DE10336977A1

DE10336977A1 - Kompensationsschaltung zur Beseitigung von Audiorauschen an einem Automobilsensor

Info

Publication number: DE10336977A1
Application number: DE10336977A
Authority: DE
Inventors: Joseph Robert Grosse Ile Brown; Kirsten Marie Ann Arbor Carr; Mark A. New Boston Cuddihy
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2002-09-09
Filing date: 2003-08-12
Publication date: 2004-03-25
Anticipated expiration: 2023-08-13
Also published as: GB2392796A; DE10336977B4; US20060002568A1; US7127073B2; GB0319155D0; US20040047475A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kompensationsschaltung (12) für einen Sensor (22), welcher eine elektrische Sensorausgabe in der Nähe des Lautsprechers (18) eines Audiosystems (14) erzeugt. Die Schaltung umfasst eine invertierende Schaltung (26), die an einen elektrischen Ausgang (16) des Audiosystems gekoppelt ist. Die invertierende Schaltung (26) erzeugt ein invertiertes elektrisches Signal entsprechend der Audioausgabe des Lautsprechers. Ein Sensorregler (24), der an die invertierende Schaltung (26) und den Sensor (22) gekoppelt ist, erzeugt eine kompensierte elektrische Ausgabe in Reaktion auf die elektrische Sensorausgabe und das invertierte elektrische Signal.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Kompensationsschaltung für Automobilsensoren und insbesondere eine Schaltung zur Kompensation des Ausgangssignals eines Sensors hinsichtlich des von einem Audiosystem erzeugten Rauschens.

Sensoren werden in Automobilen für verschiedenste Anwendungen eingesetzt. Sie können an unterschiedlichen Orten wie beispielsweise dem Fahrgastraum angeordnet sein.

Audiosysteme enthalten verschiedene Lautsprecher einschließlich eines Basslautsprechers (Subwoofer). Basslautsprecher sind groß und daher schwierig unterzubringen. Daher kann es erforderlich sein, den Basslautsprecher in unmittelbarer Nähe eines Sensors zu positionieren.

Die Abstrahlung eines Lautsprechers und insbesondere eines Basslautsprechers stellt ein Signal mit niedriger Frequenz und hoher Leistung dar, welches akustische Energie erzeugt, die den Ausgangswert des Sensors beeinflussen kann. Insbesondere kann der Ausgangswert des Sensors in Reaktion auf die Abstrahlung des Basslautsprechers schwingen oder sich verschieben.

Ein Lösungsvorschlag zur Kompensation dieser Effekte besteht in der Verwendung eines Mikrofons, welches Signale aus dem Lautsprecher empfängt und die Signale in elektrische Signale umwandelt. Aufgrund der Anordnung des Mikrofons können jedoch durch den Körper des Basslautsprechers bedingte Interferenzen auftreten. Die entsprechende Schaltung sollte daher sehr präzise sein. Des Weiteren verursacht die Anordnung eines Mikrofons in Nähe des Basslautsprechers – insbesondere unter den begrenzten Platzverhältnissen eines Automobils – Schwierigkeiten.

Aus diesen Gründen ist es wünschenswert, den Einfluss des Basslautsprechers auf das Ausgangssignal des Sensors zu beseitigen.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht dementsprechend darin, den Einfluss des Basslautsprechers auf das Ausgangssignal eines Sensors gegenüber vorbekannten Verfahren zu reduzieren.

