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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fahrgeräuschsynthese, ein Fahrakustiksystem zum Erzeugen eines Fahrgeräuschs und ein mobiles Endgerät, das dazu eingerichtet ist, entsprechende Schritte des Verfahrens durchzuführen. Das Verfahren kann ganz oder teilweise als Computerprogramm implementiert sein, das auf einem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert sein kann.
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Stand der Technik
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Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotoren liefern ihren jeweiligen Insassen eine akustische Rückmeldung über die jeweils aktuelle Fahrsituation. Beispielsweise bei hohen Lasten oder hoher Drehzahl steigt der Geräuschpegel im Innenraum. Auch eine starke Beschleunigung lässt sich meist im Innern des Fahrzeugs akustisch wahrnehmen. Neben visuellen Anzeigen kann daher der Fahrer auch das Motorgeräusch bewusst oder unbewusst nutzen, um seine Fahrweise zu korrigieren oder anzupassen, beispielsweise zu schalten oder die Geschwindigkeit zu reduzieren. Dazu ist es wichtig, dass der Fahrer die gehörte Information richtig interpretiert, dass also der Klang des Motors in der jeweiligen Fahrzeugsituation dem Geräusch entspricht, das der Fahrer mit diesem Zustand assoziiert.
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Beispielsweise bei Fahrzeugen mit stufenlosem Getriebe (auch „Continuous Variable Transmission“, kurz „CVT“ genannt) stimmt das Motorgeräusch in vielen Situationen nicht mit dem von herkömmlichen Fahrzeugen her gewohnten Klang überein. Im Widerspruch zu den Erfahrungswerten der Nutzer sinkt in CVT-Getrieben beispielsweise die Drehzahl bei Beschleunigung. Das resultierende Geräusch führt häufig dazu, dass der Fahrer verwirrt ist und nicht oder in unangebrachter Weise auf die akustische Rückmeldung reagiert. Dies kann z.B. verhindern, dass das gesamte Kraftstoffeinsparpotenzial des stufenlosen Getriebes genutzt werden kann.
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Bei Elektro- und Hybridfahrzeugen fehlt die akustische Rückmeldung weitestgehend ganz. Dies kann dazu führen, dass ein Fahrer die Fahrgeschwindigkeit und allgemein die Fahrzeugdynamik falsch einschätzt, was auch ein potentielles Sicherheitsrisiko bedeutet.
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Diverse Studien belegen zudem, dass die Fahrzeugakustik einen wesentlichen Einfluss auch auf die subjektive Wahrnehmung des Fahrzeugs und die damit assoziierte Leistung hat. Bereits ein sportliches Klangbild bewirkt, dass das jeweilige Fahrzeug als „leistungsfähiger" empfunden wird.
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Eine aktive Klangerzeugung bietet daher die Möglichkeit, sowohl auf das Fahrverhalten des Fahrers adäquat einzuwirken als auch auf die subjektive Wahrnehmung der Insassen bezüglich der Motorkapazität zu beeinflussen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die zunehmende Entkopplung von gewünschter akustischer Rückmeldung und dem aktuellen Betriebspunkt eines Fahrzeugantriebs auf kostengünstige Art und Weise zu ermöglichen.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zur Fahrgeräuschsynthese, ein Fahrakustiksystem, ein Computerprogramm und ein maschinenlesbares Speichermedium mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Fahrgeräuschsynthese umfasst einen Schritt des Empfangens von digitalen Fahrzeugdaten durch ein mobiles Endgerät, das beispielsweise ein Smartphone, ein Tablet PC oder ein sonstiger tragbarer Rechner sein kann. Die Fahrzeugdaten enthalten (vorzugsweise aktuelle) Informationen zum Fahrzeugzustand, z.B. aktuelle Werte für Drehzahl, Last und/oder Geschwindigkeit des Fahrzeugs. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren generiert das mobile Endgerät in Abhängigkeit von den Fahrzeugdaten ein synthetisches Audiosignal und sendet dieses an ein Schall- oder Vibrationgserzeugungssystem im Fahrzeug. Das Schall- oder Vibrationgserzeugungssystem kann beispielsweise ein Audiosystem sein, z.B. ein fahrzeugeigenes Audiosystem oder ein mobiles Audiosystem (wie beispielsweise ein mobiler Subwoofer). Die Fahrzeugdaten werden über mindestens eine Kommunikationsschnittstelle des mobilen Endgeräts empfangen.
