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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem erweiterten ASE/AVAS-System, das Änderungen der Schallübertragung von der verwendeten Schallquelle in die Umgebung des Kraftfahrzeugs ausgleicht.
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Stand der Technik
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Es sind Kraftfahrzeuge, wie beispielsweise Hybrid-, Elektro- oder Brennstoffzellenfahrzeuge, bekannt, deren Antriebe, insbesondere im Vergleich zu einem klassischen Verbrennungsmotor, sehr leise sind und daher von der Umgebung oftmals nicht wahrgenommen werden. Dies stellt ein Gefährdungsrisiko für andere Verkehrsteilnehmer, insbesondere für Fußgänger und Radfahrer, dar. Auch aufgrund gesetzlicher Vorgaben, wie beispielsweise der EU-Verordnung Nr. 540/2014, wurde daher bereits vorgeschlagen, Antriebs- und/oder Fahrgeräusche zu simulieren, um die Wahrnehmbarkeit eines solchen Kraftfahrzeugs zu erhöhen. Hierbei eingesetzte Systeme werden unter dem Begriff „Acoustic Vehicle Alerting System“ (kurz: „AVAS“) zusammengefasst.
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Darüber hinaus kann bezweckt sein, das Klangbild eines Kraftfahrzeugs durch zusätzlich erzeugte Geräusche zu verbessern. Derartige Systeme werden unter dem Begriff „Active Sound Enhancement“ (kurz: „ASE“) zusammengefasst.
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Aus der
DE 197 46 523 A1 ist ein Verfahren bekannt, mit dem das im Innenraum eines von einem Verbrennungsmotor angetriebenen Fahrzeugs wahrgenommene Klangbild durch Ansteuerung von Lautsprechern in Abhängigkeit der Drehzahl des Verbrennungsmotors verbessert werden kann. Auch die
DE 34 20 463 A1 , die
DE 90 05 598 U1 sowie die
WO 90/13 109 beschreiben Verfahren zur Verbesserung des Klangerlebnisses für die Fahrzeuginsassen. Eine Lösung für das Problem, dass ein Kraftfahrzeug nach außen hin zu leise ist und von anderen Verkehrsteilnehmern zu spät wahrgenommen wird, ist diesen Schriften nicht zu entnehmen.
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Aus der
WO 92/08 225 ist ein Verfahren bekannt, mit dem beispielsweise durch Nutzung von Lautsprechern und/oder auf schwingfähige Bauteile wirkenden Schwingungserregern das Klangerlebnis im Inneren des Fahrzeugs verbessert und zugleich die Abstrahlung von Lärm in die Umgebung des Fahrzeugs minimiert werden kann. Dass Kraftfahrzeuge einmal so leise werden, dass sie nicht rechtzeitig wahrgenommen werden und eine erhöhte Unfallgefahr besteht, war zum Prioritätstag dieser Anmeldung in 1990 noch kein Thema. Dementsprechend offenbart diese Schrift keine Lösung für ein AVAS, sondern das genaue Gegenteil eines AVAS.
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Die
DE 10 2011 081 595 A1 beschreibt allgemeinen Stand der Technik zu Schwingungserregern. Das
Dokument „Herausforderung Transfer Pfad Analyse" (F. Brandl, W. Biermayer, R. Höldrich, S. Brandl, ATZ / MVZ Tagung, Stuttgart, 10.–11. Juni 2008) beschreibt allgemeinen Stand der Technik zur Analyse von Übertragungsfunktionen für Schall beim Durchtritt durch eine Fahrzeugkarosserie.
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Offenbarung der Erfindung
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Das vorgeschlagene Kraftfahrzeug weist eine Einrichtung zur Schallerzeugung auf, mittels welcher die akustische Wahrnehmung des Kraftfahrzeugs beeinflussende Zusatzgeräusche generierbar sind. Bestandteil der Einrichtung zur Schallerzeugung ist mindestens ein elektrisch oder elektronisch ansteuerbarer Schwingungserreger zur Einwirkung auf ein schwingfähiges Bauteil. Das schwingfähige Bauteil ist ein Karosseriebauteil des Kraftfahrzeugs, und der Schwingungserreger ist mit dem schwingfähigen Bauteil gekoppelt, so dass das schwingfähige Bauteil unter Einwirkung des Schwingungserregers Schall erzeugt, der zumindest außerhalb des Kraftfahrzeugs wahrnehmbar ist.
