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Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug-Schallgebersystem.
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Schallgebersysteme dienen bei Kraftfahrzeugen verschiedenen Zwecken. Beispielsweise werden Schallgebersysteme zur aktiven Dämpfung von Schall in einem Abgasstrang und damit zur Schallemissionsminderung von Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotoren eingesetzt. Ferner können mittels einem Schallgebersystem Schallemissionssignaturen eines Kraftfahrzeugs angepasst und individuell gestaltet werden. Insbesondere bei wenigstens teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugen, die im elektrischen Betrieb eine geringe Schallemission aufweisen, dienen Schallgebersysteme auch dazu, Fußgänger und andere Verkehrsteilnehmer vor der Präsenz des Fahrzeugs zu warnen.
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Üblicherweise sind Lautsprecher von Schallgebersystemen in einem Gehäuse untergebracht. Das Gehäuse ist notwendig, da Schallwellen in einem Bereich vor dem Lautsprecher und in einem Bereich hinter dem Lautsprecher eine einander entgegengesetzte Phase aufweisen. Das Gehäuse verhindert eine Überlagerung und damit eine destruktive Interferenz der Schallwellen aus beiden Bereichen. Durch diesen Aufbau ist zwar eine Abstrahlcharakteristik des Lautsprechers in einem Bereich vor dem Lautsprecher verbessert, jedoch bleiben die in den hinteren Bereich des Gehäuses abgestrahlten Schallwellen ungenutzt, wodurch auch die für die Erzeugung dieser Schallwellen aufgebrachte Energie ungenutzt bleibt.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Schallgebersystem für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, das eine Gesamtheit von vom Lautsprecher abgestrahlten Schallwellen möglichst optimal nutzt.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Kraftfahrzeug-Schallgebersystem mit einem Gehäuse, in dem ein Lautsprecher untergebracht ist, wobei das Gehäuse wenigstens eine erste Öffnung und eine zweite Öffnung aufweist, wobei an den Öffnungen jeweils ein Schallübertragungselement vorgesehen ist, bei dem, in axialer Richtung des Lautsprechers gesehen, die erste Öffnung in einem vorderseitigen Bereich des Lautsprechers angeordnet ist und die zweite Öffnung in einem hinterseitigen Bereich des Lautsprechers angeordnet ist, wobei das Kraftfahrzeug-Schallgebersystem eine erste Schallauslassöffnung, die der ersten Öffnung zugeordnet ist, und eine zweite Schallauslassöffnung, die der zweiten Öffnung zugeordnet ist, aufweist, wobei der Schall über die erste und die zweite Schallauslassöffnung ins Freie austritt und die erste und die zweite Schallauslassöffnung abgasströmungsfrei sind.
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Über die beiden Öffnungen kann vom Lautsprecher erzeugter Schall sowohl aus einem vorderseitigen Bereich des Lautsprechers als auch aus einem hinterseitigen Bereich des Lautsprechers ins Freie geleitet und damit genutzt werden, insbesondere zur Erzeugung eines gewünschten Fahrzeugklangs und/oder zur Warnung von Fußgängern und anderen Verkehrsteilnehmern. Das Kraftfahrzeug-Schallgebersystem ist dabei nicht Teil des Abgassystems, sondern kann zusätzlich zum Abgassystem und getrennt von ihm vorgesehen sein oder bei einem reinen Elektrofahrzeug als einziges Schallgebersystem.
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Vorzugsweise hat der Lautsprecher eine axiale Mittelachse, die sich im Wesentlichen in einer Horizontalebene erstreckt, insbesondere in Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtet ist. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn Schall in Richtung des Fahrzeughecks und/oder in Richtung der Fahrzeugfront übertragen werden soll, da der Lautsprecher in dieser Ausgestaltung der Erfindung Schallwellen eben in diese beiden Richtungen emittiert.
