DE19543128A1 - Aktives Schallabsorptionssystem für ein Kraftfahrzeug - Google Patents
Aktives Schallabsorptionssystem für ein KraftfahrzeugInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein aktives Schallabsorptionssystem, insbesondere für
ein Kraftfahrzeug, mit zumindest einem Lautsprecher zur Erzeugung von
Schalldruck, der von einem als Eingangsgröße den Schalldruck im Kraftfahr
zeug-Innenraum verarbeitenden Regler angesteuert wird. Zum bekannten
Stand der Technik wird beispielshalber auf die DE 42 26 885 A1 verwiesen,
sowie auf die noch nicht veröffentlichte deutsche Patentanmeldung 44 46
080, die eine vorteilhafte Weiterbildung des in der erstgenannten Schrift be
schriebenen Schallabsorptionssystemes beinhaltet. In diesem Zusammen
hang soll ausdrücklich darauf hingewiesen werden, daß sich die vorliegende
Erfindung auf jedes aktive Schallabsorptionssystem insbesondere für ein
Kraftfahrzeug bezieht und nicht auf einen sog. aktiven Helmholtz-Resonator,
der Inhalt der erstgenannten Schrift ist, beschränkt ist.
Ein aktives Schallabsorptionssystem für ein Kraftfahrzeug besteht im we
sentlichen aus zumindest einem Mikrophon als Sensor zur Erfassung des
Schalldruckes im Fahrzeug-Innenraum. Das Ausgangssignal dieses Mikro
phones wird dann über einen Regler mit einem geeigneten Frequenzgang
zumindest einem Lautsprecher zugeführt, der daraufhin Schall in den Fahr
zeug-Innenraum abstrahlt, der über das Übertragungsverhalten des Laut
sprecher zum Mikrophon rückkoppelt. Einen grundsätzlichen Aufbau eines
derartigen aktiven Schallabsorptionssystemes zeigt Fig. 1. Dabei ist mit der
Bezugsziffer 11 ein Schalldrucksensor oder auch Mikrophon bezeichnet, der
Regler trägt die Bezugsziffer 12 und der Lautsprecher die Bezugsziffer 13.
Der eben beschriebene Regelkreis dieses aktiven Schallabsorptionssyste
mes ist in Fig. 2 dargestellt. Dabei bezeichnet pstör den störenden
Schalldruck im Fahrzeug-Innenraum, paktive System den Schalldruck, der vom
aktiven Schallabsorptionssystem erzeugt wird, sowie pges den tatsächlichen
Schalldruck im Fahrzeug-Innenraum. Mit HMik ist die Übertragungsfunktion
des Mikrophons bezeichnet, mit HRegler die Übertragungsfunktion des Reglers
und mit HLS die Übertragungsfunktion des Lautsprechers. Wie ersichtlich gibt
der Regler 12 ein Ausgangssignal ab, das Eingangsgröße für den Lautspre
cher 13 ist, diese Eingangsgröße ist dabei die am Lautsprecher angelegte
Spannung, nämlich ULS. Im Sinne eines Regelkreises wirkt sich die Mem
branauslenkung des Lautsprechers, die mit xLS bezeichnet ist, über die
Übertragungsfunktion HLS-Mik als der bereits eingangs genannte Schalldruck
paktives System rückkoppelnd im Regelkreis aus. Dabei müssen für eine wir
kungsvolle Schallabsorption im gesamten Regelkreis gewisse Stabilitätsbe
dingungen erfüllt sein, die wesentlich von den eben genannten Übertra
gungsfunktionen der einzelnen Regelkreisglieder abhängen.
