DE102017115271B4

DE102017115271B4 - Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeuggeräusch-Unterdrückungssystems

Info

Publication number: DE102017115271B4
Application number: DE102017115271.7A
Authority: DE
Inventors: Nicolas Driot; Dirk Wiemeler; Roland Moschel
Original assignee: Tenneco GmbH
Current assignee: Tenneco GmbH
Priority date: 2017-07-07
Filing date: 2017-07-07
Publication date: 2019-04-18
Anticipated expiration: 2037-07-08
Also published as: DE102017115271A1

Abstract

Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeuggeräusch-Unterdrückungssystems (1) umfassend einen Helmholtzresonator (2) mit einer Helmholtzkammer (13), einem Hals (3) und einer Anschlussöffnung (4), einen Lautsprecher (5) innerhalb des Helmholtzresonators, einen variablen komplexen Widerstand (6), der mit dem Lautsprecher elektrisch verbunden ist, eine Regeleinheit (7) zur Veränderung des variablen komplexen Widerstands (6) und umfassend eine ECU-Einheit (8) als Teil der Motorkontrolle zur Lieferung von zumindest der Drehzahl RPM als Motorparameter, wobei der Helmholtzresonator über den Hals an eine Abgas- oder Einlassleitung (9) eines Verbrennungsmotors anschließbar ist, wobei der Lautsprecher (5) das Volumen des Helmholtzresonators (2) teilweise begrenzt,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwecks Erzielung eines Wertes Z₁ für die akustische Impedanz an der Anschlussöffnung zunächst ein Wert Z₂ für die akustische Impedanz unmittelbar vor dem Lautsprecher (5) ermittelt wird nach

Z_{2} = \frac{1}{I_{a} C_{a}} \frac{Z_{1} - j ω I_{a} - R_{a}}{ω^{2} + j ω [\frac{Z_{1}}{I_{a}} - \frac{R_{a}}{I_{a}}] - \frac{1}{I_{a} C_{a}}} [kg / m^{4} s]

mit

ω = \frac{N R P M π}{30} [\frac{r a d}{s}]

als Kreisfrequenz der Zündordnung,
mit N als Motorordnung, I_a [kg/m⁴] als Massenträgheit des Fluids an der Anschlussöffnung, R_a [kg/m⁴s] als Dämpfungsverlust an der Anschlussöffnung und C_a [m⁴s²/kg] als Konformitätskonstante für das Fluid im Helmholtzresonator (2),
und für Z₁=0 ein Zielwert Z₂₀ für Z₂ ermittelt wird nach

Z_{20} = \frac{1}{C_{a}} \frac{- j ω - \frac{R_{a}}{I_{a}}}{ω^{2} - j ω \frac{R_{a}}{I_{a}} - \frac{1}{I_{a} C_{a}}} [kg / m^{4} s]

und anschließend der komplexe Widerstand (6) auf eine künstliche elektrische Impedanz Z_L eingestellt wird, die ermittelt wird nach

Z_{L} = - Z_{e} + \frac{{(B I)}^{2}}{S^{2} Z_{20} - Z_{m}} [Ohm]