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Das erfindungsgemäße Fahrakustiksystem zum Erzeugen eines Fahrgeräuschs eines Fahrzeugs umfasst ein Audiosystem mit mindestens mindestens einem Schall- oder Schwingungserreger (z.B. einem Lautsprecher), sowie ein Fahrzeugcomputersystem, das dazu eingerichtet ist, digitale Fahrzeugdaten mit Informationen zum Fahrzeugzustand zu erfassen. Die digitalen Fahrzeugdaten können beispielsweise von Sensoren analog gemessen, in digitale Daten konvertiert und alsdann an das Fahrzeugcomputersystem übermittelt worden sein.
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Das erfindungsgemäße Fahrakustiksystem umfasst weiterhin ein mobiles Endgerät, beispielsweise ein Smartphone, einen Tablet PC oder einen sonstigen tragbaren Rechner. Das Audiosystem und das mobile Endgerät sind jeweils dazu eingerichtet, über mindestens eine Kommunikationsschnittstelle miteinander zu kommunizieren, vorzugsweise mittels mindestens eines standardisierten Protokolls. Das mobile Endgerät ist dabei dazu eingerichtet, die digitalen Fahrzeugdaten zu empfangen, in Abhängigkeit von ihnen ein synthetisches Audiosignal zu generieren und dieses synthetische Audiosignal an das Audiosystem zu senden. Das Audiosystem schließlich ist dazu eingerichtet, das synthetische Audiosignal vom mobilen Endgerät zu empfangen und daraus ein Fahrgeräusch zu erzeugen. Das Audiosystem kann fest im Fahrzeug verbaut sein oder als nachträgliche Komponente ausgeführt sein.
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Auf Basis von ermittelten Fahrzeugparametern (z.B. Drehzahl, Last, Geschwindigkeit) kann somit erfindungsgemäß ein gewünschtes Fahrgeräusch generiert werden. Hierzu können vorhandene Komponenten beispielsweise eines Audiosystems und eines eingebetteten Systems mit Fahrzeugcomputer eingesetzt werden. Erfindungsgemäß werden die vorhandenen Rechenkapazitäten des mobilen Endgeräts genutzt, wobei der einfache Zugang zu den digitalen Fahrzeugdaten eine Nachrüstlösung ohne ein Erfordernis von zusätzlicher Hardware wie Steuerungseinheit, Verstärker oder zusätzlichen, spezifischen Sensoren ermöglicht. Dadurch erlaubt die vorliegende Erfindung eine kostengünstige aktive Klangerzeugung im Fahrzeug.
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Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der die Fahrzeugdaten gemäß einem standardisierten Protokoll übertragen werden. Dies hat den Vorteil, dass keine fahrzeugspezifische Anpassung (beispielsweise an ein spezielles Bus-Protokoll des Fahrzeugs) erforderlich ist.
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Durch Verwendung einer standardisierten Verbindung können die Daten mit der erforderlichen Genauigkeit und Bandbreite übertagen werden; die Latenz ist dabei kleiner als 50ms.
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Zur bidirektionalen Kommunikation zwischen mobilem Endgerät und dem Fahrzeug (z.B. dem darin enthaltenen Fahrzeugcomputersystem und/oder dem Schall- oder Vibrationserzeugungssystem (z.B. Audiosystem) stehen unterschiedliche Technologien zur Verfügung. Beispielsweise auf Basis standardisierter Protokolle können die relevanten Daten in einem virtuellen Kanal übertragen werden. Beispiele für geeignete Übertragungstechnologien sind WLAN, Bluetooth, eine iPad-Schnittstelle (Transparent Channel bzw. serielle Schnittstelle) oder die Mirrorlink Technologie.
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Vorzugsweise wird das generierte Audiosignal in Abhängigkeit von jeweils aktuellen digitalen Fahrzeugdaten wiederholt generiert. Dazu werden das Empfangen von (aktuellen) digitalen Fahrzeugdaten, das Generieren eines (aktuellen) synthetischen Audiosignals in Abhängigkeit von den (aktuellen) digitalen Fahrzeugdaten sowie das Senden des (aktuellen) synthetischen Audiosignals über eine Kommunikationsschnittstelle des mobilen Endgeräts wiederholt, wobei vorzugsweise mindestens ein standardisiertes Protokoll verwendet wird. Das resultierende Fahrgeräusch kann so mit dem tatsächlichen, sich ständig ändernden Fahrgeschehen synchronisiert werden.
