DE19749587C1 - Verfahren und Vorrichtung zur Beeinflussung eines von einem Insassen eines Fahrzeuges, insbesondere eines PKW's, subjektiv wahrgenommenen Eindrucks beim Betreiben des Kraftfahrzeugs - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Beeinflussung eines von einem Insassen eines Fahrzeuges, insbe­ sondere eines Pkw's, subjektiv wahrgenommenen Eindrucks beim Betreiben des Kraftfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff des An­ spruch 1 bzw. 17, wie beides bspw. aus der US 5,332,061 A1 als bekannt hervor geht.

Aus der US 5,332,061 A1 ist Verfahren zur Unterdrückung von in die Karosserie eingeleiteten Vibrationen und ein entsprechendes Fahrzeug bekannt. Die betreffenden eingeleiteten Vibrationen stammen vom Motor und werden an den Verbindungspunkten des Mo­ tors mit der Karosserie übertragen. Zu Dämpfung dieser Vibra­ tionen weist das Fahrzeug Shaker, also mechanische Schwingungs­ erreger auf, die im Bereich von zumindest einigen Verbindungs­ punkten des Motors mit der Karosserie angeordnet sind. Beim Be­ treiben des Motors werden die Shaker in Abhängigkeit von der Motorendrehzahl bei den Resonanzfrequenzen gegenphasig zu den vom Motor kommenden Vibrationen erregt, wodurch die Übertragung der eingeleiteten Vibrationen zumindest gedämpft werden. Die entsprechenden Frequenzen und deren Amplituden für die Sekun­ där-Schwingungen werden hierbei einem zuvor niedergelegten Da­ tenfeld entnommen.

Aus der US 5,434,783 A1 ist ein Fahrzeug bekannt, bei dem die innerhalb einer Fahrgastzelle hörbare Geräuschkulisse durch Schallwellen beeinflußt wird. Neben normalen Lautsprechern wird hier auch ein Piezoelement verwendet, daß die Karosserie zumin­ dest bereichsweise zu Schwingungen anregt und dadurch zur Aussendung von Schallwellen beeinflußt; d. h. das Piezoelement wirkt wie die Spule eines Lautsprechers, während die Karosserie die schwingende Membran darstellt. Mit dem vorbekannten Verfah­ ren und der vorbekannten Vorrichtung wird eine Verbesserung des subjektiven Empfindens innerhalb der Fahrgastzelle erreicht.

Aus der DE 197 14 724 A1 ist ein Schwingungsdämpfungsvorrich­ tung für Kraftfahrzeuge bekannt, bei dem zwischen dem Motor und dessen karosserieseitige Aufnahme ein aktives Motorlager ange­ ordnet ist. Zur Vermeidung bzw. Verringerung von karosseriesei­ tigen Schwingungen, werden die zuerst unbeeinflußten Schwingun­ gen detektiert und mittels des Motorlagers in die gesamte Ka­ rosserie Gegenschwingungen eingeleitet und die beiden miteinan­ der interferiert. Das Motorlager und die Detektionseinheit bil­ den idealerweise einen Regelkreis aus, so daß eine Verringerung der ursprünglichen Karosserieschwingung erfolgt. Für eine der­ artige Beeinflussung sind jedoch die teuren und aufwendigen ak­ tiven Motorlager notwendig. Desweiteren können bei einer derar­ tigen Vorgehensweise nur in die Karosserie als Gesamtheit Ge­ genschwingungen eingeleitet werden.

Aus der DE 42 19 648 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung bekannt, mit dem/der die Schwingungen von schwingenden Aggrega­ ten und damit deren Geräuschemission vermindert werden können. Hierzu werden die Schwingungen des Aggregats erfaßt und eine entsprechende Gegenschwingung mit möglichst gleicher Amplitude aber in Gegenphase eingeleitet. Die Einleitung erfolgt nach dieser Schrift sinnvollerweise im Bereich der größten Amplitude der Schwingung, wobei zur Einleitung der Gegenschwingung Un­ wuchtgewichte angeordnet werden.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, das zugrundegelegte Verfahren und die zugrundegelegte Vorrichtung dahingehend weiterzuentwic­ keln, daß das subjektive Empfinden von Eindrücken noch weiter verbessert wird.

