DE102020116451B4

DE102020116451B4 - Vorrichtung und Verfahren für aktive Geräuschunterdrückung bei einem Fahrzeug

Info

Publication number: DE102020116451B4
Application number: DE102020116451.3A
Authority: DE
Inventors: Luken Hemmes; Frank Stalter
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2020-06-23
Filing date: 2020-06-23
Publication date: 2024-02-08
Anticipated expiration: 2040-06-24
Also published as: DE102020116451A1; US11437011B2; US20210398514A1

Abstract

Verfahren für aktive Geräuschunterdrückung bei einem Fahrzeug, wobei eine Ansteuergröße (112) für einen Aktuator (108) des Fahrzeugs bestimmt wird (304), wobei der Aktuator (108) ein Stellmotor ist, der abhängig von der Ansteuergröße (112) zu der aktiven Geräuschunterdrückung angesteuert wird (306), wobei die Ansteuergröße (112) abhängig von einer ersten Übertragungsfunktion, die ein Schallübertragungsverhalten einer Karosserie des Fahrzeugs charakterisiert, und abhängig von einer weiteren Übertragungsfunktion, die ein Schallübertragungsverhalten wenigstens eines Teils des Aktuators (108) charakterisiert, bestimmt wird, wobei abhängig von einer Phase, einer Frequenz und/oder einer Amplitude eines zu manipulierenden Schalls (202) am Fahrzeug, eine Phase, eine Frequenz und/oder eine Amplitude der Ansteuergröße (112) abhängig von einer Funktion bestimmt wird (304), die wenigstens einen Parameter aufweist, der durch eine Charakteristik der ersten Übertragungsfunktion und der weiteren Übertragungsfunktion definiert ist, wobei der zu manipulierende Schall (202) abhängig von einer weiteren Übertragungsfunktion für ein Fahrwerk (104) des Fahrzeugs und wenigstens einem Betriebsparameter des Fahrzeugs modelliert oder am Fahrzeug erfasst wird (302), und wobei die Übertragungsfunktionen das jeweilige Schallübertragungsverhalten für einen vom Aktuator (108) erzeugten Schall (204) charakterisieren, und wobei der Aktuator (108) eine erste Schallquelle definiert, wobei wenigstens ein weiterer Aktuator als zweite Schallquelle am Fahrzeug angeordnet ist und die Phase, die Frequenz und/oder die Amplitude der Ansteuergröße abhängig von einer Phase, einer Frequenz und/oder einer Amplitude eines von der wenigstens einen zweiten Schallquelle erzeugten oder zu erzeugendem Schalls bestimmt wird, sodass mehrere Aktuatoren für spezifische Teilschallquellen im Fahrzeug vorgesehen sind.

