EP0774749B1 - Aktives Schallabsorptionssystem für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

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EP0774749B1
EP0774749B1 EP96116233A EP96116233A EP0774749B1 EP 0774749 B1 EP0774749 B1 EP 0774749B1 EP 96116233 A EP96116233 A EP 96116233A EP 96116233 A EP96116233 A EP 96116233A EP 0774749 B1 EP0774749 B1 EP 0774749B1
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EP
European Patent Office
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controller
sound pressure
absorption system
sound absorption
sound
Prior art date
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EP96116233A
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English (en)
French (fr)
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EP0774749A3 (de
Inventor
Helmut Spannheimer
Johannes Waldinger
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Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
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Publication of EP0774749A3 publication Critical patent/EP0774749A3/de
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Definitions

  • the invention relates to an active sound absorption system, in particular for a motor vehicle, with at least one speaker for generating Sound pressure, which is the input value of the sound pressure in the motor vehicle interior processing controller is controlled.
  • an active sound absorption system in particular for a motor vehicle, with at least one speaker for generating Sound pressure, which is the input value of the sound pressure in the motor vehicle interior processing controller is controlled.
  • DE 42 26 885 A1 for example, as well as the not yet published German patent application 44 46 080, which is an advantageous development of that described in the first-mentioned document Sound absorption system includes.
  • DE 42 36 155 A1 which is also an active sound absorption system describes at the selected frequencies of the sound spectrum be evaluated for the controller setting. For setting an imperceptible measurement signal is used.
  • An active sound absorption system for a motor vehicle essentially consists of at least one microphone as a sensor for detecting the sound pressure in the vehicle interior. The output signal of this microphone is then fed via a controller with a suitable frequency response to at least one loudspeaker, which then emits sound into the vehicle interior, which feeds back to the microphone via the transmission behavior of the loudspeaker.
  • a basic structure of such an active sound absorption system is shown in FIG. 1.
  • Reference number 11 denotes a sound pressure sensor or microphone
  • the controller has reference number 12
  • the loudspeaker has reference number 13.
  • the control circuit of this active sound absorption system just described is shown in FIG. 2 shown.
  • p disturb denotes the disturbing sound pressure in the vehicle interior
  • p active system the sound pressure generated by the active sound absorption system
  • p tot the actual sound pressure in the vehicle interior.
  • H Mik the transfer function of the microphone is designated, with H controller the transfer function of the controller and with H LS the transfer function of the loudspeaker.
  • the controller 12 emits an output signal which is the input variable for the loudspeaker 13, this input variable being the voltage applied to the loudspeaker, namely U LS .
  • the membrane deflection of the loudspeaker which is denoted by x LS , acts via the transfer function H LS-Mik as the sound pressure p already mentioned at the beginning active system feedback in the control loop.
  • certain stability conditions must be met, which depend essentially on the transfer functions of the individual control loop elements just mentioned.
  • the described control circuit or controller 12 can initially be designed in a simple manner in such a way that the desired sound pressure-reducing behavior is achieved.
  • this basic design is only valid as long as the transmission elements of the control loop have the properties determined during the design.
  • the parameters of the loudspeaker 13 or the microphone 11 change considerably with their temperature or also due to aging.
  • the transmission behavior H LS-Mik can also vary considerably, for example due to different loading or occupancy states of the motor vehicle. In fact, the number of people in the interior of the motor vehicle, for example, has a significant influence.
  • the object of the invention is therefore to show measures by means of which an active sound absorption system can be set automatically under all circumstances and boundary conditions with regard to the best possible sound absorption.
  • a controller characteristic is temporarily changed, that the difference between the respective sound pressure spectra (in the vehicle interior) is formed with the various controller parameters, and that the optimal controller parameter with regard to a certain difference is set.
  • Advantageous training and further education are included in the subclaims.
  • the controller is based on its basic setting automatically out of tune.
  • a controller parameter is changed, see above for example or preferably the controller gain.
  • this controller parameter can with this controller parameter to be changed, however, also by one adjustable phase shift or by at least one adjustable Act controller filter coefficients.
  • the controller gain as to be changed Controller parameter used as a basis.