Der beschriebene Regelkreis bzw. der Regler 12 kann zunächst auf einfache
Weise derart ausgelegt werden, daß sich das gewünschte schalldrucksen
kende Verhalten einstellt. Diese grundlegende Auslegung ist jedoch nur so
lange gültig, als die Übertragungsglieder des Regelkreises die bei der Aus
legung ermittelten Eigenschaften aufweisen. Über die Dauer des Betriebes
eines derartigen aktiven Schallabsorptionssystemes ist es aber nicht ge
währleistet, daß diese Eigenschaften der einzelnen Übertragungsglieder
auch konstant bleiben. So ändern sich beispielsweise die Parameter des
Lautsprechers 13 oder des Mikrophones 11 erheblich mit deren Temperatur
oder auch durch Alterung. Auch kann das Übertragungsverhalten HLS-Mik er
heblich variieren, beispielsweise durch verschiedene Beladungs- oder Be
setzungszustände des Kraftfahrzeuges. Tatsächlich ist es von wesentlichem
Einfluß, wieviele Personen beispielsweise sich im Inneraum des Kraftfahr
zeuges befinden. Diese möglichen Variationen können dazu führen, daß sich
die Eigenschaften des gesamten Regelkreises so weit ändern, daß das ak
tive System unwirksam wird oder daß schlimmstenfalls sogar der Schalldruck
pges im Fahrzeug-Innenraum erhöht wird. In diesem Falle könnten sogar in
stabile Rückkopplungen auftreten.
Um die eben genannten Fehlfunktionen des Regelkreises so gut als möglich
auszuschließen, könnte grundsätzlich die gesamte Übertragungsstrecke in
klusive aller Regelkreisglieder immer wieder neu eingemessen werden. Dies
bedingt jedoch das Einspielen eines geeigneten Anregungssignales. Letzte
res muß selbstverständlich hörbar sein und kann daher zum einen die Insas
sen des Fahrzeuges irritieren. Ferner erhält man hiermit nur indirekt Aussa
gen über die Wirksamkeit des aktiven Schallabsorptionssystemes, tatsäch
lich erhält man nur Aussagen über das Übertragungsverhalten des gesam
ten Regelkreises. Es ist hiermit also nicht ableitbar, ob das aktive Schallab
sorptionssystem den Schalldruck im Fahrzeug-Innenraum bei irgendeiner
Frequenz auch hörbar verstärkt.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, Maßnahmen aufzuzeigen, mit Hilfe derer
ein aktives Schallabsorptionssystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1
unter allen Umständen und Randbedingungen im Hinblick auf eine bestmög
liche Schallabsorption selbsttätig eingestellt werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß zeitweilig eine Regler-Kenn
größe verändert wird, daß mit den verschiedenen Regler-Kenngrößen die
Differenz der jeweiligen Schalldruckspektren (im Fahrzeug-Innenraum) ge
bildet wird, und daß die optimale Regler-Kenngröße im Hinblick auf eine
gewisse Differenz eingestellt wird. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen
sind Inhalt der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß wird der Regler ausgehend von seiner Grundeinstellung
selbsttätig quasi verstimmt. Hierzu wird eine Regler-Kenngröße verändert, so
beispielsweise bzw. bevorzugt die Regler-Verstärkung. Alternativ kann es
sich bei dieser zu verändernden Regler-Kenngröße jedoch auch um eine
einstellbare Phasenverschiebung oder um zumindest einen einstellbaren
Regler-Filterkoeffizienten handeln. Des besseren Verständnisses wegen wird
jedoch in den folgenden Erläuterungen die Regler-Verstärkung als zu verän
dernde Regler-Kenngröße zugrundegelegt.
Die vorliegende Erfindung geht somit von den folgenden Grundsätzen aus:
- 1. Es existiert eine optimale Regler-Verstärkung, bei der das aktive Schallabsorptionssystem den Schalldruck pges im Fahrzeug-Innen raum im gewünschten Frequenzbereich abbaut und gleichzeitig keine störende Anfachung in anderen Frequenzbereichen verursacht. Wie dem Fachmann bekannt ist, ist nämlich jeder Schalldruck-Abbau bzw. jede Schalldruck-Absorption in einem ersten Frequenzband zwangsläufig mit einer (wenn auch minimalen) Schalldruckverstärkung in einem anderen Frequenzband verbunden.
- 2. Wird nun diese optimale Regler-Verstärkung erhöht, so verstärkt sich nicht nur der Schalldruckabbau im ersten Frequenzband, sondern auch die Schalldruck-Anfachung im zweiten Frequenzband. Bei einer zu starken Erhöhung der Regler-Verstärkung wird schließlich der Re gelkreis instabil.