Description

Die Erfindung geht von einer Vorrichtung und einem Verfahren für aktive Geräuschunterdrückung bei einem Fahrzeug aus.
DE 10 2017 207 756 A1 offenbart ein Verfahren zum Erzeugen einer Kompensationsübertragungsfunktion für Soundaktuatoren eines Kraftfahrzeugs. US 2007 / 0 265 736 A1 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Abschätzung von Geräuschen. US 2016 / 0 071 508 A1 offenbart ein System zur adaptiven und robusten Geräuschregelung. DE 10 2015 016 013 A1 , DE 10 2016 208 023 A1 , WO 92/08223 A1 , US 2013/0311040 A1 und DE 10 2015 202 560 A1 offenbaren Möglichkeiten zur Geräuschunterdrückung bei einem Fahrzeug. DE 10 2014 007 502 A1 offenbart ein Verfahren zur Geräuschmodulation eines dreiphasigen Synchronmotors, der unter Verwendung einer Vektorregelung mittels eines Motorsteuergeräts angetrieben ist. DE 10 2016 122 843 A1 offenbart ein Verfahren zur Schwingungsreduzierung in Lenksystemen mit einem Elektromotor zur Verstellung eines Bauteils. Bei dem Verfahren werden Schwingungen des Bauteils mithilfe eines Sensors ermittelt. Der Elektromotor wird als Funktion der Bauteilschwingungen angesteuert.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine demgegenüber verbesserte Möglichkeit zur Geräuschunterdrückung bei einem Fahrzeug anzugeben.
Dies wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche erreicht.
Ein Verfahren für aktive Geräuschunterdrückung bei einem Fahrzeug weist die Merkmale gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 auf. Dadurch wird bei einem aktiven System der Aktuator als akustische Schallquelle genutzt um aktiv eine spezifische Frequenz auszulöschen, d.h. für active noise cancelling. Dabei stellt die Frequenz und Amplitude der Schallquelle die Negative des zu löschenden Schalls dar. Durch die erste Übertragungsfunktion und die zweite Übertragungsfunktion werden zwei Teile berücksichtigt. Es kann vorgesehen sein, mit mehreren Übertragungsfunktionen den gesamten Verbund der Achse des Fahrzeugs zu berücksichtigen. Teile des Fahrzeugs können damit so ausgelegt sein, dass ihre Übertragungsfunktion einen positiven Beitrag zur Reduzierung des Schalls leisten, beispielsweise indem Werkstoffe im Übertragungspfad des von der Schallquelle erzeugten Schalls dazu beitragen, dass die benötigte Amplitude und Frequenz entsteht. Der Aktuator stellt im Beispiel eine primäre Schallquelle dar, die mit einer Amplitude X eine gewisse Lautstärke und mit einer Frequenz Y einen gewissen Ton erzeugt. Das jeweilige Teil bildet einen Körper mit einem Schallübertragungsverhalten Z. Der Körper stellt eine finale Schallquelle dar, durch die in der das Fahrzeug umgebenden Luft Schall mit einer neuen Lautstärke Xneu und einer neuen Frequenz Yneu entsteht. Durch eine Überlagerung des Schalls der von den Körpern der jeweiligen Teile ausgeht mit dem zu löschenden Schall entsteht eine Geräuschmanipulation für den Innen- und Außenschall.
Der Teil des Fahrzeugs kann eine Achskomponente oder mehrere Achskomponenten umfassen.
Erfindungsgemäß sind mehrere Aktuatoren für spezifische Teilschallquellen im Gesamtfahrzeug vorgesehen sein, z.B. eine Lenkung Vorderachse für Rollgeräusch Vorderräder oder eine Lenkung Hinterachse für Rollgeräusch Hinterräder + Abgasanlage.
Eine Vorrichtung für aktive Geräuschunterdrückung bei einem Fahrzeug weist die Merkmale gemäß dem unabhängigen Anspruch 3 auf.
Die Vorrichtung kann einen Sensor umfassen, der ausgebildet ist den Schall am Fahrzeug zu erfassen.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt

1 eine schematische Darstellung von Teilen einer Vorrichtung zur Geräuschunterdrückung,
2 eine schematische Darstellung von Schallsignalen,
3 Schritte in einem Verfahren zur Geräuschunterdrückung.

