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Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines Fahrzeug-Betriebsgeräuschs gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Insbesondere für Kraftfahrzeuge mit Hybridantrieb, die auch rein elektrisch betrieben werden, kann zur Verbesserung der akustischen Wahrnehmung im reinen Elektrobetrieb ein Fahrzeug-Betriebsgeräusch mittels einer speziellen Einrichtung erzeugt werden. Es ist bekannt, zur Erzeugung eines quasi künstlichen Fahrzeug-Betriebsgeräuschs, ein Lautsprecher-Soundsystem zu verwenden, über das eine entsprechende Geräuschabstrahlung erfolgen kann.
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Aus der
WO 2011/ 038 824 A1 ist eine Einrichtung zur Erzeugung eines von anderen Verkehrsteilnehmern wahrnehmbaren Fahrzeug-Betriebsgeräuschs bekannt, die eine elektrodynamische Wandlereinrichtung zur Anregung einer beweglichen Karosseriefläche des Fahrzeugs verwendet.
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Weiterhin ist aus der
WO 00/ 12 354 A1 ein Signalisierungssystem für Fahrzeuge bekannt, welches eine Signalerzeugungseinrichtung besitzt, die elektrisch oder beispielsweise auch mechanisch angetrieben werden kann. Die Verwendung derart zusätzlicher Einrichtungen zur Geräuscherzeugung erfordert dabei je nach Umfang und Komplexität des verwendeten Geräuscherzeugungssystems einen entsprechenden Material- und Montageaufwand.
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Aus der
DE 10 2011 078 166 A1 ist eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Erzeugen eines Fahrzeug-Betriebsgeräusches bekannt. Aus der
DE 44 37 946 A1 ist eine Kühlvorrichtung für einen flüssigkeitsgekühlten Verbrennungsmotor bekannt. Aus der
DE 10 2010 008 899 A1 ist ein Verfahren zum Überdecken des Betriebsgeräusches eines elektrischen Kälteverdichters bekannt. Aus der
DE 36 11 987 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung einer Raum-Temperatur bekannt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Erzeugung eines Fahrzeug-Betriebsgeräuschs in einem Kraftfahrzeug zu realisieren, wobei hierfür ein möglichst geringer Material- und Montageaufwand erforderlich sein sollte.
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Die Lösung dieser Aufgabe erhält man mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Gemäß dem Patentanspruch 1 ist zur Erzeugung und Abstrahlung eines veränderbaren Fahrzeug-Betriebsgeräuschs eine Geräuschsteuerung vorgesehen, die den Kühlerlüfter des im Kraftfahrzeug angeordneten Verbrennungsmotors und/oder eine das Lüftergeräusch des Kühlerlüfters beeinflussende Einrichtung steuert. So kann beispielsweise bereits bei stehendem Kraftfahrzeug ein für andere Verkehrsteilnehmer wahrnehmbares Fahrzeug-Betriebsgeräusch durch eine entsprechend gewählte Lüfterdrehzahl erzeugt werden. Dabei kann auch in Kombination mit der Steuerung der Lüfterdrehzahl eine das Lüftergeräusch beeinflussende Einrichtung gesteuert werden.
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Eine derartige Einrichtung ist als ein in den Luftstrom des Kühlerlüfters einführbares Element ausgebildet, und zwar in Form einer vor oder hinter einem Lüfterrad verschwenkbaren Platte. Damit lässt sich auf sehr einfache Weise das vom Kühlerlüfter erzeugte Kühlerlüftergeräusch verändern, und zwar in der Weise, dass das Kühlerlüftergeräusch auch bei gleichbleibender Lüfterdrehzahl in Lautstärke und Klangcharakter durch eine Änderung der Schwenkposition der Platte veränderbar ist. Je nach Form und Größe des verwendeten Elements, kann damit ein unterschiedlicher Sound für das Fahrzeug-Betriebsgeräusch erzeugt werden.
