DE19540099A1 - Aktive Geräuschreduzierung für ein Fahrzeug - Google Patents

Aktive Geräuschreduzierung für ein Fahrzeug

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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System zur aktiven Geräuschreduzierung, wie es in der deutschen Patent­ anmeldung 19515769.9 der Anmelderin der vorliegenden Anmel­ dung offenbart ist. Im allgemeinen bezieht sich die Erfin­ dung auf ein System zur aktiven Geräuschreduzierung für die Verwendung in einem Kraftfahrzeug. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein System zur aktiven Ge­ räuschreduzierung für Kraftfahrzeuge, das geringe Kosten und eine einfache Struktur aufweist und eine Geräuschreduzie­ rungssteuerung in Übereinstimmung mit einem Motor-Luftan­ saugzyklus eines Kraftfahrzeugs bewirken kann.
In jüngerer Zeit wurde eine neue Technologie zum Liefern von Systemen zur aktiven Geräuschreduzierung (die auch als Ge­ räuschunterdrückung, Geräuschbeseitigung usw., bezeichnet werden kann) für Kraftfahrzeuge eingeführt.
Allgemein arbeiten derartige Systeme zur aktiven Geräuschre­ duzierung bezugnehmend auf einen ersten Schall (oder einer Schallvielzahl), der sich als ein Wellenbewegungs-Phänomen in einer umgebenden Atmosphäre entsprechend der Dichte­ schwankung der umgebenden Atmosphäre ausbreitet. Der erste Schall kann somit beispielsweise ein Geräusch sein, das durch ein Kraftfahrzeug oder eine Komponente desselben ent­ sprechend dem Betrieb des Fahrzeugs erzeugt wird. Entspre­ chend dem Wellenverlauf, der durch den ersten Schall erzeugt wird, wie er während der Erzeugung desselben erfaßt wird, wird ein zweiter Schallwellenverlauf (ein zweiter Schall) basierend auf einer Phasenverarbeitung des ersten Schalls erzeugt und ausgegeben, um mit dem ersten Schall zu überla­ gern und somit eine Unterdrückung des Geräusches zu liefern.
Im allgemeinen wurde ein Erfassung des Geräuschs über ein Mikrofon, das in einer Fahrzeugkabine vorgesehen ist, be­ wirkt. Demgemäß muß eine Geräuschkomponente aus dem Gesamt­ schall, der durch das Mikrofon erfaßt wird, extrahiert wer­ den, und eine Phasenverarbeitung wird auf dieser extrahier­ ten Geräuschkomponente durchgeführt, um einen Überlagerungs­ wellenverlauf zu erzeugen, der verwendet wird, um einen Lautsprecher zu treiben, um eine Überlagerung mit der Ge­ räuschkomponente zu bewirken und den gewünschten Effekt der Geräuschreduzierung zu liefern.
Jedoch muß gemäß der obigen Anordnung eine komplexe Filte­ rung und Phasenverarbeitung und ein dazugehöriger Schal­ tungsaufbau vorgesehen sein, was die Verwendung eines digi­ talen Signalprozessors (DSP) oder dergleichen notwendig macht. Demgemäß sind die Herstellungskosten eines solchen Systems zur aktiven Rauschreduzierung wesentlich erhöht. Ferner ist die Verarbeitung, die notwendig ist, um das Ver­ fahren der Geräuschreduzierung selbst zu bewirken, gemäß der obigen Anordnung kompliziert.
Außerdem gilt für viele Kraftfahrzeuge, daß ein Geräuschtyp, der unterdrückt werden soll, häufig gemäß einem Luftansaug­ puls des Fahrzeugmotors erzeugt wird. Es muß jedoch berück­ sichtigt werden, daß das Anwenden eines solchen Systems zur aktiven Geräuschreduzierung, wie es oben umrissen wurde, für die Aufgabe des Unterdrückens ausschließlich eines auf einen solchen Luftansaugpuls bezogenen Geräusches nicht kosten­ effektiv ist, und tatsächlich ein unerwünscht aufwendiges und komplexes System zur aktiven Geräuschreduzierung zur Folge hat.
