DE4344302C2

DE4344302C2 - Aktives Innengeräuschminderungssystem für Fahrzeuge

Info

Publication number: DE4344302C2
Application number: DE4344302A
Authority: DE
Inventors: Keitaro Yokota; Manpei Tamamura; Eiji Shibata; Hiroshi Litaka
Original assignee: Fuji Jukogyo KK; Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1992-12-25
Filing date: 1993-12-23
Publication date: 1998-01-29
Anticipated expiration: 2013-12-24
Also published as: GB2273849B; JP3410129B2; DE4344302A1; JPH06195091A; GB9326477D0; US5408532A; GB2273849A

Description

Die Erfindung betrifft ein aktives Geräuschminderungssystem für den Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs durch zwangsläufige Er zeugung des Schalls zur Auslöschung oder Kompensation des Fahrzeuginnengeräuschs.

Es sind verschiedene Verfahren vorgeschlagen worden, um den hauptsächlich vom Motor erzeugten und zum Fahrgastraum übertragenen Störschall durch Erzeugen eines Kompensations schalls aus einer im Fahrgastraum angeordneten Schallquelle zu mindern. Die Amplitude des Kompensationsschalls ist die glei che wie die des Störschalls, aber seine Phase ist entgegenge setzt zu der des Störschalls.

Als Beispiel jüngeren Datums wird in der Offenlegungs schrift der JP-A 1991-178845 ein Innengeräuschminderungsver fahren für Fahrzeuge zur Minderung von Störschall offenbart, wobei ein LMS-Algorithmus (Algorithmus nach der Methode der kleinsten Fehlerquadrate; einer Theorie zur Ermittlung eines Filterkoeffizienten durch Annäherung an einen mittleren quadratischen Fehler, um die Formel für die Bestimmung eines Filterkoeffizienten zu vereinfachen, wobei berücksichtigt wird, daß eine Filterkorrekturformel ein rekursiver Ausdruck ist) oder ein MEFX-LMS-Algorithmus (X-LMS-Algorithmus mit Mehrfachfehlerfilterung; eine Mehrkanal-Version des LMS- Algorithmus) angewendet wird. Dieses Verfahren hat schon in einigen Fahrzeugen praktische Anwendung gefunden. Wenn bei einem Innengeräuschminderungssystem, das mit diesem LMS-Algo rithmus arbeitet, ein Innengeräusch gemindert wird, dessen Primärquelle eine Motorvibration ist, dann wird aus einem Si gnal mit starker Korrelation zur Motorvibration eine Vibrationsgeräuschquelle (im folgenden auch als Primärquelle bezeichnet) gewonnen. Der Kompensationsschall wird von einem Lautsprecher erzeugt, nachdem die Primärquelle durch ein opti males Filter synthetisiert wird. Dann wird durch ein Mikrophon ein geminderter Schall als Fehlersignal erfaßt. Der Filterko effizient des optimalen Filters wird anhand dieses Fehlersi gnals und der obigen Primärquelle durch den LMS-Algorithmus so aktualisiert, daß der geminderte Schall an einem Schallemp fangspunkt optimiert wird.

Da jedoch bei diesem älteren Verfahren in dem Geräusch minderungssystem mit Anwendung des obenerwähnten LMS- oder MEFX-LMS-Algorithmus das von dem Mikrophon erfaßte Fehlersi gnal noch andere als die zu mindernden Geräuschkomponenten (zufällige Rauschsignale) enthält, werden die Filterkoeffi zienten bei der Aktualisierung durch diese zufälligen Signale beeinflußt. Infolgedessen erhöht sich der Berechnungsaufwand bei der Annäherung der Filterkoeffizienten, so daß nicht nur die Ansprechcharakteristik schlecht wird, weil sich die Ge räuschdämpfungsleistung verschlechtert, sondern auch kein er zielbarer Geräuschminderungsgrad sichergestellt werden kann, da die Steuerung der Geräuschminderung wegen der Auswirkungen dieser zufälligen Rauschsignal instabil wird.

EP-A-0 410 685 beschreibt ein System zur Reduzierung des Geräuschpegels in Fahrgasträumen, wobei synchron zur Motordrehzahl ein Kompensationston erzeugt wird. Die Signalerfassung zur Feststellung des zu reduzierenden Geräuschpegels soll an die jeweiligen Betriebsbedingungen des Motors angepaßt werden, wofür eine Drehzahlinformation vom Kurbelwellensensor und eine Motorbelastungsinformation aus dem Kraftstoffeinspritzimpuls gewonnen wird.

Die DE-A-41 15 009 beschreibt einen Kalibrierzyklus für ein ANC-System (Active Noise Control System), der von Zeit zu Zeit zur Optimierung des Systems, d. h. bei sich ändernden Betriebsparametern des Fahrzeuges aufgrund sich ändernder Schallübertragungscharakteristik, durchgeführt wird. Damit verbundenes Rauschen soll mit Hilfe eines Radiosignales bzw. Entertainmentsignales eliminiert werden, indem das zu übertragende unkorrelierte Kalibriersignal dem Entertainmentsignal additiv oder multiplikativ zugemischt wird.