mit Z_e [Ohm] als elektrische Impedanz des Lautsprechers, Z_m [kg/s] als mechanische Impedanz des Lautsprechers, BI [Tm] als Kraftfaktor der Lautsprecherspule, S [m²] als Lautsprecheroberfläche, sodass die Geräusche an der Anschlussöffnung zumindest teilweise auslöschbar sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeuggeräusch-Unterdrückungssystems umfassend einen Helmholtzresonator mit einer Helmholtzkammer, einem Hals und einer Anschlussöffnung, einen Lautsprecher innerhalb des Helmholtzresonators, einen variablen komplexen Widerstand, der mit dem Lautsprecher verbunden ist, eine Regeleinheit zur Veränderung des variablen komplexen Widerstands und umfassend eine ECU-Einheit als Teil der Motorkontrolle zum Erhalt von zumindest der Drehzahl RPM als Motorparameter, wobei der Helmholtzresonator über den Hals an eine Abgas- oder Einlassleitung eines Verbrennungsmotors anschließbar ist, wobei der Lautsprecher das Volumen des Helmholtzresonators begrenzt.
Es ist bereits aus der DE 10 2013 112 409 A1 ein System bekannt, das einen Helmholtzresonator aufweist, in dem endseitig ein Lautsprecher platziert ist. Das aktive System erzeugt und/oder beeinflusst Fahrzeuggeräusche, insbesondere Motorgeräusche, Ansauggeräusche und Abgasgeräusche. Das System weist weiterhin eine Steuerung auf, die Daten von zumindest einem stromabwärtigen Fehlermikrofon und einer Motorsteuerung verarbeiten kann, um daraus Steuersignale für den Lautsprecher zu berechnen. Ferner kann ein Steuersignal für einen einzelnen Klang mit konstanter Grundfrequenz erzeugt werden.
Weiterhin ist ein Ansauggeräuschdämpfungssystem mit einem aktiv abgestimmten Helmholtzresonator aus der EP 1 085 201 B1 bekannt. Innerhalb des Helmholtzresonators ist ein Lautsprecher installiert, der das Volumen des Helmholtzresonators teilt. Mithilfe des Lautsprechers lässt sich die Absorptionsfrequenz des Helmholtzresonators ändern. Das Steuersignal des Lautsprechers ist dabei nur von der Motorfrequenz abhängig. Diese wird über einen Frequenzfühler erfasst.
Ein weiterer aktiver Schalldämpfer ist aus der WO 98/22700 A2 bekannt. Der Schalldämpfer weist einen Helmholtzresonator auf, an dessen Rückwand ein Lautsprecher vorgesehen ist. Der Lautsprecher wird über eine Regeleinheit geregelt, welche Messungen von einem Schalldruckwandler berücksichtigt. Der Lautsprecher wird so gesteuert, dass seine Schwingungen die Reflexionseigenschaften an der Rückwand des Helmholtzresonators beeinflussen. Bei diesem Vorgehen wird der akustische Widerstand der Lautsprechermembran eingestellt, um die Resonanzfrequenz des Helmholtzresonators zu steuern. Eine aktive Erzeugung einer Schallwelle ist nicht vorgesehen.
Aus der EP 2 384 023 A1 ist ein Kommunikationssystem bekannt. Zur Unterdrückung von Rauschen wird bei diesem Kommunikationssystem ein Lautsprecher als Schallsensor eingesetzt.