Somit wurde gefordert, ein System zur aktiven Geräuschredu­ zierung zu schaffen, das zur Unterdrückung eines Geräusches, das durch einen solchen Luftansaugpuls erzeugt wird, in ei­ nem Kraftfahrzeug zu schaffen, welches einen einfachen Auf­ bau aufweist und mit geringen Kosten implementiert werden kann.
Die oben genannte japanische Patentanmeldung der Anmelderin der vorliegenden Erfindung offenbart eine Struktur für ein aktives Aufhängungssystem für ein Kraftfahrzeug, das zur Re­ duzierung eines zu einem solchen Luftansaugpuls gehörigen Rauschens angewendet werden kann. Gemäß dieser Offenbarung ist eine Erfassungseinrichtung strömungsmäßig hinter einem Luftflußventil (oder Drosselventil) in dem Luftansaugsystem des Fahrzeugs vorgesehen, während der Lautsprecher (oder der elektrische/akustische Wandler) auf der Luftansaugseite strömungsmäßig vor einem Fahrzeug-Luftfilter vorgesehen ist.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein kosten­ günstiges System zur aktiven Geräuschreduzierung mit einem einfachen Aufbau zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein System zur aktiven Geräuschre­ duzierung gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Die vorliegende Erfindung schafft ein verbessertes System zur aktiven Geräuschreduzierung für eine zweckgebundene oder spezialisierte Anwendung, welches reduzierte Kosten und eine reduzierte Komplexität aufweisen kann, während es ein ver­ bessertes Verhalten liefert.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein System zur aktiven Geräuschreduzierung zu schaffen, das an­ wendbar ist, um ein von einem Luftansaugpuls erzeugtes Ge­ räusch in einem Kraftfahrzeug zu unterdrücken, welches einen einfachen Aufbau und im wesentlichen geringe Kosten auf­ weist.
Es ist ein weiterer Vorteil der Erfindung, ein System zur aktiven Geräuschreduzierung für eine zweckgebundene oder spezialisierte Anwendung in einem Kraftfahrzeug zu schaffen, welches reduzierte Kosten und eine reduzierte Komplexität aufweist, während ein verbessertes Verhalten geliefert wird.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein System zur aktiven Geräuschreduzierung für eine Kraftfahrzeug geschaffen, das folgende Merkmale aufweist:
eine Ansaugluftflußvolumen-Erfassungseinrichtung, die wirk­ sam ist, um basierend auf einem erfaßten Luftflußvolumen ein Ansaugluftflußvolumen-Signal auszugeben, wobei das Ansaug­ luftflußvolumen-Signal zumindest entweder Daten enthält, die ein Zyklusintervall der Luftflußerfassung anzeigen, oder Da­ ten, die einen Ausgangspegel des erfaßten Luftflußvolumens anzeigen;
eine Vergleichseinrichtung, die eine Datentabelle aufweist, zum Vergleichen der Daten des Ansaugluftflußvolumen-Signals mit Daten aus der Tabelle und zum Ausgeben eines Schaller­ zeugungs-Steuersignals basierend auf dem Vergleich;
eine Schallwellen-Erzeugungseinrichtung, die in einem Luft­ ansaugsystem eines Motors des Fahrzeugs angeordnet ist, wel­ che wirksam ist, um gemäß dem Schallerzeugungs-Steuersignal beim Empfang des Schallerzeugungs-Steuersignals eine Schall­ welle zu erzeugen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeich­ nungen näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Systems zur aktiven Ge­ räuschreduzierung gemäß einem bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 2 ein schematisches Querschnittsdiagramm des Systems zur aktiven Geräuschreduzierung der Erfindung ent­ sprechend dem Einbau in ein Kraftfahrzeug;
Fig. 3 ein Flußdiagramm zur schrittweisen Erläuterung des Betriebs des Systems zur aktiven Geräuschreduzierung der Erfindung; und
Fig. 4 ein Diagramm zum Erklären der Beziehung zwischen ei­ ner Zeit T, einem Wert Qpp, der zum Berechnen eines Lautsprecher-Steuersignals verwendet wird, und einer Ausgabeperiode eins Luftflußmessers des Fahrzeuges.