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Der Schwingungserreger kann beispielsweise als elektromagnetischer („Tauchspule“) oder piezoelektrischer Shaker ausgeführt sein.
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Erfindungsgemäß umfasst die Einrichtung zur Schallerzeugung eine Steuereinheit, die ein als Schall abzustrahlendes Soll-Signal als Eingabe erhält und eine Stellgröße ausgibt, die auf die Ansteuerung des Schwingungserregers wirkt. Diese Steuereinheit umfasst eine Ermittlungseinheit zur Ermittlung einer frequenzabhängigen Übertragungsfunktion S(f). Die Übertragungsfunktion S(f) beschreibt das komplexe Verhältnis zwischen der Ansteuerung des Schwingungserregers (Anregung) und dem durch diese Ansteuerung bewirkten Außengeräusch an einem vorgegebenen Ort außerhalb des Kraftfahrzeugs (Antwort). „Komplex“ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass sich die Übertragungsfunktion S(f) im Detail aus Betrag und Phase zusammensetzt. Vereinfachend wird im Weiteren auf die komplexe Schreibweise verzichtet.
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Der vorgegebene Ort außerhalb des Kraftfahrzeugs kann insbesondere eine Position sein, an der sich eine Person aufhalten kann, die durch das AVAS-System des Kraftfahrzeugs vor dem sich nähernden Kraftfahrzeug zu warnen ist. Der vorgegebene Ort kann beispielsweise eine Fußgängerposition seitlich vor oder neben dem Fahrzeug sein. Der vorgegebene Ort kann insbesondere beispielsweise in erster Näherung einer Messposition gemäß dem UNECE-Entwurf für die Abnahme eines AVAS (ECE/TRANS/WP.29/GRB/2015/9 Annex 3) entsprechen.
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Die Steuereinheit umfasst zusätzlich eine Equalizer-Einheit zur Ermittlung einer Inversen S*(f) aus der Übertragungsfunktion S(f). Sie ist weiterhin dazu ausgebildet, die Stellgröße für die Ansteuerung des Schwingungserregers unter Anwendung der Inversen S*(f) auf das Soll-Signal zu bilden.
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Indem die Inverse S*(f), und damit auch die Stellgröße für die Ansteuerung des Schwingungserregers, bei Änderungen in der Übertragungsfunktion S(f) nachgeführt wird, ist sichergestellt, dass die Auswirkungen derartiger Änderungen auf die Schallabstrahlung der Einrichtung zur Schallerzeugung minimiert werden. Damit ist die Warnfunktion des AVAS des Kraftfahrzeugs, in das die Einrichtung zur Schallerzeugung eingebunden ist, jederzeit gewährleistet. Die Inverse S*(f) wirkt als Equalizing-Funktion, deren Anwendung auf das Soll-Signal die anschließend durch die Übertragungsfunktion S(f) in das Soll-Signal eingebrachten Änderungen im Vorhinein zumindest teilweise neutralisiert.
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Idealerweise wird das Soll-Signal also per Saldo mit einem flachen Frequenzgang zu dem vorgegebenen Ort außerhalb des Kraftfahrzeugs übertragen, d.h. bis zu einer bestimmten Grenzfrequenz fg werden alle Frequenzen gleichmäßig verstärkt oder abgeschwächt. Damit bleibt das Klangbild dieses Soll-Signals bei der Übertragung zu dem vorgegebenen Ort im Wesentlichen unverändert. Für die Warnfunktion des AVAS ist es noch wichtiger, dass das Schallsignal von Personen auf Grund seines Klangbildes einem sich nähernden Kraftfahrzeug zugeordnet werden kann, als dass dieses eine bestimmte Mindestlautstärke hat.
