DE102021105874A1

DE102021105874A1 - Elektromotorgeräuschmaskierung

Info

Publication number: DE102021105874A1
Application number: DE102021105874.0A
Authority: DE
Inventors: Antonio Gomez; Kevin J. Bastyr
Original assignee: Harman International Industries Inc
Current assignee: Harman International Industries Inc
Priority date: 2020-03-18
Filing date: 2021-03-11
Publication date: 2021-09-23
Also published as: CN113496695A; US20210295817A1; US11257477B2

Abstract

Ein Klangsynthesesystem ist mit einem Lautsprecher zum Projizieren eines Klangs, der einen synthetisierten Elektromotorklang angibt, als Reaktion auf den Empfang eines Signals für synthetisierten Klang (synthesized sound - SS), und mit einem Prozessor versehen. Der Prozessor ist zu Folgendem programmiert: Schätzen des Elektromotorklangs auf Grundlage eines Sensorsignals, das den in einem Fahrgastraum vorhandenen Klang angibt; Ermitteln einer dominanten Elektromotorharmonischen des Elektromotorklangs mit einer Amplitude und einer Frequenz; Bestimmen eines Anreicherungswerts des Elektromotorklangs; Bestimmen, ob der Elektromotorklang nicht angereichert ist, auf Grundlage eines Vergleichs des Anreicherungswerts mit einem Anreicherungsschwellenwert; Erzeugen mindestens einer zusätzlichen Elektromotorharmonischen mit einer ersten Frequenz, die sich von der Frequenz der dominanten Elektromotorharmonischen unterscheidet, als Reaktion darauf, dass der Elektromotorklang nicht angereichert ist; und Bereitstellen des SS-Signals an den Lautsprecher, wobei das SS-Signal die mindestens eine zusätzliche Elektromotorharmonische angibt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Eine oder mehrere Ausführungsformen betreffen ein Fahrzeugsystem und ein Verfahren zum Maskieren von Klang, der von einem elektrischen Fahrmotor eines elektrifizierten Fahrzeugs erzeugt wird.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Fahrzeugkomponenten erzeugen Geräusche, die normalerweise für einen Fahrer und alle Fahrgäste im Fahrgastraum hörbar sind. Beispielsweise kann ein Fahrer Geräusche hören, die von einem Verbrennungsmotor eines Antriebsstrangs und einer Abgasanlage des Fahrzeugs erzeugt werden. Der natürliche Klang von elektrifizierten Fahrzeugen, z. B. Hybridelektrofahrzeugen (hybrid electric vehicle - HEV) und Elektrofahrzeugen (electric vehicle - EV), unterscheidet sich vom natürlichen Klang von Fahrzeugen mit Brennkraftmaschine. Beispielsweise kann ein HEV als EV mit ausgeschalteter Brennkraftmaschine (internal combustion engine - ICE) betrieben werden, wobei das HEV dabei kein typisches Verbrennungsmotorgeräusch erzeugt. Während Fahrer möglicherweise daran gewöhnt sind, Hinweise auf den Fahrzeugbetrieb von einer Brennkraftmaschine zu hören (z. B. niederfrequentes Rumpeln und erhöhte Geräuschpegel und Tonhöhe, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit oder die Drehzahl des Verbrennungsmotors steigen), verfügt ein elektrischer Fahrmotor unter den meisten Bedingungen über ein relativ leises, relativ hochfrequentes Jaulen. Ein Fahrer kann jedoch möglicherweise in der Lage sein, andere Geräusche eines elektrifizierten Fahrzeugs wahrzunehmen, die während des normalen Betriebs eines Fahrzeugs mit Brennkraftmaschine nicht wahrnehmbar sind. Beispielsweise können unter typischen Fahrbedingungen der Klang, der von den Reifen, der Federung, allgemeinen Fahrzeuggeräuschen, Vibrationen, Rauhigkeit (noise, vibration, harshness - NVH) bei anderen Systemen als dem Antriebsstrang erzeugt wird, und das hochfrequente Jaulen des Elektromotors wahrnehmbar werden.
KURZDARSTELLUNG
In einer Ausführungsform ist ein Klangsynthesesystem mit einem Lautsprecher zum Projizieren eines Klangs, der einen synthetisierten Elektromotorklang angibt, in einem Fahrgastraum eines Fahrzeugs als Reaktion auf den Empfang eines Signals für synthetisierten Klang (synthesized sound - SS) und mit einem Prozessor versehen. Der Prozessor ist zu Folgendem programmiert: Schätzen des Elektromotorklangs auf Grundlage eines Sensorsignals, das den im Fahrgastraum vorhandenen Klang angibt; Ermitteln einer dominanten Elektromotorharmonischen des Elektromotorklangs mit einer Amplitude und einer Frequenz; Bestimmen eines Anreicherungswerts des Elektromotorklangs; Bestimmen, ob der Elektromotorklang nicht angereichert ist, auf Grundlage eines Vergleichs des Anreicherungswerts mit einem Anreicherungsschwellenwert; Erzeugen mindestens einer zusätzlichen Elektromotorharmonischen mit einer ersten Frequenz, die sich von der Frequenz der dominanten Elektromotorharmonischen unterscheidet, als Reaktion darauf, dass der Elektromotorklang nicht angereichert ist; und Bereitstellen des SS-Signals an den Lautsprecher, wobei das SS-Signal die mindestens eine zusätzliche Elektromotorharmonische angibt.
In einer anderen Ausführungsform ist ein Fahrzeugklangsynthesesystem mit einem Lautsprecher zum Projizieren eines Klangs, der einen synthetisierten Elektromotorklang angibt, in einem Fahrgastraum eines Fahrzeugs als Reaktion auf den Empfang eines Signals für synthetisierten Klang (SS-Signal), mit einem Mikrofon zum Bereitstellen eines Mikrofonsignals, das einen im Fahrgastraum vorhandenen Klang angibt, und mit einer Steuerung versehen, die zu Folgendem konfiguriert ist: Schätzen des Elektromotorklangs auf Grundlage des Mikrofonsignals; Ermitteln einer dominanten Elektromotorharmonischen des Elektromotorklangs mit einer Amplitude und einer Frequenz; Bestimmen eines Anreicherungswerts des Elektromotorklangs; Bestimmen, ob der Elektromotorklang nicht angereichert ist, auf Grundlage eines Vergleichs des Anreicherungswerts des Elektromotorklangs mit einem Anreicherungsschwellenwert; Erzeugen mindestens einer zusätzlichen Elektromotorharmonischen mit einer ersten Frequenz, die kleiner als die Frequenz der dominanten Elektromotorharmonischen ist, als Reaktion darauf, dass der Elektromotorklang nicht angereichert ist; und Bereitstellen des SS-Signals an den Lautsprecher, wobei das SS-Signal die mindestens eine zusätzliche Elektromotorharmonische angibt.
In einer weiteren Ausführungsform ist ein Computerprogrammprodukt bereitgestellt, das als ein nicht transitorisches computerlesbares Medium ausgeführt ist, das zum Synthetisieren eines Elektromotorklangs programmiert ist. Das Computerprogrammprodukt umfasst Anweisungen zu Folgendem: Empfangen eines Sensorsignals, das einen in einem Fahrgastraum eines Fahrzeugs vorhandenen Klang angibt; Schätzen des Elektromotorklangs auf Grundlage des Sensorsignals; Ermitteln einer dominanten Elektromotorharmonischen des Elektromotorklangs mit einer Amplitude und einer Frequenz; Erzeugen mindestens einer zusätzlichen Elektromotorharmonischen mit einer ersten Frequenz, die kleiner als die Frequenz der dominanten Elektromotorharmonischen ist, als Reaktion darauf, dass der Elektromotorklang nicht angereichert ist; und Bereitstellen eines Signals für einen synthetisierten Klang (SS-Signal) an einen Lautsprecher zum Projizieren als Klang in dem Fahrgastraum des Fahrzeugs, wobei das SS-Signal die mindestens eine zusätzliche Elektromotorharmonische angibt.
Figurenliste
Die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden besonders in den beigefügten Patentansprüchen hervorgehoben. Andere Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen werden jedoch durch Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher und am besten verstanden, in welchen Folgendes gilt:

1 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugsystems zum Erzeugen eines simulierten Fahrzeugklangs gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen, das anhand eines elektrifizierten Fahrzeugs veranschaulicht ist.
2 ist ein schematisches Blockdiagramm des Fahrzeugsystems aus 1.
3 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Erzeugen eines synthetischen Elektromotorklangs gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen veranschaulicht.
4A ist eine Tonleiter, die konsonante Klangintervalle veranschaulicht.
4B ist eine Tonleiter, die dissonante Klangintervalle veranschaulicht.
5 ist eine Tabelle, in der Frequenzverhältnisse für gleichschwebende Temperatur aufgelistet sind.
6A ist ein Diagramm, das den natürlichen Klang eines Elektromotors des elektrifizierten Fahrzeugs aus 1 veranschaulicht.