Aus der WO 2006/048557 A1 ist ein passiver Helmholtzresonator für eine Abgasanlage bekannt, dessen Impedanzfrequenz mithilfe eines an der Rückwand des Resonators platzierten Lautsprechers eingestellt wird. Zu diesem Zweck sind diskrete, teilweise komplexe Widerstände vorgesehen, die abhängig von der Motorgeschwindigkeit geschaltet werden, um eine möglichst starke Schalldämpfung zu gewährleisten. Eine Steuereinheit regelt auf Basis der Drehzahl die Schaltung der Widerstände.
Die US 2015/0303884 A1 zeigt eine Antriebsvorrichtung zum Ansteuern eines Lautsprechers, welche einen Verstärker, einen Spannungsmesser und eine Einrichtung zum Ansteuern der Membran umfasst.
Die DE 42 26 885 A1 zeigt ein Schallabsorptionsverfahren für Kraftfahrzeuge, bei dem mittels eines Lautsprechers Schalldruckwerte erzeugt werden und bei dem mittels eines Helmholtzresonators Schalldruck absorbiert wird, wobei durch die erzeugten Schalldruckwerte Hohlraumkörpervolumina simuliert werden.
Aus der WO 2014/053994 A1 ist ein System zur Breitband-RauschUnterdrückung bekannt. Die Rauschunterdrückung erfolgt in zwei Schritten. Zunächst werden elektrische, mechanische und akustische Parameter des Lautsprechers in der Rauschumgebung bestimmt. Schließlich wird aus diesen Parametern die Impedanz berechnet, die an den Lautsprecher anzuschließen ist, um das akustische Verhalten des Lautsprechers zwecks Rauschunterdrückung vorzugeben. Zur weiteren Anpassung wird am Lautsprecher die aktuelle Spannung gemessen, die über eine Transferfunktion in einen Strom umgerechnet wird. Dieser Strom wird am Lautsprecher angelegt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kraftfahrzeuggeräusch-Unterdrückungssystem derart auszubilden und anzuordnen, dass eine verbesserte Wirkung erreicht wird.
Als Kraftfahrzeuggeräusche werden bezeichnet insbesondere Motorgeräusche, Ansauggeräusche und Abgasgeräusche.
Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass zwecks Erzielung eines Wertes Z₁ für die akustische Impedanz an der Anschlussöffnung zunächst ein Wert Z₂ für die akustische Impedanz unmittelbar vor dem Lautsprecher ermittelt wird nach $Z_{2} = \frac{1}{I_{a} C_{a}} \frac{Z_{1} - j ω I_{a} - R_{a}}{ω^{2} + j ω [\frac{Z_{1}}{I_{a}} - \frac{R_{a}}{I_{a}}] - \frac{1}{I_{a} C_{a}}} [kg / m^{4} s] mit ω = \frac{N R P M π}{30} [\frac{r a d}{s}]$
als Kreisfrequenz der Zündordnung, mit N als Motorordnung, I_a [kg/m⁴] als Massenträgheit des Fluids an der Anschlussöffnung, R_a [kg/m⁴s] als Dämpfungsverlust an der Anschlussöffnung und C_a [m⁴s²/kg] als Konformitätskonstante für das Fluid im Helmholtzresonator und für Z₁=0 ein Zielwert Z₂₀ für Z₂ ermittelt wird nach $Z_{20} = \frac{1}{C_{a}} \frac{- j ω - \frac{R_{a}}{I_{a}}}{ω^{2} - j ω \frac{R_{a}}{I_{a}} - \frac{1}{I_{a} C_{a}}} [kg / m^{4} s]$
und anschließend der komplexe Widerstand auf eine künstliche elektrische Impedanz Z_L eingestellt wird, die ermittelt wird nach $Z_{L} = - Z_{e} + \frac{{(B I)}^{2}}{S^{2} Z_{20} - Z_{m}} [Ohm]$
mit Z_e [Ohm] als elektrische Impedanz des Lautsprechers, Z_m [kg/s] als mechanische Impedanz des Lautsprechers, BI [Tm] als Kraftfaktor der Lautsprecherspule, S [m²] als Lautsprecheroberfläche, sodass die Geräusche an der Anschlussöffnung zumindest teilweise oder weitestgehend auslöschbar sind.
