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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermeidung oder Abschwächung eines in einem Fahrzeuginnenraum, insbesondere einem Kraftfahrzeuginnenraum, bei Fahrt mit mindestens einem geöffneten Fenster auftretenden Geräusches. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit mindestens einem Innenraumschallsensor zur Erfassung des Innenraumschalls und mindestens einer signalleitenden Verbindung des Innenraumschallsensors zu mindestens einer Auswerteeinrichtung. Außerdem betrifft die Erfindung ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, mit einer vorbezeichneten Vorrichtung.
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Ein Großteil der für den Straßenverkehr zugelassenen Kraftfahrzeuge weisen Fenster mit Fensterverstelleinrichtungen, beispielsweise in Form von Fensterhebern auf. Diese Fensterverstelleinrichtungen können sowohl mechanisch, über ein Kurbelsystem, als auch elektrisch ausgeführt sein, wobei ein Großteil der Kraftfahrzeuge über elektrische Fensterheber verfügt. Bei der Fahrt eines Kraftfahrzeuges mit einem zumindest spaltbreit geöffneten Fenster kann es zwischen der das Kraftfahrzeug umströmenden Luftströmung und der Luft im Innenraum des Fahrzeuges zu einer resonanten Druckschwingung kommen. Diese periodisch auftretende resonante Druckschwingung kann im Innenraum des Fahrzeuges als Geräusch wahrgenommen werden. Abhängig von beispielsweise der Fahrtgeschwindigkeit oder des Öffnungszustandes des Fensters kann das Geräusch mitunter laut und für Fahrzeuginsassen als störend empfunden werden. In der Lautstärke des Geräusches kann eine mögliche Gefahrenquelle liegen, da beispielsweise Warnsignale anderer Verkehrsteilnehmer überdeckt werden können.
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Bei Auftreten des periodischen Geräusches bei Fahrt mit geöffnetem Fenster kann ein Verändern der Öffnungsweite des Fensters Abhilfe schaffen, so dass eine resonante Druckschwingung zwischen Innenraum und Außenraum verhindert wird. Bei Änderung der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges ist jedoch ein erneutes Auftreten des periodischen Geräusches bei der veränderten Öffnungsweite des Fensters möglich, so dass eine erneute Anpassung der Öffnungsweite notwendig ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzuschlagen, mit dem eine Vermeidung oder Abschwächung eines in einem Fahrzeuginnenraum bei Fahrt mit geöffnetem Fenster auftretenden Geräusches möglich ist.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 und einem Fahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
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Bei einem Verfahren zur Vermeidung oder Abschwächung eines in einem Fahrzeuginnenraum, insbesondere einem Kraftfahrzeuginnenraum, bei Fahrt mit mindestens einem geöffneten Fenster auftretenden Geräusch, ist erfindungswesentlich vorgesehen, dass der Innenraumschall sensorisch erfasst wird und als elektrisches Innenraumschallsignal verarbeitet wird und dass das verarbeitete Innenraumschallsignal auf das Vorkommen zeitlich periodisch auftretender Amplitudenmaxima untersucht wird und dass bei Vorkommen einer charakteristischen zeitlichen Abfolge der Amplitudenmaxima mindestens ein Steuersignal an eine Steuereinheit einer Fensterverstelleinrichtung gesendet wird.
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Der im Fahrzeuginnenraum auftretende Innenraumschall wird sensorisch erfasst und als unbearbeitetes Rohsignal aufgezeichnet. Der Innenraumschall kann sich dabei aus einer Vielzahl unterschiedlicher Geräusche, wie beispielsweise Verkehrsgeräusche, Motorgeräusche, Windgeräusche zusammensetzen. Diese Geräusche können ihren Ursprung sowohl innerhalb als auch außerhalb des Innenraums haben. Das aufgenommene Rohsignal des Innenraumschalls wird beispielsweise durch eine Recheneinheit verarbeitet, um eine weitere Untersuchung des Signals zu erleichtern oder zu ermöglichen. Das verarbeitete Innenraumschallsignal wird auf das Vorkommen von Amplitudenmaxima, die in einer bestimmten zeitlichen Abfolge zueinander stehen, untersucht. Bei der Fahrt mit geöffnetem Fenster kann eine resonante Druckschwingung im Fahrzeuginnenraum auftreten. Durch die Druckschwingung können Amplitudenmaxima im Innenraumschallsignal hervorgerufen werden. Aufgrund der periodischen Eigenschaften der Druckschwingung weisen die zugehörigen Amplitudenmaxima im Innenraumschallsignal eine charakteristische zeitliche Abfolge auf. Das bei Fahrt mit geöffnetem Fenster