Zur Lösung der vorgenannten Aufgabe wird gemäß einem Aspekt der Erfindung eine Kompensationsschaltung für einen Sensor, welcher eine elektrische Sensorausgabe erzeugt, in der Nähe eines Lautsprechers eines Audiosystems angeordnet, die eine invertierende Schaltung umfasst, die elektrisch an den elektrischen Ausgang des Audiosystems gekoppelt ist. Die invertierende Schaltung erzeugt ein invertiertes elektrisches Signal entsprechend einer Lautsprecher-Audioausgabe. Ein Sensorregler ist mit der invertierenden Schaltung und dem Sensor gekoppelt. Der Regler erzeugt eine kompensierte elektrische Ausgabe in Reaktion auf die elektrische Sensorausgabe und das invertierte elektrische Signal.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Kompensationsverfahren für eine elektrische Ausgabe eines Sensors folgende Schritte: Erzeugung eines elektrischen Signals an einem Audiosystem-Ausgang und einem elektrischen Eingang eines Lautsprechers; Invertierung des elektrischen Signals zur Bildung eines invertierten elektrischen Signals; Erzeugung eines elektrischen Sensorausgangssignals, welches durch die Akustik des Lautsprechers verändert ist, und Kombination des invertierten elektrischen Signals und des Sensorausgangssignals zur Bildung einer kompensierten elektrischen Ausgabe.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die verschiedenen Sensoren ohne Rücksicht auf die Position der Lautsprecher des Audiosystems angeordnet werden können. Ein derartiges System erhöht daher die Anordnungsflexibilität im begrenzten Anordnungsraum des Automobils.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht einer Kompensationsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 eine Wiedergabe einer normalen Sensorausgabe;
3 eine Wiedergabe einer Ausgabe des Basslautsprechers, und
4 eine Wiedergabe einer Sensorausgabe, die durch den Ausgang eines Basslautsprechers beeinflusst wurde.
Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf einen Sensor und einen Basslautsprecher beschrieben, die im Fahr gastraum eines Automobils angeordnet sind. Die vorliegende Erfindung kann auch für Sensoren eingesetzt werden, die innerhalb des Kofferraums, des Motorraums oder an verschiedenen anderen Orten innerhalb des Automobils angeordnet sind.
In 1 ist ein Fahrgastraum 10 eines Automobils dargestellt, welcher eine Kompensationsschaltung 12 gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist. Die Kompensationsschaltung ist elektrisch an ein Audiosystem 14 gekoppelt. Die Kompensationsschaltung 12 ist vorzugsweise an einen elektrischen Ausgang 16 des Audiosystems 14 gekoppelt. Der elektrische Ausgang 16 wird verwendet, um einen Lautsprecher 18 elektrisch zu betreiben. Der Lautsprecher 18 kann zum Beispiel ein Basslautsprecher (Subwoofer) oder eine andere Art von Lautsprecher sein. Das vom elektrischen Ausgang 16 erzeugte elektrische Signal des Audiosystems wird verwendet, um eine Umformerspule im Lautsprecher 18 zu speisen. Der Lautsprecher 18 erzeugt hörbare Schallsignale 20, die von einem Sensor 22 empfangen werden können und diesen beeinflussen können. Das elektrische Signal korrespondiert daher letztlich mit der Ausgabe des Lautsprechers. Bei dem Sensor 22 kann es sich um einen aus einer Vielzahl von Sensorentypen handeln, z.B. um einen Drucksensor. Die Ausgabe des Drucksensors 22 wird daher entsprechend den vom Lautsprecher 18 erzeugten hörbaren Signalen 20 verändert. Der Sensor 22 ist an einen Sensorregler 24 gekoppelt. Der Regler 24 basiert vorzugsweise auf einem Mikroprozessor. Es können jedoch auch analoge und/oder digitale Schaltungen als Regler fungieren.