Im Hinblick auf die vorstehenden Tatsachen besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, ein aktives Innengeräuschminderungssystem für Fahrzeuge mit hervorragender Ansprechcharakteristik und guter Geräuschminderungsleistung zu schaffen.

Zur Lösung der obenerwähnten Aufgabe weist das erfin dungsgemäße Fahrzeug-Innengeräuschminderungssystem u. a. auf: eine Eingangssignal-Transformationseinrichtung, die als Antwort auf ein Zündimpulssignal dieses so in ein einzelnes Vibrationsge räuschquellensignal (Primärquelle) transformiert, daß ein aus Komponenten (0,5 · n)-ter Ordnung zusammengesetztes Frequenz spektrum entsteht; eine Kompensationssignal-Synthetisierein richtung, die als Antwort auf das Vibrationsgeräuschquellensi gnal aus dem transformierten Vibrationsgeräuschquellensignal auf der Grundlage von Filterkoeffizienten eines adaptiven Fil ters ein Kompensationssignal synthetisiert und das syntheti sierte Kompensationssignal ausgibt; eine Kompensationsschall erzeugungseinrichtung, die als Antwort auf das synthetisierte Kompensationssignal einen Kompensationsschall zur Unter drückung eines Schwingungsgeräuschs im Fahrgastraum eines Fahrzeugs erzeugt; eine Fehlersignaldetektionseinrichtung zur Erfassung eines geminderten Schalls als Fehlersignal an einem Geräuschempfangspunkt; eine Geräuschkomponenten-Kompressions einrichtung, die als Antwort auf das Vibrationsgeräuschquel lensignal das Fehlersignal so komprimiert, daß der Einfluß zu fälliger Geräuschkomponenten, die nicht mit den zu mindernden, im Fehlersignal enthaltenen Geräuschen identisch sind, abge schwächt wird; und eine Koeffizientenaktualisierungseinrich tung, die als Antwort auf das Vibrationsgeräuschquellensignal und das komprimierte Fehlersignal die Filterkoeffizienten des adaptiven Filters aktualisiert.

Als nächstes wird anhand der Zusammensetzung der oben erwähnten Einrichtungen kurz die Funktionsweise des erfin dungsgemäßen Geräuschminderungssystems erläutert.

Bei Übertragung eines von einem Motor herrührenden Vi brationsgeräuschs auf den Fahrgastraum wird zunächst aus dem Vibrationsgeräuschquellensignal durch das adaptive Filter ein Kompensationssignal synthetisiert. Dann wird dieses Kompensa tionssignal durch die Kompensationsschallerzeugungseinrichtung in einen Kompensationsschall umgeformt, und der Kompensations schall wird von einer Schallquelle erzeugt, um das Vibrations geräusch zu unterdrücken. Ferner wird ein geminderter Schall von der Fehlersignaldetektionseinrichtung als Fehlersignal er faßt. Als nächstes werden in dem obigen Fehlersignal enthal tene Geräuschkomponenten durch die Geräuschkomponenten-Kom pressionseinrichtung aufgrund des obigen Vibrationsgeräusch quellensignals bis auf einen vorgegebenen Pegel komprimiert. Schließlich werden auf der Basis des Vibrationsgeräuschquel lensignals und der komprimierten Geräuschkomponenten die Fil terkoeffizienten des adaptiven Filters durch die Koeffizien tenaktualisierungseinrichtung aktualisiert.

Da die Geräuschkomponenten, die nicht mit den zu min dernden Komponenten identisch sind, auf einen vorgegebenen Pe gel komprimiert werden, wird folglich die Konvergenzleistung des adaptiven Filters verbessert, wodurch das erfindungsgemäße Geräuschminderungssystem eine gute Ansprechcharakteristik und eine hervorragende Geräuschminderungsleistung erreichen kann.

Fig. 1 bis Fig. 9 zeigen ein erstes Ausführungsbei spiel, und Fig. 10 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel;

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung des Fahr zeug-Innengeräuschminderungssystems nach einem ersten Ausfüh rungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2 zeigt eine Darstellung zur Erläuterung einer Zündsignal-Umwandlungsschaltung;

Fig. 3 zeigt eine Darstellung zur Erläuterung der Be ziehung zwischen einem Vibrationsgeräusch und einem Vibra tionsgeräuschquellensignal. Abbildung (a) zeigt einen geform ten Zündsignalimpuls, Abbildung (b) zeigt ein motorbedingtes Vibrationsgeräusch, Abbildung (c) einen geformten Zündsignal impuls in Frequenzdarstellung, und Abbildung (d) zeigt ein mo torbedingtes Vibrationsgeräusch in Frequenzdarstellung;

Fig. 4 zeigt ein Simulationsergebnis bei der Ausführung einer exponentiellen Mittelung;

Fig. 5 veranschaulicht ein Ergebnis einer Vibrationsge räuschmessung ohne Ausführung einer exponentiellen Mittelung;

Fig. 6 veranschaulicht ein Ergebnis einer Vibrationsge räuschmessung bei Ausführung einer exponentiellen Mittelung mit N = 2;

Fig. 7 zeigt ein Ergebnis einer Vibrationsgeräuschmes sung bei Ausführung einer exponentiellen Mittelung mit N = 4;

Fig. 8 zeigt ein Ergebnis einer Vibrationsgeräuschmes sung bei Ausführung einer exponentiellen Mittelung mit N = 8;

Fig. 9 zeigt ein Ergebnis einer Vibrationsgeräuschmes sung bei Ausführung einer exponentiellen Mittelung mit N = 16;

Fig. 10 zeigt eine schematische Darstellung des Fahr zeug-Innengeräuschminderungssystems nach einem zweiten Ausfüh rungsbeispiel der Erfindung.

