DE102016105919A1 - Steuersystem mit zentralisierter aktiver Rausch- und Schwingungsunterdrückung durch ein digitales Netz - Google Patents

Steuersystem mit zentralisierter aktiver Rausch- und Schwingungsunterdrückung durch ein digitales Netz Download PDF

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Abstract

Ein Steuersystem stellt eine zentralisierte aktive Rauschunterdrückung (ANC) und aktive Schwingungsunterdrückung (AVC) durch ein digitales Netz bereit. Das Steuersystem beinhaltet eine Steuereinheit, ein Audiosubsystem und ein Schwingungssubsystem. Das Audiosubsystem beinhaltet mindestens eine Tonüberwachungskomponente und mindestens eine Tonausgabekomponente. Das Schwingungssubsystem beinhaltet mindestens eine Schwingungsüberwachungskomponente und mindestens eine Schwingungsaktuationskomponente. Die Steuereinheit und die Subsysteme sind durch das digitale Netz miteinander verbunden. Die Steuereinheit steuert die Subsysteme durch das digitale Netz, um die ANC- und AVC-Funktionen in einem holistischen Ansatz durchzuführen.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft aktive Rausch- und Schwingungsunterdrückungssysteme von Fahrzeugen.
  • HINTERGRUND
  • Ein aktives Rauschunterdrückungssystem (active noise control system, ANC-System) kompensiert Rauschen. Das ANC-System überwacht auf Rauschen, wie mit der Verwendung eines Mikrofons, und gibt einen Rauschkompensationston aus, wie mit der Verwendung eines Lautsprechers. Der Rauschkompensationston soll im Vergleich zu dem Rauschen eine entgegengesetzte Phase und die gleiche Amplitude haben, wodurch der Rauschkompensationston das Rauschen kompensiert.
  • Ein aktives Schwingungsunterdrückungssystem (active vibration control system, AVC-System) kompensiert Schwingungen. Das AVC-System überwacht auf Schwingungen, wie mit der Verwendung eines Schwingungssensors, und gibt Kompensationskräfte aus, wie mit der Verwendung eines Schwingungsaktuators. Die Kompensationskräfte sollen im Vergleich zu Kräften, die von den Schwingungen auferlegt werden, eine entgegengesetzte Phase und die gleiche Amplitude haben, wodurch die Kompensationskräfte die Schwingungen kompensieren. Zusammenfassend besteht das Prinzip der AVC darin, eine Kraft auf der Basis einer Schwingungssensorrückmeldung zu erzeugen, um die Schwingung zu neutralisieren.
  • Ein aktives Geräuschkontrollsystem (active sound control system, ASC-System) gibt Geräuscheffekte aus, um spezifische räumliche und zeitliche Charakteristika eines Geräuschs zu verstärken, im Gegensatz zum Versuch des Kompensierens des Geräuschs. Das ASC-System gibt die Geräuscheffekte aus, wie mit der Verwendung eines Lautsprechers.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Ein System beinhaltet eine Steuereinheit, ein Audiosubsystem, ein Schwingungssubsystem und ein digitales Netz, das die Steuereinheit und die Subsysteme miteinander verbindet. Die Steuereinheit steuert durch das digitale Netz die Subsysteme dahingehend, aktive Rauschunterdrückungs- und aktive Schwingungsunterdrückungsfunktionen (ANC- und AVC-Funktionen) durchzuführen.
  • Das Audiosubsystem kann ein Mikrofon zum Erkennen von Rauschen und einen Lautsprecher zum Ausgeben eines Rauschkompensationstons beinhalten. Das Mikrofon und der Lautsprecher sind einzeln mit dem digitalen Netz in einer Verkettungsanordnung verbunden, um mit der Steuereinheit in Kommunikation zu stehen. Die Steuereinheit steuert durch das digitale Netz den Lautsprecher dahingehend, einen Rauschkompensationston entsprechend einem Rauschen, das von dem Mikrofon erkannt wurde, auszugeben, um das Rauschen zu kompensieren.
  • Das Schwingungssubsystem kann einen Schwingungssensor zum Erkennen von Schwingungen und einen Schwingungsaktuator zum Erzeugen von Kräften beinhalten. Der Schwingungssensor und der Schwingungsaktuator sind einzeln mit dem digitalen Netz in der Verkettungsanordnung verbunden, um mit der Steuereinheit in Kommunikation zu stehen. Die Steuereinheit steuert durch das digitale Netz den Schwingungsaktuator dahingehend, eine Kompensationskraft entsprechend einer Kraft, die von einer Schwingung auferlegt wird, die von dem Schwingungssensor erkannt wurde, zu erzeugen, um die Schwingung, die von dem Schwingungssensor erkannt wurde, zu kompensieren.
  • Das digitale Netz kann ein verdrilltes Einzelschleifen-Adernpaar sein, das Audio- und Steuerdaten zusammen mit einem Takt und Energie verteilen kann.
  • Das Audiosubsystem kann ein Mikrofon, das dazu konfiguriert ist, Rauschen zu erkennen, und einen Lautsprecher, der dazu konfiguriert ist, einen Rauschkompensationston auszugeben, beinhalten, und das Schwingungssubsystem kann einen Schwingungsaktuator beinhalten, der dazu konfiguriert ist, Kräfte zu erzeugen. Die Steuereinheit steuert durch das digitale Netz auf der Basis von Rauschen, das von dem Mikrofon erkannt wurde, den Lautsprecher dahingehend, einen Rauschkompensationston auszugeben, und den Schwingungsaktuator dahingehend, eine Kraft zu erzeugen, um zu bewirken, dass ein Rauschkompensationston erzeugt wird.