Die Kompensationsschaltung 12 enthält eine invertierende Schaltung 26, die einen an den elektrischen Ausgang 16 des Audiosystems 14 (und damit an den Eingang des Lautsprechers 18) gekoppelten Eingang 28 aufweist. Um Gleichstromanteile herauszufiltern, kann ein Kondensator C₁ verwendet werden. Der Kondensator C₁ ist an den Eingang 28 und an einen Widerstand R₁ angeschlossen. Der Widerstand R₁ ist zwischen dem Kondensator C₁ und dem invertierenden Eingang 30 eines Operationsverstärkers 32 angeschlossen. Der invertierende Eingang 30 des Operationsverstärkers 32 kann auch an einen Rückkopplungswiderstand R₂ gekoppelt sein, welcher wiederum an einen Ausgang 34 des Operationsverstärkers 32 angeschlossen ist. Der Operationsverstärker 32 kann auch einen nichtinvertierenden Anschluss 36 aufweisen, welcher an einen Widerstand R₃ gekoppelt ist, der wiederum an eine Referenzspannung V_cc/2 angeschlossen ist. Durch geeignete Auswahl der 2 Widerstandswerte von R₁, R₂ und R₃ wird am Ausgang 34 ein invertiertes elektrisches Signal erzeugt. In einer berechneten Ausführungsform sind die Widerstände R₁, R₂ gleich, um eine Verstärkung von Eins zu erhalten, und R₃ wurde gleich R₁/2 gesetzt. Zum Beispiel können R₁ und R₂ 100 kΩ und R₃ 50 kΩ betragen. Der Kondensator wird so dimensioniert, dass dieser Gleichspannungsanteile blockiert, und hängt daher vom Eingang ab, an den er angeschlossen ist. Der Kondensator C₁ kann zum Beispiel eine Kapazität von 1 μF aufweisen. Selbstverständlich können die Widerstandswerte auch so gewählt werden, dass diese die Signale verstärken. Der Ausgang 34 kann elektrisch an eine Verzögerungsschaltung 40 gekoppelt sein. Die Verzögerungsschaltung 40 ist ein optionales Merkmal, welches verwendet wird, um das invertierende Signal zeitlich an den Ausgang des Sensors anzugleichen. Verschiedene Typen von Schaltungen können für die Verzögerungsschaltung 40 verwendet werden. Derartige Schaltungen sind dem Fachmann bekannt. Die Verzögerungsschaltung erzeugt ein Signal einer Verzögerung, welche zum invertierten elektrischen Signal vom Ausgang 34 des Operationsverstärkers 32 addiert wird. Das verzögerte invertierte Ausgangssignal wird an den Regler 24 gekoppelt. Der Regler 24 kombiniert das invertierte elektri sche Signal und das Sensorausgangssignal, um ein kompensiertes Ausgangssignal an einem Ausgang 42 des Reglers 24 zu bilden. Der Regler 24 kann natürlich auch das kompensierte Signal intern verwenden. Der Regler 24 kann die zwei Signale addieren, um die kompensierte elektrische Ausgabe zu erzeugen.
In 2 ist eine Darstellung der normalen Sensorausgabe gegenüber der Zeit gezeigt.
In 3 ist die Basslautsprecher-Ausgabe gegenüber der Zeit aufgetragen. Dieses Signal stellt die elektrische Ausgabe des Audiosystems dar.
4 zeigt die Sensorausgabe, welche von der Basslautsprecher-Ausgabe beeinflusst wurde. Wenn die elektrische Ausgabe des Audiosystems invertiert und zu 4 addiert wird, ist das kompensierte Ausgangssignal gemäß der vorliegenden Erfindung daher ähnlich demjenigen von 2.
Vorteilhafterweise beruht die vorliegende Erfindung nicht auf der Positionierung eines Mikrofons oder einer anderen Wandlereinrichtung in unmittelbarer Nachbarschaft zum Lautsprecher. Für Anwendungen im Automobilbereich wird somit bei Einsatz der erfindungsgemäßen Kompensationsschaltung eine erhöhte Flexibilität erzielt.