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Die Erfinder haben erkannt, dass die Erzeugung eines in die Umgebung des Kraftfahrzeugs abgestrahlten Schalls mit einem Schwingungserreger und einem schwingfähigen Karosseriebauteil Vorteile gegenüber einer Schallerzeugung mit Lautsprechern hat. Für Lautsprecher gibt es im Motorraum bzw. Abgastrakt moderner Fahrzeuge starke Einschränkungen bezüglich des notwendigen Einbauraums; Platz ist kaum vorhanden. Die Lautsprecher müssen zudem robust ausgelegt oder geschützt werden gegenüber den im Motorraum zu erwartenden Umweltbedingungen (Temperatur, Feuchtigkeit, Überflutung, Medien, ...) Die akustische Anmutung von Lautsprechersystemen ist darüber hinaus nur bei sehr hochwertigen Lautsprechern authentisch, d.h. der Sound klingt nicht „echt“. Weiterhin ist eine Öffnung in der Karosserie erforderlich, um eine Abstrahlung nach außen zu ermöglichen.
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Hinsichtlich dieser Anforderungen bietet ein Schwingungserreger als Schallerzeuger prinzipielle Vorteile; er ist robuster und zugleich authentischer. Die Erfinder haben jedoch auch erkannt, dass diese Art der Schallerzeugung im Hinblick auf die sicherheitskritische Anwendung in einem AVAS technisch anspruchsvoll ist. Dies ist darin begründet, dass die Übertragungsfunktion, die die Umsetzung der Anregung des Schwingungserregers in ein in die Umgebung des Kraftfahrzeugs abgestrahltes Schallfeld beschreibt, zum Einen kompliziert und zum Anderen auch nicht konstant ist.
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So färben die Schwingungseigenschaften der Struktur, an der der Schwingungserreger angebracht ist, die Klangcharakteristik des abgestrahlten Luftschalls, d.h. das Gesamtsystem gibt den Schall nicht so wieder wie gewünscht. Weiterhin wirken Temperatur, Alterungseffekte und weitere Störeinflüsse auf die Schwingungseigenschaften des Schwingungserregers und des schwingfähigen Karosseriebauteils zurück. So klingt beispielsweise ein kaltes Fahrzeug anders als ein Fahrzeug auf Betriebstemperatur.
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Weiterhin verändern sich die akustischen Eigenschaften der Karosserie des Kraftfahrzeugs durch kleine Beschädigungen, beispielsweise durch Parkrempler. Eine solche Beschädigung wird möglicherweise vom Fahrer nicht als solche erkannt und folglich nicht zwangsläufig behoben. Der Fahrer bemerkt also nicht, dass die Schallabstrahlung des AVAS ungenügend ist und damit im Widerspruch zur geltenden Gesetzeslage eine erhöhte Gefährdung von Personen im Umfeld des Fahrzeugs besteht.
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Schließlich beeinflussen auch Umwelteigenschaften, wie beispielsweise Verschmutzung, Schlamm, in Hohlräumen gesammelte Steine, Sand, eine Schneelast oder eine Vereisung die akustischen Eigenschaften der Fahrzeugkarosserie.
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Die Erfinder haben erkannt, dass diese Hürden überwunden werden können, indem die Ansteuerung des Schwingungserregers über die Inverse S*(f) bei Änderungen in der Übertragungsfunktion S(f) nachgeführt wird. Die Einhaltung der gesetzlichen Vorschriften hinsichtlich der Wahrnehmbarkeit des Kraftfahrzeugs für Personen im Umfeld ist damit jederzeit gewährleistet. Durch das Nachführen kann insbesondere der Einfluss langsam veränderlicher Störgrößen, wie beispielsweise der Temperatur T, auf die Schallabstrahlung kompensiert werden. Die Nachführung kann im Betrieb des Fahrzeugs beispielsweise kontinuierlich, intermittierend oder ereignisgesteuert aktiv sein.