Gemäß Fig. 1 ist ein Blockdiagramm vorgesehen, um eine Über­ sicht des Systems der Erfindung und der Hauptteile desselben zu zeigen. Wie zu sehen ist, weist das System elementar eine Einrichtung zum Erfassen eines Ansaugluftflußvolumens, einen Berechnungsabschnitt zum Bestimmen der Charakteristika einer Schallwelle zum Bewirken einher Geräuschreduzierung basierend auf dem erfaßten Ansaugluftflußvolumen, einen Schallerzeu­ gungs-Steuerabschnitt, der basierend auf den Schallwellen- Charakteristika, die im Berechnungsabschnitt bestimmt wer­ den, ein Schallerzeugungssignal erzeugt, und eine Schaller­ zeugungseinrichtung zum Erzeugen eines Schalls entsprechend dem Schallerzeugungssignal, das von dem Schallerzeugungs- Steuerabschnitt empfangen wird, auf.
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt eines Luftansaugsystems eines Kraftfahrzeugmotors, in den ein System zur aktiven Geräusch­ reduzierung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung eingebaut ist. Gemäß dem vorliegenden Ausführungs­ beispiel wird Ansaugluft entlang eines Ansaugluftwegs, der erstens einen Luftfilter 2, dann einen Luftflußmesser 10, ein Ansaugluftrohr 3, eine Ansaugluftkammer 4, einen Ansaug­ luft-Kollektor 5 und einen Ansaugluftkrümmer 6 aufweist, in den Motor 1 eingeführt. Eine Auslaßseite des Ansaugluftkrüm­ mers führt die Ansaugluft in eine Zylinderkammer des Fahr­ zeugmotors 1 ein. Es ist zu sehen, daß die Ansaugluftkammer ein Drosselventil 7 häust, das auf ein Fahrzeug-Gaspedal (nicht gezeigt) anspricht, um den Ansaugluftfluß zu dem Mo­ tor zu steuern. Es ist ferner offensichtlich, daß bei Mehr­ zylindermotoren jedes Verzweigungsrohr (nicht gezeigt) des Ansaugluftkrümmers jeweils mit zumindest einem Einspritzven­ til 8 versehen ist, das ein elektromagnetisch gesteuertes Ventil oder dergleichen sein kann. Kraftstoff wird von einer Kraftstoffpumpe (nicht gezeigt) zu dem Motor 1 geliefert, wobei eine Einrichtung zum Bewirken einer Druckregelungsope­ ration (nicht gezeigt) vorgesehen ist, um in dem Ansaugluft­ krümmer einen voreingestellen Druck beizubehalten, um die Kraftstoffeinspritzoperation zu vereinfachen.
Eine Steuereinheit 9, die einen Mikrocomputer oder derglei­ chen einschließen kann, gibt ein Kraftstoffeinspritz-Pulssi­ gnal zu jedem der Kraftstoffeinspritzventile aus, um jeweils die Ventilaktion gemäß dem Ausgangspuls zum Steuern der Kraftstoffeinspritzung zu dem Motorzylinder (den Zylindern) durchgehend zu steuern. Das heißt, daß durch die Steuerein­ heit 9 eine Pulsbreite für das Kraftstoffeinspritz-Pulssi­ gnal berechnet wird. Entsprechend einer Schwankung der Puls­ breite der Kraftstoffeinspritz-Pulssignalausgabe zu einem Einspritzventil 8 kann eine Ventilöffnungszeit zum Regeln des Ansaugluftflußvolumens zu dem Motor 1 gesteuert werden.