Die Aufgabe wird bei dem zugrundegelegten Verfahren mit den kennzeichnenden Verfahrensschritten des Anspruchs 1 und bei ei­ ner zugrundegelegten Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merk­ malen des Anspruchs 17 gelöst. Durch die Beeinflussung des vom Körper des bzw. der Insassen wahrgenommenen Vibrationen kann auf verhältnismäßig einfache Weise der gesamte und nicht nur der akustisch wahrgenommene subjektiv Eindruck verbessert wer­ den. Unter vom Körper wahrgenommenen Vibrationen sind derartige Schwingungen zu verstehen, die ein Mensch bspw. durch ein Rüt­ teln des Lenkrades, eine Wippen oder ein Rütteln des Sitzes usw. bemerkt. In vorteilhafter Weise insbesondere auch dem Lenkrad ein Vibrations-Schwingungen erregender Schwingungserre­ ger zugeordnet. Hierbei ist insbesondere überraschend, daß be­ stimmte Eindrücke überhaupt nur dann nachempfunden werden kön­ nen, wenn auch in dem Lenkrad entsprechende Vibrations- Schwingungen angeregt wird. Wird hingegen das Lenkrad nicht an­ geregt, entsteht ein vollkommen anderer Eindruck. Dadurch, daß die Einleitung der zumindest zum Teil als Gegen-Schwingungen wirkenden Vibrations-Schwingungen im Bereich wenigstens des Fahrersitzes und/oder des Lenkrades erfolgt, wirken die Inter­ ferenzresultate genau auf einen Insassen. Auf die Karosserie ist deren Einfluß allenfalls gering, so daß in die Fahrsicher­ heit des Fahrzeuges nicht eingegriffen wird, weshalb auch diese davon nicht negativ beeinflußt werden kann. Die Erzeugung der Vibrations-Schwingungen kann anlog zu der aus dem Fachgebiet der active-noise-reduction bekannten Weise erfolgen, so daß sich ein genaueres Eingehen hierauf erübrigt. Die Verbesserung kann die Verstärkung gewisser Frequenzen oder Frequenzmuster oder insbesondere deren Unterdrückung beinhalten und bezieht sich nur auf die vom Fahrer bzw. den Insassen bemerkten körper­ wahrnehmbaren Vibrationen. Hierbei ist unter Frequenzmuster ei­ ne Vielzahl vom Frequenzen zu verstehen, die bspw. eine be­ stimmte Hüllkurve oder bspw. auch ein bestimmtes Fourierspektrum aufweisen. Die betreffenden Frequenzen können bspw. vom Motor, vom Fahrwerk, von den Reifen, der Fahrbahnbeschaffenheit aber auch vom eingeschalteten Scheibenwischer oder Ventilator her­ rühren.

Für eine einfache Ausführung der Erfindung kann es für eine gu­ te Beeinflussung der subjektiv wahrgenommenen Vibrationen genü­ gen, wenn aus dem bspw. mittels eines oder mehreren Mikrophonen aufnehmbaren Luftschallsignal durch einen Tiefpaß Frequenzen bis 150 Hz ausgeblendet und mit dem ausgeblendeten niederfre­ quenten Anteil die Vibrations-Schwingungen erzeugt werden. Mit den die Vibrations-Schwingungen bedingenden Signalen werden insbesondere Schwingungserregern angesteuert, die im Lenkge­ stänge und/oder an der Sitzschiene angeordnet sind. Insbesonde­ re ist es von Vorteil mit modifizierten Signalen zusätzlich noch einen Tiefenlautsprecher anzusteuern, der dann den nieder­ frequenten Anteil an dem akustischen Luftschall abdeckt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den je­ weils zugehörigen Ansprüchen entnehmbar. Im übrigen wird die Erfindung anhand eines in der einzigen Figur dargestellten Aus­ führungsbeispiels erläutert.

In der einzigen Figur ist schematisch ein Pkws dargestellt, der verschiedene Maßnahmen zur Beeinflussung von subjektiven Ein­ drücken, die ein Insasse des Pkws beim Betreiben des Fahrzeugs wahrnimmt, aufweist.

Um die gewünschte Beeinflussung zu gewährleisten sind in und/oder an der Karosserie folgende Komponenten angeordnet: ein im Bereich des Motorraums und am Lenkgestänge angeordneter elektrodynamischer Schwingungserreger 3, eine Rechnereinheit 7 zur Detektion und Ermittlung der Primär-Schwingungen sowie zur Generierung der Sekundär-Schwingungen, eine Bedieneinheit 10 zur Einstellung der gewünschten Einflußnahme auf die Primär- Schwingungen, einen elektrodynamischer Schwingungserreger 4 zur Einleitung von Vibrations-Schwingungen in den Sitz, eine Wie­ dergabeeinheit 12 mit Verstärker und Entzerrer für die Sekun­ där-Schwingungen und die insbesondere damit korrelierten Vibra­ tions-Schwingungen sowie eine Steuerelektronik 13 zur Ansteue­ rung der eben genannten über die Leitungen 14 mit ihr verbunde­ nen Komponenten.