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In der einfachsten Ausgestaltung beinhaltet die Ermittlungseinheit ein vorgegebenes Modell der Übertragungsfunktion S(f), welches von mindestens einer äußeren Einflussgröße Q abhängt, und es sind Mittel zur direkten oder indirekten Bestimmung der äußeren Einflussgröße Q vorgesehen. Dann kann die Inverse S*(f), und damit die Stellgröße für die Ansteuerung des Schwingungserregers, auch ohne jede Rückkopplung von Schall von außerhalb des Kraftfahrzeugs, Änderungen der Übertragungsfunktion S(f) nachgeführt werden. Die Übertragungsfunktion S(f), und/oder ihre Inverse S*(f), kann beispielsweise in der Ermittlungseinheit als parametrisierter Ansatz hinterlegt sein, dessen Parameter von der Einflussgröße Q abhängen.
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Beispielsweise ist die Temperatur T eine Einflussgröße Q, die sich sehr stark auf das Schwingungsverhalten schwingfähiger Karosseriebauteile auswirkt. Zugleich ist die Abhängigkeit der Schwingungseigenschaften von der Temperatur T gut modellierbar. Indem also die Inverse S*(f), und damit die Schallerzeugung, der Temperatur T nachgeführt wird, kann die Konstanz der Schallabstrahlung während des Betriebs des Kraftfahrzeugs mit minimalem Aufwand bereits wesentlich verbessert werden. Ein Sensor für die Außentemperatur T ist in fast allen Kraftfahrzeugen bereits vorhanden.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist außerhalb des Kraftfahrzeugs mindestens ein Sensor für Luft- oder Körperschall angeordnet, und die Ermittlungseinheit ist dazu ausgebildet, die Übertragungsfunktion S(f) unter Heranziehung einer vom Sensor gelieferten Rückkopplung zu bilden und/oder abzuändern. Die Übertragungsfunktion S(f) kann dabei einmalig als Verhältnis zwischen Systemantwort und Anregung oder über eine selektive Filterung der System-Antwort (FIR-Filter) und Minimierung der Abweichung zwischen Anregung und Antwort kontinuierlich ermittelt werden. Weitere Konzepte sind hier ebenfalls denkbar.
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Als Sensor für Luftschall ist insbesondere ein Mikrofon geeignet, welches sich an beliebiger Stelle im oder am Fahrzeug befinden kann, beispielsweise an einem Außenspiegel. Als Sensor für Körperschall ist insbesondere ein Beschleunigungssensor geeignet, welcher sich ebenfalls an beliebiger Stelle im oder am Fahrzeug befinden kann, beispielsweise an oder nahe der Stelle, an der der Schwingungserreger mit dem schwingfähigen Karosseriebauteil gekoppelt ist.
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Diese Ausgestaltung bietet gegenüber den vorbekannten Lösungen den zusätzlichen Vorteil, dass die Position, an der der Sensor für den Luft- oder Körperschall angeordnet ist, von dem vorgegebenen Ort außerhalb des Kraftfahrzeugs, an dem das Außengeräusch zu optimieren ist, entkoppelt ist. Gerade an denjenigen Positionen in der Nähe des Kraftfahrzeugs, an denen Personen durch das AVAS vor dem sich nähernden Kraftfahrzeug zu warnen sind, lässt sich zum Zweck der Rückkopplung kein physischer Sensor anordnen. Die Rückkopplung mit einem physischen Sensor, der an einem anderen Ort angeordnet ist, verbessert nun die Genauigkeit der in der Steuereinheit vorhandenen Übertragungsfunktion S(f). Diese Übertragungsfunktion S(f) wiederum schreibt die frequenzabhängigen Änderungen des abgestrahlten Schallfeldes bis zum vorgegebenen Ort außerhalb des Kraftfahrzeugs fort. Das Außengeräusch an diesem Ort wird also optimiert, als wäre an diesem Ort ein virtueller Sensor für die Rückkopplung des Außengeräuschs angeordnet. Der Regelkreis wird jedoch durch den an einem anderen Ort angeordneten Sensor geschlossen.
