DE102015221627A1 - Verfahren zum Erzeugen eines einen Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine charakterisierenden Geräuschs - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines Geräusches, welches einen Betrieb einer eine von einem gasförmigen Medium durchströmbare Anlage (4), einen in einem ersten Brennraum bewegbar aufgenommenen, ersten Kolben und wenigstens einen in einem zweiten Brennraum bewegbar aufgenommenen, zweiten Kolben aufweisenden Verbrennungskraftmaschine (1) eines Kraftfahrzeugs charakterisiert, mit den Schritten: • Erfassen zumindest einer Schwingungen der Anlage (4) charakterisierenden Messgröße (P5) mittels wenigstens eines Sensors (30), welcher wenigstens ein die erfasste Messgröße (P5) charakterisierendes Sensorsignal (129) bereitstellt, wobei die Messgröße zumindest während einer ersten Bewegung des ersten Kolbens erfasst wird; • Erzeugen wenigstens eines Ansteuersignals (149) in Abhängigkeit von dem Sensorsignal (129); und • Ansteuern wenigstens eines Aktors (38) in Abhängigkeit von dem Ansteuersignal (149), um dadurch mittels des Aktors (38) das Geräusch zu erzeugen, wobei das Geräusch durch Ansteuern des Aktors (38) bei einer zeitlich auf die erste Bewegung und das Erfassen der Messgröße folgenden, zweiten Bewegung des zweiten Kolbens erzeugt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines einen Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine charakterisierenden Geräuschs.
  • Moderne Verbrennungskraftmaschinen werden zunehmend nach dem sogenannten Downsizing-Prinzip ausgelegt. Dies bedeutet, dass die Anzahl an Brennräumen, insbesondere Zylindern, sowie der Hubraum einer solchen Verbrennungskraftmaschine besonders gering gehalten werden. Um dennoch hohe spezifische Leistungen und Drehmomente zu realisieren, wird die Verbrennungskraftmaschine aufgeladen. Darunter ist zu verstehen, dass wenigstens ein Verdichter zum Einsatz kommt, mittels welchem die Luft verdichtet wird. Die verdichtete Luft wird den Brennräumen zugeführt, wobei die verdichtete Luft einen Druck aufweist, welcher, zumindest in den meisten Betriebszuständen, wesentlich höher als der Umgebungsdruck ist. Dieser Druck der verdichteten Luft wird auch als Ladedruck bezeichnet, wobei die den Ladedruck aufweisende Luft den Brennräumen zugeführt wird beziehungsweise in die Brennräume einströmt, insbesondere, sobald ein Ventil, insbesondere Einlassventil, des jeweiligen Brennraums, insbesondere Zylinders, öffnet. Dies führt nicht zu einem üblicherweise zylindervolumenabhängigen Lufteintrag wie bei Saugmotoren, sondern zu einem erhöhten, durch den Ladedruck bestimmten Lufteintrag.
  • Der Verdichter ist beispielsweise ein Verdichter eines Abgasturboladers, welcher eine von Abgas der Verbrennungskraftmaschine antreibbare Turbine aufweist. Die Turbine ist in einem Abgastrakt angeordnet, welche auch als Abgasanlage bezeichnet wird und von Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbar ist. Dabei ist die Turbine von dem Abgas antreibbar. Der Verdichter ist von der Turbine antreibbar, sodass im Abgas enthaltene Energie zum Verdichten der Luft genutzt werden kann. Dadurch kann ein effizienter Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisiert werden. Ferner ist es denkbar, dass es sich bei dem Verdichter um einen Kompressor handelt, welcher auch als mechanischer Kompressor oder mechanischer Lader bezeichnet wird. Ein solcher mechanischer Kompressor wird von einer Abtriebswelle insbesondere in Form einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine mechanisch angetrieben.
  • Üblicherweise ist der Verdichter in einem Einlasstrakt der Verbrennungskraftmaschine angeordnet, wobei der Einlasstrakt von Luft durchströmbar ist. Die Luft wird mittels des Verdichters verdichtet und üblicherweise über wenigstens eine Drosselklappe und wenigstens einen Ladeluftkühler einem in dem Einlasstrakt angeordneten Ladedrucksammler zugeführt. Von hier aus gelangt die Luft über jeweilige Einlassventile in die Brennräume. Die Drosselklappe kann dabei vor oder nach dem Ladeluftkühler positioniert sein.
  • Verbrennungskraftmaschinen, die mit wenigstens einem Verdichter ausgestattet sind, werden auch als aufgeladene Verbrennungskraftmaschinen oder aufgeladene Verbrennungsmotoren bezeichnet. Demgegenüber werden Verbrennungskraftmaschinen, welche nicht mit einem Verdichter ausgestattet sind, als Saugmotoren bezeichnet, da ein solcher Saugmotor die Luft über den Einlasstrakt in die Brennräume saugt. Im Gegensatz dazu wird die Luft bei aufgeladenen Verbrennungskraftmaschinen in die Brennräume gedrückt, da die Luft den Ladedruck aufweist.
  • In den meisten Betriebszustanden liegt der Ladedruck vor. Somit wird praktisch die Luft in die Brennräume gedrückt, sobald deren Einlassventile öffnen. Es existieren üblicherweise wenige Betriebszustände, in denen bei einem Turbomotor ein Saugbetrieb herrscht. In einem solchen Saugbetrieb fordert die Verbrennungskraftmaschine schon Luft an beziehungsweise der Kolben bewegt sich schon nach unten, aber es ist noch kein entsprechender Ladedruck vorhanden. Dabei handelt es sich aber nur um einen sehr geringen Teil der Betriebszustände.
  • Saugmotoren haben konzeptbedingt ein sehr ausgeprägtes Ansauggeräusch, welches sowohl von dem Fahrer eines mit einem solchen Saugmotor ausgestatteten Kraftfahrzeugs als auch von sich außerhalb des Kraftfahrzeugs aufhaltenden Personen akustisch wahrgenommen werden kann und häufig als besonders angenehm beziehungsweise emotional empfunden wird. Speziell das Ansauggeräusch wird vom Fahrer auch als akustische Drehzahl- und Lastrückmeldung wahrgenommen, sodass der Fahrer anhand des Ansauggeräuschs auf die Drehzahl und/oder die Last der Verbrennungskraftmaschine rückschließen kann.
  • Nicht die Akustik der Abgasanlage, sondern das charakteristische Geräusch, welches über den Einlasstrakt beziehungsweise die Sauganlage an die Umwelt und auch an den Fahrer wiedergegeben wird, macht einen besonders großen emotionalen Teil eines als sportliches Triebwerk ausgelegten Verbrennungsmotors aus. Konzeptbedingt fehlt bei aufgeladenen Verbrennungskraftmaschinen die Ansaug-Akustik fast vollständig.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zu schaffen, mittels welchem ein besonders vorteilhaftes und angenehmes, einen Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs charakterisierendes Geräusch erzeugbar ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines Geräusches, welches einen Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, welches mittels der Verbrennungskraftmaschine antreibbar ist, charakterisiert. Dabei umfasst die Verbrennungskraftmaschine gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung einen ersten Brennraum, welcher beispielsweise als ein erster Zylinder ausgebildet ist. Ferner umfasst die Verbrennungskraftmaschine einen ersten Kolben, welcher bewegbar, insbesondere translatorisch bewegbar, in dem ersten Brennraum aufgenommen ist. Ferner umfasst die Verbrennungskraftmaschine gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wenigstens einen zweiten Brennraum, welcher beispielsweise als ein zweiter Zylinder ausgebildet ist. Des Weiteren weist die Verbrennungskraftmaschine gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wenigstens einen zweiten Kolben auf, welcher bewegbar, insbesondere translatorisch bewegbar, in dem zweiten Brennraum aufgenommen ist.
  • Ferner umfasst die Verbrennungskraftmaschine einen von einem gasförmigen Medium, insbesondere Luft, durchströmbare Anlage, mittels welcher das gasförmige Medium geführt wird. Das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung umfasst einen ersten Schritt, bei welchem mittels wenigstens eines Sensors zumindest eine Messgröße erfasst wird. Die Messgröße charakterisiert Schwingungen der Anlage. Dabei stellt der Sensor wenigstens ein die erfasste Messgröße charakterisierendes Sensorsignal bereit, wobei das Sensorsignal beispielsweise ein elektrisches Signal beziehungsweise elektrisches Sensorsignal ist. Im Rahmen des ersten Schritts des Verfahrens wird die Messgröße zumindest während einer ersten Bewegung des ersten Kolbens erfasst.
  • Das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung umfasst ferner einen zweiten Schritt, bei welchem ein Ansteuersignal in Abhängigkeit von dem Sensorsignal erzeugt wird. Ferner umfasst das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung einen dritten Schritt, bei welchem wenigstens ein Aktor in Abhängigkeit von dem Ansteuersignal, das heißt mittels des Ansteuersignals, angesteuert wird, um dadurch mittels des Aktors das Geräusch zu erzeugen. Im Rahmen des dritten Schritts des Verfahrens wird das Geräusch durch Ansteuern des Aktors bei einer zeitlich auf die erste Bewegung und zeitlich auf das Erfassen der Messgröße folgenden, zweiten Bewegung des zweiten Kolbens erzeugt.
  • Als die Messgröße wird mittels des beispielsweise als Drucksensor ausgebildeten Sensors beispielsweise ein Druck der Anlage, insbesondere ein in der Anlage herrschender Druck, insbesondere des Mediums, erfasst. Während eines Betriebs der Verbrennungskraftmaschine kommt es beispielsweise zu Schwingungen des mittels des Sensors, insbesondere Drucksensors, erfassten Drucks, sodass mittels des Drucksensors beispielsweise Schwingungen des Drucks, das heißt Druckschwingungen der Anlage, insbesondere des Mediums, erfasst werden. Werden mittels des beispielsweise als Drucksensor ausgebildeten Sensors Druckschwingungen erfasst, so charakterisiert das Sensorsignal die erfassten Druckschwingungen, sodass das Sensorsignal beispielsweise ein Schwingungssignal ist.
  • Mit anderen Worten, wird mittels des Sensors beispielsweise wenigstens ein Druck des Mediums mit der Anlage erfasst, so kann der Druck während eines Betriebs der Verbrennungskraftmaschine schwingen. Mit anderen Worten weist der erfasste Druck während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine Schwingungen auf, sodass die Schwingungen des Drucks, das heißt die Druckschwingungen, mittels des Sensors erfasst werden.
  • Der Sensor ist beispielsweise ein bereits von einer Motorsteuerung zum Betreiben, insbesondere Steuern oder Regeln, der Verbrennungskraftmaschine verwendeter Drucksensors, insbesondere Ladedrucksensor. Auch ein separater Sensor an einer akustisch vorteilhaften Position ist denkbar. Unter der Motorsteuerung ist eine Recheneinrichtung beziehungsweise ein Steuergerät zu verstehen, mittels welchem die Verbrennungskraftmaschine betrieben, insbesondere geregelt, wird. Ist das von dem Sensor bereitgestellte Sensorsignal beispielsweise ein elektrisches Signal, so handelt es sich bei dem elektrischen Signal beispielsweise um eine elektrische Spannung, die die erfasste Messgröße charakterisiert.
  • Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt die Idee zugrunde, die Messgröße zunächst zu erfassen und dann einige Zeit später das Geräusch in Abhängigkeit von der Messgröße auszugeben, sodass zwischen dem Erfassen der Messgröße und dem Ausgeben beziehungsweise Erzeugen des Geräuschs eine gewisse Zeitspanne liegt. Dadurch, dass die Messgröße während der ersten Bewegung des ersten Kolbens erfasst wird und das Geräusch während der zweiten Bewegung des zweiten Kolbens erzeugt wird, wobei die zweite Bewegung des zweiten Kolbens zeitlich nach der ersten Bewegung des ersten Kolbens erfolgt, ist die zuvor genannte Zeitspanne zwischen dem Erfassen der Messgröße und dem Erzeugen des Geräuschs hinreichend groß beziehungsweise lang, sodass während dieser Zeitspanne beispielsweise das Sensorsignal besonders vorteilhaft verarbeitet werden kann. Insbesondere ist es möglich, das Sensorsignal digital beziehungsweise mittels digitaler Methoden, insbesondere mittels eines digitalen Signalprozessors (DSP), zu verarbeiten, wodurch während der Zeitspanne die Erzeugung des Geräuschs besonders gut vorbereitet werden kann. In der Folge kann das Geräusch, welches während der zweiten Bewegung erzeugt beziehungsweise ausgegeben wird, als besonders vorteilhaft klingendes Geräusch erzeugt werden, welches weder synthetisch beziehungsweise künstlich, noch zeitversetzt zum aktuellen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine klingt.
  • Um ein besonders vorteilhaftes Geräusch zu erzeugen, ist es vorzugsweise vorgesehen, dass ein Wechselanteil des Sensorsignals bestimmt wird. Ist das vom Sensor bereitgestellte und die erfasste Messgröße, insbesondere die erfassten Druckschwingungen, charakterisierende Sensorsignal beispielsweise ein elektrisches Signal, so handelt es sich bei dem elektrischen Signal beispielsweise um eine elektrische Spannung, welche zumindest den genannten Wechselanteil aufweist. Dieser Wechselanteil ist dann ein Wechselspannungsanteil des Sensorsignals. Dabei wird das Ansteuersignal beispielsweise derart erzeugt, dass eine Frequenz des Ansteuersignals in Abhängigkeit von dem Wechselanteil bestimmt wird.
  • Dieser Ausführungsform liegt insbesondere die Idee zugrunde, den Wechselanteil als ein Akustiksignal zu verwenden, welches ein entsprechendes Frequenzspektrum enthält. Vereinfacht gesagt charakterisiert dieses Frequenzspektrum beziehungsweise das Akustiksignal wenigstens einen Ton mit einer Frequenz beziehungsweise einem Frequenzspektrum, wobei dieser Ton über das Ansteuersignal mittels des Aktors für das menschliche Gehör hörbar gemacht wird. Da das Akustiksignal beziehungsweise der Ton aus der tatsächlich erfassten Messgröße, insbesondere aus den tatsächlich erfassten Druckschwingungen, gewonnen wird, bildet das Akustiksignal beziehungsweise der Ton ein tatsächliches Geräusch, insbesondere ein tatsächliches Ansauggeräusch, der Verbrennungskraftmaschine besonders gut ab beziehungsweise der Ton entspricht zumindest im Wesentlichen dem tatsächlichen Geräusch der Verbrennungskraftmaschine, wobei dieses tatsächliche Geräusch beispielsweise konzeptbedingt nicht von Personen wie beispielsweise dem Fahrer des Kraftfahrzeugs sowie von sich in der Umgebung des Kraftfahrzeugs aufhaltenden Personen wahrgenommen werden kann. Mittels des Aktors und des Ansteuersignals wird das tatsächliche Geräusch somit hörbar gemacht, sodass ein besonders angenehmes und emotionales Geräuschverhalten der Verbrennungskraftmaschine und somit des Kraftfahrzeugs insgesamt realisiert werden kann.
  • Als Ton wird üblicherweise eine gleichbleibende Frequenz bezeichnet. Kommen mehrere Frequenzen zusammen, die sich überlagern, dann wird meist von einem Klang gesprochen. Viele Frequenzen, die sich überlagern und mit sich verändernden Frequenzen, werden allgemein als Geräusch bezeichnet. Im einfachsten Fall wird mittels des Drucksensors in der Anlage, insbesondere in einem Ladedrucksammler, ein Ladedrucksignal gewonnen, welches mit den Druckschwingungen überlagert ist. Ein normaler Ladedrucksensor macht daraus eine dem Ladedruck entsprechende Gleichspannung. Die Druckschwingungen zeichnen sich als Wechselanteil aus, der diese Gleichspannung überlagert. Bei einem normalen Ladedrucksensor fällt der größte Teil des ausgebbaren Spannungsbereichs dabei auf den Ladedruck. Der Wechselanteil, der auf dem Gleichanteil schwingt, ist ein sehr kleiner Teil. Für die Gewinnung des Akustiksignals beziehungsweise des Ansteuersignals wird grundsätzlich nur der Wechselanteil benötigt beziehungsweise genutzt.
  • Das zuvor genannte tatsächliche Geräusch der Verbrennungskraftmaschine kann beispielsweise konzeptbedingt nicht oder nur sehr geringfügig wahrgenommen werden, da die Verbrennungskraftmaschine beispielsweise als aufgeladene Verbrennungskraftmaschine ausgebildet ist. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es nun möglich, ein besonders vorteilhaftes und für das menschliche Gehör angenehmes, den Betrieb der Verbrennungskraftmaschine charakterisierendes Geräusch zu erzeugen, da zwischen dem Erfassen der Messgröße und dem Erzeugen beziehungsweise Ausgeben des Geräuschs eine hinreichend lange Zeitspanne liegen kann, um das Sensorsignal besonders vorteilhaft verarbeiten beziehungsweise aufbereiten zu können. Insbesondere ist es möglich, aus dem gesamten, bereitgestellten Sensorsignal wenigstens einen Teil oder mehrere Teile auszuwählen und den ausgewählten Teil beziehungsweise die ausgewählten Teile des Sensorsignals weiterzuverarbeiten und somit zu nutzen, um schließlich das Ansteuersignal zu erzeugen. Dadurch können beispielsweise Teile des Sensorsignals genutzt werden, die sich besonders gut zur Erzeugung eines angenehmen Geräuschs nutzen lassen. Da das Sensorsignal zu einem anderen, späteren Zeitpunkt ausgegeben wird als die Messgröße erfasst wird, steht für das Auswählen des wenigstens einen Teils des Sensorsignals eine hinreichend lange Zeitspanne zur Verfügung. Dies bedeutet, dass zu einem Zeitpunkt, zu welchem das Geräusch mittels des Aktors erzeugt wird, die Auswahl des wenigstens einen Teils aus dem Sensorsignal sowie beispielsweise eine entsprechende Verarbeitung beziehungsweise Aufbereitung des ausgewählten Teils bereits abgeschlossen sind, sodass beispielsweise eine kurbelwellensynchrone Erzeugung und somit Ausgabe des Geräuschs darstellbar ist.
  • Ferner kann ein besonders angenehmes Geräusch erzeugt werden, da das Geräusch beziehungsweise dessen Erzeugung vorzugsweise aus der tatsächlich erfassten Messgröße, insbesondere den tatsächlichen, erfassten und physikalischen Druckschwingungen, gewonnen wird. Somit kann beispielsweise dem Fahrer und der Außenwelt anhand des Geräuschs eine besonders angenehme und nachvollziehbare Rückmeldung über die aktuelle Last und/oder Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine vermittelt werden, ohne dass sich das Geräusch künstlich beziehungsweise synthetisch anhört.
  • Dies ist insbesondere realisierbar, wenn eine analoge diskrete Verarbeitung zum Einsatz kommt, sodass die Echtzeitfähigkeit erhalten bleibt. Da jedoch – wie beschrieben – zwischen dem Erfassen der Messgröße und der Erzeugung des Signals die hinreichend lange Zeitspanne liegt, kann eine von einer analogen Signalverarbeitung unterschiedliche, insbesondere digitale Signalverarbeitung zum Einsatz kommen, mittels welcher beispielsweise wenigstens ein Teil des Sensorsignals ausgewählt und/oder der wenigstens eine Teil beziehungsweise das Sensorsignal verarbeitet und aufbereitet werden kann. Insbesondere ist es möglich, wenigstens eine vorteilhafte Motorordnung aus dem Sensorsignal zu extrahieren beziehungsweise zu gewinnen, um einen besonders vorteilhaften Klang beziehungsweise ein besonders vorteilhaftes Geräusch zu erzeugen. Somit ist es möglich, dass die tatsächlich vorhandene mechanische Motorakustik mit dem erzeugten Geräusch harmoniert, ohne dass unangenehme Signalverzerrungen und Schwebungen beziehungsweise Laufzeitverzerrungen auftreten. In der Folge kann eine besonders vorteilhafte Fahrbarkeit des Kraftfahrzeugs realisiert werden.
  • Ferner ist es mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, eine besonders einfache und kostengünstige Geräuscherzeugung, insbesondere Ansauggeräuscherzeugung, für Verbrennungskraftmaschinen zu realisieren, da das vom Sensor bereitgestellte Sensorsignal, insbesondere Schwingungssignal, abgegriffen und somit auf eine tatsächlich vorhandene physikalische Messgröße, insbesondere in Form der Druckschwingungen beziehungsweise des Drucks, rückgegriffen wird. Somit ist es mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens beispielsweise möglich, einer aufgeladenen Verbrennungskraftmaschine die Emotionalität eines Saugmotors zu verleihen, da durch die Erzeugung des Geräusches eine aufgeladene Verbrennungskraftmaschine ähnlich wie ein Saugmotor klingt, jedoch deutlich näher an dessen Charakter bezüglich des Ansauggeräuschs kommt. Dadurch ist es beispielsweise auch möglich, unerwünschte und unangenehme Geräusche der Verbrennungskraftmaschine mittels des angenehmen und mittels des Aktors erzeugten Geräuschs zu übertönen beziehungsweise zu unterdrücken. Bei den unangenehmen Geräuschen kann es sich um Geräusche einer Hochdruckpumpe zum Fördern von Kraftstoff, von Einspritzventilen etc. handeln, die besonders bei neuen Motoren mit Hochdruckdirekteinspritzung akustisch sehr präsent sind und oft negativ auffallen können.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind die Kolben mit einer von den Kolben antreibbaren und dadurch um eine Drehachse in unterschiedliche Drehstellungen drehbaren Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine gekoppelt. Beispielsweise ist die Verbrennungskraftmaschine als Hubkolben-Verbrennungsmaschine ausgebildet, sodass die Abtriebswelle als Kurbelwelle ausgebildet ist. Die Abtriebswelle ist dabei an einem Gehäuse, insbesondere Kurbelgehäuse, der Verbrennungskraftmaschine um die Drehachse relativ zu dem Gehäuse drehbar gelagert. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Messgröße bei dem ersten Schritt in Abhängigkeit von wenigstens einer der Drehstellungen der Abtriebswelle erfasst wird. Dies bedeutet, dass dem Sensorsignal, insbesondere dessen Verlauf, jeweilige Drehstellungen, zu denen das Sensorsignal bereitgestellt wird beziehungsweise die Messgröße erfasst wird, zugeordnet werden, um dadurch beispielsweise zu einem späteren Zeitpunkt das Geräusch zu eben diesen, dem Sensorsignal zugeordneten Drehstellungen der Kurbelwelle ausgeben zu können. Dadurch kann das Geräusch zumindest im Wesentlichen kurbelwellensynchron erzeugt und ausgegeben werden. Ist die Abtriebswelle als Kurbelwelle ausgebildet, so werden die Drehstellungen auch als Kurbelwinkel oder Grad Kurbelwinkel [°KW] bezeichnet.
  • Als weiterhin besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das Geräusch bei dem dritten Schritt des Verfahrens in Abhängigkeit von wenigstens einer der Drehstellungen der Abtriebswelle erzeugt wird. Somit ist es beispielsweise möglich, erste Drehstellungen der Abtriebswelle zu erfassen, wobei über diese ersten Drehstellungen beziehungsweise während dieser ersten Drehstellungen die Messgröße mittels des Sensors erfasst wird. Die ersten Drehstellungen korrespondieren dabei mit ersten Stellungen des ersten Kolbens, welcher die ersten Stellungen bei den jeweiligen ersten Drehstellungen der Abtriebswelle einnimmt. Ferner ist es möglich, das Geräusch bei zweiten Drehstellungen der Abtriebswelle zu erzeugen, wobei mit den zweiten Drehstellungen zweite Stellungen des zweiten Kolbens im zweiten Brennraum korrespondieren. Somit wird das Geräusch während der zweiten Stellungen beziehungsweise bei den zweiten Stellungen des zweiten Kolbens im zweiten Brennraum erzeugt.
  • Dabei ist es insbesondere möglich und vorzugsweise vorgesehen, dass die zweiten Stellungen, zu welchen das Geräusch erzeugt wird, den ersten Stellungen, zu denen die Messgröße erfasst wird, bezogen auf den jeweiligen Brennraum entsprechen. Dadurch bildet das erzeugte Geräusch den Betrieb der Verbrennungskraftmaschine besonders gut ab.
  • Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird zumindest ein Signalteil des Sensorsignals ausgewählt, wobei in Abhängigkeit von dem ausgewählten Signalteil das Ansteuersignal erzeugt wird. Der ausgewählte Signalteil bezieht sich dabei zumindest auf einen Bewegungsteil der ersten Bewegung des ersten Kolbens. Dies bedeutet, dass der ausgewählte Signalteil die Messgröße beziehungsweise Werte der Messgröße beschreibt oder charakterisiert, die während des Bewegungsteils erfasst wurde beziehungsweise wurden. Somit charakterisiert der ausgewählte Signalteil beispielsweise Druckschwingungen, die während des Bewegungsteils, auf welchen sich der Signalteil bezieht, aufgetreten sind. Dabei ist es vorgesehen, dass die zweite Bewegung, während welcher das Geräusch beim dritten Schritt erzeugt wird, dem Bewegungsteil bezogen auf den jeweiligen Brennraum entspricht. Somit wird beispielsweise das Geräusch bei solchen Stellungen des zweiten Kolbens erzeugt, die solchen Stellungen des ersten Kolbens bezogen auf den jeweiligen Brennraum entsprechen beziehungsweise bei denen die Messgröße mittels des Sensors erfasst wurde.
  • Dadurch bildet beispielsweise das erzeugte Geräusch ein tatsächliches Geräusch ab, das die Verbrennungskraftmaschine bei den Stellungen, bei denen das Signal erfasst wurde, tatsächlich erzeugt beziehungsweise erzeugt hat. Bei dieser Ausführungsform ist es somit vorgesehen, die Messgröße während eines Teils der Bewegung des ersten Kolbens zu erfassen und das Geräusch während eines Teils der Bewegung des zweiten Kolbens zu erzeugen, wobei die Teile bezogen auf den jeweiligen Brennraum und somit bezogen auf den jeweiligen Bewegungsablauf des jeweiligen Kolbens einander entsprechen. Bezieht sich beispielsweise der ausgewählte Signalteil auf einen Bereich von 10 Grad Kurbelwinkel vor oberem Zündtotpunkt (ZOT) bis 10 Grad Kurbelwinkel nach oberem Zündtotpunkt des ersten Kolbens, so ist es vorzugsweise vorgesehen, das Geräusch zu erzeugen, während sich der zweite Kolben im gleichen Bereich, das heißt von 10 Grad Kurbelwinkel vor oberem Zündtotpunkt bis 10 Grad Kurbelwinkel nach oberem Zündtotpunkt des zweiten Kolbens bewegt. Dadurch kann das erzeugte Geräusch das tatsächliche Geräusch der Verbrennungskraftmaschine besonders gut abbilden, da das Geräusch während einer Bewegung des zweiten Kolbens erzeugt wird, die – bezogen auf den jeweiligen Brennraum – einer Bewegung des ersten Kolbens, bei welcher die Messgröße erfasst wird, entspricht. Dadurch sind Verzerrungen beziehungsweise zeitliche Verzüge zwischen dem tatsächlichen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine und dem erzeugten Geräusch vermeidbar.
  • Vorzugsweise handelt es sich bei dem ersten Kolben und bei dem zweiten Kolben nicht um solchen Kolben, welche direkt nacheinander eine Ansaugung, das heißt einen Ansaugtakt durchführen. Beispielsweise wird das Geräusch ausgegeben, während der erste Kolben wieder seine Bewegung ausführt, während welcher zuvor die Messgröße erfasst wurde. Mit anderen Worten ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der zweite Kolben nicht der direkt auf den ersten Kolben folgende Kolben ist und das Geräusch spätestens dann ausgegeben wird, wenn der erste Kolben wieder den gleichen Zyklus beziehungsweise die gleiche Bewegung, während welcher die Messgröße zuvor erfasst wurde, durchläuft.
  • Beispielsweise wird die Messgröße erfasst, während gleichzeitig das Geräusch ausgegeben wird, das heißt Motorordnungen und Zusammensetzungen mit der jeweiligen Ampilituden-Ausprägung, die gewünscht sind und mit der zeitlichen Anpassung auf den Triggerpunkt und in ihrer jeweiligen Amplitudenlänge. Somit können eventuelle Änderungen, die sich zwischen dem Erfassen und dem Ausgeben eventuell ergeben haben, berücksichtigt werden. Eine erfasste dritte Motorordnung hätte bei einem extremen Drehzahlgradienten nicht mehr ganz die Periodendauer wie bei der Erfassung, wobei Zeitpunkt zum Triggerpunkt und Amplitudenlänge der einzelnen Schwingungen kleiner wären. Im Schub wäre es zum Beispiel genau umgekehrt. Bei konstanter Drehzahl würden die sie hingegen bleich bleiben.
  • Die früheste Ausgabe erfolgt beispielsweise bei bezogen auf die Bewegung, die der Kolben beim Erfassen der Messgröße ausführt, übernächsten Ansaugvorgang. Es muss nicht zwangsläufig der gleiche ansaugende Kolben beziehungsweise Zylinder sein. Bezüglich der Signalanpassung kann dies sogar Vorteile mit sich bringen, da eine aufwändige Anpassung vermieden werden kann. Jedoch kann dann Rechenzeit verloren gehen. Bei Motoren mit einer hohen Anzahl an Zylindern und somit Kolben könnte zudem der Fall auftreten, dass sich Ventilöffnungszeiten überschneiden. Es fehlt dann also die Verarbeitungszeit. Das Erfassen der Messgröße während eines Ansaugvorgangs erstreckt sich mindestens bis zu einem Zeitpunkt, zu welchem die Einlassventile geschlossen sind. Erst dann ist das Sensorsignal mittels eines je nach Drehzahl angepassten Messfensters komplett erfasst, und erst dann kann mit der Verarbeitung des Sensorsignals begonnen werden. Der Zeitpunkt kann dann bei Ventilüberschneidung jedoch schon in einem Bereich liegen, in dem schon der Zylinder akustisch aufgenommen würde. Daher ist es von Vorteil, wenn mindestens ein Zylinder dazwischen liegt.
  • Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Messgröße beim ersten Schritt innerhalb eines Arbeitsspiels der Verbrennungskraftmaschine erfasst wird, wobei das Geräusch bei dem dritten Schritt innerhalb desselben Arbeitsspiels erzeugt wird. Ist die Verbrennungskraftmaschine beispielsweise als Vier-Takt-Motor ausgebildet, so umfasst genau ein Arbeitsspiel der Verbrennungskraftmaschine genau zwei vollständige Umdrehungen, das heißt 720 Grad Kurbelwinkel der Abtriebswelle beziehungsweise Kurbelwelle.
  • Ferner hat es sich schließlich als vorteilhaft gezeigt, wenn die Messgröße beim ersten Schritt innerhalb eines ersten Arbeitsspiels der Verbrennungskraftmaschine erfasst wird, wobei das Geräusch beim dritten Schritt innerhalb eines zeitlich auf das erste Arbeitsspiel folgenden, zweiten Arbeitsspiels der Verbrennungskraftmaschine erzeugt wird. Dadurch kann zwischen der Erfassung der Messgröße und dem Erzeugen des Geräuschs eine besonders lange Zeitspanne realisiert werden, in welcher das Sensorsignal besonders gut verarbeitet beziehungsweise auf die Erzeugung des Geräusches vorbereitet werden kann. Ferner ist es möglich, ein besonders angenehmes Geräusch zu erzeugen, da das Geräusch beispielsweise in einem ersten Zustand des zweiten Kolbens erzeugt wird, wobei der erste Zustand des zweiten Kolbens beispielsweise einem zweiten Zustand des ersten Kolbens entspricht, wobei die Messgröße in dem zweiten Zustand des ersten Kolbens erfasst wurde beziehungsweise wird.
  • Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn mittels eines Sensorelements des Sensors, insbesondere des Drucksensors, die Messgröße, insbesondere die Druckschwingungen, erfasst werden. Mittels des Sensorelements wird wenigstens ein die mittels des Sensorelements erfasste Messgröße (Druckschwingung) charakterisierendes Rohsignal bereitgestellt. Mit anderen Worten stellt das Sensorelement das Rohsignal bereit, welches die erfasste Messgröße, insbesondere die erfassten Druckschwingungen, charakterisiert. Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn der Sensor, insbesondere Drucksensor, einen integrierten Hochpassfilter aufweist, mittels welchem das Rohsignal gefiltert wird, wodurch aus dem Rohsignal das Sensorsignal, insbesondere Schwingungssignal, erzeugt wird. Mit anderen Worten ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Sensorsignal, insbesondere Schwingungssignal, welches von dem Sensor bereitgestellt wird, aus dem Rohsignal erzeugt wird, indem das Rohsignal mittels des in den Sensor integrierten Hochpassfilters gefiltert wird.
  • Durch den Einsatz des in den Sensor integrierten Hochpassfilters ist es möglich, eine sehr hohe Qualität beziehungsweise Signalgüte des Sensorsignals zu realisieren, sodass mittels des Sensorsignals ein besonders vorteilhaftes und für das menschliche Gehör angenehmes, den Betrieb der Verbrennungskraftmaschine charakterisierendes Geräusch erzeugt werden kann.
  • In Versuchen wurde ein normaler, das heißt herkömmlich zum Einsatz kommender Ladedrucksensor als der als Drucksensor ausgebildete Sensor verwendet. Mittels des Ladedrucksensors konnte ein akustisches Signal gewonnen werden. Es wurde gefunden, dass dieses Signal nur in oberen Drehzahlbereichen, beispielsweise ab circa 3.500 Umdrehungen pro Minute (U/min), und oberen Lastbereichen hinreichend gut ausgeprägt ist. Da der Ladedrucksensor für den Ladedruckbereich ausgelegt wurde, war das gewonnene Signal sehr klein, insbesondere in der Größenordnung von maximal +/–0,3 Volt in der maximalen Ausprägung.
  • Zur Verdeutlichung der Signalgröße wird folgender Vergleich gezogen: Ein Audiosignal, welches beispielsweise einem Kopfhörer oder einem Verstärker zugeführt wird, weist Signalgrößen von circa +/–0,7 bis 1 Volt auf. Das mittels des Ladedrucksensors gewonnene Signal weist daher sehr viele Störeinträge durch EMV (elektromagnetische Verträglichkeit) aus einem üblicherweise vorgesehenen Kabelbaum des Kraftfahrzeugs auf. Diese Störeinträge kommen beispielsweise von der Zündung und/oder anderen Komponenten der Verbrennungskraftmaschine. Es wurde gefunden, dass diese Störeinträge nicht ohne weiteres komplett entfernt werden können. Im unteren Drehzahlbereich oder auch im Stand bei Gasstößen konnten mittels des üblichen Ladedrucksensors sogar nur Signalgrößen von +/–0,05 Volt gewonnen werden. Das Signal erwies sich somit als sehr anfällig bezüglich Störeinflüssen.
  • Daher kann alternativ oder zusätzlich zu dem ohnehin vorgesehenen Ladedrucksensor wenigstens ein separater, zusätzlicher Ladedrucksensor als Drucksensor verwendet werden. Dieser Drucksensor müsste dann nicht mehr den Ladedruck ausgeben, sondern könnte sich auf das Akustiksignal konzentrieren. In dem Fall kann der Ladedrucksensor mit einem internen beziehungsweise integrierten Hochpassfilter ausgerüstet werden. Durch eine geänderte Ausgabekennlinie könnte auch in den aktuell kritischen Bereichen ein brauchbares Akustiksignal mit einem entsprechend guten Signal beziehungsweise Rauschabstand weitergegeben werden.
  • Unter dem Erzeugen des Geräuschs ist eine Gewinnung der physikalisch echten Größe beziehungsweise Messgröße, insbesondere in Form der Druckschwingung, zu verstehen, um daraus ein Signal insbesondere in Form des Sensorsignals beziehungsweise Schwingungssignals und schließlich des Ansteuersignals zu gewinnen, welches den Charakter eines echten Motorgeräusches beziehungsweise -klangs hat. Des Weiteren ist es Ziel, die physikalische Messgröße vorzugsweise in Echtzeit umzuwandeln, damit es nicht oder nur zu geringen Signalverzerrungen kommt, wenn das erzeugte Geräusch neben beziehungsweise zusätzlich zu dem vorhandenen Motorgeräusch ausgegeben wird. Da nun jedoch eine hinreichend lange Zeitspanne zwischen dem Erfassen der Messgröße und dem Ausgeben des Geräuschs realisiert werden kann, kann eine Verarbeitung beziehungsweise Bearbeitung der Messgröße in Echtzeit entfallen, sodass beispielsweise eine digitale Verarbeitung, insbesondere Signalverarbeitung, zum Einsatz kommen kann. Dabei steht ausreichend Zeit zur Verfügung, um die Messgröße beziehungsweise das Sensorsignal zu verarbeiten und schließlich in das Ansteuersignal umzuwandeln, um dadurch ein besonders vorteilhaftes und angenehmes Geräusch zu erzeugen.
  • Dadurch ist es möglich, ein hochwertiges Motorgeräusch zu erzeugen beziehungsweise auszugeben, da es mit einem Ansauggeräusch Ähnlichkeit hat. Üblicherweise ist es Ziel, die zuvor beschriebene Umwandlung in Echtzeit durchzuführen, da beide Geräusche (erzeugtes Geräusch und bereits vorhandenes, tatsächliches Geräusch der Verbrennungskraftmaschine) ansonsten versetzt laufen würden. Dies würde als künstlich wahrgenommen werden. Daher kann üblicherweise eine einfache Schaltung mit diskreten Bauteilen, beispielsweise Filter aus Kondensatoren, Induktivitäten, Widerständen, Operationsverstärkern etc. zum Einsatz kommen. Dabei wäre eine Umsetzung mittels Prozessortechnik auch denkbar, jedoch nur, um beispielsweise einen mitlaufenden externen Filter zu steuern.