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Die Wiederholungen können beispielsweise periodisch erfolgen (z.B. alle 50ms oder alle 100ms oder jede Sekunde), oder jeweils durch eine Änderung der digitalen Fahrzeugdaten gegenüber den zuletzt empfangenen ausgelöst werden, beispielsweise bei einer Änderung mindestens eines Parameters der digitalen Fahrzeugdaten um mindestens einen vorgegebenen Wert. Diese Änderung und ihr Ausmaß können z.B. vom Fahrzeugcomputersystem bestimmt werden, das dann im Falle der Überschreitung des vorgegebenen Werts die aktuellen digitalen Fahrzeugdaten an das mobile Endgerät sendet, andernfalls nicht sendet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird das synthetische Audiosignal entsprechend mindestens einer Vorschrift generiert, die durch ein ausgewähltes Klangmuster festgelegt ist. Das Klangmuster ist dabei in einer Menge von Klangmustern enthalten, die mindestens ein weiteres Klangmuster enthält, wobei das weitere Klangmuster mindestens eine Vorschrift zum Erzeugen eines anderen synthetischen Audiosignals umfasst. Die Auswahl wird oder wurde dabei vorzugsweise von einem Anwender getroffen. Basierend auf denselben empfangenen Fahrzeugdaten liefert also das ausgewählte Klangmuster vorzugsweise ein anderes synthetisches Audiosignal, als es das weitere Klangmuster täte, wenn es ausgewählt worden wäre.
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Diese Ausführungsform erlaubt es, ein resultierendes, vom Schall- oder Vibrationserzeugungssystem (z.B. Audiosystem) erzeugtes Fahrgeräusch individuell nach den Wünschen des Anwenders zu generieren. Beispielsweise kann das ausgewählte Klangmuster eine akustische Simulation eines Oldtimers oder eines Sportwagens bewirken, wohingegen das weitere Klangmuster (bei Auswahl) die Bildung des jeweils anderen Geräuschs bewirkt bzw. bewirkt hätte. Teilt sich der Fahrer mehrere Fahrzeuge mit anderen Nutzern und verwendet daher wechselweise verschiedene Gefährte, kann er auf diese Weise stets seine individuell gewünschte Klangkulisse unabhängig vom jeweiligen Fahrzeugtyp erhalten. In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Anwender vom (zuvor) ausgewählten auf mindestens ein weiteres Klangmuster der Menge umschalten, beispielsweise während einer Fahrt. Dies erleichtert dem Anwender die Auswahl eines individuell bevorzugten Klangmusters.
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Die Menge von Klangmustern kann in dem mobilen Endgerät gespeichert sein und vorzugsweise vom Anwender bearbeitet, beispielsweise durch Herunterladen aus dem Internet oder von einem externen Speichermedium um ein oder mehrere Klangmuster ergänzt werden. Alternativ kann die Menge insgesamt im Internet oder auf einem Speichermedium bereitgestellt sein und das mobile Endgerät nur das im Internet bzw. vom Speichermedium ausgewählte und alsdann heruntergeladene Klangmuster enthalten; diese letztere Ausführungsform spart Speicherplatz auf dem mobilen Endgerät.
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Vorzugsweise wird das vom Schall- oder Vibrationserzeugungssystem (z.B. Audiosystem) generierte Fahrgeräusch digital auf weitere Ansteuersignale (z.B. Radio, Freisprecheinrichtung) aufgemischt, und zwar entweder in einer Zentraleinheit (der sogenannten „Headunit“) des Schall- oder Vibrationserzeugungssystems oder in einem optional vom Schall- oder Vibrationserzeugungssystem umfassten Verstärker. Bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen das Abmischen so erfolgt, dass das erzeugte synthetische Fahrgeräusch unabhängig vom im Schall- oder Vibrationserzeugungssystem durch den Fahrer eingestellten Lautstärkepegel ist. Dadurch wird eine realitätsgetreue Klangkulisse geschaffen.
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Zur akustischen Optimierung kann ein aktives Balancing oder Fading des generierten Geräuschs eingesetzt werden, so dass das Geräusch beispielsweise eher von vorne, eher von hinten, eher von links und/oder eher von rechts kommt.
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In einer Ausführungsform der Erfindung wird aus dem synthetischen Audiosignal zudem ein Außengeräusch erzeugt. Dies dient der akustischen Außendarstellung des Fahrzeugs und insbesondere dem Fußgängerschutz.
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Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein mobiles Endgerät, ist insbesondere programmtechnisch dazu eingerichtet, die vom mobilen Endgerät durchzuführenden Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen.
