DE102013112409A1

DE102013112409A1 - Aktive erzeugung und/oder beeinflussung von fahrzeuggeräuschen

Info

Publication number: DE102013112409A1
Application number: DE102013112409.7A
Authority: DE
Inventors: Micha Hörr
Original assignee: Eberspaecher Exhaust Technology GmbH and Co KG
Current assignee: Eberspaecher Exhaust Technology GmbH and Co KG
Priority date: 2013-11-12
Filing date: 2013-11-12
Publication date: 2015-05-28
Anticipated expiration: 2033-11-13
Also published as: DE102013112409B4

Abstract

Ein System 7 zur aktiven Erzeugung und/oder Beeinflussung von Geräuschen, die von Fahrzeugen und insbesondere verbrennungsmotorisch betriebenen Fahrzeugen an ihre Umgebung ausgegeben werden, weist eine Benutzerschnittstelle 13, eine Steuerung 9, welche mit der Benutzerschnittstelle 13 verbunden ist, und wenigstens einen Lautsprecher 2, 2a, 2b auf. Der wenigstens eine Lautsprecher 2, 2a, 2b ist zum Empfang von Steuersignalen mit der Steuerung 9 verbunden und zum Erzeugen eines Schalls in Abhängigkeit eines von der Steuerung 9 empfangenen Steuersignals ausgebildet. Die Steuerung 9 ist ausgebildet, ein erstes Steuersignal zu erzeugen, welches geeignet ist, im Inneren einer Ansauganlage 12 geführten Schall und/oder im Inneren einer Abgasanlage 4 geführten Schall und/oder im Inneren eines Motorraums 6' des Fahrzeugs erzeugten Schall zumindest teilweise und bevorzugt vollständig auszulöschen, wenn der wenigstens eine Lautsprecher 2, 2a, 2b mit dem ersten Steuersignal beaufschlagt wird. Alternativ oder zusätzlich ist die Steuerung ausgebildet, ein zweites Steuersignal zu erzeugen, welches geeignet ist, im Inneren einer Ansauganlage 12 ein Ansauggeräusch und/oder im Inneren einer Abgasanlage 4 ein Abgasgeräusch und/oder im Inneren eines Motorraumes 6' ein Motorgeräusch zu erzeugen, wenn der wenigstens eine Lautsprecher 2b mit dem zweiten Steuersignal beaufschlagt wird. Weiter ist die Steuerung 9 ausgebildet, in Folge einer von der Benutzerschnittstelle 13 registrierten Benutzereingabe ein drittes Steuersignal zu erzeugen, welches geeignet ist, einen einzelnen Ton oder eine zeitliche Abfolge von Tönen und/oder ein Tongemisch oder eine zeitliche Abfolge von Tongemischen und/oder einen einzelnen Klang oder eine zeitliche Abfolge von Klängen hervorzurufen, wenn der wenigstens eine Lautsprecher 2, 2a, 2b mit dem dritten Steuersignal beaufschlagt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zur aktiven Erzeugung und/oder Beeinflussung von Geräuschen, die von Fahrzeugen und insbesondere verbrennungsmotorisch betriebenen Fahrzeugen an ihre Umgebung ausgegeben werden. Insbesondere betrifft die Erfindung ein System zur Beeinflussung von in Abgasanlagen von verbrennungsmotorisch betriebenen Fahrzeugen geführten Schallwellen und/oder zur Beeinflussung von im Motorraum eines Fahrzeugs erzeugten Geräuschen und/oder zur Beeinflussung von in Ansauganlagen von Verbrennungsmotoren geführten Schallwellen.
Unabhängig von der Bauform eines Verbrennungsmotors (beispielsweise Hubkolbenmotor, Rotationskolbenmotor oder Freikolbenmotor) werden infolge der hintereinander ablaufenden Arbeitstakte (insbesondere Ansaugen und Verdichten eines Kraftstoff-Luftgemischs, Arbeiten und Ausstoßen des verbrannten Kraftstoff-Luftgemischs) Geräusche erzeugt. Diese durchlaufen zum einen als Körperschall den Verbrennungsmotor und werden außen am Verbrennungsmotor als Luftschall abgestrahlt. Diese auf Körperschall des Verbrennungsmotors zurückzuführenden Geräusche werden Motorgeräusche genannt. Zum anderen durchlaufen die Geräusche als Luftschall zusammen mit dem verbrannten Kraftstoff-Luftgemisch eine mit dem Verbrennungsmotor in Fluidverbindung stehende Abgasanlage. Die als Luftschall die Abgasanlage durchlaufenden Geräusche werden Abgasgeräusche genannt. Weiter durchlaufen die Geräusche als Luftschall zusammen mit angesaugter Luft eine mit dem Verbrennungsmotor in Fluidverbindung stehende Ansauganlage. Die als Luftschall die Ansauganlage durchlaufenden Geräusche werden Ansauggeräusche genannt.
Diese Geräusche werden häufig als nachteilig empfunden. Zum einen gibt es gesetzliche Vorgaben zum Lärmschutz, die von Herstellern von verbrennungsmotorisch betriebenen Fahrzeugen einzuhalten sind. Diese gesetzlichen Vorgaben geben in der Regel einen im Betrieb des Fahrzeugs maximal zulässigen Schalldruck vor. Zum anderen versuchen Hersteller, den von ihnen hergestellten verbrennungsmotorisch betriebenen Fahrzeugen eine charakteristische Geräuschentwicklung aufzuprägen, welche zum Image des jeweiligen Herstellers passen und die Kunden ansprechen soll. Diese charakteristische Geräuschentwicklung lässt sich bei modernen Motoren mit geringem Hubraum häufig nicht mehr auf natürlichem Wege sicherstellen.
Die den Verbrennungsmotor als Körperschall durchlaufenden Geräusche lassen sich gut dämmen und stellen daher in der Regel kein Problem hinsichtlich des Lärmschutzes dar. Aufgrund der zunehmenden Verwendung von Verbrennungsmotoren mit kleinen Hubräumen oder gar von Elektromotoren stellt sich jedoch das Problem, dass das Geräusch des Motors für einen Benutzer häufig nicht ansprechend ist und/oder nicht zum Image eines Herstellers des Fahrzeuges passt.