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Für die Fortschreibung der Schallausbreitung vom Ort des physischen Sensors zum vorgegebenen Ort des virtuellen Sensors ist die Ermittlungseinheit in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung dazu ausgebildet, die Übertragungsfunktion S(f) als Hintereinanderschaltung einer ersten Übertragungsfunktion S1(f) für die Strecke zwischen der Ansteuerung des Schwingungserregers und dem Ort des Sensors mit einer zweiten Übertragungsfunktion S2(f) für die Strecke vom Ort des Sensors zum vorgegebenen Ort außerhalb des Kraftfahrzeugs zu bilden. In erster Näherung lässt sich S(f) beispielsweise als Produkt S2(f)·S1(f) darstellen. In den meisten Anwendungen beschreibt S2(f) eine Freiraumausbreitung des Schalls und hat dann eine besonders einfache Form.
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Speziell in diesem Zusammenhang ist es auch vorteilhaft, wenn die Ermittlungseinheit dazu ausgebildet ist, die Übertragungsfunktion S(f), S1(f) und/oder S2(f) als frequenzabhängige Dämpfung oder Verstärkung zu ermitteln. Sofern es hier keine Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Frequenzkomponenten gibt, ist die Übertragungsfunktion besonders einfach durch Kehrwertbildung invertierbar. Eine selektive Abschwächung auf einer bestimmten Frequenz f kann also durch eine selektive Verstärkung bei der gleichen Frequenz in der Inversen (Equalizer-Funktion) S*(f) ausgeglichen werden und umgekehrt.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Ermittlungseinheit dazu ausgebildet, die Verlässlichkeit der Rückkopplung mit einer Bewertung der akustischen Umgebung des Kraftfahrzeugs zu gewichten. Unter dieser akustischen Umgebung werden beispielsweise reflektierende Flächen oder Objekte, Umgebungsgeräusche oder der Fahrtwind verstanden. Eine Gewichtung kann beispielsweise bedeuten, dass die Rückkopplung von der Ermittlungseinheit nur dann ausgewertet wird, wenn die Bewertung der akustischen Umgebung des Kraftfahrzeugs eine vorgegebene Mindestqualität erreicht. Für diese Bewertung können auch Gegebenheiten herangezogen werden, die sich mittelbar bzw. indirekt auf die Geräuschkulisse in der Umgebung des Kraftfahrzeugs auswirken, wie beispielsweise geographische Informationen („Häuserschlucht“, Verkehrsknotenpunkt, ruhiges Wohngebiet, Landstraße), Wetterinformationen, wie beispielsweise Niederschlag oder Windgeschwindigkeit, oder auch die aktuelle Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs.
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Die Rückkopplung muss nicht zwangsläufig am Kraftfahrzeug selbst gewonnen werden. Es können beispielsweise auch akustische Informationen herangezogen werden, die von externer Infrastruktur oder anderen Fahrzeugen empfangen wurden. Beispielsweise ist in Japan die „ITS“-Frequenz (Intelligent Transportation System) 760 MHz für den Austausch derartiger Informationen reserviert.
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In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Ermittlungseinheit dazu ausgebildet, von mindestens zwei frequenzabhängigen Messungen M1(f) und M2(f) der Rückkopplung für jede interessierende Frequenz f jeweils das Minimum Min(M1(f), M2(f)) der Messungen M1(f) und M2(f) heranzuziehen. Wird hierbei ein kontinuierliches Spektrum von Frequenzen f durchfahren, so wird als Rückkopplung somit eine gemeinsame untere Grenzkurve der Messungen M1(f) und M2(f) herangezogen. Der Grundgedanke hierbei ist, dass speziell sporadisch auftretende Störgeräusche, wie beispielsweise ein Hupen eines anderen Fahrzeugs, sich mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit nur in einer der Messungen M1(f) und M2(f) als additives Zusatzsignal zeigen. Je mehr solche Messungen durchgeführt werden, desto zuverlässiger können sporadische Störgeräusche ausgeblendet werden.