  • Das Audiosubsystem kann ein Mikrofon, das dazu konfiguriert ist, Rauschen zu erkennen, und mehrere Lautsprecher, die jeweils dazu konfiguriert sind, einen Rauschkompensationston auszugeben, beinhalten. Die Steuereinheit steuert durch das digitale Netz eine Teilmenge der Lautsprecher dahingehend, Rauschkompensationstöne auf der Basis von Rauschen, das von dem Mikrofon erkannt wurde, auszugeben. Das Schwingungssubsystem kann mehrere Schwingungsaktuatoren beinhalten, die jeweils dazu konfiguriert sind, Kräfte zu erzeugen. In diesem Fall steuert die Steuereinheit durch das digitale Netz auf der Basis von Rauschen, das von dem Mikrofon erkannt wurde, eine Teilmenge der Lautsprecher dahingehend, Rauschkompensationstöne auszugeben, und eine Teilmenge der Schwingungsaktuatoren dahingehend, Kräfte zu erzeugen, die bewirken, dass Rauschkompensationstöne erzeugt werden.
  • Das Audiosubsystem kann einen Lautsprecher beinhalten, der dazu konfiguriert ist, einen Rauschkompensationston auszugeben, und das Schwingungssubsystem kann einen Schwingungssensor, der dazu konfiguriert ist, Schwingungen zu erkennen, und einen Schwingungsaktuator, der dazu konfiguriert ist, Kräfte zu erzeugen, beinhalten. Die Steuereinheit steuert durch das digitale Netz auf der Basis von Schwingungen, die von dem Schwingungssensor erkannt wurden, den Schwingungsaktuator dahingehend, eine Kompensationskraft zu erzeugen, und den Lautsprecher dahingehend, einen Rauschkompensationston auszugeben.
  • Das Schwingungssubsystem kann einen Schwingungssensor, der dazu konfiguriert ist, Schwingungen zu erkennen, und mehrere Schwingungsaktuatoren, die jeweils dazu konfiguriert sind, Kräfte zu erzeugen, beinhalten. Die Steuereinheit steuert durch das digitale Netz eine Teilmenge der Schwingungsaktuatoren dahingehend, Kompensationskräfte auf der Basis von Schwingungen, die von dem Schwingungssensor erkannt wurden, zu erzeugen. Das Audiosubsystem kann mehrere Lautsprecher beinhalten, die jeweils dazu konfiguriert sind, einen Rauschkompensationston auszugeben. In diesem Fall steuert die Steuereinheit durch das digitale Netz auf der Basis von Schwingungen, die von dem Schwingungssensor erkannt wurden, eine Teilmenge von Schwingungsaktuatoren dahingehend, Kompensationskräfte zu erzeugen, und eine Teilmenge der Lautsprecher dahingehend, Rauschkompensationstöne auszugeben.
  • Das Audiosubsystem kann interne Lautsprecher zum Ausgeben von Rauschkompensationstönen, um Innenraumrauschen entgegenzuwirken, einen Lufteinzugssystemlautsprecher zum Ausgeben eines Rauschkompensationstons, um Lufteinzugssystemöffnungsrauschen entgegenzuwirken, und einen Abgasanlagenlautsprecher zum Ausgeben eines Rauschkompensationstons, um Abgasanlagenendrohröffnungsrauschen entgegenzuwirken, beinhalten, und das Schwingungssubsystem kann Schwingungsaktuatoren zum Erzeugen von Kräften beinhalten. In diesem Fall steuert die Steuereinheit die Lautsprecher und die Schwingungsaktuatoren in Kombination für Lufteinzugssystem- und Abgasanlagen-ANC-Funktionen.
  • Ein Fahrzeug beinhaltet ein digitales Netz und ein Steuersystem, das eine Steuereinheit, ein Audiosubsystem und ein Schwingungssubsystem beinhaltet, die durch das digitale Netz miteinander verbunden sind. Die Steuereinheit steuert durch das digitale Netz die Subsysteme dahingehend, aktive Rauschunterdrückungs- und aktive Schwingungsunterdrückungsfunktionen (ANC- und AVC-Funktionen) durchzuführen. Das Fahrzeug kann weiterhin einen Controller-Area-Network-Bus (CAN-Bus) und ein Antriebsstrangsteuergerät beinhalten. In diesem Fall ist die Steuereinheit mittels des CAN-Busses mit dem Antriebsstrangsteuergerät verbunden, um mit dem Fahrzeug zusammenhängende Informationen zur Verwendung durch die Steuereinheit beim Durchführen von ANC- und AVC-Funktionen zu empfangen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 stellt ein Blockdiagramm eines Steuersystems mit zentralisierter aktiver Rausch- und Schwingungsunterdrückung durch ein digitales Netz dar;
  • 2 stellt ein Blockdiagramm des Steuersystems dar, das in einem Fahrzeug umgesetzt ist;
  • 3 stellt ein Blockdiagramm der Einheiten des Steuersystems dar, die durch das digitale Netz miteinander verbunden sind; und
  • 4 stellt ein Blockdiagramm des Steuersystems dar, das zusätzliche Gesichtspunkte des Steuersystems detaillierter darstellt.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Detaillierte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind hierin offenbart; es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich beispielhaft für die Erfindung sind, die in verschiedenen und alternativen Formen verkörpert werden kann. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale können übertrieben oder minimiert sein, um Einzelheiten bestimmter Komponenten zu zeigen. Folglich sollten hierin offenbarte spezifische strukturelle und funktionelle Einzelheiten nicht als einschränkend gedeutet werden, sondern lediglich als eine repräsentative Grundlage, um einem Fachmann das verschiedenartige Einsetzen der vorliegenden Erfindung zu lehren.
  • 1 stellt ein Blockdiagramm eines Steuersystems 10 mit zentralisierter aktiver Rausch- und Schwingungsunterdrückung durch ein digitales Netz 24 dar. Das Steuersystem 10 beinhaltet eine aktive Rausch- und Schwingungssteuereinheit 12. Die Steuereinheit 12 ist eine integrierte Steuereinheit zur aktiven Rauschunterdrückung (ANC) und aktiven Schwingungsunterdrückung (AVC). Daher ist die Steuereinheit 12 eine integrierte ANC/AVC-Steuereinheit. Die Steuereinheit 12 ist dazu konfiguriert, ANC-Funktionen zum Kompensieren von Rauschen und AVC-Funktionen zum Kompensieren von Schwingungen durchzuführen. Die Steuereinheit 12 kann weiterhin dazu konfiguriert sein, aktive Geräuschkontrollfunktionen (ASC-Funktionen) durchzuführen.
