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GEBIET DER ERFINDUNG
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Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung betreffen ein Steuersystem für ein Fahrzeug und im Spezielleren ein Steuersystem, das eine Motorgeräuschverbesserung für ein Fahrzeug mit einem stufenlosen Getriebe (”CVT”-Getriebe, CVT von Continuously Variable Transmission) bereitstellt.
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HINTERGRUND
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Ein stufenloses Getriebe (”CVT”-Getriebe) stellt einen im Vergleich zu Getrieben mit festem Übersetzungsverhältnis höheren Wirkungsgrad bereit. Ein höherer Wirkungsgrad führt zu einer verbesserten Wirtschaftlichkeit des Motors. Manche Personen ziehen jedoch die Geräuschqualität und die Anmutung eines Getriebes mit fester Übersetzung einem CVT-Getriebe vor. Insbesondere können manche Personen den Eindruck gewinnen, ein CVT-Getriebe sei leistungsschwach und langsam. Darüber hinaus können CVT-Getriebe mit relativ hubraumarmen Motoren verwendet werden, was ebenfalls zu der Anmutung eines leistungsschwachen Antriebsstrangs beiträgt.
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Gemäß einem Ansatz zur Verbesserung der Geräuschqualität und der Anmutung kann ein CVT-Getriebe dergestalt verstimmt werden, dass es die Geräuschqualität eines Getriebes mit fester Übersetzung nachahmt. Das heißt, das CVT-Getriebe kann so kalibriert sein, dass es die Motordrehzahl variiert, um den Schaltvorgang zu imitieren, der durch ein Getriebe mit festem Übersetzungsverhältnis erzeugt wird. Dieser Ansatz führt jedoch im Allgemeinen zu einem geringeren Wirkungsgrad und einer geringeren Wirtschaftlichkeit des Motors. Demgemäß ist es wünschenswert, ein CVT-Getriebe mit verbesserter Geräuschqualität jedoch ohne Wirkungsgradeinbußen bereitzustellen.
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KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
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In einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Steuersystem für ein Fahrzeug bereitgestellt. Das Fahrzeug weist ein stufenloses Getriebe (”CVT”-Getriebe), einen Motor und einen Lautsprecher auf. Das Steuersystem umfasst einen Fahrzeugbus, ein Schaltmodul und ein Modul zur Motorgeräuschverbesserung (”ESE”-Modul, ESE von Engine Sound Enhancement). Der Fahrzeugbus überträgt ein Signal. Das Signal zeigt eine Mehrzahl von Betriebszuständen des Fahrzeugs an. Das Schaltmodul empfängt das Signal von dem Fahrzeugbus. Das Schaltmodul bestimmt, ob die Mehrzahl von Betriebsparametern des Fahrzeugs anzeigt, dass der Lautsprecher ein Audiosignal ausgeben muss, welches mit einem von dem Motor abgegebenen Motorgeräusch abgemischt wird, um ein Schaltgeräusch nachzuahmen, das ein theoretisch angenommenes Getriebe mit fester Übersetzung während des Schaltvorgangs macht. Das Schaltmodul erzeugt ein Schaltmodussignal, wenn der Lautsprecher das Audiosignal ausgeben muss. Das Modul zur Motorgeräuschverbesserung (”ESE”-Modul) empfängt das Schaltmodussignal. Das ESE-Modul empfängt eine Mehrzahl von Motorbefehlsgleichungen. Das ESE-Modul wendet zumindest eine der Motorbefehlsgleichungen an, wenn das Schaltmodussignal empfangen wird. Bei einer Ausführungsform kann das ESE-Modul auch ein natürliches Motorbefehlsgeräusch verstärken, wenn das Schaltmodussignal empfangen wird.
