik mit entsprechend abgelegten unterschiedlichen Rückkopplungsparametern (K) ausgewertet und darüber gesteuert und berechnet die Regelsteilheit und der Frequenzgang angepasst werden.
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