DE10336977B4

DE10336977B4 - Kompensationsschaltung zur Beseitigung von Audiorauschen an einem Automobilsensor und Verfahren zur Kompensation

Info

Publication number: DE10336977B4
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: 2005-08-04
Anticipated expiration: 2023-08-13
Also published as: US20060002568A1; US20040047475A1; DE10336977A1; US7127073B2; GB2392796A; GB0319155D0

Abstract

Kompensationsschaltung (12) für einen Sensor (22), welcher ein elektrisches Sensorsignal 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 dem akustischen Lautsprechersignal erzeugt, und
einen Sensorregler (24), der an die invertierende Schaltung (26) und den genannten Sensor (22) gekoppelt und so eingerichtet ist, dass im Ausgangssignal des Reglers (24) der im Sensorsignal störende Anteil des Lautsprechersignals kompensiert ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kompensationsverfahren und eine Kompensationsschaltung für einen Sensor, welcher ein elektrisches Sensorsignal erzeugt und in der Nähe des Lautsprechers eines Audiosystems angeordnet ist.
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 das Ausgangssignal des Sensors beeinflussen kann. Insbesondere kann das Ausgangssignal 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 ein elektrisches Sensorsignal 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 einem akustischen Lautsprechersignal. Ein Sensorregler ist mit der invertierenden Schaltung und dem Sensor gekoppelt. Der Regler erzeugt ein kompensiertes elektrisches Signal in Reaktion auf das elektrische Sensorsignal und das invertierte elektrische Signal.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Kompensationsverfahren für ein elektrisches Sensorsignal 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 Sensor(ausgangs)signals, welches durch das akustische Lautsprechersignal verändert ist, und Kombination des invertierten elektrischen Signals und des Sensorsignals zur Bildung eines kompensierten elektrischen Sensorsignals.

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 eines normalen Sensorsignals;

3 eine Wiedergabe einer Ausgabe des Basslautsprechers, und

4 eine Wiedergabe eines Sensorsignals, das 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 dem Ausgangssignal 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

angeschlossen ist. Durch geeignete Auswahl der 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 das Ausgangssignal 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 des normalen Sensorsignals gegenüber der Zeit gezeigt.

In 3 ist das Basslautsprecher-Signal gegenüber der Zeit aufgetragen. Dieses Signal stellt das elektrische Ausgangssignal des Audiosystems dar.

4 zeigt das Sensorsignal, welches von dem Basslautsprecher-Signal beeinflusst wurde. Wenn das elektrische Signal 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 ein elektrisches Sensorsignal 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 dem akustischen Lautsprechersignal erzeugt, und einen Sensorregler (24), der an die invertierende Schaltung (26) und den genannten Sensor (22) gekoppelt und so eingerichtet ist, dass im Ausgangssignal des Reglers (24) der im Sensorsignal störende Anteil des Lautsprechersignals kompensiert ist.
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) ein Drucksensor ist.
Kompensationsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Lautsprecher (18) ein Basslautsprecher ist.
Kompensationsschaltung nach 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 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.
Verfahren zur Kompensation des elektrischen Sensorsignals eines Sensors (22), das durch akustische Kopplung mit einem in der Nähe des Sensors angeordneten Lautsprecher (18) eines Audiosystems beeinträchtigt ist, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Erzeugung eines elektrischen Signals an einem Audiosystemausgang und elektrischen Eingang des Lautsprechers (18); Invertierung des elektrischen Signals zur Bildung eines invertierten elektrischen Signals; Erzeugung eines elektrischen Sensorsignals, das durch das akustische Lautsprechersignal verändert wird, und Kombination des invertierten elektrischen Signals und des Sensorsignals zur Bildung eines kompensierten elektrischen Sensorsignals.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Lautsprecher (18) ein Basslautsprecher ist.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, weiterhin gekennzeichnet durch die Erzeugung eines Verzögerungssignals, wobei das genannte invertierte Signal in Reaktion auf das genannte Verzögerungssignal gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kombination das Addieren der invertierten elektrischen Ausgabe und des genannten elektrischen Sensorsignals umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (22) ein Drucksensor ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Signal so erzeugt wird, dass es dem akustischen Signal des Lautsprechers (18) entspricht.