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Die obigen Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und Vorteile der Erfindung erschließen sich mit größerer Deutlichkeit aus der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Andere Merkmale, Vorteile und Details werden in lediglich beispielhafter Weise in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsformen ersichtlich, wobei sich die detaillierte Beschreibung auf die Zeichnungen bezieht, in denen:
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1 eine schematische Darstellung eines beispielhaften Steuersystems in einem Fahrzeug ist;
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2 ein Datenflussdiagramm eines in 1 gezeigten Steuermoduls ist; und
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3 eine Veranschaulichung eines beispielhaften Geräusch-Graphen ist, welcher den Betrieb des in 1 gezeigten Steuersystems veranschaulicht.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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In 1, auf welche nun Bezug genommen wird, betrifft eine beispielhafte Ausführungsform ein Steuersystem 10 zur Bereitstellung einer Motorgeräuschverbesserung für ein Fahrzeug 18. Das Steuersystem 10 umfasst ein stufenloses Getriebe (”CVT”-Getriebe) 20, einen Fahrzeugbus 22, ein Steuermodul 24, einen Verstärker 26 und einen Lautsprecher 28. Das Steuersystem 10 ist für die Verbesserung von spezifischen Klanggeräuschen ausgelegt, die auf der Grundlage von verschiedenen Betriebsparametern des Fahrzeugs 18 von einem Motor 30 abgegeben werden. Bei dem CVT-Getriebe 20 kann es sich im Allgemeinen um jede beliebige Art von Getriebe handeln, bei dem die Übersetzungsverhältnisse in Abhängigkeit zu den Betriebsbedingungen des Fahrzeugs 18 kontinuierlich, d. h. stufenlos, verstellt werden. Der Fahrzeugbus 22 steht mit verschiedenen Steuermodulen (nicht veranschaulicht) des Fahrzeugs 18 in Verbindung.
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Der Fahrzeugbus 22 überträgt Daten zwischen verschiedenen Fahrzeug-Steuermodulen (nicht gezeigt), welche Betriebsparameter des Fahrzeugs 18 anzeigen. Beispielsweise kann der Fahrzeugbus 22 mit einem Motorsteuermodul (nicht gezeigt) des Motors 30 in Verbindung stehen, um ein Signal zu empfangen, welches die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Motordrehzahl, das Motordrehmoment, die Gaspedalstellung und die Fahrzeugbeschleunigung anzeigt. In einem anderen Beispiel kann der Fahrzeugbus 22 außerdem mit einem Getriebesteuermodul (nicht gezeigt) in Verbindung stehen, um ein Signal zu empfangen, das einen Getriebezustand des CVT-Getriebes 20 anzeigt. Der Getriebezustand bezieht sich auf eine Stellung eines Schalthebels (nicht gezeigt) des Fahrzeugs 18, wie beispielsweise eine Park-Stellung ”P”, eine Rückfahr-Stellung ”R”, eine Sport-Stellung ”S” oder einer Fahr-(bzw. Drive-)Stellung ”D”. Der Fahrzeugbus 22 kann außerdem auch andere Betriebsparameter des Fahrzeugs 18 umfassen, wie beispielsweise auch eine Dynamik aus einem Fahrzeug-Wahlbetriebsmodus und einer Stellung eines (nicht gezeigten) Gaspedals.
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Der Fahrzeug-Wahlbetriebsmodus bezeichnet einen auswählbaren Fahrmodus des Fahrzeugs 18. Wird er ausgewählt, so modifiziert der Fahrzeug-Wahlbetriebsmodus verschiedene Systeme des Fahrzeugs 18, wie beispielsweise ein Fahrzeug-Lenksystem (nicht gezeigt), eine Fahrzeugaufhängung (nicht gezeigt), ein Fahrzeug-Audiosystem (welches z. B. den Lautsprecher 28 umfasst) sowie das CVT-Getriebe 20. Als einige Beispiele ohne einschränkenden Charakter für einen Fahrzeug-Wahlbetriebsmodus sind unter anderem die folgenden zu nennen: Race (Rennbetrieb), Normal (Normalbetrieb), Stealth (Lautlosbetrieb), City (Stadtbetrieb), Sport (Sportbetrieb, welcher wiederum verschiedene Abstufungen des Sport-Betriebsmodus umfasst) sowie Economy (Sparbetrieb). So werden zum Beispiel im Spar-Betriebsmodus verschiedene Betriebsparameter des Fahrzeugs 18 im Hinblick auf eine Verbesserung der Wirtschaftlichkeit des Motors modifiziert. Als weiteres Beispiel werden im Sport-Betriebsmodus verschiedene Betriebsparameter des Fahrzeugs 18 im Hinblick auf eine Verbesserung der Beschleunigung und des Leistungsverhaltens des Fahrzeugs insgesamt modifiziert. Als einige Beispiele ohne einschränkenden Charakter von Fahrzeugsystemen, die davon betroffen sein können, sind ein Lenksystem, ein Abgassystem und die Fahrzeugaufhängung zu nennen. Der Sport-Betriebsmodus kann außerdem auch verschiedene Grade eines verbesserten Fahrzeug-Leistungsverhaltens (das manchmal auch als Sportlichkeit bezeichnet wird) umfassen.