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Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Betriebsspannung des Lüftermotors des Kühlerlüfters bzgl. ihrer Signalform in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit und/oder in Abhängigkeit von sonstigen Fahrbetriebsparametern zur Veränderung des vom Kühlerlüfters abgestrahlten Luftgeräuschs beeinflussbar ist. In Versuchen wurde festgestellt, dass bei Elektromotoren mit elektronischer Kommutierung, deren Betriebsspannung ein gepulstes Signal ist, das abgestrahlte Motorgeräusch durch eine Veränderung der Breite und/oder der Anstiegsflanke und/oder des Taktzeitpunkts der Impulse veränderbar ist. Dabei kann eine Geräuschminimierung durch eine weichere Anstiegsflanke erreicht werden, was wiederum die Möglichkeit ergibt, zur Erzeugung eines außerhalb des Kraftfahrzeug wahrnehmbaren Fahrzeug-Betriebsgeräuschs steilere Anstiegsflanken bei den Impulsen der Betriebsspannung des elektrischen Lüftermotors vorzusehen. Wird der Taktzeitpunkt für die einzelnen Impulse der Betriebsspannung etwas vorgezogen, führt dies ebenfalls zu einer Veränderung des Lüftergeräuschs, wodurch sich auch eine größere Geräuschlautstärke realisieren lässt. Eine derart veränderte Ansteuerung eines Lüftermotors stellt eine Geräuscherzeugungsmaßnahme dar, die keine zusätzlichen Bauteile erfordert und somit äußerst kostengünstig realisierbar ist.
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Eine weitere Verbesserung einer gewünschten Geräuschabstrahlung kann dadurch erhalten werden, dass der Betriebsspannung des Lüftermotors ein elektrisches Geräuschsignal überlagert wird, welches dann vom Lüftermotor insbesondere über das Lüfterrad als akustisches Geräuschsignal abgestrahlt wird. Das relativ leichte und großflächige Lüfterrad verhält sich dabei ähnlich wie eine großflächige und leichte Membran eines Lautsprechers.
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Oftmals besitzt der Kühler eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs zwei Kühlerlüfter, so dass die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Maßnahmen zur Erzeugung eines Fahrzeug-Betriebsgeräuschs sehr vorteilhaft nur an einem der beiden Kühlerlüfter vorgesehen sein können. Damit bleibt der andere Kühlerlüfter völlig unbeeinflusst von der Geräuscherzeugung und kann ausschließlich in Abhängigkeit von der geforderten Kühlleistung gesteuert werden.
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Die Erzeugung eines gewünschten Fahrzeug-Betriebsgeräuschs hat aber in jedem Fall gegenüber einer geforderten notwendigen Kühlleistung untergeordnete Priorität, das heißt, dass der Kühlerlüfter immer in erster Linie so betrieben wird, dass er die erforderliche Kühlleistung für das Kühlsystem des Verbrennungsmotors zur Verfügung stellt.
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Die Erzeugung eines künstlichen Fahrzeug-Betriebsgeräuschs als Standgeräusch und auch als Fahrgeräusch ist zwar insbesondere für den elektrischen Betrieb eines Hybridfahrzeugs vorgesehen, jedoch kann ein solches künstlich erzeugtes Fahrzeug-Betriebsgeräusch auch für Fahrzeuge sinnvoll sein, die ausschließlich einen Verbrennungsmotor besitzen, wenn dieser in bestimmten Fahrbetriebssituationen selbst ein sehr geringes und damit für andere Verkehrsteilnehmer kaum wahrnehmbares Eigengeräusch erzeugt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer Einrichtung zur Erzeugung eines Fahrzeug-Betriebsgeräuschs mit einem Kühlerlüfter,
- 2 einen Kühler eines Verbrennungsmotors mit zwei Kühlerlüftern,
- 3 das Frequenzspektrum der Geräuschabstrahlung eines Kühlerlüfters ohne und mit einem das Lüftergeräusch beeinflussenden Element bei einer Lüfterdrehzahl von 1 500 U/min,
- 4 das Frequenzspektrum der Geräuschabstrahlung eines Kühlerlüfters ohne und mit einem das Lüftergeräusch beeinflussenden Element bei einer Lüfterdrehzahl von 2 300 U/min und
- 5 drei unterschiedliche Impulsfolgen der Betriebsspannung, mit der ein Elektromotor eines Kühlerlüfters angesteuert wird.