Nachstehend wird das bevorzugte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Fahrzeug-Innengeräuschminderungssystems un ter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 ist ein praktisches Blockdiagramm, welches das erste Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darge stellt. Die Bezugsziffer 1 bezeichnet einen Viertaktmotor, dessen Zündimpulssignal (nachfolgend als "Ig-Impulssignal" be zeichnet) zu einer Zündspule (nicht dargestellt) und gleich zeitig auch zu einer Eingangssignal-Transformationsschaltung 2 übertragen wird. Diese Eingangssignal-Transformationsschaltung 2 besteht aus einer Impulsformungsschaltung 2a und einer Frequenzaufteilungs- oder -zerlegungsschaltung 2b. Das Zündim pulssignal ist mit der Motorumdrehung synchronisiert und durchläuft eine Periode bei je zwei Motorumdrehungen. Das Zün dimpulssignal von einem Motor wird in die Eingangssignal- Transformationsschaltung 2 eingegeben, wo das Zündimpulssignal geformt und in ein Einzelimpulssignal zerlegt wird, das sich aus Komponenten (0,5 · n)-ter Ordnung (n = ganze Zahlen) der Motorumdrehung zusammensetzt. Das Impulssignal wird als Vibra tionsgeräuschquellensignal (Primärquelle Ps) an ein adaptives Filter 3 ausgegeben, das aus einer Kompensationssignal-Synthe tisiereinrichtung, einer Lautsprecher/Mikrophon-Übertragungs charakteristik-Korrekturschaltung (im folgenden als C_MNO- Schaltung bezeichnet) 4 und einer Triggersignalerzeugungs schaltung 5 besteht, die als Kompressionseinrichtungen für Ge räuschkomponenten wirken. Das Vibrationsgeräusch (Fig. 3(b)) des Viertaktmotors durchläuft eine Periode bei je zwei Motor umdrehungen, da der Motor 1 vier Takte aufweist (Ansaug-, Kom pressions-, Arbeits- und Auspufftakt). Im Frequenzbereich wird dieses Vibrationsgeräusch durch ein Frequenzspektrum ausge drückt, das sich hauptsächlich aus höheren Komponenten (0,5 · n)-ter Ordnung (n = ganze Zahlen) zusammensetzt, wie in Fig. 3(d) dargestellt. Daher kann man, wie oben erwähnt, durch For men und Zerlegen des Zündimpulssignals eine Primärquelle Ps mit starker Korrelation zu einem zu mindernden Vibrationsge räusch erhalten. Vergleiche hierzu Fig. 3(a) und Fig. 3(c).

Ferner handelt es sich bei dem adaptiven Filter 3 um ein FIR-Filter (Filter mit finiter Impulsantwort), dessen Fil terkoeffizienten W_(n) durch eine LMS-Operationsschaltung 6 ak tualisiert werden und das eine vorgegebene Anzahl von Abgrif fen aufweist. Die LMS-Operationsschaltung wirkt als Aktuali sierungseinrichtung für die Filterkoeffizienten. Die in das adaptive Filter 3 eingegebene Primärquelle Ps wird dem Fal tungssummenprozeß mit den Filterkoeffizienten W_(n) unterworfen und als Kompensationssignal an einen D/A-Wandler 7 ausgegeben. Außerdem wird das Kompensationssignal durch eine Verstärker schaltung (AMP-Schaltung) 8 verstärkt, über eine Filterschal tung (nicht dargestellt) geleitet, und dann wird von einem Lautsprecher 9, der die Kompensationsschallerzeugungseinrich tung darstellt, ein Kompensationsschall erzeugt. Der Lautspre cher 9 ist z. B. an der Innenseite der Vordertür (nicht darge stellt) angeordnet. Ferner ist am Geräuschempfangspunkt (bei spielsweise an einer Stelle in unmittelbarer Nähe der Ohren das Fahrers) innerhalb des Fahrgastraums ein Mikrophon 10 an gebracht, das die Fehlersignaldetektionseinrichtung darstellt. Das Fehlersignal, nämlich ein geminderter Schall, der ein Er gebnis der Überlagerung zwischen einem Kompensationsschall und einem motorbedingten Vibrationsgeräusch ist, wird von dem Mi krophon 10 erfaßt und über eine Verstärkerschaltung (AMP- Schaltung) 11, eine Filterschaltung (nicht dargestellt) und einen A/D-Wandler 12 in eine exponentielle Mittelungsschaltung 13 eingegeben, die als Geräuschkomponenten-Kompressionsein richtung wirkt. Die nachstehend beschriebene exponentielle Mittelung wird auf der Basis eines Triggersignals ausgeführt, das als Antwort auf die Primärquelle Ps von der Triggersignal erzeugungsschaltung 5 erzeugt wird. In der exponentiellen Mit telungsschaltung 13 wird das vom Mikrophon 10 übertragene Feh lersignal als Antwort auf das Triggersignal von der Triggersi gnalerzeugungsschaltung 5 einem exponentiellen Mittelungspro zeß auf der Basis der vorher verarbeiteten Daten unterworfen, und dann wird das so verarbeitete Fehlersignal an die LMS-Ope rationsschaltung 6 ausgegeben.