Hierdurch wird erreicht, dass der Lautsprecher mit einer beliebigen künstlichen Impedanz versorgbar ist und somit eine umfassende Geräuschauslöschung am Ende des Helmholzresonators möglich ist. Die Geräuschauslöschung erfolgt insbesondere in der Abgas- oder Einlassleitung im Bereich der Anschlussöffnung des Helmholtzresonators.
Der komplexe Widerstand ist parallel zum Lautsprecher geschaltet. Zudem kann der komplexe Widerstand auf einen beliebigen Wert der künstlichen Impedanz Z_L stufenlos eingestellt werden.
Ferner kann es vorteilhaft sein, wenn zumindest ein Temperatursensor vorgesehen ist, wobei der Temperaturwert T bei der Berechnung von Z_L berücksichtigt wird und hierzu eine Anpassung der Fluid-Kennwerte I_a, R_a und/oder C_a erfolgt. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Schall ist abhängig von der Temperatur des Mediums, in dem der Schall propagiert. Durch die Berücksichtigung des Temperaturwerts dieses Mediums bei der Berechnung von Z_L wird die Geräuschauslöschung weiter optimiert.
Vorteilhaft kann es auch sein, wenn zumindest ein erster Temperatursensor zur Messung des Temperaturwerts T_C in der Helmholtzkammer vorgesehen ist, wobei der Fluid-Kennwert C_a ermittelt wird nach $C_{a} = \frac{V_{C}}{φ_{C} c^{2}} [\frac{m^{4} s^{2}}{k g}]$
mit φ_C = 1,292 × 273 / T_C [kg/m³], $c = 20,06 \times \sqrt{T_{C}} [m / s]$
und dem Volumen V_C [m³] der Helmholtzkammer.
Der Schall soll am einen Ende des Helmholtzresonators ausgelöscht werden. Die Auslöschung wird hauptsächlich von dem Lautsprecher herbeigeführt, der sich am gegenüberliegenden, anderen Ende des Helmholtzresonators befindet. Demnach muss der Schall die Helmholtzkammer durchlaufen, weswegen die Berücksichtigung dieser Temperatur vorteilhaft ist.
Dabei kann es vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass ein zweiter Temperatursensor zur Messung des Temperaturwerts T_N im Hals vorgesehen ist, wobei der Fluid-Kennwert I_a ermittelt wird nach $I_{a} = \frac{φ_{N} l_{e q}}{s_{N}} [\frac{kg}{m^{4}}]$
mit φ_N = 1,292 × 273 / T_N [kg/m³], I_eq = l_n + 1,7 r [m], wobei l_n [m] die Länge und r [m] den Radius des Halses beschreibt, und mit s_N = π r². Die Berücksichtigung eines zweiten Temperaturwerts T_N im Hals ist zum einen vorteilhaft, da der Schall durch den Hals propagiert. Zum anderen ist es vorteilhaft, wenn neben dem Temperaturwert T_N gleichzeitig auch der Temperaturwert T_C gemessen wird, da so die Geräuschauslöschung auf den Temperaturgradienten zwischen Helmholtzkammer und Hals optimiert wird. Ein solcher Temperaturgradient ist insbesondere dann sehr groß, wenn der Hals in eine von heißem Abgas durchströmte Abgasleitung mündet.
Von besonderer Bedeutung kann für die vorliegende Erfindung sein, wenn bei Ermittlung von R_a der Temperaturwert T_N, T_C nicht berücksichtigt wird. Gerade wenn bei den Fluid-Kennwerten C_a und I_a die entsprechenden Temperaturwerte T_N, T_C berücksichtigt werden, ist eine zusätzliche Anpassung von R_a nicht nötig.