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Das in 1 dargestellte Blockschaltbild umfasst eine Motorsteuerung MS, die mit einer Lüftersteuerung LS und mit einer Geräuschsteuerung GS in Signalverbindung steht. Außerdem ist ein Kühlerlüfter 1 eines hier nicht dargestellten Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs ersichtlich, der von der Lüftersteuerung LS und der Geräuschsteuerung GS in Abhängigkeit vom jeweiligen Fahrbetriebszustand des Kraftfahrzeugs gesteuert wird. Die Motorsteuerung MS, die Lüftersteuerung LS und die Geräuschsteuerung GS können in einem zentralen Steuergerät ZG des Kraftfahrzeugs integriert sein, welches hier mit strichpunktierten Linien angedeutet ist.
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Der Kühlerlüfter 1 besitzt ein hier stilisiert dargestelltes Lüfterrad 2, das je nach gewählter Lüfterdrehzahl einen mehr oder weniger starken Luftmassenstrom erzeugt, mit dem der Kühler des Verbrennungsmotors und damit das den Kühler durchströmende Kühlmittel gekühlt wird.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel ragt unmittelbar vor dem Lüfterrad 2 als ein schwenkbares Element eine schwenkbare Platte 3 in den Strömungsbereich des vom Kühlerlüfter 1 erzeugten Luftstroms. Die schwenkbare Platte 3 ist um eine Schwenkachse 4 entsprechend der Richtung des Doppelpfeils 5 schwenkbar. Je nachdem, wie weit die Platte 3 in den Luftstrom des Kühlerlüfters 1 hineingeschwenkt ist, ergibt sich ein mehr oder weniger lautes Lüftergeräusch, welches als Fahrzeug-Betriebsgeräusch außerhalb des Kraftfahrzeugs wahrnehmbar ist.
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Die Platte 3 ist in 1 als schmaler Blechstreifen dargestellt und bildet somit das wesentliche Element einer Einrichtung zur Erzeugung und Abstrahlung eines Fahrzeug-Betriebsgeräuschs. Die Geräuschsteuerung GS steuert in Abhängigkeit von den jeweils aktuellen Betriebsbedingungen, wie beispielsweise Fahrzeugstillstand, geringe Fahrgeschwindigkeit, höhere Fahrgeschwindigkeit, die Schwenkposition der Platte 3. Außerdem kann die Geräuschsteuerung GS eine entsprechende Geräuschanforderung an die Lüftersteuerung LS übertragen, um beispielsweise in Abhängigkeit von dem aktuellen Fahrbetriebszustand und/oder in Abhängigkeit von sonstigen Fahrbetriebsparametern zur Erzeugung eines zugehörigen Fahrzeug-Betriebsgeräuschs die Drehzahl des Kühlerlüfters 1 entsprechend einzustellen.
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Bei der Steuerung des künstlich erzeugten Fahrzeug-Betriebsgeräuschs wird stets darauf geachtet, dass eine von der Motorsteuerung MS angeforderte Kühlleistung vom Kühler des Verbrennungsmotors bereitgestellt wird. Die Kühlung des Verbrennungsmotors hat somit zumindest in Grenzbereichen eine höhere Priorität als die Erzeugung eines Fahrzeug-Betriebsgeräuschs.
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2 veranschaulicht die Draufsicht auf einen Kühler eines Verbrennungsmotors, der zwei Kühlerlüfter 1a, 1b besitzt, wobei hier nur der Kühlerlüfter 1a mit einem seitlich in dessen Luftstrom ragenden Element in Form einer schwenkbaren Platte 3 ausgerüstet ist. Die Platte 3 ist auch hier, wie bei 1, um eine Schwenkachse 4 entsprechend dem Richtungspfeil 5 schwenkbar und kann vollständig aus dem Luftstrom des Kühlerlüfters 1a herausgeschwenkt werden.
