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EINLEITUNG
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Der Gegenstand der Offenbarung bezieht sich auf Auslassventilsteuerungen, und insbesondere eine funktionsbasierte kontinuierliche Auslassventilsteuerung.
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Fahrzeugabgassysteme können bei bestimmten Ereignissen, wie beispielsweise beim Anfahren, Beschleunigen und Gangwechsel, Spitzenvolumina an Motorgeräuschen aufweisen. Um die Abgasgeräusche zu steuern, verfügen manche Abgassysteme über ein oder mehrere Zwei-Status-Auslassventile, die in Reihe mit der/den Abgassystem(en) installiert sind. Ein Zwei-Status-Auslassventil verfügt über zwei Einstellungen: offen und geschlossen, die entweder den Durchfluss der Abgase einschränken (und die Abgasgeräusche reduzieren) oder die Gase passieren lassen, ohne den Lärm einzuschränken. Beim Öffnen oder Schließen des Ventils können sich die Geräuschpegel durch die teilweise unerwünschten Diskontinuitäten in der Ventilstellung drastisch verändern. Darüber hinaus ist ein Ausstoßereignis eine Region mit erhöhtem Lärm, der durch das Vorhandensein eines akustischen Modus im Abgassystem verursacht wird. Diese Modi manifestieren sich typischerweise als Anstieg und Rückgang des Geräuschpegels, wenn bedeutende Aufgaben mit zunehmender Motordrehzahl ausgeführt werden.
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Ein Abgassteuerungssystem wird verwendet, um den offenen oder geschlossenen Zustand des Ventils basierend auf Steuereingaben zu steuern, die unter anderem den Gangzustand und die Motordrehzahl pro Minute (U/min) des Fahrzeugs beinhalten. Das Steuerungssystem kann eine Nachschlagetabelle verwenden, um verschiedene Kombinationen der Steuereingänge an ein offenes oder geschlossenes Auslassventil anzupassen. Die Konfiguration von Zwei-Status-Steuerungssystemen mit mehreren Ventileinstellungen kann aufgrund der vielen Faktoren, die berücksichtigt werden müssen, um den Abgasausstoß zu verringern, unpraktisch sein. So könnte beispielsweise ein Fahrzeug mit einem Zehn-Gang-Getriebe 7 Drehzahlbereiche und 13 Gangzustände aufweisen, was 91 Gesamtwerten entspricht, die pro Leistungsmodus einzustellen sind. In Zwei-Status-Ventilsystemen verwendet die Steuerung eine Nachschlagetabelle, um die Ventileinstellungen mit den Steuerfaktoren entsprechend dem erwarteten Abgasverhalten abzustimmen. Die Bereitstellung von teilweise offenen Ventilstellungen in einem Zwei-Status-Ventilsystem, um mehrere Fahrzeugsteuerungsfaktoren, wie Getriebezustand, Drehzahlbereich, Pedalstellung und Leistungsmodus des Fahrzeugs, unterzubringen, könnte die Kalibrierung einer Nachschlagetabelle erfordern, die Tausende von Variablen aufweist.
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Dementsprechend ist es wünschenswert, eine funktionsbasierte kontinuierliche Auslassventilsteuerung vorzusehen, die mit einer begrenzten Anzahl an Steuerparametern eine stufenlos variable Ventilstellung ermöglicht. Es kann auch vorteilhaft sein, ein System zur Verfügung zu stellen, das die Ventilstellungen automatisch basierend auf vom Benutzer wählbare Modi und von der Steuerung ausgewählten Konfigurationen basierend auf verschiedenen Steuerparametern anpassen kann. Es ist auch wünschenswert, eine kontinuierliche Auslassventilsteuerung zur Verfügung zu stellen, die den Auslassventilwinkel in Echtzeit unter Verwendung multivariater Steuerungsfunktionen anpasst, die entsprechend den von der Steuerung erfassten Steuerparametern positioniert werden können.
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ZUSAMMENFASSUNG
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In einer exemplarischen Ausführungsform beinhaltet ein System zum Steuern von Abgasgeräuschen in einem Fahrzeug ein variables Auslassventil für ein Abgassystem und eine Auslassventilsteuerung, die funktionsfähig mit dem variablen Auslassventil verbunden werden kann. Die Auslassventilsteuerung ist dazu konfiguriert, zwei oder mehrere Steuerbedingungen abzurufen und eine Betriebsabsicht basierend auf den zwei oder mehreren Steuerbedingungen zu ermitteln. Das System ist dazu konfiguriert, ein Steuersignal basierend auf der Betriebsabsicht und den zwei oder mehreren Steuerbedingungen zu erzeugen. Die Steuerung ist weiterhin dazu konfiguriert, das Steuersignal an das variable Auslassventil zu übertragen. Das Steuersignal ändert eine Auslassventilposition des variablen Auslassventils. Die Position des Auslassventils ist so konfiguriert, dass ein Geräuschverhalten des Auslassventils erzeugt wird, das der Betriebsabsicht zugeordnet ist.
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In einer weiteren exemplarischen Ausführungsform wird ein computerimplementiertes Verfahren zum Steuern von Abgasgeräuschen in einem Fahrzeug beschrieben. Das Verfahren beinhaltet das Abrufen von zwei oder mehreren Steuerbedingungen über einen Prozessor. Das Verfahren beinhaltet ferner das Ermitteln, über den Prozessor, einer Betriebsabsicht basierend auf den zwei oder mehreren Steuerbedingungen, und das Erzeugen, über den Prozessor, eines Steuersignals basierend auf der Betriebsabsicht und den zwei oder mehreren Steuerbedingungen. Das Verfahren beinhaltet das Erzeugen eines Steuersignals über den Prozessor, basierend auf der Betriebsabsicht und den zwei oder mehreren Steuerbedingungen. Das Verfahren beinhaltet ferner das Übermitteln des Steuersignals über den Prozessor an ein variables Auslassventil, das eine Auslassventilposition des variablen Auslassventils ändert. Die Position des Auslassventils ist so konfiguriert, dass ein Geräuschverhalten des Auslassventils erzeugt wird, das der Betriebsabsicht zugeordnet ist.