6B ist ein Diagramm, das den natürlichen Klang des Elektromotors des elektrifizierten Fahrzeugs aus 6A und den synthetisierten Elektromotorklang veranschaulicht, der durch das Fahrzeugsystem aus 1 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen erzeugt wird.
6C ist ein Diagramm, das den natürlichen und synthetisierten Elektromotorklang aus den 6A und 6B und einen zusätzlichen synthetisierten Elektromotorklang veranschaulicht, der durch das Fahrzeugsystem aus 1 erzeugt wird.
Die 7A-7C sind Diagramme, die die Schärfe der in den 6A-6C veranschaulichten Elektromotorklänge veranschaulichen, wie durch das Fahrzeugsystem aus 1 bestimmt.
Die 8A-8C sind Diagramme, die die Rauhigkeit der in den 6A-6C veranschaulichten Elektromotorklänge veranschaulichen, wie durch das Fahrzeugsystem aus 1 bestimmt.
9 ist ein Diagramm der Anreicherung der in den 6A-6C veranschaulichten Elektromotorklänge, wie durch das Fahrzeugsystem aus 1 bestimmt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Je nach Bedarf werden hierin ausführliche Ausführungsformen offenbart; es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen rein beispielhafter Natur sind und in verschiedenen und alternativen Formen ausgeführt werden können. Die Figuren sind nicht zwingend maßstabsgetreu; einige Merkmale können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Demnach sind hierin offenbarte spezifische strukturelle und funktionelle Einzelheiten nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als eine repräsentative Basis, um einen Fachmann eine vielfältige Verwendung der vorliegenden Offenbarung zu lehren.
Unter Bezugnahme auf 1 ist ein Fahrzeugsystem zum Erzeugen eines simulierten Fahrzeugklangs gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen veranschaulicht und allgemein durch das Bezugszeichen 110 dargestellt. Das Fahrzeugsystem 110 ist in einem Fahrzeug 112 dargestellt. Das Fahrzeug 112 beinhaltet einen Antriebsstrang 114 mit einem Getriebe 116, eine Brennkraftmaschine (ICE) 118 und einen elektrischen Fahrmotor 120. Das Fahrzeugsystem 110 beinhaltet eine Steuerung 122, mehrere Lautsprecher 124 (124A, 124B) und mindestens ein Mikrofon 126. In einer Ausführungsform beinhaltet das Fahrzeugsystem 110 nur einen Lautsprecher 124A.
Die veranschaulichte Ausführungsform zeigt ein Fahrzeugsystem 110 mit einem ersten Lautsprecher 124A, der vorn in einem Fahrgastraum 128 angebracht ist, einem zweiten Niederfrequenzlautsprecher 124B, der an einer Tür angebracht ist, und einem Mikrofon 126, das an einem Dachhimmel im Fahrgastraum 128 angebracht ist. Fahrmotoren für elektrifizierte Fahrzeuge, wie etwa der Elektromotor 120, erzeugen typischerweise hochfrequente Elektromotorgeräusche oder Jaulen bei oder über 1 kHz. Ferner erzeugen derartige Elektromotoren typischerweise eine hochfrequente Geräuschordnung, die aufgrund der harmonischen Kargheit und damit des Mangels an Sattheit und Fülle zu einem harten, unangenehmen und nicht angereicherten Elektromotorklang führt. Das Fahrzeugsystem 110 analysiert das Hochfrequenzgeräusch oder das Grundjaulen des Elektromotors 120, das in dem Fahrgastraum 128 vorhanden ist; bestimmt, ob das Geräusch nicht angereichert ist; und erzeugt zusätzliche niederfrequente Harmonische, um sie zu dem Elektromotorklang hinzuzufügen, wenn dies der Fall ist, um die Anreicherung des Elektromotorklangs insgesamt zu modifizieren und zu erhöhen.
Die Steuerung 122 kommuniziert mit anderen Fahrzeugsystemen und Steuerungen über ein oder mehrere Fahrzeugnetzwerke 130 durch drahtgebundene oder drahtlose Kommunikation. Das Fahrzeugnetzwerk 130 kann eine Vielzahl von Kommunikationskanälen beinhalten. Ein möglicher Kanal des Fahrzeugnetzwerks ist ein serieller Bus, wie etwa ein Controller Area Network (CAN). Ein weiterer möglicher Kanal des Fahrzeugnetzwerks beinhaltet ein Ethernet-Netzwerk laut der Definition durch die Normengruppe 802 des Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). Zusätzliche Kanäle des Fahrzeugnetzwerks können diskrete Verbindungen zwischen Modulen beinhalten und können Leistungssignale beinhalten. Unterschiedliche Signale können über unterschiedliche Kanäle des Fahrzeugnetzwerks übertragen werden. Zum Beispiel können Videosignale über einen Hochgeschwindigkeitskanal (z. B. Ethernet) übertragen werden, während Leitsignale über ein CAN oder diskrete Signale übertragen werden können. Das Fahrzeugnetzwerk kann beliebige Hardware- und Softwarekomponenten beinhalten, die eine Übertragung von Signalen und Daten zwischen Modulen und Steuerungen unterstützen.
Obwohl die Steuerung 122 als eine einzelne Steuerung gezeigt ist, kann sie mehrere Steuerungen enthalten oder als Softwarecode in einer oder mehreren anderen Steuerungen ausgeführt sein. Die Steuerung 122 beinhaltet im Allgemeinen eine beliebige Anzahl von Mikroprozessoren, ASICs, ICs, Speicher (z. B. FLASH, ROM, RAM, EPROM und/oder EEPROM) und Softwarecode, die miteinander zusammenzuwirken, um eine Reihe von Vorgängen durchzuführen. Derartige Hardware und/oder Software können in Modulen zusammengefasst werden, um bestimmte Funktionen auszuführen. Eine oder mehrere der hierin beschriebenen Steuerungen oder Vorrichtungen beinhalten durch Computer ausführbare Anweisungen, die aus Computerprogrammen kompiliert oder interpretiert werden können, die unter Verwendung einer Vielzahl von Programmiersprachen und/oder -technologien erstellt wurden. Im Allgemeinen empfängt ein Prozessor (wie etwa ein Mikroprozessor) Anweisungen, beispielsweise von einem Speicher, einem computerlesbaren Medium oder dergleichen, und führt die Anweisungen aus. Eine Verarbeitungseinheit beinhaltet ein nicht transitorisches computerlesbares Speichermedium, das Anweisungen eines Softwareprogramms ausführen kann. Das computerlesbare Speichermedium kann unter anderem eine elektronische Speichervorrichtung, eine magnetische Speichervorrichtung, eine optische Speichervorrichtung, eine elektromagnetische Speichervorrichtung, eine Halbleiterspeichervorrichtung oder eine beliebige geeignete Kombination davon sein. Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen beinhaltet die Steuerung 122 zudem vorbestimmte Daten oder „Look-up-Tabellen“, die in dem Speicher gespeichert sind.
2 ist ein Blockdiagramm 200, das Aspekte des Fahrzeugsystems 110 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen veranschaulicht. Das Fahrzeugsystem 110 erzeugt den synthetischen Elektromotorklang auf Grundlage von mehreren Signalen, die vorliegende Fahrzeugzustände angeben, und vorbestimmten Informationen. Das Mikrofon 126 misst den in seiner Nähe vorhandenen Klang und stellt ein entsprechendes Signal (MIC) bereit. Gemäß der in 1 veranschaulichten Ausführungsform befindet sich das Mikrofon 126 in dem Fahrgastraum 128. Andere Ausführungsformen des Fahrzeugsystems 110 können jedoch stattdessen ein Mikrofon 126 beinhalten, das sich in einem hinteren Laderaum 132 befindet, d. h. in einem Kofferraum oder in einem vorderen Laderaum 134, d. h. einem „Frunk“, oder an einer anderen Position in dem Fahrzeug 112. Der in dem MIC-Signal vorhandene Klang variiert in Abhängigkeit von der Position des Mikrofons 126. Beispielsweise erfasst ein Mikrofon 126, das sich im Fahrgastraum 128 befindet, einen Elektromotorklang und zusätzliche Klänge, z. B. Musik, von einem Fahrzeugaudiosystem, synthetisierten Klang und Sprache von Fahrgästen; wohingegen Mikrofone, die sich in einem Kofferraum oder Frunk befinden, derartige zusätzliche Klänge möglicherweise nicht erfassen. Das Fahrzeugsystem 110 ist dazu ausgelegt, das hochfrequente Jaulen des Elektromotors zu analysieren, jedoch kann ein anderer Klang in dem MIC-Signal vorhanden sein, daher hebt das Fahrzeugsystem 110 in einer oder mehreren Ausführungsformen die Amplituden derartiger im MIC-Signal vorhandenen Signale auf oder verringert diese. In anderen Ausführungsformen schätzt das Fahrzeugsystem den Elektromotorklang ausgehend von dem MIC-Signal und/oder den Signalen, die von anderen Sensoren z. B. Beschleunigungsmessern, Kraftmessgeräten, Geophonen, linearen variablen Differentialtransformatoren, Dehnungsmessstreifen und Wägezellen, bereitgestellt werden.