Die eine Abgasanlage des Verbrennungsmotors zusammen mit dem verbrannten Kraftstoff-Luftgemisch als Luftschall durchlaufenden Abgasgeräusche werden durch vor der Mündung der Abgasanlage angeordnete Schalldämpfer reduziert, welche ggf. vorhandenen Katalysatoren nachgeschaltet sind. Derartige Schalldämpfer können beispielsweise nach dem Absorptions- und/oder Reflexionsprinzip arbeiten. Beide Arbeitsweisen weisen den Nachteil auf, dass sie ein vergleichsweise großes Volumen beanspruchen und dem verbrannten Kraftstoff-Luftgemisch einen relativ hohen Widerstand entgegen setzen, wodurch der Gesamtwirkungsgrad des Fahrzeuges sinkt und der Kraftstoffverbrauch steigt.
Als Alternative oder zur Ergänzung von Schalldämpfern werden seit einiger Zeit sogenannte Antischall-Systeme (Systeme zur aktiven Schallauslöschung/active noise cancellation) entwickelt, die dem vom Verbrennungsmotor erzeugten und in der Abgasanlage geführten Luftschall einen elektroakustisch erzeugten Anti-Schall überlagern. Derartige Antischall-Systeme verwenden üblicherweise einen sogenannten Filtered-x Least mean squares (FxLMS) Algorithmus, der versucht, den in der Abgasanlage geführten Luftschall durch Ausgabe von Schall über wenigstens einen mit der Abgasanlage in Fluidverbindung stehenden Lautsprecher auf Null (im Falle der Schallauslöschung) oder einen vorgegebenen Schwellwert (im Falle der Schallbeeinflussung) zu regeln. Zum Erzielen einer vollständigen destruktiven Interferenz der Schallwellen des in der Abgasanlage geführten Luftschalls und des vom Lautsprecher erzeugten Anti-Schalls müssen die vom Lautsprecher herrührenden Schallwellen nach Amplitude und Frequenz den in der Abgasanlage geführten Schallwellen entsprechen, relativ zu diesen jedoch eine Phasenverschiebung von 180 Grad aufweisen. Entsprechen sich die in der Abgasanlage geführten Schallwellen des Luftschalls und die vom Lautsprecher erzeugten Schallwellen des Anti-Schalls zwar in der Frequenz, und weisen sie relativ zueinander eine Phasenverschiebung von 180 Grad auf, entsprechen sich die Schallwellen aber nicht in der Amplitude, kommt es nur zu einer Abschwächung der in der Abgasanlage geführten Schallwellen des Luftschalls. Für jedes Frequenzband des in der Abgasanlage geführten Luftschalls wird der Anti-Schall mittels des FxLMS-Algorithmus gesondert berechnet, indem eine geeignete Frequenz und Phasenlage von zwei zueinander um 90 Grad verschobenen Sinusschwingungen bestimmt wird, und die erforderlichen Amplituden für diese Sinusschwingungen berechnet werden. Das Ziel von Antischall-Systemen ist es, dass die Schallauslöschung bzw. Schallbeeinflussung zumindest außerhalb, ggf. aber auch innerhalb der Abgasanlage hörbar und messbar ist.
Auch in den Ansauganlagen von Verbrennungskraftmaschinen treten Schallwellen auf, die als störend empfunden werden können. Diese Schallwellen werden sowohl durch Turbulenzen in der Luftströmung als auch als Luftschall durch den Verbrennungsmotor selber hervorgerufen. Die Ansauganlage, die auch als Ansaugtrakt bezeichnet wird, umfasst alle Verbrennungsluft führenden Bauteile einer Verbrennungskraftmaschine, die sich vor der Brennkammer oder dem Brennraum befinden.
Bei vorbekannten Systemen und Verfahren zur aktiven Erzeugung und Beeinflussung von Fahrzeuggeräuschen ist es nachteilig, dass die Systeme relativ komplex und kostenintensiv sind, was insbesondere auf verwendete Schallerzeuger zurückzuführen ist.
Ausführungsformen sind daher auf ein System und ein Verfahren zur aktiven Erzeugung und/oder Beeinflussung von Fahrzeuggeräuschen gerichtet, welches bei gleicher Anzahl an Komponenten eine breitere Verwendbarkeit und damit einen Mehrnutzen aufweist.
Die vorstehende Aufgabe wird durch die Kombination der Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen finden sich in den Unteransprüchen.