auftretende periodische Geräusch wird über das Vorkommen dieser charakteristischen zeitlichen Abfolge der Amplitudenmaxima im Innenraumschallsignal detektiert. Bei Auftreten der charakteristischen zeitlichen Abfolge der Amplitudenmaxima wird ein Steuersignal an die Steuereinheit einer Fensterverstelleinrichtung, beispielsweise eines elektrischen Fensterhebers, gesendet. Gesteuert von der Steuereinheit wird die Fensteröffnungsweite durch die Fensterverstelleinrichtung verändert. Die Öffnungsweite des Fensters wird solange verändert, bis eine Verminderung des periodischen Geräusches erreicht ist. Dazu kann das Innenraumschallsignal fortwährend aufgezeichnet, verarbeitet und untersucht werden. Das verarbeitete Innenraumschallsignal kann beispielsweise auch als eine Eingangsgröße für eine Regelschleife der Steuereinheit der Fensterverstelleinrichtung fungieren.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Innenraumschall mit mindestens einem Körperschallsensor erfasst. Das Geräusch, das bei der Fahrt mit geöffnetem Fenster auftritt, geht auf eine periodische Druckschwingung im Innenraum des Fahrzeuges zurück. Die Druckschwingungen können dabei Schwingungen im Innenraum hervorrufen, die einen Frequenzbereich, insbesondere einen niedriger Frequenzbereich, aufweisen der geeignet ist die Karosserie des Fahrzeugs zu Schwingungen anzuregen. Schwingungen der Fahrzeugkarosserie können mit Körperschallsensoren erfasst werden. Dabei kann beispielsweise auf Körperschallsensoren zurückgegriffen werden, die bereits im Fahrzeug beispielsweise zur Überwachung verschiedener Zustände der Fahrzeugkarosserie angeordnet sein können.
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In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird der Innenraumschall mit mindestens einem Mikrofon erfasst. Durch die Aufzeichnung des Rohsignals des Innenraumschalls in Form eines Luftschallsignals mittels eines Mikrofons ist eine besonders einfache Signalerfassung gegeben. Beispielsweise können zur Signalerfassung bereits im Innenraum angeordnete Mikrofone, beispielsweise von einer Freisprechanlage oder von einer Sprachsteuerung eines Fahrzeugbordcomputers genutzt werden.
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In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung werden Frequenzen des sensorisch erfassten Innenraumschallsignals oberhalb einer Grenzfrequenz abgeschwächt. Zur Abschwächung der Frequenzen oberhalb der vorbestimmten Grenzfrequenz kann beispielsweise ein Tiefpassfilter eingesetzt werden. Die Tiefpassfilterung kann dabei sowohl schaltungstechnisch als auch rechnerisch erfolgen. Die Frequenzen, des von einer resonanten Druckschwingung verursachten Geräusches liegen zumeist in einem niedrigen Frequenzbereich. Hohe Frequenzen, die von einem Tiefpassfilter abgeschwächt werden, sind für weitere Untersuchungen nicht von Bedeutung. Vorzugsweise wird bei der Tiefpassfilterung der aufgezeichneten Rohsignale eine Grenzfrequenz von 500 Hertz angewendet. Bei Frequenzen, die in dem aufgezeichneten Schallspektrum über der Grenzfrequenz von 500 Hertz liegen, kann davon ausgegangen werden, dass diese Frequenzen nicht durch die resonante Druckschwingung verursacht werden. Für eine weitere Auswertung und Verarbeitung sind diese Frequenzen somit nicht relevant.
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In einer Weiterbildung der Erfindung wird das verarbeitete Innenraumschallsignal mit einer Abtastrate von 10 Kilohertz abgetastet. Die Frequenzen des durch die resonante Druckschwingung im Innenraum verursachten Geräusches werden vor allem in einem niedrigen Frequenzbereich erwartet. Eine Abtastrate von 10 Kilohertz ist somit ausreichend, um alle auf die resonante Druckschwingung zurückgehenden Frequenzen zu erfassen. Insbesondere bei einer Abtastung des mit einer Grenzfrequenz von 500 Hertz Tiefpass gefilterten Rohsignals liefert eine Abtastrate von 10 Kilohertz eine sehr gute Erfassung aller relevanten Frequenzen des aufgenommenen Frequenzspektrums. Des Weiteren kann die Abtastrate auch an das abzutastende Signal angepasst werden, also eine höhere oder niedrigere Frequenz aufweisen.
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In einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens wird durch Berechnung der Energie des Innenraumschallsignals ein Energiesignal bestimmt. Das Energiesignal gibt die Energie des Innenraumschallsignals in zeitlicher Abhängigkeit an. Des Weiteren kann auch die Energie des verarbeiteten Innenraumschallsignals bestimmt werden.