Vorteilhaft kann es hierzu auch sein, wenn der Lautsprecher beispielsweise zur Erzeugung von Antischall verwendbar ist, wobei hierzu mittels der Regeleinheit die aktuelle Spannung U(t) am Lautsprecher ermittelt wird und im Rahmen einer Signalanalyse durch eine Fast-Fourier-Transformation U(ω) erhalten wird, unter Anwendung der Transferfunktion 1/Z_L der Strom I(ω) berechnet wird und letztlich dieser Strom als konvertiertes Zeitsignal I(t) am Lautsprecher angelegt wird. Durch die Anwendung von Antischall werden trotz der Regelung des komplexen Widerstands verbleibende Restgeräusche ausgelöscht. Dadurch wird die Geräuschauslöschung weiter verbessert. Die Regelung zur Erzeugung des Antischalls ist unabhängig von der Regelung des komplexen Widerstands. Die Regelungen können also parallel, aber auch sequentiell erfolgen. Allerdings muss eine Übergabe der künstlichen elektrischen Impedanz Z_L an die Regelschleife zur Erzeugung des Antischalls stattfinden. Der Strom I(t) wird über einen elektrischen Anschluss bereitgestellt.
Hierzu kann es vorteilhaft sein, wenn im Rahmen einer Iterationsschleife nach Anlegen des Stroms I(t) die Spannung U_M+1(t) bzw. U_M(ω) ermittelt und danach ein Differenzwert ε als Betrag der Differenz von U_M+1(t) und U_M(t) bzw. von U_M+1(ω) und U_M(ω) ermittelt wird, wobei die Iterationsschleife so oft wiederholt wird, bis der Differenzwert ε kleiner als 1 oder kleiner als 0,1 oder kleiner als 0,001 ist. Alle Zeit-Werte bzw. t-Werte lassen sich durch Fast-Fourier-Transformation FFT in ω-Werte transformieren. Diese Signalanalyse kann integraler Bestandteil des jeweiligen Regelbausteins der Regeleinheit sein oder auch als separater Regelbaustein integriert sein.
Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausbildung und Anordnung kann es von Vorteil sein, wenn die Neuberechnung der Kreisfrequenz ω in einer Haupt-Regelschleife implementiert ist und wenn die Neuberechnung der Impedanz Z_L in einer Z-Regelschleife implementiert ist und wenn die Z-Regelschleife in die Haupt-Regelschleife integriert ist. Die Neuberechnung der Impedanz Z_L erfolgt dann auf Basis der aktuellen Kreisfrequenz ω.
Hierzu ist es vorteilhaft, wenn die Ermittlung der Spannung U_M(t) am Lautsprecher, die Berechnung des Stroms I(ω) und das Anlegen des Stroms I(t) am Lautsprecher in einer I-Regelschleife implementiert ist und wenn die I-Regelschleife in die Haupt-Regelschleife integriert ist, wobei die Z-Regelschleife vor der I-Regelschleife platziert ist. Somit wird auf Basis der aktuellsten Impedanz Z_L der Strom I(t) optimiert.
Zudem kann es vorteilhaft sein, wenn die I-Regelschleife eine Wiederholfrequenz aufweist, die um den Faktor 3 - 100 oder 10 - 500 höher ist als die Wiederholfrequenz der Haupt-Regelschleife und/oder der Z-Regelschleife. Somit kann die Iterationsschleife für einen Wert Z_L mehrfach ausgeführt und der Strom I(t) auf Basis von Z_L optimiert werden.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Patentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in den Figuren dargestellt. Es zeigt:

1 Schematische Darstellung des Rauschunterdrückungssystems;
2a Haupt-Regelschleife zur Einstellung des komplexen Widerstands;
Figur 2b Z-Regelschleife zur Regelung des komplexen Widerstands;
Figur 2c I-Regelschleife zur Optimierung des Stroms I(t).

Nach 1 umfasst ein Rauschunterdrückungssystem 1 einen Helmholtzresonator 2. Der Helmholtzresonator 2 weist eine Helmholtzkammer 13 und einen Hals 3 auf, welcher als ein Rohr mit einem Radius r und einer Länge l_n ausgebildet ist. Der Hals 3 mündet über eine Anschlussöffnung 4 in einer Abgas- oder Einlassleitung 9 eines Verbrennungsmotors und koppelt diese insbesondere mit Bezug auf den Schall mit der Helmholtzkammer 13. Gegenüberliegend zum Hals 3 ist ein Lautsprecher 5 vorgesehen, der die Rückwand des Helmholtzresonators 2 bildet.
Zudem ist eine Regeleinheit 7 vorgesehen, die die Geräuschauslöschung steuert. Die Regeleinheit 7 regelt einerseits einen komplexen Widerstand 6, der am Lautsprecher 5 anliegt, und andererseits einen Strom I(t), der an den Lautsprecher 5 über einen elektrischen Anschluss 12 angelegt wird. Die einzelnen Schritte der Regelungen sind später in den 2a bis 2b näher beschrieben.
Die Regeleinheit 7 wird über eine ECU-Einheit 8 mit Fahrzeugdaten, wie insbesondere der Motordrehzahl RPM, versorgt. Weiterhin wird die Regeleinheit 7 mit einem Temperaturwert T_C, der von einem ersten Temperatursensor 10 gemessen wird, und einem Temperaturwert T_N, der von einem zweiten Temperatursensor 11 gemessen wird, versorgt. Der erste Temperatursensor 10 ist im Bereich der Helmholtzkammer 13 angebracht, um die Abgastemperatur in der Helmholtzkammer 13 zu messen. Der zweite Temperatursensor 11 ist im Bereich des Halses 3 angebracht, um die Abgastemperatur im Hals 3 zu messen.
Zwecks Regelung des am Lautsprecher anzulegenden Stroms findet die nach 2a dargestellte Haupt-Regelschleife 7a Anwendung. Ausgehend von der Drehzahl RPM wird nach der dargestellten Gleichung ω als Kreisfrequenz der Zündordnung bestimmt. Dort fließt die Motorordnung N, welche maßgeblich von der Anzahl der Zylinder und der Motortaktart, aber auch von Kurbelwellenkröpfung und der Architektur der Krümmer abhängig ist. Bei einem 4-Takt-Motor beispielsweise ergeben sich für einen 4-Zylinder-Motor die wichtigsten Motorordnungen N = 2, 4, 6, 8, 10 und 12. Bei einem 6-Zylinder-Motor sind die wichtigsten Motorordnungen N = 3, 6, 9 und 12. Bei einem 5-Zylinder-Motor sind die wichtigsten Motorordnungen N = 2,5, 5, 7,5 und 10. Insbesondere bei Zylinderabschaltung sind auch Kombinationen davon möglich.
In dieser Haupt-Regelschleife finden zwei weitere Regelschleifen Anwendung, die Z-Regelschleife 7b und die I-Regelschleife 7c.
Gemäß 2b werden in der Z-Regelschleife 7b die Temperaturwerte T_C, T_N sowie die Kreisfrequenz der Zündordnung ω erfasst. Aus diesen Werten wird im Weiteren die künstliche elektrische Impedanz Z_L berechnet. Im zweiten Schritt wird der komplexe Widerstand 6 auf den berechneten Wert Z_L eingestellt. Die Regelung erfolgt fortlaufend mit einer Frequenz von 10 Hz bis 100 Hz.
Nach 2c umfasst die I-Regelschleife 7c zur Optimierung des gewünschten Antischalls die folgenden Schritte. Zunächst wird am Lautsprecher 5 die vom Restgeräusch durch die Bewegung der Membran erzeugte aktuelle Spannung U_M(t) gemessen.
Aus diesem Zeitsignal, der Spannung U_M(t), wird im Rahmen einer Signalanalyse mittels einer Fast-Fourier-Transformation FFT eine Spannung U_M(ω) ermittelt. Die FFT liefert ein Spannungs-Spektrum von beispielsweise 1024 Werten U(ω). Aus diesem Spannungs-Spektrum werden für die relevanten Kreisfrequenzen der Zündordnung die Spannungswerte U(ω) selektiert. Die Signalanalyse kann in einem separaten Regelbaustein 7.1 erfolgen. Die Signalanalyse kann aber auch Bestandteil des Regelbausteins 7.2 für I(t) sein.
Anschließend wird aus U(ω) unter Anwendung der künstlichen elektrischen Impedanz Z_L nach Gleichung I(ω) = U(ω)/Z_L ein Strom I(ω) berechnet, der in einen zeitabhängigen Strom I(t) nach der Gleichung I(t) = Re(I(ω)) cos(ωt) + Im(I(ω)) sin(ωt) umgerechnet und an den Lautsprecher 5 angelegt wird. Im Rahmen einer Iterationsschleife wird wiederholt die sich damit ergebende aktuelle Spannung U_M+1(t) ermittelt und danach ein Differenzwert ε der Beträge beider Spannungen, mithin der Betrag der Differenz von U_M+1(t) und U_M(t) ermittelt. Wenn der Differenzwert ε kleiner als 1 oder kleiner als 0,1 oder kleiner als 0,001 ist, wird die Iterationsschleife nicht wiederholt. Ansonsten wird diese Iterationsschleife wiederholt.
Die I-Regelschleife 7c arbeitet mit einer Wiederholfrequenz von 100 Hz bis 1000 Hz. Sofern der Differenzwert ε größer als der definierte Schwellwert ist, wird die Iterationsschleife wiederholt. Vorzugsweise wird für den Differenzwert ε jedoch der definierte Schwellwert erreicht und die Iterationsschleife beendet, bevor im Rahmen der Haupt-Regelschleife 7a eine Neuberechnung der Kreisfrequenz ω der Zündordnung und der Impedanz Z_L erfolgt.
Bezugszeichenliste