In 1 sind Teile einer Vorrichtung 102 für aktive Geräuschunterdrückung bei einem Fahrzeug schematisch dargestellt. Das Fahrzeug kann die Vorrichtung 102 umfassen. An jedem Rad des Fahrzeugs kann eine Vorrichtung 102 angeordnet sein.
Die Vorrichtung 102 umfasst wenigstens einen Teil eines Fahrwerks 104, einen Teil des Fahrzeugs 106, beispielsweise einen Teil einer Karosserie, und einen Aktuator 108.
Der Teil des Fahrzeugs 106 ist gemäß einer ersten Übertragungsfunktion ausgelegt, die ein Schallübertragungsverhalten des Teils des Fahrzeugs 106 charakterisiert.
Der wenigstens eine Teil des Fahrwerks 104 ist gemäß einer zweiten Übertragungsfunktion ausgelegt, die ein Schallübertragungsverhalten des wenigstens einen Teils des Fahrwerks 104 charakterisiert.
Die Vorrichtung 102 kann ein Steuergerät 110 umfassen oder durch dieses mit einer Ansteuergröße 112 ansteuerbar sein.
Der Aktuator 108 ist abhängig von der Ansteuergröße 112 zur aktiven Geräuschmanipulation gemäß des folgenden Verfahrens ansteuerbar. Das Steuergerät 110 ist ausgebildet, die Ansteuergröße 112 gemäß des Verfahrens zu bestimmen.
Es kann ein Sensor vorgesehen sein, der ausgebildet ist einen Schall 202 am Fahrzeug zu erfassen. Der Schall 202 am Fahrzeug ist in 2 beispielhaft dargestellt. Dieser zu manipulierende Schall 202 am Fahrzeug kann durch ein Teil des Fahrzeugs erzeugt werden, wenn sich das Fahrzeug bewegt.
Durch die Ansteuergröße 112 und deren Veränderung dieses Schalls 202 durch die ersten Übertragungsfunktion und die zweite Übertragungsfunktion wird mit diesem Verfahren ein Schall am Fahrzeug erzeugt, der eine Schallwelle am Fahrzeug zumindest teilweise durch Überlagerung auslöscht. Das resultierende Geräusch 206 ist in 2 ebenfalls dargestellt. Im Beispiel hat der Schall 202 am Fahrzeug eine Frequenz Y und eine Amplitude X. Der durch die Ansteuergröße 112 und durch die Manipulation mittels der ersten und der zweiten Übertragungsfunktion erzeugte Schall 204 hat im Beispiel dieselbe Frequenz Y und eine Amplitude 2/3 X. Der durch die Ansteuergröße 112 und durch die Manipulation mittels der erste und der zweiten Übertragungsfunktion erzeugte Schall 204 hat eine Phase, die gegenüber einer Phase des Schalls 202 am Fahrzeug um 180° verschoben ist. Dadurch reduziert sich die Amplitude des resultierenden Geräuschs 206 auf 1/3 X.
Andere Frequenzen, Amplituden und Phasen können zu einer gezielten Beeinflussung von Ton und Lautstärke eingesetzt werden.
Das Verfahren wird anhand der 3 beschrieben.
Das Verfahren sieht vor, dass der zu manipulierende Schall 202 am Fahrzeug in einem Schritt 302 erfasst oder abhängig von wenigstens einem Betriebsparameter des Fahrzeugs modelliert wird. Der Teil des Fahrzeugs 106 kann eine Achskomponente, ein Achsseitenteil, ein Radkasten oder eine Radhausschale umfassen. Deren Schallübertragungsverhalten kann für den Fahrzeugtyp bekannt sein und daher mit der ersten Übertragungsfunktion modelliert werden. Der Teil des Fahrwerks 104 kann einen Radträger, einen Querlenker, ein Rad oder einen Reifen umfassen, deren Schallübertragungsverhalten ebenfalls bekannt ist und daher mit der zweiten Übertragungsfunktion modelliert werden kann.
In einem Schritt 304 wird die Ansteuergröße 112 für den Aktuator 108 des Fahrzeugs bestimmt.
Die Ansteuergröße 112 wird abhängig von der ersten Übertragungsfunktion, die ein Schallübertragungsverhalten eines Teils des Fahrzeugs 106 charakterisiert, und abhängig von der zweiten Übertragungsfunktion, die ein Schallübertragungsverhalten des demgegenüber drehbar gelagerten Teils des Fahrwerks 104 charakterisiert, bestimmt. Wenn der Schall durch einen Sensor erfassbar ist, kann eine Bestimmung der Ansteuergröße 112 abhängig von diesem Schall erfolgen.
Abhängig von einer Phase, einer Frequenz und/oder einer Amplitude des Schalls 202 am Fahrzeug wird eine Phase, eine Frequenz und/oder eine Amplitude der Ansteuergröße 112 abhängig von einer Funktion bestimmt, die wenigstens einen Parameter aufweist, der durch eine Charakteristik der ersten Übertragungsfunktion und/oder der zweiten Übertragungsfunktion definiert ist.
In einem Schritt 306 wird der Aktuator 108 abhängig von der Ansteuergröße 112 angesteuert.
Dadurch wird das resultierende Geräusch 206 erzeugt.
Der Aktuator 108 definiert eine erste Schallquelle, wobei wenigstens eine zweite Schallquelle am Fahrzeug angeordnet ist. Die Phase, die Frequenz und/oder die Amplitude der Ansteuergröße 112 wird abhängig von einer Phase, einer Frequenz und/oder einer Amplitude eines von der wenigstens einen zweiten Schallquelle erzeugten oder zu erzeugendem Schalls bestimmt. Dadurch wird ein bestehendes System für active noise cancellation ergänzt.
Es kann vorgesehen sein, Teile des Fahrzeugs gemäß Übertragungsfunktionen zu entwickeln, die für einen bestimmten Fahrzeugtyp ein vorgegebenes Kriterium für das resultierende Geräusch 206 einhalten. Beispielsweise können Materialien oder Anordnung der Teile derart gewählt werden, dass ihre Übertragungsfunktion, d.h. ihre Fähigkeit Schall zu übertragen, der vom Aktuator 108 erzeugt wird, ein Geräusch, das beim Fahren durch andere Teile des Fahrzeugs erzeugt wird, kompensiert.
Beispielsweise ist es möglich, ein Lager im Querlenker durch ein anderes Lager zu ersetzen. Dadurch kann mit dem Aktuator 108 eine Resonanz bei beispielsweise 410 Hz erzeugt werden, die zuvor nicht erzeugbar war. Genauso kann das Ansteuersignal 112 derart erzeugt werden, dass mit der Resonanz ohne Tausch des Lagers aufgrund der Phasenverschiebung eine für das Einhalten von Grenzwerten vorteilhafte Reduktion der Lautstärke der resultierenden Geräusche erreichbar ist.