Ausführungsformen eines Systems zur aktiven Erzeugung und/oder Beeinflussung von Geräuschen, die von Fahrzeugen und insbesondere verbrennungsmotorisch betriebenen Fahrzeugen an ihre Umgebung ausgegeben werden, weisen eine Benutzerschnittstelle, eine mit der Benutzerschnittstelle verbundene Steuerung und wenigstens einen Lautsprecher auf. Der wenigstens eine Lautsprecher ist zum Empfang von Steuersignalen mit der Steuerung verbunden und zum Erzeugen eines Schalls in Abhängigkeit eines von der Steuerung empfangenen Steuersignals ausgebildet. Diese Verbindung zwischen der Steuerung und dem wenigstens einen Lautsprecher kann beispielsweise elektrisch oder optisch erfolgen. Die Steuerung ist ausgebildet, ein erstes Steuersignal zu erzeugen, welches geeignet ist, im Inneren einer Ansauganlage geführten Schall zumindest teilweise und bevorzugt vollständig auszulöschen, wenn der wenigstens eine Lautsprecher mit dem ersten Steuersignal beaufschlagt wird. Die Schallauslöschung kann dann beispielsweise wahlweise im Inneren der Ansauganlage oder benachbart zu einer Ansaugöffnung der Ansauganlage erfolgen. Alternativ oder zusätzlich ist die Steuerung ausgebildet, ein erstes Steuersignal zu erzeugen, welches geeignet ist, im Inneren einer Abgasanlage geführten Schall zumindest teilweise und bevorzugt vollständig auszulöschen, wenn der wenigstens eine Lautsprecher mit dem ersten Steuersignal beaufschlagt wird. Die Schallauslöschung kann dann beispielsweise wahlweise im Inneren der Abgasanlage oder benachbart zu einer Mündung der Abgasanlage erfolgen. Alternativ oder zusätzlich ist die Steuerung ausgebildet, ein erstes Steuersignal zu erzeugen, welches geeignet ist, im Inneren eines Motorraums des Fahrzeugs erzeugten Schall zumindest teilweise und bevorzugt vollständig auszulöschen, wenn der wenigstens eine Lautsprecher mit dem ersten Steuersignal beaufschlagt wird. Die Schallauslöschung kann beispielsweise im Inneren des Motorraums erfolgen. Alternativ oder zusätzlich ist die Steuerung ausgebildet, ein zweites Steuersignal zu erzeugen, welches geeignet ist, im Inneren einer Ansauganlage ein Ansauggeräusch zu erzeugen, wenn der wenigstens eine Lautsprecher mit dem zweiten Steuersignal beaufschlagt wird. Alternativ oder zusätzlich ist die Steuerung ausgebildet, ein zweites Steuersignal zu erzeugen, welches geeignet ist, im Inneren einer Abgasanlage ein Abgasgeräusch zu erzeugen, wenn der wenigstens eine Lautsprecher mit dem zweiten Steuersignal beaufschlagt wird. Alternativ oder zusätzlich ist die Steuerung ausgebildet, ein zweites Steuersignal zu erzeugen, welches geeignet ist, im Inneren eines Motorraumes ein Motorgeräusch zu erzeugen, wenn der wenigstens eine Lautsprecher mit dem zweiten Steuersignal beaufschlagt wird. Weiter ist die Steuerung ausgebildet, in Folge einer von der Benutzerschnittstelle registrierten Benutzereingabe ein drittes Steuersignal zu erzeugen, welches geeignet ist, einen einzelnen Ton oder eine zeitliche Abfolge von Tönen und/oder ein Tongemisch oder eine zeitliche Abfolge von Tongemischen und/oder einen einzelnen Klang oder eine zeitliche Abfolge von Klängen hervorzurufen, wenn der wenigstens eine Lautsprecher mit dem dritten Steuersignal beaufschlagt wird.
Somit kann wenigstens ein Lautsprecher eines Antischall-Systems bzw. ein Lautsprecher zur Erzeugung eines Motorgeräuschs für ein Elektrofahrzeug zusätzlich zu seiner Verwendung im Rahmen der aktiven Schallauslöschung und Schallbeeinflussung bzw. Erzeugung des Motorgeräuschs zur Ausgabe einen Schallzeichens verwendet werden. Es hat sich herausgestellt, dass die hierfür verwendeten Lautsprecher aufgrund der erzielbaren hohen Schalldrücke gut zur Ausgabe von Schallzeichen geeignet sind. In der Folge kann auf das Vorsehen einer separaten elektrischen oder pneumatischen Hupe verzichtet werden. Auch der Installationsaufwand wird reduziert, da die Steuerleitung zur separaten elektrischen oder pneumatischen Hupe entfällt. Insgesamt können so die Kosten für die Herstellung eines Kraftfahrzeugs gesenkt werden. Die Steuerung ist somit ausgebildet, das dritte Steuersignal auf ausdrückliche Anforderung durch einen Benutzer wahlweise zu erzeugen und an den wenigstens einen Lautsprecher auszugeben.
Gemäß einer Ausführungsform wird unter einem Ton eine reine Sinusschwingung verstanden. Entsprechend wird unter einer zeitlichen Abfolge von Tönen eine zeitliche Abfolge von Sinusschwingungen unterschiedlicher Frequenz verstanden.
Gemäß einer Ausführungsform wird unter einem Tongemisch ein Schall verstanden, der sich aus Tönen verschiedener Frequenzen zusammen setzt. Entsprechend wird unter einer zeitlichen Abfolge von Tongemischen eine zeitliche Abfolge von Schallereignissen verstanden, welche sich aus unterschiedlichen Tönen verschiedener Frequenzen zusammen setzt.
Gemäß einer Ausführungsform wird unter einem Klang ein periodisches aus Sinustönen zusammengesetztes Schallereignis verstanden.
Gemäß einer Ausführungsform wird unter einem Ansauggeräusch ein Geräusch verstanden, welches dem Geräusch nahe kommt, das entsteht, wenn Strömungsgeräusche von in einer Ansauganlage geführter Luft mit Motorgeräuschen eines Verbrennungsmotors überlagert werden. Gemäß einer Ausführungsform wird unter einem Abgasgeräusch ein Geräusch verstanden, welches dem Geräusch von durch eine Abgasanlage an seiner Mündung abgegebenen Abgas nahe kommt. Dieses Geräusch entsteht, wenn Strömungsgeräusche von in der Abgasanlage geführtem Abgas mit Motorgeräuschen eines Verbrennungsmotors überlagert werden. Gemäß einer Ausführungsform wird unter einem Motorgeräusch ein Geräusch verstanden, welches dem Geräusch von einem Verbrennungsmotor nahe kommt.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Benutzerschnittstelle ein Knopf, ein Schalter, ein Taster, eine Sprachsteuerung und/oder ein Assistenzsystem. Der Knopf, Schalter, Taster und die Sprachsteuerung erlauben eine direkte und unmittelbare Benutzereingabe.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung weiter mit einem Assistenzsystem verbunden und ausgebildet, das dritte Steuersignal zu erzeugen, wenn das Assistenzsystem eine gefährliche Situation oder einen Unfall erkennt.
Gemäß einer Ausführungsform ist der wenigstens eine Lautsprecher ein elektrodynamischer Lautsprecher und insbesondere ein Tauchspulenlautsprecher.