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Das Steuermodul 24 steht mit dem Fahrzeugbus 22 und dem Verstärker 26 in Verbindung. Der Verstärker 26 empfängt ein Steuersignal von dem Steuermodul 24. Der Verstärker 26 wandelt das Steuersignal in ein elektrisches Signal um, welches zur Ansteuerung des Lautsprechers 28 herangezogen wird. In 1 sind zwar das Steuermodul 24 und der Verstärker 26 als separate Bauteile veranschaulicht, es versteht sich jedoch, dass das Steuermodul 24 und der Verstärker 26 auch in einer integrierten Baueinheit zusammengefasst sein können. Der Lautsprecher 28 ist so ausgelegt, dass er ein Audiosignal aussendet, das sich mit den Klanggeräuschen verbindet oder abmischt, die von dem Motor 30, einem Abgassystem (nicht veranschaulicht) und einem Luftansaugsystem (nicht gezeigt) des Fahrzeugs 18 abgegeben werden. In einer beispielhaften Ausführungsform kann der Lautsprecher 28 Bestandteil eines Infotainment-Systems des Fahrzeugs 18 sein.
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In 2, auf welche nun Bezug genommen wird, veranschaulicht ein Datenflussdiagramm eine beispielhafte Ausführungsform des Steuermoduls 24 aus 1. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Steuermodul 24 ein oder mehrere Untermodule und Datenspeicher umfassen. Die hier verwendeten Begriffe 'Modul' und 'Untermodul' betreffen eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, fest zugeordnet, oder Gruppe) mit Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmware-Programme ausführt, eine kombinatorische logische Schaltung und/oder andere geeignete Komponenten, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen. Es sei hier festgestellt, dass die in 2 gezeigten Untermodule miteinander kombiniert und/oder weiter untergliedert sein können.
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In einem Beispiel umfasst das Steuermodul 24 ein Schaltzustandsbestimmungsmodul 34 und ein Modul zur Motorgeräuschverbesserung (”ESE”-Modul) 36. Das Schaltzustandsbestimmungsmodul 34 empfängt ein Datensignal als Eingangswert von dem Fahrzeugbus 22. Das Datensignal umfasst eine Mehrzahl von Betriebsparametern des Fahrzeugs 18. Das Steuermodul 24 umfasst außerdem einen Speicher 40. Der Speicher 40 umfasst Parameter in Bezug auf ein theoretisch angenommenes Getriebe mit fester Übersetzung. Das heißt, der Speicher 40 speichert Betriebsparameter eines Getriebes mit fester Übersetzung, welches nicht Bestandteil des Fahrzeugs 18 ist. Konkret kann es sich bei dem theoretisch angenommenen Getriebe mit fester Übersetzung um jede beliebige Art von Getriebe mit fester Übersetzung handeln, welches basierend auf Betriebsbedingungen eines theoretisch angenommenen Fahrzeugs hochschaltet oder von einem höheren Gang in einen niedrigeren Gang herunterschaltet. Beispielsweise kann es sich in einer Ausführungsform bei dem theoretisch angenommenen Getriebe mit fester Übersetzung um ein Sechsgang-Automatikgetriebe handeln.