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Zusätzlich zu einer oder mehreren der hierin beschriebenen Funktionen ist die Auslassventilsteuerung so konfiguriert, dass sie eine Betriebsabsicht basierend auf den zwei oder mehreren Steuerbedingungen ermittelt. Die Betriebsabsicht ist einer speziellen Auslassventilstellung zugeordnet. Die Auslassventilsteuerung ist außerdem so konfiguriert, dass sie das Steuersignal basierend auf einer Sigmoidfunktion und der Betriebsabsicht ermittelt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Betriebsabsicht durch einen Benutzer des Fahrzeugs frei wählbar.
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Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform beinhaltet die Betriebsabsicht einen ersten Modus, der für ein Abgasgeräusch mit höherer Dezibelzahl konfiguriert ist, und einen zweiten Modus, der für ein Abgasgeräusch mit niedrigerer Dezibelzahl konfiguriert ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Steuersignal eine dynamische Mengeneinstellung, die auf eine vorgegebene Änderungsrate für das variable Auslassventil hinweist. Die dynamische Mengeneinstellung basiert auf der Betriebsabsicht.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Steuerung so konfiguriert, dass sie die Betriebsabsicht basierend auf den zwei oder mehreren Steuerbedingungen gemäß einer kontinuierlichen Sigmoidfunktion ermittelt.
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Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform ist die Betriebsabsicht das Fahren, und die Steuerung ist so konfiguriert, dass sie eine Änderungsrate des Motordrehmoments abruft, eine Fahrzeugbeschleunigung abruft und das variable Auslassventil basierend auf der Änderungsrate des Motordrehmoments und der Fahrzeugbeschleunigung positioniert.
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In noch einer weiteren Ausführungsform ist die Betriebsabsicht quasi-statisch, und die Steuerung ist so konfiguriert, dass sie ein Motordrehmoment abruft, eine Änderungsrate des Motordrehmoments abruft und das variable Auslassventil so positioniert, dass es das Zittern des Ventils basierend auf dem Motordrehmoment und der Änderungsrate des Motordrehmoments abschwächt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Betriebsabsicht ein Pedalaufprall, und die Steuerung ist so konfiguriert, dass sie ein Motordrehmoment abruft, eine Änderungsrate des Motordrehmoments abruft und das variable Auslassventil basierend auf dem Motordrehmoment und der Änderungsrate des Motordrehmoments positioniert, und die Position ist so konfiguriert, dass sie ein Abgasgeräusch mit einer höheren Dezibelzahl erzeugt.
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In einer weiteren Ausführungsform beinhaltet die Betriebsabsicht eine Anlaufart. Die Anlaufart beinhaltet ein verschlüsseltes Starten und ein automatisches Starten. Als Reaktion auf einen Fahrzeugstart ist die Steuerung so konfiguriert, dass sie das variable Auslassventil entsprechend der Anlaufart positioniert.
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In einer weiteren Ausführungsform beinhaltet das Verfahren das Ermitteln, über den Prozessor, einer Betriebsabsicht basierend auf den zwei oder mehreren Steuerbedingungen, wobei die Betriebsabsicht einer bestimmten Auslassventilposition zugeordnet ist, und das Erzeugen, über den Prozessor, des Steuersignals basierend auf einer Sigmoidfunktion und der Betriebsabsicht.
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Gemäß einer exemplarischen Ausführungsform ist die Betriebsabsicht durch einen Benutzer des Fahrzeugs frei wählbar.
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Gemäß einer weiteren exemplarischen Ausführungsform beinhaltet die Betriebsabsicht einen ersten Modus, der für ein Abgasgeräusch mit höherer Dezibelzahl konfiguriert ist, und einen zweiten Modus, der für ein Abgasgeräusch mit niedrigerer Dezibelzahl konfiguriert ist.
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In einer weiteren Ausführungsform beinhaltet das Verfahren das Übermitteln des Steuersignals durch Übermitteln des Steuersignals an ein variables Auslassventil und das Ändern einer Auslassventilposition des variablen Auslassventils über das Steuersignal. Das Steuersignal beinhaltet eine dynamische Mengeneinstellung, die auf eine vorgegebene Änderungsrate für das variable Auslassventil hinweist. Die dynamische Mengeneinstellung basiert auf der Betriebsabsicht.
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In einer weiteren Ausführungsform beinhaltet das Verfahren die Auswertung der Betriebsabsicht über den Prozessor, basierend auf den zwei oder mehreren Steuerbedingungen gemäß einer kontinuierlichen Sigmoidfunktion.
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In einer weiteren Verkörperung beinhaltet das Verfahren das Ermitteln, über den Prozessor, ob die Betriebsabsicht eine Fahrt ist, das Abrufen einer Änderungsrate des Motordrehmoments über den Prozessor, das Abrufen einer Fahrzeugbeschleunigung über den Prozessor und das Positionieren des variablen Auslassventils über den Prozessor, basierend auf der Änderungsrate des Motordrehmoments und der Fahrzeugbeschleunigung.
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In noch einer weiteren exemplarischen Ausführungsform beinhaltet das Verfahren ferner das Ermitteln, über den Prozessor, ob die Betriebsabsicht quasi-statisch ist, das Abrufen eines Motordrehmoments über den Prozessor, das Abrufen einer Änderungsrate des Motordrehmoments über den Prozessor und das Positionieren des variablen Auslassventils über den Prozessor, um das Zittern des Ventils basierend auf dem Motordrehmoment und der Änderungsrate des Motordrehmoments abzuschwächen.