  • the present invention now takes advantage of the variation in effectiveness in view to a sound absorption or the variation of the ignition as a result a change in the controller gain to make statements about the actual Effectiveness to reduce sound pressure or to fuel the Sound pressure in the vehicle interior. It is as follows proceeded: After the controller corresponds to the original Parameters of the individual transmission elements of the control loop optimal has been designed with regard to its effectiveness in reducing sound pressure, the absolute sound pressure reduction depends on the optimal controller gain from. Assuming a given controller gain, so you can vary them within a certain range without being a nuisance audible change in sound pressure reduction occurs. Stronger changes the controller gain (or generally a controller parameter) on the other hand, this leads to a greater build-up. Now with different Regulator gains determined the respective sound pressure spectrum and then the difference between the respective sound pressure spectra, which were achieved with the various controller gains, formed, so an optimal controller gain with regard to a certain Difference can be set.
  • the control loop is thus alternating with at least operated two different controller parameters. That achieved with it
  • the result is analyzed, namely the respective sound pressure spectra recorded and their difference formed.
  • This difference has one certain value, then there is an optimal controller parameter.
  • there this difference can be a fixed threshold value, but it can also be any Function stored or the optimal controller parameter can be an experimentally determined value depending on the difference of the Sound pressure spectra are stored in a table.
  • the sound pressure spectrum can be determined using an FFT analysis in the vehicle interior with a fixed value for the controller gain (or controller parameter) can be determined.
  • the controller gain or controller parameter
  • the difference is preferred between the sound pressure spectra in such a frequency range analyzed, in which a kindling occurs.
  • the difference spectra it is therefore helpful to maximize the sound pressure in the Vehicle interior to be considered, which - as is known - with increasing Controller gain is growing. Especially when you are using the controller gain gets close to the stability limit of the controller, the Firing up disproportionately quickly with an increase in controller gain to.
  • the controller gain level can be increased.
  • the next one Switching between two controller gains can thus be a total done at a higher level.
  • the controller parameter can when falling below a fanning threshold in the sense an increase in the difference in sound pressure spectra can be changed.
  • the controller gain can be increased or decreased with constant factors or depending on the value of the determined fanning. This means that for example the controller gain is reduced more if a larger increase is detected.
  • the factor for modifying the controller gain can then - as above already specified - be a function that depends on the kindling.
  • the sound pressure reduction d. H. the effective sound absorption are analyzed. That is, the difference the sound pressure spectra can also be analyzed in such a frequency range in which the main reduction in sound pressure takes place.
  • the invention is based on the fact that a controller characteristic variable (preferably the controller gain) is temporarily changed. At times, there is thus a switchover between at least two controller parameters. This switchover (preferably of the amplification) can take place both at regular time intervals and at irregular time intervals.
  • the change between the individual controller gains / controller parameters can be carried out as a jump function, but also as a ramp or otherwise smoothed in order to prevent the switching process from being heard by the vehicle occupants.
  • the controller parameter to be changed can only be changed slightly in order to obtain sufficiently precise statements. Deviating from this, however, it is also possible to maximally change the controller parameter to be changed by switching the entire controller 12 of the active sound absorption system on or off.
  • the sound pressure spectra can preferably be recorded with the microphone 11 of the controller 12 which is already present and necessary.
  • other boundary conditions can also change at the same time as the controller parameter to be changed is changed.
  • the road surface on which the motor vehicle is traveling can change, which at the same time causes a change in the sound pressure p tot in the vehicle interior.
  • a different road surface or cross wind, a different driving speed or the like naturally changes the disturbing sound pressure p disturb in the vehicle interior.
  • the change in the controller characteristic variable is preferably carried out several times and a difference mean value to be analyzed is formed from the resulting difference values.
  • This difference mean is then to be equated with the difference in the sound pressure spectra, as specified in the characterizing part of claim 1.
  • the sound pressure changes p sturgeon or p ges caused by an altered stimulation from the outside, thereby eliminating that the switching over of the controller between different controller parameters / controller gains is repeated several times, and that this plurality of differential spectra or differential values, that result from the difference between the respective sound pressure spectra then be averaged.
  • a reliable statement about the effectiveness of the functionality of the active sound absorption system is thus obtained. This procedure of changing the controller parameter several times is explained in more detail below in connection with FIG. 3.
  • Obtaining interference removal can be done as follows : With the same controller parameter, the differences can also the sound pressure spectra obtained are formed and averaged. If these differences are averaged towards zero, it is a sufficient averaging number reached and the evaluation process can begin. In other Words can thus be used to check the convergence of the method Difference between the possibly averaged spectra with the same in each case Regulator gain can be formed. If there is sufficient convergence average these differences to zero. This can thus be exploited to to determine virtually online the number of necessary averaging of the differences, after which an evaluation takes place.