In einer Ausführungsform beinhaltet das Fahrzeugsystem 110 ein Audiosystemmodul 202, das dem Lautsprecher 124 ein AUDIO-Signal zum Emittieren eines entsprechenden Klangs, z. B. Musik, bereitstellt. Das Audiosystemmodul 202 stellt zudem das AUDIO-Signal entlang eines gespeicherten sekundären Pfades 204 bereit, den das Fahrzeugsystem 110 verwendet, um die Amplitude der AUDIO-Komponente aus dem MIC-Signal aufzuheben oder zu verringern, wie durch den Summationsblock 206 veranschaulicht. In einer Ausführungsform kann ein adaptives System, wie etwa ein Least-Mean-Squares-System (LMS), zudem verwendet werden, um eine Schätzung des sekundären Pfads 204 bereitzustellen, anstatt den gespeicherten sekundären Pfad zu verwenden.
Das Fahrzeugsystem 110 beinhaltet ein Generatormodul 208 für synthetischen Klang zum Erzeugen von synthetisiertem Klang (SS) zum Maskieren oder Aufheben von natürlichem Klang, wie etwa einem Elektromotorklang und/oder einem Verbrennnungsmotorklang. Der SS beinhaltet einen synthetisierten Elektromotorklang (synthesized motor sound - SMS), um den natürlichen Elektromotorklang zu maskieren oder zu verstärken. In einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst der SS auch einen synthetisierten Verbrennungsmotorklang (synthesized engine sound - SES), um den natürlichen Verbrennungsmotorklang zu maskieren oder zu verstärken. Das Generatormodul 208 für synthetischen Klang verwendet Sinustongeneratoren, Oszillatoren, Player für modulierte WAV oder Breitbandrauschen, um den SS zu erzeugen. In einer oder mehreren Ausführungsformen hebt das Fahrzeugsystem 110 die Amplitude der Komponente des synthetisierten Verbrennungsmotorklangs (SES) des gesamten SS-Signals auf oder reduziert sie, indem es das (SES)-Signal entlang eines gespeicherten sekundären Vorwärtspfads 210 bereitstellt, wie durch den Summationsblock 212 veranschaulicht.
Das Fahrzeugsystem 110 beinhaltet ein Signalanalysemodul 214, das das MIC-Signal analysiert, das den Elektromotorklang (ELEKTROMOTOR) angibt. Wie vorstehend beschrieben, filtert das Fahrzeugsystem 110 in einigen Ausführungsformen das MIC-Signal, um die AUDIO- und SES-Komponenten aus dem Signal zu entfernen. Das Signalanalysemodul 214 analysiert das ELEKTROMOTOR-Signal unter Bezugnahme auf ein oder mehrere andere Fahrzeugsignale 216, z. B. Drehzahl des Elektromotors, Drehzahl des Verbrennungsmotors, Fahrzeuggeschwindigkeit, Pedalstellung, Antriebswellendrehzahl, Fahrzeugbeschleunigung usw., die von anderen Systemen empfangen werden, um zu bestimmen, ob ELEKTROMOTOR ein nicht angereicherter Klang ist oder nicht. Wenn ELEKTROMOTOR nicht angereichert ist, weist das Signalanalysemodul 214 das Generatormodul 208 für synthetischen Klang an, einen zusätzlichen hochfrequenten synthetischen Klang (SS_HF) zu erzeugen, um den nicht angereicherten Elektromotorklang zu maskieren oder anzureichern.
Unter Bezugnahme auf 3 wird ein Verfahren zum Maskieren von einem hochfrequenten Elektromotorgeräusch gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen veranschaulicht und allgemein mit dem Bezugszeichen 300 referenziert. Das Verfahren wird gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen unter Verwendung von Softwarecode umgesetzt, der in der Steuerung 122 enthalten ist. Während das Verfahren unter Verwendung von Flussdiagrammen beschrieben wird, die mit einer Reihe von aufeinanderfolgenden Schritten veranschaulicht sind, können ein oder mehrere Schritte in einer oder mehreren anderen Ausführungsformen weggelassen und/oder auf andere Weise ausgeführt werden.
Bei Schritt 302 empfängt das Fahrzeugsystem 110 Eingangsignale von dem Fahrzeugsystem 110 selbst, wie etwa das MIC-Signal, und Signale, die von anderen Fahrzeugsystemen bereitgestellt werden. Bei Schritt 304 schätzt das Fahrzeugsystem 110 den Elektromotorklang. Das Fahrzeugsystem 110 hebt optional die Amplitude von Nichtelektromotor-Komponenten, die in dem MIC-Signal vorhanden sind, z. B. Musik und synthetischer Verbrennungsmotorklang, auf oder reduziert diese, um den verbleibenden Elektromotorklang (ELEKTROMOTOR) zu filtern, wie vorstehend unter Bezugnahme auf 2 beschrieben.
Bei den Schritten 306-308 vergleicht das Fahrzeugsystem 110 den Elektromotorklang und aus dem Elektromotorklang abgeleitete Statistiken mit vorbestimmten Daten, um festzustellen, ob dieser nicht angereichert ist. Die Elektromotoranreicherung (Er) bezieht sich auf eine komplexe Empfindung, die von mehreren psychoakustischen Komponenten beeinflusst wird. In einer oder mehreren Ausführungsformen bestimmt das Fahrzeugsystem 110 eine absolute Anreicherung (Er) des Elektromotorklangs auf Grundlage eines Kehrwerts von Rauhigkeit (R^-1), Schärfe (S), Tonalität (T) und Lautheit (N) gemäß Gleichung 1: $Er = (1 - e^{- 0,7 R}) * e^{- 1,08 S} * (1,24 - e^{- 2,43 T}) * e^{- {(0,023 N)}^{2}}$
Der absolute Anreicherungswert bezieht sich auf die tatsächliche Größe eines berechneten Anreicherungswerts, unabhängig von seiner Beziehung zu anderen Anreicherungswerten.
In einer oder mehreren Ausführungsformen kann das Fahrzeugsystem 110 zudem den relativen Anreicherungswert (Er/Er)₀ des Elektromotorklangs auf Grundlage eines Kehrwerts von Rauhigkeit (R^-1), einer Schärfe (S), Tonalität (T) und Lautheit (N) gemäß Gleichung 2 bestimmen: $\frac{E r}{E r_{0}} = (1 - e^{- \frac{0,7 R}{R_{0}}}) * e^{- \frac{1,08 S}{S_{0}}} * (1,24 - e^{- \frac{2,43 T}{T_{0}}}) * e^{- {(\frac{0,023 N}{N_{0}})}^{2}}$
Das Fahrzeugsystem 110 vergleicht den absoluten Wert für jede Komponente mit einem nominalen Wert, um ihren relativen Wert zu bestimmen. Beispielsweise bestimmt das Fahrzeugsystem 110 die nominale Anreicherung (Ero) und vergleicht dann die absolute Anreicherung (Er) mit der nominalen Anreicherung (Ero), um die relative Anreicherung (Er/Ero) zu bestimmen. Die nominalen Werte basieren auf der Fahrgastraumakustik, bevor das Fahrzeugsystem 110 zusätzlichen Klang erzeugt. In anderen Ausführungsformen bestimmt das Fahrzeugsystem 110 die Anreicherung auf Grundlage einer Teilmenge dieser Klangqualitätskomponenten, d. h. des absoluten oder relativen Kehrwerts der Rauhigkeit (R^-1), der Schärfe (S), der Tonalität (T) und/oder der Lautheit (N).
Bei Schritt 308 vergleicht das Fahrzeugsystem 110 den absoluten Anreicherungswert (oder den relativen Anreicherungswert) mit einem vorbestimmten Anreicherungsschwellenwert, um zu bestimmen, ob der Elektromotorklang nicht angereichert ist.
In einer Ausführungsform bestimmt das Fahrzeugsystem 110 in den Schritten 306-308 allein auf Grundlage der Schärfe (S), ob der Elektromotorklang nicht angereichert ist. Die Schärfe ist ein Maß für den Hochfrequenzgehalt eines Klangs, je größer der Anteil der hohen Frequenzen ist, desto „schärfer“ ist der Klang. Die Schärfe ist der einflussreichste Faktor für die Elektromotoranreicherung. Das Fahrzeugsystem 110 bestimmt die Schärfe des Elektromotorklangs (ELEKTROMOTOR) durch Analysieren des Spektralinhalts und der Mittenfrequenz des Klangs innerhalb eines schmalen Frequenzbandes.