Außer den genannten Komponenten weist die Simulationseinheit noch nichtgezeichnete Lautsprecher auf, die zu einem unter dem Fachbezeichnung "active noise control" oder ANC" bekannten Sy­ stem der akustischen Beeinflussung gehören (siehe bspw. US 5,063,598 A1).

Im Gegensatz zu den Sensoren und Lautsprechern, die zu dem ANC- System gehören, sind die hier behandelten und an und/oder in der Karosserie und hierbei insbesondere im Innenraum angeordne­ ten Sensoren und Schwingungserreger zumindest in erster Linie nicht auf Frequenzen und Erregercharakteristiken ausgelegt sind, die die akustische Wahrnehmung betreffen, sondern viel­ mehr diejenigen, die vom Körper eines Insassen wahrgenommen und hier als Vibrationen bezeichnet werden. Insbesondere handelt es sich hierbei um Schwingungen mit Frequenzen unterhalb 150 Hz.

Um diesen Frequenzbereich von der Luftschallseite her abzudec­ ken, ist innerhalb des Innenraums 2 des Fahrzeuges 1 ein Tie­ fenlautsprecher 5 (Subwoofer) angeordnet. Die mit dem Tiefen­ lautsprecher 5 erzeugten Schallwellen sind je nach Schalldruck auch körperlich wahrnehmbar. Bei diesen Schalwellen überschnei­ det sich also bzgl. der körperwahrnehmbaren Schwingungen der Bereich des Luftschalls und des Körperschalls.

Zur Anregung des Sitzes zu Vibrations-Schwingungen ist den zu­ mindest dem Sitz zugeordneten Schwingungserreger 4 im Bereich des Sitzes und/oder einer Sitzschiene und/oder der Karosserie 1 und/oder des Bodenblechs insbesondere frei schwingend angeord­ nen. Der dem Lenkrad 6 zugeordnete Schwingungserreger 3 ist günstigerweise im Bereich des Lenkgestänges vorzugsweise starr angeordnet. Mit den im Betrieb dem Sitz und dem Lenkrad 6 zu­ mindest mittelbar zugeordneten Schwingungserregern 4, 3 können Vibrations-Schwingungen erzeugt und in den Sitz bzw. in das Lenkrad 6 eingeleitet werden.

Der dem Lenkrad 6 zugeordnete elektrodynamische Schwingungser­ reger 3 ist bevorzugt ein Elektromotor und besonders bevorzugt ein Gleichstrommotor, wobei die Vibrations-Schwingungen in z- Richtung vorzugsweise als Drehschwingungen des Lenkrads 6 ein­ geleitet werden.

Die künstlich erzeugten Vibrations-Schwingungen liegen im Ide­ alfall gegenphasig zu den Primär-Schwingungen, die beim Betrei­ ben des Fahrzeuges entstehen. Durch die Einleitung der künst­ lich erzeugten Vibrations-Schwingungen wird der körperwahrnehm­ bare Anteil der Primär-Schwingungen im günstigsten Fall durch eine negative Interferenz ausgelöst, so daß der Fahrer diese durch den Sitz und durch das Lenkrad 6 allenfalls nur noch ge­ ringfügig wahrnimmt.

Damit auch eine weitere Stelle der Wahrnehmung von derartigen Schwingungen zumindest reduziert ist, ist es günstig, auch in Bereichen des Bodenblechs, an dem sich im allgemeinen die Füße des Fahrers und ggf. auch anderer Insassen befinden, mit derar­ tigen Schwingungserregern zu versehen.

Nachfolgende wird eine Verfahren zur Beeinflussung des subjek­ tiven Eindruckes in nahezu Echtzeit beschrieben. Beim Betreiben des Pkws wird der Pkw verschiedenartig zu Primär-Schwingungen angeregt, die von einem Insassen subjektiv wahrgenommen werden. Die Primär-Schwingungen weisen u. a. einen akustischen Anteil (ca 16 Hz-16 kHz) sowie einen niederfrequenten Anteil 5, die Vibration, auf. Insbesondere fließen hierbei Vibrationen mit Frequenzen zwischen 0.5 und 150 Hz ein. Die Primär-Schwingungen werden von verschiedenartigen Detektoren insbesondere zwischen 0.1 Hz und 20 kHz, bevorzugt zwischen 1 Hz und 16 kHz, und be­ sonders bevorzugt zwischen 5 Hz und 16 kHz ermittelt und mit der elektronischen Rechnereinheit 7 in bekannter Weise ausge­ wertet.