Claims

Verfahren für aktive Geräuschunterdrückung bei einem Fahrzeug, wobei eine Ansteuergröße (112) für einen Aktuator (108) des Fahrzeugs bestimmt wird (304), wobei der Aktuator (108) ein Stellmotor ist, der abhängig von der Ansteuergröße (112) zu der aktiven Geräuschunterdrückung angesteuert wird (306), wobei die Ansteuergröße (112) abhängig von einer ersten Übertragungsfunktion, die ein Schallübertragungsverhalten einer Karosserie des Fahrzeugs charakterisiert, und abhängig von einer weiteren Übertragungsfunktion, die ein Schallübertragungsverhalten wenigstens eines Teils des Aktuators (108) charakterisiert, bestimmt wird, wobei abhängig von einer Phase, einer Frequenz und/oder einer Amplitude eines zu manipulierenden Schalls (202) am Fahrzeug, eine Phase, eine Frequenz und/oder eine Amplitude der Ansteuergröße (112) abhängig von einer Funktion bestimmt wird (304), die wenigstens einen Parameter aufweist, der durch eine Charakteristik der ersten Übertragungsfunktion und der weiteren Übertragungsfunktion definiert ist, wobei der zu manipulierende Schall (202) abhängig von einer weiteren Übertragungsfunktion für ein Fahrwerk (104) des Fahrzeugs und wenigstens einem Betriebsparameter des Fahrzeugs modelliert oder am Fahrzeug erfasst wird (302), und wobei die Übertragungsfunktionen das jeweilige Schallübertragungsverhalten für einen vom Aktuator (108) erzeugten Schall (204) charakterisieren, und wobei der Aktuator (108) eine erste Schallquelle definiert, wobei wenigstens ein weiterer Aktuator als zweite Schallquelle am Fahrzeug angeordnet ist und die Phase, die Frequenz und/oder die Amplitude der Ansteuergröße abhängig von einer Phase, einer Frequenz und/oder einer Amplitude eines von der wenigstens einen zweiten Schallquelle erzeugten oder zu erzeugendem Schalls bestimmt wird, sodass mehrere Aktuatoren für spezifische Teilschallquellen im Fahrzeug vorgesehen sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrwerk (104) des Fahrzeugs eine Achskomponente oder mehrere Achskomponenten umfasst.
Vorrichtung (102) für aktive Geräuschunterdrückung bei einem Fahrzeug , dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (102) einen Aktuator (108), der ein Stellmotor ist, als erste Schallquelle, einen weiteren Aktuator als zweite Schallquelle, und ein Steuergerät (110) zur Durchführung eines Verfahrens zur aktiven Geräuschunterdrückung nach Anspruch 1 oder 2 umfasst.
Vorrichtung (102) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (102) einen Sensor umfasst, der ausgebildet ist den Schall am Fahrzeug (202) zu erfassen.
Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug die Vorrichtung (102) nach Anspruch 3 oder 4 umfasst.