  • Da nun jedoch eine hinreichend lange Zeitspanne zwischen dem Erfassen der Messgröße und dem Erzeugen des Geräuschs liegt, kann eine digitale Verarbeitung, insbesondere zusätzlich zur analogen Verarbeitung und/oder alternativ zur analogen Verarbeitung, zum Einsatz kommen, wobei mittels der digitalen Verarbeitung die Messgröße beziehungsweise das Sensorsignal verarbeitet und auf das Erzeugen des Geräusches vorbereitet werden kann. Bei einer digitalen Verarbeitung würde die Echtzeitumsetzung verloren gehen. Dies könnte dann im Ansauggeräusch akustisch wahrgenommen werden, wenn sich mechanische Motorgeräusche und das neu geschaffene beziehungsweise erzeugte Geräusch (Ansauggeräusch) nicht passend überlagern. Dabei könnte das erzeugte Geräusch beziehungsweise Akustiksignal bedingt durch Signalerfassung, Verarbeitung und Ausgabe und/oder bedingt durch Rechenleistung mal mehr oder mal weniger dem tatsächlichen Motorgeräusch nachlaufen. Dann entstehen Laufzeitverzerrungen und Schwingungen, die akustisch auffallen. Diese Laufzeitverzerrungen und akustisch auffälligen Schwingungen können nun jedoch vermieden werden, da die Messgröße zunächst erfasst wird. Im Anschluss daran steht eine hinreichende Zeit zur Verarbeitung, insbesondere digitalen Verarbeitung, der Messgröße, insbesondere des Sensorsignals, zur Verfügung. Im Anschluss daran wird das Geräusch mittels des Aktors erzeugt, und zwar in einem Zustand der Verbrennungskraftmaschine beziehungsweise des zweiten Kolbens, wobei dieser Zustand – bezogen auf die jeweiligen Brennräume – einem zweiten Zustand entspricht, in welchem die Messgröße erfasst wird beziehungsweise wurde. Als der Aktor kann ein Aktor direkt in der Ansaugung verwendet werden, der über einen Verstärker angesteuert wird oder ein Akustiksignal, welches im internen Audiosystem eingemischt wird. Dabei bildet das Geräusch zu Zeitpunkten, zu denen das Geräusch erzeugt wird, tatsächliche Geräusche, die die Verbrennungskraftmaschine zu diesen Zeitpunkten erzeugt, ab, sodass das erzeugte Geräusch zwar faktisch zeitlich dem tatsächlichen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine nachläuft, jedoch läuft das erzeugte Geräusch unter akustischen Gesichtspunkten synchron zur Verbrennungskraftmaschine beziehungsweise zu deren tatsächlichen, aktuellen Betrieb.
  • Das im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugte Geräusch soll vorzugsweise von der Außenwelt wahrgenommen werden und idealerweise zu einem Teil noch in den Innenraum des Kraftfahrzeugs gelangen können. Es soll zudem im Stand des Kraftfahrzeugs den reinen mechanischen Klang der Verbrennungskraftmaschine, welche auch als Motor bezeichnet wird, zum Beispiel bei Gasstößen im Stand, deutlich aufwerten. Das Verfahren beziehungsweise eine Vorrichtung zum Realisieren des Verfahrens kann gegebenenfalls sogar nachrüstbar sein, sodass auch bereits existierende Verbrennungskraftmaschinen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beziehungsweise der Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgerüstet werden können.
  • Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine besonders aufwendigere aber auch hochwertige Akustiksignalbearbeitung, insbesondere für den Innenraum, realisiert werden, sodass das Geräusch vorzugsweise im Innenraum ausgegeben und wahrgenommen wird, wobei das Geräusch durch seine Kurbelwellensynchronität jedoch auch zur vorhanden Akustik, die von Motor und Abgasanlage in den Innenraum übertragen wird, passt. Das Geräusch beziehungsweise das Ansteuersignal kann in ein Hifi-System des Kraftfahrzeugs eingespielt werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine analoge Umsetzung zur direkten Ansauggeräuscherzeugung erfolgen. Mit anderen Worten ist es denkbar, nur eine Innenraumakustik, nur eine äußere Ansaugakustik oder beides zusammen zu realisieren. Durch die digitale Verarbeitung kann eine besonders hochwertige Akustik erzeugt werden, welche frei von Störungen ist und denn noch in einer Art Echtzeit vorliegt, weil der Bezug zur Kurbelwelle wieder hergestellt wird.
  • Die Anlage ist beispielsweise ein Einlasstrakt, wobei das Medium Luft ist. Hierbei umfasst die Anlage beispielsweise einen von der Luft durchströmbaren Ladedrucksammler, welcher auch als Luftsammler bezeichnet wird und in Strömungsrichtung der Luft stromab eines in der Anlage angeordneten Verdichters zum Verdichten der Luft angeordnet ist, insbesondere dann, wenn die Verbrennungskraftmaschine als aufgeladene Verbrennungskraftmaschine ausgebildet ist. Insbesondere wird die Messgröße, insbesondere werden die Druckschwingungen, in einem Bereich erfasst, welcher stromab des Verdichters, einer Drosselklappe und eines Ladeluftkühlers zum Kühlen der verdichteten Luft angeordnet ist.
  • Unter den Schwingungen der Anlage sind beispielsweise Schwingungen des die Anlage durchströmenden Mediums zu verstehen, wobei aus diesen Schwingungen des Mediums beispielsweise Druckschwingungen beziehungsweise Druckänderungen oder Druckpulsationen in der Anlage resultieren.
  • Druckänderungen und Druckpulsationen entstehen nicht zwangsläufig direkt durch das Durchströmen der Anlage. Wenn das Medium, insbesondere eine Luftmasse, den Bereich nach dem Verdichter durchströmt, entstehen zwar Schwingungen. Diese entstehen aber oft direkt an Komponenten der Anlage, auch wenn es enge Umlenkungen gibt oder weil sich die Luft an der teilweise geschlossenen Drosselklappe vorbeizwängt. Dabei handelt es sich aber um eher ungewollt hochfrequente Strömungsgeräusche. Insbesondere werden als Signale Druckschwingungen oder Druckpulsationen genutzt, die entstehen, wenn schlagartig wenigstens ein Einlassventil öffnet. Dabei weist die verdichtete Luft einen Ladedruck auf, auf den die Luft mittels des Verdichters verdichtet wird, wobei der Ladedruck am Einlassventil anliegt. Öffnet dann das Einlassventil, dann kommt es schlagartig zu einem gewissen Druckabfall im Einlasstrakt, insbesondere in dem zumindest stromab des Verdichters und vorzugsweise stromab des Verdichters, der Drosselklappe und dem Ladeluftkühler angeordneten Ladedrucksammler.
  • Dieser Vorgang geschieht auch bei einem unter Druck stehenden Volumen, wenn ein Überdruckventil kurz geöffnet wird. Dann kann kurz Druck aus dem Volumen entweichen. Dann fällt im Volumen beziehungsweise im Ladedrucksammler kurz der Druck ab. Wird das Überdruckventil beziehungsweise das Einlassventil wieder geschlossen, passt sich der Druck im Volumen beziehungsweise im Ladedrucksammler relativ schnell wieder an. Erfolgt dieses Öffnen und Schließen schnell hintereinander beziehungsweise werden bei der Verbrennungskraftmaschine jeweilige Einlassventile von jeweiligen Brennräumen, insbesondere Zylindern, nacheinander geöffnet und geschlossen, so kommt es zu einer relativ periodischen Druckpulsation oder Druckschwingung, die mittels des Sensors, insbesondere Drucksensors, erfasst werden kann beziehungsweise erfasst wird, und zwar als Schwingung der entweichenden Luft und der vom Verdichter ausgleichenden Luftmenge.
  • Dabei handelt es sich meist um die dominierende Druckschwingung. Man nennt diese auch Hauptmotorordnung beziehungsweise die dritte Ordnung bei einem Sechs-Zylinder-Motor, da bei drei Zylindern nacheinander während einer Motorumdrehung beziehungsweise Kurbelwellenumdrehung die Einlassventile geöffnet werden.
  • Ferner können Druckschwingungen höherer Frequenzen existieren. Die Druckschwingungen im Ladedrucksammler breiten sich in diesem mit einer gewissen Geschwindigkeit aus beziehungsweise schlagen – rein bildlich – an Wänden des Ladedrucksammlers beziehungsweise der Anlage an. Die Wände reflektieren diese Wellen dann und geben sie wieder an das Medium zurück. Der Sensor ist von allen Einlassventilen unterschiedlich weit entfernt bezüglich seiner Messposition. Dies ist anhand des folgenden Beispiels besser zu veranschaulichen: Gegeben ist ein großes, mit Wasser gefülltes Wasserbecken, an dessen Rand ein Stein in das Wasser geworfen wird. Dann breiten sich Wellen über das Wasserbecken aus, schlagen an dessen Wände an und geben erneut eine Welle zurück, welche sich dann wiederum mit noch annähernden Wellen überlagert. Werden nun Steine in definierten Abständen leicht versetzt nachgeworfen, dann kommt es noch zu mehr Überschneidungen beziehungsweise Resonanzen bezogen auf die Ladedruckschwingung. Resonanzen sind meist von bestimmten Drücken, Temperaturen, Frequenzen und Volumen abhängig, was am Effekt, wie er bei einem Helmholtzresonator entsteht, erkennbar ist.
  • Der Sensor erfasst nun beispielsweise an einer ganz bestimmten Position in diesem Wasserbecken (Anlage) diese Wellenbewegungen und erhält ein bestimmtes Muster. So etwa entstehen auch die Frequenzzusammensetzungen in dem Ladedrucksammler vor beziehungsweise stromauf der Einlassventile. Nur die Einlassventile allein würden somit einen Ton erzeugen, und durch die Überlagerungen wird daraus ein Klang. Wenn die Motordrehzahl beziehungsweise die Last sich ändert und somit die Frequenzen, dann wird aus dem Klang ein Geräusch.
  • Alternativ oder zusätzlich können unter den Schwingungen der Anlage Schwingungen wenigstens eines Bauteils der Anlage verstanden werden, wobei solche Schwingungen des Bauteils beispielsweise durch die zuvor genannten Schwingungen des die Anlage durchströmenden Mediums bewirkt werden. Die Anlage ist beispielsweise eine Sauganlage der Verbrennungskraftmaschine, wobei die Sauganlage auch als Ansauganlage oder Einlasstrakt bezeichnet wird. Dabei ist das gasförmige Medium beispielsweise Luft, wobei der Einlasstrakt von der Luft durchströmbar ist. Das Bauteil der Anlage beziehungsweise des Einlasstrakts ist beispielsweise ein von der Luft durchströmbares Bauteil, mittels welchem beispielsweise die Luft geführt wird. Bei einem solchen Bauteil handelt es sich beispielsweise um ein Luftrohr mit wenigstens einem von der Luft durchströmbaren Kanal. Ferner kann es sich bei dem Bauteil um ein Gehäuseteil eines Luftfilters handeln, mittels welchem die den Einlasstrakt durchströmende Luft gefiltert wird.
  • Für die Gewinnung des Akustiksignals beziehungsweise des Ansteuersignals wird grundsätzlich nur der Wechselanteil benötigt beziehungsweise genutzt. Dies wird beispielsweise über eine Gleichstromsperre oder mittels eines Hochpassfilters realisiert, welcher – wie zuvor erwähnt – in den Sensor integriert sein kann. Versuche haben gezeigt, dass Frequenzen unterhalb von circa 300 Hertz (Hz) ungünstig sind. Die Auslegung des Hochpassfilters kann dabei aber je nach Verbrennungskraftmaschine (Motor) ein Klangbild, welches gewonnen beziehungsweise erzeugt werden soll, auch auf circa 500 Hertz ansteigen. Der Grad beziehungsweise die Güte des Hochpassfilters kann beliebig sein, das heißt beispielsweise 1. bis n-te Filterordnung aufweisen. Ein Versuch wurde beispielsweise mit zwei hintereinander geschalteten Hochpassfiltern mit je 2. Ordnung durchgeführt. Falls dann im unteren Frequenzbereich noch eine auffallende Störfrequenz auftritt, kann auch noch eine kleine Bandsperre nachgeschaltet werden, um diese Frequenz zu mindern. Dadurch kann ein Akustiksignal gewonnen werden, bei dem der Gleichanteil fehlt und der Anteil mit tiefen Frequenzen unterdrückt wird. Danach wird das Signal beispielsweise einem ersten Eingang eines Analog-Multiplizierers zugeführt.
  • Untersucht wurde vorliegend einen 6-Zylinder-Motor, bei welchem die Messgröße mittels eines Differenzdrucksensors erfasst wurde. Eventell könnten sogar schon 100 Hertz (Hz) ausreichen. Der Sensor soll zwar die Schwingungen ausgeben, jedoch nicht die Lastwechselgradienten, also der steile Anstieg eines Ladedrucks beziehungsweise wenn dieser sich einpendelt. Die Frequenzanteile, die in diesen Ladedruckanpassungen enthalten sind, soll der Hochpassfilter herausnehmen, das heißt filtern, sodass der Hochpassfilter verhindert, dass das ganze Akustiksigal nicht mehr im Mittel um die Null-Achse schwingt. Alle Frequenzanteile, die durch die Ladedruckregelung entstehen, sollen nicht mehr im Signal enthalten sein.
  • Ferner wird beispielsweise dem Analog-Multiplizierer ein zweites Signal zugeführt, welches eine Führungsgröße ist. Die Führungsgröße ist beispielsweise ein Signal, mittels welchem die Lautstärke geregelt beziehungsweise eingestellt wird. Die Führungsgröße ist somit die Lastrückmeldung. Im einfachsten Fall kann dies das Ladedrucksignal selbst sein, jedoch ohne den Wechselanteil. Dafür wird das Signal beispielsweise durch einen sehr tief angesetzten Tiefpassfilter gegeben. Das Ergebnis ist ein sehr gut gefiltertes Gleichspannungssignal ohne Oberschwingungen. Baut sich nun Ladedruck auf, so wird mittels des Analog-Multiplizierers entsprechend die Amplitude des Akustiksignals verstärkt. Alternativ kann die Lautstärke auch über komplett andere Komponenten gesteuert beziehungsweise eingestellt werden. Dies kann beispielsweise die Motorsteuerung sein. Diese kann noch sehr viel individueller das Führungssignal gestalten. Zum Beispiel kann im Stand bei Gasstößen eine extreme Signalverstärkung realisiert werden, und zwar deutlicher, als es mittels einer Verstärkung allein über den Ladedruck möglich ist. Auch eine Kombination beider Signale ist denkbar. Wenn also die Führungsgröße von der Motorsteuerung (DME) entfällt oder getrennt wird, könnte auf einen Ersatzwert aus dem gewonnenen Ladedruck zurückgegriffen werden.
  • Nach dem Analog-Multiplizierer erfolgt dann beispielsweise noch eine Tiefpassfilterung. Diese könnte zwar auch vor dem Analog-Multiplizierer und vor dem Verstärker erfolgen, jedoch ist die Tiefpassfilterung nach dem Analog-Multiplizierer vorteilhaft, wenn die Führungsgröße, beispielsweise das geglättete Ladedrucksignal oder auch das Führungssignal aus der Motorsteuerung, noch hochfrequente Anteile aufweist beziehungsweise enthält. Dies können auch im Kabelbaum eingefangene Störimpulse sein, die durch den Analog-Multiplizierer wieder direkt ins Akustiksignal gelangen können. Daher kommt die Tiefpassfilterung zum Einsatz, die alle hochfrequenten Anteile unterdrückt, und zwar nach der Zusammenführung.
  • Ferner ist es denkbar, anstelle oder zusätzlich zu dem Analog-Multiplizierer ein digitales Bauteil beziehungsweise ein Bauteil zur digitalen Signalverarbeitung einzusetzen, da – zwischen der Erfassung der Messgröße und dem Erzeugen des Geräusches – eine hinreichend lange Zeitspanne geschaffen werden kann, während welcher das Sensorsignal beziehungsweise die erfasste Messgröße digital verarbeitet und somit auf das Erzeugen des Geräuschs vorbereitet werden kann. In dem zuvor genannten Versuch wurde beispielsweise ein Ladedrucksensor als der Drucksensor beziehungsweise Sensor verwendet, wobei dieser Ladedrucksensor keinen integrierten Hochpassfilter umfasst. Mittels des Ladedrucksensors können als die Druckschwingungen Ladedruckschwingungen nach dem Verdichter, insbesondere in dem Ladedrucksammler, und vor den Einlassventilen der Verbrennungskraftmaschine erfasst werden. Die erfassten Ladedruckschwingungen werden dann beispielsweise über eine einfache Schaltung verarbeitet und mittels des Aktors wieder ausgegeben, das heißt hörbar gemacht. Beispielsweise bringt der Aktor das zuvor genannte Gehäuse, welches auch als Luftfilterkasten bezeichnet wird, und/oder andere schwingfähige Teile wie beispielsweise eine Motorhaube etc. in der Front des Kraftfahrzeugs zum Schwingen. Dadurch kann ein von Saugmotoren bekanntes Ansauggeräusch, welches bei einem Turbomotor eigentlich fehlt, erzeugt werden.
  • Ferner ist es möglich, zum Verarbeiten des Sensorsignals sowie zum Erzeugen des Geräuschs beziehungsweise zum Ansteuern des Aktors eine Recheneinrichtung, insbesondere eine digitale Recheneinrichtung, zu verwenden, da zwischen der Erfassung der Messgröße und dem Erzeugen des Geräuschs eine hinreichend lange Zeitspanne zur Verfügung steht, um das Signal zu verarbeiten und schließlich das Ansteuersignal zu erzeugen.
  • Wird der ohnehin vorhandene Ladedrucksensor verwendet, welcher von der Motorsteuerung zur Ladedruckerfassung genutzt wird, so ist dieser ideal für den Ladedruck, welcher zumindest nahezu statisch ist, ausgelegt, den der Verdichter bereitstellen kann. Bekannte Ladedrucksensoren weisen einen maximalen Messbereich zwischen einschließlich 2,5 bar und einschließlich 4 bar auf. Ladedrucksensoren im Automobilbereich werden üblicherweise mit einer Spannung von 5 Volt versorgt. Üblicherweise ist es vorgesehen, dass ein Kraftfahrzeug eine Vielzahl von unterschiedlichen Sensoren umfasst. Dabei ist es üblicherweise vorgesehen, dass zumindest der größte Teil der Sensoren im Kraftfahrzeug von einer auswertenden Steuerung diagnostiziert werden kann. Dies bedeutet: Stellt beispielsweise einer der Sensoren kein plausibles Sensorsignal bereit, so wird ein entsprechender Fehler für diesen Sensor in einem Fehlerspeicher hinterlegt. Speziell für Leitungsbrüche und Leitungskurzschlüsse nach Masse oder Versorgungsspannung wird ein spezielles Prinzip genutzt. Der Sensor weist dabei eine jeweilige Kennlinie auf. Die im Sensor hinterlegte Kennlinie, insbesondere für den Ladedruck, liefert dabei immer nur Werte zwischen circa 0,5 und 4,5 Volt. Erkennt die auswertende Steuerung Spannungswerte unterhalb von 0,5 Volt, dann handelt es sich um einen Kurzschluss nach Masse. Bei Signalen, welche von dem Ladedrucksensor bereitgestellt werden und größer als 4,5 Volt sind, liegt ein Kurzschluss zur Versorgungsspannung oder ein Leitungsbruch (beispielsweise durch internen Pull-up-Widerstand in der Auswerte-Elektronik) vor.
  • Dieser Umstand schränkt also den nutzbaren Spannungsbereich zur Signalweitergabe auf beispielsweise 4 Volt ein. Ein Nachteil ist der Ladedruck selbst. Ein Ladedrucksensor soll den Ladedruck messen und nicht Schwingungen, die sich auf dem Ladedruck und somit einem Ladedrucksignal befinden, wobei diese Schwingungen jedoch für eine vorteilhafte Akustik und insbesondere zur Erzeugung des Geräuschs genutzt werden können beziehungsweise sollen.
  • Bei Volllastanforderungen, bei welchen die Verbrennungskraftmaschine eine niedrige Drehzahl aufweist und das Fahrpedal vollständig durchgedrückt ist, steigt der Ladedruck sprunghaft auf nahezu den Wert an, der von der Motorsteuerung appliziert wurde. Dies ist dann meist im oberen Bereich, wofür der Ladedrucksensor ausgelegt wurde. Auf dem Ladedruck enthalten sind Ladedruckschwingungen, die im Rahmen des Verfahrens zur Erzeugung des Geräuschs genutzt werden können. Für die Motorsteuerung jedoch, die den Ladedruck auswertet, sind diese Schwingungen beziehungsweise Druckschwingungen des Ladedrucks (Messgröße) im Normalfall nicht gewünscht und werden üblicherweise mittels eines Tiefpasses beziehungsweise eines Tiefpassfilters herausgefiltert.
  • Es wurde gefunden, dass nach einer Hochpassfilterung, insbesondere des Rohsignals, ein nutzbares Spannungssignal von circa +/–0,3 Volt übrig bleibt. Nach einer zusätzlichen Tiefpassfilterung kann es sich jedoch nochmals auf circa +/–0,2 Volt reduzieren. Durch den Einsatz des in den Drucksensor integrierten Hochpassfilters ist es jedoch möglich, eine hohe Güte des vom Sensor bereitgestellten Sensorsignals zu realisieren, welches die gewünschten und für die Erzeugung des Geräuschs vorteilhaften Schwingungen beziehungsweise Druckschwingungen besonders ausgeprägt enthält.
  • Bei Nutzung eines normalen Ladedrucksensors ohne Hochpassfilter kann unter Umständen der Nachteil bestehen, dass eine nur geringe, nutzbare Messamplitude zur Verfügung steht. Es wurde gefunden, dass das separierbare Messsignal hinsichtlich der Amplitude und somit hinsichtlich seiner Signalqualität sehr gering ist, unabhängig davon, ob der ohnehin vorhandene Ladedrucksensor, welcher auch von der Motorsteuerung genutzt wird, oder ein zusätzlicher, separater Sensor zur Erfassung der Messgröße, insbesondere der Druckschwingungen, genutzt wird. Durch die geringe Signalamplitude ist der Einfluss von Störungen, das heißt Störeinflüssen, sehr hoch. Einstrahlungen in Form von EMV speziell durch eine parallele und ungeschirmte Verlegung des Kabelbaums machen sich sehr stark bemerkbar. Bei den Störeinflüssen kann es sich um eingestrahlte Signale aus der Zündung oder von elektrischen Maschinen handeln, die sich ebenfalls in einem Motorraum, in welchem die Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist, befinden. Speziell im unteren Drehzahl-/Lastbereich haben sich bei ersten Versuchen die Störeinflüsse extrem bemerkbar gemacht. Der Verbauort in dem Einlasstrakt ist bezüglich der Signalgewinnung oft nicht vorteilhaft. Verbauorte, die eine ausgewogene Ladedruckschwingung versprechen, zum Beispiel mittig zu allen Ansaugkanälen, sind oft von hohen Strömungsgeschwindigkeiten geprägt, die ein Rauschen verursachen können. Je nach Verbauort existieren sammlergeometriebedingte Signalverzerrungen, sogenannte Moden. Diese Moden sind Verzerrungen, welche jedoch mittels eines Doppelabgriffes umgangen werden könnten. Auch herkömmliche Sensoren selbst verzerren bei steigendem Ladedruck das Signal zunehmend. Vermutlich wird bei normalen Ladedrucksensoren, welche eine Messmembran aufweisen, die Messmembran durch den Ladedruck so gedehnt, dass sie auf die feinen Druckschwingungen, insbesondere Ladedruckschwingungen, nicht mehr sensibel reagieren kann.
  • Eine besonders hohe Signalgüte beziehungsweise Güte kann auf besonders einfache Weise dadurch realisiert werden, dass der beispielsweise als Drucksensor ausgebildete Sensor – wie zuvor beschrieben – wenigstens einen integrierten Hochpassfilter und somit eine interne Hochpassfilterung aufweist. Der Ladedrucksensor kann dann beispielsweise intern unterhalb von circa 50 Hertz bis 200 Hertz alle Schwingungen ignorieren.
  • Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass der Sensor, insbesondere Drucksensor, einen integrierten Tiefpassfilter aufweist, mittels welchem das Rohsignal gefiltert wird, wodurch aus dem Rohsignal das Schwingungssignal erzeugt wird. Dies bedeutet, dass eine zusätzlich zur Hochpassfilterung vorgesehene Tiefpassfilterung ebenfalls möglich ist, um bestimmte Störeinflüsse gleich vom Akustiksignal beziehungsweise Sensorsignal (Schwingungssignal) fernhalten zu können. Bei einem Abgriff nahe der Drosselklappe mit hohen Strömungsgeschwindigkeiten können dann beispielsweise schon direkt nach der Messung hochfrequente Rausch- und Pfeiffrequenzen unterdrückt werden.
  • Unter dem zuvor genannten Abgriff ist das Erfassen der Druckschwingung beziehungsweise der Messgröße mittels des Sensors zu verstehen. Dies bedeutet, dass die Messgröße mittels des Sensors an wenigstens einer Stelle in der Anlage erfasst wird. Anders ausgedrückt wird die Messgröße mittels des Sensors an der mindestens einen Stelle abgegriffen.
  • Durch den Einsatz der internen Hochpassfilterung und der gegebenenfalls vorgesehenen, internen Tiefpassfilterung können beispielsweise Lastwechselreaktionen und der zumindest nahezu statische Ladedruck im Signal eliminiert werden. Beispielsweise kommt hierzu eine DC-Sperre, insbesondere mit zusätzlicher Tieffrequenz-Sperre, zum Einsatz. Durch eine solche DC-Sperre mit zusätzlicher Tieffrequenz-Sperre kann beispielsweise realisiert werden, dass ein reines Wechselsignal, das heißt der reine Wechselanteil, übrig bleibt. Durch eine Anpassung der internen Kennlinie des beispielsweise als Drucksensor ausgebildeten Sensors kann das Signal beispielsweise mit maximal vorkommender Schwingungsamplitude ausgegeben werden. Dies erfolgt beispielsweise idealerweise um einen mittleren Ausgabespannungsbereich, welcher beispielsweise 2,5 Volt beträgt. Eine Ausgabekennlinie müsste dabei nicht notwendigerweise linear ausgeführt werden. Denkbar sind dadurch auch eine verstärkte Ausgabe bei niedrigen Pegelschwingungen und eine weniger verstärkende Kennlinie bei höheren Druckschwingungen. Somit könnte der Einfluss von Störeinflüssen anderer elektrischer Komponenten besonders gering gehalten werden.
  • Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass als der Drucksensor ein Absolutdrucksensor verwendet wird. Mittels des Absolutdrucksensors wird wenigstens ein Druck des Mediums in der Anlage erfasst. Da es während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine zu Schwingungen des Drucks kommt, werden mittels des Absolutdrucksensors die Druckschwingungen erfasst. Insbesondere werden die Druckschwingungen mittels des Drucksensors an wenigstens einer Stelle in der Anlage erfasst. Bei Verwendung eines solchen Absolutdrucksensors als der Drucksensor ist der Einsatz der zuvor beschriebenen internen Hochpassfilterung besonders vorteilhaft, gegebenenfalls in Kombination mit einer internen Tiefpassfilterung. Hierdurch lässt sich eine besonders hohe Qualität beziehungsweise Signalgüte realisieren.
  • Zur Realisierung einer besonders hohen Signalgüte und Qualität ist es bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass als der Drucksensor ein Differenzdrucksensor verwendet wird, mittels welchem die Druckschwingungen als Schwingungen einer Druckdifferenz zwischen wenigstens zwei voneinander beabstandeten Stellen in der Anlage erfasst werden.
  • Um den Betrieb der Verbrennungskraftmaschine mittels des erzeugten Geräuschs besonders gut charakterisieren beziehungsweise nachbilden oder wiedergeben zu können, kann vorgesehen sein, dass das Sensorsignal den Wechselanteil und einen Gleichanteil aufweist. Ist das Sensorsignal (Schwingungssignal) beispielsweise ein elektrisches Signal in Form einer elektrischen Spannung, so ist der Gleichanteil ein Gleichspannungsanteil des elektrischen Signals. Dabei wird der Gleichanteil von dem Wechselanteil des Schwingungssignals beziehungsweise Sensorsignals beispielsweise mittels wenigstens einer elektrischen Schaltung getrennt. Ferner ist es denkbar, den Gleichanteil von dem Wechselanteil mittels einer Recheneinrichtung, insbesondere einer digitalen Recheneinrichtung, zu trennen. Dies ist möglich, da zwischen dem Erfassen der Messgröße und dem Erzeugen des Signals eine hinreichend lange Zeitspanne geschaffen werden kann. Dabei wird das Ansteuersignal beispielsweise derart erzeugt, dass die Frequenz des Ansteuersignals in Abhängigkeit von dem Wechselanteil und eine Amplitude des Ansteuersignals in Abhängigkeit von dem Gleichanteil beziehungsweise Gleichspannungsanteil bestimmt wird. Wie bereits beschrieben, ist vereinfacht gesagt der Wechselanteil der Ton, welcher mittels des Aktors erzeugt wird, wobei nun der Gleichanteil die Lautstärke des Tons beziehungsweise des zu erzeugenden Geräusches ist.
  • Dieser Ausführungsform liegt insbesondere die Erkenntnis zugrunde, dass der Gleichanteil einer Lastanforderung beziehungsweise der Last der Verbrennungskraftmaschine entspricht. Der Fahrer des Kraftfahrzeugs kann die von der Verbrennungskraftmaschine bereitgestellte Last mittels wenigstens eines Bedienelements insbesondere in Form eines Fahrpedals einstellen. Dieses Einstellen der Last wird auch als Lastanforderung bezeichnet, da der Fahrer durch Betätigen des Bedienelements von der Verbrennungskraftmaschine eine Last anfordert, welche von der Verbrennungskraftmaschine bereitgestellt werden soll. Da nun die Amplitude des Ansteuersignals in Abhängigkeit von dem Gleichanteil eingestellt wird, wird die Amplitude in Abhängigkeit von der Last beziehungsweise Lastanforderung eingestellt, sodass sich in der Amplitude die Lastanforderung wiederfindet.
  • Somit ist es möglich, die zuvor genannte Frequenz beziehungsweise das Frequenzspektrum des Geräuschs auch bei sich ändernder Lastanforderung konstant zu halten, sodass das Frequenzspektrum identisch bleibt, jedoch kann die Amplitude proportional zu der Lastanforderung verändert werden. Steigt beispielsweise die Lastanforderung, so steigen auch die Amplitude und somit die Lautstärke des Geräuschs. Vereinfacht ausgedrückt stellt der Wechselanteil eine Akustikinformation mit einer Frequenz beziehungsweise einem Frequenzspektrum dar, wobei der Gleichanteil die Amplitude beziehungsweise die Lautstärke des wiederzugebenden Geräuschs beeinflusst. Steigt die Lastanforderung, das heißt gibt der Fahrer Gas, so steigen beispielsweise der Ladedruck und somit die Amplitude und dadurch die Lautstärke des Geräuschs. Dadurch gibt das erzeugte Geräusch den Betrieb der Verbrennungskraftmaschine besonders gut, lastabhängig und emotional wieder.
  • Als weiterhin besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das Ansteuersignal vor dem Ansteuern des Aktors verstärkt wird, sodass der Aktor mittels des verstärkten Ansteuersignals angesteuert wird. Dadurch kann mittels des erzeugten Geräusches beispielsweise das tatsächliche Ansauggeräusch der Verbrennungskraftmaschine besonders gut abgebildet und mittels des Aktors erzeugt werden. Dabei können sämtliche Filterobjekte bei diskreten Aufbauten den Pegel abschwächen oder auch gleich verstärkend aufbauen. Die Signale, die in den Analog-Multiplizierer eingehen, werden, wie schon die Bezeichnung sagt, miteinander multipliziert. Beispielsweise kommt ein Baustein AD 633 zum Einsatz. Der Baustein AD 633 beispielsweise kann Eingangssignale von der Größenordnung +/–10 Volt ertragen und mit folgender Formel verarbeiten: W = (X1 – X2)(Y1 – Y2) / 10V + Z
  • Dabei werden beispielsweise X2 und Y2 auf Masse, also 0, gelegt. Nach dem Hochpassfilter ist das Akustiksignal mit einer einfachen Verstärkung so angepasst, dass der maximale Eingangspegel (X1) genutzt werden kann, ohne jedoch in die Sättigung zu kommen. Ansonsten würde dieses Signal in der maximal auftretenden Amplitude eventuell beschnitten werden, was ungünstig sein kann, da dann das Geräusch seltsam und übersteuert klingen würde. Gleiches gilt für das Führungssignal. Auch dieses kann über eine Verstärkung an den Analog-Multiplizierer geführt werden, und zwar in diesem Fall an den Eingang Y1. Diese Verstärkungen können individuell gestaltet werden, je nachdem, wie stark mithilfe der Führungsgröße Einfluss genommen werden soll. Speziell mit einer Führungsgröße aus der Motorsteuerung kann hier extrem gestalterisch eingegriffen werden.
  • Nach Tiefpässen beziehungsweise Tiefpassfiltern, die nach dem Analog-Multiplizierer folgen können, erfolgt vorzugsweise ebenfalls eine Signalanpassung. Diese wird vorzugsweise genau auf den möglichen Eingangspegel des Verstärkers ausgelegt. Auch dieser verkraftet nur bestimmte Pegel, damit er nicht übersteuert. Zudem ist der Eingangspegel je nach Leistung des Verstärkers und, welche Komponenten mit diesem verbunden sind, beeinflussend hinsichtlich der vom Verstärker abgegebenen Leistung, und dieser wird vorzugsweise entsprechend der maximalen Leistung des Aktors oder der Aktoren angepasst. Dies ist vorteilhaft, da mittels des Aktors das Geräusch erzeugt und der Aktor nicht beschädigt werden soll. Insbesondere ist es denkbar, dass zur Erzeugung des Geräuschs mehrere Aktoren zum Einsatz kommen.
  • Wie bereits angedeutet, werden beispielsweise Druckschwingungen mittels des als Drucksensor ausgebildeten Sensors an wenigstens einer Stelle in der Anlage erfasst. Vorzugsweise ist diese Stelle in einem Bereich angeordnet, welcher auch als Messbereich bezeichnet wird. Vorzugsweise wird als der Messbereich ein Bereich nach dem Verdichter möglichst dicht vor der Verbrennungskraftmaschine beziehungsweise deren Brennräumen genutzt, da dann der Drucksensor besonders nahe an der Schwingungserzeugung angeordnet ist und nicht durch übermäßige Massenbewegungen des Mediums beeinträchtigt wird, um eine Erfassung von Strömungsrauschen am Drucksensor zu vermeiden. Nach dem Verdichter, das heißt stromab des Verdichters, existieren meist zwei Ladedrucksensoren. Einer der Ladedrucksensoren befindet sich meist vor der Drosselklappe, und der andere Ladedrucksensor befindet sich nach der Drosselklappe. Der Ladedrucksensor vor der Drosselklappe ist weniger geeignet zur Akustikgewinnung. Daher wird vorzugsweise der andere Ladedrucksensor nach der Drosselklappe und/oder wenigstens ein separater Sensor, insbesondere Drucksensor, genutzt.
  • Durch die Nutzung des Drucks mitsamt den enthaltenen Druckschwingungen als die Messgröße ist es möglich, den Betrieb der Verbrennungskraftmaschine durch das erzeugte Geräusch besonders gut wiederzugeben, wobei sich ein besonders vorteilhaftes und sportliches Geräusch erzeugen lässt, welches nicht künstlich beziehungsweise synthetisch klingt, was insbesondere durch eine diskrete direkte analoge Verarbeitung realisiert werden kann. Da nun jedoch eine besonders lange Zeitspanne zwischen dem Erfassen der Messgröße und dem Erzeugen des Geräuschs liegt, kann auch eine digitale Verarbeitung zum Einsatz kommen, um ein vorteilhaftes und insbesondere kurbelwellensynchrones Geräusch zu erzeugen.
  • Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass als der Aktor ein Körperschallwandler oder ein Lautsprecher verwendet wird. Ein solcher Körperschallwandler wird auch als Shaker oder Exciter bezeichnet und unterscheidet sich dadurch von einem Lautsprecher, dass der Körperschallwandler im Gegensatz zum Lautsprecher keine Membran beziehungsweise Lautsprechermembran aufweist. Mittels des Körperschallwandlers werden Schallwellen beziehungsweise Schwingungen wenigstens eines Bauteils des Kraftfahrzeugs bewirkt, wodurch das Geräusch erzeugt wird, da dieses Bauteil Luftschwingungen an die Umgebung abgibt und somit den Schall umsetzt. Im Gegensatz dazu werden mittels eines Lautsprechers Schwingungen von der Luft mithilfe einer im Lautsprecher vorhandenen Membrane erzeugt, wodurch das Geräusch erzeugt wird. Durch den Einsatz eines Körperschallwandlers ist es möglich, das Geräusch besonders kostengünstig und unauffällig zu erzeugen. Der Einsatz eines Lautsprechers ist vorteilhaft, da Lautsprecher in einem größeren Frequenzbereich als Körperschallwandler Geräusche erzeugen können. Shaker sind gegenüber Lautsprechern wesentlich robuster und können unauffälliger untergebracht werden. Shaker und das Medium, welches die Schallwellen des Shakers aufnimmt, werden vorzugsweise aufeinander abgestimmt. Das Bauteil kann beispielsweise eine Fronthaube, insbesondere Motorhaube, oder eine sonstige Komponente im vorderen Bereich des Kraftfahrzeugs sein. Ein vorteilhafter Resonanzkörper wäre der Luftfilterkasten, welcher auch Ansauggeräuschdämpfer genannt wird, oder ein im Einlasstrakt verbautes Schwingvolumen. Der Shaker ermöglicht dabei eine besonders unauffällige Erzeugung des Geräuschs.
  • Ferner ist es denkbar, als den Aktor einen piezoelektrischen Aktor zu verwenden. Der piezoelektrische Aktor ist beispielsweise ein piezoelektrischer Flächenaktor. Dabei handelt es sich um eine Fläche, die piezoelektrisch Schallwellen erzeugen kann.