- 3. Wird hingegen die optimale Regler-Verstärkung verringert (oder all gemein die zunächst optimale Regler-Kenngröße irgendwie verän dert), so wird auch die Wirksamkeit des Schallabsorptionssystemes und gleichzeitig die Anfachung im zweiten Frequenzband reduziert.
Die vorliegende Erfindung nutzt nun die Variation der Wirksamkeit im Hin
blick auf eine Schallabsorption bzw. die Variation der Anfachung infolge
einer Veränderung der Regler-Verstärkung, um Aussagen über die tatsächli
che Wirksamkeit zur Schalldruckreduzierung bzw. zur Anfachung des
Schalldruckes im Fahrzeug-Innenraum zu treffen. Dabei wird folgenderma
ßen vorgegangen: Nachdem der Regler entsprechend den ursprünglichen
Parametern der einzelnen Übertragungsglieder des Regelkreises optimal
hinsichtlich der Wirksamkeit zur Schalldruckreduzierung ausgelegt wurde,
hängt die absolute Schalldruckreduzierung von der optimalen Regler-Ver
stärkung ab. Geht man nun von einer gegebenen Regler-Verstärkung aus,
so kann man diese in einem gewissen Bereich variieren, ohne daß eine stö
rend hörbare Änderung der Schalldruckreduzierung auftritt. Stärkere Ver
änderungen der Regler-Verstärkung (oder allgemein einer Regler-Kenn
größe) hingegen führen zu einer stärkeren Anfachung. Wird nun bei ver
schiedenen Regler-Verstärkungen das jeweilige Schalldruckspektrum ermit
telt und wird anschließend daran die Differenz der jeweiligen Schalldruck
spektren, die mit den verschiedenen Regler-Verstärkungen erzielt wurden,
gebildet, so kann eine optimale Regler-Verstärkung im Hinblick auf eine ge
wisse Differenz eingestellt werden.
Erfindungsgemäß wird somit der Regelkreis zeitlich abwechselnd mit zumin
dest zwei verschiedenen Regler-Kenngrößen betrieben. Das damit erzielte
Ergebnis wird analysiert, und zwar werden die jeweiligen Schalldruckspek
tren aufgenommen und deren Differenz gebildet. Hat diese Differenz einen
bestimmten Wert, so liegt dann eine optimale Regler-Kenngröße vor. Dabei
kann diese Differenz ein fester Schwellwert sein, sie kann aber auch als be
liebige Funktion abgelegt sein oder die jeweils optimale Regler-Kenngröße
kann als experimentell ermittelter Wert in Abhängigkeit von der Differenz der
Schalldruckspektren tabellarisch abgelegt sein.
Meßtechnisch kann die mit einer Veränderung einer Regler-Kenngröße ein
hergehende Wirksamkeitsveränderung der Schallabsorption und die damit
verbundene Veränderung einer Anfachung einfach erfaßt werden. Bei
spielsweise durch eine FFT-Analyse kann hierzu das Schalldruckspektrum
im Fahrzeug-Innenraum jeweils bei einem festen Wert der Regler-Verstär
kung (oder Regler-Kenngröße) bestimmt werden. In Frage kommen hierbei
sowohl die absoluten Beträge der Schalldruckspektren als auch logarith
mierte Beträge o. ä. Ebenfalls denkbar ist es, anstelle der FFT-Werte mit
spezifischen Lautheiten oder Terzspektren zu arbeiten oder mit gefilterten
Schalldruckpegeln die Differenzen bei jeder Umschaltung der Regler-Kenn
größe zu berechnen.