  • Fig. 3 is the controller gain over time as the abscissa - this is here the controller parameter to be changed - plotted on the ordinate. How the controller gain between two gain values can be seen over time A and B switched temporarily.
  • the control loop shown in FIG. 2 is operated with a controller gain A.
  • t 1 Within the time period t 1 , several sound pressure spectra are determined - this is shown by the vertical lines on the associated straight line - after which some of these sound pressure spectra are averaged. This is represented by the combination of the individual sound pressure spectra in an ellipse, which is designated by the number 1.
  • an averaged sound pressure spectrum which is represented by the ellipse 3 is recorded again in this time period t 2 .
  • controller gain A now we are in time t 3 .
  • an average sound pressure spectrum is again determined, this is shown in the ellipse 4.
  • the difference between the sound pressure spectra or ellipses 4 and 3 is formed again, the corresponding difference value is designated 8.
  • the routine described for setting an optimal controller parameter is ended when an error is detected.
  • it is virtually checked whether the control loop itself is not already unstable. In the event of a possible instability, the control loop starts to oscillate with increasing amplitude until a transmission element of the control loop no longer allows a larger amplitude due to its design.
  • the state of the instability can be recognized if it exceeds a maximum value that is below the physically maximum possible sound pressure and above a usually reasonable sound pressure. If this threshold value is exceeded, the controller is preferably switched off, but another error handling algorithm can also be initiated.
  • the controller gain can be reduced by several powers of ten, or a new calibration process can be started, which essentially corresponds to an initialization routine as briefly described in the earlier German patent application 44 46 080 mentioned at the beginning. It can be provided that the controller is switched off when the sound pressure in the vehicle interior is excessively loud and the active sound absorption system can no longer reduce the sound pressure p disturbance without damaging the control loop transmission elements or without strong distortions due to its physically maximum possible amplitude. Instead of the maximum sound pressure value, any other signal in the control loop can be used for checking, for example the output voltage of the controller 12 or a control maximum value U LS for the loudspeaker. As already briefly indicated, even if the algorithm for error detection detects an error, that is, if e.g. B. adjusts the controller gain to a value significantly below the specified value, starts a calibration process that measures the control loop parameters again and correctly re-sets the associated controller parameters, in particular all, ie also those that are not varied in the error detection algorithm.
  • the present invention thus becomes a reliable one Criterion that provides a precise statement of the effectiveness of the Sound absorption or by fanning the sound absorption system allows a controller parameter, in particular the controller gain optimally set and the undesired case of excessive controller gain, which would lead to control loop instability. It is thus possible to use the active sound absorption system according to the invention to check for correct working. In particular, a Increase in the sound pressure in the vehicle interior if the active one is defective Sound absorption system or avoided with changed boundary conditions.

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 Kraftfahrzeug-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 beschriebenen Schallabsorptionssystemes beinhaltet. Des Weiteren wird verwiesen auf die Druckschrift DE 42 36 155 A1, die ebenfalls ein aktives Schallabsorptionssystem beschreibt, bei den ausgewählte Frequenzen des Schallspektrums für die Reglereinstellung ausgewertet werden. Zur Einstellung wird ein nicht wahrnehmbares Meßsignal verwendet. In diesem Zusammenhang 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 wesentlichen aus zumindest einem Mikrophon als Sensor zur Erfassung des Schalldruckes im Fahrzeug-Innenraum. Das Ausgangssignal dieses Mikrophones wird dann über einen Regler mit einem geeigneten Frequenzgang zumindest einem Lautsprecher zugeführt, der daraufhin Schall in den Fahrzeug-Innenraum abstrahlt, der über das Übertragungsverhalten des Lautsprecher 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 Schallabsorptionssystemes ist in Fig. 2 dargestellt. Dabei bezeichnet pstör den störenden Schalldruck im Fahrzeug-Innenraum, paktives 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 Übertraungsfunktion des Reglers und mit HLS die Übertragungsfunktion des Lautsprechers. Wie ersichtlich gibt der Regler 12 ein Ausgangssignal ab, das Eingangsgröße für den Lautsprecher 13 ist, diese Eingangsgröße ist dabei die am Lautsprecher angelegte Spannung, nämlich ULS. Im Sinne eines Regelkreises wirkt sich die Membranauslenkung 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 wirkungsvolle Schallabsorption im gesamten Regelkreis gewisse Stabilitätsbedingungen erfüllt sein, die wesentlich von den eben genannten Übertragungsfunktionen der einzelnen Regelkreisglieder abhängen.