  • Ein besonders vorteilhaftes und angenehmes Geräusch lässt sich insbesondere dadurch realisieren, dass mittels des Aktors in Abhängigkeit von dem Ansteuersignal wenigstens ein Bauteil, insbesondere des Einlasstrakts, in Schwingung versetzt wird. Schließlich hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn das Ansteuersignal in Abhängigkeit von einem von dem Schwingungssignal beziehungsweise Sensorsignal unterschiedlichen, weiteren Signal erzeugt wird. Dieses weitere Signal charakterisiert einen Zustand des Kraftfahrzeugs. Dies bedeutet, dass das weitere Signal als zusätzliche Führungsgröße verwendet wird, welche das Sensorsignal beeinflusst oder vollständig übernimmt. Dieser Ausführungsform liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei sehr einfachen Schaltungen der Nachteil besteht, dass kaum noch Einfluss auf das umgesetzte, zu erzeugende Geräusch, insbesondere Ansauggeräusch, genommen werden kann. Weist die Verbrennungskraftmaschine beispielsweise Techniken auf, die sich nachteilig auf das gewonnene Sensorsignal auswirken, so kann dies durch die Zuhilfenahme der zusätzlichen Führungsgröße (weiteres Signal) kompensiert werden. In der Folge kann das Geräusch besonders bedarfsgerecht und insbesondere in Abhängigkeit von unterschiedlichen Betriebszuständen der Verbrennungskraftmaschine erzeugt werden.
  • Die Verwendung des Differenzdrucksensors ist besonders vorteilhaft, da dieser schon im Stand im Leerlauf der Verbrennungskraftmaschine ein sehr ausgeprägtes Signal bereitstellen kann. Das Signal beziehungsweise Sensorsignal kann jedoch eine so starke Ausprägung haben, dass auch Geräusche wahrgenommen werden können, die undefiniert auftauchen und nicht vorteilhaft klingen. Daher erfolgt vorzugsweise die Einstellung, insbesondere Regelung, der Lautstärke über die externe Führungsgröße. Im Stand kann die Verstärkung auf 0 gesetzt werden. Sobald ein Gasstoß erfolgt, wird die Verstärkung auf das Maximum gesetzt. So ist der Aktor im Stand leise und wird hier nur bei Drehzahldynamik angesteuert.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Anlage als Ansaugtrakt ausgebildet, welcher von Luft als dem Medium durchströmbar ist. Dabei ist in dem Ansaugtrakt ein von der Luft durchströmbares Einlassmodul angeordnet, welches der zuvor genannte Ladedrucksammler beziehungsweise Luftsammler sein kann. Das Einlassmodul weist eine von der Luft durchströmbare Kammer sowie wenigstens einen fluidisch mit der Kammer verbundenen und von der Kammer abzweigenden, ersten Einlasskanal und wenigstens einen fluidisch mit der Kammer verbundenen und von der Kammer abzweigenden, zweiten Einlasskanal auf. Der erste Einlasskanal ist beispielsweise einem ersten Brennraum, insbesondere Zylinder, der Verbrennungskraftmaschine zugeordnet, sodass die Luft beziehungsweise zumindest ein erster Teil der Luft aus der Kammer mittels des ersten Einlasskanals dem ersten Brennraum zugeführt wird.
  • Der zweite Einlasskanal ist einem zusätzlich zum ersten Brennraum vorgesehenen, zweiten Brennraum, insbesondere Zylinder, der Verbrennungskraftmaschine zugeordnet, sodass die Luft beziehungsweise zumindest ein zweiter Teil der Luft aus der Kammer dem zweiten Brennraum über den zweiten Einlasskanal zugeführt wird. Die Einlasskanäle werden beispielsweise auch als Stutzen oder Einlassstutzen bezeichnet.
  • Wie bereits zuvor beschrieben, werden mittels des Differenzdrucksensors die Druckschwingungen als Schwingungen einer Druckdifferenz zwischen wenigstens zwei voneinander beabstandeten Stellen in der Anlage erfasst. An einer der Stellen herrscht beispielsweise ein erster Druck, wobei an der anderen Stelle ein zweiter Druck in der Anlage herrscht. Mittels des Differenzdrucksensors wird die Druckdifferenz zwischen diesen beiden Drücken erfasst. Die Drücke können voneinander unterschiedlich oder aber auch gleich sein, je nach Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine.
  • Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn zumindest eine der Stellen, insbesondere in dem ersten Einlasskanal, stromab der Kammer und stromauf eines Einlassventils des ersten Brennraums angeordnet ist. Es wurde gefunden, dass eine besonders hohe Signalgüte realisiert werden kann, wenn die Druckschwingungen mittels des Drucksensors möglichst nahe am Einlassventil beziehungsweise stromauf des Einlassventils erfasst werden.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die andere Stelle, insbesondere in dem zweiten Einlasskanal, stromab der Kammer und stromauf eines Einlassventils des zweiten Brennraums angeordnet ist. Ferner ist es denkbar, dass die andere Stelle in der Kammer angeordnet ist. Ferner wurde gefunden, dass sich eine besonders hohe Signalgüte und Qualität realisieren lassen, wenn die Stellen, an denen die Drücke erfasst werden, voneinander beabstandet und dabei besonders weit voneinander beabstandet sind. Ferner sollten diese Stellen asymmetrisch angeordnet sein, um eine symmetrische Erfassung des Drucks zu vermeiden. Dadurch können gegenseitige Auslöschungen von Motorordnungen vermieden werden, wobei es zu solchen Auslöschungen kommen kann, wenn ein symmetrischer Abgriff des Drucks erfolgt.
  • Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines Geräusches, welches einen Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere einer Hubkolben-Verbrennungsmaschine, eines Kraftfahrzeugs charakterisiert, welches mittels der Verbrennungskraftmaschine antreibbar ist. Die Verbrennungskraftmaschine umfasst dabei eine von einem gasförmigen Medium durchströmbare Anlage und wenigstens einen Brennraum, insbesondere in Form eines Zylinders. Ferner umfasst die Verbrennungskraftmaschine wenigstens einen Kolben, welcher bewegbar, insbesondere translatorisch bewegbar, in dem Brennraum aufgenommen ist.
  • Bei einem ersten Schritt des Verfahrens gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung wird mittels wenigstens eines Sensors zumindest eine Messgröße erfasst, welche Schwingungen der Anlage charakterisiert. Der Sensor stellt dabei wenigstens ein die erfasste Messgröße charakterisierendes Sensorsignal bereit. Dabei wird die Messgröße während einer ersten Bewegung des Kolbens erfasst. Bei einem zweiten Schritt des Verfahrens gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung ist es vorgesehen, dass wenigstens ein Ansteuersignal in Abhängigkeit von dem Sensorsignal erzeugt wird. Ferner ist es bei einem dritten Schritt des Verfahrens gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung vorgesehen, dass wenigstens ein Aktor in Abhängigkeit von dem Steuersignal, insbesondere mittels des Steuersignals, angesteuert wird, um dadurch mittels des Aktors das Geräusch zu erzeugen. Dabei wird das Geräusch durch Ansteuern des Aktors bei einer zeitlich auf die erste Bewegung und das Erfassen der Messgröße folgenden, zweiten Bewegung des Kolbens erzeugt.
  • Bei dem ersten Aspekt der Erfindung ist es vorgesehen, die Messgröße bei Bewegungen eines ersten Kolbens zu erfassen und das Geräusch bei Bewegungen eines von dem ersten Kolben unterschiedlichen, zweiten Kolbens zu erzeugen. Im Gegensatz hierzu ist es bei dem zweiten Aspekt der Erfindung vorgesehen, die Messgröße bei Bewegungen des Kolbens zu erfassen und das Geräusch bei Bewegungen desselben Kolbens zu erzeugen. Dabei folgt die Bewegung bei welcher das Geräusch erzeugt wird, zeitlich auf die Bewegung, bei welcher die Messgröße erfasst wird, sodass auch bei dem zweiten Aspekt der Erfindung zwischen dem Erfassen der Messgröße und dem Erzeugen des Geräuschs eine hinreichend lange Zeitspanne geschaffen werden kann, während welcher die erfasste Messgröße beziehungsweise das Sensorsignal, insbesondere digital, verarbeitet und somit auf die Erzeugung des Geräuschs vorbereitet werden kann. Wie bereits zum ersten Aspekt der Erfindung geschildert, ist es durch die Realisierbarkeit der hinreichend langen Zeitspanne zwischen dem Erfassen der Messgröße und dem Erzeugen des Geräuschs möglich, gezielt wenigstens einen Teil oder gezielt eine Mehrzahl von Teilen des Sensorsignals zu nutzen und aus dem Sensorsignal auszuwählen, und in Abhängigkeit von dem ausgewählten Teil beziehungsweise in Abhängigkeit von den ausgewählten Teilen das Ansteuersignal zu erzeugen. Dadurch kann ein besonders vorteilhaftes Geräusch realisiert werden. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
  • Beispielsweise wird die Messgröße erfasst, wenn sich der Kolben in Richtung seines unteren Totpunkts bewegt beziehungsweise wenn seine Einlassventile geöffnet sind. Ausgegeben beziehungsweise erzeugt wird das Geräusch erst, wenn derselbe Kolben, beispielsweise nach zwei Umdrehungen einer Abtriebswelle, mit welcher der Kolben gelenkig gekoppelt ist, wieder eine Ansaugung durchfährt beziehungsweise sich wieder in Richtung seines unteren Totpunkts bewegt. In der Zwischenzeit kann das Sensorsignal verarbeitet werden. Vorzugsweise wird das Signal verarbeitet und angepasst versetzt beim gleichen Zylinder beziehungsweise Kolben ausgegeben. Alternativ ist es denkbar, das Signal auch verarbeitet einer Ansaugung des übernächsten Zylinders beziehungsweise Kolbens ausgeben. Selbst steht eines ausreichend lange Zeitspanne zur Verfügung, um das Sensorsignal zu verarbeiten Je nach Motor können sich die Öffnungszeiten der Einlassventile zweier Zylinder, die nacheinander Luft einlassen, schon leicht überschneiden.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es bei dem zweiten Aspekt der Erfindung vorgesehen, dass der Kolben mit einer von dem Kolben antreibbaren und dadurch um eine Drehachse in unterschiedliche Drehstellungen drehbaren Abtriebswelle, insbesondere Kurbelwelle, der Verbrennungskraftmaschine gekoppelt ist, wobei die Messgröße in Abhängigkeit von wenigstens einer der Drehstellungen der Abtriebswelle erfasst wird. Dadurch kann das Sensorsignal jeweiligen Drehstellungen der Abtriebswelle und in der Folge jeweiligen Stellungen des Kolbens im Brennraum zugeordnet werden. In der Folge ist es möglich, das Geräusch besonders gut zu erzeugen und insbesondere synchron zur Drehbewegung der Abtriebswelle auszugeben.
  • Eine weitere Ausführungsform des zweiten Aspekts der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Geräusch in Abhängigkeit von wenigstens einer der Drehstellungen der Abtriebswelle erzeugt wird. Wie bereits zum ersten Aspekt der Erfindung geschildert, ist es dadurch beispielsweise möglich, das Geräusch in einem ersten Zustand des Kolbens zu erzeugen, wobei dieser erste Zustand einem zweiten Zustand des Kolbens entspricht und wobei die Messgröße in dem zweiten Zustand des Kolbens erfasst wird beziehungsweise wurde. Dadurch passt das erzeugte Geräusch zu dem Zeitpunkt, zu dem es erzeugt wird, zu einem aktuellen Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine, sodass mittels des Geräuschs der aktuelle Zustand der Verbrennungskraftmaschine besonders gut wiedergegeben beziehungsweise abgebildet werden kann.
  • Um den aktuellen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine mittels des erzeugten Geräuschs besonders gut wiedergeben zu können, ist es bei einer weiteren Ausführungsform des zweiten Aspekts der Erfindung vorgesehen, dass zumindest ein Signalteil des Sensorsignals ausgewählt wird, wobei in Abhängigkeit von dem ausgewählten Signalteil das Ansteuersignal erzeugt wird. Dabei bezieht sich der ausgewählte Signalteil zumindest auf einen Bewegungsteil der ersten Bewegung. Dabei entspricht die zweite Bewegung, während welcher das Geräusch erzeugt wird, dem Bewegungsteil. Somit ist es beispielsweise möglich, die Messgröße während einer ersten Bewegung des Kolbens zu erfassen. Das Geräusch wird dann beispielsweise bei einer zeitlich auf die erste Bewegung des Kolbens folgenden, zweiten Bewegung des Kolbens erzeugt, wobei die zweite Bewegung der ersten Bewegung entspricht. Dadurch wird beispielsweise bei der zweiten Bewegung ein Geräusch mittels des Aktors erzeugt, das bei der ersten Bewegung tatsächlich durch die Verbrennungskraftmaschine verursacht wurde. Da die zweite Bewegung der ersten Bewegung entspricht, passt das erzeugte Geräusch – obwohl es auf der ersten Bewegung basiert – sehr gut zur zweiten Bewegung und somit zum aktuellen Zustand der Verbrennungskraftmaschine.
  • In weiterer Ausgestaltung des zweiten Aspekts der Erfindung wird die Messgröße innerhalb eines Arbeitsspiels der Verbrennungskraftmaschine erfasst, wobei das Geräusch innerhalb desselben Arbeitsspiels erzeugt wird. Dadurch kann der aktuelle Betrieb der Verbrennungskraftmaschine besonders gut durch das Geräusch abgebildet werden. Schließlich hat es sich bei dem zweiten Aspekt der Erfindung als vorteilhaft gezeigt, wenn die Messgröße innerhalb eines ersten Arbeitsspiels der Verbrennungskraftmaschine erfasst wird, wobei das Geräusch innerhalb eines zeitlich auf das erste Arbeitsspiel folgenden, zweiten Arbeitsspiels der Verbrennungskraftmaschine erzeugt wird. Dadurch kann eine besonders lange Zeitspanne zwischen dem Erfassen der Messgröße und dem Erzeugen des Geräusches realisiert werden, sodass das Sensorsignal besonders vorteilhaft, insbesondere digital, verarbeitet werden kann.
  • Zur Erfindung gehört auch eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens des ersten Aspekts der Erfindung und/oder des Verfahrens des zweiten Aspekts der Erfindung, sodass die Vorrichtung zum Erzeugen des zuvor beschriebenen Geräusches genutzt wird. Dabei umfasst die Vorrichtung beispielsweise eine Steuereinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, das von dem Sensor bereitgestellte Sensorsignal zu empfangen. Die Steuereinrichtung ist ferner dazu ausgebildet, das Ansteuersignal auf die beschriebene Weise zu erzeugen. Ferner ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, in der aktuellen Abhängigkeit von dem Ansteuersignal anzusteuern, um dadurch mittels des Aktors das Geräusch zu erzeugen. Vorteile und Ausgestaltungen des jeweiligen erfindungsgemäßen Verfahrens sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung anzusehen und umgekehrt.
  • Da nun zwischen dem Erfassen der Messgröße und dem Erzeugen des Geräuschs eine hinreichend lange Zeitspanne geschaffen werden kann, kann als die Steuereinrichtung eine Recheneinrichtung, insbesondere eine digitale Recheneinrichtung, zum Einsatz kommen, wobei die Steuereinrichtung beispielsweise wenigstens einen digitalen Signalprozessor (DSP) zum Verarbeiten des Sensorsignals umfassen kann.
  • Beispielsweise umfasst die Steuereinrichtung eine Filterstrecke, die vorzugsweise analog ist. Als besonders vorteilhaft hat es sich jedoch gezeigt, wenn eine digitale Signalverarbeitung, insbesondere eine digitale Filterstrecke, zum Einsatz kommt. Dies ist möglich, da zwischen dem Erfassen der Messgröße und dem Erzeugen des Geräuschs eine hinreichend lange Zeitspanne geschaffen werden kann. Denkbar ist, dass Filter, insbesondere analoge oder digitale Filter, der Filterstrecke über einen kleinen Mikrocontroller gesteuert werden, um mitlaufende analoge Filter umzusetzen. Der zuvor beschriebene Hochpass beziehungsweise Hochpassfilter könnte damit in Echtzeit in einem definierten Abstand unter der typischen Motorordnung oder synchron zur Motorordnung laufen. Das könnte noch einen weiteren Vorteil bei der Filterung bieten, und die Echtzeitfähigkeit bleibt erhalten.
  • Die Aufbereitung des Führungssignals könnte über eine Recheneinheit beziehungsweise einen Mikrocontroller erfolgen. Dieses Signal ist nicht echtzeitrelevant. Solch eine Einheit könnte zum Beispiel den Gleichanteil aus dem Ladedrucksensor herausfiltern und auf eine analoge Führungsgröße von der Motorsteuerung zurückgreifen. Auch könnte eine solche Recheneinheit eine Führungsgröße von einem Bussystem beziehen. Das Bussystem ist zum Beispiel ein CAN-Bus (CAN – Controller Area Network), auf den die Motorsteuerung ein individuell gestaltetes Führungsgrößensignal in jedem Fahrzeug zur Verfügung stellt. Wie schon beschrieben, ist ein von der Motorsteuerung gesteuertes Führungssignal deutlich komplexer gestaltbar. Auch für Nachrüstlösungen hätte dies einen Vorteil. Das Bussystem ist in jedem Fahrzeug verfügbar und kann auch nachträglich abgegriffen werden. Ein Steuersignal und somit eine Leitung von einer Motorsteuerung können nur aufwendig nachgerüstet werden. Solche Leitungen werden nicht vorgehalten, um Kosten zu sparen.
  • Schließlich hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn das Geräusch akustisch synchron zu der Abtriebswelle, insbesondere Kurbelwelle, der Verbrennungskraftmaschine erzeugt beziehungsweise ausgegeben wird. Insbesondere wird das Geräusch zum Kurbelwellenwinkel ausgegeben, sodass Kurbelwellenwinkel und Geräusch nicht auseinander laufen. Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele mit den zugehörigen Zeichnungen. Dabei zeigen:
  • 1 eine schematische Seitenansicht eines Kraftfahrzeugs mit akustischen Maßnahmen zur akustischen Unterstützung im Innenraum des Kraftfahrzeugs und in der Umgebung des Kraftfahrzeugs;
  • 2 eine weitere schematische Seitenansicht des Kraftfahrzeugs;
  • 3 eine schematische Darstellung einer aufgeladenen Verbrennungskraftmaschine für das Kraftfahrzeug, wobei im Rahmen eines Verfahrens ein Geräusch erzeugt wird, welches einen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine charakterisiert;
  • 4 ein Diagramm zur Veranschaulichung einer Schwebung mit zwei identisch ausgeprägten Schwingungen mit unterschiedlichen Phasenlagen;
  • 5 einen Pegelverlauf verschiedener Fahrprofile und Fahrmoduseinstellungen;
  • 6 Pegelverläufe in einem Kraftfahrzeug mit Saugmotor und echter Akustik mit speziellen emotionalen Pegelschwingern bei Lastwechseln;
  • 7 ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Pegelverlaufs eines Ladedrucksensors bei einem Volllasthochlauf;
  • 8 ein Diagramm zur Veranschaulichung von separierten Ladedruckschwingungen;
  • 9 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Erzeugung des Geräuschs;
  • 10 Diagramme zur Veranschaulichung eines Hochlast-Rohsignals, eines Campbell-Diagramms und eines Motordrehzahlverlaufs der Verbrennungskraftmaschine;
  • 11 ein Hochlast-Campbell-Diagramm mit Motorordnungen und Störfrequenzen;
  • 12 ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Sensorrohsignals und eines daraus gefilterten Signals der Hauptmotorordnung;
  • 13 ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Rohsignals eines Kurbelwellengebers sowie eines Triggersignals;
  • 14 ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Sensorrohsignals, zerlegter Hauptmotorordnung, des Triggersignals sowie eines Messfensters;
  • 15 ein Ablaufdiagramm zum Veranschaulichen einer Signalerfassung, Zwischenspeicherung, Verarbeitung und Anpassung sowie Ausgabe;
  • 16 ein Diagramm zum Veranschaulichen unterschiedlicher Pegel-Ausprägungen von Ansaugschwingungen einzelner Zylinder und unterschiedlicher Messsensorverbauorte (Motorordnung);
  • 17 eine Kennfeldmatrix;
  • 18 eine schematische Darstellung eines Kennfelds einer Verstärkung beziehungsweise Abschwächung einer speziellen Motorordnungsüberlast und Drehzahl;
  • 19 ein Basis-Systemplan zur Fahrzustandsunterscheidung und Signalverarbeitung;
  • 20 einen erweiterten Systemplan zur Fahrzustandsunterscheidung und Signalverarbeitung einer Einspeisemöglichkeit von Geräuscheffekten wie zum Beispiel Schubbrubbeln etc.;
  • 21 eine vereinfachte Darstellung zur Übersicht von Motorordnungen, abgeleitet von einer Messung wie in 11;
  • 22 einen Ausschnitt aus einem Zeitsignal einer echten Messung eines Drucksensors;
  • 23 ein gemessenes Spektrum aus einem Teil eines Zeitsignals einer Messung zum Veranschaulichen von Frequenzinhalten;
  • 24 ein vereinfachtes Spektrum zur besseren Darstellung, abgeleitet von 23;
  • 25 eine Kennfeldauswahlfeld für eine späterer Applikation für die entsprechenden Fahrzustände, also für welche Motorordnungen applizierbare Kennfelder bereitgestellt werden sollen.
  • 26 eine Darstellung eines vereinfachten Spektrums;
  • 27 ein vereinfachtes Spektrum mit Ausprägungsänderungwünschen für Motorordnung 3 und 4;
  • 28 ein weiteres vereinfachtes Spektrum mit den umgesetzten Ausprägungsänderungen;
  • 29 ein vereinfachtes Campbell-Diagramm mit den in 13 angeforderten Änderungswünschen über den gesamten Drehzahlbereich;
  • 30 ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Zeitrohsignals;
  • 31 ein Diagramm zum Veranschaulichen von separierten Hauptschwingungen;
  • 32 ein weiteres Diagramm zum Veranschaulichen von Hauptschwingungen; und
  • 33 ein Diagramm zum Veranschaulichen des aus den jeweils angepassten Teilschwingungen gemäß 32 wieder zusammengesetzte Zeitsignals.
  • In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Zur Vereinfachung wurde in den Zeitsignalen nicht nur eine Ansaugschwingung aufgezeigt sondern ein etwas größeres Messfenster
  • Im Folgenden werden Verfahren zum Erzeugen eines Geräusches beschrieben, welches einen Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens wie beispielsweise eines Personenkraftwagens, charakterisieren. Wie später in Zusammenhang mit 3 beschrieben wird, umfasst die beispielsweise als Hubkolben-Verbrennungsmaschine ausgebildete Verbrennungskraftmaschine eine Anlage in Form eines Einlasstrakts, welcher von einem Medium in Form von Luft durchströmbar ist. Ferner umfasst die Verbrennungskraftmaschine eine Mehrzahl von Brennräumen in Form von Zylindern, wobei in jedem Zylinder ein Kolben translatorisch bewegbar aufgenommen ist. Im Rahmen des Verfahrens ist es vorgesehen, mittels wenigstens eines Sensors zumindest eine Messgröße zu erfassen, welche Schwingungen, insbesondere Druckschwingungen, der Anlage charakterisiert. Der Sensor stellt dabei ein die erfasste Messgröße charakterisierendes Sensorsignal bereit. Ferner wird in Abhängigkeit von dem Sensorsignal ein Ansteuersignal erzeugt. Des Weiteren wird in Abhängigkeit von dem Ansteuersignal wenigstens ein Aktor angesteuert, um dadurch mittels des Aktors das Geräusch zu erzeugen. Bei einer ersten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Messgröße zumindest während einer ersten Bewegung eines ersten der Kolben erfasst wird, wobei das Geräusch durch Ansteuern des Aktors bei einer zeitlich auf die erste Bewegung und das Erfassen der Messgröße folgenden, zweiten Bewegung eines zweiten der Kolben erzeugt wird. Bei einer zweiten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Messgröße während einer ersten Bewegung eines Kolbens erfasst wird, wobei das Geräusch durch Ansteuern des Aktors bei einer zeitlich auf die erste Bewegung und das Erfassen der Messgröße folgenden, zweiten Bewegung desselben Kolbens erzeugt wird.
  • In aktuellen Fahrzeugen und zukünftigen Fahrzeugprojekten wird die bestehende natürliche Fahrzeugakustik immer mehr künstlich unterstützt. Dies wird auch als ASD (Active Sound Design) bezeichnet. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, die natürliche Fahrzeugakustik zu unterdrücken, was auch als ANC (Active Noice Control oder Active Noice Cancellation) bezeichnet wird. Auch eine Kombination beider Systeme ist möglich. Dies kann durch mechanische und/oder elektronische Vorrichtungen erfolgen. Der Grund dafür sind neue Motorkonzepte, die auf Downsizing setzen. Hierbei werden die Anzahl an Zylindern und der Hubraum der Verbrennungskraftmaschine besonders gering gehalten. Um dennoch hohe spezifische Leistungen und Drehmomente zu realisieren, kommt eine Aufladung, insbesondere mittels wenigstens eines Turboladers, zum Einsatz, um eine hinreichend hohe Leistung zu gewährleisten und gleichzeitig den Kraftstoffverbrauch gering zu halten. Durch den Einsatz eines Abgasturboladers wird jedoch die gewohnte natürliche Akustik eines Saugmotors unterdrückt. Ein Abgasturbolader, welcher auch als Turbolader bezeichnet wird, lässt die Akustik eines Verbrennungsmotors nur noch zu sehr kleinen Teilen in Richtung Sauganlage durch. Die Sauganlage ist dabei der zuvor genannte Einlasstrakt, wobei die Verbrennungskraftmaschine auch als Verbrennungsmotor bezeichnet wird. Ist die Verbrennungskraftmaschine mit einem Turbolader ausgestattet, so wird die Verbrennungskraftmaschine auch als Turbomotor bezeichnet. Eine Verbrennungskraftmaschine ohne Verdichter wird als Saugmotor bezeichnet. Ähnlich verhält es sich mit der Verbrennungsakustik in einem Abgastrakt, welcher auch als Abgasstrang bezeichnet wird. Im jeweiligen Zylinder wird ein Kraftstoff-Luft-Gemisch verbrannt, woraus Abgas resultiert. Das Abgas kann durch den Abgastrakt strömen und wird vom Abgastrakt von den Zylindern abgeführt.
  • Zur Erläuterung des Aufbaus der Verbrennungskraftmaschine wird im Folgenden auf 3 verwiesen. 3 zeigt in einer schematischen Darstellung eine im Ganzen mit 1 bezeichnete Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens wie beispielsweise eines Personenkraftwagens. Das Kraftfahrzeug ist mittels der Verbrennungskraftmaschine 1 antreibbar. Die Verbrennungskraftmaschine 1 umfasst ein Zylindergehäuse 2, welches auch Bestandteil eines Motorblocks der Verbrennungskraftmaschine 1 ist. Die Verbrennungskraftmaschine 1 weist ferner einen Zylinderkopf auf, welcher separat von dem Zylindergehäuse 2 ausgebildet und mit dem Zylindergehäuse 2 verbunden ist. Durch das Zylindergehäuse 2 sind Brennräume in Form von Zylindern 3 gebildet, wobei die Verbrennungskraftmaschine 1 vorliegend genau sechs Zylinder 3 aufweist. Die Zylinder 3 sind in Reihe angeordnet, sodass die Verbrennungskraftmaschine 1 als Sechs-Zylinder-Reihenmotor ausgebildet ist und auch als Verbrennungsmotor bezeichnet wird. Ferner wird die Verbrennungskraftmaschine 1 auch als Motor bezeichnet.
  • Dem jeweiligen Zylinder 3 sind vorliegend jeweils zwei erste Einlasskanäle 4 zugeordnet, wobei diese ersten Einlasskanäle 4 durch den Zylinderkopf gebildet sind. Dem jeweiligen Einlasskanal 4 ist ein Gaswechselventil in Form eines Einlassventils zugeordnet. Das jeweilige Einlassventil ist zwischen einer jeweiligen Schließstellung und wenigstens einer jeweiligen Offenstellung verstellbar, insbesondere relativ zu dem Zylinderkopf. In der Schließstellung versperrt das jeweilige Einlassventil den jeweils zugehörigen Einlasskanal 4, sodass keine Luft von dem jeweiligen Einlasskanal 4 in den jeweiligen Zylinder 3 strömen kann. In der Offenstellung gibt das Einlassventil den jeweiligen Einlasskanal 4 frei, sodass Luft durch den Einlasskanal 4 durchströmen und von dem Einlasskanal 4 in den jeweiligen Zylinder 3 einströmen kann.
  • Die Luft ist ein gasförmiges Medium, das dem jeweiligen Zylinder 3 über die jeweiligen Einlasskanäle 4 zugeführt werden kann. Ferner wird dem jeweiligen Zylinder 3 ein Kraftstoff, insbesondere flüssiger Kraftstoff, zugeführt, sodass im jeweiligen Zylinder 3 das zuvor genannte Kraftstoff-Luft-Gemisch entsteht. Dieses Kraftstoff-Luft-Gemisch wird verbrannt, woraus Abgas der Verbrennungskraftmaschine 1 resultiert. Vorliegend ist je Zylinder 3 beispielsweise eine Zündkerze vorgesehen, mittels welcher das Kraftstoff-Luft-Gemisch im jeweiligen Zylinder 3 gezündet wird.
  • Die Verbrennungskraftmaschine 1 umfasst auch ein in 1 nicht erkennbares Kurbelgehäuse, welches beispielsweise einstückig mit dem Zylindergehäuse 2 ausgebildet ist. Alternativ ist es denkbar, dass das Kurbelgehäuse als ein separat vom Zylindergehäuse 2 ausgebildetes und mit dem Zylindergehäuse 2 verbundenes Gehäuseteil ausgebildet ist. Die als Hubkolben-Verbrennungsmaschine ausgebildete Verbrennungskraftmaschine 1 umfasst ferner einer Abtriebswelle in Form einer Kurbelwelle, welche an dem Kurbelgehäuse um eine Drehachse relativ zu dem Kurbelgehäuse drehbar gelagert ist. Über die Kurbelwelle stellt die Verbrennungskraftmaschine 1 Drehmomente zum Antreiben des Kraftfahrzeugs bereit.
  • In dem jeweiligen Zylinder 3 ist ein Kolben translatorisch bewegbar aufgenommen, wobei der jeweilige Kolben über ein jeweiliges Pleuel gelenkig mit der Kurbelwelle gekoppelt ist. Dadurch werden die translatorischen Bewegungen des Kolbens im jeweiligen Zylinder 3 in eine rotatorische Bewegung der Kurbelwelle um ihre Drehachse umgewandelt. Die Verbrennungskraftmaschine 1 weist einen von der Luft durchströmbaren Einlasstrakt 6 auf, mittels welchem die den Einlasstrakt 6 durchströmende Luft zu den Zylindern 3 und in die Zylinder 3 geführt wird. Hierzu weist der Einlasstrakt 6 eine Ansaugmündung 7 auf, über welche die Luft in den Einlasstrakt 6 strömen kann. Der Einlasstrakt 6 ist somit eine Anlage, die von einem gasförmigen Medium in Form der Luft durchströmbar ist. Der Einlasstrakt 6 ist auf einer Einlassseite angeordnet, aus welcher die Luft in die Zylinder 3 einströmt. Im Einlasstrakt 6 ist ein Luftfilter 8 angeordnet, welcher einen Luftfilterkasten 9 umfasst. Der Luftfilterkasten 9 ist ein Gehäuse des Luftfilters 8 und wird auch als Ansauggeräuschdämpfer bezeichnet. Durch den Luftfilterkasten 9 ist ein von der Luft durchströmbarer Aufnahmeraum begrenzt, in welchem wenigstens ein Filterelement vorliegend in Form einer Luftfiltermatte 10 angeordnet ist. Die Luftfiltermatte 10 ist von der Luft durchströmbar, wobei die die Luftfiltermatte 10 durchströmende Luft mittels der Luftfiltermatte 10 gefiltert wird, sodass beispielsweise in der Luft enthaltene Partikel an der Luftfiltermatte 10 hängen bleiben und somit aus der Luft gefiltert werden. Die den Einlasstrakt 6 durchströmende Luft wird bezogen auf ihre Strömungsrichtung durch den Einlasstrakt 6 stromauf der Luftfiltermatte 10 als Rohluft bezeichnet, sodass der Einlasstrakt 6 stromauf der Luftfiltermatte 10 eine sogenannte Rohluftseite oder einen sogenannten Rohluft-Bereich aufweist. Zu diesem Rohluft-Bereich gehören die Ansaugmündung 7, der Luftfilterkasten 9 und die Luftfiltermatte 10.
  • Da die Luft mittels der Luftfiltermatte 10 gefiltert und dadurch gereinigt wird, wird die Luft stromab der Luftfiltermatte 10 als Reinluft bezeichnet, sodass der Einlasstrakt 6 stromab der Luftfiltermatte 10 einen Reinluft-Bereich aufweist. Im Einlasstrakt 6 ist darüber hinaus ein Ladeluftsammler 12 angeordnet, welcher auch als Einlassmodul bezeichnet wird und von der Luft durchströmbar ist. Mittels des Ladeluftsammlers 12 wird die Luft auf die Zylinder 3 aufgeteilt und in die Zylinder 3 geführt, sodass der Ladeluftsammler 12 auch als Luftverteiler, insbesondere Ladeluft-Verteiler, bezeichnet wird. Ferner wird der Ladeluftsammler 12 als Sammler, Ladedrucksammler oder Luftsammler bezeichnet, da sich die komprimierte Luft zunächst in dem Ladeluftsammler 12 sammeln kann, bevor die Luft in die Zylinder 3 strömt beziehungsweise die komprimierte Luft in den jeweiligen Zylinder 3 gedrückt wird.
  • Der Ladeluftsammler 12 (Einlassmodul) weist eine von der Luft durchströmbare Kammer 13 sowie fluidisch mit der Kammer 13 verbundene und demzufolge von der Luft durchströmbare Einlasskanäle 14 auf, welche auch als Luftrohre oder Ladedruckrohre bezeichnet werden. Um die Zylinder 3 besser voneinander unterscheiden zu können, wird ein erster der Zylinder 3 mit A, ein zweiter der Zylinder 3 mit B, ein dritter der Zylinder 3 mit C, ein vierter der Zylinder 3 mit D, ein fünfter der Zylinder 3 mit E und der sechste Zylinder 3 mit F bezeichnet.
  • Aus 3 ist erkennbar, dass die Einlasskanäle 4 des ersten Zylinders A fluidisch mit einem ersten der Einlasskanäle 14 verbunden sind, wobei die Einlasskanäle 4 des zweiten Zylinders B fluidisch mit einem zweiten der Einlasskanäle 14, die Einlasskanäle 4 des dritten Zylinders C fluidisch mit einem dritten der Einlasskanäle 14, die Einlasskanäle des vierten Zylinders D fluidisch mit einem vierten der Einlasskanäle 14, die Einlasskanäle 4 des fünften Zylinders E fluidisch mit einem fünften der Einlasskanäle 14 und die Einlasskanäle 4 des sechsten Zylinders F fluidisch mit dem sechsten Einlasskanal 14 des Ladeluftsammlers 12 verbunden sind. Dadurch wird dem ersten Zylinder A die Luft über den ersten Einlasskanal 14 zugeführt. Dem zweiten Zylinder B wird die Luft über den zweiten Einlasskanal 14 zugeführt. Ferner wird die Luft dem dritten Zylinder C über den dritten Einlasskanal 14, dem vierten Zylinder D über den vierten Einlasskanal 14, dem fünften Zylinder E über den fünften Einlasskanal 14 und dem sechsten Zylinder F über den sechsten Einlasskanal 14 zugeführt.
  • Die Verbrennungskraftmaschine 1 ist als aufgeladene Verbrennungskraftmaschine beziehungsweise aufgeladener Verbrennungsmotor ausgebildet und weist hierbei einen im Einlasstrakt 6 angeordneten Verdichter 15 auf, welcher vorliegend als Radialverdichter ausgebildet ist. Der Verdichter 15 umfasst ein von der Luft durchströmbares Verdichtergehäuse 16 sowie ein Verdichterrad 17, welches in dem Verdichtergehäuse 16 aufgenommen und um eine Drehachse relativ zu dem Verdichtergehäuse 16 drehbar ist. Mittels des Verdichters 15, insbesondere mittels des Verdichterrads 17, wird die den Einlasstrakt 6 durchströmende Luft verdichtet, sodass den Zylindern 3 verdichtete Luft zugeführt wird. Im Einlasstrakt 6 ist stromauf der Zylinder 3 und stromab des Verdichters 15, insbesondere des Verdichterrads 17, ein Einstellelement in Form einer Drosselklappe 18 angeordnet, welche in einem sogenannten Ladeluft-Bereich des Einlasstrakts 6 angeordnet ist. Mittels der Drosselklappe 18 ist eine in den Zylinder 3 einströmende Menge der Luft einstellbar. Hierzu ist die Drosselklappe 18 relativ zu dem Ladeluftsammler 12 bewegbar und insbesondere um eine Schwenkachse verschwenkbar. Bei Motoren mit variabler Ventilhubverstellung wird die gleiche Funktionalität alternativ oder zusätzlich über den Ventilhub realisiert.
  • Das Versorgen der Zylinder 3 mit verdichteter Luft wird auch als Aufladen bezeichnet, wobei die verdichtete Luft auch als Ladeluft bezeichnet wird. Somit weist der Einlasstrakt 6 stromab des Verdichterrads 17, mittels welchem die Luft verdichtet wird, einen sogenannten Ladeluft-Bereich auf, sodass also die Drosselklappe 18 und der Ladeluftsammler 12 in dem Ladeluft-Bereich angeordnet sind. Die verdichtete Luft kann über die Einlassventile in die Zylinder 3 einströmen. Demzufolge sind die Einlassventile in dem Ladeluft-Bereich angeordnet.