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Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass Mittelachsen der Öffnungen miteinander einen Winkel von 120° bis 180° einschließen, insbesondere zwischen 125° und 145°. Unter der Mittelachse einer Öffnung ist dabei diejenige Achse zu verstehen, die im geometrischen Schwerpunkt der von der Öffnung berandeten Minimalfläche senkrecht zur Minimalfläche steht. Unter dem Winkel, den die Mittelachsen miteinander einschließen, ist dabei vom Schnittpunkt der Mittelachsen ausgehend der Winkel zwischen den beiden Strahlen, die die Mittelachsen bilden, zu messen. Schall kann in dieser Ausgestaltung der Erfindung auch zu solchen Bereichen des Kraftfahrzeugs geleitet werden, die in Bezug auf eine Längsachse des Kraftfahrzeugs versetzt zueinander liegen.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein erstes Schallübertragungselement zwischen der ersten Öffnung und der ersten Schallauslassöffnung und/oder ein zweites Schallübertragungselement zwischen der zweiten Öffnung und der zweiten Schallauslassöffnung vorgesehen sind beziehungsweise ist. Über die Schallübertragungselemente kann Schall zu gewünschten Bereichen des Kraftfahrzeugs geleitet werden.
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Die Schallübertragungselemente können asymmetrisch zueinander gestaltet sein. Dadurch weisen vom Schallgebersystem ins Freie abgestrahlte Schallwellen, die aus einem vorderseitigen Bereich des Lautsprechers und einem hinterseitigen Bereich des Lautsprechers stammen, nicht zueinander entgegengesetzte Phasen auf, wodurch eine destruktive Interferenz der Schallwellen verhindert ist.
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Vorzugsweise ist das erste Schallübertragungselement als Rohr gebildet. Dadurch ist ein Resonanzvolumen des vorderseitigen Bereichs des Lautsprechers erhöht, wodurch auch bei tieferen Schallfrequenzen Resonanz auftritt und die tieferen Schallfrequenzen mit einem erhöhten Schalldruck abgestrahlt werden.
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Weiter bevorzugt erstreckt sich das Rohr bis zu einem Fahrzeugheck und/oder das Rohrende ist als Auspuffende gestaltet. Insbesondere befindet sich das Rohrende unter dem Fahrzeugheck und endet sichtbar in oder unter einer Heckschürze. Dadurch ist sowohl akustisch als auch optisch der Eindruck eines echten Abgassystems erzeugt.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das an der ersten und/oder zweiten Öffnung vorgesehene Schallübertragungselement ein eine Außenwand aufweisendes, hohles Schallleitungselement, insbesondere wobei die Außenwand starr, wenigstens abschnittsweise perforiert oder wenigstens abschnittsweise mikroperforiert ist. Dadurch ist ein Resonanzvolumen des hinterseitigen Bereichs des Lautsprechers erhöht, wodurch auch bei tieferen Schallfrequenzen Resonanz auftritt und die tieferen Schallfrequenzen mit einem erhöhten Schalldruck abgestrahlt werden. Über das Schallleitungselement wird Schall in Richtung der Fahrzeugfront geleitet und an einer/mehreren gewünschten Stellen ins Freie übertragen. Zu diesem Zweck kann vorgesehen sein, dass das Schallleitungselement an den Stellen, an denen mehr Schall ins Freie austreten soll, wenigstens teilweise perforiert, wenigstens teilweise mikroperforiert oder komplett mikroperforiert ist.
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Vorzugsweise ist das zweite Schallleitungselement ein Rohr, das wenigstens eine Einkoppelöffnung für den Schall und wenigstens eine Schallaustrittsöffnung aufweist. Eine Rohrlänge ist dabei derart gewählt, dass ein gewünschtes Schallresonanzvolumen für den hinterseitigen Bereichs des Lautsprechers erzeugt ist. Ferner können mehrere Öffnungen vorgesehen sein, wodurch eine akustische Ankopplung des Schallleitungselements an die Umgebung erhöht ist.
