EP3001411B1 - Überlastungsschutz für einen aktor eines systems zur beeinflussung von in einer abgasanlage geführtem schall - Google Patents

Überlastungsschutz für einen aktor eines systems zur beeinflussung von in einer abgasanlage geführtem schall Download PDF

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EP3001411B1
EP3001411B1 EP15178023.6A EP15178023A EP3001411B1 EP 3001411 B1 EP3001411 B1 EP 3001411B1 EP 15178023 A EP15178023 A EP 15178023A EP 3001411 B1 EP3001411 B1 EP 3001411B1
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EP
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controller
actuator
control signal
exhaust system
output
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Ralf Hölsch
Michael Pommerer
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Eberspaecher Exhaust Technology GmbH and Co KG
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Purem GmbH
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Definitions

  • the invention relates to protection of an actuator of a system for influencing sound conducted in an exhaust system of a vehicle operated by an internal combustion engine against mechanical overload.
  • Exhaust systems for internal combustion engines are conventionally made up of passive components through which exhaust gas flows in all operating situations and together form the exhaust system.
  • these components can be, for example, a turbocharger, a catalytic converter or a silencer.
  • exhaust gas systems have started to be supplemented with systems for actively influencing exhaust gas noise that is conducted in the exhaust system and is attributable to the operation of an internal combustion engine.
  • Systems of this type impart a characteristic noise development to the exhaust gas noise generated by the internal combustion engine, which is conducted in the exhaust system and is intended to match the image of a respective manufacturer and appeal to customers.
  • artificially generated sound waves inside the exhaust system are superimposed on the sound waves conducted in the exhaust system, which can be traced back to the operation of the internal combustion engine (exhaust noise).
  • An exhaust system with a system for actively influencing guided in the exhaust system sound from the prior art is below with reference to Figures 1 and 2 described:
  • An exhaust system 4 with a system 7 for actively influencing sound conducted in the exhaust system 4 has a sound generator 3 in the form of a soundproof housing, which contains a loudspeaker 2 and is connected to the exhaust system 4 in the area of a tailpipe 1 via a sound line.
  • the tailpipe 1 has an orifice 8 which emits exhaust gas conducted in the exhaust system 4 and airborne noise conducted in the exhaust system 4 to the outside.
  • An error microphone 5 is provided on the tailpipe 1 . The error microphone 5 measures sound inside the tailpipe 1.
  • This measurement using the error microphone 5 takes place in a section downstream of an area in which the sound line opens into the exhaust system 4 and the fluid connection between the exhaust system 4 and the sound generator 3 is thus provided.
  • the term "downstream” refers to the flow direction of the exhaust gas in the tailpipe 1 of the exhaust system 4 .
  • the flow direction of the exhaust gas is in figure 2 marked by arrows.
  • Additional components of the exhaust system 4, such as a catalytic converter and a silencer, can be provided (not shown) between the area of the fluid connection between the exhaust system 4 and sound generator 3 and the internal combustion engine 6.
  • the loudspeaker 2 and the error microphone 5 are each electrically connected to a controller 9 .
  • the controller 9 is also connected to an engine controller 6' of an internal combustion engine 6 via a CAN bus.
  • the internal combustion engine 6 also has an intake system 6". Using the sound measured by the error microphone 5 and operating parameters of the internal combustion engine 6 received via the CAN bus, the controller 9 calculates a control signal for the loudspeaker 2 which, when superimposed with the signal inside the Tail pipe 1 of the exhaust system 4 generates a desired total noise guided by the sound and outputs it to the loudspeaker 2.
  • the controller can For example, use a Filtered-x Least Mean Squares (FxLMS) algorithm and attempt to control an error signal measured by the error microphone to zero (in the case of sound cancellation) or a predetermined threshold (in the case of sound manipulation) by outputting sound through the loudspeaker .
  • FxLMS Filtered-x Least Mean Squares
  • the actuators used to generate the sound in the sound generator are sensitive to mechanical overload. Due to the high sound pressure levels to be provided by the actuators, the actuators are already exposed to a high mechanical load during normal operation. This is intensified by the fact that the exhaust gas routed through the exhaust system also presses on the actuators. Normally, the exhaust gas routed in the exhaust system is discharged via the mouth of the tailpipe, so that the pressure acting on the actuators due to the exhaust gas routed in the exhaust system is not too high.
  • the actuators can be permanently damaged and thus destroyed.
  • the actuators used to generate the sound in the sound generator are sensitive to thermal overload, but this is not the subject of the present application.
  • the object of the present invention is to provide a system for actively influencing sound carried in exhaust systems, in which the risk of mechanical damage to an actuator of the system used to generate the sound as a result of excessive exhaust gas pressure in the exhaust system can be avoided.
  • Embodiments of a system for actively influencing sound conducted in an exhaust system have a controller, at least one sound generator and at least one actuator.
  • the sound generator is designed to be brought into fluid communication with the exhaust system.
  • the at least one actuator is arranged in the at least one sound generator and is connected to the controller to receive control signals.
  • One or more than one actuator can be arranged in each sound generator.
  • the at least one actuator is designed to generate sound in the sound generator as a function of a control signal received from the controller.
  • the controller is designed to generate a control signal and to output it to the at least one actuator.
  • the control signal is suitable for at least partially or completely canceling out the sound conducted inside the exhaust system when the at least one actuator is operated with the control signal.
  • the system also has an error microphone, which is connected to the controller and can be arranged at a point in the exhaust system that is located in the area of the fluid connection between the sound generator and the exhaust system with respect to the exhaust gas flow.