  • In der Umgebung der Verbrennungskraftmaschine 1 weist die Luft einen Druck P1 auf, wobei dieser Druck P1 als Umgebungsdruck bezeichnet wird. Stromab der Luftfiltermatte 10 und stromauf des Verdichterrads 17 weist die Luft in dem Einlasstrakt 6 einen Druck P2 auf. Durch das Verdichten der Luft wird die Luft erwärmt. Um dennoch einen besonders hohen Aufladegrad zu realisieren, ist in dem Einlasstrakt 6 stromab des Verdichterrads 17 eine Kühleinrichtung in Form eines Ladeluftkühlers 19 angeordnet. Der Ladeluftkühler 19 ist ebenfalls in dem Ladeluft-Bereich angeordnet. Mittels des Ladeluftkühlers 19 wird die verdichtete und dadurch erwärmte Luft gekühlt, bevor sie in die Zylinder 3 einströmt. Der Ladeluftkühler 19 ist somit stromab des Verdichterrads 17 und stromauf der Zylinder 3, insbesondere stromauf des Ladeluftsammlers 12, angeordnet. Dabei ist die Drosselklappe 18 stromab des Verdichterrads 17, insbesondere stromab des Verdichterrads 17 und stromab des Ladeluftkühlers 19, und stromauf des Ladeluftsammlers 12 beziehungsweise stromauf der Zylinder 3 angeordnet. Die Drosselklappe 18 kann dabei vor (stromauf) oder auch nach (stromab) dem Ladeluftkühler 19 angeordnet sein.
  • Die Luft weist stromauf der Drosselklappe 18 und stromauf des Ladeluftkühlers 19 einen Druck P4 auf, wobei die Luft stromab der Drosselklappe 18 und stromauf der Zylinder 3 einen Druck P5 in dem Einlasstrakt 6, insbesondere in dem Ladeluftsammler 12, aufweist. Der Druck P5 wird beispielsweise auch als Ladedruck bezeichnet, wobei die Luft mit dem Druck P5 (Ladedruck) in die Zylinder 3 einströmt, sodass die Zylinder 3 mit dem Ladedruck versorgt werden.
  • Wie zuvor beschrieben, wird den Zylindern 3 nicht nur die Luft, sondern auch Kraftstoff, insbesondere flüssiger Kraftstoff, zugeführt. Beispielsweise wird der Kraftstoff direkt in die Zylinder 3 eingespritzt. Alternativ oder zusätzlich ist eine Saugrohreinspritzung denkbar, in deren Rahmen der Kraftstoff stromauf der Zylinder 3, insbesondere stromauf der Einlassventile, in den Einlasstrakt 6 eingespritzt wird.
  • Die Verbrennungskraftmaschine 1 umfasst ferner einen Abgastrakt 20, welcher von dem Abgas durchströmbar ist. Der Abgastrakt 20 umfasst dabei einen Krümmer 21, welcher auch als Abgaskrümmer bezeichnet wird. Mittels des Abgaskrümmers wird das Abgas aus den Zylindern 3 abgeführt. Der Abgastrakt 20 ist somit eine weitere Anlage der Verbrennungskraftmaschine 1, wobei diese weitere Anlage von einem gasförmigen Medium in Form des Abgases durchströmbar ist. In dem Abgastrakt 20 ist stromab des Krümmers 21 eine Abgasnachbehandlungseinrichtung vorliegend in Form eines Katalysators 22 angeordnet. Ferner ist im Abgastrakt 20 stromab des Katalysators 22 ein Schalldämpfer 23 angeordnet. Der Abgastrakt 20 weist ferner eine Abgasrohrmündung 24 auf, über welche das Abgas aus dem Abgastrakt 20 ausströmen kann.
  • Der Verdichter 15 kann dabei beispielsweise als Kompressor, das heißt als mechanischer Lader ausgebildet sein. Ein solcher mechanischer Lader ist über ein Antriebssystem mit der Kurbelwelle gekoppelt und demzufolge von der Kurbelwelle mechanisch antreibbar. Bei dem Antriebssystem handelt es sich beispielsweise um einen Umschlingungstrieb wie beispielsweise einen Ketten- oder Riementrieb.
  • Vorliegend jedoch ist der Verdichter 15 Bestandteil eines im Ganzen mit 25 bezeichneten Abgasturboladers, welcher eine in dem Abgastrakt 20 angeordnete Turbine 26 umfasst. Die Turbine 26 weist ein von dem Abgas durchströmbares Turbinengehäuse 27 und ein Turbinenrad 28 auf, welches in dem Turbinengehäuse 27 angeordnet und um eine Drehachse relativ zu dem Turbinengehäuse 27 drehbar ist. Vorliegend fällt die Drehachse des Turbinenrads 28 mit der Drehachse des Verdichterrads 17 zusammen. Das Verdichterrad 17 und das Turbinenrad 28 sind Bestandteil eines Rotors des Abgasturboladers 25, wobei dieser Rotor auch eine Welle 29 umfasst. Die Welle 29 ist um die zuvor genannte Drehachse drehbar, wobei das Verdichterrad 17 und das Turbinenrad 28 drehfest mit der Welle 29 verbunden sind.
  • Das Abgas der Verbrennungskraftmaschine 1 kann das Turbinenrad 28 anströmen und dadurch antreiben, sodass das Turbinenrad 28 von dem Abgas antreibbar ist beziehungsweise angetrieben wird. Dadurch wird das Verdichterrad 17 über die Welle 29 von dem Turbinenrad 28 angetrieben, wodurch mittels des Verdichterrads 17 die den Einlasstrakt 6 durchströmende Luft verdichtet wird. Somit kann im Abgas enthaltene Energie zum Verdichten der Luft genutzt werden, sodass sich ein besonders effizienter Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 1 realisieren lässt. Insbesondere können die Anzahl der Zylinder 3 sowie das Hubvolumen beziehungsweise der Hubraum der Verbrennungskraftmaschine 1 gering gehalten werden, wobei gleichzeitig dadurch, dass die Zylinder 3 mit verdichteter Luft versorgt werden, besonders hohe spezifische Leistungen und Drehmomente der Verbrennungskraftmaschine 1 realisierbar sind.
  • Die Verbrennungskraftmaschine 1 umfasst auch eine Umgehungseinrichtung 30, welche als Wastegate bezeichnet wird. Die Umgehungseinrichtung 30 umfasst einen Umgehungskanal 31, über welchen das Turbinenrad 28 zumindest von einem Teil des den Abgastrakt 20 durchströmenden Abgases zu umgehen ist. Darunter ist zu verstehen, dass das den Umgehungskanal 31 durchströmende Abgas das Turbinenrad 28 nicht anströmt und demzufolge nicht antreibt. Das den Umgehungskanal 31 durchströmende Abgas wird an einer bezogen auf die Strömungsrichtung des Abgases durch den Abgastrakt 20 stromauf des Turbinenrads 28 angeordneten Stelle abgezweigt. Das abgezweigte Abgas durchströmt den Umgehungskanal 31 und wird an einer stromab des Turbinenrads 28 angeordneten Stelle in den Abgastrakt 20 wieder eingeleitet.
  • Die Umgehungseinrichtung 30 umfasst ferner ein beispielsweise als Klappe ausgebildetes Ventilelement 32, mittels welchem eine den Umgehungskanal 31 durchströmende Menge des Abgases einstellbar ist. Dadurch ist es beispielsweise möglich, die Leistung (Laderdrehzahl) der Turbine 26 und somit die Menge des Abgases einzustellen. Dadurch ist es beispielsweise möglich, die Leistung der Turbine 26 und somit den Ladedruck einzustellen. Der Abgastrakt 20 ist auf einer Auslassseite oder Abgasseite der Verbrennungskraftmaschine 1 angeordnet, wobei das Abgas auf der Auslassseite aus den Zylindern 3 ausströmt. Ferner ist in 1 mit 33 eine Ladedruckseite bezeichnet, welche die Ladedruckrohre, das heißt den Ladeluftsammler und den Ladeluft-Bereich umfasst.
  • Im Einlasstrakt 6 sind Sensoren in Form von Ladedrucksensoren 34 und 35 angeordnet, wobei die Ladedrucksensoren 34, 35 Drucksensoren sind, mittels welchen jeweils wenigstens eine Messgröße in Form eines Drucks im Einlasstrakt 6, insbesondere in Form eines Drucks der Luft im Einlasstrakt 6, erfassbar ist. Vorliegend sind die Ladedrucksensoren 34 und 35 beispielsweise als Absolutdrucksensoren ausgebildet. Der Ladedrucksensor 34 ist stromab des Verdichterrads 17 und stromauf der Drosselklappe 18 angeordnet, wobei der Ladedrucksensor 35 stromab der Drosselklappe 18 und dabei stromauf der Zylinder 3 angeordnet ist. Insbesondere ist der Ladedrucksensor 35 stromauf der Einlasskanäle 4 und stromauf der Einlasskanäle 14 angeordnet, sodass beispielsweise mittels des Ladedrucksensors 35 ein in dem Ladeluftsammler 12, insbesondere in der Kammer 13, herrschender Druck der Luft erfassbar ist.
  • Wären im Einlasstrakt 6 kein Verdichter zum Verdichten der Luft und kein Ladeluftkühler angeordnet, so wäre die Verbrennungskraftmaschine 1 als sogenannter Saugmotor ausgebildet. Ein solcher Saugmotor saugt während seines Betriebs die Luft über den Einlasstrakt 6 an und in die Zylinder 3 ein. Da bei einem Saugmotor der Abgasturbolader 25 und die Umgehungseinrichtung 30 entfallen, weist ein solcher Saugmotor einen relativ einfachen Aufbau auf. Da der Saugmotor über den Einlasstrakt 6 die Luft ansaugt, wird der Einlasstrakt 6 auch als Ansaugseite bezeichnet. Diese Ansaugseite ist bei einem Saugmotor sehr kurz und offen gestaltet. Die Verbrennungskraftmaschine 1 ist beispielsweise als Viertaktmotor ausgebildet, sodass die Verbrennungskraftmaschine 1 innerhalb eines Arbeitsspiels vier Arbeitstakte aufweist beziehungsweise durchführt. Ein solches Arbeitsspiel umfasst genau zwei vollständige Umdrehungen der Kurbelwelle, das heißt 720 Grad Kurbelwinkel [°KW]. Die Kurbelwelle ist eine Abtriebswelle, über welche die Verbrennungskraftmaschine 1 Drehmomente zum Antreiben des Kraftfahrzeugs bereitstellt. Der erste Arbeitstakt wird als Ansaugen bezeichnet, da sich der jeweilige Kolben in Richtung seines unteren Totpunkts bewegt und dadurch Luft in den jeweiligen Zylinder 3 ansaugt. Während dieser Zeit sind auch die Einlassventile des jeweiligen Zylinders 3 geöffnet. Der zweite Arbeitstakt wird als Verdichten bezeichnet, da sich der Kolben in Richtung seines oberen Totpunkts bewegt, wodurch die sich im Zylinder 3 befindende Luft verdichtet wird. Der dritte Arbeitstakt wird auch als Verbrennen oder Arbeiten bezeichnet, da im dritten Arbeitstakt das Kraftstoff-Luft-Gemisch verbrannt wird, wodurch das Kraftstoff-Luft-Gemisch expandiert und der Kolben wieder in Richtung seines unteren Totpunkts bewegt wird. Hierdurch wird die Kurbelwelle angetrieben.
  • Der vierte Arbeitstakt (Takt) wird auch als Ausstoßen bezeichnet, da im vierten Takt das Abgas mittels des Kolbens aus dem Zylinder 3 ausgestoßen beziehungsweise ausgeschoben wird. Während dieser Zeit sind auch Auslassventile des entsprechenden Zylinders 3 geöffnet.
  • Aus 3 ist erkennbar, dass dem jeweiligen Zylinder 3 vorliegend zwei Auslasskanäle 37 zugeordnet sind. Der jeweilige Auslasskanal 37 ist beispielsweise durch den Zylinderkopf gebildet. Dem jeweiligen Auslasskanal 37 ist ein Gaswechselventil in Form eines Auslassventils zugeordnet. Das Auslassventil ist zwischen einer jeweiligen Schließstellung und wenigstens einer jeweiligen Offenstellung verstellbar. In der Schließstellung versperrt das jeweilige Auslassventil den jeweils zugehörigen Auslasskanal 37, sodass kein Abgas beziehungsweise Gas aus dem jeweiligen Zylinder 3 in den jeweiligen Auslasskanal 37 strömen kann. In der jeweiligen Offenstellung gibt das jeweilige Auslassventil den jeweils zugehörigen Auslasskanal 37 frei, sodass Abgas beziehungsweise ein Gas aus dem jeweiligen Zylinder 3 in den jeweiligen Auslasskanal 37 strömen kann.
  • Beispielsweise bei einem Vier-Zylindermotor durchfährt jeder Zylinder 3 beziehungsweise Kolben versetzt die entsprechenden Arbeitstakte. Während beispielsweise einer der Zylinder 3 in die Verbrennung übergeht und somit den Kolben nach unten beschleunigt, durchfährt ein anderer der Kolben die gleiche Bewegung und saugt dabei Luft an. Dabei schnellt der Kolben nach unten, während bei diesem Zylinder 3 die Einlassventile durch eine Nockenwelle geöffnet werden. Somit saugt dieser Zylinder 3 sprungartig Luft an, die er aus dem Einlasstrakt 6, welche auch als Sauganlage bezeichnet wird, ziehen kann. Die in den jeweiligen Zylinder 3 einströmende Menge der Luft wird durch die Öffnungszeit der Einlassventile, durch die Stellung der Drosselklappe 18 und durch den Einlasstrakt 6 bestimmt, wobei die Stellung der Drosselklappe 18 auch als Klappenwinkel oder Drosselklappenwinkel bezeichnet wird.
  • Dies bedeutet, dass der jeweilige Kolben zwischen seinem oberen Totpunkt und seinem unteren Totpunkt bewegbar ist. Der jeweilige Kolben bewegt sich während eines Arbeitsspiels aus seinem unteren Totpunkt in seinen oberen Totpunkt zurück in den unteren Totpunkt und wieder zurück in den oberen Totpunkt und zurück in den unteren Totpunkt. Dies bedeutet, dass der jeweilige Kolben seinen oberen Totpunkt innerhalb eines Arbeitsspiels zweimal erreicht. Einer dieser oberen Totpunkte wird auch als oberer Zündtotpunkt (ZOT) bezeichnet, da im Bereich des oberen Zündtotpunkts das Kraftstoff-Luft-Gemisch gezündet und verbrannt wird. Mit anderen Worten tritt das Ereignis, dass der Kolben seinen oberen Totpunkt erreicht, innerhalb eines Arbeitsspiels der Verbrennungskraftmaschine 1 genau zweimal auf. Bei genau einem dieser zwei Ereignisse ist der obere Totpunkt der beschriebene obere Zündtotpunkt (ZOT). Dabei führen die Kolben innerhalb eines Arbeitsspiels die zumindest im Wesentlichen gleichen Bewegungen aus. Mit anderen Worten führen die Kolben innerhalb eines Arbeitsspiels bezogen auf den jeweiligen Zylinder 3 die gleichen Bewegungen aus. Darunter ist zu verstehen, dass jeder Kolben zweimal seinen unteren Totpunkt und zweimal seinen oberen Totpunkt erreicht, sodass in jedem der Zylinder 3 und somit bei jedem der Kolben innerhalb eines Arbeitsspiels genau ein oberer Zündtotpunkt auftritt.
  • Da sich wenigstens zwei der Kolben versetzt zueinander bewegen können, ist es möglich, dass einer der Kolben der Zylinder 3 seinen oberen Zündtotpunkt innerhalb eines Arbeitsspiels bei einer ersten Drehstellung der Kurbelwelle und ein anderer der Kolben der Zylinder 3 seinen oberen Zündtotpunkt innerhalb desselben Arbeitsspiels bei einer von der ersten Drehstellung unterschiedlichen, zweiten Drehstellung der Kurbelwelle erreicht. Bezogen auf den jeweiligen oberen Zündtotpunkt führen diese Kolben jedoch bezogen auf den jeweiligen Zylinder 3 innerhalb eines jeweiligen Arbeitsspiels die gleiche Bewegung aus. Um die gleichen Bewegungen zu beschreiben, werden die Bewegungen beziehungsweise werden jeweilige Stellungen der Kolben auf ihren jeweiligen oberen Zündtotpunkt bezogen. Unter einer gleichen Bewegung beziehungsweise einem gleichen Bewegungsteil von zwei unterschiedlichen Kolben ist beispielsweise zu verstehen, dass sich beide Kolben in ihrem jeweiligen Zylinder 3 innerhalb eines Arbeitsspiels der Verbrennungskraftmaschine 1 beispielsweise von 10 Grad Kurbelwinkel vor ZOT bis 10 Grad Kurbelwinkel nach ZOT bewegen. Selbstverständlich sind die Kolben dabei voneinander beabstandet und demzufolge an unterschiedlichen Stellen angeordnet und selbstverständlich können sich die Kolben dabei zeitlich versetzt zueinander bewegen, jedoch führen sie bezogen auf den jeweiligen Zylinder die gleiche Bewegung beziehungsweise gleiche Bewegungsteile ihrer Gesamtbewegung aus. Wird somit von gleichen Bewegungen beziehungsweise gleichen Bewegungsteilen der Kolben gesprochen, so ist darunter bezogen auf den jeweiligen Zylinder 3 die jeweilige Bewegung beziehungsweise eine jeweilige Stellung des jeweiligen Kolbens bezogen auf einen jeweiligen, bei der jeweiligen Bewegung während des Arbeitsspiels auftretenden Referenzpunkt zu verstehen, wobei dieser Referenzpunkt der zuvor beschriebene obere Zündpunkt (ZOT) sein kann. Unter der gleichen Bewegung beziehungsweise dem gleichen Bewegungsteil ist somit beispielsweise eine jeweilige Bewegung des jeweiligen Kolbens in die gleiche Richtung, über den gleichen Weg und mit gleichem Bezug zum jeweiligen oberen Zündtotpunkt zu verstehen.
  • Je nach Drosselklappenstellung und Motordrehzahl entstehen extreme Unterdruckschwingungen im Ladeluftsammler 12, da dieser konstruktionsbedingt nicht gleichmäßig die gewünschte Luftmenge zur Verfügung stellen kann. Diese sehr ausgeprägten Druckschwankungen beziehungsweise Druckschwingungen bilden gleichzeitig Schallwellen, deren Frequenz abhängig von der Anzahl der Zylinder 3 und der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 1, insbesondere der Kurbelwelle, ist. Diese Schallwellen können zum Beispiel bei Volllast, bei welcher die Drosselklappe 18 vollständig geöffnet ist, fast ungehindert bis an die Ansaugmündung 7 gelangen. Diese Luftschwingungen sind sogar so stark, dass man mit einer entsprechenden Konstruktion eine zusätzliche akustische Abstrahlung erreichen kann. Bei einer solchen Konstruktion sind beispielsweise dünne Wandungen des Luftsammlers 12 und/oder des Luftfilterkastens 9 vorgesehen. Bei Sportwagen mit Saugmotoren wird bei der Konstruktion sogar speziell darauf geachtet, eine besonders gute Akustikabstrahlung zu erreichen. Hierfür werden im Luftfiltergehäuse 9 und dem Einlasstrakt 6, insbesondere dem Luftsammler 12, dünne Bauteile aus faserverstärktem Kunststoff, insbesondere kohlefaserverstärktem Kunststoff (CFK), eingesetzt, die eine besonders dünne und somit schwingungsoptimierte Wandstärke ermöglichen. Die Druckverhältnisse bei einem Saugmotor sind je nach Drosselklappenwinkel derart, dass der Druck nach der Drosselklappe 18 kleiner als der Druck P2 vor der Drosselklappe 18 und der Druck P2 kleiner als der Druck P1 sein kann, wobei der Druck P1 dem barometrischen Umgebungsdruck entspricht.
  • Im Vergleich zu einem Saugmotor kann aus 3 der gegenüber dem Saugmotor komplexere Aufbau der aufgeladenen Verbrennungskraftmaschine 1 erkannt werden. Speziell die Ansaugseite, welche auch als Einlassseite bezeichnet wird, weist im Vergleich zum Saugmotor zusätzliche Komponenten insbesondere in Form des Verdichters 15 auf. Eine weitere zusätzliche Komponente ist der Ladeluftkühler 19. Durch diese zusätzlichen Komponenten sind die offene Gestaltung und somit die Durchgängigkeit des Einlasstrakts 6 wie bei einem Saugmotor nicht mehr realisierbar. Bei einer aufgeladenen Verbrennungskraftmaschine 1 stellen der Ladeluftkühler 19 und demgegenüber noch stärker der Abgasturbolader 25, insbesondere der Verdichter 15, eine akustische Barriere dar. Mittels der Turbine 26 werden das Abgas beziehungsweise der Abgasmassenstrom und der vorhandene Abgasdruck genutzt, um den Verdichter 15 auf Drehzahl zu bringen beziehungsweise anzutreiben. Der Rotor wird beispielsweise auf Drehzahlen von circa 150.000 Umdrehungen pro Minute gehalten und mittels des Wastegates (Umgehungseinrichtung 30) geregelt. Der Verdichter 15, welcher eine Ansaugturbine ist, drückt dabei die Luft durch den Ladeluftkühler 19 in Richtung der Zylinder 3. Nach dem Verdichterrad 17 muss die Luft eine Engstelle passieren, wobei die Engstelle beispielsweise durch einen von der verdichteten Luft durchströmbaren Kanal des Verdichtergehäuses 16 gebildet ist. Somit bilden der Kanal sowie das Verdichterrad 17 selbst eine Engstelle und somit eine akustische Barriere.
  • Akustisch ähnlich verhält sich der Ladeluftkühler 19. Hier wird die Luft durch feine Kanäle mit großer Oberfläche gedrückt, sodass die Luft gekühlt werden kann. Von der Verbrennungskraftmaschine 1 beziehungsweise vom Zylindergehäuse 2 kommende Schallwellen werden durch den konzeptbedingten Aufbau des Ladeluftkühlers 19 und des Abgasturboladers 25 gedämpft. Stromauf der Drosselklappe 18 wird vom Abgasturbolader 25 stets ein gewisser Ladedruck zur Verfügung gestellt. Je nach Fahrerwunsch und somit Lastanforderung wird mittels der Drosselklappe 18 dann nur der Ladedruck für die Zylinder 3 durchgelassen, der benötigt wird. Die Luft wird somit nicht wie bei einem Saugmotor in die Zylinder 3 angesaugt, sobald die Drosselklappe 18 geöffnet wird, sondern in die Zylinder 3 gedrückt.
  • Der Fahrer des Kraftfahrzeugs kann eine von der Verbrennungskraftmaschine 1 über die Kurbelwelle bereitzustellende Last mittels eines Betätigungselements insbesondere in Form eines Fahrpedals einstellen, indem der Fahrer das Fahrpedal betätigt beziehungsweise bedient. Dieses Einstellen der von der Verbrennungskraftmaschine 1 über die Kurbelwelle bereitzustellenden Last wird auch als Lastanforderung bezeichnet. Durch Betätigen des Bedienelements wird die Drosselklappe 18 entsprechend bewegt beziehungsweise verstellt, wodurch dann die Menge der Luft und somit die Last eingestellt werden.
  • Zwischen den Zylindern 3 und der Drosselklappe 18 kommen somit – bis auf wenige Ausnahmen – keine Unterdrücke mehr zustande. Es gibt jedoch Einzelfälle, die durch ein spätes Ansprechverhalten des Abgasturboladers 25 entstehen können. Die extremen Druckschwingungen in der Luftsäule wie bei einem Saugmotor gibt es bei der aufgeladenen Verbrennungskraftmaschine 1 nicht mehr. Es sind jedoch leichte Schwingungen, insbesondere Druckschwingungen, vorhanden. Es handelt sich dabei um minimale Druckunterschiede, die entstehen, wenn bei einem anliegenden Ladedruck spontan ein Ventil, das heißt beispielsweise eines der Einlassventile, geöffnet wird und der Ladedruck das durch das Öffnen des Einlassventils neu entstandene Volumen des entsprechenden Zylinders 3 ausgleicht. Da der Sammler (Ladeluftsammler 12) praktisch nur einen gewissen Luftvorrat hat, entstehen dadurch leichte kurzzeitige Schwingungen im Druckpegel. Mit anderen Worten entstehen Druckänderungen in Form von Druckschwingungen, welche auch als Schwingungen des Einlasstrakts 6 beziehungsweise der Anlage angesehen beziehungsweise bezeichnet werden.
  • Diese Druckschwingungen sind jedoch im Vergleich zu einem Saugmotor relativ gering. Somit weist die aufgeladene Verbrennungskraftmaschine 1, welche auch als Turbomotor bezeichnet wird, im Vergleich zu einem Saugmotor eine schlechtere Ansaugakustik auf. Die Gründe für die schlechtere Ansaugakustik eines Turbomotors sind daher:
    • – sehr geringe Schwingungsamplituden in der Luftsäule vor den Zylindern 3;
    • – die Drosselklappe 18 wirkt als erste Akustikbarriere;
    • – der Ladeluftkühler 19 mit seiner engen Luftführung wirkt als zweite Akustikbarriere;
    • – der Abgasturbolader 25 mit seiner Engstelle am Verdichterrad 17 wirkt als dritte Akustikbarriere;
    • – deutlich längere Rohluftführung gegenüber einem Saugmotor;
    • – keine Abstrahlung über das gesamte Ansauggehäuse auf der Ladeluftseite (wenige Schwingungen, wobei eine sehr steife Auslegung bezüglich des zu erwartenden Berstdrucks hinzukommt).
  • Ähnliche Bedingungen findet man auch bei einer Kompressoraufladung, bei welcher ein mechanischer Lader verwendet wird. Somit hat kaum ein herkömmlicher Turbomotor überhaupt ein Ansauggeräusch. Bei Kompressoren und Turboladern gibt es teilweise Pump- und Heulgeräusche, die jedoch vom Verdichter selbst stammen. Auch Abblasgeräusche von einfachen Turboladerkonzepten können noch einen kleinen Effekt auf die Ansaugakustik geben. Diese sind aber in den meisten Fällen nicht gewünscht und werden mit zusätzlichen Maßnahmen gedämpft.
  • Dabei werden moderne Verbrennungskraftmaschinen zunehmend nach dem sogenannten Downsizing-Prinzip ausgestaltet. Aber speziell das fehlende Ansauggeräusch ist unerwünscht, sodass im Inneren beziehungsweise im Innenraum des Kraftfahrzeugs die fehlende Akustik eines Turbomotors im Vergleich zu einem Saugmotor beispielsweise durch unterschiedliche technische Mittel künstlich aufgewertet wird. Diese Techniken sind bereits weit entwickelt, aber die typische Wahrnehmung als Ansauggeräusch, das von der Verbrennungskraftmaschine 1 kommt, ist nicht gegeben. Mit anderen Worten klingen Geräusche, welche mittels solcher Techniken erzeugt werden und einen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 1 charakterisieren sollen, sehr künstlich beziehungsweise synthetisch und werden selten mit sportlichen Saugmotoren assoziiert. Diese künstlichen beziehungsweise synthetischen Geräusche sind zudem nur im Innenraum wahrnehmbar. In der Umgebung des Kraftfahrzeugs sind zumindest nahezu keine Ansauggeräusche beziehungsweise Ansaugakustik akustisch wahrnehmbar. Es kann sogar so weit gehen, dass in der Umgebung des Kraftfahrzeugs nur noch mechanische Geräusche der Verbrennungskraftmaschine 1 wahrgenommen werden. Diese mechanischen Geräusche werden üblicherweise nicht immer als wertig wahrgenommen. Beispielsweise können von außen klackernde Einspritzventile, Hochdruckpumpen und/oder andere Bauteile des Turbomotors akustisch wahrgenommen werden.
  • Üblicherweise sind alle Maßnahmen, mittels welchen im Kraftfahrzeug die Akustik eines Turbomotors aufgewertet werden soll, sehr aufwendig. Das zu erzeugende Geräusch muss üblicherweise speziell für das jeweilige Kraftfahrzeug entwickelt und dann aufwendig appliziert werden. Zwar wird ein Geräusch erzeugt, jedoch sind die Entstehung dieses Geräuschs sowie die Umsetzung komplett künstlich. Üblicherweise handelt es sich dabei um eine Akustik, die vom Motor mittels Körperschall (Motorlage) sowie der Abgasanlage (Aufhängegummis) über die Abgasmündung (Luftschall) ins Fahrzeuginnere gelangt. Dieser Basisakustik wird dann bei Bedarf ein künstliches Geräusch hinzugefügt. Ein Ansauggeräusch, welches eine Person sowohl im Innenraum des Kraftfahrzeugs als auch von außen wahrnehmen kann, existiert bei modernen Verbrennungsmotoren praktisch nicht mehr.
  • Im Abgasstrang dämpft der Turbolader einen großen Teil der gewohnten Verbrennungsakustik, wie man sie von Saugmotoren her kennt. Je nach Betriebszustand (Wastegate offen oder geschlossen) kommt die Verbrennungsakustik mehr oder weniger gedämpft durch den Abgasstrang bis zur Endrohrmündung durch. Wurde früher bei einem Saugmotor der Abgaskrümmer, welcher auch als Auslasskrümmer bezeichnet wird, bezüglich Leistung optimiert, hatte dies meistens auch einen positiven Einfluss auf die Abgasanlagenakustik. Bei einem Turbomotor verhält es sich genau umgekehrt. Gestaltet beziehungsweise optimiert man den Abgaskrümmer für den Turbolader, so hat dies dann meist die schlechteste Voraussetzung für die Abgasanlagenakustik.
  • Speziell die typische Akustik aus der Ansaugmündung eines Saugmotors wurde vom Fahrer meist positiv und speziell bei sportlichen Fahrzeugen als sehr emotional wahrgenommen. Nicht die Geräusche aus der Abgasmündung, sondern die vom Saugmotor bekannten Ansauggeräusche wurden vom Fahrer als Drehzahl-/Lastrückmeldung wahrgenommen. Durch einen Turbolader beschränkt sich nun jedoch der größte Teil der Akustik auf das, was von der Abgasrohrmündung wieder in den Innenraum eingekoppelt wird. Das Geräusch kommt somit aber nicht vom Motor (Fahrzeugfront), sondern von der Abgasmündung (Fahrzeugheck). Es fällt durch den Turbolader zudem sehr viel tieffrequenter beziehungsweise dumpfer auf. Begleiterscheinungen der Turboauflader sind zudem akustische Auswirkungen, die in heutigen Fahrzeugen eher nicht gewollt sind. Dies sind brummige und dröhnige Bereiche speziell in niedrigen Drehzahlbereichen unter höherer Last.
  • Sowohl die akustische Rückmeldung als auch die akustische Dämpfung werden daher heute oft mittels mechanischen oder elektronischen Mitteln unterstützt. Dazu gibt es mehrere, aber auch sehr unterschiedliche Ansätze. Im Folgenden werden mechanische Akustikunterstützungen beschrieben: Es ist bekannt, mechanische Systeme einzusetzen, welche die Ladedruckschwingungen an die Umwelt abgeben können. Diese mechanischen Systeme werden konstruktiv an die Fahrzeugkabine angebunden und reichen von der Leistung aus, im Fahrzeuginneren eine entsprechende Motorakustik umzusetzen. Ein repräsentatives Ansauggeräusch können sie jedoch nicht erreichen beziehungsweise nicht leisten. Dafür reicht die umsetzbare Schallleistung nicht aus. Beispielsweise durch eine mechanische Einheit wird die Akustik in den Innenraum des Kraftfahrzeugs weitergeleitet. Solche Systeme werden oft an die Ladedruckseite des Motors konstruiert und geben die Motorakustik über einen mechanischen Übertragungsweg in den Innenraum. Solche Systeme existieren auch als geschaltete Varianten. In diesem Fall ist eine schaltbare Klappe im System integriert. Somit lassen sich der Ladedrucksound beziehungsweise die Ladedruckschwingungen in zwei Lautstärken in die Fahrgastzelle (Innenraum) übermitteln. Ferner ist es möglich, das Ladedruckgeräusch (Ladedrucksound) beziehungsweise die Ladedruckschwingungen in einer anderen Schaltvariante vollständig zu unterdrücken. Die Steuerung kann dabei direkt über einen Schalter beziehungsweise ein Bedienelement oder über Kennfelder erfolgen. Die Kennfelder können ebenfalls über ein Bedienelement gesteuert sein.
  • Der Vorteil dieser Systeme ist, dass die Ladedruckschwingung nahezu in Echtzeit an die Insassen weitergegeben wird. Nachteilig dagegen ist der konstruktive Aufwand, um solche Systeme unterzubringen. Speziell bei V-Motoren ist dies der Fall, bei denen dann gegebenenfalls zwei dieser Systeme erforderlich sind, da ein solcher V-Motor üblicherweise zwei Zylinderbänke aufweist. Auch die Kosten sind relativ hoch, vor allem, wenn das System schaltbar ausgeführt ist. Dabei ist es denkbar, dass das System seine Akustik deutlich abhängig von dem aufgebauten Ladedruck abgibt. Bei solchen Systemen kann man jedoch nur durch einen erheblichen Eingriff in die innere Konstruktion Veränderungen am übertragenen Geräusch, welches auch als Sound bezeichnet wird, nehmen. Derartige Systeme können zudem nur einen bestimmten Frequenzbereich optimal übertragen. Die stets gewünschte Drehzahl-/Lastrückmeldung, wie sie von Saugmotoren bekannt ist, können diese Systeme nicht vollständig erfüllen.
  • Eine weitere Möglichkeit, die natürliche Motorakustik wieder dem Fahrer näherzubringen, ist der Einsatz von aktiven Motolagern. Mittels mehrerer Motorlager wird die Verbrennungskraftmaschine 1 (Motor) von der Karosserie des Kraftfahrzeugs entkoppelt. Je nach Motorkonzept und Last setzt ein Motor mehr oder weniger Schwingungen frei. Bei auf Komfort ausgelegten Fahrzeugen sind die Motorlager entsprechend dämpfend ausgelegt, sodass nur geringe Motorschwingungen an die Karosserie und somit an den Fahrer übergehen. Bei sportlichen Fahrzeugen wird oft eine etwas härtere Anbindung gewählt, um einen sportlichen Charakter und eine gewisse Rückmeldung vom Motor zu erzielen. Aktive Motorlager ermöglichen eine gezielte, fast linear applizierbare Spreizung zwischen diesen beiden Zuständen. Die Steuerung kann dabei direkt über ein Bedienelement oder über Kennfelder erfolgen. Die Kennfelder können ebenfalls über ein Bedienelement gesteuert sein. Eine echte sportliche Akustik können diese Systeme nicht vermitteln. Vielmehr bekommt man etwas Körperschallrückmeldung, ähnliche wie bei kompromisslosen Sportwagen, bei denen sämtliche Erschütterungen sowohl vom Motor und Antriebsstrang als auch vom Fahrwerk körperlich wahrnehmbar werden.
  • Auch natürliche Verbrennungsgeräusche über die Abgasanlage tragen ihren Beitrag zur Akustik im Fahrzeug bei. Diese werden bei leistungsstärkeren Fahrzeugen oft über zusätzliche Abgasklappen gesteuert. Mit diesen Abgasklappen schafft man eine Spreizung zwischen Komfort und Sportlichkeit. Die Klappen werden üblicherweise über ein Bedienelement und/oder über entsprechende Kennfelder gesteuert. Die unterschiedlichen Kennfelder ermöglichen dann eine Klappensteuerung über Drehzahl und Lastanforderung für jeden Gang. Eine sportliche Abgasanlage in Auslegung mit eventuell zusätzlicher Verwendung von Abgasklappen kann dem Fahrzeug außerhalb einen relativ kraftvollen Auftritt verleihen. Sie kann jedoch bei Turbomotoren nicht die Agilität und Drehfreude einer Motorakustik, die von vorn kommen sollte, ersetzen.
  • Zudem ist der Einsatz von elektronischen Systemen bekannt. Dabei handelt es sich beispielsweise um Systeme mit Steuergerät und Leistungseinheit, die eine zuvor appliziert synthetische Motorakustik über einen Shaker an der Karosserie abgeben beziehungsweise diese anregen. Unter einem solchen Shaker ist ein Körperschallwandler zu verstehen. Bei solchen Systemen bekommt ein Steuergerät Informationen bezüglich Drehzahl und Last und gibt dementsprechend applizierte Werte an wenigstens einen Shaker weiter. Dieser Shaker ist beispielsweise der zuvor beschriebene Aktor. Die applizierten Werte werden dabei mittels Kennfelder je nach Drehzahl und Last ausgeprägt. Der Shaker erzeugt mechanische Anregungen und gibt diese direkt an die Fahrzeugkarosserie weiter. Diese werden dann im Fahrzeuginnenraum von der Karosserie abgestrahlt und so von den Insassen wahrgenommen. Die Basis für das Geräusch beziehungsweise den Sound ist dabei aber komplett synthetisch, also von einem Sounddesigner künstlich für das entsprechende Fahrzeug erstellt. Die Shaker werden dabei meist in der Fahrzeugfront zwischen Innen- und Motorraum unterhalb der Windschutzscheibe verbaut. Shaker sind im Prinzip Spulen, die eine Masse in Bewegung setzen und durch die man dann weiter Flächen anregen kann. Man kann sie sich ähnlich wie Lautsprecher vorstellen, wobei ein solcher Shaker jedoch keine Lautsprechermembrane aufweist, welche Schallwellen erzeugen kann. Die Eigenschaften der fehlenden Membrane übernimmt eine Schwingfläche am Verbauort.
  • Die Motorakustik ist in diesem Fall komplett künstlich designt und somit synthetisch. Sie hat also nichts mit der Realität zu tun und klingt übertrieben schnell künstlich. Das übertragene Spektrum ist zudem sehr stark abhängig von dem, was die Karosserie aufnehmen kann. Nicht der Shaker ist ausschlaggebend für die Akustik, sondern die Schwingung, welche die Karosserie bezüglich der Anregung durch den Shaker aufnehmen kann. Leichte Eintragungen von einem Shaker funktionieren relativ gut. Problematisch wird es, wenn sehr hohe Akustikeinträge im Fahrzeug verlangt werden. Dann stößt ein solches System schnell an seine Grenzen.