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Die Erfindung bezieht sich auch auf Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs, das mit einer Einrichtung zur Schallerzeugung gemäß der Erfindung ausgerüstet ist. Diese Verfahren beziehen sich darauf, wie die Übertragungsfunktion S(f) oder Teile hiervon vorteilhaft erhalten werden können.
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Ein erstes Verfahren sieht vor, dass zur Ermittlung der Übertragungsfunktion S(f) der Schwingungserreger mit einem Testsignal angesteuert und das Außengeräusch am vorgegebenen Ort außerhalb des Kraftfahrzeugs frequenzabhängig gemessen wird. Eine solche Kalibriermessung kann beispielsweise nach der Herstellung des Fahrzeugs auf einem freien Feld oder in einer Halle mit geeigneter Akustik erfolgen. Auf diese Weise lässt sich die Grundcharakteristik der Übertragungsfunktion S(f) bereits ab Werk in der Ermittlungseinheit hinterlegen, so dass die Ermittlungseinheit im Betrieb des Fahrzeugs diese Übertragungsfunktion S(f) nur noch den Störeinflüssen nachführen muss.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass zur Ermittlung der Übertragungsfunktion S1(f) der Schwingungserreger mit einem Testsignal angesteuert und die Rückkopplung des Sensors frequenzabhängig gemessen wird. Mit dieser Messung wird genau derjenige Teil der Übertragungsstrecke erfasst, der im Betrieb des Kraftfahrzeugs den größten Veränderungen durch Störeinflüsse unterliegt.
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Analog lässt sich auch die Übertragungsfunktion S2(f) vorab durch eine Kalibriermessung ermitteln und in der Ermittlungseinheit hinterlegen. Hierfür wird lediglich temporär am Ort des Sensors eine zusätzliche Schallquelle zur Erzeugung eines Testsignals benötigt. Sind S1(f) und S(f) bekannt, so kann S2(f) auch ohne zusätzliche Schallquelle rechnerisch ermittelt werden.
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Die Erfindung ist im Grundsatz auch dann funktionsfähig, wenn die Kombination aus Schwingungserreger und schwingfähigem Karosseriebauteil gegen einen Lautsprecher, mit oder ohne Kopplung an ein solches schwingfähiges Karosseriebauteil, ausgetauscht wird. Der wesentliche Gewinn der Erfindung besteht jedoch darin, dass die Unwägbarkeiten, die der Einsatz eines Schwingungserregers (Shakers) mit sich bringt, zu einem großen Teil ausgeglichen werden, so dass ein solcher Schwingungserreger auch für den sicherheitskritischen Einsatz in einem AVAS nutzbar wird.
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher dargestellt.
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Ausführungsbeispiele
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Es zeigt:
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1 Schematische Darstellung eines gemäß der Erfindung ausgestatten Kraftfahrzeuges 1;
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2 Übertragungspfade und Frequenzgänge vom Soll-Signal 31 zum physischen Sensor 22, bzw. vom Soll-Signal 31 zum virtuellen Sensor am Ort 11 außerhalb des Kraftfahrzeugs 1.
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Nach 1 umfasst die Steuereinheit 10, die Teil der Einrichtung 2 zur Schallerzeugung ist, eine Ermittlungseinheit 20. Diese Ermittlungseinheit 20 ermittelt auf Grund eines in ihr hinterlegten Modells der Schallübertragung sowie auf Grund der Rückkopplungen 13a, 13b der Sensoren 22 und 23 die Übertragungsfunktion S(f) zwischen der Ansteuerung des Schwingungserregers 3 und dem Außengeräusch 12 am Ort 11 außerhalb des Kraftfahrzeugs 1, an dem sich eine zu warnende Person aufhält. Das bedeutet, dass ein von einer ASE/AVAS-Steuerlogik 30 ausgegebenes Soll-Signal 31 für die Schallerzeugung insgesamt gemäß dieser Übertragungsfunktion S(f) frequenzabhängig abgeändert wird, wenn der Schwingungserreger 3 unmittelbar mit diesem Soll-Signal angesteuert wird.