Um die beschriebene Routine, d. h. die Differenzbildung zwischen zwei
Schalldruckspektren sowie die davon abhängige Einstellung der Regler-
Kenngröße möglichst einfach zu halten, um andererseits jedoch auch eine
größtmögliche Änderung der jeweiligen Differenzwerte in Abhängigkeit von
einer Änderung der Regler-Kenngröße zu erzielen, wird bevorzugt die Diffe
renz zwischen den Schalldruckspektren in einem solchen Frequenzbereich
analysiert, in dem eine Anfachung erfolgt. Für die Bewertung der Differenz
spektren ist es somit hilfreich, die maximale Anfachung des Schalldruckes im
Fahrzeug-Innenraum zu betrachten, die - wie bekannt - mit zunehmender
Regler-Verstärkung wächst. Insbesondere wenn man mit der Regler-Ver
stärkung in die Nähe der Stabilitätsgrenze des Reglers gelangt, nimmt die
Anfachung überproportional schnell mit einer Erhöhung der Regler-Verstär
kung zu. Gibt man nun einen Maximalwert für die Anfachung vor, dann kann
man bei Überschreiten dieses Anfachungs-Maximalwertes oder auch Anfa
chungs-Schwellwertes die Regler-Verstärkung wieder verringern. Eine dar
auffolgende Veränderung der Regler-Kenngröße bzw. Umschaltung zwi
schen zwei Regler-Verstärkungswerten kann dann auf einem insgesamt
niedrigeren Regler-Verstärkungsniveau weiter durchgeführt werden. Generell
wird somit die Regler-Kenngröße bei Überschreiten eines Anfachungs-
Schwellwertes im Sinne einer Verringerung der Differenz der Schalldruck
spektren verändert.
Andererseits kann dann, wenn ein bestimmter Anfachungs-Schwellwert noch
nicht erreicht ist, das Reglerverstärkungsniveau erhöht werden. Die darauf
folgende Umschaltung zwischen zwei Regler-Verstärkungen kann somit ins
gesamt auf einem höheren Niveau erfolgen. Allgemein kann somit die Reg
ler-Kenngröße bei Unterschreiten eines Anfachungs-Schwellwertes im Sinne
einer Erhöhung der Differenz der Schalldruckspektren verändert werden.
Allgemein kann dabei die Erhöhung oder Verringerung der Regler-Verstär
kung mit konstanten Faktoren erfolgen oder in Abhängigkeit vom Wert der
ermittelten Anfachung. Dies bedeutet, daß beispielsweise die Regler-Ver
stärkung stärker reduziert wird, wenn eine größere Anfachung erfaßt wird.
Der Faktor für die Modifikation der Regler-Verstärkung kann dann - wie oben
bereits angegeben - eine Funktion sein, die abhängig ist von der Anfachung.
Dieser Faktor kann aber auch einer Tabelle entnommen werden, die die
beste Veränderung der Regler-Verstärkung in Abhängigkeit von der Anfa
chung aus experimentell ermittelten Werten enthält.
Anstelle oder zusätzlich zur Auswertung in demjenigen Frequenzbereich, in
dem eine Anfachung erfolgt, kann jedoch auch der Schalldruckabbau, d. h.
die wirksame Schallabsorption analysiert werden. Das heißt, die Differenz
der Schalldruckspektren kann auch in einem solchen Frequenzbereich ana
lysiert werden, in dem die hauptsächliche Schalldruck-Reduzierung erfolgt.
Selbstverständlich können auch gemittelte oder anderweitig gewichtete
Werte aus dem Schalldruckspektrum herangezogen werden oder auch nur
einzelne Frequenzbänder betrachtet werden. Generell erhält man durch das
beschriebene Verfahren bei geeigneter Wahl der Schwellwerte automatisch
eine optimale Regler-Verstärkung (oder allgemein Regler-Kenngröße), bei
der der Regler 12 stabil und mit maximal erzielbarer Schalldruckreduktion ar
beitet.
Wie bereits mehrfach erwähnt, liegt der Erfindung zugrunde, daß zeitweilig
eine Regler-Kenngröße (bevorzugt die Regler-Verstärkung) verändert wird.
Zeitweilig wird somit zwischen zumindest zwei Regler-Kenngrößen umge
schaltet. Dieses Umschalten (bevorzugt der Verstärkung) kann dabei sowohl
in regelmäßigen zeitlichen Abständen als auch in unregelmäßigen zeitlichen
Abständen erfolgen. Der Wechsel zwischen den einzelnen Regler-Verstär
kungen/Regler-Kenngrößen kann dabei als Sprungfunktion ausgeführt wer
den, aber auch als Rampe oder anderweitig geglättet, um eine Hörbarkeit
dieses Umschaltvorganges für die Fahrzeug-Insassen zu verhindern. Dabei
kann - wie bereits erläutert - die zu verändernde Regler-Kenngröße nur ge
ringfügig verändert werden, um bereits hinreichend genaue Aussagen zu
erhalten. Abweichend davon ist es jedoch auch möglich, die zu verändernde
Regler-Kenngröße maximal zu verändern und zwar durch Einschalten bzw.