Andererseits ist in der zuvor erwähnten C_MNO-Schaltung 4 die Lautsprecher/Mikrophon-Übertragungscharakteristik C_MNO an die infinite Impulsantwort angenähert worden und ist in der Schaltung als Näherungswert C_MNO gespeichert. Die eingespeiste Primärquelle Ps wird mit dem obigen Näherungswert C_MNO multi pliziert (Summe der Faltungsprodukte), und die so korrigierte Primärquelle Ps wird an die LMS-Operationsschaltung 6 ausgege ben. Als nächstes werden in der LMS-Operationsschaltung 6 auf der Basis des in der exponentiellen Mittelungsschaltung 13 verarbeiteten Fehlersignals und der durch die obige C_MNO- Schaltung 4 korrigierten Primärquelle Ps nach dem LMS-Algo rithmus korrigierte Werte der Filterkoeffizienten W_(n) des adaptiven Filters 3 berechnet, und dann werden darin die Fil terkoeffizienten W_(n) aktualisiert.

Nachstehend wird die exponentielle Mittelung in der ex ponentiellen Mittelungsschaltung 13 erläutert. Die Formel für die exponentielle Mittelung läßt sich wie folgt angeben.

Wenn das Ergebnis der gegenwärtigen exponentiellen Mit telung gleich P_x,i ist, dann ist das Ergebnis der vorhergehen den exponentiellen Mittelung gleich P_x,i-1, und das gegenwär tige Fehlersignal ist P_i;

P_x,i = ((N - 1) P_x,i-1 + P_i)/N N: Parameter (N < 1) (1)

Wenn in der obigen Formel N = 2 ist und das Ergebnis der vorletzten exponentiellen Mittelung gleich P_x,i-2 ist, dann ist das Ergebnis der drittletzten exponentiellen Mitte lung gleich P_x,i-3, das letzte Fehlersignal ist gleich P_i-1 und das vorletzte Fehlersignal ist gleich P_i-2; die Formel (1) lautet:

P_x,i = ((2 - 1) P_x,i-1 + P_i)/2
= (P_x,i-1 + P_i)/2
= (1/2) P_x,i-1 + (1/2) P_i
= (1/2) ((P_x,i-2 + P_i-1)/2)² + (1/2) P_i
= (1/2)² P_x,i-2 + (1/2)² + (1/2) P_i
= (1/2)² ((P_x,i-3 + P_i-2)/2) + (1/2)² + (1/2) P_i
= (1/2)³ P_x,i-3 + (1/2)³ P_i-2+ (1/2)² P_i-1 + (1/2) P_i (2)

Aus dem obigen Ausdruck (2) erkennt man, daß das Ergeb nis P_x,i der exponentiellen Mittelung die komprimierten Ergeb nisse der vorherigen Fehlersignale und der vorherigen Mitte lung enthält, das heißt 50% des gegenwärtigen Ergebnisses P_i, 25% des letzten Ergebnisses P_i-1 12,5% des vorletzten Ergeb nisses P_i-2 und 12,5% des drittletzten Ergebnisses P_x,i-3
Im Falle von N = 4 in Formel (1) lautet die Formel (1):

P_x,i = ((4 - 1) P_x,i-1 + P_i)/4
= (3 P_x,i-1 + P_i)/4
= (3/4)³ P_x,i-3 + (3²/4³) P_i-2 + (3/4²) P_i-1 + (1/4) P_i (3)

Aus dem obigen Ausdruck (3) ist erkennbar, daß das Er gebnis P_x,i 25% des gegenwärtigen Ergebnisses P_i, 19% des letzten Ergebnisses P_i-1, 14% des vorletzten Ergebnisses P_i-2 und 42% des drittletzten Ergebnisses P_x,i-3 enthält.

Wie aus den obigen Ausdrücken (2) und (3) erkennbar, wird der Effekt des gegenwärtigen Fehlersignals (P_i) auf das Ergebnis P_x,i der exponentiellen Mittelung umso geringer, je größer der Parameter N wird. Im Falle N = 1 wird die Formel (1) zu P_x,i = P_i, das heißt, es wird keine exponentielle Mit telung ausgeführt. Hierbei ist zu beachten, daß der Parameter N nicht auf ganze Zahlen beschränkt ist.