Das Fahrzeugsystem 110 bestimmt die Schärfe (S) des ELEKTROMOTOR-Signals im Fahrgastraum 128 unter Verwendung der Acum-Skala. Ein Acum ist ein schmalbandiges Rauschen, das bei einer Mittenfrequenz von 1 kHz und einem Pegel von 60 dB eine kritische Bandbreite ist. Kritische Bänder werden in der Bark-Skala bestimmt, bei der es sich um eine Frequenzskala handelt, bei der gleiche Abstände wahrgenommen gleichen Abständen entsprechen. Das Fahrzeugsystem 110 berechnet die Schärfe (S) des ELEKTROMOTOR-Signals auf Grundlage der spezifischen Lautheit N', wie in Gleichung 3 gezeigt: $S = 0,11 \frac{\int_{0}^{24 B a r k} N' g (z) z d z}{\int_{0}^{24 B a r k} N' d z} A c u m$
In anderen Ausführungsformen kann das Fahrzeugsystem 110 andere psychoakustisch ähnliche, aber numerisch unterschiedliche Formulierungen der Schärfe verwenden.
Die spezifische Lautheit (N') basiert auf der Annahme, dass eine relative Änderung der Lautheit proportional zu einer relativen Änderung der Intensität ist. Das Fahrzeugsystem 110 misst die Lautheit (N) des Elektromotorklangs unter Verwendung der Mikrofone 126. Die Lautheit entspricht der subjektiven Klangintensität eines Stimulus und wird in Sones gemessen. Ein Sone entspricht dem Pegel von 40 dB eines 1-kHz-Tons. Das Fahrzeugsystem berechnet dann die spezifische Lautheit (N') des Elektromotorklangs auf Grundlage einer Anregung (E), Testtonanregung (E_TQ) und einer Anregung, die einer Referenzintensität (Eo) im G-Index (SONEG) entspricht, wie in Gleichung 4 gezeigt: $N' = 0,08 {(\frac{E_{T Q}}{E_{0}})}^{0,23} [{(0,5 + 0,5 \frac{E}{E_{T Q}})}^{0,23} - 1] \frac{S O N E_{G}}{B a r k}$
In anderen Ausführungsformen kann das Fahrzeugsystem 110 andere psychoakustisch ähnliche, aber numerisch unterschiedliche Formulierungen der Lautheit verwenden.
Das Fahrzeugsystem 110 bestimmt die absolute Schallanreicherung (Er) des Elektromotorklangs auf Grundlage der absoluten Schärfe (S) gemäß Gleichung 5: $E r = e^{- 1,08 * S}$
In einer zusätzlichen Ausführungsform bestimmt das Fahrzeugsystem 110 die relative Klanganreicherung (Er/Ero) auf Grundlage der relativen Schärfe (S/So) gemäß Gleichung 6: $\frac{E r}{E r_{0}} = e^{- \frac{1,08 S}{S_{0}}}$
Bei Schritt 308 vergleicht das Fahrzeugsystem 110 den absoluten Anreicherungswert oder den relativen Anreicherungswert mit einem vorbestimmten Anreicherungsschwellenwert, um zu bestimmen, ob der Elektromotorklang nicht angereichert ist. Dieser Ansatz zur Bestimmung der Anreicherung auf Grundlage der Schärfe ist im Allgemeinen für hochfrequente Klänge effektiver als für niederfrequente Klänge, daher ist diese Bestimmung der Anreicherung auf der Grundlage der Schärfe aufgrund des hochfrequenten Fahrelektromotorgeräsuchs besser für EV-Fahrzeuge oder HEVs, die im EV-Modus betrieben werden, geeignet, als für herkömmliche Fahrzeuge mit ICEs, die einen Verbrennungsmotorklang mit relativ niedrigerer Frequenz erzeugen.
7A veranschaulicht eine Ausführungsform, bei der das Fahrzeugsystem 110 einen absoluten Anreicherungswert, der auf der in Gleichung 5 berechneten absoluten Schärfe basiert, mit einem absoluten Schwellenwert von 2,5 S/Acum vergleicht, der durch die gestrichelte Linie 710 dargestellt ist. 7A veranschaulicht eine Basisschärfekurve 702 bei hoher Drehzahl, die den Schwellenwert 710 nach ungefähr 3,0 Sekunden überschreitet.
In einer weiteren Ausführungsform bestimmt das Fahrzeugsystem 110 in den Schritten 306-308 allein auf Grundlage des Kehrwerts der Rauhigkeit (R^-1), ob der Elektromotorklang nicht angereichert ist. Die Rauhigkeit wird durch relativ schnelle Amplitudenänderungen erzeugt, die durch Modulationsfrequenzen unter 300 Hz erzeugt werden. Das Fahrzeugsystem 110 bestimmt den nominalen Rauhigkeitswert auf Grundlage der Asper-Skala. Die relative Rauhigkeit wird durch Analysieren des Modulationsgrades und der Modulationsfrequenz für Töne unter 300 Hz bestimmt. Eine Rauhigkeit von 1 Asper wird als bei 60 dB mit 70 Hz modulierter 1-kHz-Ton bestimmt. Das Fahrzeugsystem 110 berechnet die Rauhigkeit (R) des ELEKTROMOTOR-Signals auf Grundlage der Maskierungstiefe (L), wie in Gleichung 7 gezeigt: $R = 0,3 \frac{f m o d}{k H z} \int_{0}^{24 B a r k} \frac{Δ L E (z) d z}{dB / Bark} A s p e r$
In anderen Ausführungsformen kann das Fahrzeugsystem 110 andere psychoakustisch ähnliche, aber numerisch unterschiedliche Formulierungen der Rauhigkeit verwenden.
Die Maskierungstiefe (L) ist die Differenz zwischen den Maxima und den Minima in einem zeitlichen Maskierungsmuster. Das Fahrzeugsystem 110 bestimmt die absolute Klanganreicherung (E_r) auf Grundlage des absoluten Kehrwerts der Rauhigkeit (R^-1) gemäß der Gleichung 8: $E r = e^{- 0,7 * R^{- 1}}$
In einer zusätzlichen Ausführungsform bestimmt das Fahrzeugsystem 110 die relative Anreicherung (Er/Ero) des Elektromotorklangs auf Grundlage des relativen Kehrwerts der Rauhigkeit (R^-1/R₀ ^-1) gemäß Gleichung 9: $\frac{E r}{E r_{0}} = e^{- \frac{0,7 R^{- 1}}{R_{0}^{- 1}}}$
Bei Schritt 308 vergleicht das Fahrzeugsystem 110 den absoluten Anreicherungswert oder den relativen Anreicherungswert mit einem vorbestimmten Anreicherungsschwellenwert, um zu bestimmen, ob der Elektromotorklang nicht angereichert ist. Dieser Ansatz zur Bestimmung der Anreicherung auf der Grundlage des Kehrwerts der Rauhigkeit ist im Allgemeinen für niederfrequente Klänge effektiver als für hochfrequente Klänge, daher ist diese Bestimmung der Anreicherung auf Grundlage des Kehrwerts der Rauhigkeit für herkömmliche Fahrzeuge mit ICEs, die niederfrequenten Klang erzeugen, besser geeignet als für EV-Fahrzeuge oder HEVs, die im EV-Modus betrieben werden, die hochfrequentes Elektromotorjaulen erzeugen.
In einer anderen Ausführungsform bestimmt das Fahrzeugsystem 110 in den Schritten 306-308 auf Grundlage der Lautheit und Tonalität des Elektromtorklangs, ob der Elektromotorklang nicht angereichert ist. Wie vorstehend erörtert, entspricht die Lautheit der Klangintensität, und die Lautheit beeinflusst sowohl die Rauhigkeit als auch die Schärfe. Das Fahrzeugsystem 110 misst die Lautheit in Sones unter Verwendung der Mikrofone 126. Das Fahrzeugsystem 110 beinhaltet einen Lautheitsschwellenwert, z. B. 676 Sones, der der Hörschmerzschwelle von ungefähr 140 dB entspricht. Die Tonalität bezieht sich auf die Tonqualität des Klangs und ist auch in der Gleichung der Elektromotoranreicherung beinhaltet, hat jedoch nur minimale Auswirkungen. Die Tonalität hängt weder von der Tonheit noch von der Lautheit ab. Die relative Tonalität hängt jedoch von der Bandbreite ab, die in der Spanne der Tonheit ausgedrückt wird, derart dass sie mit zunehmender Spanne der Tonheit abnimmt. Die Tonalität wird subjektiv bestimmt, daher beinhaltet das Fahrzeugsystem 110 vorbestimmte Daten, die die Tonalität des Elektromotorklangs angeben. Das Fahrzeugsystem 110 bestimmt die absolute Klanganreicherung (E_r) auf Grundlage der absoluten Tonalität (R) und der absoluten Lautheit (N) gemäß der Gleichung 10: $E r = (1,24 - e^{- 2,43 * T}) * e^{- {(0,023 * N)}^{2}}$
In einer zusätzlichen Ausführungsform bestimmt das Fahrzeugsystem 10 die relative Anreicherung (Er/Ero) des Elektromotorklangs auf Grundlage der relativen Tonalität (T/To) und der relativen Lautheit (N/No) gemäß Gleichung 11: $\frac{E r}{E r_{0}} = (1,24 - e^{- \frac{2,43 T}{T_{0}}}) * e^{- {(\frac{0,023 N}{N_{0}})}^{2}}$
Bei Schritt 308 vergleicht das Fahrzeugsystem 110 den relativen Anreicherungswert mit einem vorbestimmten Anreicherungsschwellenwert, um zu bestimmen, ob der Elektromotorklang nicht angereichert ist. Dieser Ansatz zur Bestimmung der Anreicherung auf Grundlage von Lautheit und Tonalität ist im Allgemeinen für einen weiten Frequenzbereich wirksam und daher sowohl für elektrifizierte Fahrzeuge (z. B. HEVs und EVs) als auch für herkömmliche Fahrzeuge mit ICEs anwendbar.