In vorteilhafter Weise werden für den körperwahrnehmbaren An­ teil an den Primär-Schwingungen u. a. die Vibrationen des Sitzes und des Lenkrads 6 gemessen. Die Messung der Vibrationen er­ folgt zweckmäßigerweise durch Beschleunigungs- und/oder Ge­ schwindigkeits- und/oder Wegsensoren.

Eine aufwendigere aber auch genauere Ermittlung der Primär- Schwingungen kann insbesondere in Mehrkanaltechnik erfolgen, bei der sowohl die akustisch wahrnehmbaren Schwingungen als auch die Vibrationen insbesondere im Sitz und an dem Lenkrad 6 aufgenommen werden.

Aus den ermittelten Werten wird für die Vibrations-Schwingungen ein Antwort-Signal generiert, wobei hierfür allerdings nur Fre­ quenzen bis zu 150 Hz betrachtet werden. Mit dem Antwort-Signal werden die unterschiedlichen und für die Vibrations- Schwingungen zuständigen Schwingungserreger 3, 4 angesteuert, die ihrerseits dann den Sitz und das Lenkrad 6 und unter Zuhil­ fenahme des Tiefenlautsprechers 5 auch über die Luftsäule im Innenraum 2 des Fahrzeugs zu den Vibrations-Schwingungen veran­ lassen.

Je nach Einsatzfall kann dadurch der subjektive Eindruck der körperwahrnehmbaren Vibrationen vermindert oder aber auch ver­ stärkt werden. Der Einfluß auf den körperwahrnehmbaren Anteil der Primär-Schwingungen erfolgt durch eine Interferenz (Überlagerung) mit den künstlich erzeugten Vibrations- Schwingungen im Bereich der eigentlichen Wahrnehmung der Insas­ sen.

Während mit einer konstruktiven Interferenz vorzugsweise ein bestimmter Fahreindruck vermittelt werden kann, wird mit einer negativen Interferenz insbesondere die subjektive Fahrruhe und damit der Komfort gesteigert.

Gegenüber der eben dargestellten Echtzeit-Beeinflussung kann auch eine Verfahren angewendet werden, bei dem die Werte für das Antwort-Signal einem Datensatz entnommen werden, der zuvor niedergelegt wird. Dieser Datensatz muß allerdings nicht not­ wendigerweise stets beibehalten werden, sondern kann bei ent­ sprechender Programmierung lernfähig, also stetig erweiterbar sein. Hierfür werden während eines insbesondere genau vorgege­ benen Betriebs die hierbei auftretenden Primär-Schwingungen aufgenommen und in einen speicherbaren Primär-Datensatz umge­ wandelt.

Aus dem ggf. insbesondere elektronisch zwischengespeicherten Primär-Datensatz werden diejenigen Daten, die den körperwahr­ nehmbaren Vibrations-Schwingungen zugeordnet sind, als Vibrati­ ons-Datensatz entnommen und können so jederzeit in ein entspre­ chendes Antwort-Signal zur Erzeugung der Vibrations- Schwingungen umgesetzt werden.

Hierbei ist es zweckmäßig, daß die Vibrations-Schwingungen in Abhängigkeit wenigstens eines Parameters erzeugt bzw. eingelei­ tet werden. Als Parameter wird vorzugsweise die Geschwindigkeit und/oder die Drehzahl verwendet.

Claims (20)