Ausschalten des gesamten Reglers 12 des aktiven Schallabsorptionssyste
mes. Auch hiermit können nach dem bereits beschriebenen Verfahren die
Differenzen zwischen den jeweiligen Schalldruckspektren gebildet und aus
gewertet werden. Auch hieraus resultiert eine absolute Aussage über die
Auswirkung des aktiven Schallabsorptionssystemes auf den Schalldruck pges
im Fahrzeug-Innenraum. Dabei kann dieses letztgenannte Verfahren des
Ein- bzw. Ausschaltens des Reglers 12 auch für adaptive Regelsysteme be
nutzt werden, um die Leistungsfähigkeit bzw. die korrekte Arbeitsweise eines
adaptiven aktiven Schallabsorptionssystems zu überprüfen, wobei sowohl
feed-forward- als feed-back-Verfahren in Betracht kommen. Angemerkt sei
noch, daß die Darstellung gemäß Fig. 1 und 2 sich jedoch auf nicht-adaptive
aktive Schallabsorptionssysteme bezieht.
Wie bereits kurz erläutert, können die Schalldruckspektren bevorzugt mit
dem ohnehin vorhandenen und notwendigen Mikrophon 11 des Reglers 12
aufgenommen werden. Dabei können sich jedoch gleichzeitig mit einem Um
schalten der jeweils zu verändernden Regler-Kenngröße auch weitere
Randbedingungen ändern. So kann sich beispielsweise der Fahrbahnbelag,
auf welchem das Kraftfahrzeug dahinfährt, ändern, was gleichzeitig eine
Veränderung des Schalldruckes pges im Fahrzeug-Innenraum bewirkt. Durch
einen anderen Fahrbahnbelag nämlich oder auch durch Seitenwind, eine
andere Fahrgeschwindigkeit o. ä. ändert sich nämlich selbstverständlich der
störende Schalldruck pstör im Fahrzeug-Innenraum. Um Fehlmessungen, die
sich durch derartige Änderungen ergeben würden, zu eliminieren, wird be
vorzugt die Veränderung der Regler-Kenngröße (Regler-Verstärkung)
mehrmals durchgeführt und aus den daraus resultierenden Differenz-Werten
ein zu analysierender Differenz-Mittelwert gebildet. Dieser Differenz-Mittel
wert ist dann gleichzusetzen mit der Differenz der Schalldruckspektren, wie
sie im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegeben wurde. Somit
werden also Veränderungen des Schalldruckes pstör bzw. pges, die durch eine
veränderte Anregung von außen entstehen, dadurch eliminiert, daß die Um
schaltung des Reglers zwischen verschiedenen Regler-Kenngrößen/Regler-
Verstärkungen öfters wiederholt wird und daß diese mehreren Differenzspek
tren oder Differenzwerte, die sich durch Differenzbildung der dann jeweiligen
Schalldruckspektren ergeben, gemittelt werden. Damit werden nämlich nur
diejenigen Änderungen des Schalldruckes, die mit der Veränderung der
Regler-Kenngröße/Regler-Verstärkungen zusammenhängen und somit mit
den Differenzspektren korreliert sind, berücksichtigt, während sich alle ande
ren Schalldruck-Veränderungen infolge wechselnder Anregungen oder ande
ren wechselnder Schallquellen im Fahrzeug-Innenraum (beispielsweise
durch ein Radio-Gerät) auslöschen. Man erhält somit eine zuverlässige Aus
sage über die Wirksamkeit der Funktionsfähigkeit des aktiven Schallabsorp
tionssystemes. Diese Vorgehensweise der mehrmaligen Veränderung der
Regler-Kenngröße wird im folgenden im Zusammenhang mit Fig. 3 noch nä
her erläutert.