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Das Schallleitungselement an der ersten und/oder zweiten Öffnung ist insbesondere ein Rohr mit einem über die Rohrlänge hinweg konstanten, kreisförmigen Innenquerschnitt.
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Gemäß einem anderen Aspekt sind das oder die Schallleitungselemente ein Rohr mit einem über die Rohrlänge hinweg veränderlichen, kreisförmigen Innenquerschnitt.
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Das oder die Schallleitungselemente sind alternativ als Rohr mit einem über die Rohrlänge hinweg konstanten, nicht kreisförmigen Innenquerschnitt gebildet. Der Innenquerschnitt ist beispielsweise ellipsenförmig oder weist die Form eines einfachen Polygons auf (Kanten des Polygons berühren/schneiden sich nur in den Eckpunkten).
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist das zweite Schallleitungselemente ein Rohr mit einem über die Rohrlänge hinweg veränderlichen, nicht kreisförmigen Innenquerschnitt.
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Weiter bevorzugt weist das erste und/oder zweite Schallleitungselement wenigstens ein Verschlusselement auf. Das Verschlusselement kann ein betätigbares Ventil, ein Verschlussstopfen oder ein Schutzgitter sein. Ferner können auch zwei oder mehr solcher Verschlusselemente vorgesehen sein. Durch das Verschlusselement kann das Schallresonanzvolumen des hinterseitigen Bereichs des Lautsprechers reduzierbar sein.
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Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass das wenigstens eine Verschlusselement am Anfang oder Ende des Schallleitungselements vorgesehen ist. Insbesondere ist durch ein am Anfang des Schallleitungselements, also lautsprecherseitig vorgesehenes Verschlusselement das Schallleitungselement vom hinterseitigen Bereich des Lautsprechers akustisch abkoppelbar, wodurch die Schallemission aus dem hinterseitigen Bereich des Lautsprechers ins Freie reduzierbar ist. Es kann alternativ oder zusätzlich ein als Schutzgitter gebildetes zweites Verschlusselement am Ende des Schallleitungselements, also schallauslassöffnungsseitig, vorgesehen sein, wodurch das Schallgebersystem vor Verschmutzung geschützt ist.
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Alternativ kann das zweite Verschlusselement als betätigbares Ventil oder als Stopfen gebildet sein, mittels dem eine Schallübertragung vom zweiten Schallübertragungselement über die zweite Schallauslassöffnung ins Freie reduzierbar ist, insbesondere unterbindbar. In dieser Ausgestaltung kann das erste Verschlusselement entfallen und ein akustisches Resonanzvolumen des hinterseitigen Bereichs des Lautsprechers ist vergrößert, wodurch Resonanz auch bei tieferen Schallfrequenzen auftritt.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das an der zweiten Öffnung vorgesehene Schallübertragungselement eine Membran ist, insbesondere wobei die Membran lochfrei, wenigstens teilweise perforiert oder wenigstens teilweise mikroperforiert ist. Die Membran kann auch komplett mikroperforiert sein. Unter mikroperforiert ist dabei eine Perforation mit einem Perforationsgrad von 1 % bis 10% und einer Fläche der Öffnungen von 50 µm2 bis 1 mm2 zu verstehen. Die Membran kann beispielsweise als dünnes Metallblech gebildet sein. Dadurch sind der Schalldruck und damit die Lautstärke einstellbar, mit dem vom Lautsprecher erzeugter Schall vom hinterseitigen Bereich des Lautsprechers ins Freie übertragen wird.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist eine Heizeinrichtung vorgesehen, die derart gestaltet ist, dass sie das Schallgebersystem wenigstens teilweise, abhängig von einer Umgebungstemperatur erwärmt. Dadurch ist vermieden, dass kälteempfindliche Teile des Schallgebersystems bei niedrigen Umgebungstemperaturen Schaden nehmen.