Fig. 5 zeigt das Ergebnis einer tatsächlichen Geräusch messung, wenn die Motordrehzahl bei 6000 U/min gehalten wird. Ferner zeigen Fig. 6 bis Fig. 9 die Ergebnisse exponentieller Mittelungen auf der Grundlage tatsächlicher Geräuschmeßwerte, wenn der Parameter N variiert und die Motordrehzahl bei 6000 U/min gehalten wird. Aus einem Vergleich von Fig. 5 mit Fig. 6 bis Fig. 9 ist erkennbar, daß bei der Ausführung der exponen tiellen Mittelung große zufällige Spitzen, das heißt Geräusch komponenten, eliminiert werden und nur kleine zyklische Spit zen übrig bleiben. Außerdem ist ersichtlich, daß im Falle des exponentiellen Mittelung mit N = 4 (Fig. 7) bei der Ausführung der exponentiellen Mittelung der Spitzenpegel des Schalldrucks im Vergleich zum Spitzenpegel ohne Ausführung der exponentiel len Mittelung auf nahezu die Hälfte reduziert wird. Ferner ist erkennbar, daß das Ergebnis der exponentiellen Mittelung bei N = 8 (Fig. 8) bzw. N = 16 (Fig. 9) nahezu gleich dem Ergebnis bei N = 4 ist. Daher hat es keinen Sinn, eine viel größere Zahl N als nötig zu nehmen, und eine große Zahl N könnte im Gegenteil die Ansprechcharakteristik des Systems im Übergangs zustand beeinträchtigen, da der Anteil des gegenwärtigen Feh lersignals zu stark verändert wird. Das heißt, N muß so ge wählt werden, daß ein stabiler Betrieb des Systems si chergestellt wird. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die exponentielle Mittelungsschaltung 13 so zusammengesetzt, daß ein Fehlersignal dem exponentiellen Mittelungsprozeß mit N = 4 unterworfen wird. Fig. 4 zeigt das Ergebnis einer Computersi mulation, wenn die exponentielle Mittelung mit N = 4 ausge führt wird. Das Objektgeräusch ist ein Fahrzeuginnengeräusch bei Betrieb mit konstanter Motordrehzahl von 6000 U/min. Das Frequenzband des Geräuschs reicht von 0-500 Hz. Nach diesem Ergebnis bestätigt sich, daß das Geräusch bei Ausführung der exponentiellen Mittelung schneller angenähert wird als ohne Ausführung der exponentiellen Mittelung. Das Symbol C in Fig. 1 bezeichnet eine Übertragungscharakteristik der Fahrzeugka rosserie bezüglich eines Vibrationsgeräuschs des Motors 1.

Als nächstes wird anhand der Zusammensetzung der oben erwähnten Einrichtungen in dem erfindungsgemäßen Fahrzeug-In nengeräuschminderungssystem erläutert, wie das Geräuschminde rungssystem arbeitet.

Zunächst wird das Motorvibrationsgeräusch über die Mo toraufhängung zum Fahrgastraum übertragen und wird zu einem Innengeräusch. Ferner werden gleichzeitig das Ansauggeräusch und das Auspuffgeräusch zum Fahrgastraum übertragen. Im Fre quenzbereich ausgedrückt, bestehen diese motorbedingten Geräu sche hauptsächlich aus einem Frequenzspektrum von Frequenzen (0,5 · n)-ter Ordnung (n = ganze Zahlen), wie in Fig. 3(b) dargestellt. Diese Geräusche erreichen einen Geräuschempfangs punkt (z. B. eine Position in unmittelbarer Nähe der Ohren des Fahrers), nachdem sie mit einer Karosserie-Übertragungscharak teristik C multipliziert worden sind, die der jeweiligen Ge räuschquelle entspricht.

Andererseits wird das Zündimpulssignal (Ig-Impulssi gnal) zur Zündspule (nicht dargestellt) in die Eingangssignal- Transformationsschaltung 2 eingegeben, in der das Zündimpuls signal durch die Impulsformungsschaltung 2a geformt und durch die Frequenzaufteilungs- oder -zerlegungsschaltung 2b zerlegt und von der Eingangssignal-Transformationsschaltung 2 als Vi brationsgeräuschquellensignal (Primärquelle Ps) ausgegeben wird, das aus einem Impuls pro zwei Motorumdrehungen besteht. Das Zündimpulssignal setzt sich außerdem aus einem Frequenz spektrum von Frequenzen (0,5 · n)-ter Ordnung (n: ganze Zah len) zusammen, wenn es im Frequenzbereich dargestellt wird. Der so geformte und zerlegte Zündimpuls wird an das adaptive Filter 3, die Lautsprecher/Mikrophon-Übertragungscharakteri stik-Korrekturschaltung (im folgenden als C_MNO-Schaltung be zeichnet) 4 und die Triggersignalerzeugungsschaltung 5 aus gegeben.