Der Luftflußmesser 10 gibt ein Proportionalsignal aus, das ein erfaßtes Volumen der Ansaugluft darstellt. Der Luft­ flußmesser 10 kann ein Temperatur-empfindlicher Widerstand oder dergleichen sein, wobei das bestimmte Ansaugluftfluß­ volumen Q, das durch die Steuereinheit 9 berechnet wird, auf einer Schwankung der Ausgabe des Widerstands basieren kann.
Ferner ist ein Kurbelwinkelsensor 11 vorgesehen, um bei­ spielsweise bei jedem Auftreten eines vorbestimmten Kurbel­ winkels ein Signal zu der Steuereinheit 9 auszugeben, durch das eine Motordrehzahl Ne berechnet werden kann. Ferner weist die Anordnung des vorliegenden Ausführungsbeispiels einen Drosselwinkelsensor 12 auf, der an dem Drosselventil 7 angeordnet ist und mit der Steuereinheit 9 verbunden ist, um einen Drosselöffnungswinkel (TWO) zu berechnen. Außerdem ist ein Fluidtemperatursensor 13 in der Kühlung-Fluidschaltung des Motors angeordnet und mit der Steuereinheit 9 verbunden, um einen Kühlfluid-Temperaturwert Tw zu berechnen.
Durch die oben beschriebene Anordnung wird auf der Basis des erfaßten Ansaugluftflußvolumens Q und der Motordrehzahl Ne die elementare Pulsbreite Tp berechnet. Dann wird auf der Basis des erfaßten Kühlfluid-Temperaturwerts Tw oder der­ gleichen der elementare Pulsbreitenwert Tp kontinuierlich eingestellt, um die korrigierte Pulsbreite Ti des ausgege­ benen Kraftstoffeinspritz-Pulssignales zu bestimmen.
Wie in Fig. 1 zu sehen ist, weist das System zur aktiven Ge­ räuschreduzierung der Erfindung einen Lautsprecher 15 oder eine andere Geräuscherzeugungsvorrichtung, beispielsweise einen elektro-akustischen Wandler oder dergleichen, auf, welcher in dem Ansaugluftsystem in der Nähe des Luftfilters 2 angeordnet ist, derart, daß die Ausgabeseite des Lautspre­ chers 15 dem Luftfilter 2 zugewendet ist. Gemäß dem vorlie­ genden Ausführungsbeispiel ist der Luftflußmesser 10 in dem Ansaugluftrohr 3 des Ansaugluftsystems strömungsmäßig hinter dem Luftfilter 2 und dem Lautsprecher 15 angeordnet. Gemäß dieser Anordnung ist ein Temperatur-empfindlicher Wider­ stand, der den Luftflußmesser 10 bildet, davor geschützt, durch eine Anordnung strömungsmäßig hinter dem Luftfilter 2 beschädigt zu werden, obwohl innerhalb des Bereichs der Er­ findung alternative Anordnungen ebenfalls möglich sind.
Gemäß der oben beschriebenen Anordnung wird eine aktive Ge­ räuschreduzierung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel durch die Steuereinheit 9 gesteuert. Da die Steuereinheit 9 wirksam ist, um Sensordaten zu lesen, einschließlich des Luftflußvolumens Q und dergleichen, und im allgemeinen einen Speicherabschnitt zum Verarbeiten verschiedener Daten, die sich auf den Fahrzeugbetrieb beziehen, aufweist, ist die Verwendung der Steuereinheit zum Steuern der aktiven Ge­ räuschreduzierung ökonomisch, dahingehend, daß eine getrenn­ te Steuereinrichtung nicht vorgesehen sein muß. Ferner kann der gleiche Speicherraum, der für eine andere Steueropera­ tion verwendet wird, gemeinsam durch das System zur aktiven Geräuschreduzierung verwendet werden. Gemäß dem oben Gesag­ ten wird Speicherplatz bewahrt, die Berechnungsgeschwindig­ keit erhöht und die Gesamtkosten werden reduziert.