  • Das Steuersystem 10 beinhaltet weiterhin ein Audiosubsystem für die Steuereinheit 12, um ANC-Funktionen (und ASC-Funktionen) durchzuführen. Das Audiosubsystem beinhaltet mindestens ein Mikrofon 14. Das Mikrofon 14 ist dazu konfiguriert, Geräusche zu erkennen, die in einer Umgebung gehört werden. Unerwünschte Geräusche sind Rauschen. Das Mikrofon 14 ist daher dazu konfiguriert, Rauschen zu erkennen. Das Audiosubsystem beinhaltet weiterhin ein Audio-Bedienteil (audio head unit, AHU) 16 und mindestens einen Lautsprecher 18. Das AHU 16 ist dazu konfiguriert, ein Audio-Antriebssignal zu erzeugen, um den Lautsprecher 18 anzutreiben. Der Lautsprecher 18 ist dazu konfiguriert, ein Geräusch auf der Basis des Audio-Antriebssignals auszugeben.
  • Die Steuereinheit 12 führt eine ANC-Funktion durch, um Rauschen in einer Umgebung zu kompensieren. Für die ANC-Funktion gibt der Lautsprecher 18 ein Geräusch aus, das Rauschen kompensiert, das von dem Mikrofon 14 erkannt wurde. Das ausgegebene Geräusch von dem Lautsprecher 18 ist ein Rauschkompensationsgeräusch, das im Vergleich zu dem Rauschen, das von dem Mikrofon 14 erkannt wurde, eine entgegengesetzte Phase und die gleiche Amplitude hat. Dementsprechend kompensiert das Rauschkompensationsgeräusch das Rauschen.
  • Das Steuersystem 10 beinhaltet weiterhin ein Schwingungssubsystem für die Steuereinheit 12, um AVC-Funktionen durchzuführen. Das Schwingungssubsystem beinhaltet mindestens einen Schwingungssensor 20 und mindestens einen Schwingungsaktuator 22. Der Schwingungssensor 20 ist dazu konfiguriert, Schwingungen einer Vorrichtung oder Schwingungen, die von der Vorrichtung verursacht werden, zu erkennen. Die Vorrichtung schwingt (vibriert) infolge ihres Betriebs und/oder des Betriebs anderer schwingender Elemente in mechanischer Kommunikation mit der Vorrichtung. Die schwingende Vorrichtung kann Rauschen in einer Umgebung infolgedessen, dass die Schwingungen an die Umgebung übertragen werden, erzeugen. Der Schwingungsaktuator 22 ist dazu konfiguriert, Kräfte zu erzeugen. Der Schwingungsaktuator 22 ist beispielsweise dazu konfiguriert, eine Kompensationskraft im Vergleich mit der Kraft, die von Schwingungen von der schwingenden Vorrichtung auferlegt werden, zu erzeugen, wodurch die Kompensationskraft die Schwingungen kompensiert.
  • Die Steuereinheit 12 führt eine AVC-Funktion durch, um die Schwingungen der Vorrichtung zu kompensieren und dadurch Rauschen zu kompensieren, das andernfalls aufgrund der Schwingungen der Vorrichtung erzeugt werden würde. Für die AVC-Funktion erzeugt der Schwingungsaktuator 22 Kräfte, die Kräften von den Schwingungen der Vorrichtung entgegenwirken, wie sie von dem Schwingungssensor 20 erkannt wurden. Die Vorrichtung ist beispielsweise ein Motor. Der Schwingungssensor 20 erkennt Schwingungen des Motors, die von dem Motorbetrieb verursacht werden. Der Schwingungsaktuator 22 erzeugt eine Kraft, um die Motorschwingungen, die von dem Motorbetrieb verursacht werden, zu kompensieren. Die von dem Schwingungsaktuator 22 erzeugten Kräfte sind Kompensationskräfte, die im Vergleich mit Kräften, die von dem Motorschwingungen auferlegt werden, die von dem Motorbetrieb verursacht werden, eine entgegengesetzte Phase und die gleiche Amplitude haben. Das Kompensieren der Kräfte, die von den Motorschwingungen auferlegt werden, die von dem Motorbetrieb verursacht werden, kompensiert dadurch Rauschen, das andernfalls aus den Motorschwingungen resultieren würde.
  • Die Steuereinheit 12, das Audiosubsystem, einschließlich des Mikrofons 14, des AHU 16 und des Lautsprechers 18, und das Schwingungssubsystem, einschließlich des Schwingungssensors 20 und des Schwingungsaktuators 22, stehen alle mittels eines digitalen Netzes 24 miteinander in Kommunikation. Die Steuereinheit 12 kommuniziert mittels des digitalen Netzes 24 mit dem Audiosubsystem und dem Schwingungssubsystem, um ANC- und AVC-Funktionen durchzuführen. Die Steuereinheit 12 kommuniziert beispielsweise mit dem Mikrofon 14, um auf Rauschen zu überwachen, das in einer Umgebung gehört wird, und kommuniziert mit dem Lautsprecher 18 mittels des AHU 16, um einen Rauschkompensationston in die Umgebung zum Kompensieren des Rauschens in der Umgebung auszugeben. Die Steuereinheit 12 kommuniziert mit dem Schwingungssensor 20, um auf Schwingungen in einer Umgebung zu überwachen, und kommuniziert mit dem Schwingungsaktuator 22, um Gegenkräfte zum Kompensieren der Schwingungen in der Umgebung auszugeben.
  • Das digitale Netz 24 kann Audio- und Steuerdaten zusammen mit einem Takt und Energie über ein einziges, unabgeschirmtes verdrilltes Adernpaar verteilen. Somit kann die Steuereinheit infolgedessen, dass das digitale Netz 24 die Steuereinheit 12 und das Audio- und das Schwingungssubsystem miteinander verbindet, „integrierte“ ANC/AVC-Funktionen durchführen. Die Steuereinheit 12 ist somit eine integrierte ANC/AVC-Steuereinheit und kann folglich Überwachungsaspekte des Audio- und/oder des Schwingungssubsystems und Ausgabeaspekte des Audio- und/oder des Schwingungssubsystems in Verbindung miteinander verwenden.