Die in das adaptive Filter 3 eingespeiste Primärquelle Ps wird dem Faltungssummenprozeß mit den Filterkoeffizienten W_(n) unterworfen und an den D/A-Wandler 7 als Kompensationssi gnal zur Kompensation eines Vibrationsgeräuschs ausgegeben. Dann wird das Kompensationssignal über ein Filter (nicht dar gestellt) und die Verstärkerschaltung (AMP-Schaltung) 8 an den Lautsprecher 9 ausgegeben, und vom Lautsprecher 9 wird der Kompensationsschall zur Kompensation des Vibrationsgeräuschs am Geräuschempfangspunkt abgestrahlt. Selbstverständlich wird der Kompensationsschall bei seiner Übertragung zum Geräusch empfangspunkt von der Lautsprecher/Mikrophon-Übertragungscha rakteristik C_MN beeinflußt.

Am Geräuschempfangspunkt wird das motorbedingte Vibra tionsgeräusch durch den Kompensationsschall überlagert und ab geschwächt. Das Ergebnis der Überlagerung von Vibrationsge räusch und Kompensationsschall wird durch das Mikrophon 10 als Fehlersignal erfaßt. Das Fehlersignal wird über die Verstär kerschaltung (AMP-Schaltung) 11 und den A/D-Wandler 12 in die exponentielle Mittelungsschaltung 13 eingegeben. In der expo nentiellen Mittelungsschaltung 13 erfolgt die exponentielle Mittelung des Fehlersignals zusammen mit einigen vorhergehen den Fehlersignalen durch ein Triggersignal von der Triggersi gnalerzeugungsschaltung 5, die nach Eingabe der Primärquelle Ps aktiviert wird. Als Ergebnis dieser Mittelung enthält das Fehlersignal die komprimierten früheren Fehlersignale und wird dann an die LMS-Operationsschaltung 6 ausgegeben.

Andererseits wird die in die C_MNO-Schaltung 4 eingege bene Primärquelle Ps dem Faltungssummenprozeß mit einem Nähe rungswert der Lautsprecher/Mikrophon-Übertragungscharakteri stik C_MN unterworfen, das heißt mit dem Näherungswert C_MNO, der durch eine infinite Impulsantwort approximiert wird, und dann wird diese Summe von Faltungsprodukten an die LMS-Opera tionsschaltung 6 ausgegeben. Ferner werden in der LMS-Opera tionsschaltung 6 auf der Basis des gemittelten Fehlersignals von der exponentiellen Mittelungsschaltung 13 sowie der durch die C_MNO-Schaltung 4 korrigierten Primärquelle Ps die korri gierten Werte der Filterkoeffizienten W_(n) des adaptiven Fil ters 3 mit Hilfe des LMS-Algorithmus berechnet, und die Fil terkoeffizienten W_(n) werden aktualisiert.

Da entsprechend dem Ausführungsbeispiel der Erfindung die Geräuschkomponenten, die nicht mit zu mindernden Komponen ten identisch sind (z. B. Geräuschkomponenten von Straßen lärm), in jeder Periode schwanken, werden folglich diese in termittierenden oder zufälligen Geräuschkomponenten durch den exponentiellen Mittelungsprozeß komprimiert, und im Ergebnis werden die Filterkoeffizienten W_(n) des adaptiven Filters 3 niemals erheblich aktualisiert, selbst wenn diese zufälligen Geräuschsignale im Fehlersignal enthalten sind. Das heißt, die Erhöhung des Rechenaufwandes für die Annäherung der Filterko effizienten kann verhindert werden, und im Ergebnis kann das verbesserte Geräuschbekämpfungssystem nach dem Ausführungsbei spiel der vorliegenden Erfindung zu einem System mit hohem Wirkungsgrad, hervorragender Ansprechcharakteristik, stabiler Steuerungsfähigkeit und guter Geräuschminderungsleistung wer den.

Als nächstes wird anhand von Fig. 10 das zweite Ausfüh rungsbeispiel des Innengeräuschminderungssystems für Fahrzeuge erläutert. Fig. 10 zeigt eine schematische Darstellung des Ge räuschminderungssystems nach dem zweiten Ausführungsbeispiel. Dieses zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom er sten Ausführungsbeispiel darin, daß Einrichtungen hinzugefügt werden, um den Parameter N bei der exponentiellen Mittelung des Fehlersignals entsprechend der Beschleunigung oder Verzö gerung des Motors variieren zu können. Die Bezugszeichen in Fig. 10 sind die gleichen wie in Fig. 1, so daß Erläuterungen der Bezugszeichen im folgenden weggelassen werden.

In Fig. 10 bezeichnet das Bezugszeichen 14 eine Be schleunigungs-/Verzögerungs-Beurteilungsschaltung. Die von der Eingangssignal-Transformationsschaltung 2 ausgegebene Primär quelle Ps wird in die Beschleunigungs-/Verzögerungs-Beurtei lungsschaltung 14 eingegeben, in welcher der Beschleunigungs- oder Verzögerungsgrad der Motorumdrehung erfaßt wird. Entspre chend dem Beschleunigungs- oder Verzögerungsgrad wird der Parameter N bei der exponentiellen Mittelung des Fehlersignals festgelegt. Das heißt, in einem Übergangszustand (Beschleuni gung oder Verzögerung) verändert sich auch das motorbedingte Vibrationsgeräusch. In einem Motorbetriebszustand wie diesem führt eine Verstärkung des Fehlersignaleffekts zu einer umge henden Aktualisierung der Filterkoeffizienten. Auf der Grund lage der in die Beschleunigungs-/Verzögerungs-Beurteilungs schaltung 14 eingegebenen Primärquelle Ps wird der letzte Im pulsabstand Ps_n-1 mit dem gegenwärtigen Impulsabstand Ps n ver glichen. Das bedeutet, N ist durch die folgende Formel gege ben.