In einer Ausführungsform verwendet das Fahrzeugsystem 110 ein Verfahren mit gleichschwebendem Temperatursystem und fügt in Schritt 310 zusätzliche „Obertöne“ hinzu, die eine, zwei oder mehr als zwei Oktaven niedriger sind als der gemessene Elektromotorklang. In der Musik und Elektronik ist eine Oktave eine logarithmische Einheit für Verhältnisse zwischen Frequenzen, wobei eine Oktave einer Verdoppelung oder Halbierung der Frequenz entspricht. Daher läge für ein ELEKTROMOTOR-Signal von 800 Hz eine um eine Oktave niedrigere Subharmonische bei 400 Hz und läge eine um zwei Oktaven niedrigere Subharmonische bei 200 Hz. Das Vorhandensein von drei Tönen, die durch eine Oktave voneinander beabstandet sind, kann immer noch eine harmonisch karge Klangsignatur sein, und das Fahrzeugsystem 110 kann zusätzliche Frequenzen erzeugen, um eine konsonante und angereicherte Klangsignatur zu erzielen.
In einer anderen Ausführungsform analysiert das Fahrzeugsystem 110 in den Schritten 302-308 die harmonische Kargheit des Elektromotorklangs, um zu bestimmen, ob es nicht angereichert ist. Das Signalanalysemodul 214 (2) beinhaltet einen Spitzendetektor gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Der Spitzendetektor erfasst die Amplituden jeder Elektromotorklangspitze. In verschiedenen Ausführungsformen kann diese Analyse unter Verwendung eines Mikrofonsignals MIC oder eines Signals für einen anderen Wandlertyp durchgeführt werden. Da der Signaturklang von Elektromotoren der einer Einzelfrequenz (Sinuswelle) ist, ist ihr natürlicher Klang nicht angereichert. Synthetisierte Klangtöne können vom Fahrzeugsystem 110 mit einem Frequenzverhältnis von 0,5 erzeugt werden, was eine um eine Oktave niedrigere Frequenz ist, um die Kargheit zu verringern und die Anreicherung zu erhöhen. In einer Ausführungsform werden Töne mit einem Frequenzverhältnis erzeugt, das einem bekannten stabilen oder konsonanten Intervall entspricht, z. B. einer kleinen Terz, einer großen Terz, einer reinen Quarte, einer reinen Quinte, einer kleinen Sexte, einer großen Sexte oder einer Oktave und somit bestimmt das Fahrzeugsystem 110, dass der Elektromotorklang angenehm und angereichert ist. Wenn jedoch in einer Ausführungsform das Verhältnis der gleichschwebenden Temperatur einem bekannten instabilen oder dissonanten Intervall entspricht, z. B. einer kleinen Sekunde, einer großen Sekunde, einem Tritonus, einer kleinen Septime oder einer großen Septime, dann bestimmt das Fahrzeugsystem 110, dass der Elektromotorklang sowohl unangenehm ist als auch nicht angereichert ist.
Nachdem das Fahrzeugsystem 110 in Schritt 308 bestimmt hat, dass der Elektromotorklang nicht angereichert ist, geht das Fahrzeugsystem 110 zu Schritt 310 über und erzeugt zusätzliche Subharmonische des ELEKTROMOTOR-Signals, um den nicht angereicherten Elektromotorklang mit zusätzlichem synthetisiertem Klang zu maskieren. Unter Bezugnahme auf die 7A-7C bestimmt das Fahrzeugsystem 110 beispielsweise, nachdem die absolute Anreicherungskurve 702 den Schwellenwert 710 überschritten hat, dass der Elektromotorklang nicht angereichert ist, und erzeugt zusätzliche Subharmonische, wie dies durch die untere Anreicherungskurve 704 in 7B veranschaulicht ist. Dann bestimmt das Fahrzeugsystem 110, nachdem die absolute Anreicherungskurve 704 den Schwellenwert 710 überschritten hat, dass der Elektromotorklang noch immer nicht angereichert ist, und erzeugt zusätzliche Subharmonische, wie dies durch die untere Anreicherungskurve 706 in 7C veranschaulicht ist.
Das Fahrzeugsystem 110 verwendet das Verfahren 300 während des Fahrens im gleichbleibenden Zustand sowie während des Beschleunigens und Abbremsens. In einer oder mehreren Ausführungsformen verwendet das Fahrzeugsystem 110 einen Klanglokalisierungsalgorithmus, wie den in US 10,065,561 beschriebenen, um den erzeugten Klang in Richtung des Elektromotorjaulens zu lokalisieren, wodurch der Maskierungseffekt erhöht wird.
Fahrzeuginsassen sind an ein harmonisch sattes Klangerlebnis eines herkömmlichen mit einem ICE angetriebenen Fahrzeugs gewöhnt. Zum Beispiel strahlt ein 4-Zylinder-ICE eine 2. Hauptordnung zusätzlich zu höheren 4., 6., 8. und 16. Ordnungen aus. Unter starker Verbrennungsmotorlast werden auch 2.5. 4.5. Ordnungen mit signifikanter Amplitude erzeugt. Somit sind Fahrzeuginsassen eher an eine harmonisch satte Verbrennungsmotorsignatur als an die Einzeltöne des EV-Elektromotorjaulens gewöhnt. Bei Brennkraftmaschinen ist eine Ordnung die Skalierung zwischen der Verbrennungsmotordrehzahl und der erzeugten hörbaren Frequenz. Analog dazu ist für EVs eine Ordnung die Skalierung zwischen der Drehzahl des elektrischen Fahrmotors und der hörbaren Frequenz. Der Abstand zwischen der dominanten und niedrigeren Ordnungen erzeugt einen Abstand oder ein Intervall, das durch ein Verhältnis definiert ist und dem Abstand zwischen Musiknoten entspricht.
Ein Intervall bezieht sich auf den Abstand zwischen Frequenzen zwischen einer harmonischen Reihe von Tönen. Der Abstand der Intervalle kann in Ganz- und Halbtonschritte unterteilt werden, um stabile oder konsonante Töne zu erzeugen. 4A ist eine Skala von stabilen oder konsonanten Intervallen zwischen Tönen, die eine kleine Terz, eine große Terz, eine reine Quarte, eine reine Quinte, eine kleine Sexte, eine große Sexte und eine Oktave beinhalteten. 4B ist eine Skala von instabilen oder dissonanten Intervallen zwischen Tönen, die eine kleine Sekunde, eine große Sekunde, einen Tritonus, eine kleine Septime und eine große Septime beinhalten. Der von den Mikrofonen erfasste primäre Ton mit der höchsten Frequenz stellt den Strebeton oder Leitton dar. Ausgehend von dem Leitton können die konsonanten Intervalle mit einer niedrigeren Frequenz auf Grundlage des Verhältnisses der gleichschwebenden Temperatur hinzugefügt werden.
Das einzige reine Intervall ist die Oktave. Eine Oktave kann auf einer chromatischen Skala in zwölf gleich beabstandete Noten oder Halbtonschritte unterteilt werden, und alle Halbtonschritte klingen wie der gleiche Abstand in Bezug auf Frequenz oder Tonhöhe. Wenn zwei Noten innerhalb derselben harmonischen Reihe der anfänglich erkannten höchsten Ordnung hinzugefügt werden, können sich die zusätzlichen Töne ergänzen und verstärken, wodurch dem menschlichen Ohr konsonante Töne präsentiert werden. Die tatsächliche Frequenz der Noten spielt keine Rolle, sondern wie sie im Vergleich zueinander beschaffen sind, d. h. der harmonische Abstand oder das Tonhöhenverhältnis. Das Verfahren der gleichschwebenden Temperatur basiert auf der zwölften Wurzel von zwei, die eine Oktave in zwölf gleiche Schritte unterteilt, wie in 5 aufgeführt.