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Gemäß noch einer weiteren exemplarischen Ausführungsform beinhaltet das computerimplementierte Verfahren ferner das Ermitteln, über den Prozessor, ob die Betriebsabsicht ein Durchtreten des Pedals ist, das Abrufen eines Motordrehmoments über den Prozessor, das Abrufen einer Änderungsrate des Motordrehmoments über den Prozessor und das Positionieren des variablen Auslassventils über den Prozessor, basierend auf dem Motordrehmoment und der Änderungsrate des Motordrehmoments. Die Position ist so konfiguriert, dass sie ein Abgasgeräusch mit einer höheren Dezibelzahl erzeugt.
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In noch einer weiteren Ausführungsform beinhaltet das Verfahren das Positionieren des variablen Auslassventils über den Prozessor als Reaktion auf einen Fahrzeugstart. Das Positionieren basiert auf einer Anlaufart, die ein verschlüsseltes Starten und ein automatisches Starten umfasst.
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Die oben genannten Eigenschaften und Vorteile sowie anderen Eigenschaften und Funktionen der vorliegenden Offenbarung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen ohne weiteres hervor.
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Figurenliste
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Andere Merkmale, Vorteile und Details erscheinen nur exemplarisch in der folgenden ausführlichen Beschreibung der Ausführungsformen, wobei sich die ausführliche Beschreibung auf die Zeichnungen bezieht, wobei gilt:
- 1 verdeutlicht ein exemplarisches Fahrzeug gemäß einer exemplarischen Ausführungsform;
- 2 ist ein Diagramm eines Systems zum Steuern von Abgasgeräuschen im Fahrzeug aus 1 gemäß einer exemplarischen Ausführungsform;
- 3 ist eine schematische Draufsicht eines variablen Auslassventilzylinders für den Einsatz im System von 2 gemäß einer exemplarischen Ausführungsform;
- 4 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern von Abgasgeräuschen mit dem System von 2 gemäß einer exemplarischen Ausführungsform; und
- 5 ist ein Diagramm einer multivariaten Funktion zum Steuern von Abgasgeräuschen mit dem System von 2 gemäß einer exemplarischen Ausführungsform.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die folgende Beschreibung ist lediglich exemplarischer Natur und nicht dazu gedacht, die vorliegende Offenbarung in ihren An- oder Verwendungen zu beschränken. Es wird darauf hingewiesen, dass in allen Zeichnungen die gleichen Bezugszeichen auf die gleichen oder entsprechenden Teile und Merkmale verweisen. Der hier verwendete Begriff „Modul“ bezieht sich auf eine Verarbeitungsschaltung, die eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder gruppiert) und einen Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten ausführt, die die beschriebene Funktionalität bieten, beinhalten kann.
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Gemäß einer exemplarischen Ausführungsform stellt 1 ein Fahrzeug 100 mit einem System 102 zum Steuern von Abgasgeräuschen dar. In einigen Aspekten kann das Abgasgeräusch durch ein Abgassystem 108 des Fahrzeugs 100 verursacht werden. Das System 102 beinhaltet ein variables Auslassventil 104 und eine Auslassventilsteuerung 106. Obwohl ein leistungsfähiges Fahrzeug dargestellt ist, sollte berücksichtigt werden, dass das Fahrzeug 100 jedes Fahrzeug sein kann, das über ein Abgassystem für einen Verbrennungsmotor verfügt, wie beispielsweise ein Auto, ein Lastwagen, ein Nutzfahrzeug usw.
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2 verdeutlicht das System 102 zum Steuern von Abgasgeräuschen im Fahrzeug 100 gemäß einer exemplarischen Ausführungsform. Unter Bezugnahme auf 2 beinhaltet das System 102 das variable Auslassventil 104, das inline mit dem Abgassystem 108 installiert ist. Das variable Auslassventil 104 beinhaltet ein Ventilstellglied 206, das mit einem variablen Auslassventilzylinder 204 verbunden ist. Das Ventilstellglied 206 ist so konfiguriert, dass es die Position eines Ventilmechanismus 202 durch Drehen des Ventilmechanismus um eine Achse senkrecht zur Richtung des Gasstroms durch das Abgassystem 108 ändert. Das variable Auslassventil 104 kann über einen Steuerbus 208 funktionsfähig mit der Auslassventilsteuerung 106 verbunden werden. Obwohl das variable Auslassventil 104 die Position des Ventilmechanismus 202 durch Drehen um eine Achse senkrecht zur Richtung des Gasstroms ändert ist es wünschenswert, dass der Ventilmechanismus 202 auf andere Weise geöffnet und geschlossen werden kann. In einigen Aspekten kann der variable Auslassventilzylinder 204 andere Formen annehmen, um verschiedene Mechanismen zum Öffnen und Schließen des Ventils aufzunehmen. So kann beispielsweise das Abgassystem 108 aus quadratischen oder rechteckigen Abgasrohren bestehen, und der variable Auslassventilzylinder 204 kann eine ähnliche Form aufweisen. Das variable Auslassventil 104 kann so konfiguriert sein, dass es in anderen multi-variablen Konfigurationen geöffnet und geschlossen werden kann.
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Die Auslassventilsteuerung 106 ist ein Steuermodul, das einen oder mehrere Prozessoren 110 beinhalten kann, die funktionsfähig mit dem Computerspeicher (nicht dargestellt) der Auslassventilsteuerung 106 verbunden sind. Der Prozessor 110 ist so konfiguriert, dass er die Eingänge von einem oder mehreren Motorsensoren (nicht dargestellt) oder Fahrzeugcomputern (nicht dargestellt) in Echtzeit verarbeitet. Die Auslassventilsteuerung 106 kann sowohl Hardware als auch Software (Firmware, Computerprogramme, Kalibrierdaten usw.) enthalten. Die Auslassventilsteuerung 106 kann funktionsfähig mit einem oder mehreren Fahrzeugcomputern, wie beispielsweise dem elektronischen Steuermodul (ECM) des Fahrzeugs (nicht dargestellt), und/oder mit einem oder mehreren Sensoren (nicht dargestellt) verbunden sein, die dazu konfiguriert sind, die Fahrzeugsteuerbedingungen abzurufen.