Der beschriebene Regelkreis bzw. der Regler 12 kann zunächst auf einfache Weise derart ausgelegt werden, daß sich das gewünschte schalldrucksenkende Verhalten einstellt. Diese grundlegende Auslegung ist jedoch nur so lange gültig, als die Übertragungsglieder des Regelkreises die bei der Auslegung ermittelten Eigenschaften aufweisen. Über die Dauer des Betriebes eines derartigen aktiven Schallabsorptionssystemes ist es aber nicht gewährleistet, 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 erheblich variieren, beispielsweise durch verschiedene Beladungs- oder Besetzungszustände des Kraftfahrzeuges. Tatsächlich ist es von wesentlichem Einfluß, wieviele Personen beispielsweise sich im Inneraum des Kraftfahrzeuges befinden. Diese möglichen Variationen können dazu führen, daß sich die Eigenschaften des gesamten Regelkreises so weit ändern, daß das aktive System unwirksam wird oder daß schlimmstenfalls sogar der Schalldruck pges im Fahrzeug-Innenraum erhöht wird. In diesem Falle könnten sogar instabile Rückkopplungen auftreten.
Um die eben genannten Fehlfunktionen des Regelkreises so gut als möglich auszuschließen, könnte grundsätzlich die gesamte Übertragungsstrecke inklusive aller Regelkreisglieder immer wieder neu eingemessen werden. Dies bedingt jedoch das Einspielen eines geeigneten Anregungssignales. Letzteres muß selbstverständlich hörbar sein und kann daher zum einen die Insassen des Fahrzeuges irritieren. Femer erhält man hiermit nur indirekt Aussagen über die Wirksamkeit des aktiven Schallabsorptionssystemes, tatsächlich erhält man nur Aussagen über das Übertragungsverhalten des gesamten Regelkreises. Es ist hiermit also nicht ableitbar, ob das aktive Schallabsorptionssystem 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 bestmögliche Schallabsorption selbsttätig eingestellt werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß zeitweilig eine Regler-Kenngröße verändert wird, daß mit den verschiedenen Regler-Kenngrößen die Differenz der jeweiligen Schalldruckspektren (im Fahrzeug-Innenraum) gebildet 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 verändernde 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-Innenraum 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 Regelkreis instabil.
  • 3. Wird hingegen die optimale Regler-Verstärkung verringert (oder allgemein die zunächst optimale Regler-Kenngröße irgendwie verändert), 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 Hinblick auf eine Schallabsorption bzw. die Variation der Anfachung infolge einer Veränderung der Regler-Verstärkung, um Aussagen über die tatsächliche Wirksamkeit zur Schalldruckreduzierung bzw. zur Anfachung des Schalldruckes im Fahrzeug-Innenraum zu treffen. Dabei wird folgendermaßen vorgegangen: Nachdem der Regler entsprechend den ursprünglichen Parametern der einzelnen Übertragungsglieder des Regelkreises optimal hinsichlich der Wirksamkeit zur Schalldruckreduzierung ausgelegt wurde, hängt die absolute Schalldruckreduzierung von der optimalen Regler-Verstärkung ab. Geht man nun von einer gegebenen Regler-Verstärkung aus, so kann man diese in einem gewissen Bereich variieren, ohne daß eine störend hörbare Änderung der Schalldruckreduzierung auftritt. Stärkere Veränderungen der Regler-Verstärkung (oder allgemein einer Regler-Kenngröße) hingegen führen zu einer stärkeren Anfachung. Wird nun bei verschiedenen Regler-Verstärkungen das jeweilige Schalldruckspektrum ermittelt und wird anschließend daran die Differenz der jeweiligen Schalldruckspektren, die mit den verschiedenen Regler-Verstärkungen erzielt wurden, gebildet, so kann eine optimale Regler-Verstärkung im Hinblick auf eine gewisse Differenz eingestellt werden.