So wie verschiedene Kombinationen von Musiknoten kombiniert werden können, um für das Ohr angenehme musikalische „Akkorde“ zu erzeugen, kombiniert das Fahrzeugsystem 110 Ordnungen, um „Akkorde“ zu erzeugen, die während des Beschleunigens, Abbremsens oder des Fahrens im gleichbleibenden Zustand harmonisch ausgeglichen sind, um eine Klangsignatur zu erzeugen, die unerwünschte oder unangenehme Elektromotorgeräusche maskiert oder ausgleicht. In der Musiktheorie ist ein Dur-Akkord ein Akkord, der einen Grundton, eine Große-Terz-Note und eine Reine-Quinten-Note aufweist. Wenn beispielsweise ein Fahrzeug eine dominante 4. Ordnung aufweist, kann das Fahrzeugsystem 110 eine Große-Terz-Note hinzufügen, indem es die Frequenz des gemessenen Klangs 4. Ordnung um einen Faktor von 1,2599 multipliziert, wie durch das Bezugszeichen 502 angegeben; und das Fahrzeugsystem 110 kann eine Reine-Quinte-Note hinzufügen, indem es die Frequenz der 4. Ordnung um einen Faktor von 1,4983 multipliziert, wie durch das Bezugszeichen 504 angegeben, wie etwa eine 5,0625. Ordnung beziehungsweise 6. Ordnung, um einen C-Akkord zu erzeugen. Bei der EV-Klangerzeugung ist die dominante Ordnung in der Frequenz viel höher als bei typischen Verbrennungsmotorordnungen. Übliche Verbrennungsmotorordnungen beinhalten Frequenzen unter 300 Hz, während Elektromotoren typischerweise Frequenzen über ~1000 Hz beinhalten. In einer Ausführungsform werden nur Ordnungen niedrigerer Frequenzen synthetisiert. In einer Ausführungsform werden die niedrigeren synthetisierten Ordnungen auf Grundlage der in 5 aufgeführten Frequenzverhältnisse synthetisiert, um ein konsonantes Intervall wie das in 4A aufgeführte zu erzeugen.
Es ist zu beachten, dass die vorstehend angegebenen Frequenzverhältnisse die genauen Noten für Stimmungsintervalle gleichschwebender Temperatur sind. In der Musik gibt es auch andere Stimmungsintervalle, wie etwa reine Stimmungsintervalle. Der Unterschied zwischen diesen Stimmungsintervallen beträgt bis zu neun oder zehn Cent oder mehr (wobei ein Cent 1/100 eines Halbtons ist), was zeigt, dass eine gewisse Frequenzspanne um diese genauen Frequenzverhältnisse herum noch immer zu konsonanten, harmonischen Intervallen führt. Sinnvolle Ausführungsformen sind somit nicht auf diese genauen Frequenzverhältnisse beschränkt.
Die 6-9 zeigen Beispiele für die Auswirkungen des Verfahrens zum Maskieren hochfrequenter Elektromotorgeräusche oder zum Anreichern des nicht angereicherten Elektromotorklangs. 6A ist ein Diagramm 600, das mehrere Kurven beinhaltet, die die natürlichen Harmonischen des Elektromotors 120 während eines Fahrzeugbeschleunigungsereignisses veranschaulichen, wie durch das Fahrzeugsystem 110 in Schritt 304 geschätzt. Der Elektromotorklang beinhaltet eine dominante 96. Ordnung 602, die dem 96-fachen der Drehzahl der Elektromotorwelle entspricht, zusammen mit niedrigen Grundordnungen: 24. Ordnung, 16. Ordnung, und 8. Ordnung, auf die durch die Bezugszeichen 604, 606 beziehungsweise 608 verwiesen wird. Wie in 6A veranschaulicht, weist die dominierende 96. Ordnung 602 eine viel höhere Frequenz auf als die niedrigeren Grundordnungen.
Die 7A-7C und 9 veranschaulichen ein Beispiel für das Fahrzeugsystem 110, das die Anreicherung auf Grundlage der Schärfe bestimmt. 7A ist ein Diagramm 700, das eine Kurve 702 beinhaltet, die die natürliche Schärfe des Elektromotorklangs im Zeitverlauf veranschaulicht, wie durch das Fahrzeugsystem 110 bestimmt. Wie in 7A veranschaulicht, steigt die Schärfe innerhalb von ungefähr 5,5 Sekunden von ungefähr 0,25 Acum auf ungefähr 3,5 Acum.
9 ist ein Diagramm 900, das eine Kurve 902 beinhaltet, die die relative Anreicherung des Elektromotorklangs veranschaulicht, wie durch das Fahrzeugsystem 110 bestimmt. Das Diagramm 900 beinhaltet eine relative Anreicherung (Er/Ero) auf der y-Achse und eine relative Schärfe (S/So) auf der x-Achse für auf Schärfe basierenden Anreicherungsbestimmungen. Die Kurve 902 stellt eine relative Anreicherung dar, wie unter Verwendung von Gleichung 6 berechnet, und die gestrichelte Linie 904 stellt einen vorbestimmten Anreicherungsschwellenwert dar. Die Zeit To, die die Zeit To im Diagramm 700 darstellt, ist der erste Punkt, an dem das Fahrzeugsystem 110 die Schärfe bestimmt (d. h. So). Die relative Schärfe bei To ist gleich eins, weil die absolute Schärfe (S) gleich der nominalen Schärfe (So) ist. Das Fahrzeugsystem 110 bestimmt, dass die relative Anreicherung (P/P₀) kleiner als der Schwellenwert 904 bei To ist, und synthetisiert dann zusätzlichen Elektromotorklang.
Unter Bezugnahme auf die 5 und 6B erzeugt das Fahrzeugsystem 110 zusätzlichen synthetisierten Elektromotorklang (SMS) oder Harmonische, deren Frequenz niedriger ist als der natürliche Elektromotorklang, die in dem Diagramm 600' (6B) veranschaulicht sind. Das Fahrzeugsystem 110 erzeugt eine Große-Sekunde-Ordnung, deren Frequenz niedriger ist, 612 (6B), indem es die dominante Ordnung 602 durch einen Faktor von 1,1225 dividiert, wie durch das Bezugszeichen 506 in 5 angegeben. Das Fahrzeugsystem 110 erzeugt eine 4,5. Ordnung 614, indem es die dominante Ordnung 602 durch einen Faktor von 1,4983 dividiert, wie durch das Bezugszeichen 504 angegeben.
Unter Bezugnahme auf die 7B und 9 vergleicht das Fahrzeugsystem 110 den natürlichen Elektromotorklang in Kombination mit dem synthetisierten Elektromotorklang mit vorbestimmten Daten, um zu bestimmen, ob er noch immer nicht angereichert ist. 7B ist ein weiteres Diagramm 700', das eine Kurve 704 beinhaltet, die die Schärfe des Elektromotorklangs kombiniert mit synthetisiertem Elektromotorklang veranschaulicht, wie durch das Fahrzeugsystem 110 bestimmt. Wie in 7B veranschaulicht, steigt die Schärfe 704 innerhalb von ungefähr 5,5 Sekunden von ungefähr 0,3 Acum auf ungefähr 2,9 Acum, was weniger als die maximale Schärfe der Kurve 702 in 7A ist. Unter Bezugnahme auf 9 bestimmt das Fahrzeugsystem 110 die relative Anreicherung des Elektromotorklangs, die in Diagramm 600' (6B) und in Diagramm 700' (7B) veranschaulicht ist, die durch die Zeit T₁ auf der Anreicherungskurve 902 referenziert ist. Obwohl sich die Anreicherung von Zeitpunkt To zum Zeitpunkt T₁ verbessert hat, bestimmt das Fahrzeugsystem 110, dass die relative Anreicherung immer noch kleiner als der Schwellenwert 904 ist und daher immer noch nicht angereichert ist. Dann synthetisiert das Fahrzeugsystem 110 zusätzlichen Elektromotorklang.
Unter Bezugnahme auf die 5 und 6C erzeugt das Fahrzeugsystem 110 zusätzlichen synthetisierten Elektromotorklang (SMS) oder Harmonische, deren Frequenz niedriger ist als der natürliche Elektromotorklang, die in dem Diagramm 600" (6C) veranschaulicht sind. Das Fahrzeugsystem 110 erzeugt eine Große-Terz-Ordnung, indem es die dominante Ordnung 602 durch einen Faktor von 1,2599 dividiert, wie durch das Bezugszeichen 502 in 5 angegeben. Das Fahrzeugsystem 110 erzeugt zudem eine Reine-Quinte-Ordnung 624, indem es die dominante Ordnung 602 durch einen Faktor von 1,4983 dividiert, wie durch das Bezugszeichen 504 angegeben.