Gemäß einer Ausführungsform werden das erste, zweite und dritte Steuersignal zeitlich getrennt an den wenigstens einen Lautsprecher ausgegeben, so dass der wenigstens eine Lautsprecher zu einem Zeitpunkt immer nur entweder das erste, zweite oder dritte Steuersignal empfängt. Gemäß einer alternativen Ausführungsform werden das erste und dritte bzw. zweite und dritte Steuersignal zeitlich gleichzeitig an den wenigstens einen Lautsprecher ausgegeben, so dass der wenigstens eine Lautsprecher zu einem Zeitpunkt gleichzeitig das erste und dritte bzw. zweite und dritte Steuersignal empfängt.
Gemäß einer Ausführungsform weist jeder Klang, der von dem wenigstens einen Lautsprecher infolge einer Ansteuerung mit dem dritten Steuersignal hervorgerufen wird, eine konstante Grundfrequenz auf.
Gemäß einer Ausführungsform ist dann die konstante Grundfrequenz aus einem Bereich zwischen 200 Hz und 600 Hz und insbesondere aus einem Bereich zwischen 250 Hz und 425 Hz und weiter insbesondere aus einem Bereich zwischen 300 Hz und 375 Hz ausgewählt.
Gemäß einer Ausführungsform weist jeder Klang, der von dem wenigstens einen Lautsprecher infolge einer Ansteuerung mit dem dritten Steuersignal hervorgerufen wird, ein vorgegebenes Spektrum von Oberwellen auf.
Gemäß einer Ausführungsform weist jeder Klang, der von dem wenigstens einen Lautsprecher infolge einer Ansteuerung mit dem dritten Steuersignal hervorgerufen wird, einen periodischen Schalldruckverlauf mit der Periodendauer T auf, dessen einzelne Frequenzen f_(h) in einem ganzzahligen Verhältnis zu einer Grundfrequenz f₍₁₎ stehen, wobei die Phasenlage der einzelnen Frequenzen zueinander beliebig ist und wobei gilt T = 1/f₍₁₎.
Gemäß einer Ausführungsform ist der wenigstens eine Lautsprecher so dimensioniert und/oder ist die Steuerung so ausgebildet, dass ein Schalldruck eines jeden von dem wenigstens einen Lautsprecher infolge einer Beaufschlagung mit dem dritten Steuersignal erzeugten Klanges in einem Abstand von 7 Metern von dem wenigstens einen Lautsprecher 50 dB(A) nicht unterschreitet und 105 dB(A) nicht überschreitet.
Gemäß einer Ausführungsform rufen das erste und/oder zweite Steuersignal ein Tongemisch im Sinne der DIN 1320:2009-12 hervor, wenn der wenigstens eine Lautsprecher mit dem ersten bzw. zweiten Steuersignal beaufschlagt wird. Vereinfacht ausgedrückt bezeichnet ein Tongemisch einen Schall, der sich aus Sinustönen (akustischen Repräsentationen reiner Sinusschwingungen) beliebiger Frequenz zusammensetzt.
Gemäß einer Ausführungsform besteht die zeitliche Abfolge von Klängen aus zwei abwechselnd wiedergegebenen Klängen.
Gemäß einer Ausführungsform können dann die beiden abwechselnd wiedergegebenen Klänge Grundfrequenzen von 362 Hz und 483 Hz bzw. 410 Hz und 547 Hz aufweisen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung mit einer Motorsteuerung eines Antriebsmotors des Fahrzeugs verbindbar und ausgebildet, das erste und/oder zweite Steuersignal in Abhängigkeit von Signalen zu erzeugen, welche von der Motorsteuerung empfangen werden. Bei diesen Signalen kann es sich beispielsweise um die Drehzahl, das Drehmoment und/oder die Temperatur des Antriebsmotors handeln. Auf diese Weise können Betriebszustände des Motors bei der Berechnung des Steuersignals durch die Steuerung berücksichtigt werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist der wenigstens eine Lautsprecher in einem zugehörigen Schallerzeuger angeordnet, der mit der Ansauganlage und/oder Abgasanlage eines Fahrzeugs in fluide Anbindung gebracht werden kann. Somit ist ein Austausch von in einem Inneren des Schallerzeugers und einem Inneren der Ansauganlage bzw. Abgasanlage befindlichen Fluid (Flüssigkeit oder Gas) möglich. Dabei ist es nicht erforderlich, dass ein Austausch des gesamten im Schallerzeugers befindlichen Fluids mit dem Inneren der Ansauganlage bzw. Abgasanlage möglich ist. Vielmehr kann das Innere des Schallerzeugers beispielsweise durch eine Membran des Lautsprechers in zwei Teile unterteilt sein. Die indirekte Einbindung des Lautsprechers in die Ansauganlage bzw. Abgasanlage über einen Schallerzeuger reduziert die mechanische und thermische Belastung des Lautsprechers durch in der Abgasanlage strömendes Abgas. Der Schallerzeuger schützt den Lautsprecher vor Verschmutzung und/oder Witterungseinflüssen und/oder thermischer Belastung. Weiter weist das System ein Fehlermikrofon auf, welches mit der Steuerung verbunden und an einer bezüglich der Strömung der angesaugten Luft im Bereich der fluiden Anbindung zwischen Schallerzeuger und Ansauganlage gelegenen Stelle der Ansauganlage anordenbar und ausgebildet ist, Schall im Inneren der Ansauganlage zu messen und ein entsprechendes Messsignal an die Steuerung auszugeben. Dabei bedeutet "im Bereich der fluiden Anbindung zwischen Schallerzeuger und Ansauganlage gelegenen Stelle der Ansauganlage", dass die Stelle, an welcher die fluide Anbindung erfolgt und der Schall zumindest teilweise ausgelöscht wird, von dem Fehlermikrofon bezüglich der Strömung der angesaugten Luft stromabwärts um nicht mehr als das Zehnfache und insbesondere um nicht mehr als das Fünffache und weiter insbesondere um nicht mehr als das Doppelte des maximalen Durchmessers der Ansauganlage an der Stelle, an welcher das Fehlermikrofon angeordnet ist und der Schall gemessen wird, entlang der Strömung der angesaugten Luft beabstandet ist. Alternativ oder zusätzlich weist das System ein Fehlermikrofon auf, welches mit der Steuerung verbunden und an einer bezüglich der Abgasströmung im Bereich der fluiden