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In einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens wird aus dem Energiesignal ein Signal berechnet, dass nur Signalanteile des Energiesignals aufweist, die einen vorbestimmten Amplitudenschwellwert überschreiten. Die periodischen Geräusche, die durch die Druckschwingung im Innenraum bei Fahrt mit geöffnetem Fenster verursacht werden, sind im Vergleich zu normalen Innenraumgeräuschen relativ laut, weisen also auch eine relativ hohe Energie auf. So kann davon ausgegangen werden, dass bei Unterschreitung eines vorher bestimmten Amplitudenschwellwertes, hier eines Energieamplitudenschwellwertes ein entsprechender Signalbestandteil nicht im Zusammenhang mit einer Druckschwingung im Innenraum steht. Diese Bestandteile werden bei der Berechnung eines aus dem Energiesignal hervorgehenden Signals nicht berücksichtigt, da sie für die weitere Auswertung nicht relevant sind.
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In einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens wird bei Vorkommen einer zeitlichen Abfolge von Amplitudenmaxima, bei der Amplitudenmaxima paarweise auftreten und bei der der Zeitabstand zwischen den beiden paarweise auftretenden Amplitudenmaxima kürzer ist als der Zeitabschnitt bis zum Auftreten der zeitlichen folgenden paarweise auftretenden Amplitudenmaxima, mindestens ein Steuersignal an mindestens eine Steuereinheit einer Fensterverstelleinrichtung gesendet. Vorzugsweise bei dem bereinigten Energiesignal wird eine Erkennung der Maxima, die vorbestimmten Kriterien entsprechen, durchgeführt. Die zeitliche Abfolge dieser Maxima wird untersucht. Durch eine Druckschwingung bei Fahrt mit geöffnetem Fenster wird ein periodisches Geräusch erzeugt, das sich beispielsweise als charakteristische Abfolge der Energiemaxima nachweisen lässt. Charakteristisch sind periodisch auftretende Doppelmaxima, also Energiemaxima, die zeitlich dicht aufeinander folgen. Auf ein solches Doppelmaximum folgt ein längerer Zeitabschnitt bis wieder ein Doppelmaximum auftritt. Die beispielsweise durch einen Algorithmus erkannten Energiemaxima werden auf diese zeitliche Abfolge untersucht. Bei Auftreten diese Doppelmaxima in der charakteristischen periodischen Abfolge wird ein Steuersignal an die Steuereinheit einer Fensterverstelleinrichtung gesendet. Durch die Fensterverstelleinrichtung wird die Öffnungsweite des Fensters solange verändert, bis durch den fortwährenden Prozess der Signalaufnahme, Signalverarbeitung und Signalauswertung keine weitere charakteristische Abfolge von Doppelmaxima mehr detektiert werden kann. Beispielsweise durch fortwährende Durchführung des Prozesses kann die Öffnungsweite des Fensters bei geänderter Fahrgeschwindigkeit angepasst werden, falls erneut die charakteristische Abfolge von Doppelmaxima auftritt.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, wobei die Vorrichtung mindestens einen Innenraumschallsensor zur Erfassung des Innenraumschalls aufweist und wobei mindestens ein Innenraumschallsensor eine signalleitende Verbindung zu mindestens einer Auswerteeinrichtung aufweist. Bei der Vorrichtung ist erfindungswesentlich vorgesehen, dass die Auswerteeinrichtung mindestens eine signalleitende Verbindung mit mindestens einer Steuereinheit mindestens einer Fensterverstelleinrichtung aufweist. Das bei Fahrt mit geöffnetem Fenster auftretende periodische Geräusch wird durch einen Innenraumschallsensor aufgezeichnet. Das aufgezeichnete Rohsignal des Innenraumschalls wird an eine Auswerteeinrichtung weitergeleitet und durch diese verarbeitet. Bei Auftreten einer charakteristischen Abfolge von Amplitudenmaxima in dem untersuchten Signal kann durch eine signalleitende Verbindung ein Steuersignal von der Auswerteeinrichtung an die Steuereinheit einer Fensterverstelleinrichtung gesendet werden. Durch die Fensterverstelleinrichtung ist eine Anpassung der Öffnungsweite eines oder mehrerer Fenster ermöglicht, um so die Ursache des periodischen Geräusches zu beseitigen.
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In einer Ausführungsform der Vorrichtung ist mindestens ein Innenraumschallsensor ein Mikrofon. Die Aufzeichnung des Rohsignals des Innenraumschalls kann leicht über ein oder mehrere Mikrofone erfolgen. Hierbei kann auf Mikrofone zurückgegriffen werden, die bereits im Fahrzeuginnenraum angeordnet sind. So kommen beispielsweise bei einer Freisprecheinrichtung oder auch zur Sprachsteuerung des Bordcomputers in vielen Fahrzeugen Mikrofone zum Einsatz. Die Verwendung bereits vorhandener Mikrofone ist besonders kostengünstig, da neben zusätzlichen Mikrofonen auch auf zusätzliche Verkabelungen oder zusätzliche Einrichtungen zur Datenverteilung verzichtet werden kann.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist mindestens ein Innenraumschallsensor der Vorrichtung ein Körperschallsensor. Durch die Druckschwingung bei Fahrt mit geöffnetem Fenster kann die Fahrzeugkarosserie zu Schwingungen angeregt werden, die von Körperschallsensoren detektiert werden können. Dabei kann auf bereits im Fahrzeug verbaute Körperschallsensoren zurückgegriffen werden. Diese kommen beispielsweise zur Überwachung von verschiedenen Zuständen der Karosserie zum Einsatz.