Unter Bezugnahme auf die 7C und 9 vergleicht das Fahrzeugsystem 110 den natürlichen Elektromotorklang in Kombination mit dem synthetisierten Elektromotorklang mit vorbestimmten Daten, um zu bestimmen, ob er noch immer nicht angereichert ist. 7C ist ein weiteres Diagramm 700", das eine Kurve 706 beinhaltet, die die Schärfe des Elektromotorklangs kombiniert mit synthetisiertem Elektromotorklang veranschaulicht, wie durch das Fahrzeugsystem 110 bestimmt. Wie in 7C veranschaulicht, steigt die Schärfe der Kurve 706 innerhalb von ungefähr 5,5 Sekunden von ungefähr 0,3 Acum auf ungefähr 2,5 Acum, was weniger als die maximale Schärfe der Kurve 704 in 7B ist.
Unter Bezugnahme auf 9 bestimmt das Fahrzeugsystem 110 die relative Anreicherung des Elektromotorklangs, die in den 6C und 8C veranschaulicht ist, die durch die Zeit T₂ auf der Anreicherungskurve 902 referenziert ist. Das Fahrzeugsystem 110 bestimmt, dass die relative Anreicherung größer als der Schwellenwert 904 ist, d. h. nicht nicht angereichert (oder angereichert) ist, was zu einer negativen Bestimmung bei Schritt 308 führt, und daher erzeugt das Fahrzeugsystem 110 keine zusätzlichen Elektromotorklangharmonischen, sondern es kehrt zu Schritt 302 zurück.
In anderen Ausführungsformen bestimmt das Fahrzeugsystem 110 die Anreicherung auf Grundlage des Kehrwerts der Rauhigkeit. Die 8A-8C und 9 veranschaulichen ein Beispiel für das Fahrzeugsystem 110, das die Anreicherung auf Grundlage des Kehrwerts der Rauhigkeit bestimmt. 8A ist ein Diagramm 800, das eine Kurve 802 beinhaltet, die die natürliche Rauhigkeit des Elektromotorklangs veranschaulicht, wie durch das Fahrzeugsystem 110 bestimmt. Wie im Diagramm 800 (8A) veranschaulicht, steigt die Rauhigkeit innerhalb von ungefähr 5,5 Sekunden von ungefähr 0,00 Asper auf ungefähr 0,10 Asper.
9 ist ein Diagramm 900, der relativen Anreicherung des Elektromotorklangs, wie durch das Fahrzeugsystem 110 bestimmt. Das Diagramm 900 beinhaltet eine relative Anreicherung (Er/Ero) auf der y-Achse, und nunmehr entspricht für diese Ausführungsform die x-Achse von 9 dem relativen Kehrwert der Rauhigkeit (R^-1/ R₀ ^-1). Die Kurve 902 stellt nunmehr eine relative Anreicherung dar, wie unter Verwendung von Gleichung 9 berechnet, und die gestrichelte Linie 904 stellt einen eine vorbestimmten Anreicherungsschwellenwert dar. Die Zeit To, die die Zeit To im Diagramm 800 darstellt, ist der erste Punkt, an dem das Fahrzeugsystem 110 den Kehrwert der Rauhigkeit bestimmt (d. h. R₀ ^-1). Der relative Kehrwert der Rauhigkeit bei To ist gleich eins, weil der absolute Kehrwert der Rauhigkeit (R^-1) gleich dem nominalen Kehrwert der Rauhigkeit (R₀ ^-1) ist. Das Fahrzeugsystem 110 bestimmt, dass bei To die Anreicherung kleiner als der Schwellenwert 904 ist, und synthetisiert dann zusätzlichen Elektromotorklang.
Unter Bezugnahme auf die 5 und 6B erzeugt das Fahrzeugsystem 110 zusätzliche Elektromotorharmonische, deren Frequenz niedriger ist als der natürliche Elektromotorklang. Das Fahrzeugsystem 110 erzeugt eine Große-Sekunde-Ordnung 612 (6B), indem es die dominante Ordnung 602 durch einen Faktor von 1,1225 dividiert, wie durch das Bezugszeichen 506 in 5 angegeben. Das Fahrzeugsystem 110 erzeugt eine 4,5. Ordnung 614, indem es die dominante Ordnung 602 durch einen Faktor von 1,4983 dividiert, wie durch das Bezugszeichen 504 angegeben.
Unter Bezugnahme auf die 8B und 9 vergleicht das Fahrzeugsystem 110 den natürlichen Elektromotorklang in Kombination mit dem synthetisierten Elektromotorklang mit vorbestimmten Daten, um zu bestimmen, ob er noch immer nicht angereichert ist. 8B ist ein weiteres Diagramm 800', das eine Kurve 804 beinhaltet, die die Rauhigkeit des natürlichen Elektromotorklangs kombiniert mit synthetisiertem Elektromotorklang veranschaulicht, wie durch das Fahrzeugsystem 110 bestimmt. Wie in 8B veranschaulicht, steigt die Rauhigkeitskurve 804 von ungefähr 0,00 Asper auf ungefähr 0,29 Asper, was größer ist als die maximale Rauhigkeit der Kurve 802 in 8A ist.
Unter Bezugnahme auf 9 bestimmt das Fahrzeugsystem 110 die relative Anreicherung des Elektromotorklangs, die in den 6B und 8B veranschaulicht ist, die durch die Zeit T₁ auf der Anreicherungskurve 902 referenziert ist. Obwohl sich die Anreicherung von To zu Tiverbessert hat, bestimmt das Fahrzeugsystem 110, dass die relative Anreicherung immer noch kleiner als der Schwellenwert 904 ist und daher immer noch nicht angereichert ist. Dann synthetisiert das Fahrzeugsystem 110 zusätzlichen Elektromotorklang.
Unter Bezugnahme auf die 5 und 6C erzeugt das Fahrzeugsystem 110 zusätzliche Elektromotorharmonische, deren Frequenz niedriger ist als der natürliche Elektromotorklang. Das Fahrzeugsystem 110 erzeugt eine Große-Terz-Ordnung 622, indem es die dominante Ordnung 602 durch einen Faktor von 1,2599 dividiert, wie durch das Bezugszeichen 502 angegeben. Das Fahrzeugsystem 110 erzeugt eine Reine-Quinte-Ordnung 624, indem es die dominante Ordnung 602 durch einen Faktor von 1,4983 dividiert, wie durch das Bezugszeichen 512 angegeben.
Unter Bezugnahme auf die 8C und 9 vergleicht das Fahrzeugsystem 110 den natürlichen Elektromotorklang in Kombination mit dem synthetisierten Elektromotorklang mit vorbestimmten Daten, um zu bestimmen, ob er noch immer nicht angereichert (oder angereichert) ist. 8C ist ein weiteres Diagramm 800", das eine Kurve 806 beinhaltet, die die Rauhigkeit des natürlichen Elektromotorklangs kombiniert mit synthetisiertem Elektromotorklang veranschaulicht, wie durch das Fahrzeugsystem 110 bestimmt. Wie in 8C veranschaulicht, steigt die Rauhigkeit 806 über ungefähr 5,5 Sekunden von ungefähr 0,00 Asper auf ungefähr 0,28 Asper, was der maximalen Rauhigkeit der Kurve 802 in 8A ähnelt.
Unter Bezugnahme auf 9 bestimmt das Fahrzeugsystem 110 die relative Anreicherung des Elektromotorklangs, die in den 6C und 8C veranschaulicht ist, die durch die Zeit T₂ auf der Anreicherungskurve 902 referenziert ist. Das Fahrzeugsystem 110 bestimmt, dass die relative Anreicherung nunmehr größer als der Schwellenwert 904 ist, d. h. nicht nicht angereichert (oder angereichert) ist, was zu einer negativen Bestimmung bei Schritt 308 führt, und daher erzeugt das Fahrzeugsystem 110 keine zusätzlichen Elektromotorklangharmonischen, sondern es kehrt zu Schritt 302 zurück.
In einer anderen Ausführungsform verwendet das Fahrzeugsystem 110 ein pythagoreisches Stimmungsverfahren (nicht gezeigt), um zusätzliche Ordnungen auf Grundlage des Intervalls der reinen Quinte hinzuzufügen. Reine Intervalle sind Intervalle, die in der harmonischen Reihe mit sehr einfachen Frequenzverhältnissen zu finden sind. Eine reine Quinte hat ein Frequenzverhältnis von 3:2.
In einer anderen Ausführungsform verwendet das Fahrzeugsystem 110 ein Verfahren des mitteltönigen Systems (nicht gezeigt), um zusätzliche Ordnungen hinzuzufügen. Um angereicherte Intervalle zu erzeugen, verwendet das Fahrzeugsystem 110 die reinen großen Terzen, die aus großen und kleinen Intervallen bestehen. Der Ganzton wird als genau die Hälfte der reinen großen Terz betrachtet, und ein Halbton ist genau die Hälfte eines Ganztons.
Während vorstehend beispielhafte Ausführungsformen beschrieben werden, sollen diese Ausführungsformen nicht alle möglichen Formen beschreiben. Die in der Patentschrift verwendeten Ausdrücke sind vielmehr beschreibende Ausdrücke als einschränkende Ausdrücke, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Darüber hinaus können die Merkmale verschiedener umsetzender Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen zu bilden.