Anbindung zwischen Schallerzeuger und Abgasanlage gelegenen Stelle der Abgasanlage anordenbar und ausgebildet ist, Schall im Inneren der Abgasanlage zu messen und ein entsprechendes Messsignal an die Steuerung auszugeben. Dabei bedeutet "im Bereich der fluiden Anbindung zwischen Schallerzeuger und Abgasanlage gelegenen Stelle", dass die Stelle, an welcher die fluide Anbindung erfolgt und der Schall zumindest teilweise ausgelöscht wird, von dem Fehlermikrofon bezüglich der Abgasströmung stromaufwärts um nicht mehr als das Zehnfache und insbesondere um nicht mehr als das Fünffache und weiter insbesondere um nicht mehr als das Doppelte des maximalen Durchmessers der Abgasanlage an der Stelle, an welcher der Schall durch das Fehlermikrofon gemessen wird, entlang der Abgasströmung beabstandet ist. Alternativ oder zusätzlich weist das System ein Fehlermikrofon auf, welches mit der Steuerung verbunden und im Motorraum eines Fahrzeugs anordenbar und ausgebildet ist, Schall im Inneren des Motorraums zu messen und ein entsprechendes Messsignal an die Steuerung auszugeben. Die Steuerung ist ausgebildet, von dem Fehlermikrofon erhaltene Signale durch Ausgabe des ersten Steuersignals an den wenigstens einen Lautsprecher zumindest teilweise und bevorzugt vollständig auszulöschen. Eine direkte Anordnung des Lautsprechers ohne Schallerzeuger in dem Motorraum oder in der Abgasanlage bzw. Ansauganlage ist jedoch alternativ möglich. Die Begriffe "stromaufwärts" und "stromabwärts" sind dabei wie folgt zu verstehen: ein erster Abschnitt eines Strömungspfades ist stromaufwärts eines von dem ersten Abschnitt beabstandeten zweiten Abschnitt desselben Strömungspfades angeordnet, wenn ein entlang des Strömungspfades in eine konstante Richtung strömendes Medium zunächst an dem ersten Abschnitt und erst danach an dem zweiten Abschnitt vorbeiströmt. Der zweite Abschnitt ist dann gleichzeitig bezüglich des selben entlang des Strömungspfades in eine konstante Richtung strömenden Mediums stromabwärts des ersten Abschnitts angeordnet.
Gemäß einer Ausführungsform handelt es sich bei der Steuerung um einen programmtechnisch eingerichteten Mikroprozessor.
Gemäß einer Ausführungsform ist Steuerung in eine Motorsteuerung eines Fahrzeugs integriert. Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist die Steuerung ein von der Motorsteuerung eines Fahrzeugs unterschiedliches Bauteil.
Ausführungsformen eines Kraftfahrzeugs weisen einen Verbrennungsmotor mit einer Motorsteuerung, eine Ansauganlage, die mit dem Verbrennungsmotor in Fluidverbindung steht, eine Abgasanlage, die mit dem Verbrennungsmotor in Fluidverbindung steht, und System wie vorstehend beschrieben auf. Dabei steht der wenigstens eine Schallerzeuger des Systems mit der Ansauganlage in fluider Anbindung. Alternativ oder zusätzlich steht der wenigstens eine Schallerzeuger des Systems mit der Abgasanlage in fluider Anbindung. Weiter ist die Steuerung des Systems mit der Motorsteuerung des Verbrennungsmotors verbunden.
Ausführungsformen eines Kraftfahrzeugs weisen einen in einem Motorraum angeordneten Antriebsmotor mit einer Motorsteuerung und ein System wie vorstehend beschrieben auf, wobei der wenigstens eine Schallerzeuger des Systems mit dem Motorraum in fluider Anbindung steht oder in dem Motorraum angeordnet ist, und wobei die Steuerung des Systems mit der Motorsteuerung des Antriebsmotors des Fahrzeugs verbunden ist.
In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass die in dieser Beschreibung und den Ansprüchen zur Aufzählung von Merkmalen verwendeten Begriffe "umfassen", "aufweisen", "beinhalten", "enthalten" und "mit", sowie deren grammatikalische Abwandlungen, generell als nichtabschließende Aufzählung von Merkmalen, wie z. B. Verfahrensschritten, Einrichtungen, Bereichen, Größen und dergleichen aufzufassen sind, und in keiner Weise das Vorhandensein anderer oder zusätzlicher Merkmale oder Gruppierungen von anderen oder zusätzlichen Merkmalen ausschließen.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Ansprüchen sowie den Figuren. In den Figuren werden gleiche bzw. ähnliche Elemente mit gleichen bzw. ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet. Es wird darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf die Ausführungsformen der beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern durch den Umfang der beiliegenden Patentansprüche bestimmt ist. Insbesondere können die einzelnen Merkmale bei erfindungsgemäßen Ausführungsformen in anderer Anzahl und Kombination als bei den untenstehend angeführten Beispielen verwirklicht sein. Bei der nachfolgenden Erläuterung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung wird auf die beiliegenden Figuren Bezug genommen, von denen
1 schematisch eine perspektivische Ansicht eines an eine Abgasanlage angebundenen Schallerzeuger eines Antischall-Systems zeigt;
2 schematisch ein Blockdiagramm eines Antischall-Systems im Zusammenwirken mit einer Ansauganlage, einer Abgasanlage und einem Motorraum eines Verbrennungsmotors zeigt, wobei der Schallerzeuger des Antischall-Systems aus 1 verwendet werden kann; und
3 schematisch ein Kraftfahrzeug zeigt, in welches das erfindungsgemäße System integriert ist.
Ein System 7 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 1, 2 und 3 am Beispiel eines Antischall-Systems beschrieben.
Das Antischall-System 7 weist drei Schallerzeuger 3, 3a, 3b in Form jeweils eines schallisolierten Gehäuses, welche jeweils einen Tauchspulenlautsprecher 2, 2a, 2b aufnehmen, sowie drei Fehlermikrofone 5, 5a, 5b auf.