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Um den Effekt dieser Übertragungsfunktion S(f) zu kompensieren, enthält die Steuereinheit 10 eine Equalizer-Einheit 21, die die Inverse S*(f) der Übertragungsfunktion S(f) bildet. Über einen Multiplizierer 21a wird diese Inverse S*(f) auf das Soll-Signal 31 angewendet. Das Ergebnis ist die Stellgröße 14, mit der der Schwingungserreger 3 angesteuert wird.
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Die schwingfähige Motorhaube 4, an der der Schwingungserreger 3 befestigt ist, strahlt Luftschall 4a in die Umgebung und Körperschall 4b innerhalb des Kraftfahrzeugs 1 ab. Zur Gewinnung einer ersten Rückkopplung 13a wird dieser Luftschall 4a durch ein außen am Kraftfahrzeug 1 angeordnetes Mikrofon 22 als erster physischer Sensor gemessen. Zur Gewinnung einer zweiten Rückkopplung 13b wird der Körperschall 4b durch einen in der Nähe des Schwingungserregers 3 an der Motorhaube 4 angebrachten Beschleunigungssensor 23 als zweiter physischer Sensor gemessen.
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Das Diagramm 104 verdeutlicht beispielhaft, wie ein Ansteuersignal 14 für den Schwingungserreger 3 mit ursprünglich flachem Frequenzgang auf dem Weg zum Ort des Mikrofons 22 in einen frequenzabhängigen Lautstärkepegel Lp,22(f) gewandelt wird. Das Diagramm 104 wurde als untere Grenzkurve MG(f) aus drei Messungen M1(f), M2(f) und M3(f) gewonnen, die im Diagramm 105 dargestellt sind. Jede dieser Messungen M1(f), M2(f) und M3(f) enthält Ausschläge zu höheren Lautstärkepegeln Lp,22(f), die in den jeweils anderen beiden Messungen nicht vorkommen. Diese Ausschläge rühren von sporadischen Störgeräuschen her, die jeweils nur bei einer der Messungen M1(f), M2(f) und M3(f) aufgetreten sind. Der flache Frequenzgang des Testsignals 32 wurde stark verändert. Diese frequenzabhängigen Änderungen verfälschen das Klangbild des Testsignals 32. Ein Warnsignal eines AVAS, dessen Klangbild in gleicher Weise verfälscht ist, wird möglicherweise nicht als von einem Kraftfahrzeug 1 herrührend wahrgenommen. In der Folge unterbleibt eine möglicherweise lebenswichtige Ausweichreaktion einer Person in der Umgebung des Kraftfahrzeugs 1.
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Das Diagramm 106 zeigt stark abstrahiert das Ergebnis der Kompensation für die Übertragungsfunktion S(f) gemäß der Erfindung. Dargestellt ist exemplarisch für das Verhältnis zwischen Systemausgang und Systemeingang das Verhältnis des Lautstärkepegels Lp,11 am Ort 11 zum Lautstärkepegel Lp,31 des Soll-Signals 31 in Abhängigkeit der Frequenz f. Dieses Verhältnis ist ein frequenzabhängiger Verstärkungsfaktor, der bis zu einer Grenzfrequenz fg im Wesentlichen konstant ist. Dies rührt daher, dass die in Diagramm 104 angedeuteten Verfälschungen des Klangbild im Vorhinein durch Anwendung der Inversen S*(f) auf elektronischem Wege ausgeglichen wurden, bevor auf dem Weg von der Ansteuerung des Schwingungserregers 3 zum Ort 11 die Übertragungsfunktion S(f) angewendet wurde. Der im Diagramm 106 gezeigte Frequenzgang ist also im Wesentlichen das Produkt S(f)·S*(f) der Übertragungsfunktion S(f) mit ihrer Inversen S*(f).