N = 4 - α · |Ps_n - Ps_n-1| (4)

wobei N innerhalb eines Bereichs von 1 < N < 4 festgelegt wer den sollte, da N = 4 ein vorzügliches Ergebnis liefert, und wobei α eine Konstante ist.

Damit konnte in dem zweiten Ausführungsbeispiel der Er findung die exponentielle Mittelung des Fehlersignals entspre chend dem Beschleunigungs- oder Verzögerungsgrad der Motorum drehung verändert werden, so daß sich die Änderung des Über gangszustands umgehend auf den Aktualisierungsprozeß der Fil terkoeffizienten auswirken kann und infolgedessen die An sprechcharakteristik im Übergangszustand verbessert wird.

In diesem Ausführungsbeispiel wird erläutert, daß N nach der oben angegebenen Formel (4) berechnet wird; es können jedoch auch andere Mittel zur Bestimmung von N verfügbar sein, wie z. B. die Bestimmung von N durch Bezugnahme auf eine Liste im Speicher, die auf dem Vergleich zwischen dem letzten Im pulsabstand Ps_n-1 und dem gegenwärtigen Impulsabstand PS_n ba siert. Ferner kann im Hinblick auf die Primärquelle eine an dere motorbedingte Primärquelle Ps mit starker Korrelation zum Vibrationsgeräusch des Motors, wie z. B. ein Kraftstoffein spritzimpuls T_i, anstelle des Ig-Impulses verwendet werden. Außerdem verwendet in diesem Ausführungsbeispiel das Ge räuschminderungssystem einen LMS-Algorithmus für einen Kanal (ein Mikrophon und einen Lautsprecher); es kann jedoch ein an deres Geräuschminderungssystem angewendet werden, das einen Mehrkanalalgorithmus verwendet (z. B. vier Mikrophone und vier Lautsprecher), wie z. B. einen MEFX-LMS-Algorithmus (X-LMS- Algorithmus mit Mehrfachfehlerfilterung).

Zusammenfassend läßt sich sagen, daß das erfindungsge mäße Fahrzeug-Innengeräuschminderungssystem dadurch gekenn zeichnet ist, daß es den durch das adaptive Filter syntheti sierten Kompensationsschall erzeugt, um das motorbedingte Vi brationsgeräusch im Fahrzeuginnenraum zu unterdrücken, daß es den geminderten Schall als Fehlersignal erfaßt, die zufälligen Geräuschkomponenten, die nicht mit zu mindernden Geräuschen identisch sind, im Fehlersignal komprimiert, um den Einfluß dieser zufälligen Geräuschkomponenten zu verringern, und daß es die Filterkoeffizienten auf der Grundlage des komprimierten Fehlersignals aktualisiert. Da der Einfluß der zufälligen Ge räuschkomponenten verringert werden kann, wird daher die Kon vergenzleistung der Filterkoeffizienten verbessert, wodurch man eine wirksame Steuerung der Geräuschminderung, eine her vorragende Ansprechcharakteristik und eine stabile und zufrie denstellende Geräuschminderungsleistung erzielen kann.

Claims

1. Aktives Innengeräuschminderungssystem für ein Kraftfahrzeug mit einem Fahrgastraum und einem Verbrennungsmotor (1) als Fahrzeugantrieb, wobei der Motor (1) eine Zündspule zur Erzeugung mindestens eines Zündimpuls signals innerhalb eines Motorumlaufs, einen Kraftstoffein spritzer zum Einspritzen von Kraftstoffin einen Zylinder und eine elektronische Steuereinheit (ECU) zur Erzeugung minde stens eines Kraftstoffeinspritzimpulssignals innerhalb eines Motorumlaufs aufweist; mit:

a) einer Eingangssignal-Transformationseinrichtung (2), die als Antwort auf das Zündimpulssignal dieses in ein ein zelnes Vibrationsgeräuschquellensignal (Primärquelle) trans formiert, um ein aus Komponenten einer vorgegebenen Ordnung zusam mengesetztes Frequenzspektrum zu erhalten;
b) einer Kompensationssignal-Synthetisiereinrichtung, die aus dem Vibrationsgeräuschquellensignal auf der Basis von Filterkoeffizienten eines adaptiven Filters (3) ein Kompensationssignal synthetisiert und ausgibt;
c) einer Kompensationsschallerzeugungseinrichtung (8, 9), die als Antwort auf das Kompensationssignal einen Kom pensationsschall zur Unterdrückung eines Vibrationsgeräuschs im Fahrgastraum des Fahrzeugs erzeugt;
d) einer Fehlersignaldetektionseinrichtung (10) zur Erfassung eines kompensierten Schalls als Fehlersignal an einem Schallemp fangspunkt;
e) einer Geräuschkomponenten-Kompressionseinrichtung (13), die als Antwort auf das Vibrationsgeräuschquellensignal das Feh lersignal so komprimiert, daß der Einfluß von im Fehlersignal enthaltenen zufälligen Geräuschkomponenten, die nicht mit zu mindernden Geräuschen identisch sind, verringert wird;
f) einer Koeffizienten-Aktualisierungseinrichtung, die als Antwort auf das Vibrationsgeräuschquellensignal und das kom primierte Fehlersignal die Filterkoeffizienten des adaptiven Filters (3) aktualisiert.