Ein erster Schallerzeuger 3 ist im Bereich eines Endrohrs 1 an eine Abgasanlage 4 angebunden. Das Endrohr 1 weist eine Mündung 8 auf, um in der Abgasanlage 4 geführtes Abgas nach außen abzugeben. An dem Endrohr 1 ist ein erstes Fehlermikrofon 5 in Form eines Drucksensors vorgesehen. Das erste Fehlermikrofon 5 misst Druckschwankungen und damit Schall im Inneren des Endrohrs 1 in einem Abschnitt stromabwärts eines Bereichs, in dem die fluide Anbindung zwischen Abgasanlage 4 und Schallerzeuger 3 erfolgt.
Es wird jedoch betont, dass die vorliegende Erfindung nicht auf das Vorsehen eines Fehlermikrofons oder eine derartige Anordnung des Fehlermikrofons beschränkt ist. Allgemein ist es ausreichend, wenn das Fehlermikrofon von der fluiden Anbindung zwischen Schallerzeuger und Abgasanlage bezüglich der Abgasströmung stromabwärts um nicht mehr als das Zehnfache und insbesondere um nicht mehr als das Fünffache und weiter insbesondere um nicht mehr als das Doppelte des maximalen Durchmessers der Abgasanlage an dieser fluiden Anbindung entlang der Abgasströmung beabstandet ist.
Ein dem in 1 gezeigten ersten Schallerzeuger 3 vergleichbarer zweiter Schallerzeuger 3a mit einem zweiten Lautsprecher 2a ist mit einer Ansauganlage 12 verbunden. Stromaufwärts der angesaugten Luft ist in der Ansauganlage 12 ein zweites Fehlermikrofon 5a angeordnet.
Ein dritter Schallerzeuger 3b mit einem dritten Lautsprecher 2b ist benachbart zu einem Verbrennungsmotor 6 in einem Motorraum angeordnet. Benachbart zum dritten Schallerzeuger ist ein drittes Fehlermikrofon 5b angeordnet. Es wird betont, dass der dritte Lautsprecher 2b auch ohne Schallerzeuger direkt im Motorraum angeordnet werden kann.
Die Strömungsrichtungen der angesaugten Luft und des Abgases sind in 2 durch Pfeile gekennzeichnet.
Die Lautsprecher 2, 2a, 2b und die Fehlermikrofone 5, 5a, 5b sind elektrisch mit einer (Antischall-)Steuerung 9 verbunden. Bei der Steuerung 9 handelt es sich um einen programmtechnisch eingerichteten Mikroprozessor. Weiter ist die Steuerung 9 über einen CAN-Bus mit einer Motorsteuerung 11 eines Verbrennungsmotors 6 verbunden, und wird von einer Fahrzeugbatterie (nicht gezeigt) mit Spannung versorgt. Es wird betont, dass anstelle des CAN-Bus auch ein anderer Fahrzeugbus, insbesondere ein LIN-Bus, MOST-Bus oder Flexray-Bus verwendet werden kann. Die Steuerung 9 ist über eine Steuerleitung weiter mit einem Taster 13 verbunden, der in ein (nicht gezeigtes) Lenkrad eines Kraftfahrzeugs 14 integriert ist.
Es wird betont, dass beispielsweise zwischen der Steuerung 9 und den Lautsprechern 2, 2a, 2b Hilfssysteme wie beispielsweise Verstärker oder Einrichtungen zur Stromversorgung vorgesehen sein können, die in den Figuren nicht dargestellt sind.
Die Abgasanlage 4 kann weiter wenigstens einen zwischen dem Verbrennungsmotor 6 und dem Endstück 1 angeordneten Katalysator (nicht gezeigt) zur Reinigung des von dem Verbrennungsmotor 6 emittierten und in der Abgasanlage 4 geführten Abgases aufweisen.
Die allgemeine Funktionsweise des vorstehenden Systems 7 ist wie folgt:
Anhand von durch die Fehlermikrofone 5, 5a, 5b jeweils gemessenem Schall und von über den CAN-Bus empfangenen Betriebsparametern des Verbrennungsmotors 6 berechnet die Antischall-Steuerung 9 unter Verwendung eines Filtered-x Least mean squares (FxLMS) Algorithmus für jeden Lautsprecher 2, 2a, 2b ein erstes Steuersignal, welches eine weitgehende Auslöschung des im Inneren der Ansauganlage 12 bzw. Abgasanlage 4 bzw. Motorraums 6' geführten Schalls durch Beaufschlagung mit Anti-Schall erlaubt, und gibt dieses an den jeweiligen Lautsprecher 2, 2a, 2b aus. In der Folge erzeugen die Lautsprecher 2, 2a, 2b ein Tongemisch, welches gegenüber dem von den Fehlermikrofonen 5, 5a, 5b gemessenen Schall um 180 Grad phasenverschoben ist, und diesen zumindest in Frequenzbereichen ganz oder teilweise auslöscht.
Alternativ oder zusätzlich kann die Steuerung 9 anhand von über den CAN-Bus empfangenen Betriebsparametern des Verbrennungsmotors 6 auch ein zweites Steuersignal, welches ein künstliches Ansauggeräusch repräsentiert, berechnen und an den in der Ansauganlage 12 angeordneten Lautsprecher 2 ausgeben. In diesem Fall kann auf das in der Ansauganlage 12 angeordnete Fehlermikrofon 5a wahlweise verzichtet werden.
Alternativ oder zusätzlich kann die Steuerung 9 anhand von über den CAN-Bus empfangenen Betriebsparametern des Verbrennungsmotors 6 auch ein zweites Steuersignal, welches ein künstliches Abgasgeräusch repräsentiert, berechnen und an den in der Abgasanlage 4 angeordneten Lautsprecher 2a ausgeben. In diesem Fall kann auf das in der Abgasanlage 4 angeordnete Fehlermikrofon 5a wahlweise verzichtet werden.
Alternativ oder zusätzlich kann die Steuerung 9 anhand von über den CAN-Bus empfangenen Betriebsparametern des Verbrennungsmotors 6 auch ein zweites Steuersignal, welches ein künstliches Motorgeräusch repräsentiert, berechnen und an den in dem Motorraum angeordneten Lautsprecher 2b ausgeben. In diesem Fall kann auf das im Motorraum 6' angeordnete Fehlermikrofon 5b verzichtet werden.