  • In Bezug auf das Verwenden von Überwachungsaspekten des Schwingungssubsystems mit Ausgabeaspekten des Audiosubsystems kann die Steuereinheit 12 auf Schwingungen mittels des Schwingungssubsystems in Verbindung mit dem Ausgeben eines Rauschkompensationstons mittels des Audiosubsystems überwachen. Als ein Beispiel kommuniziert die Steuereinheit 12 mit dem Schwingungssensor 20, um auf Schwingungen zu überwachen, die Rauschen in einer Umgebung verursachen. Anstelle des Steuerns des Schwingungsaktuators 22 dahingehend, Gegenkräfte zu erzeugen, um die überwachten Schwingungen aufzuheben, steuert die Steuereinheit 12 den Lautsprecher 18 dahingehend, einen Rauschkompensationston in die Umgebung auszugeben, der das Rauschen kompensiert.
  • In Bezug auf das Verwenden von Überwachungsaspekten des Audiosubsystems mit Ausgabeaspekten des Schwingungssubsystems kann die Steuereinheit 12 auf Rauschen mittels des Audiosubsystems in Verbindung mit dem Ausgeben von Kräften mittels des Schwingungssubsystems überwachen. Die Steuereinheit 12 steuert das Schwingungssubsystem dahingehend, Kräfte auszugeben, die bewirken, dass ein Rauschkompensationston erzeugt wird, der das Rauschen kompensiert. Als ein Beispiel steuert die Steuereinheit 12 das Mikrofon 14 dahingehend, auf Rauschen zu überwachen, das in einer Umgebung gehört wird. Anstelle des Kommunizierens mit dem Lautsprecher 18, um einen Rauschkompensationston in die Umgebung auszugeben, steuert die Steuereinheit 12 den Schwingungsaktuator 22 dahingehend, eine Kraft auszugeben, die eine Vorrichtung schwingen (vibrieren) lässt, so dass die Vorrichtungsschwingung bewirkt, dass ein Rauschkompensationston in die Umgebung erzeugt wird, der das Rauschen kompensiert.
  • Die Fähigkeit der integrierten ANC/AVC-Steuereinheit 12 zum Verwenden von Überwachungsaspekten des Audio- und/oder des Schwingungssubsystems in Verbindung mit Schwingungsaspekten des anderen des Audio- und des Schwingungssubsystems ermöglicht dem Steuersystem 10, einen „holistischen“ Ansatz bei der aktiven Rausch-/Schwingungsunterdrückung zu haben. Daher ist die Steuereinheit 12 dazu befähigt, eine optimale Lösung beim Kompensieren von Rauschen oder Schwingungen bereitzustellen. Die Steuereinheit 12 ist nicht dazu gezwungen, Rauschen mit einem Rauschkompensationston zu kompensieren oder unerwünschte Schwingungen mit Gegenkräften zu kompensieren. Stattdessen kann die Steuereinheit 12 Rauschen mit einer gewichteten Kombination von einem Rauschkompensationston und Gegenkräften kompensieren, wobei die Gewichtung von nur dem Rauschkompensationston zu nur den Gegenkräften und einer beliebigen Kombination dazwischen reichen kann. Analog dazu kann die Steuereinheit 12 unerwünschte Schwingungen (oder das Rauschen, das von den ungewünschten Schwingungen induziert wird) mit einer gewichteten Kombination von einem Rauschkompensationston und Gegenkräften kompensieren, wobei die Gewichtung wiederum irgendwo zwischen nur dem Rauschkompensationston und nur den Gegenkräften liegen kann.
  • Der holistische Ansatz der Steuereinheit 12 ist nicht auf das Verwenden nur einer Überwachungskomponente (z. B. das Mikrofon 14 oder der Schwingungssensor 20) in Verbindung mit nur einer Ausgabekomponente (z. B. der Lautsprecher 18 oder der Schwingungsaktuator 22) beschränkt. Stattdessen kann die Steuereinheit 12 eine oder mehrere Überwachungskomponenten (z. B. das Mikrofon 14 und/oder der Schwingungssensor 20) in Verbindung mit einer oder mehreren Ausgabekomponenten (z. B. der Lautsprecher 18 und/oder der Schwingungsaktuator 22) verwenden. Die Steuereinheit 12 kann beispielsweise das Mikrofon 14 dazu verwenden, Rauschen in einer Umgebung zu erkennen, und sowohl den Lautsprecher 18 als auch den Schwingungsaktuator 22 dazu verwenden, das Rauschen zu kompensieren. In dieser Hinsicht wählt die Steuereinheit 12 den Rauschkompensationston von dem Lautsprecher 18 und die Schwingungsaktuationsausgabe von dem Schwingungsaktuator 22 aus, die sich zusammen addieren, um das Rauschen zu kompensieren. Analog dazu kann die Steuereinheit 12 den Schwingungssensor 20 dazu verwenden, Schwingungen in einer Umgebung zu erkennen, und sowohl den Lautsprecher 18 als auch den Schwingungsaktuator 22 dazu verwenden, das Rauschen zu kompensieren, das von den Schwingungen in der Umgebung verursacht wird. In dieser Hinsicht wählt die Steuereinheit 12 den Rauschkompensationston von dem Lautsprecher 18 und die Schwingungsaktuationsausgabe von dem Schwingungsaktuator 22 aus, die sich zusammen addieren, um das Rauschen zu kompensieren, der von den Schwingungen in der Umgebung verursacht wird.