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Die Auslassventilsteuerung 106 kann funktionsfähig mit einer Benutzeroberfläche 210 verbunden werden. Die Benutzeroberfläche 210 kann eine harte Steuerung (z.B. ein Drehknopf, eine Taste, ein wählbarer Schalter usw.) oder eine weiche Steuerung (z.B. eine vom Benutzer wählbare Option in einer digitalen Schnittstelle, ein Touchscreen usw.) sein. Die Benutzeroberfläche 210 kann konfiguriert werden, um eine oder mehrere Benutzereingaben zu empfangen, die eine gewünschte Abgasklangcharakteristik des Fahrzeugs 100 anzeigen. Die Klangcharakteristik kann basierend auf der Betriebsabsicht des Fahrzeugs 100 durch den Benutzer frei wählbar sein. So kann beispielsweise die Benutzeroberfläche 210 eine oder mehrere Einstellungen beinhalten, die auf Betriebsabsichten hinweisen, wie zum Beispiel Autobahn, Fahrten, Rennen, Leistung usw. Jede einzelne Betriebsabsicht beinhaltet ein ihr zugeordnetes, vorgegebenes Klangprofil. Wenn zum Beispiel eine Betriebsabsicht „Leistung“ ist, kann das der Leistung zugeordnete Klangprofil volle, hochdezible Abgasgeräusche beinhalten, die es dem Motor ermöglichen, den vollen Charakter des Motors im gesamten Abgassystem wiederzugeben. In einem weiteren Aspekt kann eine Betriebsabsicht „Fahren“ sein, das Abgasgeräuschen mit niedrigen Dezibelwerten zugeordnet sein kann.
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Gemäß einigen Ausführungsformen kann die Auslassventilsteuerung 106 die Benutzereingaben von der Benutzeroberfläche 210 empfangen und basierend auf der Eingabe eine Betriebsabsicht festlegen. Die Auslassventilsteuerung 106 kann die Betriebsabsicht allein basierend auf der Eingabe der Benutzeroberfläche oder die Betriebsabsicht basierend auf der Benutzereingabe in Verbindung mit anderen Leistungsfaktoren (z. B. Steuerbedingungen) des Fahrzeugs 100 ermitteln. Die anderen Faktoren können zum Beispiel Fahrzeuggeschwindigkeit, Motordrehzahl, Motordrehmoment, Änderungsrate der Drehzahl und Änderungsrate des Motordrehmoments sein.
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Das variable Auslassventil 104 kann konfiguriert werden, um Steuersignale von der Auslassventilsteuerung 106 zu empfangen und ein bestimmtes Abgasgeräuschverhalten zu erzeugen, das für eine (in Verbindung mit) einer bestimmten Betriebsabsicht geeignet ist. Ein Abgasgeräuschverhalten kann zum Beispiel eine vorgegebene Schallamplitude (in Dezibel) sein, die vom Abgassystem 108 ausgegeben wird. Die Klangcharakteristik (Amplitude des Klangs) ist der Betriebsabsicht zugeordnet. Wenn beispielsweise das Fahrzeug am frühen Morgen in einer ruhigen Umgebung in Betrieb ist, ist es möglicherweise nicht wünschenswert, den gleichen Klang zu erzeugen, wie wenn das Fahrzeug im Leistungsmodus oder in einer Rennumgebung betrieben wird. Die Auslassventilsteuerung 106 kann Steuerbedingungen abrufen (diese können Benutzereingaben von der Benutzeroberfläche 210 beinhalten) und die Betriebsabsicht basierend auf den Steuerbedingungen ermitteln. Der Prozessor 110 kann ein Steuersignal basierend auf der Betriebsabsicht erzeugen und das Steuersignal an das Ventilstellglied 206 übermitteln. Das Ventilstellglied 206 kann konfiguriert sein, um das Steuersignal zu empfangen und die Position des Ventilmechanismus 202 basierend auf den Anweisungen der Auslassventilsteuerung 106 zu ändern.
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3 ist eine Draufsicht eines variablen Auslassventilzylinders 204 für den Einsatz im System von 2 gemäß einer exemplarischen Ausführungsform. Wie in 3 dargelegt, kann der variable Auslassventilzylinder 204 inline mit der Richtung der Abgase durch das Abgassystem 108 konfiguriert werden. Das variable Auslassventil 104 kann die Position des Ventilmechanismus 202 durch Drehen des Ventilmechanismus 202 über das Ventilstellglied 206 (aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht in 3 dargestellt) auf einen bestimmten Winkel 302 in Bezug auf eine Mittellinie 304 des variablen Auslassventilzylinders 204 verändern. Wie vorstehend erläutert, kann der Ventilmechanismus 202 eine andere Form annehmen als die hierin dargestellte und auf eine andere Art und Weise betätigt werden.
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Jede Position des Ventilmechanismus 202 kann konfiguriert werden, um ein bestimmtes Abgasgeräuschverhalten zu erzeugen. So kann beispielsweise ein Ventilmechanismus in einer vollständig geschlossenen Position (z. B. Position 202A) ein Geräuschverhalten von weniger Dezibel erzeugen als eine teilweise geöffnete Position (z. B. Position 202B). Eine teilweise geöffnete Position (z. B. Position 202C) kann ein Geräuschverhalten von mehr Dezibel erzeugen als die geschlossenen Positionen (z. B. Position 202B). Obwohl in 3 nur drei Positionen dargestellt sind, ist anzumerken, dass das System 102 konfiguriert werden kann, um das variable Auslassventil 104 auf eine unendliche Anzahl an Positionen einzustellen, die eine beliebige Anzahl an vordefinierten Reaktionen auf Abgasgeräusche erzeugen können.