Sobald die Steuerung 9 eine Betätigung des Tasters 13 erkennt, berechnet die Steuerung 9 ein drittes Steuersignal, welches einen einzelnen Klang mit einer konstanten Grundfrequenz von 362 Hz und vorgegebenem Spektrum von Oberwellen repräsentiert, und gibt dieses zusammen mit dem ersten und/oder zweiten Steuersignal an die Lautsprecher 2, 2a, 2b aus. In der Folge wird dem von den drei Lautsprechern 2, 2a, 2b ausgegebenen Tongemisch ein Klang mit einem periodischen Schalldruckverlauf überlagert, dessen einzelne Frequenzen in einem ganzzahligen Verhältnis zu einer Grundfrequenz stehen, wobei die Periodendauer dem Kehrwert der Grundfrequenz entspricht. Dabei sind die Lautsprecher 2, 2a, 2b so dimensioniert und/oder werden die Steuersignale so durch die Steuerung berechnet, dass ein Schalldruck des jeweils erzeugten Klanges in einem Abstand von 7 Metern von dem den Klang jeweils erzeugenden Lautsprecher 2, 2a, 2b einen Grenzwert von 50 dB(A) nicht unterschreitet und einen Grenzwert von 105 dB(A) nicht überschreitet.
Auch wenn vorstehend die Ausgabe eines einzelnen Klanges mit einer konstanten Grundfrequenz von 362 Hz beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Grundfrequenz und die Ausgabe eines einzelnen Klanges beschränkt. Vielmehr kann alternativ auch eine aus zwei, drei oder mehr Klängen mit unterschiedlichen Grundfrequenzen bestehende Klangfolge ausgegeben werden, die zudem periodisch sein kann. Weiter kann durch die Lautsprecher 2, 2a, 2b alternativ oder zusätzlich ein einzelner Ton (eine reine Sinusschwingung konstanter Frequenz) oder eine Folge von Tönen (Folge von Sinusschwingungen mit unterschiedlichen Frequenzen) und/oder ein Tongemisch oder eine zeitliche Abfolge von Tongemischen ausgegeben werden.
In der 3 ist schematisch ein Kraftfahrzeug 14 mit einem Motorraum 6', welcher den Verbrennungsmotor 6 aufnimmt, einer (in 3 nicht gezeigten) Ansauganlage, einer Abgasanlage 4 und der vorstehend beschriebenen Steuerung 9, gezeigt. Der Motorraum 6' nimmt den dritten Schallerzeuger 3b und den dritten Lautsprecher 2b sowie das dritte Fehlermikrofon 5b auf. Der von dem Motorraum 6' aufgenommene Verbrennungsmotor 6 des in 2 gezeigten Systems 7 sowie weitere Komponenten des Systems 7 sind in 3 nicht eigens gezeigt. Wenn das Fahrzeug alternativ zum Verbrennungsmotor 6 über einen vom Motorraum 6' aufgenommenen Elektromotor verfügt, kann auf die Abgasanlage 4 und die Ansauganlage 12 verzichtet werden. Weiter ist es bei einem elektromotorisch betriebenen Fahrzeug nicht erforderlich, den Antriebsmotor im Motorraum anzuordnen.
In den Figuren sind im Interesse einer übersichtlichen Darstellung nur diejenigen Elemente, Komponenten und Funktionen dargestellt, die einem Verständnis der vorliegenden Erfindung förderlich sind. Ausführungsformen der Erfindung sind jedoch nicht auf die dargestellten Elemente, Komponenten und Funktionen beschränkt, sondern enthalten weitere Elemente, Komponenten und Funktionen, soweit sie für ihre Verwendung oder ihren Funktionsumfang erforderlich sind.
Auch wenn die vorliegende Erfindung anhand von Antischall-Systemen beschrieben wurde, deren Lautsprecher sowohl der Abgasanlage als auch der Ansauganlage als auch dem Motorraum zugeordnet sind, ist die vorliegende Erfindung hierauf nicht beschränkt. Beispielsweise kann der Lautsprecher nur in der Abgasanlage, nur in der Ansauganlage oder nur in dem Motorraum oder nur in der Abgasanlage und der Ansauganlage oder nur in der Abgasanlage und dem Motorraum oder nur in der Ansauganlage und dem Motorraum angeordnet sein. Weiter alternativ kann anstelle eines Antischall-Systems ein System zur künstlichen Erzeugung von Motorgeräuschen verwendet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN 1320:2009-12 [0026]

Claims

System (7) zur aktiven Erzeugung und/oder Beeinflussung von Geräuschen, die von Fahrzeugen und insbesondere verbrennungsmotorisch betriebenen Fahrzeugen an ihre Umgebung ausgegeben werden, aufweisend: eine Benutzerschnittstelle (13); eine Steuerung (9), welche mit der Benutzerschnittstelle (13) verbunden ist; und wenigstens einen Lautsprecher (2, 2a, 2b), welcher zum Empfang von Steuersignalen mit der Steuerung (9) verbunden ist, wobei der wenigstens eine Lautsprecher (2, 2a, 2b) in Abhängigkeit eines von der Steuerung (9) empfangenen Steuersignals zum Erzeugen eines Schalls ausgebildet ist; wobei die Steuerung (9) ausgebildet ist, ein erstes Steuersignal zu erzeugen, welches geeignet ist, im Inneren einer Ansauganlage (12) geführten Schall und/oder im Inneren einer Abgasanlage (4) geführten Schall und/oder im Inneren eines Motorraums (6') des Fahrzeugs erzeugten Schall zumindest teilweise und bevorzugt vollständig auszulöschen, wenn der wenigstens eine Lautsprecher (2, 2a, 2b) mit dem ersten Steuersignal beaufschlagt wird, und/oder wobei die Steuerung (9) ausgebildet ist, ein zweites Steuersignal zu erzeugen, welches geeignet ist, im Inneren einer Ansauganlage (12) ein Ansauggeräusch und/oder im Inneren einer Abgasanlage (4) ein Abgasgeräusch und/oder im Inneren eines Motorraumes (6') ein Motorgeräusch zu erzeugen, wenn der wenigstens eine Lautsprecher (2, 2a, 2b) mit dem zweiten Steuersignal beaufschlagt wird; und wobei die Steuerung (9) weiter ausgebildet ist, in Folge einer von der Benutzerschnittstelle (13) registrierten Benutzereingabe ein drittes Steuersignal zu erzeugen, welches geeignet ist, einen einzelnen Ton oder eine zeitliche Abfolge von Tönen und/oder ein Tongemisch oder eine zeitliche Abfolge von Tongemischen und/oder einen einzelnen Klang oder eine zeitliche Abfolge von Klängen hervorzurufen, wenn der wenigstens eine Lautsprecher (2, 2a, 2b) mit dem dritten Steuersignal beaufschlagt wird.