  • Ferner sind elektronische Systeme mit wenigstens einem Steuergerät bekannt, die eine zuvor applizierte synthetische Motorakustik über eine bereits vorhandene Audioanlage des Fahrzeugs, insbesondere im Innenraum, abgeben. Bei solchen Systemen nutzt ein Steuergerät die vorhandene Audioanlage. Es wird dabei parallel zu einem bestehenden Audiosignal, welches beispielsweise von einem Radio oder einem CD-Spieler bereitgestellt wird, ein Signal an einen Verstärker der Audioanlage gegeben. Der Verstärker unterstützt eine entsprechende Motorakustik über vorhandene Lautsprecher der Audioanlage. Ähnlich wie zuvor beschrieben werden diese Geräusche beziehungsweise Sounds komplett synthetisch erzeugt und gegebenenfalls etwas auf die bestehende Grundakustik angepasst. Ein solches System kann als autarkes Steuergerät neben den bestehenden Audiosystemen aufgebaut oder in ein bestehendes System (Verstärker) integriert sei. Im Steuergerät selbst läuft dann ein entsprechender Algorithmus ab, der die bereits vorhandenen Motorordnungen – durch entsprechende Applikation – in Übertragungslücken auffüllt oder um weitere, akustisch sinnvolle oder weniger sinnvolle Ordnungen ergänzt. Um einen solchen unterstützenden Sound auf alle relevanten Fahrprofile abzustimmen, werden dabei entsprechende Führungsgrößen von anderen Steuergeräten zur Verfügung gestellt. Dies kann zum Beispiel ein Steuergerät sein, von dem Signale über einen Bus (CAN, Flexray etc.) an ein entsprechendes Steuergerät zur Akustikgestaltung weitergeleitet werden. Führungsgrößen für eine auf alle Fahrprofile abgestimmte Akustikunterstützung können dabei Drehzahl, Drehmoment, Pedalstellung, Fahrmodi, Gang, Geschwindigkeit, Motortemperatur, Zeit etc. sein.
  • Ferner sind Systeme bekannt, welche die Außenakustik beeinflussen. Ein solches System kann Aktoren (Lautsprecher) in beziehungsweise an der Abgasanlage umfassen, wobei ein solcher Aktor gezielt das Mündungsgeräusch beeinflusst. Dabei wird ähnlich wie bei den oben genannten Systemen bestimmten Führungsgrößen der bestehenden Abgasakustik eine weitere künstliche Akustik hinzugefügt. Diese Akustik wird dann nicht nur außen, sondern auch im Innenraum wahrgenommen. Auch diese umgesetzte Akustik ist komplett künstlich erstellt und somit synthetisch. Ferner ist es denkbar, einen Drucksensor zu nutzen, um – wie zuvor beschrieben – Ladedruckschwingungen aufzunehmen, das heißt zu erfassen, und diese über eine einfache, insbesondere diskrete, Schaltung inklusive Leistungsverstärker mittels eines Aktors wie beispielsweise eines Shakers in der Fahrzeugfront abzugeben. Ein Shaker erregt dabei beispielsweise den Luftfilterkasten 9 oder einen anderen Schwingkörper wie beispielsweise die Motorhaube an und gibt somit echte Schwingungen an dem Turbolader vorbei als Ansaugakustik aus. Bei diesem System ist die Sound-Erzeugung (Geräusch-Erzeugung) echt, aber die Wiedergabe kann künstlich sein. Da vorzugsweise eine diskrete Schaltung vorgesehen ist, kann dieses System als zumindest nahezu Echtzeitsystem bezeichnet werden.
  • Eine weitere Möglichkeit, Einfluss auf die Akustik zu nehmen, ist beispielsweise über gezielte Motorapplikationen realisierbar. Dabei werden unter bestimmten Fahrbedingungen gezielte Verbrennungsaussetzer erzeugt, obwohl sie für den Motorbetrieb nicht benötigt werden. Speziell in Schubphasen werden gezielte unregelmäßige Einspritzungen in den Abgasstrang geleitet und gezündet, um einen akustischen Effekt zu erreichen. Diese unter dem Begriff Schubblubbern oder -brubbeln kommunizierte Funktion wird nur zur emotionalen akustischen Unterstützung eingesetzt. Sie macht sich zwar hauptsächlich im Außenbereich bemerkbar, ist aber dennoch auch im Innenraum deutlich wahrnehmbar.
  • Neben der aktiven Soundgestaltung über die oben beschriebenen Systeme kommen vermehrt Systeme zur Geräuschreduzierung zum Einsatz. Diese Systeme fasst man unter dem Begriff ANC zusammen. Aktuell gibt es Systeme im Fahrzeug, die mittels Mikrofonen, einem geeigneten Algorithmus und einem Lautsprecher gezielt bestimmte störende Frequenzen auslösen. Dieses System dient somit der Geräuschreduzierung und kommt beispielsweise in Fahrzeugen mit Zylinderabschaltung zum Einsatz. Das System dämpft gezielt Störgeräusche beziehungsweise Frequenzen, die bei der Zylinderabschaltung auftreten.
  • Auch für den Außenbereich sind solche ANC-Systeme in der Entwicklung, jedoch noch nicht in Serie. Mittels Aktoren (Lautsprechern) in der Abgasanlage sollen dabei gezielt Mündungs-Pegel abgesenkt werden. Ähnlich wie diese Systeme für Innen-ANC wird dabei über einen Algorithmus ein Gegenschallpegel erzeugt, der sich dämpfend auf das Außengeräusch auswirkt. Für die Signalerfassung beziehungsweise Regelung werden dabei Drucksensoren im Abgasstrang im Bereich der Endrohrmündung genutzt. Damit stellt beziehungsweise berechnet man die richtige Phasenlage der vorhandenen und auszulöschenden Schallwellen zueinander sicher.
  • Eine weitere Komponente, die Einfluss auf die Innenraumakustik hat, können Fahrwerksdämpfer sein. Hier gibt es verstellbare Komponenten, die unterschiedliche Dämpfungseinstellungen ermöglichen. Hier kann der Fahrer oft Einstellungen zwischen Komfort und Sport vornehmen. Der Einstellungswunsch bezieht sich damit aber eher auf die Straßenlage, also auf ein sportlich hartes oder komfortabel weiches Fahrwerk. Eine sportliche Einstellung wirkt sich jedoch – bei schlechtem Straßenbelag – negativ auf die Innenraumakustik aus. Diese Maßnahmen dienen jedoch eher der akustischen Rückmeldung der Fahrbahn. Sie haben also wenig mit der akustischen Rückmeldung vom Motor zu tun.
  • In 1 sind Komponenten gezeigt, die in einem Kraftfahrzeug, welches in 1 im Ganzen mit 60 bezeichnet ist, Einfluss auf die Akustik haben können. 1 zeigt dabei auch solche Systeme, die einen ähnlichen Effekt haben, jedoch nicht zusammen zum Einsatz kommen. 1 zeigt damit Komponenten, die eine Akustikunterstützung verursachen oder reduzieren können.
  • In 1 ist der Innenraum des im Ganzen mit 60 bezeichneten Kraftfahrzeugs mit 61 bezeichnet. Das Kraftfahrzeug 60 umfasst ein Antriebsaggregat 62, welches beispielsweise als Verbrennungsmotor, insbesondere Ottomotor oder Dieselmotor, Hybridmotor oder Elektromotor ausgebildet ist. Ferner zeigt 1 ein Steuergerät 63, welches das zuvor genannte Motorsteuergerät zum Betreiben, das heißt Regeln oder Steuern, des Motors 62 ist. Mit 64 ist die Abgasanlage bezeichnet, welche in 3 als Abgastrakt 20 bezeichnet ist. Dabei sind mehrere Umsetzungsvarianten der Abgasanlage 64 möglich. Beispielsweise kann die Abgasanlage 64 Schalldämpfer mit wenigstens einer Klappe und/oder eine aktive Dämpfung aufweisen. Ferner umfasst das Kraftfahrzeug 60 wenigstens einen Aktor 65, welche beispielsweise als im Innenraum 61 angeordneter Lautsprecher ausgebildet ist. Dieser Lautsprecher kann dabei Bestandteil der bereits vorhandenen Audio-Anlage des Kraftfahrzeugs 60 sein. Mit 66 ist ein im Innenraum 61 angeordnetes Mikrofon bezeichnet, welches beispielsweise Bestandteil einer bereits vorhandenen Freisprecheinrichtung sein kann. 67 bezeichnet ein Steuergerät zur Akustikerzeugung im Innenraum 61, sodass das Steuergerät 67 beispielsweise für ein ASD-System und/oder ein ANC-System genutzt wird. Mit 68 ist ein Audioverstärker zur Leistungserzeugung für den Aktor 65 bezeichnet.
  • Das Kraftfahrzeug 60 umfasst ferner ein Steuergerät 69 mit Leistungseinheit zur Akustikerzeugung im Fahrzeugaußenbereich, das heißt in der mit 70 bezeichneten Umgebung des Kraftfahrzeugs 60. Ferner umfasst das Kraftfahrzeug 60 wenigstens einen weiteren Aktor 71, welcher beispielsweise als Lautsprecher ausgebildet ist. Der Aktor 71 dient der Schallerzeugung in der Abgasanlage 64. Ferner ist ein Sensor 72 vorgesehen, welcher der Messwerterfassung in der Abgasanlage 64 dient. Der Sensor 72 ist beispielsweise als Mikrofon oder Drucksensor ausgebildet. Des Weiteren ist ein Aktor 73 zur Schallerzeugung im Außenbereich vorgesehen, wobei der Aktor 73 als Lautsprecher ausgebildet sein kann. In 1 ist mit 74 eine Mündung der beispielsweise als aktive oder passive Abgasanlage ausgebildeten Abgasanlage 64 bezeichnet. Das Kraftfahrzeug 60 umfasst ferner ein Bussystem 75 zwischen den Steuergeräten und Aktoren beziehungsweise Sensoren, wobei das Bussystem 75 der Übertragung von Bus- und Sensorsignalen sowie der Leistungsversorgung dient. Ferner ist ein Steuergerät 76 zur Ansteuerung eines mechanischen Aktors 77 zur Schwingungs- und Akustikerzeugung an der Karosserie des Kraftfahrzeugs 60 vorgesehen. Der Aktor 77 ist beispielsweise als Shaker ausgebildet. Darüber hinaus sind aktive Motorlager 78 zur variablen Dämpfung der lastabhängigen Motoranregung vorgesehen. Mit 79 ist ein Leitungssystem zwischen den Steuergeräten und den Komponenten bezeichnet, wobei das Leitungssystem 79 Leistungs- und Signalleitungen umfasst. Ferner ist mit 80 ein passiver Abgasschalldämpfer und mit 81 eine Mündung mit Abgasklappe einer passiven Abgasanlage bezeichnet. 82 bezeichnet einen Verstellaktor für eine Abgasklappe, wobei 83 variabel verstellbare Fahrwerksdämpfer bezeichnet. Das Kraftfahrzeug 60 umfasst ferner ein Steuergerät 84 zur Ansteuerung der Dämpferaktorik, das heißt der Fahrwerksdämpfer 83. Weiter umfasst das Kraftfahrzeug 60 eine mechanische Akustikmembrane 85, welche Ladedruckschwingungen in Umgebungsschwingungen umwandeln kann. Ferner ist ein Ladedruckrohr 86 vorgesehen, welches beispielsweise als der Ladedrucksammler 12 ausgebildet ist. Schließlich ist ein Akustikrohr 87 zur Weiterleitung, insbesondere der Ladedruckschwingungen, in den Innenraum 61 vorgesehen. Bei den Steuergeräten 67, 68 und 69 kann es sich um einzelne Steuergeräte handeln. Es ist aber auch ein Verstärker denkbar, der die Steuergeräte 67, 68, 69 beinhaltet.
  • Das Antriebsaggregat 62 kann ein Motor, insbesondere ein Verbrennungsmotor und dabei beispielsweise ein Ottomotor oder Dieselmotor, sein oder als ein Aggregat ausgebildet sein, welches eine Kombination aus Verbrennungsmotor mit elektrischer Unterstützung ist. Das Kraftfahrzeug 60 ist somit ein Fahrzeug, das rein verbrennungsmotorisch fährt, rein elektrisch oder in einer Kombination beider Betriebsarten. Auch ein Betrieb in einer Range-Extender-Version ist denkbar. Dabei erzeugt ein Verbrennungsmotor elektrische Energie, und ein elektrischer Antrieb sorgt alleine für den direkten Antrieb des Fahrzeugs. Ferner kann ein Getriebe vorgesehen sein, welches als Automatik- oder Handschaltgetriebe oder als anderes Getriebe ausgebildet sein kann. Bei elektrischen Antrieben kann ein direktes Getriebe ohne Übersetzung zum Einsatz kommen oder ein Getriebe entfallen.
  • Alle oben beschriebenen Verfahren beziehungsweise Systeme beeinflussen die Innenakustik eines Fahrzeugs. Die mechanischen Systeme – welche auf der Ladedruckseite des Motors abgegriffen werden beziehungsweise eine entsprechende Messgröße abgreifen – als auch die Abgasklappe im Abgasanlagenendrohr geben dabei noch eine relativ natürliche Akustik wieder oder beeinflussen sie lediglich. Sämtliche im Einsatz befindlichen Systeme zur Akustikerzeugung über Aktoren wie Shaker, externe Lautsprecher und/oder über bereits vorhandene Lautsprecher sind dagegen komplett synthetisch, vor allem in der Akustikerzeugung. Aus Kostengründen werden letztere aber immer häufiger gegenüber den mechanischen Systemen eingesetzt.
  • Ferner ist ein System denkbar, bei dem ein spezielles Steuergerät in Abhängigkeit von Motordrehzahl und Last entsprechende Motorordnungen erzeugt und diese über die Audio-Anlage in den Innenraum 61 spielt. Mittels weiterer Stellwerte wie Fahrmodischalter werden dadurch in Abhängigkeit von der gewünschten Einstellung unterschiedliche Sound- und Lautstärkeausprägungen über die Audio-Anlage ausgegeben. Die Applikation des Sounds ist dabei vollständig künstlich designt und wird somit auch synthetisch ausgegeben. Dadurch ist es dann auch möglich, Fahrzeuge, die sich von der Basis – also Motor und Karosserie – kaum voneinander unterscheiden, im Innenraum vollkommen unterschiedlich klingen zu lassen. Bei der Soundapplikation muss dabei Rücksicht auf die vorhandene Akustik genommen werden, da die zusätzliche Akustik zwar halbwegs drehzahlsynchron, aber nicht kurbelwellensynchron ausgegeben wird.
  • Weist eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere in V-Bauweise, zwei Zylinderbänke auf, welche auch als Bänke bezeichnet werden, und ist ferner je Bank wenigstens ein Turbolader vorgesehen, so wird beispielsweise jeweils einer der Turbolader von einer Bank mit Abgas versorgt. Beispielsweise bei einem Acht-Zylinder-Motor kann ein bankübergreifender Abgaskrümmer verwendet werden. Somit kann gewährleistet werden, dass jeder der beispielsweise als Twin-Scroll-Turbolader ausgebildeten Turbolader die jeweils beste Abgasanströmung bekommt. Ein solches Konzept hat große Vorteile bezüglich des Ladungswechsels und des Ansprechverhaltens, jedoch wirkt sich das Konzept akustisch nachteilig aus. Je nach Last und Drehzahl sowie Abgasanlagengestaltung, mutieren die Mündungsgeräusche zunächst im unteren Drehzahlbereich achtzylindrig und gehen dann zu höheren Drehzahl-/Lastbereichen in eine Vier-Zylinder-Akustik über. Sowohl die durch das Turbokonzept fehlende Ansaugakustik, als auch das krümmerkonzeptbedingte Endrohrmündungsakustik können Auslöser zum Einsetzen von ASD sein. Durch ASD kann die fehlende Ansaugakustik überspielt beziehungsweise kompensiert werden.
  • Jedoch ist ASD Kritik ausgesetzt. Dies liegt einerseits daran, dass ASD komplett künstlich erstellt wird. Ein weiterer Grund dafür könnte die Ausprägung sein. Es werden häufig Sound-Charaktere herausgehört, die für den speziellen Motortyp als untypisch interpretiert werden. Ein Turbomotor hat von der Basis meist sehr wenige echte Motorordnungen, die von der Abgasmündung wahrgenommen werden können. Wenn nun sehr viele Motorordnungen dazugespielt werden, dann kann es sein, dass in bestimmten Bereichen der Eindruck entsteht, dass ein vollständig anderer Motor verbaut ist, als dies tatsächlich der Fall ist.
  • 2 veranschaulicht nochmals den akustischen Einfluss von Saugmotor, Turbomotor und eines ASD-Systems. In 2 ist mit 88 der Motorraum bezeichnet, in welchem das Antriebsaggregat 62 angeordnet ist. Ferner bezeichnet 89 eine Stirnwand, durch welche der Motorraum 88 vom Innenraum 61 in Fahrzeuglängsrichtung getrennt ist. 90 bezeichnet einen Frontlautsprecher der ohnehin vorhandenen Audioanlage, wobei 91 einen Hecklautsprecher der Audioanlage bezeichnet. Die Audioanlage wird auch als HiFi-Anlage bezeichnet, wobei die Lautsprecher 90 und 91 im Innenraum 61 angeordnet sind. Ferner ist eine Trennwand 92 zwischen dem Innenraum 61 und einem Kofferraum 93 des Kraftfahrzeugs 60 vorgesehen. Mit 94 ist der Anteil des akustischen Eintrags des Ansauggeräuschs eines Turbomotors in den Innenraum 61 bezeichnet. 95 bezeichnet den Anteil des akustischen Eintrags des Ansauggeräusches eines Saugmotors in den Innenraum 61. 96 bezeichnet den Anteil des akustischen Beitrags der abgestrahlten Akustik eines Saugmotors über die Stirnwand 89 in den Innenraum 61. 97 bezeichnet den Anteil des akustischen Beitrags in der abgestrahlten Akustik eines Turbomotors über die Stirnwand 89 in den Innenraum 61. Ferner bezeichnet 98 den akustischen Beitrag von ASD in den Innenraum 61 mit Front-/Heckverteilung. Ferner bezeichnet 99 den Anteil des akustischen Eintrags des Abgasanlagenmündungsgeräusches eines Turbomotors über die Trennwand 92 in den Innenraum 61. Schließlich bezeichnet 100 den Anteil des akustischen Eintrags des Abgasanlagenmündungsgeräusches eines Saugmotors über die Trennwand 92 in den Innenraum 61. Den folgenden Ausführungen liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Akustik eines Saugmotors eine zu erreichende Zielgröße bildet, die durch Erzeugen eines Geräusches erreicht werden soll. Die ASD-Technologie soll dabei Defizite des Geräusches eines Turbomotors zum Saugmotor ausgleichen.
  • Aus 2 lässt sich erkennen, dass der akustische Eintrag von der Abgasmündung (zumindest vom Pegel) nahezu gleich geblieben ist, wobei dies subjektiv jedoch anders ist. Der Saugmotor hat im Normalfall ein sehr breitbandiges Abgas-Mündungsgeräusch, aus dem sich der Pegel zusammensetzt. Der Turbomotor hat ein eher schmalbandigeres und auch tieffrequenteres Abgasmündungsgeräusch. Tiefe Frequenzen übertragen sich jedoch – wenn auch nicht so emotional – leichter in den Innenraum 61.
  • Der akustische Eintrag aus der Fahrzeugfront zwischen Saugmotor und Turbomotor hat sich jedoch stark verschoben. Nicht allein die fehlende Akustik des Turbomotors ist daran schuld, sondern durch die fehlende überdeckende Ansaugakustik treten nun vielmehr die mechanischen Geräusche des Motors in den Vordergrund. Dies sind jetzt speziell bei Turbomotoren Geräusche der Hochdruckeinspritzung, der Injektoren, der Hochdruckpumpe sowie die Betriebsgeräusche des Turboladers. Diese Geräusche sind unerwünscht und werden gegebenenfalls mittels zusätzlicher Dämmung unterdrückt. Dies lässt wiederum weniger Geräusche vom Motor durch, die eventuell sogar gewollt sind. All diese oben beschriebenen Defizite soll nun die ASD-Technologie ausgleichen. ASD bietet eine Möglichkeit, gezielt Einfluss auf die Innenraumakustik zu nehmen. Zudem gibt es die Möglichkeit, über Software identische Fahrzeuge alleine komplett unterschiedlich klingen zu lassen. Durch die komplett synthetische Erzeugung muss man jedoch auf vorhandene Akustik Rücksicht nehmen. Ein Nachteil dabei ist, dass sowohl der Soundcharakter, als auch dessen Ausprägung bei ASD komplett künstlich designt sind. Salopp gesagt wird etwas kreiert, was zur bestehenden Akustik passt. Sie hat also keinen natürlichen Hintergrund. Im Folgenden wird darauf im Detail eingegangen, woraufhin Verbesserungsmöglichkeiten aufgezeigt werden. Wie bereits beschrieben, werden bei ASD über Drehzahl und Last sowie weitere Leitgrößen entsprechende Frequenzen beziehungsweise Motorordnungen berechnet. Die akustische Wiedergabe erfolgt jedoch über das bereits vorhandene Audiosystem beziehungsweise die bereits vorhandene Audio-Anlage.
  • Bei früheren Saugmotoren kommt der größte Akustik-Eintrag nicht über die Abgasanlage, sondern über die Sauganlage, also das Ansauggeräusch über die Ansaugmündung sowie die Abstrahlung der Ansaugschwingungen über die Sauganlage im Motorraum. Im Gegensatz zu den Turbomotoren, bei denen die meiste Akustik aus dem Heck wahrgenommen wird, kommt die Akustik bei Saugmotoren aus dem Motorbereich und somit gefühlt von dem Motor. Beide Akustikquellen haben dabei einen echten Bezug zur Verbrennung. Diese Akustiken werden somit synchron zur Kurbelwelle beziehungsweise zum ZOT der einzelnen verbrennenden beziehungsweise ansaugenden Zylinder wahrgenommen. Beide Akustikquellen harmonieren somit praktisch zueinander. Dies ist beispielsweise anhand eines Ordnungsspektrums erkennbar, das bei einem Turbomotor im dritten Gang bei Volllast im Innenraum ohne künstliche Unterstützung mittels ASD aufgenommen wird. Dieses Ordnungsspektrum spiegelt die Akustik wider, die von der Abgasmündung in das Fahrzeuginnere übertragen wird. Einen kleinen Teil davon trägt auch der Motor bei. Dieser Teil beruht jedoch hauptsächlich auf mechanischer Schwingungsrückmeldung über die Motoranbindung und somit über die Karosserie. Da die Ansaugakustik kaum noch vorhanden ist, spiegelt sich in dieser Aufnahme nur wenig wider.
  • Turbomotoren und auch die Fahrzeugkarosserie neigen dazu – wie bei Drehzahl/Last – keinen besonders stetigen Verlauf der Motorordnungen bezüglich der Abgasmündungsakustik in den Innenraum zu übertragen. Die von Turbomotoren abgelösten Saugmotoren hatten einen relativ stetig und breitbandig über die Drehzahl und Last ausgeprägten Ordnungs- beziehungsweise Akustikverlauf. Die Ordnungen und der Pegel nahmen sogar über Drehzahl und Last zu. Der Fahrer bekam somit die – auch von Sportwagen bekannte – Drehzahl-/Lastrückmeldung und das Gefühl eines drehfreudigen Motors. Die Drehzahl und die Last konnten praktisch vom Fahrer über die Akustik eingeschätzt werden. Im Ordnungsdiagramm kann man bei einem Turbomotor genau das Gegenteil erkennen. Die Motorordnungen gehen im Bereich zu hoher Drehzahlen sogar in ihrer Intensität zurück. In einem zuvor genannten Ordnungsdiagramm kann man zudem erkennen, dass der Motor beziehungsweise der Abgasstrang im unteren Drehzahlbereich – am Beispiel eines 6-Zylinder-Motors – die dritte Motorordnung extrem intensiv (laut) ausprägt. Zudem sind beispielsweise im Bereich von 2.000 bis 4.000 Umdrehungen pro Minute sogar höhere Motorordnungen vier, fünf sowie sechste Motorordnungen ausgeprägt. Diese verlieren sich aber zu den hohen Motordrehzahlen. Zu den hohen Motordrehzahlen schleicht sich hingegen eine 1,5-te Motorordnung ein. An diesem Beispiel ist der akustische Umstand zu erkennen, den man speziell bei sportlichen Fahrzeugen überhaupt nicht möchte. Im unteren Drehzahlbereich hat man Motorordnungen, die extrem intensiv ausgeprägt sind. Sie erzeugen oft eine ungewünschte brummige und dröhnige Aufdringlichkeit.
  • Zu den hohen Motordrehzahlen hin wird die Intensität geringer. Der Fahrer hat dadurch den Eindruck, der Motor wird zu den oberen Drehzahlen hin leiser. Kommen in den oberen Drehzahlen höhere Motorordnungen (höhere Frequenzen) dazu, so hat man den Eindruck, die Motordrehzahl steigt schneller an, als sie es in Wirklichkeit tut. Der Fahrer empfindet somit den Motor als extrem drehwillig und somit sportlich. Bei einem Turbomotor verhält es sich komplett anders. Zu den oberen Drehzahlen nimmt die Intensität der Hauptmotorordnung ab und es entstehen auch keine höheren Motorordnungen. Im Gegenteil, es kommt noch eine niedrigere 1,5-te Motorordnung hinzu. Diese beiden Gegebenheiten, also die sinkende Intensität der Hauptmotorordnung als auch die dazu gekommene niedrigere Motorordnung lassen die Motordrehzahl und den Lasteindruck niedriger erscheinen. Der Fahrer hat den Eindruck, dem Motor fehle es als Drehwilligkeit beziehungsweise an Leistung speziell im oberen Drehzahlbereich.
  • Dazu verglichen werden kann eine Innenakustik-Volllastaufnahme mit ASD-Unterstützung. Mittels ASD wird dabei jedoch das Ordnungsspektrum für die Innenraumakustik aufgewertet. Je nach Lastzustand wird das lückenhafte Ordnungsspektrum aufgefüllt, damit es über den gesamten Drehzahlbereich einen stetigen Verlauf ergibt. Gleichzeitig wird eine über Drehzahl ansteigende Intensität der typischen Motorordnungen umgesetzt. Speziell für eine sportliche Abstimmung – im Volllastbereich – werden meist noch höhere Motorordnungen hinzugefügt. Der Fahrer hat dadurch den Eindruck und die entsprechende Rückmeldung über einen willig nach oben drehenden Motor, ähnlich, wie er es von früheren Saugmotoren kennt. Selbst das akustisch dumpfe Ansprechen von Turbomotoren kann mittels dieser Technik aufgewertet werden. Akustisch wird dadurch ein besseres Ansprechverhalten erzeugt.
  • Die Intensität beziehungsweise Ausprägung der akustischen Unterstützung mittels ASD ist abhängig vom gewählten Fahrprogramm und von der applizierten Basis der Grundakustik. Die Grundakustik setzt sich dabei aus dem zusammen, was von Motor und Abgasanlage über den entsprechenden Lastbereich in das Fahrzeuginnere übertragen wird. Somit setzt die ASD-Applikation beispielsweise auf die applizierte Abgasklappensteuerung auf. Bei der Applikation der akustischen Unterstützung mittels ASD muss dabei sehr auf die vorhandene Akustik Rücksicht genommen werden. Um eine ausgewogene Akustik zu gewährleisten, füllt man daher für schon vorhandene Motorordnungen idealerweise nur noch Lücken auf. Die von der Motorsteuerung erzeugte beziehungsweise applizierte Akustik mittels Abgasklappe und die vom Akustiksteuergerät erzeugte beziehungsweise applizierte Akustik über die HiFi-Anlage beziehungsweise Shaker müssen aufeinander abgestimmt werden. Ändert man die Kennfelder der Abgasklappe oder die Abgasanlage, dann passen die jeweiligen Akustiken nicht mehr zusammen. Das Gesamtgeräusch klingt dann teilweise schief. Genauer gesagt können Schwebungen zwischen identischen (also vorhandenen und künstlich erstellten) Motorordnungen entstehen. Ferner können durch eine neue Abgasklappenapplikation beziehungsweise Basisakustik neue Akustiklücken entstehen, die auf einmal nicht mehr gefüllt sind. Das akustische Gesamtbild ist dann nicht mehr stimmig. Dies wird anhand eines sehr vereinfachten Beispiels mit lediglich einer Schwingung in 4 deutlich. 4 zeigt ein Beispiel einer Schwebung mit zwei identisch ausgeprägten Schwingungen mit unterschiedlichen Phasenlagen.
  • Ein weiterer Nachteil der bisherigen Geräuscherzeugung ist, dass beim Sounddesign Rücksicht auf die bestehende Akustik genommen werden muss. Hintergrund ist vermutlich die fehlende Drehzahlsynchronität. Wird zu einer vorhandenen Motorordnung eine zusätzliche identische Motorordnung (eventuell noch mit der gleichen Intensität) mittels ASD eingespielt, dann hat diese keinen festen ZOT-Bezug. Basis für die Erstellung ist die Drehzahlinformation, die über den CAN-Bus bereitgestellt wird. Somit ist nicht gewährleistet, dass sie von ihrer Phase immer parallel zur vorhandenen Akustikschwingung verläuft. Sie kann in kürzesten Abständen die bestehende Schwingung überlagern und diese verstärken oder genau um 180 Grad phasenversetzt auftreten, was den Effekt einer Dämpfung oder gar Auslöschung ähnlich wie bei einem ANC-System haben könnte. Besonders deutlich und auch unangenehm kann dies sein, wenn unter relativ niedrigen Drehzahlgradienten und etwas Last dieser Effekt einige Male pro Sekunden auftritt. Man nimmt das im Fahrzeug wie eine Art Wummern wahr, wie es beispielsweise von offenen Fenstern oder Schiebedächern bekannt ist. Die Drehzahlinformation, die meist über den CAN-Baus kommt, kann zudem zu bestimmten Übergangszeitpunkten und über die Laufzeit von der tatsächlichen Motordrehzahl leicht abweichen. Hierzu und zu entsprechenden Verbesserungsmöglichkeiten wird im Folgenden eingegangen.
  • ASD unterstützt im Normalfall in den Beschleunigungs- und Schubphasen die Akustik. Bei Konstantfahrt wird kaum ein zusätzliches Geräusch eingespielt. Emotional hat ASD zudem Probleme bei Lastwechseln, speziell was die Schaltvorgänge angeht. Da ASD als Hauptführungsgröße die Motordrehzahl (als Basis für das erzeugte Ordnungsspektrum) und das Drehmoment (für den Lasteindruck – Anzahl der umgesetzten Ordnungen und Intensität) nutzt, gehen hier speziell die Schaltvorgänge akustisch unter. Bei Schaltvorgängen bleibt das Drehmoment nahezu unverändert über und die Drehzahl wird nahezu ohne Überschwinger angepasst. Ein akustisches Überschwingen, wie man es von Saugmotoren (bei denen sich schnell die Drosselklappenstellung anpasst und somit ein extremer Überschwinger in der Sauganlage entweicht) kennt, kann ASD daher nicht so emotional umsetzen. Das Drehmoment bleibt wie gesagt nahezu gleich. Die Akustikänderung wird daher nur durch die Drehzahländerung umgesetzt. Genauer gesagt mit den Motorordnungen, die für diesen neuen Drehzahl-/Lastpunkt im Kennfeld hinterlegt wurden. Diese entsprechen jedoch genau denen, welche abgespielt werden, wenn dieser Drehzahlpunkt mit dem identischen Drehmoment komplett durchlaufen wird. Ein Saugmotor öffnet bei Lastanforderung zunächst extrem die Drosselklappe, um möglichst schnell das eingeforderte Wunschmoment einstellen zu können. Danach regelt sich die Drosselklappe auf das Wunschmoment ein beziehungsweise sie stellt sich auf den Drosselklappenwinkel für das bereitzustellende Moment ein. Sie öffnet praktisch kurzzeitig weiter und fällt dann langsam wieder zu, bis sie den richtigen Öffnungswinkel für den gewünschten Fahrzustand hat. Akustisch ergibt das im Ansauggeräusch einen Pegelüberschwinger im Moment, in dem sich die Drosselklappe weit öffnet. Der Pegelüberschwinger nimmt dann aber wieder ab, wenn der Drosselklappenwinkel wieder abnimmt. Dadurch, dass bei einem Saugmotor entsprechend des Drosselklappenwinkels die Akustik frei über die Ansaugmündung entweichen kann, wird ein Saugmotor emotionaler akustisch wahrgenommen.
  • Daher ist der Einsatz einer manipulierten Drehmomentkennlinie denkbar. Mittels einer solchen manipulierten Drehmomentkennlinie kann eine Initialisierung während der Schaltvorgänge umgesetzt werden, was jedoch komplett synthetisch ist.
  • 5 zeigt einen Pegelverlauf im Fahrzeuginnenraum mit und ohne ASD und bei unterschiedlichen Fahrprofilen und Fahrmodieinstellungen. 101 bezeichnet dabei einen schnell steigenden Drehzahlverlauf während einer Volllastbeschleunigung. Mit 102 ist ein zumindest nahezu gleichbleibender Drehzahlverlauf während einer Konstantfahrt, mit 103 ein langsam abfallender Drehzahlverlauf während einer Schubphase und mit 104 ein Lastwechsel von abfallender Drehzahl (Schub) zu steigender Drehzahl (Beschleunigung) bezeichnet. Mit 105 ist ein prinzipieller Pegelverlauf ohne ASD (Eintrag Abgasanlage und Motor) bezeichnet. 106 bezeichnet Pegelverläufe bei Volllastbeschleunigung mit ASD für drei unterschiedliche Fahrmodi (Komfort, Sport und Sport Plus). Ferner bezeichnen:
    • 107: Pegel bei Konstantfahrt gewollt ohne ASD mit offener Abgasklappe;
    • 108: Pegel bei Konstantfahrt gewollt ohne ASD mit geschlossener Abgasklappe;
    • 109: Pegelverlauf Schubphase ohne ASD;
    • 110: Pegelverlauf Schubphase mit ASD-Unterstützung für drei unterschiedliche Fahrmodi (Komfort, Sport und Sport Plus);
    • 111: Pegelverlauf bei Lastwechsel von Schub in Volllast ohne ASD;
    • 112: Pegelverlauf bei Lastwechsel von Schub in Volllast mit ASD-Unterstützung für die drei unterschiedlichen Fahrmodi;
    • 113: Fahrerwunsch beziehungsweise Pedalwert bei Volllastanforderung;
    • 114: Fahrerwunsch beziehungsweise Pedalwert bei Konstantwert;
    • 115: Fahrerwunsch beziehungsweise Pedalwert bei Lastrücknahme beziehungsweise Schub; und
    • 116: Fahrerwunsch beziehungsweise Pedalwert bei Lastwechsel von Schub in Volllast.
  • Ferner zeigt 6 Pegelverläufe in einem Fahrzeug mit Saugmotor und echter Akustik mit den speziellen emotionalen Pegelschwingern bei Lastwechsel. Dabei bezeichnen:
    • 117: schnell steigender Drehzahlverlauf während einer Volllastbeschleunigung;
    • 118: zumindest nahezu gleichbleibender Drehzahlverlauf während einer Konstantfahrt;
    • 119: langsam abfallender Drehzahlverlauf während einer Schubphase;
    • 120: Lastwechsel von abfallender Drehzahl (Schub) zu steigender Drehzahl (Beschleunigung);
    • 121: Fahrerwunsch beziehungsweise Pedalwert bei Volllastanforderung;
    • 122: Fahrerwunsch beziehungsweise Pedalwert bei Konstantfahrt;
    • 123: Fahrerwunsch beziehungsweise Pedalwert bei Lastrücknahme beziehungsweise Schub;
    • 124: Fahrerwunsch beziehungsweise Pedalwert bei Lastwechsel von Schub in Volllast;
    • 125: Gasgebezeitpunkt;
    • 126: eingeschwungener Pegel bei Konstantfahrt;
    • 127: Pfenniggas, das heißt leichte Pedalbewegungen bei Konstantfahrt; und
    • 128: deutliche Pegelüberschwinger bei Lastwechselzustandsänderungen.
  • Ein weiterer Nachteil bei herkömmlichen Systemen, insbesondere ASD, ist, dass bei Lastwechseln und Schaltvorgängen ASD nicht die gewohnte emotionale Akustik umsetzen kann, wie man es von Saugmotoren kennt. Der Fahrer soll eigentlich nicht erkennen können, was ein echter und was ein künstlicher Sound ist. Alle Fahrmodi-Profile sind daher aufeinander abgestimmt. Sie klingen akustisch sehr ähnlich, sind jedoch in den sportlicheren Einstellungen intensiver (Anzahl der Motorordnungen, deren jeweilige Intensität und somit der Gesamtpegel) ausgeprägt.
  • Um genau die Nachteile von der Verwendung mit ASD-Technologie erkennen zu können, muss man speziell auf die Technik des jeweiligen ASD-Steuergeräts, die darin ablaufenden Algorithmen und im Detail auf die Führungsgrößen, die diesem Steuergerät zur Akustikerstellung zur Verfügung stehen, eingehen. Dabei sind aus dem allgemeinen Stand der Technik unterschiedliche Ansätze zur aktiven beziehungsweise synthetischen Erzeugung von Motorakustik bekannt. Bei allen Ansätzen wird die Akustik synthetisch, also ohne akustische Führungsgröße erzeugt. Dabei können jedoch zusätzlich Mikrofone vorhanden sein, jedoch sind diese im Fahrzeuginnenraum positioniert und dienen dabei einer zusätzlichen ANC-Erweiterung. Die Akustikerzeugung hat aber bei allen Systemen kein akustisches Basissignal.