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Zudem betrifft die Erfindung ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. In vielen Kraftfahrzeugen sind bereits Mikrofone, oder Körperschallsensoren verbaut, die zur Aufzeichnung des Innenraumschalls genutzt werden können. Somit ist eine kostengünstige Ausrüstung eines Kraftfahrzeuges mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermöglicht.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, aus dem sich weitere erfinderische Merkmale ergeben, ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt:
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1: eine schematische Darstellung der Verfahrensschritte.
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In 1 ist der Ablauf der Signalerfassung, Signalverarbeitung und Signalauswertung dargestellt. In einem ersten Schritt findet die sensorische Erfassung 1 der Rohsignale des Innenraumschalls statt. Die sensorische Erfassung 1 kann über Mikrofone oder Körperschalsensoren erfolgen. Die erfassten Rohsignale werden in einem zweiten Schritt einer Tiefpassfilterung 2 unterzogen. Hierbei wird beispielsweise eine Grenzfrequenz von 500 Hertz festgelegt, bei deren Überschreitung entsprechende Signalbestandteile abgeschwächt werden. In einem dritten Schritt findet eine Anpassung der Abtastrate 3 statt. Um alle Bestandteile des Signals korrekt zu erfassen, wird beispielsweise eine Abtastrate von 10 Kilohertz gewählt. Im folgenden vierten Schritt wird durch Berechnung der Energie 4 des Signals ein Energiesignal bestimmt. Das Energiesignal gibt die jeweilige Energieamplitude des aufgenommenen Signals in zeitlicher Abhängigkeit an. Im anschließenden fünften Schritt werden zur Bestimmung 5 eines bereinigten Energiesignals aus dem Energiesignal alle Signalanteile des Energiesignals herausgerechnet, die einen bestimmten Amplitudenschwellwert der Energie unterschreiten. Hierdurch werden alle Störgeräusche mit geringer Intensität, die nicht auf die Druckschwingung im Innenraum aufgrund der Fahrt mit geöffnetem Fenster zurückgehen, herausgefiltert. Im darauffolgenden sechsten Schritt wird eine Bestimmung 6 der lokalen Maxima des bereinigten Signals vorgenommen. Hierzu durchläuft das Signal beispielsweise einen Maximumdetektionsalgorithmus. In dem Maximumdetektionsalgorithmus wird rechnerisch nach vorgegebenen Kriterien festgestellt, an welchen zeitlichen Positionen sich Amplitudenmaxima befinden. In einem siebten Schritt folgt eine Untersuchung 7 der Lage der detektierten lokalen Maxima des bereinigten Energiesignals auf das Vorkommen einer charakteristischen zeitlichen Abfolge. Charakteristisch für Geräusche, die aufgrund der resonanten Druckschwingungen bei Fahrt mit geöffnetem Fenster entstehen, ist das zeitlich periodische Auftreten von Doppelmaxima. Doppelmaxima sind zeitlich kurz aufeinander folgende paarweise auftretende Amplitudenmaxima. Der Zeitabstand zwischen zwei Doppelmaxima ist dabei wesentlich größer als der Zeitabstand zwischen den beiden lokalen Maxima eines Doppelmaximums. In einem achten Schritt wird bei Auftreten der charakteristischen Abfolge der Doppelmaxima ein Steuersignal an die Steuereinheit einer Fensterverstelleinrichtung gesendet 8, um die Öffnungsweite des Fensters so anzupassen, dass eine resonante Druckschwingung im Innenraum verhindert ist. Aufgrund der fortwährenden Aufnahme und Verarbeitung des Innenraumschalls werden die Schritte eins bis acht solange durchgeführt, bis die charakteristische zeitliche Abfolge der paarweise auftretenden Amplitudenmaxima nicht mehr detektiert werden kann.
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Alle in der vorstehenden Beschreibung und in den Ansprüchen genannten Merkmale sind in einer beliebigen Auswahl mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs kombinierbar. Die Offenbarung der Erfindung ist somit nicht auf die beschriebenen bzw. beanspruchten Merkmalskombinationen beschränkt, vielmehr sind alle im Rahmen der Erfindung sinnvollen Merkmalskombinationen als offenbart zu betrachten.