2. Innengeräuschminderungssystem nach Anspruch 1, wobei die Eingangssignal-Transformationseinrichtung eine Einrichtung ist, die als Antwort auf den Kraftstoffeinspritzimpuls diesen Kraftstoffeinspritzimpuls in ein einzelnes Vibrationsgeräusch quellensignal transformiert.

3. Innengeräuschminderungssystem nach Anspruch 1, wobei die Eingangssignal-Transformationseinrichtung eine Zündimpuls signal-Transformationsschaltung (2) ist, die eine Impulsfor mungsschaltung (2a) zum Formen des Zündimpulssignals und eine Frequenzaufteilungs- oder -zerlegungsschaltung (2b) zum Zerle gen des Zündimpulssignals in einen Einzelimpuls aufweist.

4. Innengeräuschminderungssystem nach Anspruch 1, wobei die Eingangssignal-Transformationseinrichtung eine Kraftstoff einspritzimpulssignal-Transformationsschaltung (2) ist, die eine Impulsformungsschaltung (2a) zum Formen des Kraftstoff einspritzimpulssignals und eine Frequenzaufteilungs- oder - zerlegungsschaltung (2b) zum Zerlegen des Kraftstoffeinspritz impulssignals in einen Einzelimpuls aufweist.

5. Innengeräuschminderungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Geräuschkomponenten-Kompressionseinrichtung eine exponen tielle Mittelungsschaltung (13) zur exponentiellen Mittelung des Fehlersignals ist, um den Einfluß im Fehlersignal enthal tener zufälliger Geräuschkomponenten zu vermindern.

6. Innengeräuschminderungssystem nach Anspruch 5, wobei das Fehlersignal P_i zusammen mit den früheren Fehlersignale P_x,i-1 ex ponentiell gemittelt wird gemäß P_x,i = ((N-1)P_x,i-1 + P_i)/N mit N < 1.

7. Innengeräuschminderungssystem nach Anspruch 5 oder 6, wobei der Parameter N gleich 4 ist.

8. Innengeräuschminderungssystem nach Anspruch 5, 6 oder 7, wobei der Parameter N eine geeignete Zahl innerhalb 1 N 4 ist.

9. Innengeräuschminderungssystem nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei der Parameter N eine geeignete Zahl ist, die durch die Ände rungsgeschwindigkeit der Motordrehzahl festgelegt wird.

10. Innengeräuschminderungssystem nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei der Parameter N eine geeignete Zahl ist, die nach einer vorgegebenen Liste ermittelt wird, die Werten der Änderungsge schwindigkeit der Motordrehzahl bestimmte Parameterwerte zu ordnet.

11. Innengeräuschminderungssystem nach Anspruch 9 oder 10, wobei der Parameter N eine Zahl innerhalb 1 N 4 ist.

12. Innengeräuschminderungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Koeffizientenaktualisierungseinrichtung eine Lautspre cher/Mikrophon-Übertragungscharakteristik-Korrekturschaltung (4) (C_MNO-Schaltung) zur Multiplikation (Summe der Faltungs produkte) des Primärquellensignals mit einer gespeicherten Lautsprecher/Mikrophon-Übertragungscharakteristik, die an eine infinite Impulsantwort angenähert ist, sowie eine Opera tionsschaltung (6) für die Fehlerquadratmethode (LMS) auf weist, um auf der Basis des von der C_MNO-Schaltung (4) einge gebenen multiplizierten Primärquellensignals und auf der Basis des von der Geräuschkomponenten-Kompressionseinrichtung ausge gebenen Fehlersignals einen Korrekturwert der Filterkoeffi zienten des adaptiven Filter (3) zu ermitteln und die Filter koeffizienten des adaptiven Filters (3) auf der Grundlage des Korrekturwerts der Filterkoeffizienten zu aktualisieren.

13. Innengeräuschminderungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Kompensationssignal-Synthetisiereinrichtung eine adap tive Filterschaltung zum Synthetisieren des Kompensationssi gnals aus der von der Eingangssignal-Transformationseinrich tung (2) eingegebenen Primärquelle mittels Multiplikation (Summe der Faltungsprodukte) der Primärquelle mit den in der Koeffizientenaktualisierungseinrichtung aktualisierten Koeffi zienten aufweist.

14. Innengeräuschminderungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Kompensationsschallerzeugungseinrichtung aus minde stens einem im Fahrgastraum angeordneten Lautsprecher (9) be steht.

15. Innengeräuschminderungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Fehlersignaldetektionseinrichtung aus mindestens einem im Fahrgastraum angeordneten Mikrophon (10) besteht.