    Erfindungsgemäß wird somit der Regelkreis zeitlich abwechselnd mit zumindest zwei verschiedenen Regler-Kenngrößen betrieben. Das damit erzielte Ergebnis wird analysiert, und zwar werden die jeweiligen Schalldruckspektren 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 beliebige 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 einhergehende Wirksamkeitsveränderung der Schallabsorption und die damit verbundene Veränderung einer Anfachung einfach erfaßt werden. Beispielsweise durch eine FFT-Analyse kann hierzu das Schalldruckspektrum im Fahrzeug-Innenraum jeweils bei einem festen Wert der Regler-Verstärkung (oder Regler-Kenngröße) bestimmt werden. In Frage kommen hierbei sowohl die absoluten Beträge der Schalldruckspektren als auch logarithmierte 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-Kenngröße 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 Differenz zwischen den Schalldruckspektren in einem solchen Frequenzbereich analysiert, in dem eine Anfachung erfolgt. Für die Bewertung der Differenzspektren 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-Verstärkung in die Nähe der Stabilitätsgrenze des Reglers gelangt, nimmt die Anfachung überproportional schnell mit einer Erhöhung der Regler-Verstärkung zu. Gibt man nun einen Maximalwert für die Anfachung vor, dann kann man bei Überschreiten dieses Anfachungs-Maximalwertes oder auch Anfachungs-Schwellwertes die Regler-Verstärkung wieder verringern. Eine darauffolgende Veränderung der Regler-Kenngröße bzw. Umschaltung zwischen zwei ReglerRegler-Verstärkungswerten kann dann auf einem insgesamt niedrigeren ReglerRegler-Verstärkungsniveau weiter durchgeführt werden. Generell wird somit die Regler-Kenngröße bei Überschreiten eines Anfachungs-Schwellwertes im Sinne einer Verringerung der Differenz der Schalldruckspektren verändert.
    Andererseits kann dann, wenn ein bestimmter Anfachungs-Schwellwert noch nicht erreicht ist, das Reglerverstärkungsniveau erhöht werden. Die darauffolgende Umschaltung zwischen zwei Regler-Verstärkungen kann somit insgesamt auf einem höheren Niveau erfolgen. Allgemein kann somit die Regler-Kenngröße bei Unterschreiten eines Anfächungs-Schwellwertes im Sinne einer Erhöhung der Differenz der Schalldruckspektren verändert werden.
    Allgemein kann dabei die Erhöhung oder Verringerung der Regler-Verstärkung mit konstanten Faktoren erfolgen oder in Abhängigkeit vom Wert der ermittelten Anfachung. Dies bedeutet, daß beispielsweise die Regler-Verstärkung 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 Anfachung 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 analysiert 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 arbeitet.
    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 umgeschaltet 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-Verstärkungen/Regler-Kenngrößen kann dabei als Sprungfunktion ausgeführt werden, 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 geringfügig 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 Schallabsorptionssystemes. Auch hiermit können nach dem bereits beschriebenen Verfahren die Differenzen zwischen den jeweiligen Schalldruckspektren gebildet und ausgewertet 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 benutzt 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 Umschalten 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 bevorzugt die Veränderung der Regler-Kenngröße (Regler-Verstärkung) mehrmals durchgeführt und aus den daraus resultierenden Differenz-Werten ein zu analysierender Differenz-Mittelwert gebildet. Dieser Differenz-Mittelwert 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 Umschaltung des Reglers zwischen verschiedenen Regler-Kenngrößen/Regler-Verstärkungen öfters wiederholt wird und daß diese mehreren Differenzspektren 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-KenngrößelRegler-Verstärkungen zusammenhängen und somit mit den Differenzspektren korreliert sind, berücksichtigt, während sich alle anderen Schalldruck-Veränderungen infolge wechselnder Anregungen oder anderen wechselnder Schallquellen im Fahrzeug-Innenraum (beispielsweise durch ein Radio-Gerät) auslöschen. Man erhält somit eine zuverlässige Aussage über die Wirksamkeit der Funktionsfähigkeit des aktiven Schallabsorptionssystemes. Diese Vorgehensweise der mehrmaligen Veränderung der Regler-Kenngröße wird im folgenden im Zusammenhang mit Fig. 3 noch näher 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 Mittelungszahl 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 jeder definierten Regler-Kenngröße nicht nur ein einziges Schalldruckspektrum zu ermitteln, sondern vielmehr einen Mittelwert aus mehreren Schalldruckspektren 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 Verstärkungswerten A und B zeitweise umgeschaltet.
    Dabei werde zunächst der Regelkreis gemäß Fig. 2 mit einer Regler-Verstärkung 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 bezeichnet 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 Differenz-Wert ist mit 7 bezeichnet.