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Das Schaltmodul 34 umfasst eine Steuerlogik, um zu bestimmen, ob die von dem Fahrzeugbus 22 empfangene Mehrzahl von Betriebsparametern anzeigt, dass der Lautsprecher 28 ein Audiosignal ausgeben muss, das mit einem von dem Motor 30 abgegebenen Motorgeräusch abgemischt wird, um ein Schaltgeräusch nachzuahmen, welches das theoretisch angenommene Getriebe mit fester Übersetzung im Fall eines Schaltvorgangs erzeugen würde. Das Schaltgeräusch, das dabei erzeugt wird, kann das Fahrgefühl der Fahrzeuginsassen verbessern, zumal bestimmte Personen die Geräuschqualität eines Getriebes mit fester Übersetzung im Vergleich zu einem CVT-Getriebe vorziehen. Im Spezielleren kann es sein, dass basierend auf den Betriebsparametern des Fahrzeugs 18 (beispielsweise der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Motordrehzahl, dem Motordrehmoment und einem Getriebezustand des CVT-Getriebes 20) es den Fahrzeuginsassen manchmal lieber ist, das von einem Getriebe mit fester Übersetzung beim Schalten erzeugte Geräusch zu hören.
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In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst das Schaltmodul 34 eine Logik, die bestimmt, ob das theoretisch angenommene Getriebe mit fester Übersetzung basierend auf zumindest der Motordrehzahl, dem Motordrehmoment und dem Getriebezustand des CVT-Getriebes 20 hochschalten (d. h. zwischen dem zweiten Gang und dem dritten Gang oder vom dritten Gang in den vierten Gang schalten) würde. Das heißt, das Getriebe mit theoretisch fester Übersetzung würde nur dann hochschalten, wenn der Getriebezustand anzeigt, dass sich ein (nicht gezeigter) Schalthebel des Fahrzeugs 18 in der Fahr- bzw. Drive-Stellung ”D” oder in der Sport-Stellung ”S” befindet. In einer Ausführungsform kann das Schaltmodul 34 außerdem bestimmen, ob das theoretisch angenommene Getriebe mit fester Übersetzung basierend auf einer zusätzlichen Anzahl von Betriebsparametern ebenfalls hochschalten würde. Die zusätzlichen Betriebsparameter umfassen, als Beispiele ohne einschränkenden Charakter, die Fahrzeuggeschwindigkeit, den Fahrzeug-Wahlbetriebsmodus, die Gaspedaldynamik (d. h. die Geschwindigkeit oder Beschleunigung des Pedals) sowie die Fahrzeugbeschleunigung.
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In einer anderen Ausführungsform kann das Schaltmodul 34 bestimmen, ob die Betriebsparameter des Fahrzeugs 18 (beispielsweise die Gaspedalstellung, die Fahrzeugbeschleunigung und/oder die Aktivierung des Sport-Betriebsmodus) ein aggressives oder kraftvolles Fahrverhalten anzeigen, bei welcher das Schaltgeräusch benötigt würde. Als einige Beispiele ohne einschränkenden Charakter für das aggressive oder kraftvolle Fahrverhalten sind eine relativ rasche Beschleunigung des Fahrzeugs 18 beim Wegfahren von einer Ampelanlage oder das Überholen eines anderen Fahrzeugs auf einer zweispurigen Straße zu nennen. Ein derartiges, aggressives oder kraftvolles Fahrverhalten ist ein Anzeichen für eine angespannte Gefühlslage eines Fahrers, in welcher das Fahrerlebnis des Fahrers und der Insassen durch ein Schaltgeräusch verbessert würde. Das kraftvolle Fahrverhalten ist gewöhnlich ein Anzeichen dafür, dass der Fahrer erwarten würde, ein Schaltgeräusch zu hören. In einer Ausführungsform kann das kraftvolle Fahrverhalten ein Indikator für ein aggressiveres Schaltprogramm des theoretisch angenommenen Getriebes mit fester Übersetzung sein. Wird somit das aggressivere Fahrverhalten durch das Schaltmodul 34 bestimmt, so kann das Schaltmodul 34 ein aggressiveres Schaltprogramm des theoretisch angenommenen Getriebes mit fester Übersetzung verwenden.