Um festzustellen, wie oft die Regler-Kenngröße bzw. Regler-Verstärkung
zwischen zwei Werten umgeschaltet werden sollte, um eine ausreichende
Eliminierung von Störeinflüssen zu erhalten, kann wie folgt vorgegangen
werden: Bei gleicher Regler-Kenngröße können zusätzlich die Differenzen
der hierbei erzielten Schalldruckspektren gebildet und gemittelt werden.
Wenn sich diese Differenzen gegen Null mitteln, ist eine ausreichende Mitte
lungszahl erreicht und der Auswertungsprozeß kann beginnen. In anderen
Worten kann somit zur Überprüfung der Konvergenz des Verfahrens die
Differenz zwischen den eventuell gemittelten Spektren mit jeweils gleicher
Regler-Verstärkung gebildet werden. Bei ausreichender Konvergenz müssen
sich diese Differenzen zu Null mitteln. Dies läßt sich somit ausnutzen, um
quasi online die Zahl der nötigen Mittelungen der Differenzen festzulegen,
nach denen eine Auswertung erfolgt.
Im übrigen empfiehlt es sich, zur Erzielung optimaler Meßergebnisse bei je
der definierten Regler-Kenngröße nicht nur ein einziges Schalldruckspektrum
zu ermitteln, sondern vielmehr einen Mittelwert aus mehreren Schalldruck
spektren zu bilden. Auch dies zeigt die nunmehr erläuterte Fig. 3:
In Fig. 3 ist über der Zeit als Abszisse die Regler-Verstärkung - dies sei hier die zu verändernde Regler-Kenngröße - auf der Ordinate aufgetragen. Wie ersichtlich wird über der Zeit die Regler-Verstärkung zwischen zwei Verstär kungswerten A und B zeitweise umgeschaltet.
In Fig. 3 ist über der Zeit als Abszisse die Regler-Verstärkung - dies sei hier die zu verändernde Regler-Kenngröße - auf der Ordinate aufgetragen. Wie ersichtlich wird über der Zeit die Regler-Verstärkung zwischen zwei Verstär kungswerten A und B zeitweise umgeschaltet.
Dabei werde zunächst der Regelkreis gemäß Fig. 2 mit einer Regler-Ver
stärkung A betrieben. Innerhalb der Zeitspanne t₁ werden dabei mehrere
Schalldruckspektren ermittelt - dies ist durch die vertikalen Striche auf der
zugehörigen geraden Strecke dargestellt - wonach einige dieser
Schalldruckspektren gemittelt werden. Dies ist durch die Zusammenfassung
der einzelnen Schalldruckspektren in einer Ellipse, die mit der Ziffer 1 be
zeichnet ist, dargestellt.
Anschließend wird auf die Regler-Verstärkung mit dem Wert B umgeschaltet.
Nunmehr befinden wir uns in der Zeitspanne t₂. Auch hier werden wieder
mehrere Schalldruckspektren im Fahrzeug-Innenraum erfaßt und gemittelt,
was durch die Ellipse 2 dargestellt ist. Zwischen diesen jeweils gemittelten
Schalldruckspektren wird nun die Differenz gebildet, der entsprechende Dif
ferenz-Wert ist mit 7 bezeichnet.
Weiterhin wird in dieser Zeitspanne t₂ nochmalig ein gemitteltes Schalldruck
spektrum aufgenommen, das durch die Ellipse 3 dargestellt ist. An
schließend wird wieder auf die Regler-Verstärkung A umgeschaltet, nunmehr
befinden wir uns in der Zeitspanne t₃. Hier wird abermalig ein gemitteltes
Schalldruckspektrum ermittelt, dieses ist in der Ellipse 4 dargestellt. Die Dif
ferenz der Schalldruckspektren bzw. Ellipsen 4 und 3 wird abermals gebildet,
der entsprechende Differenz-Wert ist mit 8 bezeichnet.