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Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In diesen zeigen:
- - 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Schallgebersystem ;
- - 2 in einer schematischen Darstellung ein Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor und dem erfindungsgemäßen Schallgebersystem von 1; und
- - 3 in einer schematischen Darstellung ein elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug mit dem erfindungsgemäßen Schallgebersystem von 1.
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In 1 ist ein Schallgebersystem 10 mit einem Gehäuse 12 und einem im Gehäuse untergebrachten Lautsprecher 14 gezeigt. Der Lautsprecher 14 ist dabei derart im Gehäuse 12 untergebracht, dass das Gehäuse 12, in Richtung einer axialen Mittelachse A1 des Lautsprechers gesehen, die sich im Wesentlichen in einer Horizontalebene erstreckt, in einen vorderseitigen Bereich 16 des Lautsprechers 14 und einen hinterseitigen Bereich 18 des Lautsprechers 14 geteilt ist. Die beiden Bereiche 16, 18 können gasdicht voneinander getrennt sein.
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Vom Lautsprecher 14 emittierte Schallwellen können so nicht direkt über Luft zwischen den beiden Bereichen 16, 18 propagieren.
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Der Lautsprecher 14 ist entweder komplementär zu einem Innenquerschnitt des Gehäuses 12 oder eine Trennwand teilt das Gehäuse 12 in die beiden Bereiche 16, 18.
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Vom Lautsprecher 14 emittierte Schallwellen im vorderseitigen Bereich 16 und im hinterseitigen Bereich 18 weisen eine einander entgegengesetzte Phase auf. Die Trennung der beiden Bereiche 16, 18 verhindert, dass sich die Schallwellen durch Interferenz gegenseitig auslöschen.
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Das Gehäuse 12 weist eine erste Öffnung 20 auf, die im vorderseitigen Bereich 16 des Lautsprechers 14 angeordnet ist. Ferner weist das Gehäuse 12 eine zweite entgegengesetzte Öffnung 22 im hinterseitigen Bereich 18 auf. Mittelachsen der Öffnungen 20, 22 fallen bei dem in 1 gezeigten Schallgebersystem 10 zusammen, schließen also miteinander einen Winkel von 180° miteinander ein. Unter der Mittelachse einer Öffnung ist dabei diejenige Achse zu verstehen, die im geometrischen Schwerpunkt der von der Öffnung berandeten Minimalfläche senkrecht zur Minimalfläche steht. Die Mittelachsen können sich jedoch auch, wie beispielhaft in 3 mit gestrichelten Linien dargestellt, unter einem Winkel α von bis zu 120° schneiden, beispielsweise 125° bis 145°.
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An der ersten Öffnung 20 und der zweiten Öffnung 22 ist ein erstes Schallübertragungselement 24 beziehungsweise ein zweites Schallübertragungselement 26 vorgesehen. Die Schallübertragungselemente 24, 26 des in 1 gezeigten Schallgebersystems 10 sind jeweils als z. B. lineares Rohr mit einer Einkoppelöffnung für den Schall und wenigstens einer Schallaustrittsöffnung gebildet.
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Wie in 2 und 3 gezeigt, erstreckt sich das erste Schallübertragungselement 24 vom Gehäuse 12 aus in Richtung Fahrzeugheck. Insbesondere endet das erste Schallübertragungselement 24 dabei sichtbar in/unter einer Heckschürze des Kraftfahrzeugs.
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Ferner ist ein fahrzeugheckseitiges Rohrende 28 des ersten Schallübertragungselements 24 als Auspuffende derart gestaltet, dass akustisch und/oder optisch ein Ende eines echten Abgassystems nachgebildet ist.
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Vom Lautsprecher 14 im vorderseitigen Bereich 16 erzeugter Schall wird über das erste Schallübertragungselement 24 vom vorderseitigen Bereich 16 des Lautsprechers 14 zum Fahrzeugheck geleitet und tritt dort über eine erste Schallauslassöffnung 30 ins Freie aus. Das erste Schallübertragungselement 24 ist als Schallleitungselement ausgebildet.