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In einigen Aspekten kann die Auslassventilsteuerung 106 eine Geschwindigkeit ermitteln, mit welcher das Ventilstellglied 206 den Winkel des Ventilmechanismus 202 verändert. Die Änderungsrate wurde dynamisch basierend auf verschiedenen Steuerfaktoren in Echtzeit und zusätzlich zu den vorgegebenen Raten, die mit der Betriebsabsicht verbunden sind, geändert, weshalb sie als eine dynamische Mengeneinstellung betrachtet wird. Durch Modifizieren der Änderungsrate zum Ändern der Position des Auslassventils kann die Auslassventilsteuerung 106 unerwünschte plötzliche Änderungen des Geräuschpegels, die mit einem plötzlichen Öffnen des variablen Auslassventils 104 aus einer geschlossenen oder teilweise geschlossenen Position verbunden sind, abschwächen. In einigen Aspekten kann die Auslassventilsteuerung 106 eine dynamische Mengeneinstellung basierend auf der bestimmten Betriebsabsicht ermitteln.
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4 verdeutlicht ein Flussdiagramm eines Verfahrens 400 zum Steuern von Abgasgeräuschen mit dem System von 2 gemäß einer exemplarischen Ausführungsform. Unter Bezugnahme auf 4 verdeutlicht Block 402 einen Schritt, bei welchem der Prozessor 110 konfiguriert ist zum Abrufen von zwei oder mehreren Steuerbedingungen. In einigen Aspekten kann Prozessor 110 die Steuerbedingungen von einem funktionstüchtig angeschlossenen Fahrzeugcomputer und/oder einem oder mehreren Hilfssensoren abrufen, die zum Ermitteln der Steuerbedingungen konfiguriert sind. Steuerbedingungen können zum Beispiel eine Fahrzeuggeschwindigkeit, eine Änderung der Fahrzeuggeschwindigkeit (Fahrzeugbeschleunigung), ein Motordrehmoment, eine Änderung des Motordrehmoments, Motordrehzahl, Gaspedalstellung, eine Änderung der Gaspedalstellung, ein Zeitfaktor (z. B. eine Zeitspanne, in der ein Steuerfaktor unverändert bleibt), ein vorgegebener Schwellwert, der einen Wert beinhaltet, bei dem der Prozessor 110 die Übertragung eines oder mehrerer Steuersignale auslöst, die eine kontinuierliche, funktionsabhängige Ventilsteuerung starten oder stoppen, beinhalten. Andere Steuerfaktoren sind vorgesehen.
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Bei Block 404 kann Prozessor 110 basierend auf den zwei oder mehreren Steuerbedingungen eine Betriebsabsicht ermitteln. Die Betriebsabsicht ist einer speziellen Auslassventilstellung zugeordnet. In einigen Aspekten ist die Betriebsabsicht durch einen Benutzer von Fahrzeug 100 wählbar. Dementsprechend kann die Auslassventilsteuerung 106 Informationen von der Benutzeroberfläche 210 abrufen, die auf eine Betriebsabsicht hindeuten. Die Betriebsabsicht kann vordefinierte Klangprofile oder Modi beinhalten, die den Klang des Abgassystems steuern. So könnte beispielsweise ein erster Modus, der für ein Abgasgeräusch mit höherer Dezibelzahl konfiguriert ist (z. B. für Rennen und/oder Leistung, absichtliches Drehen des Motors mit einem Pedalaufsatz usw.), und ein zweiter Modus, der für ein niedrigeres Abgasgeräusch mit niedrigerer Dezibelzahl konfiguriert ist (z. B. Fahrtmodus usw.), vorgesehen sein.
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In anderen Aspekten wird die Betriebsabsicht automatisch vom Prozessor basierend auf zwei oder mehreren Steuerbedingungen ermittelt. So kann beispielsweise der Prozessor 110 in einer Ausführungsform ermitteln, ob sich das Fahrzeug 100 in einem Fahrtzustand befindet, der auf einer beobachteten Fahrzeuggeschwindigkeit über einen vorbestimmten Zeitraum basiert. Prozessor 110 kann ferner die Betriebsabsicht basierend auf einer Änderungsrate des Gaspedals ermitteln, die anzeigt, wie schnell der Fahrer das Gas gedrückt hat. Die Änderung der Pedalgeschwindigkeit ist mit der Änderung des Motordrehmoments verknüpft. Selbst wenn eine vom Benutzer gewählte Betriebsabsicht auf den ersten Modus (Leistung) eingestellt ist, der ein Geräuschprofil mit einem höheren Dezibelwert erzeugen kann, kann Prozessor 110 ein Steuersignal erzeugen, das dazu konfiguriert ist, das Fahrzeug ruhig zu stellen, um unangenehme Dauergeräusche zu vermeiden.
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Wie durch Block 406 dargelegt, kann der Prozessor 110 das Steuersignal basierend auf der Betriebsabsicht und den zwei oder mehreren Steuerbedingungen erzeugen. In einigen Aspekten kann der Prozessor 110 konfiguriert sein, um das Steuersignal basierend auf den zwei oder mehreren Steuerbedingungen gemäß einer kontinuierlichen Sigmoidfunktion zu erzeugen. Der Prozessor 110 kann zwei oder mehrere Steuerbedingungen abrufen (z. B. Motordrehzahl und Motordrehmoment) und die Steuerbedingungen auf die Sigmoidfunktion als Eingänge anwenden. In einigen Aspekten kann der Prozessor 110 das Steuersignal weiterhin basierend auf einer multivariaten Funktion erzeugen, die eine Gauß-Funktion beinhaltet.