  • Wie am besten in 4 gezeigt ist, kann das Audiosubsystem des Steuersystems 10 einen Satz mehrerer Mikrofone 14 und einen Satz mehrerer Lautsprecher 18 beinhalten und das Schwingungssubsystem des Steuersystems kann einen Satz mehrerer Schwingungssensoren 20 (wie einen Satz von Beschleunigungsmessern) und einen Satz von Schwingungsaktuatoren 22 (wie einen Satz von piezoelektrischen, Schwingspulen- oder anderen Aktuatoren 22a und einen Satz aktiver Halterungen 22b) beinhalten. Der holistische Ansatz der Steuereinheit 12 ermöglicht der Steuereinheit, eine beliebige Kombination der Überwachungskomponenten (z. B. nur ein oder mehrere oder alle der Mikrofone 14, ein oder mehrere oder alle der Mikrofone 14 und ein oder mehrere oder alle der Schwingungssensoren 20, nur ein oder mehrere oder alle der Schwingungssensoren 20 usw.) in Verbindung mit einer beliebigen Kombination der Ausgabekomponenten (z. B. nur ein oder mehrere oder alle der Lautsprecher 18, ein oder mehrere oder alle der Lautsprecher 18 und ein oder mehrere oder alle der Schwingungsaktuatoren 22, nur ein oder mehrere oder alle der Schwingungsaktuatoren 22 usw.) zu verwenden. Gemäß dem holistischen Ansatz empfängt die Steuereinheit 12 Sensorsignale von allen Mikrofonen 14 und Schwingungssensoren 20 und optimiert die Steuerausgabe für einen einzelnen Lautsprecher/Schwingungsaktuator holistisch.
  • Das Audiosubsystem kann als mehrere Audiosubsysteme beinhaltend verstanden werden, wobei jedes ein oder mehrere Mikrofone 14 und einen oder mehrere Lautsprecher 18 beinhaltet. Die Audiosubsysteme können beispielsweise ein internes Audiosubsystem und ein externes Audiosubsystem sein. Das interne Audiosubsystem beinhaltet beispielsweise mehrere Mikrofone 14 und mehrere Lautsprecher 18. Das externe Audiosubsystem beinhaltet ein einziges Mikrofon 14 mit einem einzigen Lautsprecher 18 für das Endrohr und/oder ein einziges Mikrofon 14 mit einem einzigen Lautsprecher 18 für den Lufteinlass.
  • Ebenso kann das Schwingungssubsystem als mehrere Schwingungssubsysteme beinhaltend verstanden werden, wobei jedes einen oder mehrere Schwingungssensoren 20 und einen oder mehrere Schwingungsaktuatoren 22 beinhaltet. Die Schwingungssysteme beinhalten beispielsweise mehrere Schwingungssubsysteme aktiver Halterungen. Jedes Schwingungssubsystem einer aktiven Halterung beinhaltet beispielsweise einen einzigen Schwingungssensor 20 mit einem einzigen Schwingungsaktuator 22 für jede Halterung und/oder mehrere Schwingungsaktuatoren 22 an unterschiedlichen Verkleidungsstellen (z. B. Dach/Heckklappe) mit mehreren Schwingungssensoren 20.
  • Nun unter Bezugnahme auf 2 bei fortgesetzter Bezugnahme auf die 1 und 4 ist ein Blockdiagramm des Steuersystems 10, das in einem Fahrzeug 26 umgesetzt ist, gezeigt. Wie oben erwähnt, beinhaltet das digitale Netz 24 ein einziges, unabgeschirmtes verdrilltes Adernpaar, das Audio- und Steuerdaten zusammen mit einem Takt und Energie verteilen kann. Das digitale Netz 24 verläuft durch das Fahrzeug 26 in einer vollständigen, einzigen Schleife, wie in 2 angezeigt. Die Steuereinheit 12, die Mikrofone 14, das AHU 16 und die Lautsprecher 18 des Audiosubsystems und die Schwingungssensoren 20 (nur einer in 2 gezeigt) und die Schwingungsaktuatoren 22 (nur einer in 2 gezeigt) des Schwingungssubsystems sind alle mit dem digitalen Netz 24 in einer Verkettungsanordnung verbunden.
  • In der Fahrzeugumsetzung ist die Steuereinheit 12 weiterhin dazu konfiguriert, mittels eines Controller-Area-Network-Busses (CAN-Busses) 28 mit anderen Fahrzeugvorrichtungen, wie Steuereinheiten, Sensoren und dergleichen, zu kommunizieren. Auf diese Weise bindet das Steuersystem 10 sowohl ein digitales Netz als auch einen CAN-Bus ein. Wie in den 1, 2 und 4 gezeigt, kann die Steuereinheit 12 beispielsweise mit einer Fahrzeugsteuereinheit (elektronische Steuereinheit (electronic control unit, ECU)) 30 mittels des CAN-Busses 28 kommunizieren. Die Steuereinheit 12 empfängt von der Fahrzeugsteuereinheit 30 mit dem Fahrzeug zusammenhängende Informationen, wie Motordrehzahl, Motordrehmoment, Fahrzeuggeschwindigkeit usw. Die Steuereinheit 12 kann die mit dem Fahrzeug zusammenhängenden Informationen dazu verwenden, ANC/AVC-Funktionen (und ASC-Funktionen) durchzuführen. Die Steuereinheit 12 kann beispielsweise ein Referenzsignal erzeugen, das proportional zu der Frequenz von Motordrehzyklen ist, um einen Rauschkompensationston zu erzeugen.
  • Nun unter Bezugnahme auf 3 bei fortgesetzter Bezugnahme auf die 1, 2 und 4 ist ein Blockdiagramm des Steuersystems 10, das durch das digitale Netz 24 verbunden ist, gezeigt. In der in 3 gezeigten Umsetzung ist das digitale Netz 24 ein Netz Automotive Audio Bus (A2B)TM (Markenzeichen von ANALOG DEVICES, INC., in Norwood, MA, USA). Das digitale Netz 24 beinhaltet ein einziges, unabgeschirmtes verdrilltes Adernpaar 32, einen Master-Transceiver-Knoten 34 und Slave-Transceiver-Knoten 36. Die Slave-Transceiver-Knoten 36 sind durch das verdrillte Adernpaar 32 mit dem Master-Transceiver-Knoten 34 auf die in 3 dargestellte Weise verkettet.
  • Die Steuereinheit 12 (d. h. der Digital-Signal-Processing-Host-Steuereinheit (DSP-Host-Steuereinheit)) ist mit dem Master-Transceiver-Knoten 34 verbunden. Die Einheiten des Audiosubsystems und des Schwingungssubsystems des Steuersystems 10 sind einzeln mit jeweiligen der Slave-Transceiver-Knoten 36 verbunden. Das Mikrofon 14 ist beispielsweise mit einem ersten Slave-Transceiver-Knoten 36a verbunden, der Lautsprecher 18 ist mit einem zweiten Slave-Transceiver-Knoten 36b verbunden und der Schwingungssensor 20 ist mit einem dritten Slave-Transceiver-Knoten 36c verbunden. Daher sind die Audiosubsystem- und Schwingungssubsystemeinheiten digitale Einheiten, die zur Kommunikation über das digitale Netz 24 konfiguriert sind.