Darüber hinaus können die in beliebigen Einrichtungsansprüchen angegebenen Komponenten und/oder Elemente in einer Vielfalt von Permutationen zusammengesetzt oder anderweitig betriebsmäßig konfiguriert sein und sind dementsprechend nicht auf die in den Ansprüchen angegebene spezifische Konfiguration beschränkt. Funktionell äquivalente Verarbeitungsschritte können entweder im Zeit- oder im Frequenzbereich durchgeführt werden. Dementsprechend kann die Signalverarbeitung entweder im Zeitbereich, im Frequenzbereich oder in einer Kombination davon erfolgen, auch wenn dies nicht explizit für jeden Signalverarbeitungsblock in den Figuren angegeben ist. Obwohl ferner verschiedene Verarbeitungsschritte mit den typischen Begriffen für die in einem Prozessor durchgeführte digitale Signalverarbeitung erläutert werden, können darüber hinaus äquivalente Schritte unter Verwendung einer analogen Signalverarbeitung ausgeführt werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Nutzen, Vorteile und Lösungen für Probleme sind vorstehend in Bezug auf konkrete Ausführungsformen beschrieben worden. Beliebige Nutzen, Vorteile, Lösungen für Probleme ofer beliebige Elemente, die bewirken können, dass ein konkreter Nutzen, Vorteil oder eine konkrete Lösung greift oder verstärkt wird, sind allerdings nicht als entscheidende, erforderliche oder wesentliche Merkmale oder Komponenten eines oder aller Ansprüche auszulegen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 10065561 [0043]

Claims

Klangsynthesesystem, das Folgendes umfasst: einen Lautsprecher zum Projizieren eines Klangs, der einen synthetisierten Elektromotorklang angibt, in einem Fahrgastraum eines Fahrzeugs als Reaktion auf den Empfang eines Signals für synthetisierten Klang (SS); und einen Prozessor, der zu Folgendem programmiert ist: Schätzen des Elektromotorklangs auf Grundlage eines Sensorsignals, das einen im Fahrgastraum vorhandenen Klang angibt; Ermitteln einer dominanten Elektromotorharmonischen des Elektromotorklangs mit einer Amplitude und einer Frequenz; Bestimmen eines Anreicherungswerts des Elektromotorklangs; Bestimmen, ob der Elektromotorklang nicht angereichert ist, auf Grundlage eines Vergleichs des Anreicherungswerts mit einem Anreicherungsschwellenwert; Erzeugen mindestens einer zusätzlichen Elektromotorharmonischen mit einer ersten Frequenz, die sich von der Frequenz der dominanten Elektromotorharmonischen unterscheidet, als Reaktion darauf, dass der Elektromotorklang nicht angereichert ist; und Bereitstellen des SS-Signals an den Lautsprecher, wobei das SS-Signal die mindestens eine zusätzliche Elektromotorharmonische angibt.
Klangsynthesesystem nach Anspruch 1, wobei der Prozessor ferner dazu programmiert ist, eine erste zusätzliche Elektromotorharmonische mit der ersten Frequenz und eine zweite zusätzliche Elektromotorharmonische mit einer zweiten Frequenz als Reaktion darauf, dass der Elektromotorklang nicht angereichert ist, zu erzeugen, und wobei die erste Frequenz um eine Oktave kleiner als die Frequenz der dominanten Elektromotorharmonischen ist und die zweite Frequenz um mindestens zwei Oktaven kleiner als die Frequenz der dominanten Elektromotorharmonischen ist.
Klangsynthesesystem nach Anspruch 1, wobei der Prozessor ferner dazu programmiert ist, eine erste zusätzliche Elektromotorharmonische mit der ersten Frequenz und eine zweite zusätzliche Elektromotorharmonische mit einer zweiten Frequenz als Reaktion darauf, dass der Elektromotorklang nicht angereichert ist, zu erzeugen, und wobei die erste Frequenz um eine Oktave kleiner als die Frequenz der dominanten Elektromotorharmonischen ist und die zweite Frequenz um mindestens eine Oktave kleiner als die Frequenz der dominanten Elektromotorharmonischen ist, wobei der Elektromotorklang und der synthetisierte Elektromotorklang, die im Fahrgastraum vorhanden sind, zusammen einen Musikakkord bereitstellen.
Klangsynthesesystem nach Anspruch 3, wobei der Prozessor ferner dazu programmiert ist, den Elektromotorklang zu schätzen, indem er mindestens eines von einem Audiosignal und einem synthetisierten Verbrennungsmotorsignal von dem Sensorsignal filtert.
Klangsynthesesystem nach Anspruch 1, wobei der Anreicherungswert einen absoluten Anreicherungswert des Elektromotorklangs umfasst und wobei der Prozessor ferner zu Folgendem programmiert ist: Bestimmen eines absoluten Schärfewertes des Elektromotorklangs; Bestimmen des absoluten Anreicherungswerts des Elektromotorklangs auf Grundlage des absoluten Schärfewerts, Bestimmen, ob der Elektromotorklang nicht angereichert ist, auf Grundlage eines Vergleichs des absoluten Anreicherungswerts mit dem Anreicherungsschwellenwert; und Bereitstellen des SS-Signals an den Lautsprecher als Reaktion darauf, dass der absolute Anreicherungswert den Anreicherungsschwellenwert nicht überschreitet.
Klangsynthesesystem nach Anspruch 1, wobei der Anreicherungswert einen absoluten Anreicherungswert des Elektromotorklangs umfasst und wobei der Prozessor ferner zu Folgendem programmiert ist: Bestimmen eines absoluten Werts des Kehrwerts der Rauhigkeit des Elektromotorklangs; Bestimmen des absoluten Anreicherungswerts des Elektromotorklangs auf Grundlage des absoluten Werts des Kehrwerts der Rauhigkeit; Bestimmen, ob der Elektromotorklang nicht angereichert ist, auf Grundlage eines Vergleichs des absoluten Anreicherungswerts mit dem Anreicherungsschwellenwert; und Bereitstellen des SS-Signals an den Lautsprecher als Reaktion darauf, dass der absolute Anreicherungswert den Anreicherungsschwellenwert nicht überschreitet.
Klangsynthesesystem nach Anspruch 1, wobei der Anreicherungswert einen absoluten Anreicherungswert des Elektromotorklangs umfasst und wobei der Prozessor ferner zu Folgendem programmiert ist: Bestimmen eines absoluten Lautheitswertes des Elektromotorklangs; Bestimmen eines absoluten Tonalitätswertes des Elektromotorklangs; Bestimmen des absoluten Anreicherungswerts des Elektromotorklangs auf Grundlage des absoluten Lautheitswerts und des absoluten Tonalitätswerts; Bestimmen, ob der Elektromotorklang nicht angereichert ist, auf Grundlage eines Vergleichs des absoluten Anreicherungswerts mit dem Anreicherungsschwellenwert; und Bereitstellen des SS-Signals an den Lautsprecher als Reaktion darauf, dass der absolute Anreicherungswert den Anreicherungsschwellenwert nicht überschreitet.
Klangsynthesesystem nach Anspruch 1, wobei der Anreicherungswert einen absoluten Anreicherungswert des Elektromotorklangs umfasst und wobei der Prozessor ferner zu Folgendem programmiert ist: Bestimmen von mindestens einem eines absoluten Schärfewerts, eines absoluten Rauhigkeitswerts, eines absoluten Lautheitswerts und eines absoluten Tonalitätswerts des Elektromotorklangs; Bestimmen eines absoluten Anreicherungswerts des Elektromotorklangs auf Grundlage des mindestens einen absoluten Werts des Elektromotorklangs; Bestimmen, ob der Elektromotorklang nicht angereichert ist, auf Grundlage eines Vergleichs des absoluten Anreicherungswerts mit dem Anreicherungsschwellenwert; und Bereitstellen des SS-Signals an den Lautsprecher als Reaktion darauf, dass der absolute Anreicherungswert den Anreicherungsschwellenwert nicht überschreitet.
Fahrzeugklangsynthesesystem nach Anspruch 1, wobei der Anreicherungswert einen relativen Anreicherungswert des Elektromotorklangs umfasst und wobei der Prozessor ferner zu Folgendem programmiert ist: Bestimmen von mindestens einem von einem relativen Schärfewert, einem relativen Rauhigkeitswert, einem relativen Lautheitswert und einem relativen Tonalitätswert des Elektromotorklangs; Bestimmen eines relativen Anreicherungswerts des Elektromotorklangs auf Grundlage des mindestens einen relativen Werts des Elektromotorklangs; Vergleichen des relativen Anreicherungswerts mit dem Anreicherungsschwellenwert, um zu bestimmen, ob der Elektromotorklang nicht angereichert ist; und Bereitstellen des SS-Signals an den Lautsprecher als Reaktion darauf, dass der relative Anreicherungswert den Anreicherungsschwellenwert nicht überschreitet.