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Auch die Implementierung des Verfahrens in Form von Software ist vorteilhaft, weil dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere Disketten, Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, CD-ROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den Zeichnungen. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne dass der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen würde.
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Die Erfindung ist anhand zweier Ausführungsbeispiele in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt schematisch die Datenübertragung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
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2 zeigt schematisch die Datenübertragung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt ein Fahrakustiksystem 10 für ein Fahrzeug 1 entsprechend einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Fahrakustiksystem umfasst ein Fahrzeugcomputersystem 100, das dazu eingerichtet ist, Fahrzeugdaten 28 mit Informationen zum Fahrzeugzustand zu erfassen, wie beispielsweise eine Drehzahl, eine Drehzahländerung, eine Last oder dergleichen.
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Das Fahrzeugcomputersystem 100 ist dazu eingerichtet, die Fahrzeugdaten 28 an eine Zentraleinheit 110 eines vom Fahrakustiksystem 10 umfassten Audiosystems 101 zu senden. Neben der Zentraleinheit 110 weist das dargestellte Audiosystem 101 einen optionalen Verstärker 111 und eine Lautsprecheranlage mit zwei Lautsprechern 112, 113 auf.
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Die Zentraleinheit 110 des Audiosystems sendet die Fahrzeugdaten 28 weiter an ein mobiles Endgerät 102. Dieses empfängt die Fahrzeugdaten und generiert in Abhängigkeit von ihnen ein synthetisches Audiosignal 21, das das mobile Endgerät an das Audiosystem, im vorliegenden Fall an dessen Zentraleinheit 110 sendet.
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Wie durch die Symbole angedeutet, wird in der dargestellten Ausführungsform sowohl bei der Übertragung der Fahrzeugdaten 28 als auch bei der Übertragung des synthetischen Audiosignals 21 als Schnittstelle die Bluetoothtechnologie mit der zugehörigen Protokollarchitektur verwendet. Alternativ oder zusätzlich könnten beispielsweise WLAN, und/oder eine kabelgebundene Übertragung mit den zugehörigen Protokollen Anwendung finden (z.B. die MirrorLink-Technologie).
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Die Zentraleinheit 110 des Audiosystems empfängt das synthetische Audiosignal und erzeugt damit ein synthetisches Fahrgeräusch, das sie mit anderen Ansteuersignalen abmischt. Das abgemischte Signal wird zum Verstärker 111 und von dort an die Lautsprecher 112, 113 geleitet, die das Geräusch ausgeben, vorzugsweise unabhängig von einer gewählten Lautstärke für die anderen Ansteuersignale. Einer der oder beide Lautsprecher 112, 113 kann bzw. können als Außenlautsprecher des Fahrzeugs installiert sein.
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2 zeigt eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; den Merkmalen in 1 entsprechende Merkmale sind dabei jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Das in 2 dargestellte Fahrakustiksystem 20 umfasst ein Fahrzeugcomputersystem 200, das dazu eingerichtet ist, Fahrzeugdaten 28 mit Informationen zum Fahrzeugzustand direkt an das mobile Endgerät 202 zu senden, beispielsweise über WLAN, wie durch das Symbol angedeutet. In Abhängigkeit von den empfangenen Fahrzeugdaten generiert das mobile Endgerät ein synthetisches Audiosignal 21 und sendet letzteres an das Audiosystem 201, und zwar an den von diesem umfassten Verstärker 211. Im vorliegenden Fall ist beispielhaft eine Übertragung per Bluetoothtechnologie vom mobilen Endgerät 202 zum Verstärker 211 angedeutet.
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Der Verstärker 211 empfängt das synthetische Audiosignal und zudem mindestens ein weiteres Ansteuersignal 23 von der Zentraleinheit 210 des Audiosystems 201; das weitere Ansteuersignal 23 kann beispielsweise ein Radiosignal oder ein Signal einer Fernsprechanlage sein. Der Verstärker 211 mischt die Signale 21 und 23 ab und leitet das abgemischte Signal 22 an die Lautsprecher 112 und 113 weiter, die das synthetische Geräusch und den weiteren Klang (z.B. Radio) ausgeben.
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Sowohl in 1 als auch in 2 ist schematisch gezeigt, dass im mobilen Endgerät 102 bzw. 202 eine Menge 104 mit Klangmustern 121, 122 gespeichert ist. Wie durch die Schraffierung angedeutet, ist in den dargestellten Fällen das Klangmuster 122 ausgewählt. Daher generiert das mobile Endgerät 102 bzw. 202 das synthetische Audiosignal entsprechend diesem Klangmuster.