  • Kein System misst dabei gegebene Schwingungsakustiken, zum Beispiel Ladedruckschwingungen, oder bekommt eine Information, an welcher Stelle des Verbrennungszyklus sich der Motor befindet. Das Akustiksteuergerät bekommt zwar eine Drehzahlinformation über den CAN-Bus, es ist jedoch nicht in der Lage zu erkennen, an welcher Stelle beziehungsweise zu welchem Zeitpunkt sich der Motor bezüglich der genauen Zündzeitpunkte beziehungsweise der Verbrennungszyklen befindet. Geht man beispielsweise von einem Vier-Takt-Motor aus, welcher zum Beispiel aus sechs Zylindern besteht beziehungsweise sechs Zylinder umfasst, dann benötigt es zwei Motorumdrehungen, bis alle sechs Zylinder ihre vier Arbeitstakte bestehend aus Ansaugung (Einlassventile auf), Verdichtung, Expansion sowie Ausstoß (Auslassventile auf) zueinander versetzt durchlaufen haben. Betrachtet man nun nicht nur die Motorordnung allgemein, sondern jeden Zyklus der einzelnen Zylinder zueinander, so prägen sich alle einzelnen Zylinder akustisch unterschiedlich aus. Dies trifft insbesondere auf den Druckpegel einer Ansaugung und auch auf den Druckpegel eines Auslasstrakts der einzelnen Zylinder zu, welche von der Ausprägung her unterschiedlich sind. Dies liegt an der konstruktionsbedingten Gestaltung des Motors, der Sauganlage und des Abgaskrümmers und den dadurch unterschiedlichen Längen sowie den unterschiedlichen Laufzeiten der Druckschwingung. Der Abgaskrümmer wirkt sich nur auf das Geräusch der Abgasmündung aus, nicht auf die Druckpegel in der Ansaugung. Der Druckschwingungsimpuls, der bei der Ansaugung als auch beim Auslass entsteht, ist abhängig vom Zeitpunkt der Ventilöffnung. Dieser ist wiederum abhängig von den Steuerzeiten beziehungsweise der Nockenwellenstellung und eventuell vom Ventilhub, wenn der Motor eine entsprechende Ventilhubverstellung besitzt. Dieser Hauptimpuls erzeugt die typische Motorakustik. Der Hauptimpuls ist dabei kein reiner Sinus, sondern setzt sich aus weiteren Oberwellen zusammen. Diese können dann im Detail wieder unterschiedlich zwischen den Zylindern in der Intensität und Phasenlage ausgeprägt sein, insbesondere je nachdem wo der Erfassungsort (Sensorposition) in Bezug auf den Zylinder liegt.
  • Berücksichtigt man diese physikalischen Gegebenheiten, dann wird schnell klar, worin die Nachteile einer künstlichen Akustikerzeugung liegen, wie sie heute mittels ASD umgesetzt wird. Das Akustiksteuergerät (ASD-Steuergerät) beinhaltet üblicherweise einen DSP (digitalen Signalprozessor). Dieser DSP kann – bezogen auf die über den CAN-Bus gelieferte Drehzahl – nur die gewünschten Motorordnungen erzeugen. Dies kann man sich im Prinzip so vorstellen, dass mehrere parallel vorhandene Funktionsgeneratoren kontinuierlich die unterschiedlichen Frequenzen erzeugen, welche für die gewünschten Motorordnungen benötigt werden und die sie danach zu einem Ausgangssignal und somit zum gewünschten Ordnungsspektrum zusammenfügt. Nicht nur die Ordnungen, die dadurch künstlich erzeugt werden, sondern auch deren Phasenlage, mit welcher diese Signale zusammengeführt werden, sowie deren Intensitäten haben keine natürliche Basis. Die Phasenlage ist eher zufällig beziehungsweise immer gleich. Dies betrifft die Hauptschwingung beziehungsweise Grundschwingung (Hauptmotorordnung) zum jeweiligen ZOT des jeweiligen Zylinders, als auch die Oberschwingungen beziehungsweise Harmonischen in Bezug zur Hauptschwingung.
  • Da ein solcher Auslöser, welcher auch als Trigger bezeichnet wird, fehlt, können auch die oben aufgezeigten, ungewollten Schwebungen entstehen. Besteht also eine dominierende Motorordnung, hervorgehoben durch die Abgasmündung beziehungsweise dessen akustische Übertragungen im Innenraum, dann kann die gleiche Motorordnung erzeugt durch eine künstliche Akustik wie dem aktuellen ASD zu akustischen Schwebungen führen. Von Schwebungen spricht man, wenn zwei leicht unterschiedliche Frequenzen vorhanden sind, die sehr dicht nebeneinander liegen, dann eventuell noch ähnliche Amplituden haben und sich dadurch ständig überlagern. Sie wird oft auch als Modulation bezeichnet und kann unter bestimmten Bedingungen sogar sehr emotional empfunden werden. Dies ist dann jedoch eher der Fall, wenn man starke Drehzahlgradienten hat und sie reproduzierbar sind. Durch das ASD-Steuergerät, welches keinen ZOT-Bezug hat, können zwei identische Schwingungen entstehen, die dann speziell bei Konstantfahrt mit geringem beziehungsweise keinem Drehzahlgradienten unangenehm wahrgenommen werden können. Während die vorhandene Schwingung einen festen Bezug hat und kontinuierlich abgebildet wird, kann die künstlich durch ASD erzeugte identische Schwingung ständig in der Phasenlage zum ZOT variieren. Die künstliche Schwingung ist zudem vom Pegel meist identisch ausgeprägt. Natürliche akustische Schwingungen unterscheiden sich dementgegen sogar von Periode zu Periode in ihrer Zusammensetzung, Ausprägung und Phasenlage der einzelnen Harmonischen.
  • Somit ist beispielsweise ein Verfahren vorgesehen, mittels welchem ein besonders vorteilhaftes und angenehmes Geräusch erzeugt werden kann, wobei dieses Geräusch nicht als synthetisch oder künstlich wahrgenommen wird, sondern vielmehr wird es als tatsächliches Sauggeräusch beziehungsweise als tatsächliche Ansaugakustik insbesondere eines Saugmotors wahrgenommen. Dabei sind das Verfahren und die Vorrichtung zum Durchführen eines Verfahrens besonders einfach aufgebaut beziehungsweise durchführbar, wobei die Vorrichtung sogar als nachrüstbares System ausgestaltet werden kann, mit welchem herkömmliche, bereits existierende Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere Turbomotoren, ergänzt werden können. Durch die Umsetzung kann beispielsweise immer die gleiche Phasenlage von vorhandener Motorakustik und neu hinzugefügter Akustik gewährleistet werden, was nochmals den natürlichen Geräuscheindruck unterstützt. Ferner sind unterschiedliche Ausbaustufen beziehungsweise Ausführungsformen denkbar. Darüber hinaus sind das System und die Vorrichtung nicht auffällig und werden somit nicht optisch wahrgenommen. Denkbar ist sogar, die Vorrichtung in den Motorraum, in welchem die Verbrennungskraftmaschine aufgenommen ist, zu integrieren, ohne dass die Vorrichtung auf den ersten Blick für eine Person ersichtlich ist. Zwar wird die Akustik ebenfalls künstlich umgesetzt, jedoch ist der Ursprung des erzeugten Geräuschs echt beziehungsweise wird von der Verbrennungskraftmaschine tatsächlich abgegeben.
  • Das Verfahren wird in Zusammenhang mit 3 beschrieben. Wie im Folgenden noch genauer erläutert wird, wird das Ansauggeräusch aus wenigstens einer echten physikalischen Messgröße, insbesondere in Form von Schwingungen beziehungsweise Ladungswechsel-Schwingungen, das heißt aus echten Druckschwingungen, welche im Einlasstrakt 6, insbesondere im Ladeluftsammler 12, entstehen, gewonnen und ist daher von der Erzeugung nicht künstlich. Die Wiedergabe erfolgt über wenigstens einen Aktor 38. Der Aktor 38 ist beispielsweise ein Shaker, welcher auch als Körperschallwandler oder Exciter bezeichnet wird. Alternativ ist es denkbar, dass der Aktor 38 als ein Lautsprecher ausgebildet ist. Auch eine piezoelektrische Schallabstrahlung ist denkbar. Ein Lautsprecher kann insbesondere dann zum Einsatz kommen, wenn eine Möglichkeit gefunden wird, seine Spezifikation bezüglich der Umwelteinflüsse einzuhalten. Ein Shaker (Körperschallwandler) hat den Vorteil, dass er einen nur geringen Bauraumbedarf aufweist und somit nur wenig Platz benötigt und zum Beispiel einen bereits vorhandenen Resonanzkörper wie beispielsweise den Luftfilterkasten 9, eine Rohluftführung, eine Motorhaube des Kraftfahrzeugs etc. nutzen kann. Ein solcher Shaker arbeitet im Prinzip wie ein Lautsprecher, nur dass der Shaker keine Lautsprechermembrane aufweist. Ein Lautsprecher weist gegenüber einem Shaker eine höhere Schallleistung und ein größeres Frequenzband auf, jedoch weist ein Shaker im Vergleich zu einem Lautsprecher einen geringeren Bauraumbedarf und eine höhere Robustheit beziehungsweise Haltbarkeit auf. Ein Shaker kann insbesondere zum Einsatz kommen, da ein so breites Frequenzband, wie es ein Lautsprecher bereitstellen kann, bei der Erzeugung des Geräuschs nicht unbedingt benötigt wird. Durch die Verwendung des Shakers kann die Vorrichtung insgesamt robuster und bauraumgünstiger ausgestaltet werden und somit besonders gut verstaut werden.
  • Eine echte Schwingung, insbesondere Druckschwingung, aus dem Ladungswechsel eines Turbomotors – die gegebenenfalls leicht gefiltert und verstärkt wiedergegeben der Ansaugakustik eines Saugmotors entspricht – könnte dem Turbomotor wieder die vom Saugmotor bekannte Ansaugakustik und akustische Attraktivität beziehungsweise Emotion zurückgeben. Sie würde zudem den Turbomotor hochwertiger erscheinen lassen. Es könnten zudem mechanische und nicht unbedingt erwünschte Geräusche aus dem Motorraum überdeckt werden. Die Technik des Verfahrens und der Vorrichtung ist einfach, kostengünstig und sowohl als Serien- wie auch als Einbau- beziehungsweise After-Sale-Lösung denkbar. Eine solche After Sale-Lösung wird auch als Nachrüstlösung bezeichnet.
  • Um mittels des Aktors 38 das Geräusch als ein Ansauggeräusch der Verbrennungskraftmaschine 1 zu erzeugen, wird auf wenigstens einen physikalischen Wert beziehungsweise auf wenigstens eine Messgröße, insbesondere physikalische Messgröße, zurückgegriffen. Im einfachsten Fall ist diese physikalische Messgröße der Ladedruck (Druck P5), insbesondere stromab der Drosselklappe 18, wobei der Ladedruck mittels wenigstens eines Drucksensors in Form eines zusätzlich zu den Ladedrucksensoren 34 und 35 vorgesehenen Ladedrucksensors 39 erfasst wird. Der Ladedrucksensor 39 ist somit ein Sensor, mittels welchem wenigstens ein Druck in dem Einlasstrakt 6 erfasst wird. Alternativ ist es denkbar, dass wenigstens einer der Ladedrucksensoren 34 und 35 durch den Ladedrucksensor 39 ersetzt wird. Insbesondere wird zur Erzeugung des Geräuschs auf Schwingungen des Ladedrucks, das heißt auf Druckschwingungen, zurückgegriffen, welche tatsächlich im Einlasstrakt 6, insbesondere im Ladeluftsammler 12, auftreten. In 1 ist mit BE ein Bereich bezeichnet, in welchem der Ladedruck und somit die Schwingungen des Ladedrucks, das heißt die Druckschwingungen, mittels des Ladedrucksensors 39 erfasst werden. Der Bereich BE hat sich somit als besonders vorteilhafter Verbaubereich beziehungsweise Verbauort erwiesen, um dort als die zuvor genannte physikalische Messgröße den Ladedruck beziehungsweise die Druckschwingungen (Schwingungen des Ladedrucks) zu erfassen, auf deren Basis das Geräusch erzeugt wird.
  • Dies bedeutet, dass mittels des als Drucksensor ausgebildeten Ladedrucksensors 39 ein stromauf der Zylinder 3, insbesondere stromauf der Einlasskanäle 14, und stromab der Drosselklappe 18 in dem Einlasstrakt 6, insbesondere in der Kammer 13, herrschender Druck erfasst wird. Während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine 1 kommt es zu Schwingungen dieses mittels des Ladedrucksensors 39 erfassten Drucks, sodass mittels des Ladedrucksensors 39 die zuvor genannten Druckschwingungen in dem Einlasstrakt 6, insbesondere in der Kammer 13, erfasst werden. Die zuvor genannte Messgröße ist somit der Druck P5 beziehungsweise der Ladedruck, welcher Schwingungen beziehungsweise Druckschwingungen unterworfen ist beziehungsweise aufweist. Zum Betreiben, insbesondere Regeln, der Verbrennungskraftmaschine 1 ist ein in 3 mit 51 bezeichnetes Steuergerät vorgesehen, welches auch als Motorsteuergerät bezeichnet wird. Ferner wird das Steuergerät 51 als DME bezeichnet. Zum Einstellen, insbesondere Regeln, des Ladedrucks benötigt die Motorsteuerung (Steuergerät 51) lediglich wenigstens einen Absolutwert des Ladedrucks, sodass der Ladedrucksensor 34 und/oder 35 und/oder 39 als Absolutdrucksensor ausgebildet ist beziehungsweise ausgebildet sein kann und somit als den Ladedruck einen Absolutdruck misst.
  • Daher können einige Ladedrucksensoren bereits mit einer internen Filterung versehen sein, welche Oberschwingungen, die in diesem Fall als unnötiges Störsignal empfunden werden, auf einem Drucksignal verringern sollen. Dieses Drucksignal ist beispielsweise ein von dem jeweiligen Ladedrucksensor bereitgestelltes und den jeweiligen erfassten Ladedruck charakterisierendes Signal, welches auch als Sensorsignal oder als Schwingungssignal bezeichnet wird. Mit anderen Worten ist das Drucksignal ein Signal, insbesondere ein elektrisches Signal, das von dem jeweiligen Ladedrucksensor bereitgestellt wird und den erfassten Ladedruck charakterisiert. Ein solcher, mit einer internen Filterung versehener Sensor (Drucksensor) ist nicht immer zur Signalgewinnung geeignet. Für diesen Einsatz sind aber auch Sensoren denkbar, die über keine interne Filterung verfügen. Eine Tiefpass-Filterung erfolgt bereits heute in der Motorsteuerung. Diese kann also bei einem Sensor ohne interne Filterung noch weiter ausgeprägt werden. Dies wäre die einfachste Version zur Signalgewinnung. Ein separater Sensor ohne internen Filter wäre aber auch denkbar.
  • Wie im Folgenden noch genauer erläutert wird, ist es im Rahmen des Verfahrens zum Erzeugen des Geräuschs vorgesehen, dass mittels des Ladedrucksensors 39 Druckschwingungen in dem Einlasstrakt erfasst werden. Ferner stellt der Ladedrucksensor 39 wenigstens ein die mittels des Ladedrucksensors 39 erfassten Druckschwingungen charakterisierendes Sensorsignal als Schwingungssignal bereit. Insbesondere mittels einer Schaltung 50 oder einer Recheneinrichtung, wobei die Schaltung 50 als elektrische Schaltung ausgebildet sein kann, kann ein Wechselanteil des Schwingungssignals bestimmt werden. Das Schwingungssignal wird der Schaltung 50 zugeführt und von der Schaltung 50 empfangen. Vorzugsweise ist die Schaltung 50 als analoge und/oder diskrete Schaltung ausgebildet. Alternativ dazu ist es denkbar, dass die Schaltung 50 als digitale Schaltung beziehungsweise als digitales Rechengerät ausgebildet ist, sodass das Sensorsignal digital verarbeitet wird. Mittels der Schaltung 50 wird beispielsweise wenigstens ein Ansteuersignal derart erzeugt, dass eine Frequenz des Ansteuersignals in Abhängigkeit von dem Wechselanteil bestimmt wird. Des Weiteren wird der Aktor 38, insbesondere mittels der Schaltung 50, in Abhängigkeit von dem Ansteuersignal, das heißt mittels des Ansteuersignals, angesteuert, um dadurch mittels des Aktors 38 das gewünschte Geräusch zu erzeugen. Wie zuvor beschrieben, wird beispielsweise bei der ersten Ausführungsform die Messgröße während einer ersten Bewegung eines ersten der Kolben erfasst, wobei das Geräusch während einer zweiten Bewegung eines zweiten der Kolben erzeugt wird. Dabei folgt die zweite Bewegung zeitlich auf das Erfassen der Messgröße sowie auf die erste Bewegung des ersten Kolbens. Ferner ist es bei der zweiten Ausführungsform denkbar, dass die Messgröße bei einer ersten Bewegung eines der Kolben erfasst wird, wobei das Geräusch bei einer zweiten Bewegung desselben Kolbens erzeugt wird, wobei die zweite Bewegung zeitlich auf die erste Bewegung und auf das Erfassen der Messgröße folgt. Hierdurch kann eine digitale Verarbeitung des Sensorsignals zum Einsatz kommen, sodass ein besonders vorteilhaftes Geräusch realisierbar ist.
  • Vorteilhaft ist eine günstige Position des Ladedrucksensors 39, auf dessen Schwingungssignal zur Erzeugung des Geräuschs zurückgegriffen wird. Vorteilhaft ist, wenn der Ladedrucksensor 39 auf der Ladedruckseite besonders nahe am Motoreinlass, das heißt an den Einlassventilen und dabei stromauf der Einlassventile angeordnet ist. Eine Positionierung des Ladedrucksensors 39 auf der Reinluftseite stromauf des Verdichterrads 14 oder auf der Ladedruckseite unmittelbar nach dem Verdichterrad 17, insbesondere stromab des Verdichterrads 17 und stromauf der Drosselklappe 18, hat sich als eher ungünstig erwiesen. Bereiche stromauf des Verdichterrads 17 sowie stromauf der Drosselklappe 18 enthalten zwar Schwingungen, aber diese Schwingungen beinhalten keine oder nur geringe Akustikinformationen, die nutzbar sind. Auch eine Position des Ladedrucksensors 39 direkt stromab der Drosselklappe 18 ist ungünstig, da hier hohe Strömungsgeschwindigkeiten herrschen. Vorzugsweise werden mittels des Ladedrucksensors 39 Druckschwingungen an einer Stelle erfasst, welche stromab der Drosselklappe 18 und stromauf der Einlassventile angeordnet ist. Diese Stelle ist vorliegend in dem Bereich BE und vorliegend in der Kammer 13 angeordnet.
  • Versuche haben gezeigt, dass eine Positionierung des Ladedrucksensors 39 direkt nach der Drosselklappe 18 nachteilhaft ist. Ferner haben Versuche am Fahrzeug gezeigt, dass aktuell verwendete Ladedrucksensoren eine hinreichende Signalgüte bezüglich Frequenzinhalt aufweisen können. Im Prinzip eignen sich Positionen beziehungsweise Stellen direkt im Ladeluftsammler 12 vor dem Motoreinlass. Die Position des Ladedrucksensors 39 hat jedoch auch Einfluss auf die Zusammensetzung des Schwingungssignals (Sensorsignal), welches ein Akustiksignal ist, das aus den erfassten Druckschwingungen gewonnen wird. Das gewonnene Akustiksignal klingt an unterschiedlichen Positionen vor dem Motoreinlass unterschiedlich. Das Potential ist an vielen Stellen ähnlich gut, es ist aber in der Zusammensetzung, insbesondere hinsichtlich des Frequenzspektrums, unterschiedlich. Die Laufzeiten der Druckschwingungen verändern sich mit unterschiedlichen Einbaupositionen. Unterschiedliche Einbaupositionen bieten also einen unterschiedlichen Klang im späteren, zu erzeugenden Ansauggeräusch.
  • Eine besonders hohe Signalgüte und Qualität des Schwingungssignals lässt sich beispielsweise realisieren, wenn der Ladedrucksensor 39 einen integrierten beziehungsweise internen Hochpassfilter aufweist, sodass das Schwingungssignal aus einem mittels des Hochpassfilters gefilterten Rohsignal gewonnen wird. Beispielsweise umfasst der Ladedrucksensor 39 wenigstens ein Sensorelement, mittels welchem die Druckschwingungen erfasst werden. Das Sensorelement stellt das zuvor genannte, die mittels des Sensorelements erfassten Druckschwingungen charakterisierendes Rohsignal bereit, wobei dieses Rohsignal mittels des internen Hochpassfilters des Ladedrucksensors 39 gefiltert wird, wodurch aus dem Rohsignal das Schwingungssignal erzeugt wird. Mit anderen Worten ist das Schwingungssignal beispielsweise das mittels des Hochpassfilters gefilterte Rohsignal. Die vorigen und folgenden Ausführungen zu dem als Absolutdrucksensor ausgebildeten Ladedrucksensor 39 können auch auf einen Differenzdrucksensor angewendet werden, welcher auch als Relativdrucksensor bezeichnet wird.
  • Dieses Verfahren ermöglicht eine einfache Ansauggeräuscherzeugung für aufgeladene Verbrennungsmotoren. Dabei werden die Ladedruckschwingungen nach dem Turbolader (Ladedrucksammler) vor dem Motoreinlass mittels eines normalen Ladedrucksensors gewonnen. Diese werden dann im Idealfall über eine einfache Schaltung verarbeitet und mittels eines Aktors wiedergegeben. Der Aktor bringt dabei vorzugsweise einen Luftfilterkasten oder andere schwingfähige Teile wie Motorhaube etc. in der Fahrzeugfront zum Schwingen. Somit soll ein von Saugmotoren bekanntes Ansauggeräusch, welches beim Turbomotor fehlt, wieder erzeugt werden. Dieses Verfahren soll dem Fahrzeug ein emotionales Ansauggeräusch vermitteln, wie man es von Saugmotoren her kennt. Gleichzeitig klingt dadurch der Motor sehr viel hochwertiger. Unter bestimmten Umständen ist diese Akustik eventuell auch im Fahrzeuginneren wahrnehmbar, aufgrund der Leistung der verwendeten Aktoren vermutlich aber nicht in der Intensität, wie man es von echten Saugmotoren oder von aktuelle verwendeten ASD-Systemen kennt.
  • Wie bereits angedeutet, wird im Rahmen des Verfahrens vorzugsweise der bereits vorhandene Ladedrucksensor verwendet, der von der Motorsteuerung (DME) zur Ladedruckerfassung genutzt wird. Dieser ist daher ideal für den Ladedruck und dabei zumindest nahezu statisch ausgelegt, den der Turbolader liefern kann beziehungsweise worauf ihn die Spezifikation beziehungsweise die Motorapplikation ausgelegt hat. Aktuell werden hier Ladedrucksensoren mit einem maximalen Messbereich zwischen 2,5 bar und 4 bar eingesetzt. Solche Sensoren werden im Automobilbereich üblicherweise mit einer Spannung von 5 Volt versorgt. Der größte Teil der Sensoren im Fahrzeug muss von der auswertenden Steuerung diagnostiziert werden können. Dies bedeutet, dass, wenn ein Sensor kein plausibles Signal liefert, ein entsprechender Fehler in einem Fehlerspeicher abgelegt werden muss. Speziell für Leitungsbrüche und Leitungskurzschlüsse nach Masse oder Versorgungspannung nutzt man dabei ein spezielles Prinzip. Dieses Prinzip wurde zuvor bereits erläutert.
  • Zur Veranschaulichung zeigt 7 ein gemessenes Ladedrucksignal eines Volllastmotorhochlaufs. Das Ladedrucksignal ist in 7 mit 129 bezeichnet. In 7 bezeichnet 130 Ladedruckschwingungen. Ferner ist in 7 der zuvor genannte Messbereich mit 131 bezeichnet, wobei der Messbereich beispielsweise von einschließlich 0,5 bis einschließlich 2,5 Volt reicht und demzufolge maximal 2,5 bar entspricht.
  • Die Schwingungen des Ladedrucks sind zwar nur sehr gering ausgeprägt, sie können jedoch als Basis für einen Akustikgewinn herangezogen werden. Das Schwingungssignal (Sensorsignal) beziehungsweise Drucksignal verfügt über ein breites Frequenzspektrum, welches von der Drehzahl, den Steuerzeiten beziehungsweise dem Winkel der verstellbaren Nockenwelle und gegebenenfalls weiteren Verstellwerten abhängig ist. Gegenüber einem Saugmotor, bei welchem die Drücke ebenfalls, jedoch mit einem Differenzdrucksensor, gemessen werden, sind die Ladedruckschwingungen beziehungsweise ein die Ladedruckschwingungen charakterisierendes Messsignal hinsichtlich seiner Amplitude sehr gering ausgeprägt. Dies gilt auch bezüglich der Ausprägung über die abgerufene Last und Drehzahl.
  • Der Ladedrucksensor 39 wandelt die physikalische Messgröße in Form des erfassten Drucks P5 (Ladedruck) in eine elektrische Messgröße, das heißt in das elektrische Signal beziehungsweise Schwingungssignal um. Das Schwingungssignal sieht ähnlich wie die physikalische Messgröße aus, steht jedoch als elektrische Spannung beispielsweise in der Einheit Volt zur Verfügung. Elektrisch gesehen handelt es sich bei dem vom Ladedrucksensor 39 bereitgestellten Schwingungssignal um eine Mischspannung.
  • Diese Mischspannung umfasst eine Gleichspannung mit überlagerter Wechselspannung. Die Motorsteuerung filtert mit einem Tiefpassfilter die überlagerten Schwingungen heraus und nutzt nur den Gleichanteil des Signals. Somit wird im Rahmen des Verfahrens der Gleichanteil von dem Wechselanteil des von dem Ladedrucksensor 39 bereitgestellten Schwingungssignals getrennt beziehungsweise umgekehrt. Dies kann mittels einfacher Schaltungen, insbesondere elektrischer Schaltungen, wie der Schaltung 50 erfolgen. Im günstigsten Fall erfolgt dies mittels eines Kondensators. Für die Akustikumsetzung wird auf einen für die Ladedruckmessung unerwünschten Wechselanteil des vom Sensor bereitgestellten Signals (Schwingungssignal) zurückgegriffen. Kondensatoren bilden in der elektrischen Schaltung 50 eine Gleichspannungssperre (Hochpassfilter) und lassen nur den Wechselanteil ab einer bestimmten Frequenz durch, für die der Filter ausgelegt wird. Erste Versuche haben gezeigt, dass eine ganz einfache Gleichstromsperre nicht ausreicht. Da das Schwingungssignal ein elektrisches Signal insbesondere in Form einer elektrischen Spannung ist, wird der Gleichanteil auch als Gleichspannungsanteil und der Wechselanteil auch als Wechselspannungsanteil bezeichnet.
  • Im Rahmen eines Versuchs wurde aus den erfassten Druckschwingungen eines Volllasthochlaufs der Gleichspannungsanteil mit einer einfachen Gleichspannungsfilterung (Kondensator) entfernt. Idealerweise würde der gesamte Verlauf um die Nulllinie verlaufen. Speziell zum Start der Volllastmessung, wobei das Fahrpedal aus niedriger Drehzahl voll durchgedrückt wird, und während der Volllastbeschleunigung zeigt das gewonnene Signal (Schwingungssignal) jedoch deutliche Überschwingungen. Dabei steigt der Ladedruck sprunghaft an und weist dann einen Überschwinger auf. In diesen Bereichen zeigt der Ladedruck extreme Gradientenwechsel. Diese bestehen ebenfalls aus Wechselanteilen, die von einer einfachen Gleichspannungssperre nicht erkannt werden. Akustisch sind diese Überschwinger nicht unbedingt ein Problem. Bei der Auslegung der Schaltung 50 müssen sie jedoch berücksichtigt werden. Anstatt einer einfachen Gleichstromsperre ist daher eventuell ein Hochpassfilter mit einer Grenzfrequenz von um die 100 Hertz oder größer von Vorteil.
  • Ein Sensor mit integrierter Gleichstromsperre oder einem integrierten Hochpassfilter mit größer als 40 Hertz Grenzfrequenz wäre auch eine Möglichkeit, die Signalgewinnung zu vereinfachen. Eventuell wäre eine dem Hochpassfilter nachgeschaltete Bandsperre denkbar. Sollte eine ungewollte Frequenz auftreten, könnte man diese direkt mindern.
  • Ein einfacher Hochpassfilter 1. Ordnung kann zum Beispiel alleine aus einem Widerstand und einem Kondensator bestehen. Je effizienter und genauer ein Hochpassfilter sein soll, desto mehr Bauteile werden benötigt. Ein Hochpassfilter 2. Ordnung hat zum Beispiel meist einen zusätzlichen Operationsverstärker oder kann auch mit kleinen integrierten Bausteinen gelöst werden. Auf die genaue Schaltungsauslegung wird hier und im Folgenden nur teilweise eingegangen. Die folgenden Schaltungsstufen können nämlich in vielerlei Ausführungen umgesetzt werden. Mit einem kleinen Mehraufwand können die Filter auch so gestaltet werden, dass sie mittels einer Führungsgröße ihre Filterfrequenz ändern. Gleiches gilt für Bausteine wie Tiefpassfilter, Analog-Multiplizierer etc.
  • Das Schwingungssignal ist beispielsweise ein Spannungsverlauf bei konstanter Drehzahl und leicht steigendem Drehmoment, wobei das Schwingungssignal einen Wechselanteil und einen Gleichanteil aufweist. Beispielsweise mittels eines idealen Hochpassfilters wird der Gleichanteil entfernt, sodass der reine Wechselanteil übrig bleibt. Der Wechselanteil kann über ein steigendes Drehmoment in der Amplitude und Frequenz variieren. Mithilfe dieses einfachen Schritts kann man eine benötigte Akustikinformation beziehungsweise ein Akustiksignal gewinnen. Vorliegend wird ein Frequenzspektrum gewonnen, welches der Ladungswechsel an der Einlassseite bietet. Die Frequenzen, welche der Hochpassfilter abdämpft, sind nicht mehr enthalten.
  • Bei einem Saugmotor wird die Ansaugakustik über die Lastanforderung lauter. Gibt der Fahrer beispielsweise Vollgas, so wird die Drosselklappe 18 weit beziehungsweise vollständig geöffnet, und die Geräusche von der Verbrennungskraftmaschine 1 können direkt über den gesamten Einlasstrakt 6 ins Freie gelangen. Beim Turbomotor öffnet sich zwar über die Lastanforderung die Drosselklappe 18 ebenfalls, aber der Effekt wie bei einem Saugmotor bleibt aus. Beim Turbomotor steigt aber entsprechend der Lastanforderung durch die geöffnete Drosselklappe 18 der Ladedruck vor den Einlassventilen. Der Ladedruck als physikalischer Wert beziehungsweise als physikalische Messgröße entspricht dem Gleichanteil des vom Ladedrucksensor 39 bereitgestellten Schwingungssignals. Daher wird das Schwingungssignal ohne den Wechselanteil erzeugt. Mit anderen Worten wird der Gleichanteil vom Wechselanteil getrennt, wobei der Wechselanteil entfernt wird. Für solch eine Trennung eignet sich idealerweise ein Tiefpassfilter. Mit anderen Worten kann der Wechselanteil mittels eines Tiefpassfilters entfernt werden, sodass der Gleichanteil gewonnen wird. Durch diesen Schritt hat man eine Basis zur Umsetzung einer Lastanforderung gewonnen. Nun liegt ein Akustiksignal in Form des Wechselanteils beziehungsweise einer Wechselspannung vor, welche ein entsprechendes Frequenzspektrum enthält. Zudem liegt ein Gleichanteil beziehungsweise eine Gleichspannung oder ein Gleichspannungssignal vor, welches der Lastanforderung entspricht. Beispielsweise wird auf ein Akustiksignal zurückgegriffen, in dessen Amplitude sich die Lastanforderung wiederfindet. Das Frequenzspektrum soll identisch bleiben, jedoch soll die Amplitude proportional zu der Lastanforderung steigen. Vereinfacht gesagt stellt der Wechselanteil ein Geräusch mit einer Frequenz beziehungsweise einem Frequenzspektrum dar, wobei die Lautstärke des Geräuschs beziehungsweise des Tons und somit des mittels des Aktors 38 zu erzeugenden Geräusch mit zunehmender Lastanforderung steigen beziehungsweise mit abnehmender Lastanforderung fallen soll.
  • Da der Gleichanteil – wie beschrieben – die Lastanforderung darstellt, stellt der Gleichanteil gleichzeitig die Lautstärke des Tons beziehungsweise des Geräuschs dar, sodass also mittels des Gleichanteils die Lautstärke des Geräuschs eingestellt wird.
  • Insbesondere ist es vorgesehen, dass das Ansteuersignal derart erzeugt wird, dass die Frequenz des Ansteuersignals in Abhängigkeit von dem Wechselanteil und eine Amplitude des Ansteuersignals in Abhängigkeit von dem Gleichspannungsanteil bestimmt wird. Hierzu werden zur Erzeugung des Ansteuersignals der gewonnene Gleichanteil und der gewonnene Wechselanteil zusammengeführt. Diese Art der Zusammenführung kann auf unterschiedliche Weise gestaltet werden. Im einfachsten Fall erfolgt die Zusammenführung über eine Operationsverstärker-Schaltung (OP-Schaltung), welche beispielsweise einen Analog-Multiplizierer nachbildet. Das Ergebnis der Zusammenführung ist beispielsweise das Ansteuersignal.
  • Bei Versuchen lag die bei einem 2,5-bar-Absolut- beziehungsweise Relativdrucksensor herausgefilterte Amplitude in der maximalen Aussteuerung bei circa +/–0,2 bis 0,3 Volt. Das entsprach etwa einer Druckschwankung beziehungsweise Druckschwingung auf dem Ladedruck von +/–200 bis 250 Millibar. Mithilfe der zuvor beschriebenen internen Hochpassfilterung beziehungsweise mittels des integrierten Hochpassfilters könnte die Ausgabekennlinie entsprechend ausgelegt werden. Dies bedeutet, dass, wenn keine Schwingungen vorhanden sind, der Ladedrucksensor 39 beziehungsweise ein Ladedrucksensor ein Ausgangssignal von 2,5 Volt bereitstellt. Dieses Ausgangssignal ist ein sogenannter Nullpunkt, welcher beispielsweise mit Vmess0 bezeichnet ist. Für die maximal positiven Druckschwingungen von beispielsweise 250 Millibar (Pmaxpositiv) erhält man beispielsweise 4 Volt (Vmessmax+) und für die maximal negativen Druckschwingungen von 250 Millibar (Pmaxnegativ) erhält man beispielsweise 1 Volt (Vmessmax–).
  • Ferner ist es denkbar, den Ladedrucksensor 39 mit einer gekrümmten Kennlinie einzusetzen. Dadurch kann bei sehr gering ausgeprägten Druckschwingungen, insbesondere im unteren Drehzahl-/Lastbereich, eine stärkere Verstärkung vorgenommen werden, und in oberen Druckbereichen kann eine geringere Verstärkung vorgenommen werden. Dies kann in mehreren Stufen geschehen.
  • Ferner ist es denkbar, die Kennlinie des Ladedrucksensors 39 derart zu krümmen, dass ab einer bestimmten Druckamplitude die Verstärkung gegen 0 geht, sodass das Sensorsignal nicht beschnitten wird. Somit wäre der Sensor (Ladedrucksensor 39) besonders flexibel auf unterschiedliche Motoren, Einlasstrakte und/oder Verbauorte mit unterschiedlichen Signalausprägungen bezüglich der Intensität einsetzbar. Dadurch könnte im unteren Drehzahl-/Lastbereich eine deutlich höhere Ausprägung und ein deutlich besserer Signal- beziehungsweise Rauschabstand geschaffen werden.
  • Beispielsweise ist es denkbar, dass das aufbereitete Ansteuersignal einem Verstärker zugeführt wird. Der Verstärker wird auch als Leistungsverstärker bezeichnet, wobei das Ansteuersignal beispielsweise dem Verstärker zugeführt wird. Mittels des Verstärkers wird das Ansteuersignal verstärkt, sodass dann der Aktor 38 mittels des verstärkten Ansteuersignals angesteuert wird, um schließlich das Geräusch in Form eines Ansauggeräuschs zu erzeugen. Auch für den Funktionsblock der Leistungsumsetzung gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. Der Verstärker kann mit geeigneten Leistungstransistoren aufgebaut werden. Aber es gibt auch spezielle Bausteine, die einen kompletten Leistungsverstärker beinhalten und nur noch wenig an Zusatzschaltung benötigen. Ein solcher Verstärker kann auch so beschaffen sein, um mehrere von der Leistung her gleiche oder mehrere von der Leistung her unterschiedliche Aktoren mit unterschiedlichen Verbauorten gleichzeitig zu versorgen.
  • Als der Aktor 38 kann ein Lautsprecher oder ein Körperschallwandler zum Einsatz kommen. Auch andere elektroakustische Wandler wie zum Beispiel piezoelektrische Wandler sind denkbar. Ferner ist es möglich, eine Kombination von unterschiedlichen Aktoren einzusetzen. Der Körperschallwandler (Shaker) kann dabei Bestandteil eines oder mehrerer Bauteile des Einlasstrakts 6, insbesondere von Ansaugluftführung, sein. Beispielsweise ist der Shaker beziehungsweise der Aktor 38 Bestandteil des Luftfilterkastens 9. Wie aus 1 erkennbar ist, ist der Aktor 38 vorliegend an den Luftfilterkasten 9 angeordnet, sodass der Luftfilterkasten 9 in Abhängigkeit von dem Ansteuersignal mittels des Aktors 38 in Schwingungen versetzt wird, um dadurch das Geräusch zu erzeugen. Weitere Verbauorte wären zum Beispiel eine Fronthaube, insbesondere eine Motorhaube, oder an Karosserieflächen, insbesondere in der Front des Kraftfahrzeugs.
  • Auch separate Akustikgehäuse, welche im Motorraum untergebracht werden können, sind denkbar. Selbst mehrere Aktoren im Frontbereich und ein deutlich kleinerer Shaker beziehungsweise Aktor an einer Stirnwand zum Innenraum wären denkbar. Der zum Erfassen der Druckschwingungen eingesetzte Drucksensor kann eine Temperaturerfassung aufweisen, sodass der Drucksensor beispielsweise ferner dazu ausgebildet ist, eine Temperatur der Luft in dem Einlasstrakt 6 zu erfassen.