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2 zeigt beispielhaft in Aufsicht eine Situation, in der eine Person am Ort 11 außerhalb des Kraftfahrzeugs 1 mit einem von einer AVAS/ASE-Steuerlogik 30 erzeugten Soll-Signal zu warnen ist, und verdeutlicht die wirksamen Übertragungsfunktionen. Der Schwingungserreger 3 wird – hier beispielhaft im Fall eines induktiven Aktor-Wirkprinzips – mit einem Strom I angesteuert und übt daraufhin eine Kraft F auf die Motorhaube 4 des Kraftfahrzeugs 1 aus. Das Diagramm 100 verdeutlicht das Verhältnis der Kraft F zum Anregungsstrom I in Abhängigkeit der Frequenz f. Nur im Abschnitt 100a auf der Frequenzachse ist dieser Frequenzgang flach. Ansonsten wird das Klangbild des Soll-Signals 31 bereits hier ein erstes Mal abgeändert. Die nächste wirksame Übertragungsfunktion ist in Diagramm 101 dargestellt und beschreibt die frequenzabhängige Erzeugung eines Lautstärkepegels Lp als Funktion der vom Schwingungserreger ausgeübten Kraft F. Die frequenzabhängige Ausbreitung des von der Motorhaube 4 abgestrahlten Luftschalls 4a zum Ort 11 außerhalb des Kraftfahrzeugs 1 ist in Diagramm 102 als frequenzabhängiges Verhältnis des am Ort 11 wahrnehmbaren Lautstärkepegels Lp,11 zum von der Motorhaube 4 erzeugten Lautstärkepegel Lp dargestellt.
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Der Ort 11 ist um einen Betrag a gegenüber der Fahrzeuglängsachse 1a des Kraftfahrzeugs 1 zur Seite versetzt und um einen Betrag b gegenüber der Fahrzeugvorderkante des Kraftfahrzeugs 1 in Fahrtrichtung nach vorne versetzt. Eine sinnvolle Position liegt gemäß dem aktuellen UNECE-Entwurf für die Regulierung von AVAS-Systemen bei a = 2 m, b = 0 m und in einer Höhe von 1,2 m über der Fahrbahn.
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Zwecks Rückkopplung und Anpassung der zu invertierenden Übertragungsfunktion S(f) durch die Ermittlungseinheit 20 innerhalb der Steuereinheit 10 ist am rechten Außenspiegel des Kraftfahrzeugs 1 ein Mikrofon 22 angeordnet. Diagramm 103 zeigt das Verhältnis des vom Mikrofon 22 registrierten Lautstärkepegels Lp,22 zum von der Motorhaube 4 erzeugten Lautstärkepegel Lp. Dieser Frequenzgang bildet einen Teil der Übertragungsfunktion S1(f) ab. S1(f) enthält darüber hinaus noch die in den Diagrammen 100 und 101 dargestellten Beiträge.
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Diagramm 107 setzt die beiden Lautstärkepegel Lp,22 und Lp,11 zueinander ins Verhältnis. Obwohl zwischen dem Ort 11 des virtuellen Sensors und dem Ort des physischen Sensors 22 nur eine Luftstrecke liegt, gibt es einen deutlichen frequenzabhängigen Unterschied zwischen den Lautstärkepegeln Lp,22 und Lp,11. Dieser Unterschied entspricht der Wirkung der Übertragungsfunktion S2(f).
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19746523 A1 [0004]
- DE 3420463 A1 [0004]
- DE 9005598 U1 [0004]
- WO 90/13109 [0004]
- WO 92/08225 [0005]
- DE 102011081595 A1 [0006]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Dokument „Herausforderung Transfer Pfad Analyse“ (F. Brandl, W. Biermayer, R. Höldrich, S. Brandl, ATZ / MVZ Tagung, Stuttgart, 10.–11. Juni 2008 [0006]
- ECE/TRANS/WP.29/GRB/2015/9 Annex 3 [0010]