  • Das digitale Netz 24, das als ein Netz (A2B)TM verkörpert ist, stellt eine bidirektionale Mehrkanal-I2S/TDM-Datenstrecke (I2S/TDM = Integrated Interchip Sound/Time Division Multiplexing) 38 über Entfernungen von bis zu zehn Meter zwischen den Transceiver-Knoten 34 und 36 bereit. Das digitale Netz 24 bettet bidirektionale synchrone Daten (digitale Audio- und digitale Schwingungsdaten), einen Takt und Synchronisationssignale auf einem einzigen differentiellen Adernpaar 32 (Gesamtlänge von bis zu vierzig Meter) ein. Das digitale Netz 24 stellt eine direkte Punkt-zu-Punkt-Verbindung bereit und ermöglicht mehrere verkettete Knoten an unterschiedlichen Stellen, um zu zeitgemultiplexten Kanalinhalten beizutragen oder diese zu verbrauchen. Der Master-Transceiver-Knoten 34 erzeugt einen Takt, eine Synchronisation und eine Rahmenbildung für die Slave-Transceiver-Knoten 36. Der Master-Transceiver-Knoten 34 ist mittels der Steuereinheit 12 über einen (I2C)-Steuerbus 40 zur Konfiguration und zum Abruf programmierbar. Eine Erweiterung des (I2C)-Steuerbusses 40 ist in dem Datenstrom eingebettet, was einen direkten Zugriff auf Register und Statusinformationen auf den Slave-Transceiver-Knoten 36 sowie eine I2C-zu-I2C-Fernkommunikation ermöglicht.
  • Wie beschrieben und wie in 3 dargestellt, ist das digitale Netz 24 dadurch gekennzeichnet, dass es die Transceiver-Knoten 34 und 36 einzeln mittels eines verdrillten Adernpaars 32 miteinander verbunden aufweist. Die Steuereinheit 12 kommuniziert direkt mit dem Master-Transceiver-Knoten 34 und die Einheiten des Audio- und des Schwingungssubsystems des Steuersystems 10 kommunizieren direkt mit jeweiligen der Slave-Transceiver-Knoten 36. Die Steuereinheit 12 kommuniziert mit dem Master-Transceiver-Knoten 34 mittels der I2S/TDM-Datenstrecke 38, des I2C-Busses 40 und eines Interrupt-Anforderungsbusses (IRQ-Busses) 42. Die Einheiten des Audio- und des Schwingungssubsystems des Steuersystems 10 kommunizieren mit ihren entsprechenden Slave-Transceiver-Knoten 36 mittels der I2S/TDM-Datenstrecke 38, des I2C-Busses 40 und eines Universal-Ein-/Ausgabe-Busses 44.
  • Unter Bezugnahme auf alle 1, 2, 3 und 4 stellt das Steuersystem 10 wie beschrieben eine zentralisierte ANC/AVC-Unterdrückung durch das digitale Netz 24 bereit. Die zentralisierte Rauschunterdrückung beinhaltet eine Kompensation von mit dem Motor zusammenhängendem Rauschen, eine Geräuschverstärkung und eine Breitband-Rauschkompensation von Antriebsstrang-, Straßen- und Windrauschen. Die zentralisierte Schwingungsunterdrückung beinhaltet das Verbessern von Antriebsstrangschwingungen. Daher stellt das Steuersystem 10 eine integrierte vollständige Systemlösung zur aktiven Unterdrückung von Rauschen, Schwingungen und Schlägen (noise, vibration, and harshness, NVH).
  • Das Steuersystem 10 beinhaltet die Steuereinheit 12, Audiosubsystemeinheiten, einschließlich des Mikrofons 14 und des Lautsprechers 18, und Schwingungssubsystemeinheiten, einschließlich des Schwingungssensors 20 und des Schwingungsaktuators 22, die alle mittels des digitalen Netzes 24 miteinander verbunden sind. Das digitale Netz 24 kann Audio- und Steuerdaten zusammen mit einem Takt und Energie eines einzigen verdrillten Adernpaars 32 verteilen. Das digitale Netz 24 stellt eine verhältnismäßig einfache Verdrahtungslösung bereit, die keine mehreren Verdrahtungsstränge/-verbinder zum Verbinden der Einheiten des Steuersystems 10 miteinander einsetzt.
  • Die Steuereinheit 12 ist eine integrierte ANC/AVC-Steuereinheit, die ein separates Modul oder ein DSP/Mikrochip, der sich in anderen Steuermodulen befindet, sein kann. Die Steuereinheit 12 beinhaltet sowohl Antriebsstrang-Schmalband- als auch -Breitband-Steueralgorithmen und Schwingungssteueralgorithmen (z. B. FxLMS und Variable-Bandwith-Delay-less-Sub-band-Algorithmus für Broadband Active Noise Control System). Diese Steuerung beinhaltet außerdem einen Motorgeräuschverstärkungsalgorithmus und eine Diagnosefunktion. Die Steuereinheit 12 empfängt CAN-rundgesendete Daten (Motordrehzahl, Motordrehmoment, Fahrzeuggeschwindigkeit usw.) und Referenzsignale von dem Mikrofon 14 und dem Schwingungssensor 20 durch das digitale Netz 24.
  • Die Steuereinheit 12 sendet Rauschkompensationssignale an das AHU 16 zum Mischen mit Musik zum Antreiben des Lautsprechers 18 durch das digitale Netz 24 aus. Daher wird das Mikrofon 14 für ein Rückmeldungssignal zur aktiven Rauschunterdrückung verwendet und der Lautsprecher 18 wird als ein Aktuator zur aktiven Rauschkompensation verwendet.