  • Bei Volllastanforderungen (niedrige Drehzahl und Fahrpedal vollständig durchgedrückt) steigt der Ladedruck sprunghaft auf nahezu den Wert an, der von der Motorsteuerung appliziert wurde. Dies ist dann meist im oberen Bereich, wofür der Ladedrucksensor ausgelegt wurde. Auf dem Ladedruck enthalten sind die Ladedruckschwingungen, die für die Akustikgewinnung genutzt werden sollen. Vor der Motorsteuerung, welche den Ladedruck auswerten möchte, werden diese Schwingungen im Normalfall nicht gewünscht und entsprechend herausgefiltert. Dieses Signal wird vorzugsweise jedoch zur Akustikgewinnung genutzt. Nach einer Hochpassfilterung bleibt dabei ein nutzbares Signal von beispielsweise circa +/–0,3 Volt übrig. Nach einer zusätzlichen Tiefpassfilterung kann es sich jedoch nochmals auf circa +/–0,2 Volt reduzieren. 8 zeigt dabei ein Diagramm zur Veranschaulichung von separierten Ladedruckschwingungen, welche mittels eines Hochpasses beziehungsweise einer Gleichspannungssperre gefiltert sind.
  • Für eine einfache Ansauggeräuscherzeugung kann dieses Signal ausreichen. Im nahezu statischen Ladedrucksignal im Bereich von unter 20 Hertz sind speziell bei Lastwechseln schon Überschwinger enthalten. Deren Intensität ist jedoch abhängig von der applizierten Turboladersteuerung. Vom Ladungswechsel sind diese Überschwinger meist nicht gewollt und werden entsprechend herausappliziert. Trotz Ladungswechselapplikation machen sich diese Überschwinger aber auch in den hochfrequenten Schwingern auf dem Ladedrucksignal bemerkbar. Selbst in der Grundschwingung (Schwingung der Motorordnung) sind entsprechende Überschwingungen sichtbar. Sie haben dabei eine ähnliche Ausprägung, wie man sie von Lastwechselreaktionen in der Ansaugakustik von Saugmotoren kennt.
  • Dieses Signal kann für eine einfache Ansauggeräuscherzeugung ausreichend sein. Auch für eine leichte Einsteuerung mittels wenigstens eines Aktors, insbesondere Shakers, auf die Karosserie kann das Signal ausreichen. Bedingt durch das Sensorkonzept und die geringe Signalausprägung und somit der Güte ist es jedoch extrem störanfällig gegenüber Fremdeinflüssen, die von außen in das Signal eingestreut werden können.
  • Würde man ein solch gewonnenes, gering ausgeprägtes Signal zum Beispiel direkt in die Audio-Anlage einspielen, so hätte man mit sehr vielen unangenehmen Störgeräuschen zu rechnen. Durch den Einsatz einer internen Hochpassfilterung können die Ladedruckschwingungen besonders hochwertig erfasst werden. Alternativ oder zusätzlich kann ein Differenzdrucksensor zum Erfassen der Ladedruckschwingungen zum Einsatz kommen. Dadurch kann unabhängig vom Ladedruck eine fast um das Zehnfache gesteigerte Signalamplitude ausgegeben werden. Durch die gesteigerte Signalamplitude und somit die Erhöhung der Güte kann der Einfluss von Störeinflüssen beziehungsweise Einstreuungen minimiert werden. Es steht dadurch zudem ein deutlich breitbandigeres nutzbares Frequenzspektrum zur Verfügung. Ein solch gewonnenes Akustiksignal mit leichter Filterung wäre grundsätzlich zur Nutzung beziehungsweise Realisierung einer Innenraumakustik über die Audio-Anlage nutzbar. Es stellt ein ehrliches beziehungsweise natürliches Akustikspektrum dar, ähnlich wie man es von einem Sechs-Zylinder-Saugmotor kennt. Neben der Hauptmotorordnungsschwingung enthält es viele zusätzliche höherfrequente Schwingungen beziehungsweise Motorordnungen, die jedoch einen Bezug zur Hauptmotorordnung haben. Die Phasenlage dieser Schwingungen zur Hauptschwingung ist zudem nicht konstant und es kann sogar von einem zum anderen Zylinder unterschiedlich ausgeprägt sein. Dieses gewonnene Signal hat jedoch auch einige negative Effekte, sodass es beispielsweise nicht genutzt werden sollte. Neben der motortypischen Hauptmotorordnung hat es meist auch ungewollte niedrigere Motorordnungen. Auch die Ausprägung in der Signalamplitude, beispielsweise verursacht durch einen variablen Ventiltrieb, ist nicht so ausgeprägt, sodass das Signal direkt für eine Innenraumakustik genutzt werden können. Es hat jedoch den Akustikinformationsgehalt und einen echten Kurbelwellen- beziehungsweise ZOT-Bezug.
  • Damit ein solches Signal ungehindert von eventuellen Störsignalen verwendet werden kann, nutzt man idealerweise die digitale Signalverarbeitung. Mittels der digitalen Signalverarbeitung kann das bereitgestellte Sensorsignal beziehungsweise Schwingungssignal besonders vorteilhaft aufbereitet werden. Insbesondere ist es möglich, mittels der digitalen Signalverarbeitung das bereitgestellte Sensorsignal zu zerlegen, sodass man aus dem Signal gezielt gewünschte Signalteile auswählen und demgegenüber andere Signalteile verwerfen kann. Im Anschluss daran werden die ausgewählten Signalteile genutzt, um das Ansteuersignal zu erzeugen. Die verworfenen Signalteile werden nicht zur Erzeugung des Ansteuersignals genutzt. Für Prozesse in der digitalen Signalverarbeitung sind spezielle Bausteine einsetzbar, die unter dem Begriff DSP bekannt sind. Digitale Signalprozessoren (DSP) sind optimiert für die kontinuierliche Be- und Verarbeitung von Signalen. Im Prinzip nutzen moderne Messtechniken oder Audiotechniken die digitale Signalverarbeitung, um Signale zu erfassen, zu verarbeiten beziehungsweise auszugeben. Im vorliegenden Fall kann das beispielsweise im Ladedruckrohr gewonnene Druckschwingungssignal, welches als Akustikbasis dient, digital verarbeitet werden. Bausteine zur digitalen Signalverarbeitung werden üblicherweise in Verbindung mit einem Analog-Digital-Umsetzer am Eingang sowie einem Digital-Analog-Umsetzer als Ausgang betrieben. Digitale Signalprozessoren können aufwendige analoge Filtertechnik ersetzen, speziell, wenn es um Filter höherer Ordnung geht. Im Prinzip ist ein DSP in der Lage, sehr hohe Datenmengen in kurzer Zeit zu verarbeiten. Unter bestimmten Umständen besitzt er sogar eine Echtzeitfähigkeit. Die Echtzeitfähigkeit kann im vorliegenden Anwendungsfall jedoch nur indirekt angewendet werden. Darauf wird später noch eingegangen und auch auf die Lösung des Problems.
  • Mithilfe des bereits beschriebenen Schwingungssignals, welches auch als Ladedruckschwingungssignal bezeichnet wird, könnte man auch eine Fahrzeuginnenakustik aufwerten. Es würde eine ähnliche Akustikgewinnung wie bei den mechanischen Membran- und Wippensystemen mit moderner elektronsicher Umsetzung kombinieren. Es könnte die Vorteile beider Systeme nutzen und die Nachteile reduzieren und zudem eine hohe Flexibilität bieten.
  • Der Sensor, das heißt der Ladedrucksensor 39, nimmt dabei die echten Ladedruckschwingungen, die beim Ladungswechsel entstehen, auf. Während die üblichen, mechanischen Systeme jedoch ein bestimmtes Übertragungsverhalten haben, welches von der mechanischen Auslegung der Membrane oder Wippe abhängig ist, kann man mit einem Drucksensor in allen Bereichen entsprechende Schwingungen messen. Nachteilig ist die Ausprägung der Schwingung bei verschiedenen Drehzahl- und Lastzuständen. Auf diese Ausprägung im Frequenzbereich als auch bezüglich Lastpunkt und somit der Lautstärke hat man bei den mechanischen Systemen keinen Einfluss. Auch hinsichtlich bestimmter Eigenarten von bestimmten Motorkonzepten weisen mechanische Systeme Nachteile auf. Dies betrifft zum Beispiel die variable Ventilhubverstellung. Fährt diese auf Minimalhub, dann bringen die mechanischen Systeme kaum noch Akustik in den Innenraum ein.
  • Ein Drucksensor wie der Ladedrucksensor 39, welcher die Ladedruckschwingungen aufnimmt, das heißt erfasst, liefert nur die Akustikinformation. Auf diese kann jedoch mit einem gewissen Aufwand Einfluss genommen werden. Insbesondere kann auf das gewonnene Akustiksignal durch unterschiedliche Verbauorte des Ladedrucksensors 39 Einfluss genommen werden, insbesondere hinsichtlich ihrer Ordnungszusammensetzung. Gegenüber mechanischen Systemen, die einen bestimmten Frequenzbereich passieren lassen, liefert ein Drucksensor jedoch ein sehr breitbandiges Spektrum. Dies gilt sowohl für den hochfrequenten als auch für den niederfrequenten Bereich. Dies hat bezüglich der hohen Frequenzen Vorteile, aber speziell zu den niedrigen Frequenzen unterhalb der Hauptmotorordnung Nachteile. Zudem sind analoge elektrische Signale anfällig gegenüber Störeinflüssen von außerhalb. So können zum Beispiel Zündfrequenzen oder Störsignale von Lichtmaschinen etc. innerhalb vom Kabelbaum in das Akustiksignal übertragen werden. Man spricht in solch einem Fall von Übersprechen, was sich meist nicht ganz verhindern lässt. Solche Störinformationen lassen sich jedoch mithilfe einer im weiteren Verlauf aufgezeigten Verarbeitung mittels digitaler Signalverarbeitung leicht herausfiltern. Die Ausgestaltung eines solchen Systems wird im Folgenden genauer beschrieben. Zunächst wird auf eine zum Einsatz kommende Hardware für die Signalerfassung, -zerlegung, -verarbeitung und -weitergabe eingegangen.
  • 9 zeigt eine Vorrichtung zur Akustiksignalgewinnung, -verarbeitung, -bearbeitung und -weitergabe an ein Ausgabesystem. In 9 ist der Ladedrucksensor 39 erkennbar, welcher beispielsweise als der zuvor beschriebene Absolutdrucksensor oder Differenzdrucksensor ausgebildet ist. Vorzugsweise ist der Ladedrucksensor 39 als Absolutdrucksensor mit interner Hochpassfilterung ausgebildet. Ferner bezeichnen in 9:
    • 132: AC/DC: Umwandlung von Messsignalen mit Gleichanteil in reine Wechselspannung;
    • 133: Verstärkung, um möglichst gute Ausnutzung des Spannungsbereichs des Eingangssignals zu gewährleisten;
    • 134: Hoch- und Tiefpassfilterung;
    • 135: Analog-Digital-Konverter zur Digitalisierung des analogen, tief- und hochpassgefilterten Signals;
    • 136: mehrphasiger, digitaler Tiefpassfilter mit großer Flankensteilheit, wobei dieser Tiefpassfilter optional vorgesehen ist;
    • 137: externes RAM – optional, wenn es intern im DSP 138 nicht enthalten ist;
    • 138: DSP für schnelle Fourier-Transformation mit internem oder externem Speicher 137, wobei der DSP 138 die Funktionen des Frequenzanalysators steuert, wie zum Beispiel die Dezimierungs- und Digitalfilter, die Einstellungen der Messverstärker und die Kommunikation mit dem angeschlossenen Mikrocontroller 139;
    • 139: Mikrocontroller, welcher auch als µC bezeichnet wird und der Auswertung von Führungsgrößen über CAN-Bus oder Echtzeitsignal sowie applizierten hinterlegten Kennfeldern dient;
    • 140: Interpolationsfilter;
    • 141: Digital-/Analogkonverter zur Umwandlung eines Digitalsignals in ein Analogsignal;
    • 142: Audioverstärker zur stufenlosen Signalverarbeitung;
    • 143: analoger Tiefpassfilter mit einer Eckfrequenz, die der halben Abtastfrequenz des Digital-/Analog-Konverters e141 entspricht;
    • 144: Audio-Anlage des Kraftfahrzeugs, wobei die Audio-Anlage auch als HiFi-Anlage oder HiFi-System bezeichnet wird, wobei die Audio-Anlage 144 das eingespielte Signal von dem Audiosystem parallel zum eventuellen Abspielsignal mit einem entsprechenden Equalizing aufmischen kann;
    • 145: Motorsteuerung beziehungsweise DME zur Bereitstellung von Motorzuständen über CAN-Bus an den µC;
    • 146: Schnittstelle von DME zum Verbrennungsmotor, wobei diese Schnittstelle sämtliche Sensorik und Aktorik enthält;
    • 147: direktes digitales Signal zur Verbrennungszyklus- beziehungsweise Ansaugzyklus-Erkennung;
    • 148: CAN-Bus, auf dem die Motorzustands- und Fahrerwünsche liegen und die der µC nutzt; und
    • 149: direktes digitales Signal vom DSP 138 beziehungsweise µC ohne Umweg einer Digital-/Analogumwandlung für die Audio-Anlage 144 (HiFi-System).
  • Im Prinzip zeigt die 9 ein Systemschaltbild für eine Vorrichtung zum Erzeugen des Geräuschs, wobei die Vorrichtung die digitale Signalverarbeitung nutzt. Das Systemschaltbild zeigt im Prinzip den kompletten Weg einer Akustikgewinnung, Bereitstellung für eine Verarbeitung, Zerlegung und Bearbeitung sowie einer weiteren Bereitstellung an das HiFi-System auf. Dieses System soll nun die mittels des Drucksensors beziehungsweise mittels des Ladedrucksensors 39 gewonnen Akustikschwingungen verarbeiten und für eine weitere Verarbeitung zur Verfügung stellen. Mithilfe der obigen Messstrecke ist der DSP in der Lage, von dem bereitgestellten Signal eine Fourier-Analyse zu erstellen. Diese Technik kommt in herkömmlichen Messsystemen bereits hinlänglich zum Einsatz. Für eine Fourier-Zerlegung braucht es jedoch einen definierten Zustand (Fenster), für die ein solches System ein analoges Signal analysieren soll. Der Zeitbereich wird auch als Messfenster bezeichnet. Es wurde gefunden, dass das Messfenster abhängig von der Motordrehzahl, Zylinderanzahl und dem Ansaugzeitpunkt ist. Als Ansaugzeitpunkt oder Ansaugzeitraum eines Zylinders kann man grob den Bereich bezeichnen, in dem das Einlassventil beziehungsweise die Einlassventile des ansaugenden Zylinders geöffnet ist beziehungsweise sind. Zur Veranschaulichung dienen die folgenden Figuren. 10 zeigt dabei einen Motorhochlauf unter Volllast. 10 zeigt dabei drei Darstellungen, welche bezogen auf die Bildebene von 10 übereinander angeordnet sind. Die oberste Darstellung von 10 ist ein aufgenommenes Rohsignal eines Ladedrucksensors. Es handelt sich dabei um ein hochpassgefiltertes Schwingungssignal. Das Signal hat daher keinen Gleichanteil, sondern pendelt um die Nullachse.
  • In 9 sind einzelne externe Funktionsblöcke aufgezeigt. Die Funktionalität von 139 kann aber auch in 138 integriert sein. Auch 137 kann eventuell in 138 umgesetzt werden oder Bestandteil des DSP sein. Gleiches gilt für die Bestandteile 132, 133, 134, 135, 136 sowie 140, 141, 142, 143. Auch diese Komponenten können separat umgesetzt oder Bestandteil von DSP 138 sein. Der gesamte Akustikblock kann ebenfalls als separates Steuergerät oder auch im einem anderen Steuergerät umgesetzt werden. Selbst eine Umsetzung in der Motorsteuerung 145 wäre denkbar. Dies hätte den Vorteil, dass für die Akustikumsetzung sehr viel mehr Führungsgrößen direkt vorhanden wären.
  • Die mittlere Darstellung von 10 ist das Frequenzspektrum des Hochlaufs, welches in das gezeigte Diagramm eingetragen ist. Ein solches Diagramm wird auch Campbell-Diagramm genannt. In der untersten Darstellung von 10 erkennt man den Drehzahlverlauf des Motors über die Zeit. Im Campbell-Diagramm kann man Linien erkennen. Bei diesen Linien handelt es sich um die dominierenden Frequenzen zum jeweiligen Zeitpunkt der Messung während eines Motorhochlaufs. In der Motorentechnik beziehungsweise Motorenakustik spricht man selten von Frequenzen, sondern meist von Motorordnungen. Im Prinzip spielt ein Motor eine akustische Melodie, welche jedoch hauptsächlich von der Motordrehzahl und von der Zylinderzahl abhängig ist, die während einer Motorumdrehung ihren Dienst verrichten.
  • In dem in 10 gezeigten Fall handelt es sich um einen Sechs-Zylinder-Motor. Dieser ist als Vier-Takt-Motor ausgebildet. Ein solcher Vier-Takt-Motor benötigt stets zwei vollständige Umdrehungen der Kurbelwelle, wobei diese Umdrehungen auch als Motorumdrehungen bezeichnet werden, bis er sämtliche Verbrennungszyklen durchlaufen hat. Somit hat ein Vier-Takt-Motor pro Motorumdrehung drei Zylinder, die Luft ansaugen. Drei Zylinder öffnen nacheinander ihre Einlassventile und saugen Luft an beziehungsweise lassen Luft in den jeweiligen Zylinder. Ein ähnlicher Vorgang läuft an der Abgas- beziehungsweise Auslassseite ab. Während einer Motorumdrehung öffnen nacheinander drei Zylinder ihre Auslassventile und blasen Abgas aus. Sowohl in der Sauganlage als auch im Abgasstrang entstehen somit drei Impulse beziehungsweise Schwingungen, das heißt drei Ladedruckschwingungen im Ladedrucksignal und drei Impulse im Auslasskanal. Diese drei Impulse im Ladedrucksignal ergeben eine Frequenz, die jedoch abhängig von der Motordrehzahl ist. Um nicht bei jeder Motordrehzahl von entsprechenden Frequenzen zu sprechen, wird die Bezeichnung in der Motorakustik vereinfacht. Man spricht im oben beschriebenen Fall von der dritten Motorordnung. Immer dann, wenn es sich um eine Ausprägung handelt, die der dreifachen Frequenz der Motordrehzahl entspricht, ist es die dritte Motorordnung. Eine Ausprägung der doppelten Frequenz ist dann zum Beispiel die sechste Motorordnung. Für einen Sechs-Zylinder-Motor ist übrigens die dritte Motorordnung auch die Hauptmotorordnung oder auch die motortypische Ordnung. Es ist die dominierende akustische Schwingung, die den Motor auszeichnet. Ein Vier-Zylinder-Motor hat eine typische zweite Motorordnung und ein Acht-Zylinder-Motor hat eine typische vierte Motorordnung.
  • Die Akustik eines Verbrennungsmotors setzt sich jedoch nicht aus dieser einen typischen Frequenz beziehungsweise Hauptmotorordnung zusammen. Während eines Hochlaufs hat ein Motor ein komplexes Frequenzspektrum beziehungsweise Ordnungsspektrum. Es ist eine Vielzahl von unterschiedlichen Motorordnungen vorhanden, die über die unterschiedlichen Lastzustände mehr oder weniger vorhanden beziehungsweise ausgeprägt sind. In Campbell-Diagrammen kann man diese an ihrem stetig ansteigenden Verlauf erkennen.
  • Im Rahmen des Verfahrens soll das relativ schwach ausgeprägte Schwingungssignal in einem Ladedruckrohr als Basissignal für eine Akustikumsetzung benutzt werden. Ein solch gewonnenes Signal ist meist nicht komplett perfekt. Es hat neben unerwünschten Motorordnungen – die der Signalgewinnung geschuldet sind – auch Störfrequenzen, die von anderen Komponenten eingekoppelt werden. Als unerwünschte Motorordnung bezeichnet man solche Ordnungen, die unterhalb der Hauptmotorordnung liegen.
  • Störfrequenzen, die nichts mit der Motorakustik zu tun haben, können zum Beispiel von der Zündung oder von elektrischen Antrieben stammen, die entsprechende Frequenzen in dem Kabelbaum einstreuen. Dies kann anhand von 11 veranschaulicht werden. 11 zeigt das Campbell-Diagramm eines Ladedrucksignals während eines Motor-Volllast-Hochlaufs im Detail. In 11 sind mit 161 Störfrequenzen und mit 150 die Motorordnungen bezeichnet. In 11 lassen sich hochfrequente Störfrequenzen als die Störfrequenzen 161 erkennen. Meist haben solche Frequenzen einen waagrechten Verlauf. Es gibt aber auch Störfrequenzen und Einspeisungen, die einen ähnlich mit der Motordrehzahl ansteigenden Verlauf haben. In dem Campbell-Diagramm ist zudem eine ungewünschte, niedrige, unterhalb der Hauptmotorordnung liegende 1,5-te Motorordnung zu erkennen. Es handelt sich dabei um die sehr stark ausgeprägte untere Linie, auf die der links untere, von dem Bezugszeichen 150 weggehende Pfeil zeigt. Die niedrige Motorordnung ist dem Sensorkonzept (Messung mittels Differenzdrucksensor) geschuldet, mithilfe dessen das Schwingungssignal erfasst wird.
  • Würde ein solches Signal unbearbeitet hörbar gemacht werden, so würde das menschliche Gehör knistern oder Töne mit gleichbleibender Frequenz wahrnehmen, die nicht der Motorakustik zugeordnet werden können. Ähnlich verhält es sich mit Frequenzen, die einen Verlauf wie eine Motorordnung haben, jedoch auch nicht wirklich vom Motor verursacht werden. Koppelt zum Beispiel eine Lichtmaschine eine mit der Drehzahl steigende Frequenzen ein, so nimmt man diese ebenfalls als eine Art Motorordnung wahr. Eventuell hat sie eine so hohe Frequenzzusammensetzung, dass sie im Ordnungsspektrum extrem auffällt. Auch die Motorordnungen, die unterhalb der Hauptmotorordnung liegen, machen sich ähnlich negativ bemerkbar. Sie lassen den Motor träge oder minderwertig klingen. Eine dominierende 1,5-te Motorordnung suggeriert dem Fahrer zum Beispiel die typische Akustik eines Drei-Zylinder-Motors. Dies kann bei einem Motor mit mehr als drei Zylindern kaum gewollt sein, insbesondere dann, wenn es sich um einen hochwertigen Sechs-Zylinder-Motor handelt.
  • Für eine sehr einfache Akustikgeräuscherzeugung würden eine einfache Hochpass-Filterung unterhalb von 100 Hertz und eine Tiefpassfilterung oberhalb von circa 400 bis 500 Hertz, insbesondere um ca. 1000 Hertz, bereits einen großen Teil dieser unerwünschten Frequenzen entfernen. Dies wäre mit einfachen diskreten Bauteilen umsetzbar.
  • Eine weitere Möglichkeit zur Signalverbesserung könnte ein – wie oben beschrieben – DSP sein. Mithilfe eines zusätzlichen Indikators wie der Drehzahl könnten mitlaufende Hoch- und Tiefpassfilter das Signal noch zielgerichteter und genauer von unerwünschten tiefen und hohen Frequenzen befreien. Ein solches Spektrum kann beispielsweise anhand eines Campbell-Diagramms erkannt werden, wenn beispielsweise ein Hochpass-Mitlauffilter 2,5-ter Motorordnung beziehungsweise ein Tiefpass-Mitlauffilter 20. Ordnung sowie mit jeweils sechster Filterordnung zum Einsatz kommen. Für einen DSP ist eine solche Filterung relativ einfach. Selbst eine einzelne Motorordnung mitten in dem Spektrum kann ein DSP mittels einer mitlaufenden Bandsperre herausfiltern, was anhand eines Campbell-Diagramms erkennbar ist, welches beispielsweise ein Signal mit Hoch- und Tiefpassfilterung, einem Hochpass-Filter 2,5-ter Motorordnung, einem Tiefpass-Mitlauffilter 20. Motorordnung und einer jeweiligen sechsten Filterordnung sowie gegebenenfalls einer zusätzlichen Bandsperre für die vierte, fünfte Motorordnung erkennbar ist.
  • Wie bereits beschrieben, bietet der beschriebene Ansatz eine Möglichkeit, das vorhandene, nicht ideale Signal für eine weitere Nutzung zu optimieren. Auch sind im Sensorsignal schon Pegelüberschwinger während der Lastwechsel vorhanden. Das Signal weist somit ein hohes Potential zur Akustikgestaltung auf, die natürlich dann weniger synthetisch wirkt als herkömmliche Systeme. Dabei kann man jedoch kaum noch Einfluss auf die Akustik nehmen.
  • Es existieren zwar Verfahren beziehungsweise Systeme, welche mittels kennfeldgeregelter Equalizer über Drehzahl und Last bestimmte Frequenzen verstärken und andere dämpfen. Diese Technik versagt aber vermutlich, wenn Frequenzen dazu kommen, die man vorher – also bei der Applikation – noch nicht berücksichtigt hat. Dabei handelt es sich beispielsweise um Störfrequenzen in einem bestimmen Frequenzband, das im Vorfeld nicht genug gedämpft wurde oder um mitlaufende Frequenzen, die von schadhaften Teilen stammen.
  • Auch kann ein solches System dabei keine Echtzeit-Akustik liefern. Das System muss das Signal zerlegen, um mit den entsprechenden Filtern ansetzen zu können. Nach muss der DSP das Signal wieder zusammensetzen und ausgeben. Dies benötigt je nach Rechenleistung und Filteraufwand Zeit. Sobald das System damit fertig ist, gibt es den veränderten Sound aus. Er ist dann ebenfalls nicht mehr in Phasenlage zur ursprünglichen Erfassung. Daher könnte es – wie oben beschrieben – zu Schwebungen und Pegelauslöschungen kommen, da der ZOT-Bezug verlorengeht. Die zuvor genannte, erforderliche Zeit kann nun geschaffen werden, da – wie zuvor beschrieben – die Messgröße bei der ersten Bewegung erfasst wird, wobei das Geräusch erst bei der auf die erste Bewegung folgenden, zweiten Bewegung ausgegeben wird. Dadurch liegt zwischen dem Erfassen der Messgröße (Druck beziehungsweise Druckschwingungen) und dem Erzeugen des Signals eine hinreichend lange Zeit, welche zur Verarbeitung, insbesondere digitalen Verarbeitung, und somit zur vorteilhaften Aufbereitung des Sensorsignals genutzt werden kann. Ferner ist es möglich, das Geräusch kurbelwellensynchron beziehungsweise mit ZOT-Bezug zu erzeugen und somit auszugeben.
  • Um alle Vorzüge des gewonnenen Schwingungssignals aus dem Ladedruck nutzen zu können, wird es beispielsweise komplett zerlegt. Dazu kann beispielsweise die bereits aufgezeigte Schaltung genutzt werden. Eine Vorfilterung kann mittels der mitlaufenden Hoch- und Tiefpassfilterung erfolgen. Der Hochpass wird dabei beispielsweise so gewählt, dass dieser unterhalb der motortypischen Ordnung alles entfernt. Wird vor der Erfassung alles unter der typischen Motorordnung entfernt, so kann eine einfache Fensterbreiten-Bestimmung realisiert werden. Die Fensterbreite sollte idealerweise auf die niedrigste zu erfassende Schwingung (gewünschte Hauptmotorordnung) ausgelegt werden.
  • Für den Tiefpass hat sich ein ähnliches Vorgehen als vorteilhaft erwiesen. Ordnungen oberhalb der 20. beziehungsweise 30. Motorordnung sind akustisch kaum wahrnehmbar. Sie können also auch komplett entfernt werden. Dadurch wird das Basissignal bereits im unteren Bereich gegen einen unvorteilhaften Klang bearbeitet und im oberen Bereich gegen einen Teil angefallener Störfrequenzen. Hier hat ein mitlaufender Tiefpassfilter den Vorteil, dass er die nötige Abtastfrequenz begrenzt. Für die höchste auftretende Frequenz sollte die Abtastfrequenz des DSP ausgelegt sein.
  • Zur Realisierung einer besonders guten Fourier-Zerlegung nutzt man nun eine Fenstertechnik. Dabei kommt ein Messfenster mit der Breite zum Einsatz, welche etwa der Periodendauer der niedrigsten gewünschten Schwingung entspricht. Bei einem Motor entspricht grob der Dauer einer Motorumdrehung durch die Anzahl der Zylinder, welche während einer Motorumdrehung ansaugen. Bei einem Sechs-Zylinder-Motor öffnen nacheinander drei Zylinder ihre Einlassventile. Sie können sich leicht überschneiden. Daher sollte das Messfenster eventuell leicht größer sein als die 120 Grad eines Kurbelwellenabschnitts. Speziell bei Motoren mit einer noch höheren Anzahl an Zylindern kommt es zu deutlich größeren Überschneidungen. Grob muss das Fenster mindestens so groß beziehungsweise breit sein wie die Einlassventile öffnen. Für einen Sechs-Zylinder-Motor bedeutet dies: Fensterbreite > Dauer der Motorumdrehung/(Zylinderanzahl/2)
  • Dabei sollte die Fensterbreite mindestens der Einlassventilöffnungszeit entsprechen. 12 zeigt ein Diagramm, in das zwei Signale über den Zeitraum von elf Ansaugzyklen eingetragen sind. Ein erstes der Signale ist mit 151 bezeichnet, wobei das zweite Signal mit 152 bezeichnet ist. Das Signal 151 entspricht dabei dem ursprünglichen, am Drucksensor gewonnenen Signal. Bei dem Signal 152 handelt es sich um das herausgefilterte Schwingungssignal der Hauptmotorordnung. Das Messfenster des DSP sollte somit also mindestens genauso breit sein wie eine der Schwingungen des Signals 152. Hierfür können unterschiedliche Techniken angewendet werden. Besser noch wäre ein Echtzeitsignal, welches direkt von der Motorsteuerung kommt, ähnlich wie es für eine Diagnoseschnittstelle für OBD-Tester (OBD – Onbord Diagnostic) zur Verfügung gestellt wird. Ein solches digitales Führungssignal könnte einen genauen Bezug auf die jeweiligen oberen Zündtotpunkte (ZOTs) des ansaugenden Zylinders liefern. In 13 sind zwei Signale 153 und 154 gezeigt. Bei dem Signal 154 handelt es sich um das Kurbelwellengebersignal. Das Kurbelwellengeberrad hat 60-2 Zähne und liefert somit pro Kurbelwellenumdrehung 58 Impulse und eine Lücke für zwei fehlende Impulse. In 13 sind zwei vollständige Kurbelwellenumdrehungen zu erkennen. Bei dem Signal 153 handelt es sich um das digitale Testersignal. Es sind bei einem Sechs-Zylinder-Motor genau die drei benötigten Impulse, die man für eine Fensterzuordnung nutzen könnte. Sie kommen immer zur gleichen Zeit bezogen auf Grad Kurbelwinkel beziehungsweise Grad Kurbelwelle. Dieses Signal 153 wird anhand des Kurbelwellengebersignals von der Motorsteuerung berechnet und ausgegeben. Eine Umsetzung der Akustikumsetzung direkt in der Motorsteuerung würde die direkte Nutzung der Kurbelwellen-Information ermöglichen. Bei einem externen Zusatzsteuergerät ist das Durchschleifen den Kurbelwellensignals eher unwahrscheinlich aber auch nicht unmöglich, wobei sich das deutlich niederfrequente digitale Testersignal besser eignen könnte. Es ist aber alles möglich. Es könnte sogar ein speziell für diese Anwendung generiertes und ausgegebenes Signal sein.
  • Der DSP kann aus beiden Signalen 153 und 154 ein relativ genaues Messfenster – welches in etwa der Periodendauer einer Schwingung der Hauptmotorordnung entspricht – bestimmen. Das Messfenster, welches auch als Fenster bezeichnet wird, ist idealerweise mitlaufend. Es wird ständig bezüglich der Motordrehzahl in der Fensterbreite angepasst und berechnet kontinuierlich die daran ausgeprägten Anteile des Sensorsignals bezüglich Frequenz, Amplitude und Phasenlage. Die Messfensterbreite kann man idealerweise anhand von Motordrehzahl und der Ventilöffnungszeit berechnen. Die Signale 153 beziehungsweise 154 ermöglichen die genaue Positionsbestimmung des gewonnenen Signals, also grob dort, wo es erwartet werden kann. Zudem kann man es anhand des Signals bei der Ausgabe wieder an genau der richtigen Stelle ausgeben.
  • Dies ist besonders gut aus 14 erkennbar, in welchem das Messfenster mit 155 bezeichnet ist. Ferner ist in 14 ein Signal 156 gezeigt, welches als Triggersignal beziehungsweise als ZOT-Signal bezeichnet wird. Anhand des Signals 156 ist der jeweilige obere Zündtotpunkt (ZOT) erkennbar.
  • Sobald das Messfenster 155 genau auf dem Schwingungsbeginn der Hauptmotorordnung liegt, was in 14 gezeigt ist, setzt der DSP im gleichen Moment die ermittelten Daten fest. Bei diesen Daten handelt es sich beispielsweise um sämtliche Frequenzen, Amplituden und Phasenlagen. Die Phasenlagen werden dabei stets in Bezug zur Grundschwingung (Hauptmotorordnung) oder zum Bezugspunkt des ZOT/Triggersignals gesetzt. Dieses Verfahren wird fortlaufend in der gleichen Art und Weise für die nächsten ansaugenden Zylinder durchgeführt. Ausschlaggebend ist dafür die Zündreihenfolge des verwendeten Motors. Ein in diesem Beispiel verwendeter Sechs-Zylinder-Motor hat beispielsweise die Zündfolge 1-5-3-6-2-4 beziehungsweise A-E-C-F-B-D. Für den ersten Zylinder A werden beispielsweise folgende Daten verwendet:

    Berechnete Drehzahl zum Erfassungszeitpunkt nzyl1
    Frequenzen: F1zyl1, F2zyl1, F3zyl1 bis Fnzyl1
    Amplituden: A1zyl1, A2zyl1, A3zyl1 bis Anzyl1
    Phasenlagen: Tver1zyl1, Tver2zyl1, Tver3zyl1 bis Tvernzyl1

    Für den fünften Zylinder E gilt beispielsweise:
    Berechnete Drehzahl zum Erfassungszeitpunkt nzyl5
    Frequenzen: F1zyl5, F2zyl5, F3zyl5 bis Fnzyl5
    Amplituden: A1zyl5, A2zyl5, A3zyl5 bis Anzyl5
    Phasenlagen: Tver1zyl5, Tver2zyl5, Tver3zyl5 bis Tvernzyl5
  • Für die übrigen Zylinder kann entsprechend verfahren werden. Diese Daten können dabei zum Beispiel von DSP in einem Array festgehalten werden.
  • Diese Signalerfassungen und Zwischenspeicherungen erfolgen kontinuierlich. Im Prinzip befinden sich im Speicher immer die Informationen von allen Zylindern und diese werden kontinuierlich wieder überschrieben, wenn ein Zylinder erneut vermessen wird.
  • 15 zeigt einen Ablauf der Signalerfassung, Zwischenspeicherung, Verarbeitung und Anpassung sowie Ausgabe, sobald der bereits erfasste Zylinder wieder mit seinem Ansaugzyklus ansteht.
  • Bevor jedoch ein Zylinder-Array überschrieben wird, holt sich der DSP die Information wieder zurück in seinen Arbeitsspeicher (RAM). Der Algorithmus für die Soundbearbeitung nimmt sich je nach Fahrzustand die entsprechenden Kennfelder für die Ordnungszusammensetzung und passt sie entsprechend dem Drehzahl- und Lastzustand an. Die Wunschmotorordnungen mit entsprechender Intensität werden bezüglich ihrer Schwingungsdauer (Periodendauer) auf die Ausgabedrehzahl angepasst. Gleiches gilt für die Phasenlänge und/oder den Phasenversatz (Tver) zum ZOT beziehungsweise Triggersignal. Das Signal wird nun umgekehrt wie bei der Frequenzzerlegung behandelt. Es wird praktisch wieder zusammengefügt. Das bearbeitete Signal wird jetzt passend zum gleichen Zylinder nur versetzt um zwei Kurbelwellenumdrehungen wieder ausgegeben, angepasst auf vorher applizierte und bezüglich einer inzwischen veränderten Drehzahl. Dies ist beispielsweise bei der zuvor beschriebenen zweiten Ausführungsform des Verfahrens vorgesehen. Die Wichtigkeit des Kurbelwellenbezugs beziehungsweise des ZOT-Bezugs wird beispielsweise erkennbar, wenn man das Zusammenspiel von Kurbelwellensignal und Nockenwelle betrachtet. Die Einlassnockenwelle ist beispielsweise für den Öffnungszeitpunkt der einzelnen Einlassventile verantwortlich. Moderne Fahrzeuge nutzen einen variablen Ventiltrieb, mittels welchem die Steuerzeiten eingestellt werden, in dem die Drehstellung der Nockenwelle relativ zur Drehstellung der Kurbelwelle verändert wird. Die Öffnungszeitpunkte lassen sich damit nach Früh oder Spät gegenüber der Kurbelwelle verstellen. Zuvor wurden bereits das Kurbelwellengebersignal und das Triggersignal gezeigt. In diesen ist auch der Versatz (Tver) von der ersten Hauptansaugschwingung (Hauptmotorordnung) bezogen auf das Triggersignal erkennbar. Die Verstellung der Steuerzeiten verschiebt genau diesen Zeitpunkt, in dem die erste Hauptmotorordnung auftritt. Würde man nun bei konstanter Motordrehzahl einfach die Öffnungswinkel, das heißt die Steuerzeiten, verstellen, dann würde sich auch das Messfenster, in dem die Hauptmotorordnung anfällt, verschieben. Dies ist der Grund, warum die Phasenlagen der Schwingungen zum Bezugspunkt so wichtig sind.