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Wenn das Steuersignal als Diagramm dargestellt wird, wird zum Erzeugen der Grundform des Sigmoiddiagramms die Sigmoidfunktion gewählt. Gemäß einigen Ausführungsformen kann die Auslassventilsteuerung 106 die Grundansprechfunktion basierend auf Motordrehzahl und Drehmoment mit einer Sigmoidfunktion einstellen. Es gibt eine natürliche Präferenz, das Ventil bei niedriger Drehzahl und Drehmoment zu schließen und es bei hoher Drehzahl und hohem Drehmoment zu öffnen, wobei ein Sättigungspunkt (Ventil vollständig geöffnet) irgendwann vor der maximalen Drehzahl und dem maximalen Drehmoment auftritt. Die Sigmoidfunktion folgt naturgemäß dieser Reaktion.
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Mit einem kurzen Verweis auf 5 ist ein Diagramm einer Basis-Sigmoidfunktion mit einer Gauß‘schen-Funktion zum Steuern von Abgasgeräuschen gemäß einer exemplarischen Ausführungsform abgebildet. Eine Sigmoidfunktion ist eine mathematische Funktion mit einem „S“-förmigen Graphen (Sigmoidgraph). Wie in 5 abgebildet, kann eine Ausführungsform der Auslassventilsteuerung 106 konfiguriert werden, um die Ventilöffnung abhängig von Steuerfaktoren, wie Motordrehzahl und Sigmoid-Bias, zu ermitteln. In einigen Aspekten steuert der Prozessor 110 die Sigmoidfunktionsfläche mit nur vier Parametern, zwei Bias-Begriffen und zwei Gewichtungsbegriffen. Es werden zwei Sigmoid-Bias-Begriffe definiert: einer für die Drehzahlachse und einer für die Drehmomentachse. Die Bias-Parameter stehen in direktem Zusammenhang mit der Motordrehzahl und dem Drehmoment, bei dem die Bewegung des variablen Auslassventils 104 stattfindet (als Übersetzung in U/min und Drehmoment). Es werden ebenfalls zwei Gewichtungsbegriffe definiert: einer für die Drehzahlachse und einer für die Drehmomentachse. Das Gewicht „W“ ist die Neigung der Steuerfläche, die ermittelt, wie schnell sich das Ventil bei Drehzahl- und Drehmomentänderung öffnet und schließt. So definiert beispielsweise eine exemplarische Ausführungsform die Ventilöffnung abhängig von der Drehzahl so, dass
die Ventilöffnung (in Prozent) =1/(1 + e-+e-(Bias+W*rpm)) ist.
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Wie bereits erwähnt, kann der Prozessor
110 Steuerfaktoren als Eingänge für eine Sigmoidfunktion verwenden, um die Grundform des Ventilsteuersignals zu erzeugen. Gemäß einer exemplarischen Ausführungsform wird eine Gauß‘sche Funktion in Verbindung mit der Sigmoidfunktion verwendet, um Lärmschutzbereiche (d. h. Boom-Ereignisse usw.) basierend auf den Betriebsbedingungen des Fahrzeugs ein- und auszublenden. In der Mathematik ist eine Gauß‘sche Funktion, die oft einfach nur als Gauß bezeichnet wird, eine Funktion der Form:
für beliebige reelle Konstanten a, b und c. In einigen Ausführungsformen sind die realen Konstanten a, b und c den zwei oder mehreren Steuerbedingungen zugeordnet.
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In dem in 5 abgebildeten Diagramm wird der Ventilwinkel (dargestellt in der Z-Achse 502) abhängig von der Motordrehzahl (dargestellt in der X-Achse 504) und dem Prozentsatz der Pedalabsenkung (dargestellt in der Y-Achse 506) modelliert. Die Gauß‘sche Funktion liefert die talförmigen Merkmale 508 im Diagramm von 5, die die Länge der U/min oder der y-Achse darstellen. Diese Funktion ermöglicht es, dass die Steuerfläche von der Basis-Sigmoidfunktion abweicht und somit Boom-Ereignisse beseitigt werden. Die Gauß‘sche Funktion wird verwendet, um Lärmschutzbereiche (d. h. Boom-Ereignisse) basierend auf den Betriebsbedingungen des Fahrzeugs ein- und auszublenden. Eine Gauß‘sche Funktion wird gewählt, um die Boom-Ereignisse, die durch das Vorhandensein eines Akustikmodus im Abgassystem hervorgerufen werden, zu mildern, da sie der Form des typischen Ansprechverhaltens sowohl bei Drehzahl als auch Drehmoment entspricht. Diese Modi manifestieren sich typischerweise als Anstieg und Rückgang des Geräuschpegels, wenn bedeutende Aufgaben mit zunehmender Motordrehzahl ausgeführt werden, und weisen eine Form auf, die einer Gauß‘schen Funktion mit einer Höhe und Breite ähnlich ist.
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Die Gauß‘sche Funktion definiert die beabsichtigte Steuerfläche, d. h. die beabsichtigte Stellung des Ventils basierend auf Pedalprozentsatz (Position) und Motordrehzahl. Wenn sich das Pedal oder die Motordrehzahl sehr schnell ändert, würde sich auch das Ventil sehr schnell bewegen, was zu einer plötzlichen Änderung des Geräuschpegels führen könnte. In einer Ausführungsform kann die Auslassventilsteuerung 106 das Steuersignal basierend auf den Steuerbedingungen und der Betriebsabsicht erzeugen, indem sie die Sigmoidfunktion zur Herstellung einer Grundbewegung des Ventils verwendet, und die Gauß‘sche Funktion zum Abschwächen des Booms des Abgassystems, indem sie von der Basisfunktion abweicht.
