DE102019219525B3

DE102019219525B3 - Schallwandler für eine Aufnahme von Außengeräuschen für ein Fahrzeug, und Fahrzeug mit Schallwandler

Info

Publication number: DE102019219525B3
Application number: DE102019219525.3A
Authority: DE
Inventors: Bernd Kernebeck
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2019-12-13
Filing date: 2019-12-13
Publication date: 2020-08-06
Anticipated expiration: 2039-12-14

Abstract

Es wird ein Schallwandler für eine Aufnahme von Außengeräuschen für ein Fahrzeug vorgeschlagen, der folgende Merkmale aufweist:- einen Windschutz- einen Gehäusekörper- wenigstens eine Membran, die an dem Gehäusekörper angebracht ist- wenigstens ein Mikrofon, das in Abhängigkeit von einer Auslenkung der wenigstens einen Membran ein für die Außengeräusche kennzeichnendes Signal ausgibt- eine Auswerteschaltung, die das Signal verarbeitet und an wenigstens eine weitere Fahrzeugkomponente überträgt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schallwandler für eine Aufnahme von Außengeräuschen für ein Fahrzeug nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs.
Aus EP 0 913 751 A1 ist es bekannt, dass an einem autonomen Fahrzeug vier richtungsabhängige Mikrofone und Lautsprecher angeordnet sein können. Mit den Mikrofonen ist die Erkennung von akustischen Signalen möglich, zum Beispiel um ein Martinshorn oder eine Warnung bei einem Bahnübergang zu erfassen.
Die gattungsbildende Druckschrift WO 2015/015646 A1offenbart ein Mikrofon mit einem Windschutz, wobei Halter mit dem Windschutz das Mikrofon einhaust. Der Windschutz weist kleine Öffnungen auf, die den aufzunehmenden Schall passieren lassen. DE 10 2018 222 768 B3 offenbart eine Schutzkappe für ein Mikrofon, die an der Außenseite eines Fahrzeugs angebracht ist. Die Schutzkappe ist als akustische Linse ausgebildet. DE 10 2018 210 488 A1 offenbart eine Dachfinne für ein Fahrzeug zur Erfassung von Umgebungsgeräuschen mit zwei Sensoren. EP 2 037 698 A1 offenbart ein Mikrofon mit zwei Vibrationsplatten, wobei das Mikrofon durch ein Schutzgehäuse umgeben ist. Innerhalb des Schutzgehäuses befindet sich ein geschlossener Raum mit Luft darin.
Der erfindungsgemäße Schallwandler für die Aufnahme von Außengeräuschen für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass ein robuster Schallwandler für den Einsatz in Fahrzeugen vorgeschlagen wird.
Dafür ist ein Schallwandler für eine Aufnahme von Außengeräuschen für ein Fahrzeug vorgesehen, der folgende Merkmale aufweist:

- einen Windschutz
- einen Gehäusekörper
- wenigstens eine Membran, die an dem Gehäusekörper angebracht ist
- wenigstens ein Mikrofon, das in Abhängigkeit von einer Auslenkung der wenigstens einen Membran ein für die Außengeräusche kennzeichnendes Signal ausgibt
- eine Auswerteschaltung, die das Signal verarbeitet und an wenigstens eine weitere Fahrzeugkomponente überträgt.

Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass der Windschutz und der Gehäusekörper einen verlängerten Rotationsellipsoid bilden. Mit solch einem Körper ist eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schallwandlers möglich. Es handelt sich quasi um das äußere Erscheinungsbild eines Rugby-Balls oder Football-Balls. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zwei Membrane und zwei Mikrofone, die gegenüberliegend angeordnet sind, vorgesehen sind. Durch diese Konfiguration ist es analog zu der sogenannten Kunstkopftechnik möglich, akustische Signale aufzunehmen und dabei eine gute Richtungslokalisation der Schallereignisse festzustellen. Die zwei Mikrofone befinden sich in dem Rotationsellipsoid.
Mit dem Begriff Schallwandler ist die gesamte Vorrichtung, wie durch Patentanspruch 1 und die abhängigen Ansprüche definiert, gemeint. Ein Schallwandler wandelt Schall in ein elektrisches Signal. Mit Aufnehmen ist insbesondere die Erfassung der Außengeräusche gemeint. Unter den Außengeräuschen sind vor allem Martinshörner und andere Warnsignale zu verstehen, die dem Fahrzeuginsassen in besonderer Weise vermittelt werden, damit er beispielsweise Platz für ein Rettungsfahrzeug macht. Unter dem Fahrzeug sind Personenkraftwagen, Lastkraftwagen zu verstehen, die im Straßenverkehr solchen Rettungsfahrzeugen beispielsweise begegnen.
Unter einem Windschutz ist eine Komponente zu verstehen, die das Mikrofon vor Luftströmungen, die beim Sprechen oder im Freien auftreten, und anderen Nebengeräuschen schützt. Es kann nämlich sein, dass diese Nebengeräusche so laut sind, dass sie den nachfolgenden Verstärker übersteuern und damit eine unangenehme Wiedergabe entsteht. Wie in den abhängigen Ansprüchen definiert, kann der Windschutz Schaumstoff aufweisen, es sind jedoch auch Fellüberzüge oder andere Maßnahmen bekannt. Auch Geflechte, beispielsweise Metall- oder Gazegeflechte sind bekannt.
Der Gehäusekörper kann beispielsweise aus Kunststoff oder Aluminiumdruckguss bestehen. Der Gehäusekörper beherbergt vorliegend nicht nur die Mikrofone, sondern auch die Auswerteelektronik bzw. Signalverarbeitung oder Auswerteschaltung.
Es ist wenigstens eine Membran vorgesehen, die am Gehäusekörper angeordnet ist bzw. angebracht ist und die infolge des auftretenden Schalls zur Auslenkung gebracht wird. Membrane können aus unterschiedlichen Stoffen bestehen, vorliegend ist eine bevorzugte Ausführung ein mikroporöses Material, beispielsweise ein Gewebe, das wasserdicht ist, aber akustisch transparent.
Ein Mikrofon ist ein Gerät, das Schall in ein elektrisches Signal wandelt, beispielsweise bei einem Kondensatormikrofon, bei dem sich infolge des Schalls die Kapazität ändert. Dieses Mikrofon erzeugt ein für die Außengeräusche kennzeichnendes Signal in Abhängigkeit von einer Auslenkung der oben genannten Membran.
Die Auswerteschaltung, die beispielsweise das erfasste Signal digitalisiert, und an eine weitere Fahrzeugkomponente überträgt, kann als integrierter Baustein, diskrete Schaltung oder Softwarefunktion vorhanden sein. Auch eine Kombination dieser Ausführung ist möglich. Die weitere Fahrzeugkomponente kann beispielsweise eine Ansteuerung des Fahrzeugcockpits sein oder eine Sprachwiedergabe. Auch eine Kombination dieser Möglichkeiten ist möglich.
In den abhängigen Patentansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im unabhängigen Patentanspruch angegebenen Schallwandlers zur Aufnahme von Außengeräuschen für ein Fahrzeug möglich. Es ist vorgesehen, dass die Membran mit dem Windschutz als ein Hochpass ausgebildet ist. Es hat sich gezeigt, dass Störsignale insbesondere bei einer Frequenz von unterhalb von 1 kHz auftreten. Durch die Verwendung eines Hochpasses, insbesondere eben eines akustischen Hochpasses, ist es möglich, solche Störsignale zu eliminieren.
Darüber hinaus ist vorgesehen, dass der Hochpass eine Grenzfrequenz von 1 kHz aufweist. Wie oben dargestellt, zeigt das Experiment, dass diese vordringlichen Störquellen insbesondere akustische Emissionen von unterhalb von 1 kHz aufweisen.
Weiterhin ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Membran mikroporös ausgebildet ist. Mikroporös bedeutet, dass pro cm² beispielsweise über 1 Mrd. Poren ausgebildet sind. Dies kann beispielsweise durch direktes Polytetrafluorethylen erreicht werden. Dieses Gewebe, das man mit dem Markennamen Goretex auch bezeichnet, ist winddicht, wasserdicht, aber wasserdampfdurchlässig und atmungsaktiv und damit akustisch transparent. Unter direkt versteht man die definierte Verformung von Materialien zur Erzielung anisotroper mechanischer Eigenschaften. Setzt man beispielsweise Kunststoff beim Verformen unter Zugspannung, so richten sich die ungeordneten Polymere und die teilkristallinen Bereiche etwa parallel zur Zugrichtung aus.
Weiterhin ist vorgesehen, dass der Windschutz einen Schaumstoff aufweist.
Darüber hinaus ist vorgesehen, dass das wenigstens eine Mikrofon eine digitale Ausgangsschnittstelle aufweist. Digitale Ausgangssignale selbst sind weniger störempfindlich und damit Interferenzen leicht aussetzbar. Dabei wird die Wandlung nach wie vor analog erfolgen, aber dann das Ausgangssignal ist ein digitales Ausgangssignal.
Letztlich ist auch ein Fahrzeug mit einem Schallwandler wie oben beschrieben vorgesehen, wobei der wenigstens eine Schallwandler unter der Fronthaube des Fahrzeugs angeordnet ist. Unter der Fronthaube ist die bevorzugte Anordnung des erfindungsgemäßen Schallwandlers.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen

1 ein Blockschaltbild mit dem erfindungsgemäßen Schallwandler im Fahrzeug;
2 eine Außenansicht des erfindungsgemäßen Schallwandlers; und
3 einen Schnitt durch den erfindungsgemäßen Schallwandler.