Claims

Kompensationsschaltung (12) für einen Sensor (22), welcher eine elektrische Sensorausgabe erzeugt und in der Nähe des Lautsprechers (18) eines Audiosystems (14) angeordnet ist, gekennzeichnet durch: eine invertierende Schaltung (26), welche elektrisch an den elektrischen Ausgang (16) des Audiosystems (14) gekoppelt ist, wobei die invertierende Schaltung ein invertiertes elektrisches Signal entsprechend der Audioausgabe des Lautsprechers (18) erzeugt, und einen Sensorregler (24), der an die invertierende Schaltung (26) und den genannten Sensor (22) gekoppelt ist, wobei der Regler (24) eine kompensierte elektrische Ausgabe in Reaktion auf die genannte elektrische Sensorausgabe und das genannte invertierte elektrische Signal erzeugt.
Kompensationsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die invertierende Schaltung (26) einen Operationsverstärker (32) umfasst.
Kompensationsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (22) einen Drucksensor umfasst.
Kompensationsschaltung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Lautsprecher (18) einen Basslautsprecher umfasst.
Kompensationsschaltung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die invertierende Schaltung (26) eine Verzögerungsschaltung (40) zur Erzeugung einer Zeitverzögerung im genannten invertierten elektrischen Signal umfasst.
Kompensationsschaltung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorregler (24) das invertierte elektrische Signal und die elektrische Sensorausgabe addiert.
Kompensationsschaltung nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Operationsverstärker (32) einen Widerstand (R₂) aufweist, welcher an einen invertierenden Eingang (30) und an einen Ausgang (34) gekoppelt ist.
Kompensationsschaltung (12), gekennzeichnet durch: einen Sensor (22), welcher eine elektrische Sensorausgabe erzeugt; einen Lautsprecher (18) eines Audiosystems (14), welches akustisch mit dem genannten Sensor gekoppelt ist; eine invertierende Schaltung (26), die an den elektrischen Ausgang (16) des Lautsprechers (18) gekoppelt ist, wobei die invertierende Schaltung ein invertiertes elektrisches Signal entsprechend einer Audioausgabe des Lautsprechers erzeugt, und einen Sensorregler (24), der an die invertierende Schaltung (26) und den genannten Sensor (22) gekoppelt ist, wobei der Regler (24) eine kompensierte elektrische Ausgabe in Reaktion auf die genannte elektrische Sensorausgabe und das genannte invertierte elektrische Signal erzeugt.
Kompensationsschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (22) einen Drucksensor umfasst.
Kompensationsschaltung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Lautsprecher (18) einen Basslautsprecher umfasst.
Kompensationsschaltung nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die invertierende Schaltung (26) eine Verzögerungsschaltung (40) zur Erzeugung einer Zeitverzögerung im genannten invertierten elektrischen Signal umfasst.
Kompensationsschaltung nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die invertierende Schaltung (26) einen Operationsverstärker (32) umfasst.
Kompensationsschaltung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Operationsverstärker (32) einen Widerstand (R₂) aufweist, welcher an einen invertierenden Eingang (30) und an einen Ausgang (34) gekoppelt ist.
Kompensationsschaltung nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorregler (24) die invertierte elektrische Ausgabe und die elektrische Sensorausgabe addiert.
Verfahren zur Kompensation einer elektrischen Ausgabe eines Sensors (22), gekennzeichnet durch folgende Schritte: Erzeugung eines elektrischen Signals an einem Audiosystemausgang und elektrischen Eingang eines Lautsprechers (18); Invertierung des elektrischen Signals zur Bildung eines invertierten elektrischen Signals; Erzeugung eines elektrischen Sensorausgangssignals, das durch die Akustik des Lautsprechers (18) verändert wird, und Kombination des invertierten elektrischen Signals und des Sensorausgangssignals zur Bildung einer kompensierten elektrischen Ausgabe.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Lautsprecher (18) einen Basslautsprecher umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, weiterhin gekennzeichnet durch die Erzeugung eines Verzögerungssignals, wobei das genannte invertierte Signal in Reaktion auf das genannte Verzögerungssignal gebildet wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Kombination das Addieren der invertierten elektrischen Ausgabe und der genannten elektrischen Sensorausgabe umfasst.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (22) einen Drucksensor umfasst.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Erzeugung eines elektrischen Signals die Erzeugung eines elektrischen Signals entsprechend dem akustischen Signal des Lautsprechers (18) umfasst.