    Weiterhin wird in dieser Zeitspanne t2 nochmalig ein gemitteltes Schalldruckspektrum aufgenommen, das durch die Ellipse 3 dargestellt ist. Anschließend 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 Differenz 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 ermittelt. das mit dem zuvor noch in der Zeitspanne t3 ermittelten Schalldruckspektrum 5 verglichen wird. Die entsprechende Differenz ist mit 9 bezeichnet. 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 optimal 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 Zusammenhang wird quasi überprüft, ob der Regelkreis selbst nicht bereits instabil ist. Bei einer möglichen Instabilität fängt nämlich der Regelkreis an, mit zunehmender Amplitude zu schwingen, solange bis ein Übertragungsglied des Regelkreises aufgrund seiner Bauweise keine größere Amplitude mehr zuläßt. Durch eine Überprüfung des zeitlich gemittelten, vorher evtl. noch geeignet gefilterten Schalldruckes kann man den Zustand der Instabilität erkennen, wenn dieser einen Maximalwert überschreitet, der unterhalb des physikalisch maximal möglichen Schalldruckes und über einem üblicherweise 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 wesentlichen einer Initialisierungsroutine entspricht, wie sie in der bereits eingangs erwähnten älteren 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 Schallabsorptionssystem 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 Ausgangsspannung des Reglers 12 bzw. ein Ansteuerungs-Maximalwert ULS für den Lautsprecher. Wie bereits kurz angedeutet, kann auch dann, wenn der Algorithmus 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 Regelkreisparameter 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 zuverlässiges 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-Verstärkung optimal einzustellen und den unerwünschten Fall der zu großen Regler-Verstärkung, der zu einer Regelkreisinstabilität führen würde, zu vermeiden. Es ist somit möglich, das erfindungsgemäße aktive Schallabsorptionssystem auf korrektes Arbeiten hin zu überprüfen. Insbesondere wird eine Erhöhung des Schalldruckes im Fahrzeug-Innenraum bei Defekt des aktiven Schallabsorptionssystemes oder bei veränderten Randbedingungen vermieden.

    Claims (13)

    1. Aktives Schallabsorptionssystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit zumindest einem Lautsprecher (13) zur Erzeugung von Schalldruck (paktives System), der von einem Regler (12) angesteuert wird, der als Eingangsgröße den Schalldruck(pges) in einem Fahrzeug-Innenraum bzw. dessen Spektrum verarbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß zeitweilig (Zeitspannen t1, t2 t3, t4) eine Regler-Kenngröße z.B. (Regler-Verstärkung A, B) verändert und dabei mindestens ein Schalldruckspektrum ermittelt wird, daß eine Differenz (7, 8, 9, 10) aus den mit verschiedenen Regler-Kenngrößen (A, B) ermittelten Schalldruckspektren gebildet wird, und daß der optimale Wert der Regler-Kenngröße im Hinblick auf eine gewisse Differenz eingestellt 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 Überschreiten 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 Unterschreiten eines Anfachungs-Schwellwertes im Sinne einer Erhöhung der Differenz der Schalldruckspektren verändert wird.
    5. Schallabsorptionssystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz der Schalldruckspektren in einem solchen Frequenzbereich analysiert wird, in dem die hauptsächliche Schalldruck-Reduzierung erfolgt.
    6. Schallabsorptionssystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
      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 Ansprüche,
      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) gebildet wird.
    8. Schallabsorptionssystem nach Anspruch 7,
      dadurch gekennzeichnet, daß bei mehrmaliger Annahme zweier verschiedener Regler-Kenngrößen (Regler-Verstärkungswerte A, B) zusätzlich die Differenzwerte der Schalldruckspektren bei jeweils gleicher Kenngröße gebildet und gemittelt werden, und daß eine Annäherung 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 Ansprüche,
      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 einstellbarer ReglerRegler-Filterkoeffizient ist.
    11. Schallabsorptionssystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Schalldruckspektren mit dem Mikrophon (11) des Reglers (12) aufgenommen werden.
    12. Schallabsorptionssystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
      dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Fehlererkennung, so z.B. bei Überschreiten eines Schalldruck-Maximal-wertes oder eines Ansteuerungs-Maximalwertes des Lautsprechers (13) oder bei einem wesentlich vom Vorgabewert abweichenden Regler-Kenngrößenwert, die Routine zur Einstellung der Regler - Kenngröße beendet wird.
    13. Schallabsorptionssystem nach Anspruch 12,
      dadurch gekennzeichnet, daß im Falle einer Fehlererkennung ein neuer Einmeßvorgang gestartet wird.
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