In 1 wird dargestellt, wie der erfindungsgemäße Schallwandler in einem Fahrzeug F angeordnet ist. Der erfindungsgemäße Schallwandler S befindet sich üblicherweise unter der Fronthaube. Es sind jedoch auch andere Einbauorte im Fahrzeug möglich. Der erfindungsgemäße Schallwandler S überträgt sein Ausgangssignal digital zu einem Steuergerät ECU. Dieses Steuergerät ECU verarbeitet die Signale des Schallwandlers S, von dem es auch vorliegend mehrere geben kann. Anhand der Signale entscheidet das Steuergerät ECU, ob ein Wiedergabegerät W angesteuert wird, um eine Wiedergabe auszuführen. Dies kann beispielsweise ein Innenlautsprecher sein oder eine Anzeige oder eine andere geeignete Form, um den Fahrer zu informieren. Es ist möglich, dass mehrere Schallwandler im Fahrzeug F eingebaut sind.
2 zeigt eine Außenansicht des erfindungsgemäßen Schallwandlers. Das Gehäuse G ist an seiner oberen Seite mit einem Windschutz WS versehen, um die Mikrofone innerhalb des Schallwandlers vor einer Übersteuerung durch beispielsweise Wind und Ähnlichem zu schützen.
3 zeigt in einem Querschnitt den erfindungsgemäßen Schallwandler S. Der erfindungsgemäße Schallwandler weist ein Gehäuse G auf, das oben durch einen Windschutz WS abgeschlossen ist. Der Windschutz und das Gehäuse G bilden einen verlängerten Rotationsellipsoid. Alternative Ausführungsformen sind vorliegend natürlich möglich. Der Windschutz WS, vornehmlich aus Schaumstoff, ist über das Gehäuse auf der oberen Seite G gezogen. Das Gehäuse G ist vorzugsweise an gegenüberliegenden Seiten durch zwei Membrane M1 und M2 abgeschlossen. Über diese Membrane M1 und M2 werden Außengeräusche aufgenommen, indem die Membrane M1 und M2 ausgelenkt werden. Diese Auslenkung nehmen die Mikrofone M1 und M2 jeweils auf und wandeln das so aufgenommene akustische Signal in ein jeweiliges elektrisches Signal, was an die Signalverarbeitung SV innerhalb des Gehäuses G übertragen wird. Die Signalverarbeitung kann bereits eine Mustererkennung durchführen, aber zumindest die Signale so aufbereiten, dass sie dann vorzugsweise digital zu einem Steuergerät im Fahrzeug übertragen werden können, um dort weiter ausgewertet zu werden. Das Gehäuse kann sich vorliegend komplett unterhalb des Windschutzes WS erstrecken und selber bereits abgeschlossen sein.
Bezugszeichenliste

F: Fahrzeug
S: Schallwandler
ECU: Steuergerät
W: Wiedergabegerät
WS: Windschutz
G: Gehäuse
M1, M2: Membrane
M11, MI2: Mikrofone
SV: Signalverarbeitung

Claims

Schallwandler (S) für eine Aufnahme von Außengeräuschen für ein Fahrzeug (F) mit: - einem Windschutz (WS) - einem Gehäusekörper (G) - zwei Membrane (M1, M2), die am Gehäusekörper (G) angebracht sind - zwei Mikrofone (MI1, MI2), die in Abhängigkeit von einer Auslenkung der jeweiligen einen Membran (M1, M2) ein für die Außengeräusche kennzeichnendes Signal ausgeben - einer Auswerteschaltung (SV), die das Signal verarbeitet und an wenigstens eine weitere Fahrzeugkomponente (ECU) überträgt dadurch gekennzeichnet, dass der Windschutz (WS) und der Gehäusekörper (G) einen verlängerten Rotationsellipsoid bilden, dass zwei Membrane (M1, M2) und zwei Mikrofone (MI1, MI2), die gegenüberliegend angeordnet sind, vorgesehen sind, wobei sich die zwei Mikrofone innerhalb des verlängerten Rotationsellipsoid befinden.
Schallwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Membrane (M1, M2) mit dem Windschutz als akustischer Hochpass ausgebildet sind.
Schallwandler (S) nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Hochpass eine Grenzfrequenz von 1 kHz aufweist.
Schallwandler nach Anspruch 1, 2, oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Membrane (M1, M2) mikroporös ausgebildet sind.
Schallwandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Membrane (M1, M2) direktes Polytetrafluorethylen aufweisen.
Schallwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Windschutz (WS) einen Schaumstoff aufweist.
Schallwandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Mikrofon (MI1, MI2) eine digitale Ausgangsschnittstelle aufweist.
Fahrzeug (F) mit wenigstens einem Schallwandler (S) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der wenigstens eine Schallwandler unter der Fronthaube des Fahrzeugs (F) angeordnet ist.