In der folgenden Zeitspanne t₄ wird der bereits beschriebene Vorgang
nochmals wiederholt, d. h. es wird wieder auf die Regler-Verstärkung mit
dem Wert B umgeschaltet. Abermalig wird ein Schalldruckspektrum 6 ermit
telt, das mit dem zuvor noch in der Zeitspanne t₃ ermittelten Schalldruck
spektrum 5 verglichen wird. Die entsprechende Differenz ist mit 9 bezeich
net. Nunmehr liegen drei Differenzwerte 7, 8, 9 vor, von denen abermals ein
Mittelwert gebildet wird, um die oben erläuterten Störeinflüsse von außen zu
eliminieren. Durch Mittelung der einzelnen Differenzwerte 7, 8, 9 ergibt sich
somit ein Differenz-Mittelwert 10, der nun zur erfindungsgemäßen Analyse
herangezogen werden kann und erfindungsgemäß die Grundlage für die op
timal einzustellende Regler-Verstärkung/Regler-Kenngröße bildet. Dabei
können selbstverständlich auch mehrere Differenzwerte ermittelt werden, die
hier erläuterte Zahl von 3 Stück ist lediglich beispielhaft.
Im Rahmen einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen
sein, daß die beschriebene Routine zur Einstellung einer optimalen Regler-
Kenngröße bei einer Fehlererkennung beendet wird. In diesem Zusammen
hang wird quasi überprüft, ob der Regelkreis selbst nicht bereits instabil ist.
Bei einer möglichen Instabilität fängt nämlich der Regelkreis an, mit zuneh
mender Amplitude zu schwingen, solange bis ein Übertragungsglied des
Regelkreises aufgrund seiner Bauweise keine größere Amplitude mehr zu
läßt. Durch eine Überprüfung des zeitlich gemittelten, vorher evtl. noch ge
eignet gefilterten Schalldruckes kann man den Zustand der Instabilität er
kennen, wenn dieser einen Maximalwert überschreitet, der unterhalb des
physikalisch maximal möglichen Schalldruckes und über einem üblicher
weise sinnvollen Schalldruck liegt. Beim Überschreiten dieses Schwellwertes
wird der Regler bevorzugt abgeschaltet, es kann jedoch auch ein anderer
Fehlerbehandlungsalgorithmus eingeleitet werden. So kann beispielsweise
die Regler-Verstärkung um mehrere 10er Potenzen erniedrigt werden oder
es kann ein neuer Einmeßvorgang gestartet werden, welcher im wesentli
chen einer Initialisierungsroutine entspricht, wie sie in der bereits eingangs
erwähnten deutschen Patentanmeldung 44 46 080 kurz beschrieben ist. So
kann vorgesehen sein, den Regler dann abzuschalten, wenn der Schalldruck
im Fahrzeug-Innenraum unmäßig laut ist und das aktive Schallabsorptions
system aufgrund seiner physikalisch maximal möglichen Amplitude nicht
mehr ohne Beschädigung der Regelkreis-Übertragungsglieder oder ohne
starke Verzerrungen den Schalldruck pstör reduzieren kann. Dabei kann zur
Überprüfung anstelle des Schalldruck-Maximalwertes auch jedes andere
Signal im Regelkreis benutzt werden, so beispielsweise die Ausgangsspan
nung des Reglers 12 bzw. ein Ansteuerungs-Maximalwert ULS für den Laut
sprecher. Wie bereits kurz angedeutet, kann auch dann, wenn der Algorith
mus zur Fehlererkennung einen Fehlerfall erkennt, also wenn sich z. B. die
Regler-Verstärkung auf einen wesentlich unter dem Vorgabewert liegenden
Wert einstellt, ein Einmeßvorgang gestartet werden, der die Regelkreispa
rameter neu vermißt und die zugehörigen Reglerparameter, insbesondere
alle, d. h. auch diejenigen, die nicht im Fehlererkennungsalgorithmus variiert
werden, erneut richtig einstellt.
Zusammenfassend wird somit mit der vorliegenden Erfindung ein zuverlässi
ges Kriterium erfaßt, das eine genaue Aussage über die Wirksamkeit der
Schallabsorption bzw. über die Anfachung des Schallabsorptionssystems
zuläßt, um damit eine Regler-Kenngröße, insbesondere die Regler-Verstär
kung optimal einzustellen und den unerwünschten Fall der zu großen Reg
ler-Verstärkung, der zu einer Regelkreisinstabilität führen würde, zu vermei
den. Es ist somit möglich, das erfindungsgemäße aktive Schallabsorptions
system auf korrektes Arbeiten hin zu überprüfen. Insbesondere wird eine
Erhöhung des Schalldruckes im Fahrzeug-Innenraum bei Defekt des aktiven
Schallabsorptionssystemes oder bei veränderten Randbedingungen vermie
den.