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3 zeigt nun das Frequenzspektrum ohne und mit einer in den Luftstrom eines Kühlerlüfters eingeschwenkten Platte 3 gemäß 1 und 2 bei einer Lüfterraddrehzahl von 1 500 U/min. Das Frequenzspektrum mit eingeschwenkter Platte 3 ist als durchgezogene Linie dargestellt, während die gepunktete Linie das Frequenzspektrum bei aus dem Luftstrom des Kühlerlüfters herausgeschwenkter Platte 3 angibt. Die beiden Frequenzspektren zeigen, dass beispielsweise im Frequenzbereich um ca. 300 Hz eine Lautstärkeerhöhung um 15 dB bis 20 dB festzustellen ist. Die Verwendung einer solchen in den Luftstrom eines Kühlerlüfters einschwenkbaren Platte 3 gemäß 1 und 2 stellt eine besonders einfache und dennoch wirksame Maßnahme zur Erzeugung eines gewünschten Fahrzeug-Betriebsgeräuschs dar.
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Die in 4 dargestellten Frequenzspektren wurden bei einer Lüfterraddrehzahl von 2 300 U/min gemessen, wobei auch hier die durchgezogene Linie das Frequenzspektrum mit in den Luftstrom des Kühlerlüfters eingeschwenkten Platte 3 zeigt. Das gepunktet dargestellte Frequenzspektrum wurde bei aus dem Luftstrom herausgeschwenkter Platte 3 gemessen.
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3 und 4 veranschaulichen, wie durch eine geeignete Wahl der Lüfterraddrehzahl in Verbindung mit einem entsprechenden Einschwenken der in 1 und 2 dargestellten schwenkbaren Platte 3 in den Luftstrom des jeweiligen Kühlerlüfters 1, 1a das vom Kühlerlüfter erzeugte Lüftergeräusch gesteuert werden kann, um ein gewünschtes Fahrzeug-Betriebsgeräusch zu erzeugen.
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5 zeigt drei mögliche schematische Verläufe der pulsweitenmodulierten Betriebsspannung, mit der der den Kühlerlüfter 1 von 1 und 2 antreibende Elektromotor betrieben wird. Dabei handelt es sich um einen herkömmlichen Elektromotor für einen Kühlerlüfter, der als elektronisch kommutierender Elektromotor ausgeführt ist. Die Betriebsspannung kann herkömmlich eine Impulsfolge sein, wie sie oben in 5 als Impulsfolge A dargestellt ist. Die als mittlere Impulsfolge B dargestellte Betriebsspannung besitzt Impulse mit kürzerer Breite und mit zeitlich vorgezogener Anstiegsflanke AF. Durch die geringere Impulsbreite und durch den früheren Taktzeitpunkt tAF ergibt sich ein deutlich lauteres Motorgeräusch für den Elektromotor.
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Die untere Betriebsspannung ist als Impulsfolge C dargestellt, deren Anstiegsflanke AF langsamer ansteigend ist, wodurch ein besonders weicher und ruhiger Motorlauf mit geringer Motorlautstärke erzielt wird.
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Durch eine Veränderung von Impulsbreite und/oder Taktzeitpunkt und/oder Verlauf der Anstiegsflanke AF kann somit das vom Elektromotor des Kühlerlüfter abgestrahlte Motorgeräusch variiert werden, um gezielt eine gewünschte stärkere oder geringere Geräuschentwicklung zu erzeugen.
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Die Geräuscherzeugung am Kühlerlüfter kann außerdem in der Weise erfolgen, dass der Betriebsspannung zum Betrieb des Elektromotors des Kühlerlüfters ein elektrisches Geräuschsignal überlagert wird. Wird ein solches elektrisches Signal der Betriebsspannung des Elektromotors überlagert, so hat dies zur Folge, dass über den Elektromotor dieses elektrische Geräuschsignal in ein entsprechendes akustisches Geräuschsignal umgewandelt wird, welches in einem vom Menschen akustisch wahrnehmbaren Frequenzbereich liegt. Die Abstrahlung des akustischen Geräuschsignals erfolgt dabei hauptsächlich über das Lüfterrad 1, 1a, 1b, so dass das Lüfterrad hierbei als schallabstrahlendes Element wirkt, wie die Membran eines Lautsprechers.