1: Rauschunterdrückungssystem
2: Helmholtzresonator
3: Hals
4: Anschlussöffnung
5: Lautsprecher
6: komplexer Widerstand
7: Regeleinheit
7.1: Regelbaustein
7.2: Regelbaustein
7a: Haupt-Regelschleife
7b: Z-Regelschleife
7c: I-Regelschleife
8: ECU-Einheit
9: Abgas- oder Einlassleitung
10: erster Temperatursensor
11: zweiter Temperatursensor
12: elektrischer Anschluss
13: Helmholtzkammer
I_n: Länge des Halses
r: Radius des Halses
V_C: Volumen der Helmholtzkammer

Claims

Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeuggeräusch-Unterdrückungssystems (1) umfassend einen Helmholtzresonator (2) mit einer Helmholtzkammer (13), einem Hals (3) und einer Anschlussöffnung (4), einen Lautsprecher (5) innerhalb des Helmholtzresonators, einen variablen komplexen Widerstand (6), der mit dem Lautsprecher elektrisch verbunden ist, eine Regeleinheit (7) zur Veränderung des variablen komplexen Widerstands (6) und umfassend eine ECU-Einheit (8) als Teil der Motorkontrolle zur Lieferung von zumindest der Drehzahl RPM als Motorparameter, wobei der Helmholtzresonator über den Hals an eine Abgas- oder Einlassleitung (9) eines Verbrennungsmotors anschließbar ist, wobei der Lautsprecher (5) das Volumen des Helmholtzresonators (2) teilweise begrenzt, dadurch gekennzeichnet, dass zwecks Erzielung eines Wertes Z₁ für die akustische Impedanz an der Anschlussöffnung zunächst ein Wert Z₂ für die akustische Impedanz unmittelbar vor dem Lautsprecher (5) ermittelt wird nach $Z_{2} = \frac{1}{I_{a} C_{a}} \frac{Z_{1} - j ω I_{a} - R_{a}}{ω^{2} + j ω [\frac{Z_{1}}{I_{a}} - \frac{R_{a}}{I_{a}}] - \frac{1}{I_{a} C_{a}}} [kg / m^{4} s]$
mit $ω = \frac{N R P M π}{30} [\frac{r a d}{s}]$
als Kreisfrequenz der Zündordnung, mit N als Motorordnung, I_a [kg/m⁴] als Massenträgheit des Fluids an der Anschlussöffnung, R_a [kg/m⁴s] als Dämpfungsverlust an der Anschlussöffnung und C_a [m⁴s²/kg] als Konformitätskonstante für das Fluid im Helmholtzresonator (2), und für Z₁=0 ein Zielwert Z₂₀ für Z₂ ermittelt wird nach $Z_{20} = \frac{1}{C_{a}} \frac{- j ω - \frac{R_{a}}{I_{a}}}{ω^{2} - j ω \frac{R_{a}}{I_{a}} - \frac{1}{I_{a} C_{a}}} [kg / m^{4} s]$
und anschließend der komplexe Widerstand (6) auf eine künstliche elektrische Impedanz Z_L eingestellt wird, die ermittelt wird nach $Z_{L} = - Z_{e} + \frac{{(B I)}^{2}}{S^{2} Z_{20} - Z_{m}} [Ohm]$
mit Z_e [Ohm] als elektrische Impedanz des Lautsprechers, Z_m [kg/s] als mechanische Impedanz des Lautsprechers, BI [Tm] als Kraftfaktor der Lautsprecherspule, S [m²] als Lautsprecheroberfläche, sodass die Geräusche an der Anschlussöffnung zumindest teilweise auslöschbar sind.
Verfahren (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Temperatursensor (10, 11) vorgesehen ist, wobei der Temperaturwert T bei der Berechnung von Z_L berücksichtigt wird und hierzu eine Anpassung der Fluid-Kennwerte I_a, R_a und/oder C_a erfolgt.