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In einem weiteren Aspekt kann die Auslassventilsteuerung 106 das Steuersignal basierend auf den Steuerbedingungen erzeugen, die einen dynamischen Mengenbegrenzer beinhalten. Der dynamische Mengenbegrenzer kann verwendet werden, um die Bewegungsgeschwindigkeit des Ventils zu begrenzen. Wenn sich zum Beispiel die Pedalstellung schnell ändert (z. B., ein sehr kräftiger Pedaldruck), dann würde die vorgesehene Steuerfläche eine plötzliche Änderung des Ventilwinkels bewirken, aber der Ventilgeschwindigkeitsbegrenzer würde begrenzen, wie schnell sich das Ventil bewegen könnte. In diesem Fall würde die Ventilstellung der angewiesenen Position etwas hinterherhinken, aber auch den Übergang glätten.
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Unter nochmaliger Bezugnahme auf 4 kann der Prozessor 110 nach dem Erzeugen des Steuersignals, wie in Block 406 dargestellt, das Steuersignal an das variable Auslassventil 104 übertragen, wie bei Block 408 dargestellt. Das Steuersignal ist dazu konfiguriert, eine Position des variablen Auslassventils 104 zu ändern. Die Position des Auslassventils ist so konfiguriert, dass ein Geräuschverhalten des Auslassventils erzeugt wird, das der Betriebsabsicht zugeordnet ist.
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In einigen Aspekten ist die Betriebsabsicht vom Benutzer wählbar und kann vorbestimmte Einstellungen für die Ventilposition enthalten. In weiteren Aspekten ermittelt die Auslassventilsteuerung 106 die Betriebsabsicht basierend auf verschiedenen Steuerfaktoren zusätzlich zu den vorbestimmten Einstellungen. So ist beispielsweise gemäß einer Ausführungsform die Betriebsabsicht das Fahren, und der Prozessor 110 ist so konfiguriert, dass er eine Änderungsrate des Motordrehmoments abruft, eine Fahrzeugbeschleunigung abruft und das variable Auslassventil 104 basierend auf der Änderungsrate des Motordrehmoments und der Fahrzeugbeschleunigung positioniert. Wie vorstehend beschrieben, kann der Prozessor 110 in einer Ausführungsform ermitteln, ob sich das Fahrzeug 100 in einem Fahrtzustand befindet, der auf einer beobachteten Fahrzeuggeschwindigkeit über einen vorbestimmten Zeitraum basiert.
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Der Prozessor 110 kann ferner die Betriebsabsicht basierend auf einer Änderungsrate des Gaspedals ermitteln, die anzeigt, wie schnell der Fahrer das Gas gedrückt hat. Die Änderung der Pedalgeschwindigkeit ist mit der Änderung des Motordrehmoments verknüpft. Selbst wenn eine vom Benutzer gewählte Betriebsabsicht auf den ersten Modus (Leistung) eingestellt ist, der ein Geräuschprofil mit einem höheren Dezibelwert erzeugen kann, kann Prozessor 110 ein Steuersignal erzeugen, das dazu konfiguriert ist, das Fahrzeug ruhig zu stellen, um unangenehme Dauergeräusche zu vermeiden.
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In einigen Aspekten kann die Auslassventilsteuerung 106 ermitteln, ob eine Betriebsabsicht das „Verlassen der Fahrtabschwächung“ ist. Die Auslassventilsteuerung 106 kann eine Änderungsrate für das Betätigen des Pedals und/oder die Fahrzeugbeschleunigung überwachen. Die Geschwindigkeitsänderungsrate kann auf eine Betriebsabsicht hinweisen, die volle Leistung erfordert. Dementsprechend kann die Auslassventilsteuerung 106 die Funktion verlassen und das variable Auslassventil 104 öffnen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Auslassventilsteuerung basierend auf einer Gesamtmenge für die Pedalbetätigung ermitteln, dass eine Betriebsabsicht darin besteht, den aktuellen Betriebszustand aufrechtzuerhalten. Anders ausgedrückt, kann die Auslassventilsteuerung 106 ermitteln, dass die Betriebsabsicht quasi-statisch ist. Eine quasistatische Betriebsabsicht deutet darauf hin, dass basierend auf einem vorgegebenen Schwellenwert, der auf eine Änderung der Pedalstellung hinweist (z. B. ±2% oder weniger), geringfügige Änderungen ignoriert werden können, um ein Flattern (schnelles und/oder wiederholtes Ändern der Position des Ventilmechanismus 202 durch winzige Mengen) durch das variable Auslassventil 104 zu verhindern. Obgleich als Beispiel 2 % verwendet werden, wird es begrüßt, dass ein anderer Schwellenwert zum Ermitteln der Betriebsabsicht herangezogen werden kann.
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Eine entsprechende Menge für das Durchdrücken des Gaspedals kann das Motordrehmoment beeinflussen. Insbesondere, wenn das Pedal eine kleine Menge gedrückt wird, wird das Motordrehmoment in einer ähnlich kleinen Menge angehoben. Wenn das Gaspedal kräftig gedrückt wird (die Pedalstellung wird stark verändert), wird das Motordrehmoment als Reaktion darauf beeinflusst. Dementsprechend ist in einer Ausführungsform der Prozessor 110 so konfiguriert, dass er ein Motordrehmoment abruft, eine Änderungsrate des Motordrehmoments abruft und das variable Auslassventil 104 so positioniert, dass es den Dither des Ventils basierend auf dem Motordrehmoment und der Änderungsrate des Motordrehmoments abschwächt. Der Prozessor 110 kann die Pedalstellung anstelle des Motordrehmoments ermitteln.