System nach Anspruch 1, wobei jeder Klang eine konstante Grundfrequenz und/oder ein vorgegebenes Spektrum von Oberwellen aufweist.
System nach Anspruch 2, wobei die konstante Grundfrequenz aus einem Bereich zwischen 200 Hz und 600 Hz und insbesondere aus einem Bereich zwischen 250 Hz und 425 Hz und weiter insbesondere aus einem Bereich zwischen 300 Hz und 375 Hz ausgewählt ist.
System (7) nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der Klang einen periodischen Schalldruckverlauf mit der Periodendauer T aufweist, dessen einzelne Frequenzen f_(h) in einem ganzzahligen Verhältnis zu einer Grundfrequenz f₍₁₎ stehen, wobei die Phasenlage der einzelnen Frequenzen zueinander beliebig ist und wobei gilt T = 1/f₍₁₎.
System (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der wenigstens eine Lautsprecher (2, 2a, 2b) und/oder die Steuerung (9) so ausgebildet ist, dass ein Schalldruck eines jeden von dem wenigstens einen Lautsprecher (2, 2a, 2b) infolge einer Beaufschlagung mit dem dritten Steuersignal erzeugten Klanges in einem Abstand von 7 Metern vom wenigstens einen Lautsprecher (2, 2a, 2b) 50 dB(A) nicht unterschreitet und 105 dB(A) nicht überschreitet.
System (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das erste und/oder zweite Steuersignal ein Tongemisch hervorrufen, wenn der wenigstens eine Lautsprecher (2, 2a, 2b) mit dem ersten bzw. zweiten Steuersignal beaufschlagt wird.
System (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die zeitliche Abfolge von Klängen aus zwei abwechselnd wiedergegebenen Klängen besteht.
System nach Anspruch 7, wobei die beiden abwechselnd wiedergegebenen Klänge Grundfrequenzen von 362 Hz und 483 Hz bzw. 410 Hz und 547 Hz aufweisen.
System (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Steuerung (9) mit einer Motorsteuerung (11) eines Antriebsmotors (6) des Fahrzeugs verbindbar ist; und wobei die Steuerung (9) ausgebildet ist, das erste und/oder zweite Steuersignal in Abhängigkeit von Signalen zu erzeugen, welche von der Motorsteuerung (11) empfangen werden.
System (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der wenigstens eine Lautsprecher (2, 2a, 2b) in einem zugehörigen Schallerzeuger (3, 3a, 3b) angeordnet ist, der mit der Ansauganlage (12) und/oder Abgasanlage (4) eines Fahrzeugs in fluide Anbindung gebracht werden kann; und das System weiter ein Fehlermikrofon (5a) aufweist, welches mit der Steuerung (9) verbunden und an einer bezüglich der Strömung der angesaugten Luft im Bereich der fluiden Anbindung zwischen Schallerzeuger (3a) und Ansauganlage (12) gelegenen Stelle der Ansauganlage (12) anordenbar ist; und/oder das System weiter ein Fehlermikrofon (5) aufweist, welches mit der Steuerung (9) verbunden und an einer bezüglich der Abgasströmung im Bereich der fluiden Anbindung zwischen Schallerzeuger (3) und Abgasanlage (4) gelegenen Stelle der Abgasanlage (4) anordenbar ist; und/oder das System weiter ein Fehlermikrofon (5b) aufweist, welches mit der Steuerung (9) verbunden und im Motorraum (6') eines Fahrzeugs anordenbar ist; wobei das Fehlermikrofon (5, 5a, 5b) ausgebildet ist, Schall im Inneren der Ansauganlage (12) und/oder Abgasanlage (4) und/oder Motorraum (6') zu messen und ein entsprechendes Messsignal an die Steuerung (9) auszugeben, und wobei die Steuerung (9) ausgebildet ist, von dem Fehlermikrofon (5, 5a, 5b) erhaltene Signale durch Ausgabe des ersten Steuersignals an den wenigstens einen Lautsprecher (2, 2a, 2b) zumindest teilweise und bevorzugt vollständig auszulöschen.
Kraftfahrzeug (14) aufweisend: einen Verbrennungsmotor (6) mit einer Motorsteuerung (11); eine Ansauganlage (12), die mit dem Verbrennungsmotor (6) in Fluidverbindung steht; eine Abgasanlage (4), die mit dem Verbrennungsmotor (6) in Fluidverbindung steht; und ein System (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der wenigstens eine Schallerzeuger (3, 3a) des Systems (7) mit der Ansauganlage (12) und/oder mit der Abgasanlage (4) in fluider Anbindung steht; und wobei die Steuerung (9) des Systems (7) mit der Motorsteuerung (11) des Verbrennungsmotors (6) verbunden ist.
Kraftfahrzeug (14) aufweisend: einen in einem Motorraum angeordneten Antriebsmotor (6) mit einer Motorsteuerung (11); und ein System (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der wenigstens eine Schallerzeuger (3b) des Systems (7) mit dem Motorraum in fluider Anbindung steht oder in dem Motorraum angeordnet ist; und wobei die Steuerung (9) des Systems (7) mit der Motorsteuerung (11) des Antriebsmotors (6) des Fahrzeugs verbunden ist.