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Das zweite Schallübertragungselement 26 erstreckt sich vom Gehäuse 12 aus in Richtung Fahrzeugfront. Vom Lautsprecher 14 erzeugter Schall wird über das zweite Schallübertragungselement 26 von einem hinterseitigen Bereich 18 des Lautsprechers 14 in Richtung Fahrzeugfront geleitet und tritt unter dem Fahrzeug über eine zweite Schallauslassöffnung 32 ins Freie aus. Das zweite Schallübertragungselement 26 ist hier als Schallleitungselement ausgebildet.
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An der zweiten Öffnung 22 ist ein Verschlusselement 34 vorgesehen, insbesondere ein betätigbares Ventil, mittels dem eine Schallübertragung vom hinteren Bereich 18 des Lautsprechers 14 in das zweite Schallübertragungselement 26 reduzierbar ist, insbesondere unterbindbar. Das Verschlusselement 34 ist hier am Anfang des Schallübertragungselements 26 vorgesehen, also an einem lautsprecherseitigen Ende des Schallübertragungselements 26. Mittels des Verschlusselements 34 kann das zweite Schallübertragungselement 26 also vom hinterseitigen Bereich 18 des Lautsprechers 14 akustisch entkoppelt werden.
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An der zweiten Schallauslassöffnung 32, d. h. am Ende des zweiten Schallübertragungselements 26, ist zudem ein zweites Verschlusselement 36 angebracht, das als Schutzgitter ausgebildet ist. Das zweite Verschlusselement 36 schützt das Schallgebersystem 10 vor Schmutz. Das Schutzgitter kann wenigstens teilweise perforiert, wenigstens teilweise mikroperforiert oder komplett mikroperforiert sein. Durch die Wahl der Perforation ist der Schalldruck des über das Schutzgitter ins Freie übertragenen Schalls einstellbar.
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Alternativ kann das zweite Verschlusselement 36 als betätigbares Ventil oder als Stopfen gebildet sein, mittels dem eine Schallübertragung vom zweiten Schallübertragungselement 26 über die zweite Schallauslassöffnung 32 ins Freie reduzierbar ist, insbesondere unterbindbar. In dieser Ausgestaltung kann das erste Verschlusselement 34 entfallen und ein akustisches Resonanzvolumen des hinterseitigen Bereichs 18 des Lautsprechers 14 ist vergrößert, wodurch Resonanz auch bei tieferen Schallfrequenzen auftritt.
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Außenwände der beiden Schallübertragungselemente 24, 26 sind hier lochfrei ausgebildet. Sie können jedoch jeweils auch wenigstens abschnittsweise perforiert, wenigstens abschnittweise mikroperforiert oder komplett mikroperforiert sein. Über die dadurch gebildeten zusätzlichen Öffnungen sind die Schallübertragungselemente 24, 26 bereichsweise akustisch stärker an die Umgebung angekoppelt, wodurch ein ins Freie übertragener Schalldruck steigt, insbesondere anpassbar ist. Durch die Wahl der Perforation ist der Schalldruck des ins Freie übertragenen Schalls einstellbar.
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Unter mikroperforiert ist dabei eine Perforation mit einem Perforationsgrad von 1 % bis 10 % und einer Fäche der Öffnungen von 50 µm2 bis 1 mm2 zu verstehen.
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In den 2 und 3 ist schematisch ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor 38 und einem Abgassystem 40 beziehungsweise mit einem Elektroantrieb 42 gezeigt.
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Das Schallgebersystem 10 wird über eine Steuerleitung 44 von einem nicht näher dargestellten Steuersystem des Verbrennungsmotors 38 (2) beziehungsweise des Elektroantriebs 42 (3) basierend auf Betriebsparametern angesteuert.