  • Die Steuereinheit 12 sendet Schwingungskompensationssignale an den Schwingungsaktuator 22 zur Schwingungsunterdrückung aus. Der Schwingungssensor 20 kann ein Beschleunigungsmesser zur Schwingungskompensation oder Breitband-Rauschkompensation sein. Der Schwingungssensor 20 kann ein existierender Antriebsstrang- oder Chassissensor sein, wie ein Klopfsensor eines Antiblockiersystemsensors (ABS-Sensors). Der Schwingungsaktuator 22 kann eine aktive Halterung oder ein aktiver Rüttler sein, je nach der Lösungsanforderung.
  • Zusammenfassend empfängt die Steuereinheit 12 Mikro-/Sensoreingaben und steuert mehrere aktive Vorrichtungen, wie interne Lautsprecher, externe ANC-Lautsprecher (Lufteinblassystem (AIS-System)/Auspuff), ACM, aktive Schwingungsaktuatoren, Linearmotoren usw. Die Steuereinheit 12 setzt einen holistischen Ansatz zum Verwalten von Referenzsignalen von mehreren Mikros/Sensoren und zum einzelnen Optimieren der Aktuatoren ein. Die Steuereinheit 12 verwendet CAN-Bus-Informationen dazu, existierende Motorsensoren und den Betriebsstatus für zusätzliche Vorsteuerungseingaben einzubinden. Daher ist das Steuersystem 10 ein optimales und kostengünstiges ANC/AVC-Steuersystem, um verschiedene aktive Unterdrückungssysteme zum Erzielen eines gewünschten NVH-Nutzens zu verwalten und zu integrieren.
  • Obwohl beispielhafte Ausführungsformen oben beschrieben sind, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen der vorliegenden Erfindung beschreiben. Vielmehr sind die in der Spezifikation verwendeten Wörter beschreibende und nicht einschränkende Wörter und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Sinn und Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Darüber hinaus können die Merkmale verschiedener Umsetzungsausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu bilden.

Claims (20)

  1. System, das Folgendes umfasst: eine Steuereinheit; ein Audiosubsystem; ein Schwingungssubsystem und ein digitales Netz, das die Steuereinheit und die Subsysteme miteinander verbindet; wobei die Steuereinheit durch das digitale Netz die Subsysteme dahingehend steuert, aktive Rauschunterdrückungs- und aktive Schwingungsunterdrückungsfunktionen (ANC- und AVC-Funktionen) durchzuführen.
  2. System nach Anspruch 1, wobei: das Audiosubsystem ein Mikrofon zum Erkennen von Rauschen und einen Lautsprecher zum Ausgeben eines Rauschkompensationstons beinhaltet, wobei das Mikrofon und der Lautsprecher einzeln mit dem digitalen Netz in einer Verkettungsanordnung verbunden sind, um mit der Steuereinheit in Kommunikation zu stehen.
  3. System nach Anspruch 2, wobei: die Steuereinheit durch das digitale Netz den Lautsprecher dahingehend steuert, einen Rauschkompensationston entsprechend einem Rauschen, das von dem Mikrofon erkannt wurde, auszugeben, um das Rauschen zu kompensieren.
  4. System nach Anspruch 2, wobei: das Schwingungssubsystem einen Schwingungssensor zum Erkennen von Schwingungen und einen Schwingungsaktuator zum Erzeugen von Kräften beinhaltet, wobei der Schwingungssensor und der Schwingungsaktuator einzeln mit dem digitalen Netz in der Verkettungsanordnung verbunden sind, um mit der Steuereinheit in Kommunikation zu stehen.
  5. System nach Anspruch 1, wobei: das Schwingungssubsystem einen Schwingungssensor zum Erkennen von Schwingungen und einen Schwingungsaktuator zum Erzeugen von Kräften beinhaltet, wobei der Schwingungssensor und der Schwingungsaktuator einzeln mit dem digitalen Netz in einer Verkettungsanordnung verbunden sind, um mit der Steuereinheit in Kommunikation zu stehen.
  6. System nach Anspruch 5, wobei: die Steuereinheit durch das digitale Netz den Schwingungsaktuator dahingehend steuert, eine Kompensationskraft entsprechend einer Kraft einer Schwingung, die von dem Schwingungssensor erkannt wurde, zu erzeugen, um die Schwingung, die von dem Schwingungssensor erkannt wurde, zu kompensieren.
  7. System nach Anspruch 1, wobei: das digitale Netz ein verdrilltes Einzelschleifen-Adernpaar ist, das Audio- und Steuerdaten zusammen mit einem Takt und Energie verteilen kann.
  8. System nach Anspruch 1, wobei: das Audiosubsystem ein Mikrofon, das dazu konfiguriert ist, Rauschen zu erkennen, und einen Lautsprecher, der dazu konfiguriert ist, einen Rauschkompensationston auszugeben, beinhaltet; das Schwingungssubsystem einen Schwingungsaktuator beinhaltet, der dazu konfiguriert ist, Schwingungen zu erzeugen; die Steuereinheit durch das digitale Netz auf der Basis von Rauschen, das von dem Mikrofon erkannt wurde, den Lautsprecher dahingehend steuert, einen Rauschkompensationston auszugeben, und den Schwingungsaktuator dahingehend steuert, eine Kraft zu erzeugen, um zu bewirken, dass ein Rauschkompensationston erzeugt wird.
  9. System nach Anspruch 1, wobei: das Audiosubsystem ein Mikrofon, das dazu konfiguriert ist, Rauschen zu erkennen, und mehrere Lautsprecher, die jeweils dazu konfiguriert sind, einen Rauschkompensationston auszugeben, beinhaltet; die Steuereinheit durch das digitale Netz eine Teilmenge der Lautsprecher dahingehend steuert, Rauschkompensationstöne auf der Basis von Rauschen, das von dem Mikrofon erkannt wurde, auszugeben.
  10. System nach Anspruch 9, wobei: das Schwingungssubsystem mehrere Schwingungsaktuatoren beinhaltet, die jeweils dazu konfiguriert sind, Kräfte zu erzeugen; die Steuereinheit durch das digitale Netz auf der Basis von Rauschen, das von dem Mikrofon erkannt wurde, eine Teilmenge der Lautsprecher dahingehend steuert, Rauschkompensationstöne auszugeben, und eine Teilmenge der Schwingungsaktuatoren dahingehend steuert, Kräfte zu erzeugen, die bewirken, dass Rauschkompensationstöne erzeugt werden.