Claims (13)
1. Aktives Schallabsorptionssystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug,
mit zumindest einem Lautsprecher (13) zur Erzeugung von
Schalldruck (paktives system), der von einem als Eingangsgröße den
Schalldruck (pges) im Fahrzeug-Innenraum verarbeitenden Regler (12)
angesteuert wird,
dadurch gekennzeichnet, daß zeitweilig (Zeitspannen t₁, t₂, t₃, t₄) eine
Regler-Kenngröße (Regler-Verstärkung A, B) verändert wird, daß mit
den verschiedenen Regler-Kenngrößen (A, B) die Differenz (7, 8, 9,
10) der jeweiligen Schalldruckspektren gebildet wird, und daß die op
timale Regler-Kenngröße im Hinblick auf eine gewisse Differenz ein
gestellt wird.
2. Schallabsorptionssystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen den
Schalldruckspektren in einem solchen Frequenzbereich analysiert
wird, in dem eine Anfachung erfolgt.
3. Schallabsorptionssystem nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Regler-Kenngröße bei Überschrei
ten eines Anfachungs-Schwellwertes im Sinne einer Verringerung der
Differenz der Schalldruckspektren verändert wird.
4. Schallabsorptionssystem nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Regler-Kenngröße bei Unterschrei
ten eines Anfachungs-Schwellwertes im Sinne einer Erhöhung der
Differenz der Schalldruckspektren verändert wird.
5. Schallabsorptionssystem nach einem der vorangegangenen Ansprü
che,
dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz der Schalldruckspektren in
einem solchen Frequenzbereich analysiert wird, in dem die haupt
sächliche Schalldruck-Reduzierung erfolgt.
6. Schallabsorptionssystem nach einem der vorangegangenen Ansprü
che,
dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils optimale Regler-Kenngröße
als experimentell ermittelter Wert in Abhängigkeit von der Differenz
der Schalldruckspektren tabellarisch abgelegt ist.
7. Schallabsorptionssystem nach einem der vorangegangenen Ansprü
che,
dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung der Regler-Kenngröße
mehrmals durchgeführt und aus den daraus resultierenden Differenz-
Werten (7, 8, 9) ein zu analysierender Differenz-Mittelwert (10) gebil
det wird.
8. Schallabsorptionssystem nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß bei mehrmaliger Annahme zweier ver
schiedener Regler-Kenngrößen (Regler-Verstärkungswerte A, B) zu
sätzlich die Differenzwerte der Schalldruckspektren bei jeweils glei
cher Kenngröße gebildet und gemittelt werden, und daß eine Annähe
rung dieses zusätzlichen gemittelten Differenzwertes gegen Null ein
Hinweis auf einen ausreichend genauen Differenz-Mittelwert (10) aus
Anspruch 7 ist.
9. Schallabsorptionssystem nach einem der vorangegangenen Ansprü
che,
dadurch gekennzeichnet, daß die zu verändernde Regler-Kenngröße
die Regler-Verstärkung ist.
10. Schallabsorptionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die zu verändernde Regler-Kenngröße
eine einstellbare Phasenverschiebung oder zumindest ein einstellba
rer Regler-Filterkoeffizient ist.
11. Schallabsorptionssystem nach einem der vorangegangenen Ansprü
che,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schalldruckspektren mit dem Mikro
phon (11) des Reglers (12) aufgenommen werden.
12. Schallabsorptionssystem nach einem der vorangegangenen Ansprü
che,
dadurch gekennzeichnet, daß die beschriebene Routine bei einer
Fehlererkennung, so bei Überschreiten eines Schalldruck-Maximal
wertes oder eines Ansteuerungs-Maximalwertes des Lautsprechers
(13) oder bei einem wesentlich vom Vorgabewert abweichenden
Regler-Kenngrößenwert beendet wird.
13. Schallabsorptionssystem nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, daß im Falle einer Fehlererkennung ein
neuer Einmeßvorgang gestartet wird.
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