Nachfolgend wird eine Ablaufverarbeitung des Systems zur ak­ tiven Geräuschreduzierung gemäß dem bevorzugten Ausführungs­ beispiel bezugnehmend auf das Flußdiagramm von Fig. 3 de­ tailliert erklärt.
Zuerst wir das Luftfluß-Volumensignal Q durch die Steuerein­ heit 9 empfangen und eine Verarbeitungsroutine für eine ak­ tive Geräuschreduzierung springt zu einem Schritt S1.
Im Schritt S1 wird die Ausgabe des Luftflußmessers 10 mit­ tels einer Analog/Digital-Umwandlung (A/D-Umwandlung) in eine digitale Form umgewandelt, um die Verarbeitung zu ver­ einfachen.
Danach werden in einem Schritt S2 die oberen und unteren Spitzen eines Wellenzyklusses des Luftflußvolumen-Signals Q bestimmt.
Im Anschluß wird ein Unterschied zwischen dem höchsten Spit­ zenwert und dem tiefsten Spitzenwert des Luftflußvolumensi­ gnals Q, das im Schritt 2 erfaßt wird, in einem Schritt 3 berechnet, um eine Luftansaugpuls-Amplitude Qpp (wie die Fig. 4) zu bestimmen.
Im Schritt 4 wird ein Spitzenintervall bestimmt, um eine Zykluszeit T des Luftansaugpulses (Fig. 4) zu berechnen.
Dann wird in einem Schritt 5 der Wert einer Frequenz f, die zur aktiven Geräuschreduzierungsverarbeitung verwendet wird, auf die gleichen Werte wie die Zykluszeit T, die im Schritt 4 berechnet wird, geändert.
Als nächstes wird im Schritt 6 ein Lautsprecher-Steuersignal zum Bewirken einer aktiven Geräuschreduzierung basierend auf der Luftansaugpuls-Amplitude Qpp, die im Schritt 3 hergelei­ tet wird, und der Frequenz f, die im Schritt 5 aktualisiert wird, hergeleitet. Zur Bestimmung der Charakteristika des Lautsprecher-Steuersignals, ist in einem Speicher eine Ta­ belle gespeichert, um das Lautsprecher-Steuersignal gemäß einem vorbestimmten Satz von Beziehungen zwischen der Fre­ quenz f und der Luftansaugpuls-Amplitude Qpp einzustellen.
Gemäß den Tabellendaten wird das Lautsprecher-Steuersignal mit einer eingestellten Phase zu dem Lautsprecher 15 ausge­ geben, um mit dem Schall (dem Geräusch), das im Luftansaug­ system des Motors erzeugt wird, zu überlagern.
Gemäß dem System der Erfindung wird das Überlagerungssignal, das zum Bewirken einer Rauschreduzierung erzeugt wird, stets kontinuierlich gemäß dem Motorluft-Ansaugflußvolumen einge­ stellt (der grundsätzlichen Ursache des auf das Luftansau­ gen bezogenen Geräuschs), und ein optimales Verhalten kann sichergestellt werden.
Das Lautsprecher-Steuersignal kann als ein analoges Signal mit variablem Strom zu der Schwingspule des Lautsprechers ausgegeben werden. Ferner können die Luftansaug-Signalam­ plitude Qpp und die Frequenz f verwendet werden, um ein Lastverhältnis-Pulssignal zu erzeugen, um die Lautsprecher- Schwingspule entsprechend einer Zyklusfrequenz des Lastver­ hältnissignals ein- und auszuschalten. Demgemäß kann eine voreingestellte Lastschallwelle erzeugt werden.
Ferner kann die vorliegende Erfindung implementiert werden, indem ein Ausgangssignal von dem Luftflußmesser durch entwe­ der ein Wellenintervall oder einen Signalpegel desselben verwendet wird.
Folglich wird gemäß der vorliegenden Erfindung gemäß der oben hierin gegebenen Beschreibung ein System zur aktiven Geräuschreduzierung geschaffen, das anwendbar ist, um ein durch einen Luftansaugpuls erzeugtes Geräusch in einem Kraftfahrzeug zu unterdrücken, welches einen einfachen Auf­ bau und im wesentlichen geringe Kosten aufweist.