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Wenn das Schaltmodul 34 bestimmt, dass der Lautsprecher 28 ein Audiosignal ausgeben muss, dann erzeugt das Schaltmodul 34 ein Schaltmodussignal. Das Schaltmodul 34 steht mit dem ESE-Modul 36 in Verbindung und sendet das Schaltmodussignal an dieses. In einer beispielhaften Ausführungsform kann das Schaltsignal nur dann von dem Schaltmodul 34 an das ESE-Modul 36 gesendet werden, wenn der von dem Fahrzeugbus 22 empfangene Fahrzeug-Wahlbetriebsmodus anzeigt, dass das Fahrzeug 18 im Sport-Betriebsmodus betrieben wird.
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Das ESE-Modul 36 empfängt außerdem von dem Speicher 40 auch eine Mehrzahl von Motorbefehlsgleichungen. Die Motorbefehlsgleichungen entsprechen jeweils einer Drehfrequenz einer Kurbelwelle (nicht gezeigt) des Motors 30 (in 1 gezeigt). Die Motorbefehlsgleichungen können spezifisch auf einen bestimmten Antriebsstrang wie auch auf den Fahrzeugtyp (z. B. sportliches Auto, Mittelklasse-Limousine usw.) zugeschnitten sein. Konkret können in einer beispielhaften Ausführungsform die Motorbefehlsgleichungen von der in dem Motor 30 vorhandenen Anzahl an Zylindern, der Hubraumgröße, der Motoransaugung (z. B. normale Ansaugung gegenüber Turbo-Aufladung), der Motorkalibrierung sowie von einem Abgassystem (nicht gezeigt) des Motors 18 abhängig sein. Jeder Motorbefehl erzeugt ein Klanggeräusch höherer Frequenz.
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So ist beispielsweise in 3, auf welche nun Bezug genommen wird, ein beispielhafter Geräusch-Graph während des Betriebs des Fahrzeugs 18 und bei laufendem Betrieb des CVT-Getriebes 20 veranschaulicht. Auf der X-Achse ist die Zeit (in Sekunden) dargestellt und auf der Y-Achse ist die Frequenz (in Hertz) dargestellt. Es ist eine Mehrzahl von Motorbefehlen 50 veranschaulicht. Konkret veranschaulicht der Geräusch-Graph in dem gezeigten Beispiel Motorbefehle 50. Es ist ein Motor-Basisbefehl 'A' veranschaulicht, der bei ungefähr 200 Hertz abflacht.
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In 2, welche nochmals aufgegriffen wird, umfasst das ESE-Modul 36 eine Steuerlogik zur Verbesserung oder Betätigung von zumindest einem der Motorbefehle 50, wenn das Schaltmodussignal von dem Schaltmodul kommend empfangen wird. Konkret umfasst das ESE-Modul 36 eine Steuerlogik zur Anwendung von zumindest einer der Motorbefehlsgleichungen, um das Geräusch des theoretisch angenommenen Getriebes mit fester Übersetzung beim Schalten nachzuahmen. Wenn beispielsweise die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Motordrehzahl, das Motordrehmoment und der Getriebezustand des CVT-Getriebes 20 (in 1 gezeigt) anzeigen, dass der Lautsprecher 28 ein Audiosignal ausgeben muss, welches mit dem Motorgeräusch des Motors 30 abzumischen ist, um das Hochschalten des theoretisch angenommenen Getriebes mit fester Übersetzung vom dritten Gang in den vierten Gang nachzuahmen, dann würde das ESE-Modul 36 die entsprechenden Motorbefehlsgleichungen anwenden, um das Geräusch des theoretisch angenommenen Getriebes mit fester Übersetzung beim Hochschalten von dem zweiten Gang in den dritten Gang nachzuahmen. Konkret und unter Rückbezug auf 3 erzeugt das ESE-Modul 36 eine Mehrzahl von Klanggeräuschen (wobei der Klarheit halber hier nur ein ESE-Klanggeräusch veranschaulicht ist), welche die Motorbefehle 50 überlagern. Die ESE-Klanggeräusche 52 imitieren oder ahmen ein Schaltgeräusch nach, welches das theoretisch angenommene Getriebe mit fester Übersetzung während des Schaltvorgangs erzeugen würde.