1. Verfahren zur Beeinflussung eines von einem Insassen eines Fahrzeuges, insbesondere eines Pkws, subjektiv wahrgenommenen Eindrucks beim Betreiben des Fahrzeugs,
bei dem beim Betreiben des Fahrzeuges Primär-Schwingungen ent­ stehen und ermittelt werden,
bei dem weiterhin aus den Primär-Schwingungen Daten für Sekun­ där-Schwingungen gewonnen künstlich erzeugt werden,
bei dem zumindest als Teil der Sekundär-Schwingungen körper­ wahrnehmbare Vibrations-Schwingungen künstlich erzeugt werden,
bei dem mit den Vibrations-Schwingungen zumindest eines seiner Bauteile der Karosserie erregt wird,
bei dem die Vibrations-Schwingungen zumindest mit einigen Fre­ quenzen der Primär-Schwingungen zur Interferenz gebracht wer­ den, und
bei dem durch die Interferenz zumindest bestimmte Frequenzen der beim Betrieb des Fahrzeuges entstehende Primär-Schwingungen verändert werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Lenkrad (6) zu mechanischen Vibrations-Schwingungen er­ regt wird und daß die Vibrations-Schwingungen des Lenkrads (6) mit den Primär-Schwingungen interferiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Primär-Schwingungen der körperwahrnehmbare Anteil entnommen oder kopiert wird und daß aus dem körperwahrnehmbaren Anteil der Primär-Schwingungen Vibrations-Schwingungen gebildet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Primär-Schwingungen in einem Frequenzband zwischen 0.1 Hz und 20 kHz, bevorzugt zwischen 1 Hz und 16 kHz, besonders bevorzugt zwischen 5 Hz und 16 kHz ermittelt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung einer Vibrations-Schwingungen einem zuvor niedergelegten und aus den Primär-Schwingungen ermittelten Da­ tenfeld für diese Vibrations-Schwingungen typische Werte ent­ nommen werden und daß diese Werten in die gewünschte Vibrati­ ons-Schwingungen umgesetzt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vibrations-Schwingungen in Abhängigkeit wenigstens ei­ nes Parameters einem zuvor niedergelegten Datenfeld entnommen werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Parameter die Geschwindigkeit und/oder die Drehzahl und/oder die Beschleunigung verwendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Primär-Schwingungen aufgenommen, in einen Primär- Datensatz umgewandelt und vorzugsweise der Primär-Datensatz auf einem Datenträger gespeichert wird, daß aus dem Primär- Datensatz diejenigen Daten, die den körperwahrnehmbaren Vibra­ tions-Schwingungen zugeordnet sind, als Vibrations-Datensatz entnommen werden, und daß der Vibrations-Datensatz in Vibrati­ ons-Schwingungen umgesetzt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus den körperwahrnehmbaren Primär-Schwingungen insbesonde­ re weitgehend in Echtzeit, die entsprechenden Vibrations- Schwingungen ermittelt werden, und daß der Vibrations-Datensatz aus dem Primär-Datensatz kopiert wird und daß zur Erzeugung der akustischen Sekundär-Schwingungen die Daten des Vibrations- Datensatzes auch in dem Primär-Datensatz verbleiben.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vibrations-Schwingungen unmittelbar am Lenkgestänge und/oder unmittelbar am Lenkrad (6) eingeleitet werden.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Vibrations-Schwingungen nur Schwingungen mit einer Ma­ ximalfrequenz von 300 Hz, bevorzugt kleiner 200 Hz und bevor­ zugt kleiner 150 Hz eingeleitet werden.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Primär-Datensatz nur aus akustisch ermittelten Schwin­ gungen gebildet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung des Primär-Datensatzes die Vibrationen des des Lenkrads (6) aufgenommen werden.

13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung des Primär-Datensatzes in Mehrkanaltechnik sowohl die akustisch wahrnehmbaren Schwingungen als auch die Vibrationen an der Lenkung (6) und/oder am Sitz aufgenommen werden.

14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vibrationen mit Beschleunigungs- und/oder Geschwindig­ keits- und/oder Wegsensoren aufgenommen werden.

15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit den akustischen Sekundär-Schwingungen kleiner 300 Hz, bevorzugt kleiner 200 Hz und besonders bevorzugt kleiner 150 Hz ein Tiefenlautsprecher (Subwoofer 5) betrieben wird.

16. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit den dem Lenkrad (6) zugeordneten Daten des Vibrations- Datensatzes ein in das Lenkrad (6) die zugeordneten Vibrations- Schwingungen einleitender elektrodynamischer Schwingungserreger betrieben wird.

17. Vorrichtung zur Beeinflussung eines von einem Insassen ei­ nes Fahrzeuges, insbesondere eines Pkws, subjektiv wahrgenomme­ nen Eindrucks beim Betreiben des Fahrzeugs, mit Schwingungser­ regern, mit denen beim Betreiben des Fahrzeugs Sekundär- Schwingungen künstlich erzeugbar sind, wobei durch Interferenz der Sekundär-Schwingungen mit beim Betrieb des Fahrzeuges ent­ stehenden Primär-Schwingungen zumindest bestimmte Frequenzen vermindert oder ggf. auch erhöht werden, dadurch gekennzeichnet, daß dem Lenkrad (6) ein körperwahrnehmbare Vibrations- Schwingungen einleitender Schwingungserreger (3) zugeordnet ist, und daß mit dem Schwingungserreger (3) das Lenkrad (6) zu körperwahrnehmbaren Vibrationens-Schwingungen erregbar ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung einen ein Tiefenlautsprecher (Subwoofer 5) aufweist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungserreger (3) ein elektrodynamischer Schwin­ gungserreger (3) ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß mit den dem Lenkrad zugeordnete Schwingungserreger (3) ein Elektromotor, insbesondere ein Gleichstrommotor ist.