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In anderen Aspekten kann es vorteilhaft sein, festzustellen, wann es sich bei einer Pedalbetätigung um ein Pedalaufflackern handelt (z. B. das Hochdrehen des Motors im Stillstand). In einigen Betriebsszenarien kann es wünschenswert sein, den vollen Soundcharakter des Motors zu hören. Dementsprechend kann es wünschenswert sein, jegliche Minderung von Abgasgeräuschen zu begrenzen, die das Geräusch unterdrücken würde. In weiteren Aspekten kann es wünschenswert sein, den Klangcharakter durch eine Teilöffnung des variablen Auslassventils 104 zu verstärken. Gemäß einer Ausführungsform kann der Prozessor 110, basierend auf dem Pedaldruck und der Änderungsrate des Pedaldrucks ermitteln, dass die Betriebsabsicht ein Pedalaufflackern ist. Dementsprechend kann der Prozessor 110 so konfiguriert sein, dass er ein Motordrehmoment abruft, eine Änderungsrate des Motordrehmoments abruft und das variable Auslassventil basierend auf dem Motordrehmoment und der Änderungsrate des Motordrehmoments positioniert. Die Position kann konfiguriert sein, um ein Abgasgeräusch mit einem höheren Dezibel zu erzeugen. In weiteren Aspekten kann die Position konfiguriert sein, um eine vorbestimmte Klangcharakteristik zu erzeugen. Beispiele für eine Klangcharakteristik können beispielsweise ein Dröhnen des Motors, ein gurgelndes Geräusch usw. sein.
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Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform kann die Betriebsabsicht eine Anlaufart beinhalten, die anzeigt, wie ein Fahrzeug gestartet wird. Dies kann bei der Bestimmung einer Betriebsabsicht nützlich sein, da einige Zündsysteme so konfiguriert sind, dass sie sich bei Fahrzeugstopps (z. B. Ampeln) ausschalten und nahtlos wieder einschalten, wenn das Bremspedal freigegeben ist. Es kann vorteilhaft sein, das Anfahrgeräusch so gering wie möglich zu halten, um so unhörbar wie möglich zu sein. In anderen Aspekten kann es wünschenswert sein, dass beim Start mit einem verschlüsselten Anlauf eine andere Klangcharakteristik gewählt wird. In einer Ausführungsform kann die Anlaufart entweder ein verschlüsseltes Starten oder ein automatisches Starten sein. Als Reaktion auf das Erfassen eines Anfahrvorgangs des Fahrzeugs kann die Auslassventilsteuerung 106 so konfiguriert werden, dass sie das variable Auslassventil 104 entsprechend der Anlaufart positioniert.
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Die hierin beschriebenen Ausführungsformen können eine feinauflösende Ventilsteuerung ermöglichen und gleichzeitig die Kalibrierungszeit für ein spezielles Abgassystem vereinfachen. Einige Ausführungsformen können auch die Klangqualität verbessern, indem sie plötzliche Veränderungen der Abgasgeräusche beseitigen und die Geräuschkulisse beim Wegfahren minimieren oder verstärken. Die Anwendung kontinuierlicher multivariater Funktionen, wie einer Sigmoidfunktion und einer Gauß‘schen Funktion zum Steuern von Eingängen, kann den Vorteil der kontinuierlichen Steuerung von Abgasgeräuschen mit einer minimalen Anzahl an Eingangsparametern bieten. Darüber hinaus sind die Eingabeparameter für das Personal, das mit der Kalibrierung und Verfeinerung des Steuersystems für ein bestimmtes Fahrzeugverhalten beauftragt ist, leicht zu interpretieren.
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Kontinuierliche Funktionen ermöglichen zudem eine unbegrenzte Anzahl an Ventilpositionen. Eine kontinuierliche Funktion ermöglicht das Steuern ohne diskontinuierliche Sprünge in der Ventilstellung. Wenn ein Ventil zum Abschwächen von Boom-Ereignissen verwendet wird, wie zuvor beschrieben, würde eine Steuerungsstrategie, die zu diskreten Ventilstellungen (oder Diskontinuitäten) führt, zu Diskontinuitäten im Geräuschsignal zu einer Zeit führen, in der es am empfindlichsten ist, was wiederum zu einem wahrnehmbaren Ereignis führen würde. Im Gegensatz dazu ermöglicht ein kontinuierlich gesteuertes Auslassventil, dass die Wirkung sanft ein- und ausgeblendet wird, wodurch die Wahrnehmungsfähigkeit des Zuhörers minimiert wird.
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Die feinere Auflösung der Ventilsteuerung kann die Benutzererfahrung verbessern, da unerwünschte Geräusche abgeschwächt werden können und die gewünschten natürlichen Klangeigenschaften des Motors selektiv aktiviert und automatisch von den Systemsteuerungsfaktoren erkannt werden können, die auf ein bestimmtes Betriebsszenario (z. B. Fahren in der Nachbarschaft, Leistungsfahren, Kreuzen, usw.) hinweisen. Die Steuerfaktoren können vom System automatisch überwacht und zur Verbesserung der Benutzerfreundlichkeit verwendet werden.
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Während die obige Offenbarung mit Bezug auf exemplarische Ausführungsformen beschrieben wurde, werden Fachleute verstehen, dass unterschiedliche Änderungen vorgenommen und die einzelnen Teile durch entsprechende andere Teile ausgetauscht werden können, ohne vom Umfang der Offenbarung abzuweichen. Darüber hinaus können viele Modifikationen vorgenommen werden, um eine bestimmte Materialsituation an die Lehren der Offenbarung anzupassen, ohne von deren wesentlichem Umfang abzuweichen. Daher ist vorgesehen, dass die Offenbarung nicht auf die offenbarten speziellen Ausführungsformen eingeschränkt sein soll, sondern dass sie auch alle Ausführungsformen beinhaltet, die innerhalb des Umfangs der Anmeldung fallen.