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Das ESE-Modul 36 kann auch eine Steuerlogik zur Verstärkung eines natürlichen Motorbefehlsgeräuschs umfassen. Konkret wird der Basisbefehl A von dem Motor 30 (1) auf natürliche Weise erzeugt. Um eine Abmischung der von dem ESE-Modul 36 (2) erzeugten ESE-Klanggeräusche 52 zu ermöglichen, kann der von dem Motor 30 erzeugte Basisbefehl abgeschwächt werden. Dadurch wird es wiederum ermöglicht, dass sich die das Schaltgeräusch emulierenden ESE-Klanggeräusche 52 auf prägnantere Weise von dem Basisbefehlsgeräusch abheben. Gemäß einem Ansatz kann aktive Geräuschunterdrückung (Active Noise Control, ”ANC”) dazu verwendet werden, die Basisbefehle zu eliminieren.
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Das ESE-Modul 36 sendet ein Steuersignal an den Verstärker 26. Der Verstärker 26 wandelt das Steuersignal in ein elektrisches Signal um, welches zur Ansteuerung des Lautsprechers 28 herangezogen wird. Der Lautsprecher 28 gibt ein Audiosignal aus, das mit dem von dem Motor 30 (1) abgegebenen Geräusch kombiniert wird. Konkret wird das von dem Lautsprecher 28 abgegebene Audiosignal mit dem von dem Motor 30 abgegebenen Geräusch abgemischt, um das Geräusch nachzuahmen, welches das Getriebe mit fester Übersetzung beim Schaltvorgang erzeugen würde. In 2–3, auf welche nun Bezug genommen wird, erzeugt das ESE-Modul 36 die ESE-Klanggeräusche 52, welche das Geräusch eines Getriebes mit fester Übersetzung nachahmen. Manche Personen bevorzugen die Geräuschqualität eines Getriebes mit fester Übersetzung. Die ESE-Klanggeräusche 52. schaffen die Geräuschqualität eines Getriebes mit fester Übersetzung, ohne das CVT-Getriebe dabei zu verstimmen, wodurch in weiterer Folge die Wirtschaftlichkeit des Motors verringert und eine langsamere Beschleunigung des Fahrzeugs 18 herbeigeführt würde. Somit stellt das weiter oben beschriebene Steuersystem 10 eine verbesserte Geräuschqualität für die Insassen eines Innenraums des Fahrzeugs 18 bereit. Gleichzeitig wird durch das Steuersystem 10 der von dem Fahrzeug 18 in die Außenumgebung abgegebene Geräuschpegel nicht erhöht oder modifiziert.
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Die Erfindung ist zwar unter Bezugnahme auf eine beispielhafte Ausführungsform beschrieben worden, es versteht sich jedoch für den Fachmann, dass verschiedene Veränderungen vorgenommen werden können und dass Teile davon durch äquivalente Elemente ersetzt werden können, ohne dass dadurch von dem Umfang der Erfindung abgewichen wird. Außerdem können zahlreiche Abänderungen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein Material an die Lehre der Erfindung anzupassen, ohne dass dadurch von dem grundsätzlichen Umfang derselben abgewichen wird. Die Erfindung soll daher nicht auf die im Speziellen offenbarten Ausführungsformen beschränkt sein, sondern die Erfindung soll alle Ausführungsformen umfassen, die in den Umfang der Anmeldung fallen.