  • Gleiches gilt für die zylinderselektive Betrachtung der Ladedruckrohrschwingung. Um besser verstehen zu können, warum dieses Verfahren für jeden einzelnen Zylinder separat angewendet werden sollte, erfolgt eine weitere Verdeutlichung: In den beschriebenen Figuren zur Messfenstererklärung ist die herausgefilterte Grundschwingung mit einer nahezu gleichbleibenden Amplitude gezeigt. In Wirklichkeit jedoch sieht das Klangbild jedes einzelnen Zylinders unterschiedlich aus. Bei aktuell verwendetem ASD werden sämtliche Pegel einer ausgegebenen Schwingung mit der gleichen Amplitude und festem Phasenbezug ausgegeben. Bei der Signalgewinnung aus den Ladedruckschwingungen unterscheiden sich jedoch die einzelnen Ansaugschwingungen der unterschiedlichen Zylinder in ihrer Ausprägung. Dies ist besonders gut in 16 erkennbar. 16 zeigt unterschiedliche Pegel-Ausprägungen der Ansaugschwingungen einzelner Zylinder an unterschiedlichen Messsensorverbauorten (Hauptmotorordnung). In 16 ersichtlich sind sieben Ansaugschwingungen, die reduziert (gefiltert) wurden, und zwar auf die Hauptmotorschwingung/Grundschwingung. Es sind fünf an unterschiedlichen Punkten im Sammler und mit teilweise unterschiedlichen Sensoren aufgenommene Signale. Vergleicht man die Schwingungen eines Sensors miteinander, so kann man von Ansaugschwingung zu Ansaugschwingung eine unterschiedliche Ausprägung in der Intensität erkennen. Im Beispiel ist nur die Hauptschwingung gezeigt, um eine einfache und anschauliche Darstellung zu ermöglichen. Die höheren Ordnungsanteile unterscheiden sich von den einzelnen Zylindern zueinander noch sehr viel deutlicher. Wie stark dieser Unterschied ist, kann in 12 erkannt werden, in der nur das Sensorsignal und die herausgefilterte Hauptschwindung zu sehen sind. Betrachtet man Sensorsignal im Detail für jede Hauptmotorschwingung, so kann man den extrem unterschiedlichen Verlauf erkennen. Die Zusammensetzung von Ansaugschwingung zu Ansaugschwingung ist also komplett unterschiedlich. Ein von einem herkömmlichen ASD-Steuergerät erzeugtes Akustiksignal würde sehr viel harmonischer erscheinen und von Schwingung zu Schwingung sehr ähnlich ausschauen.
  • Auch zeigen gleiche Zylinder eine ähnliche Ausprägung, also alle sich wiederholenden Zylinder. Die unterschiedliche Ausprägung an den unterschiedlichen Messorten macht sich zudem in der Akustik bemerkbar. Im Originalsignal klingt jeder Messort unterschiedlich. Genau diese unterschiedliche Ausprägung ist der Grund, warum jeder ansaugende Zylinder für sich in der Signalausprägung betrachtet werden sollte und in seine Bestandteile zerlegt werden sollte. Diese Ausprägung findet sich auch in harmonischen Schwingungen höherer Ordnung wieder. Jedoch sind diese Ausprägungen nur unter bestimmten Bedingungen hörbar, jedoch nur in ihrer Gesamtheit, also alle zusammengesetzt geben der Akustik ihre spezielle Note. Im Prinzip könnte man aber bei der Zerlegung auch von den nahe an der Grundschwingung liegenden Ordnungen von jeder Teilschwingung separat die Amplitude ablegen, indem man beispielsweise beim oben beschriebenen Zwischenspeicherverfahren nochmals feiner unterteilt. Dies wird am Beispiel des ersten Zylinders A beschrieben:

    Berechnete Drehzahl zum Erfassungszeitpunkt nzyl1
    Frequenzen: F1zyl1, F2zyl1, F3zyl1 bis Fnzyl1
    Amplituden: A1zyl1, A2zyl11, A2zyl12, A3zyl11, A3zyl13, A3zyl13 bis Anzyl1
    Phasenlagen: Tver1zyl1, Tver2zyl1, Tver3zyl1 bis Tvernzyl1
  • Durch diese zylinderselektive Vermessung und spätere genaue Ausgabe zum gleichen ZOT-Bezug kann man die oben beschriebenen Schwebungen verhindern. Somit erhält man praktisch ein Echtzeitsystem zurück, wenn es um den ZOT-Bezug und den Zylinderbezug geht. Das Klangbild eines Zylinders wird praktisch dem gleichen Zylinder wieder zugeordnet, nur eben um zwei Kurbelwellenumdrehungen beziehungsweise ein Arbeitsspiel versetzt. Durch diese versetzte Ausgabe gewinnt der DSP Zeit, um das neue Signal wie gewünscht vorzubereiten, um es dann zum richtigen Zeitpunkt auszugeben. Alleine die Signal-Erfassung eines ansaugenden Zylinders verhindert es schon, ihn nicht mehr in Echtzeit ausgeben zu können. Würde man wie bei bekannten Systemen die gemessenen Signale lediglich durch einen mitlaufenden Equalizer laufen lassen, der bestimmte gemessene Frequenzen verstärkt und andere abschwächt, dann benötigt dies je nach Aufwand Laufzeit. Diese Laufzeiten können sogar variieren. Die Ausgabezeitpunkte wären dann immer völlig unterschiedlich, wenn auch nur sehr gering zum erfassten Signal. Es wäre aber kein echter Zylinderbezug und somit keine Echtzeitausgabe vorhanden.
  • Bevor das Signal wieder ausgegeben wird, soll es jedoch bearbeitet werden. Hierfür steht jetzt genügend Zeit für den Prozessor (DSP) zur Verfügung, da die zuvor beschriebene, hinreichend lange Zeitspanne zwischen dem Erfassen der Messgröße beziehungsweise der Druckschwingungen und dem Erzeugen des Geräusches liegt beziehungsweise realisiert werden kann. Die Bearbeitung des Signals kann beispielsweise über entsprechende Kennfelder geschehen, die vorher appliziert werden. Anhand von Messungen lässt sich ermitteln, welche Motorordnungen für eine Applikation zur Verfügung stehen. Dies wird üblicherweise mittels Beschleunigungsmessungen unter verschiedenen Lasten in sämtlichen Gangstufen durchgeführt. Daraus entstehen Aufnahmen wie bereits in den obigen Campbell-Diagrammen aufgezeigt. Anhand dieser Messungen kann man nun sehen, welche Motorordnungen überhaupt vorhanden sind. Gleichzeitig lässt sich am Rechner mittels Akustikprogrammen simulieren, welche Motorordnungen gut klingen und welche überhaupt nicht passen. Ferner ist es möglich zu erfassen, ob bestimmte Motorordnungen vielleicht nur etwas in der Intensität abgeschwächt und andere dafür in ihrer Intensität angehoben werden müssen. Dies kann dann abhängig von Drehzahl und Last beziehungsweise in Abhängigkeit von unterschiedlichen Fahrmodi und Fahrzuständen erfolgen. Anhand einer Tabelle könnte man also eine Vorentscheidung treffen, für welche Motorordnungen überhaupt weitere Kennfelder bereitgestellt werden sollen. Dies kann für den oben beschriebenen Sechs-Zylinder-Motor beispielsweise auf die folgende Weise geschehen. Hierzu zeigt 17 eine Kennfeldmatrix K1, welche eine Bereitstellungsmatrix für Ordnungskennfelder ist.
  • Solch eine Fahrmodidifferenzierung könnte für die unterschiedlichen Fahrmodi wie zum Beispiel Effizienz, Komfort, Sport und Sport Plus erfolgen. Auch eine weitere Unterteilung der Fahrmodi für normale Fahrt (Konstantfahrt und Beschleunigung), Stand- und Schubbetrieb wäre denkbar. Die in 17 gezeigte Kennfeldmatrix ist eine Tabelle. Wäre diese Tabelle nun für den Fahrzustand wie Beschleunigung oder Schub definiert, so würden für diesen Betriebsfall lediglich Ausprägungskennfelder für die folgenden Motorordnungen bereitgestellt: drei, 4.5, 5.5 und sechs. 18 zeigt ein Beispielkennfeld für den Fahrmodus effizient, Fahrt und Motorordnung drei. Anhand des in 18 gezeigten Kennfelds ist die Verstärkung beziehungsweise Abschwächung der speziellen Motorordnung über Drehzahl und Last erkennbar.
  • Der maximale Verstärkungsfaktor wird als Parameter für das Kennfeld ebenso vorgegeben, wie die bekannten Motorgrößen wie das maximale Drehmoment sowie der maximale Drehzahlbereich. Wäre es nun erwünscht, die Motorordnungen – so wie vom Sensor kommend – zu übernehmen, mit der normalen Amplitude über Last, dann würde man das Kennfeld komplett bei Verstärkung 0 bedaten. Schiebt man Teile des Kennfelds auf die Verstärkung –100, dann wäre das Basissignal auf 0 reduziert. 100 wäre eine Verdoppelung und nach oben hin wäre alles möglich bis zum Verstärkungsfaktor, der für die maximale Verstärkung definiert wurde. Somit könnte man bereits alle möglichen Fahrzustände individuell konfigurieren. Wie schon oben beschrieben, könnte eine solche Vorab-Soundgestaltung am Rechner mittels Simulation erfolgen. Eine Vorab-Basisbedatung könnte mittels Kennfeldrechnern geschehen, was Applikationsaufwand im Fahrzeug ersparen könnte. Im Fahrzeug wäre dann eine individuelle Detail- beziehungsweise Fein-Anpassung an den bereits bestehenden Fahrzeugsound möglich. Im Folgenden wird eine Auflistung möglicher Signale genannt, auf die in der weiterführenden Systembeschreibung teilweise Bezug genommen wird. Denkbare Größen, die von der Motorsteuerung zur Verfügung gestellt werden und beispielsweise zur Fenstergrößenermittlung, Lautstärkeumsetzung, Kennfeldauswahl etc. genutzt werden können, sind:
    • – Ladedruck vor Drosselklappe
    • – Ladedruck nach Drosselklappe
    • – Drosselklappenstellung
    • – Stellung des variablen Ventiltriebs, insbesondere des variablen Ventilhubs
    • – Einstellung der Steuerzeiten, insbesondere hinsichtlich Winkel und/oder Spreizung von Ein- und Auslassseite
    • – Luftmasse
    • – Temperatur nach Ladeluftkühler
    • – Betriebszustände wie Einzelzylinderausblendung oder Schubrubbelfunktionen
    • – Drehmoment
    • – Fahrpedalstellung
    • – Gang
    • – Drehzahl
    • – Geschwindigkeit
    • – Abgasklappenapplikation (Zustand der Abgasklappe auf/zu)
    • – Status Betriebszustand Kat heizen
    • – Fahrmodi (Komfort, Sport, Sport Plus etc.)
    • – DSC-Modus
    • – Gangwahlhebell (manuell oder Automatikmodus)
    • – Getriebemodus (Schaltgeschwindigkeit).
  • 19 zeigt ein Systemschaltbild, anhand dessen erkannt werden kann, wie eine weitere Verarbeitung des zerlegten Druckschwingungssignals (Schwingungssignal) erfolgen könnte. Das Systemschaltbild gemäß 19 ist dabei ein Basis-Systemplan insbesondere zur Fahrzustandsunterscheidung und Signalverarbeitung. Dies bedeutet, dass das in 19 gezeigte Systemschaltbild eine Basis darstellt, die um weitere Detaillösungen ergänzt werden kann. Während bei einer komplett künstlichen Sounderstellung für sämtliche Fahrzustände der Sound beziehungsweise die Ordnungszusammensetzung komplett designt werden muss, so hat sie bei dem gewonnenen Akustiksignal aus dem Ladedruckrohr schon eine individuelle Zusammensetzung. Es muss also praktisch nur noch unterschieden werden, in welchem Fahrzustand sich die Verbrennungskraftmaschine gerade befindet. Dazu können die oben beschriebenen Betriebsvariablen dienen, die auf dem CAN-Bus von der Motorsteuerung bereitgestellt werden können. Auch eine Vorabauswertung in der Motorsteuerung ist möglich. In der Motorsteuerung stehen noch weit mehr Informationen zur Zustandsentscheidung beziehungsweise Abschätzung bereit:
    • – Mittels der Indikatoren Drehzahl und Last könnten zum Beispiel die Kennfelder bezüglich Intensität einzelner Ordnungskennfelder laufen.
    • – Über den Gang könnte der Fahrzustand eingegrenzt werden. Liegt beispielsweise die Fahrstufe N oder P an, dann kann es sich nur um den Stand beziehungsweise Stillstand handeln. Bei höheren Gängen handelt es sich um einen Fahrbetrieb, Beschleunigung oder Schub.
    • – Das Ladedrucksensorsignal hat schon gewisse emotionale Ausprägungen, wenn es um Lastwechsel geht. Hier treten bei einem Saugrohrakustiksignal Amplitudenüberschwinger ein. Diese Ausprägung ist jedoch extrem abhängig von der vorhandenen Ladungswechselapplikation. Sie wird zwar stets vorhanden sein, aber je besser dieser Ladungswechsel attestiert wird, desto geringer werden sie in ihrer Ausprägung sein. Sollte dies der Fall sein, so muss man sie nachträglich wieder in ihrer emotionalen Ausprägung unterstützen. Diese Zustände kann man zum Beispiel im statischen Ladungssignal deutlicher erkennen. Weitere Indikatoren, um solche Zustände besser erkennen zu können, sind Schaltvorgänge. Auch extreme Lastwechselreaktionen – zum Beispiel sehr dynamische Fahrpedalbewegungen und Drehmomentänderungen – können Indikatoren sein, um solche emotionale Zustände verstärken zu können.
  • In 19 ist somit ein Beispiel aufgezeigt, wie eine entsprechende Soundverarbeitung und Emotionalisierung im Detail aussehen könnte. Es beinhaltet im linken Teil die Signalzerlegung, wie sie bereits in Zusammenhang mit 9 beschrieben wurde. Dann folgen die Fahrzustandsunterscheidungen und entsprechende Motorordnungszusammensetzung für die unterschiedlichen Drehzahl-/Lastzustände. Im rechten Teil erfolgt eine Signalzusammensetzung inklusive Drehzahlanpassung mit ZOT-Bezug und eventuell spätere Emotionalitätsverstärkung, wenn diese im Basissignal nicht stark genug ausgeprägt ist. Der größte Teil der Software könnte direkt im DSP ablaufen. Teile davon wären aber auch in einem parallelen µC denkbar.
  • Das Ansteuersignal ist beispielsweise ein bereitgestelltes Audiosignal, mittels welchem ein Lautsprecher beziehungsweise ein Körperschallwandler angesteuert wird. Das bereitgestellte Audiosignal könnte direkt in die bestehende HiFi-Anlage eingespielt werden und über das Equalizing im Verstärker bedarfsgerecht bezüglich Frequenzzusammensetzung für die unterschiedlichen Lautsprechervarianten beziehungsweise auf Front- und Heckbereich verteilt werden. Denkbar wäre auch schon eine entsprechende Verfeinerung in diesem System selbst. Es könnten eigene Ordnungsspektren für den Frontbereich und für den Heckbereich erstellt werden, so zum Beispiel höhere Motorordnungen in dem Frontbereich und niedrigere Motorordnungen in dem Heckbereich. Ebenso könnte das Akustiksignal für eine Ansauggeräuscherzeugung genutzt werden. Dies ist eventuell mit einer geänderten Ausprägung denkbar. Das erzeugte Ansauggeräusch hätte dann aber ebenfalls einen Zylinder- und somit Echtzeit-Bezug.
  • Da es ein Basissignal in Form einer Hauptmotorordnung gibt, können auch komplett neue Motorordnungen dazugespielt werden. Solche Motorordnungen könnte man auf ein Bezugssignal bezüglich der Intensität beziehen. Auch den Phasenbezug oder ZOT-Bezug könnte man anhand von Kennfeldern definieren. Somit ließen sich unterschiedliche Fahrzeugvarianten mit einem identischen Motor weiter differenzieren.
  • Auch Effekte, die heute zur akustischen Gestaltung im Abgasstrang umgesetzt werden, könnten mithilfe dieses Systems zugeführt werden. Es sind akustische Effekte, die teilweise für den Ladungswechsel benötigt werden oder aus rein emotionalen Gründen mittels Motorapplikation umgesetzt werden. Beispielsweise kann eine Einzelzylinderausblendung genutzt werden, um im Schub schnell von der Drehzahl zu kommen. Dazu wird Luft unverbrannt durch den Motor geführt. Dies wird in unregelmäßigen Abständen mit bestimmten Zylindern umgesetzt. Bei sportlichen Motoren wird beispielsweise beim Fahren mit Pfenniggas, also Konstantfahrt und leichten Gaspedalbewegungen künstliches Schubrubbeln erzeugt, um eine höhere Außenwirkung zu erreichen.
  • Solche Effekte ließen sich auch in den Innenraum einspielen. Im Prinzip sind dies keine typischen Frequenzbänder, wie man sie vom Motor kennt. Im Prinzip sind dies antizyklische Impulse, die im Schub eingespielt werden. Dabei kann es sich fast schon um Rechteckimpulse handeln. Da sie von der Zusammensetzung sehr sporadisch klingen, könnten sie mittels eigener Algorithmen erzeugt und im Schub mit eingespielt beziehungsweise auf den erstellten Sound mit aufgemischt werden. Es können auch festdesignte Soundkomponenten sein, die mit aufgemischt werden. Diese Informationen könnten auch von der Motorsteuerung geliefert werden und mit der über die Abgasanlage erzeugten Akustik übereinstimmen.
  • 20 zeigt einen erweiterten Systemplan zur Fahrzustandsunterscheidung und Signalverarbeitung der Einspeisemöglichkeit von Soundeffekten wie Schubrubbeln etc.
  • Durch den festen Kurbelwellenbezug, den der DSP hat, wären auch ANC-Funktionalitäten für den Fahrzeuginnenraum denkbar. Mittels eines Mikrofons im Innenraum könnten gezielt bestehende Motorordnungen – die zum Beispiel von der Abgasanlage herrühren – besser ausgelöscht werden. Das Gegenschallsignal könnte durch den Kurbelwellenbezug beziehungsweise durch das bereitgestellte Triggersignal besser von der Phasenlage ausgerichtet werden und dadurch deutlich effizienter arbeiten. Das System zielt praktisch darauf ab, einen genauen Kurbelwellenbezug des ausgegebenen Signals zu erzeugen. Daher ist die Basis für ein ANC-System ideal vorbereitet. Speziell Turbomotoren erzeugen im Abgasstrang oft niedere Motorordnungen, die nicht erwünscht sind. Im Folgenden wird der gesamte Weg – vom erfassten Signal bis zum ausgegebenen Signal – nochmals in einem Betriebspunkt an einem Einlassvorgang veranschaulicht. Aufgezeigt wird dies anhand eines Betriebspunkts innerhalb eines Motorhochlaufs unter Volllast. In einem ersten Campbell-Diagramm können beispielsweise die vorhandenen Motorordnungen erkannt werden, welche bei dieser Sensorposition ausgeprägt sind. Unterhalb der Hauptmotorordnung und oberhalb einer definierbaren Motorordnung wurde bereits gefiltert. Dies lässt sich im Campbell-Diagramm beziehungsweise aus einem vereinfachten, daraus abgeleiteten Diagramm durch dunkle Bereiche erkennen. Das Campbell Diagramm wird beispielsweise mittels einer Akustik-Software erstellt. Es lässt sich auch vereinfacht darstellen, was in 21 gezeigt ist. Dazu wird das gemessene Campbell-Diagramm bezüglich der Motorordnungen analysiert und diese in einem einfach lesbaren Diagramm aufgezeigt, das in 21 gezeigt ist. Es fällt dabei der unterschiedliche Verlauf auf. Im gemessenen Campbell-Diagramm ist der Motorordnungs-Verlauf gebogen und im in 21 gezeigten Campbell-Diagramm linear. Die Messung stammt beispielsweise aus einer Fahrzeugmessung, bei welcher mittels eines festgelegten beziehungsweise festgehaltenen Gangs ein Volllasthochlauf aus einer niedrigen Drehzahl bis zum Drehzahlbegrenzer gemessen wurde. Wegen des zunehmenden Windwiderstands ist dieser Hochlauf daher bezüglich der Beschleunigung nicht linear. Werden solche Messungen auf einer Leistungsrolle erstellt, sind die Campbell-Diagramme ähnlich linear wie in 21 gezeigt. In dem gemessenen Campbell-Diagramm lässt sich zudem eine unterschiedliche Ausprägung der einzelnen Frequenzen beziehungsweise Motorordnungen erkennen. Dies wird in 21 zur Vereinfachung ebenfalls ignoriert beziehungsweise vereinfacht. 21 zeigt vereinfacht nur die Anwesenheit der Motorordnungen über dem Drehzahl-/Lastbereich. Die Ausprägung der einzelnen Frequenzen bezüglich ihrer Amplituden lässt sich im Amplituden- beziehungsweise Frequenzspektrum für jeden gefensterten Messzeitpunkt besser darstellen.
  • Es wurde bereits beschrieben, dass für eine Echtzeit-Akustik-Verarbeitung ein für die Drehzahl angepasster Bereich betrachtet werden muss, so zum Beispiel der Zeitraum, in dem ein Zylinder ansaugt. Für die weitere graphische Betrachtung wurde dieser exemplarisch bei 4.000 Umdrehungen pro Minute gewählt. Dies entspricht etwa einem vertikalen Schnitt durch das erste Campbell-Diagramm bei 4.000 Umdrehungen pro Minute, nur dass bei den folgenden Diagrammen etwas mehr als eine einzelne Zylinder-Ansaugung aufgezeigt wird, was dem Verständnis zugutekommt. Das Rohsignal für diesen Zeitraum, also das Signal, das der DSP vor seiner Zerlegung sieht beziehungsweise empfängt ist aus 22 erkennbar. Dieses Rohsignal, das in 22 mit 157 bezeichnet ist, kann der DSP nun nach seiner gesamten Erfassung in seine Bestandteile zerlegen. Hieraus resultiert das beispielsweise in 23 gezeigte Diagramm, welches die unterschiedlichen Frequenzinhalte inklusive Amplitude zeigt. Das in 23 gezeigte Diagramm zeigt nun alle ermittelten Frequenzinhalte. Dabei sind Berge und Einbuchtungen erkennbar. Im Prinzip sind für die Akustikerzeugung nur die Bergspitzen interessant. Hier kann man auch eine Ähnlichkeit mit dem ersten Campbell-Diagramm erkennen, wenn man nur die ausgeprägten Spitzen bei 4.000 Umdrehungen pro Minute vergleich. All diese Informationen inklusive Bezug auf einen ZOT-Punkt beziehungsweise mit dem Triggersignal speichert der DSP für den Zylinder ab. Die Phasenlagen lassen sich im Spektrum nicht so einfach darstellen. Das Spektrum lässt sich auch auf die wesentlichen Inhalte vereinfacht darstellen, was in 24 gezeigt ist. Dieses, in 24 gezeigte, vereinfachte Spektrum zeigt nun die Hauptmotor- und Nebenordnungen im Betriebspunkt 4.000 Umdrehungen pro Minute für einen Ansaugvorgang. Gegenüber dem vereinfachten Campbell-Diagramm kann im in 24 gezeigten Diagramm nun auch die Amplitudenausprägungen der einzelnen Motorordnungen erkennen, wie sie vom Sensor im Ladedruckrohr ermittelt werden. Alle diese Frequenzinhalte werden, wie bereits beschrieben, inklusive ihrer Amplitude und ihrer Phasenablage zwischengespeichert. Für die der Hauptmotorordnung nahen höheren Motorordnungen handelt es sich dabei jedoch lediglich um eine gemittelte Intensität. Für diese höheren Motorordnungen könnte man auch für jede Schwingung eine separate Amplitudenausprägung abspeichern.
  • Durch Sounddesign beziehungsweise Veränderungen in Zusammensetzung der Amplituden am Computer kann nun vorab die Gestalt des ausgegebenen Signals appliziert werden. Dies bedeutet, dass mittels Kennfeldern Einfluss auf die einzelnen Werte genommen werden kann. Im Folgenden wird dies exemplarisch an nur vier Motorordnungen in diesem einen Betriebspunkt dargestellt. Im folgenden Beispiel handelt es sich um eine Beschleunigung, wobei im folgenden Beispiel während der gesamten Beschleunigung lediglich vier bestimmte Motorordnungen genutzt werden sollen. In der Applikation würde dies dann mithilfe von vier entsprechenden Kennfeldern vorbereitet werden. Ein solches Kennfeld ist eine Kennfeldmatrix, wie sie in 25 gezeigt ist. Entsprechend werden auch vier Kennfelder bereitgestellt. Für jede gewünschte Motorordnung (drei, vier, sechs und neun) wird ein Kennfeld bereitgestellt, wie dies in Zusammenhang mit 16 beschrieben wurde. Sind nun beispielsweise lediglich die vier ausgewählten Motorordnungen mit gleicher Amplitudenzusammensetzung wie im Basissignal gewünscht, dann hat das Amplitudenspektrum die in 26 gezeigte Gestalt. Über den gesamten Hochlauf hat das zugehörige Campbell-Diagramm dann eine entsprechende Gestalt. Hierbei handelt es sich um eine Ausprägung als Basis, also das, was im Sensorsignal vorhanden ist an diesen ausgewählten Motorordnungen kann sich in der Intensität über den Hochlauf unterscheiden beziehungsweise variieren.
  • Ist es beispielsweise gewünscht, von diesen vier Motorordnungen die dritte Motorordnung etwas anzuheben und die vierte Motorordnung etwas abzuschwächen, dann wird dies in den entsprechenden Verstärkungskennfeldern der entsprechenden Motorordnungen vorgenommen. Da es sich hier um einen Volllasthochlauf handelt, wäre das in dem entsprechenden Kennfeld der Bereich mit dem maximalen Drehmoment. In diesem Beispiel wäre das bei der dritten Motorordnung eine prozentuale Anhebung von circa 50 Prozent und bei der vierten Motorordnung eine prozentuale Absenkung von circa 80 Prozent, was in 27 anhand eines vereinfachten Amplitudenspektrums durch die in 27 gezeigten Pfeile veranschaulicht ist. Ein in 27 gezeigter Pfeil 158 veranschaulicht die beschriebene Anhebung, während ein in 27 gezeigter Pfeil 159 die beschriebene Absenkung beschreibt. 28 zeigt dann das angepasste Amplitudenspektrum. 29 zeigt das vereinfachte Campbell-Diagramm dieser vier Motorordnungen nach der Verstärkung beziehungsweise Abschwächung der dritten beziehungsweise vierten Motorordnung und der original gebliebenen sechsten und neunten Motorordnung.
  • Im Folgenden wird zur Veranschaulichung nochmals der Vorgang im Zeitsignal aufgezeigt. Dabei zeigt zunächst 30 das Zeitrohsignal wie vom Sensor kommend für etwas mehr als einen Ansaugzyklus. 31 zeigt die aus dem Basissignal separierte Hauptstellung (dritte Motorordnung), die vierte, sechste und neunte Motorordnung. 32 zeigt die gleiche Ordnungszusammensetzung, jedoch mit der verstärkten dritten Motorordnung, der abgeschwächten vierten Motorordnung sowie der in der Intensität gleich gebliebenen sechsten und neunten Motorordnung. Diese zusammengesetzt erhält man das in 33 gezeigte und mit 160 bezeichnete Signal für die Ausgaben.
  • Insgesamt ist erkennbar, dass durch die beschriebene Technik des Sounddesigns mit einem Saugrohrschwingsignal als Basis und einem echten ZOT-Bezug ein authentischer Sound, das heißt ein authentisches Geräusch erzeugt werden kann. Gegenüber aktuellen Systemen, denen ein synthetisch klingender Sound vorgeworfen wird, könnte deutlich mehr Natürlichkeit umgesetzt werden. Speziell bei bestimmten Fahrzuständen könnte mehr Emotion umgesetzt werden, da im Basissignal bereits deutlich mehr Überschwinger vorhanden sind, die genutzt werden können. Zudem hätte die Akustik einen echten ZOT-Bezug, wodurch viele Nachteile der aktuellen Soundumsetzung mittels ASD vermieden werden können. Auch die Kosten des Systems können gering gehalten werden, ebenso wie das Gewicht und der Verschleißpunkt. Ferner kann eine hohe Robustheit realisiert werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Verbrennungskraftmaschine
    2
    Zylindergehäuse
    3
    Zylinder
    4
    Einlasskanal
    5
    Zylinderkopf
    6
    Einlasstrakt
    7
    Ansaugmündung
    8
    Luftfilter
    9
    Luftfilterkasten
    10
    Luftfiltermatte
    11
    Einlassventil
    12
    Ladeluftsammler
    13
    Kammer
    14
    Einlasskanal
    15
    Verdichter
    16
    Verdichtergehäuse
    17
    Verdichterrad
    18
    Drosselklappe
    19
    Ladeluftkühler
    20
    Abgastrakt
    21
    Krümmer
    22
    Katalysator
    23
    Schalldämpfer
    24
    Abgasrohrmündung
    25
    Abgasturbolader
    26
    Turbine
    27
    Turbinengehäuse
    28
    Turbinenrad
    29
    Welle
    30
    Umgehungseinrichtung
    31
    Umgehungskanal
    32
    Ventilelement
    33
    Ladedruckseite
    34
    Ladedrucksensor
    35
    Ladedrucksensor
    37
    Auslasskanal
    38
    Aktor
    39
    Ladedrucksensor
    50
    Schaltung
    51
    Steuergerät
    60
    Kraftfahrzeug
    61
    Innenraum
    62
    Antriebsaggregat
    63
    Steuergerät
    64
    Abgasanlage
    65
    Aktor
    66
    Mikrofon
    67
    Steuergerät
    68
    Audioverstärker
    69
    Steuergerät
    70
    Umgebung
    71
    Aktor
    72
    Sensor
    73
    Aktor
    74
    Mündung
    75
    Bussystem
    76
    Steuergerät
    77
    Aktor
    78
    Motorlager
    79
    Leitungssystem
    80
    Abgasschalldämpfer
    81
    Mündung
    82
    Verstellaktor
    83
    Fahrwerksdämpfer
    84
    Steuergerät
    85
    Akustikmembran
    86
    Ladedruckrohr
    87
    Akustikrohr
    88
    Motorraum
    89
    Stirnwand
    90
    Frontlautsprecher
    91
    Hecklautsprecher
    92
    Trennwand
    93
    Kofferraum
    94
    Anteil
    95
    Anteil
    96
    Anteil
    97
    Anteil
    98
    Beitrag
    99
    Anteil
    100
    Anteil
    101
    Drehzahlverlauf
    102
    Drehzahlverlauf
    103
    Drehzahlverlauf
    104
    Lastwechsel
    105
    Pegelverlauf
    106
    Pegelverläufe
    107
    Pegel
    108
    Pegel
    109
    Pegelverlauf
    110
    Pegelverlauf
    111
    Pegelverlauf
    112
    Pegelverlauf
    113
    Fahrerwunsch
    114
    Fahrerwunsch
    115
    Fahrerwunsch
    116
    Fahrerwunsch
    117
    Drehzahlverlauf
    118
    Drehzahlverlauf
    119
    Drehzahlverlauf
    120
    Lastwechsel
    121
    Fahrerwunsch
    122
    Fahrerwunsch
    123
    Fahrerwunsch
    124
    Fahrerwunsch
    125
    Gasgebezeitpunkt
    126
    Pegel
    127
    Pfenniggas
    128
    Pegelüberschwinger
    129
    Ladedrucksignal
    130
    Ladedruckschwingungen
    131
    Messbereich
    132
    AC/DC
    133
    Verstärkung
    134
    Hoch- und Tiefpassfilterung
    135
    Analog-Digital-Konverter
    136
    Tiefpassfilter
    137
    RAM
    138
    DSP
    139
    Mikrocontroller
    140
    Interpolationsfilter
    141
    Digital-/Analogkonverter
    142
    Audioverstärker
    143
    Tiefpassfilter
    144
    Audio-Anlage
    145
    Motorsteuerung
    146
    Schnittstelle
    147
    Signal
    148
    CAN-Bus
    149
    Signal
    150
    Motorordnungen
    151
    Signal
    152
    Signal
    153
    Signal
    154
    Signal
    155
    Messfenster
    156
    Signal
    157
    Rohsignal
    158
    Pfeil
    159
    Pfeil
    160
    Signal
    161
    Störfrequenzen
    A
    erster Zylinder
    B
    zweiter Zylinder
    BE
    Bereich
    C
    dritter Zylinder
    D
    vierter Zylinder
    E
    fünfter Zylinder
    F
    sechster Zylinder
    S1
    Stelle
    S2
    Stelle
    P1
    Druck
    P2
    Druck
    P4
    Druck
    P5
    Druck

Claims (13)

  1. Verfahren zum Erzeugen eines Geräusches, welches einen Betrieb einer eine von einem gasförmigen Medium durchströmbare Anlage (4), einen in einem ersten Brennraum bewegbar aufgenommenen, ersten Kolben und wenigstens einen in einem zweiten Brennraum bewegbar aufgenommenen, zweiten Kolben aufweisenden Verbrennungskraftmaschine (1) eines Kraftfahrzeugs charakterisiert, mit den Schritten: a) Erfassen zumindest einer Schwingungen der Anlage (4) charakterisierenden Messgröße (P5) mittels wenigstens eines Sensors (30), welcher wenigstens ein die erfasste Messgröße (P5) charakterisierendes Sensorsignal (129) bereitstellt, wobei die Messgröße zumindest während einer ersten Bewegung des ersten Kolbens erfasst wird; b) Erzeugen wenigstens eines Ansteuersignals (149) in Abhängigkeit von dem Sensorsignal (129); und c) Ansteuern wenigstens eines Aktors (38) in Abhängigkeit von dem Ansteuersignal (149), um dadurch mittels des Aktors (38) das Geräusch zu erzeugen, wobei das Geräusch durch Ansteuern des Aktors (38) bei einer zeitlich auf die erste Bewegung und das Erfassen der Messgröße folgenden, zweiten Bewegung des zweiten Kolbens erzeugt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben mit einer von den Kolben antreibbaren und dadurch um eine Drehachse in unterschiedliche Drehstellungen drehbaren Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine gekoppelt sind, wobei die Messgröße bei Schritt a) in Abhängigkeit von wenigstens einer der Drehstellungen der Abtriebswelle erfasst wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Geräusch bei Schritt c) in Abhängigkeit von wenigstens einer der Drehstellungen der Abtriebswelle erzeugt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Signalteil des Sensorsignals ausgewählt wird, wobei in Abhängigkeit von dem ausgewählten Signalteil das Ansteuersignal (149) erzeugt wird, wobei sich der ausgewählte Signalteil zumindest auf einen Bewegungsteil der ersten Bewegung bezieht, und wobei die zweite Bewegung, während welcher das Geräusch bei Schritt c) erzeugt wird, dem Bewegungsteil bezogen auf den jeweiligen Brennraum entspricht.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messgröße bei Schritt a) innerhalb eines Arbeitsspiels der Verbrennungskraftmaschine erfasst wird, wobei das Geräusch bei Schritt c) innerhalb des desselben Arbeitsspiels erzeugt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Messgröße bei Schritt a) innerhalb eines ersten Arbeitsspiels der Verbrennungskraftmaschine erfasst wird, wobei das Geräusch bei Schritt c) innerhalb eines zeitlich auf das erste Arbeitsspiel folgenden, zweiten Arbeitsspiels der Verbrennungskraftmaschine erzeugt wird.
  7. Verfahren zum Erzeugen eines Geräusches, welches einen Betrieb einer eine von einem gasförmigen Medium durchströmbare Anlage (4) und wenigstens einen in einem Brennraum bewegbar aufgenommenen Kolben aufweisenden Verbrennungskraftmaschine (1) eines Kraftfahrzeugs charakterisiert, mit den Schritten: • Erfassen zumindest einer Schwingungen der Anlage (4) charakterisierenden Messgröße (P5) mittels wenigstens eines Sensors (35, 39), welcher wenigstens ein die erfasste Messgröße (P5) charakterisierendes Sensorsignal (129) bereitstellt, wobei die Messgröße während einer ersten Bewegung des Kolbens erfasst wird; • Erzeugen wenigstens eines Ansteuersignals (149) in Abhängigkeit von dem Sensorsignal; und • Ansteuern wenigstens eines Aktors (38) in Abhängigkeit von dem Ansteuersignal (149), um dadurch mittels des Aktors (38) das Geräusch zu erzeugen, wobei das Geräusch durch Ansteuern des Aktors (38) bei einer zeitlich auf die erste Bewegung und das Erfassen der Messgröße folgenden, zweiten Bewegung des Kolbens erzeugt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben mit einer von dem Kolben antreibbaren und dadurch um eine Drehachse in unterschiedliche Drehstellungen drehbaren Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine gekoppelt ist, wobei die Messgröße in Abhängigkeit von wenigstens einer der Drehstellungen der Abtriebswelle erfasst wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Geräusch in Abhängigkeit von wenigstens einer der Drehstellungen der Abtriebswelle erzeugt wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Signalteil des Sensorsignals ausgewählt wird, wobei in Abhängigkeit von dem ausgewählten Signalteil das Ansteuersignal (149) erzeugt wird, wobei sich der ausgewählte Signalteil zumindest auf einen Bewegungsteil der ersten Bewegung bezieht, und wobei die zweite Bewegung, während welcher das Geräusch erzeugt wird, dem Bewegungsteil entspricht.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Messgröße innerhalb eines Arbeitsspiels der Verbrennungskraftmaschine erfasst wird, wobei das Geräusch innerhalb des desselben Arbeitsspiels erzeugt wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Messgröße innerhalb eines ersten Arbeitsspiels der Verbrennungskraftmaschine erfasst wird, wobei das Geräusch innerhalb eines zeitlich auf das erste Arbeitsspiel folgenden, zweiten Arbeitsspiels der Verbrennungskraftmaschine erzeugt wird.
  13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Geräusch akustisch synchron zu einer Abtriebswelle, insbesondere Kurbelwelle, der Verbrennungskraftmaschine erzeugt wird.
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