Ferner wird gemäß dem Aufbau der Erfindung, wie er hierin umrissen ist, ein System zur aktiven Geräuschreduzierung für eine zweckgebundene oder spezialisierte Anwendung in einem Kraftfahrzeug geschaffen, welches reduzierte Kosten und eine reduzierte Komplexität aufweist, während ein verbessertes Verhalten geliefert wird.
Obwohl das bevorzugte Ausführungsbeispiel bezüglich der ak­ tiven Unterdrückung eines Geräusches, das zu einem Luftan­ saug- oder Kraftstoffeinspritz-Puls gehört, umrissen wurde, kann die vorliegende Erfindung, wie sie oben beschrieben wurde, ferner implementiert sein, um andere lokalisierte Ge­ räuschquellen in einem Kraftfahrzeug oder einem anderen Fahrzeugtyp zu erfassen und zu unterdrücken.

Claims (7)

1. System zur aktiven Geräuschreduzierung für ein Kraft­ fahrzeug, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
eine Ansaugluftflußvolumen-Erfassungseinrichtung, die wirksam ist, um basierend auf einem erfaßten Luftfluß­ volumen ein Ansaugluftflußvolumen-Signal auszugeben, wobei das Ansaugluftflußvolumen-Signal zumindest entwe­ der Daten, die ein Zyklusintervall der Luftflußerfas­ sung anzeigen, oder Daten, die einen Ausgangspegel des erfaßten Luftflußvolumens anzeigen, aufweisen;
eine Vergleichseinrichtung, die eine Datentabelle auf­ weist, um die Daten des Ansaugluftflußvolumen-Signals mit Daten aus der Tabelle zu vergleichen, und um ein Schallerzeugungs-Steuersignal basierend auf dem Ver­ gleich auszugeben; und
eine schallwellen-Erzeugungseinrichtung, die in einem Luftansaugsystem eines Motors (1) des Fahrzeugs an­ geordnet ist, welche wirksam ist, um gemäß dem Schall­ erzeugungs-Steuersignal beim Empfang des Schaller­ zeugungs-Steuersignals eine Schallwelle zu erzeugen.
2. System zur aktiven Geräuschreduzierung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinheit für eine Motorsteuerung, die zu­ mindest auf Motor-Luftansaugflußvolumen-Daten zugrei­ fen kann, die Daten gemeinsam benutzt, um das System zur aktiven Geräuschreduzierung weiter zu steuern.
3. System zur aktiven Geräuschreduzierung gemäß Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Verarbeitungseinrichtung, die basierend auf einer Spitzenerfassung des Zyklusintervalls oder der Aus­ gangspegel-Daten des Ansaugluftflußvolumen-Signals das Schallerzeugungs-Steuersignal bestimmt.
4. System zur aktiven Geräuschreduzierung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schallerzeugungs-Steuersignal basierend auf ei­ ner Amplitude des Ansaugluftflußvolumen-Signals, das gemäß einer Differenz zwischen einer höchsten und einer tiefsten erfaßten Spitze desselben bestimmt wird, aus der Tabelle bestimmt wird.
5. System zur aktiven Geräuschreduzierung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallwellen-Erzeugungseinrichtung nahe einem Luftfilter (2) des Motor-Luftansaugsystems des Fahr­ zeugs demselben zugewendet angeordnet ist.
6. System zur aktiven Geräuschreduzierung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftfilter in der Nähe einer Ansaugöffnung des Motor-Ansaugluft-Systems angeordnet ist.
7. System zur aktiven Geräuschreduzierung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansaugluftflußvolumen-Erfassungseinrichtung strömungsmäßig hinter dem Luftfilter angeordnet ist.
DE19540099A 1994-10-27 1995-10-27 Aktive Geräuschreduzierung für ein Fahrzeug Expired - Fee Related DE19540099C2 (de)

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