Verfahren (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein erster Temperatursensor (10) zur Messung des Temperaturwerts Tc in der Helmholtzkammer (13) vorgesehen ist, wobei der Fluid-Kennwert C_a ermittelt wird nach $C_{a} = \frac{V_{C}}{φ_{C} c^{2}} [\frac{m^{4} s^{2}}{k g}]$
mit φ_C = 1,292 × 273 / T_C [kg/m³], $c = 20,06 \times \sqrt{T_{C}} [m / s]$
und dem Volumen V_C [m³] der Helmholtzkammer (13).
Verfahren (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Temperatursensor (11) zur Messung des Temperaturwerts T_N im Hals (3) vorgesehen ist, wobei der Fluid-Kennwert I_a ermittelt wird nach $I_{a} = \frac{φ_{N} l_{e q}}{s_{N}} [\frac{kg}{m^{4}}]$
mit φ_N = 1,292 × 273 / T_N [kg/m³], I_eq = l_n + 1,7 r [m], wobei l_n [m] die Länge und r [m] den Radius des Halses beschreibt, und mit s_N = π r².
Verfahren (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ermittlung von R_a der Temperaturwert T nicht berücksichtigt wird.
Verfahren (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Regeleinheit (7) die aktuelle Spannung U_M(t) am Lautsprecher (5) ermittelt und durch Fast-Fourier-Transformation U_M(ω) erhalten wird, unter Anwendung der Transferfunktion 1/Z_L der Strom I(ω) berechnet wird und letztlich dieser Strom als konvertiertes Zeitsignal I(t) am Lautsprecher (5) angelegt wird.
Verfahren (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen einer Iterationsschleife nach Anlegen des Stroms I(t) die Spannung U_M+1(t) erneut ermittelt und ein Differenzwert ε als Betrag der Differenz von U_M+1(t) und U_M(t) berechnet wird, wobei die Iterationsschleife so oft wiederholt wird, bis der Differenzwert ε kleiner als 1 oder kleiner als 0,1 oder kleiner als 0,001 ist.
Verfahren (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Neuberechnung der Kreisfrequenz ω in einer Haupt-Regelschleife (7a) implementiert ist.
Verfahren (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Neuberechnung der Impedanz Z_L in einer Z-Regelschleife (7b) implementiert ist.
Verfahren (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Z-Regelschleife (7b) in die Haupt-Regelschleife (7a) integriert ist.
Verfahren (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der Spannung U_M(t) am Lautsprecher, die Berechnung des Stroms I(ω) und das Anlegen des Stroms I(t) am Lautsprecher (5) in einer I-Regelschleife (7c) implementiert ist.
Verfahren (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die I-Regelschleife (7c) in die Haupt-Regelschleife (7a) integriert ist, wobei die Z-Regelschleife (7b) vor der I-Regelschleife (7c) platziert ist.
Verfahren (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Haupt-Regelschleife (7a) und/oder die Z-Regelschleife (7b) eine Wiederholfrequenz von 10 Hz - 100 Hz oder 50 Hz - 500 Hz aufweist.
Verfahren (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die I-Regelschleife (7c) eine Wiederholfrequenz aufweist, die um den Faktor 3 - 100 oder 10 - 500 höher ist als die Wiederholfrequenz der Haupt-Regelschleife (7a) und/oder der Z-Regelschleife (7b).