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Bei dem in 2 gezeigten Schallgebersystem 10 ist klar ersichtlich, dass die Schallauslassöffnungen 30, 32 des Schallgebersystems 10 nicht abgasdurchströmt sind. Insbesondere ist das Schallgebersystem 10 vom Abgassystem 40 des Kraftfahrzeugs insofern entkoppelt, dass Luftaustausch zwischen Schallgebersystem 10 und Abgassystem 40 nicht direkt, sondern nur über das Freie möglich ist.
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Das Schallgebersystem 10 kann jedoch akustisch an das Abgassystem 40 derart angekoppelt sein, dass durch aktive Schallerzeugung Schallemissionen des Verbrennungsmotors 38 über das Abgassystem 40 mittels destruktiver Interferenz minderbar sind. Das Schallgebersystem dient dann als aktiver Schalldämpfer.
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Die Betriebsparameter können eine oder mehrere der folgenden Größen umfassen: momentane Drehzahl des Verbrennungsmotors 38 beziehungsweise des Elektroantriebs 42, Geschwindigkeit des Fahrzeugs, Drehzahl der Reifen und Signal eines zusätzlich im Fahrzeug vorhandenen Erkennungssystems, dass sich andere Verkehrsteilnehmer in der Nähe des Fahrzeugs befinden und/oder sich dem Fahrzeug nähern.
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Das Schallgebersystem 10 erzeugt auf Basis der Steuersignale vom Steuersystem wie oben beschrieben eine gewünschte Schallsignatur, anders ausgedrückt einen gewünschten Sound, oder warnt andere Verkehrsteilnehmer akustisch vor der Präsenz des Fahrzeugs.
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Natürlich kann das Schallgebersystem 10 auch in Hybridfahrzeugen, die sowohl einen Verbrennungsmotor 38 als auch einen Elektroantrieb 42 aufweisen, verwendet werden. Die Steuerung des Schallgebersystems 10 erfolgt dann basierend auf oben genannten Betriebsparametern über ein Steuersystem des Verbrennungsmotors 38 und/oder über ein Steuersystem des Elektroantriebs 42.
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Um das Schallgebersystem 10 bei niedrigen Umgebungstemperaturen zu schützen, kann eine Heizeinrichtung 50 vorgesehen sein. Mittels der Heizeinrichtung 50 ist das Schallgebersystem 10 wenigstens teilweise erwärmbar. Insbesondere sind kälteempfindliche Bauteile, beispielsweise eine Membran des Lautsprechers 14, erwärmbar. Dadurch ist verhindert, dass kälteempfindliche Bauteile durch niedrige Umgebungstemperaturen Schaden nehmen.
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Alternative Ausführungsformen des Schallgebersystems 10 sind durch Änderungen des Querschnitts, insbesondere des Innenquerschnitts des zweiten Schallübertragungselements 26 gegeben, die im Folgenden beschrieben werden.
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Das erste und/oder zweite Schallübertragungselement 24, 26 ist gemäß einer alternativen Ausführungsform ein Rohr mit einem über die Rohrlänge hinweg konstanten, kreisförmigen Innenquerschnitt.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform ist das erste und/oder zweite Schallübertragungselement 24, 26 ein Rohr mit einem über die Rohrlänge hinweg veränderlichen, kreisförmigen Innenquerschnitt.
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Das erste und/oder zweite Schallübertragungselement 24, 26 ist alternativ als Rohr mit einem über die Rohrlänge hinweg konstanten, nicht kreisförmigen Innenquerschnitt gebildet. Der Innenquerschnitt ist beispielsweise ellipsenförmig oder weist die Form eines einfachen Polygons auf (Kanten des Polygons berühren/schneiden sich nur in den Eckpunkten).
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Ferner kann das erste und/oder zweite Schallübertragungselement 24, 26 ein Rohr mit einem über die Rohrlänge hinweg veränderlichen, nicht kreisförmigen Innenquerschnitt sein.
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Über die Wahl des Innenquerschnitts ist eine Soundcharakteristik des Schallübertragungselements einstellbar.