  11. System nach Anspruch 1, wobei: das Audiosubsystem einen Lautsprecher beinhaltet, der dazu konfiguriert ist, einen Rauschkompensationston auszugeben; das Schwingungssubsystem einen Schwingungssensor, der dazu konfiguriert ist, Schwingungen zu erkennen, und einen Schwingungsaktuator, der dazu konfiguriert ist, Kräfte zu erzeugen, beinhaltet; die Steuereinheit durch das digitale Netz auf der Basis von Schwingungen, die von dem Schwingungssensor erkannt wurden, den Schwingungsaktuator dahingehend steuert, Kompensationskräfte zu erzeugen, und den Lautsprecher dahingehend steuert, einen Rauschkompensationston auszugeben.
  12. System nach Anspruch 1, wobei: das Schwingungssubsystem einen Schwingungssensor, der dazu konfiguriert ist, Schwingungen zu erkennen, und mehrere Schwingungsaktuatoren, die jeweils dazu konfiguriert sind, Kräfte zu erzeugen, beinhaltet; die Steuereinheit durch das digitale Netz eine Teilmenge der Schwingungsaktuatoren dahingehend steuert, Kompensationskräfte auf der Basis von Kräften von Schwingungen, die von dem Schwingungssensor erkannt wurden, zu erzeugen.
  13. System nach Anspruch 12, wobei: das Audiosubsystem mehrere Lautsprecher beinhaltet, die jeweils dazu konfiguriert sind, einen Rauschkompensationston auszugeben; die Steuereinheit durch das digitale Netz auf der Basis von Schwingungen, die von dem Schwingungssensor erkannt wurden, eine Teilmenge von Schwingungsaktuatoren dahingehend steuert, Kompensationskräfte zu erzeugen, und eine Teilmenge der Lautsprecher dahingehend steuert, Rauschkompensationstöne auszugeben.
  14. System nach Anspruch 1, wobei: das Audiosubsystem interne Lautsprecher zum Ausgeben von Rauschkompensationstönen, um Innenraumrauschen entgegenzuwirken, einen Lufteinzugssystemlautsprecher zum Ausgeben eines Rauschkompensationstons, um Lufteinzugssystemöffnungsrauschen entgegenzuwirken, und einen Abgasanlagenlautsprecher zum Ausgeben eines Rauschkompensationstons, um Abgasanlagenendrohröffnungsrauschen entgegenzuwirken, beinhaltet; das Schwingungssubsystem Schwingungsaktuatoren zum Erzeugen von Kräften beinhaltet; und wobei die Steuereinheit die Lautsprecher und die Schwingungsaktuatoren in Kombination für Lufteinzugssystem- und Abgasanlagen-ANC-Funktionen steuert.
  15. Fahrzeug, das Folgendes umfasst: ein digitales Netz und ein Steuersystem, das eine Steuereinheit, ein Audiosubsystem und ein Schwingungssubsystem beinhaltet, die durch das digitale Netz miteinander verbunden sind, wobei die Steuereinheit durch das digitale Netz die Subsysteme dahingehend steuert, aktive Rauschunterdrückungs- und aktive Schwingungsunterdrückungsfunktionen (ANC- und AVC-Funktionen) durchzuführen.
  16. Fahrzeug nach Anspruch 15, das weiterhin Folgendes umfasst: einen Controller-Area-Network-Bus (CAN-Bus) und ein Antriebsstrangsteuergerät; wobei die Steuereinheit mittels des CAN-Busses mit dem Antriebsstrangsteuergerät verbunden ist, um mit dem Fahrzeug zusammenhängende Informationen zur Verwendung durch die Steuereinheit beim Durchführen von ANC- und AVC-Funktionen zu empfangen.
  17. Fahrzeug nach Anspruch 15, wobei: das Audiosubsystem ein Mikrofon zum Erkennen von Rauschen und einen Lautsprecher zum Ausgeben eines Rauschkompensationstons beinhaltet und das Schwingungssubsystem einen Schwingungssensor zum Erkennen von Schwingungen und einen Schwingungsaktuator zum Erzeugen von Kräften beinhaltet; das Mikrofon, der Lautsprecher, der Schwingungssensor und der Schwingungsaktuator einzeln mit dem digitalen Netz in einer Verkettungsanordnung verbunden sind, um mit der Steuereinheit in Kommunikation zu stehen.
  18. Fahrzeug nach Anspruch 17, wobei: die Steuereinheit durch das digitale Netz auf der Basis von Rauschen, das von dem Mikrofon erkannt wurde, den Lautsprecher dahingehend steuert, einen Rauschkompensationston auszugeben, und den Schwingungsaktuator dahingehend steuert, Rauschen induzierende Kräfte zu erzeugen.
  19. Fahrzeug nach Anspruch 17, wobei: die Steuereinheit durch das digitale Netz den Schwingungsaktuator dahingehend steuert, Schwingungskompensationskräfte zu erzeugen, und den Lautsprecher dahingehend steuert, einen Rauschkompensationston auf der Basis von Schwingungen, die von dem Schwingungssensor erkannt wurden, auszugeben.
  20. Fahrzeug nach Anspruch 15, wobei: das Audiosubsystem interne Lautsprecher zum Ausgeben von Rauschkompensationstönen, um Innenraumrauschen entgegenzuwirken, einen Lufteinzugssystemlautsprecher zum Ausgeben eines Rauschkompensationstons, um Lufteinzugssystemöffnungsrauschen entgegenzuwirken, und einen Abgasanlagenlautsprecher zum Ausgeben eines Rauschkompensationstons, um Abgasanlagenendrohröffnungsrauschen entgegenzuwirken, beinhaltet; das Schwingungssubsystem Schwingungsaktuatoren zum Erzeugen von Kräften beinhaltet; und wobei die Steuereinheit die Lautsprecher und die Schwingungsaktuatoren in Kombination für Lufteinzugssystem- und Abgasanlagen-ANC-Funktionen steuert.
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