  • Point located in the area of the fluid connection between the sound generator and the exhaust system means that the point at which the fluid connection takes place and the sound is at least partially extinguished is no more than ten times upstream from the error microphone with respect to the direction of flow of the exhaust gas and in particular by no more than five times and further in particular by no more than twice the maximum diameter of the exhaust system at the Position at which the sound is measured by the error microphone is spaced along the flow direction of the exhaust gas.
  • the error microphone is designed to measure sound in the exhaust system and to output a corresponding measured value to the controller.
  • the controller is then further designed to interrupt generation of the control signal and/or to interrupt an output of the control signal to the at least one actuator and/or to reduce a level of the control signal output to the at least one actuator by at least 30% or at least 60% , if an average value formed over a period of at least 0.2 seconds over the measured values output by the error microphone is at least 5% or at least 10% above a predetermined sound threshold value.
  • An increase in exhaust gas pressure changes the signal output from the error microphone in such a way that the mean value of the readings over a period of at least 0.2 seconds is increased compared to the mean value of the readings over a period of at least 0.2 seconds at normal pressure.
  • the control signal to be generated and output to the at least one actuator as a function of the exhaust gas pressure. In this way, mechanical overloading of the actuator when the exhaust gas pressure is too high can be avoided, for example, by dispensing with additional mechanical loading by applying the control signal or by reducing a level of the control signal.
  • the system also has a temperature sensor, which is connected to the controller and can be arranged in the exhaust system.
  • the temperature sensor is designed to measure the temperature of the exhaust gas routed in the exhaust system and to output a corresponding measured value to the controller.
  • the controller is then further designed to interrupt generation of the control signal and/or interrupt output of the control signal to the at least one actuator and/or increase the level of the control signal output to the at least one actuator (20) by at least 30% or at least 60% % to reduce if the of the The temperature of the exhaust gas routed in the exhaust system measured by the temperature sensor rises or falls by more than 10° C per second or by more than 20° C per second.
  • the temperature in the exhaust system rises suddenly if the exhaust gas is prevented from escaping or is only changed. In this way, a changed exhaust gas pressure can be inferred solely by using the temperature sensor, which is often present anyway, and thus without additional components.
  • This allows the control signal to be generated and output to the at least one actuator as a function of the exhaust gas pressure. In this way, mechanical overloading of the actuator when the exhaust gas pressure is too high can be avoided, for example, by dispensing with additional mechanical loading by applying the control signal or by reducing a level of the control signal.
  • the temperature in the exhaust line drops suddenly when (e.g. when crossing a river bed) water flows into the exhaust system.
  • a mechanical load on the actuator can be reduced by dispensing with an additional mechanical load on the actuator by applying the control signal in the event of a sudden drop in temperature in the exhaust system, or by reducing the level of the control signal.
  • the system also has an impedance measuring bridge, which is connected to the controller and an actuator.
  • the impedance measuring bridge is designed to determine the electrical impedance of the at least one actuator and to output a corresponding measured value to the controller.
  • the impedance measuring bridge can also be integrated into the controller, ie the impedance measuring bridge and the controller can be different elements or a single integrated element.
  • the controller is then further designed to interrupt generation of the control signal and/or to interrupt an output of the control signal to the at least one actuator and/or to reduce a level of the control signal output to the at least one actuator by at least 30% or at least 60% , if the impedance of the actuator determined by the impedance measuring bridge deviates from a specified impedance threshold value by more than 5% or by more than 10%.
  • Impedance can be electrical impedance of the actuator or the acoustic impedance of the actuator. The electrical impedance can be measured directly by a separate impedance measuring bridge or an impedance measuring bridge integrated into the controller.
  • the acoustic impedance can be determined by the controller, for example, by comparing the control signals output to the at least one actuator with signals measured by an error microphone.
  • the impedance threshold of the impedance can be determined empirically. In this case, different impedance threshold values can be determined for different operating states of an internal combustion engine charging the exhaust system with exhaust gas.
  • the impedance of an actuator depends on the radiation conditions of the actuator. Radiation conditions change when the exhaust system is clogged. A change in impedance can be determined by the controller or a separate or integrated impedance measuring bridge. In this way, it can be determined without additional components that the exhaust system is completely or partially clogged, which indicates an increased exhaust gas pressure. This allows the control signal to be generated and output to the at least one actuator as a function of the exhaust gas pressure. In this way, mechanical overloading of the actuator when the exhaust gas pressure is too high can be avoided, for example, by dispensing with additional mechanical loading by applying the control signal or by reducing a level of the control signal.
  • the system also has a bus system which is connected to the controller and can be connected to an engine controller of an internal combustion engine.
  • the bus system is designed to receive a speed value and/or a torque value of the internal combustion engine output by the engine controller and to output it to the controller.
  • the controller is then further designed to interrupt generation of the control signal and/or to interrupt an output of the control signal to the at least one actuator and/or to reduce a level of the control signal output to the at least one actuator by at least 30% or at least 60% , if the speed and torque of the internal combustion engine received by the controller via the bus system
  • Exceeding a specified exhaust gas back pressure threshold value by the exhaust gas back pressure currently present in the exhaust system can be detected by more than 10% or more than 30%.
  • a mass flow can be derived from the speed and the torque, for which a specific exhaust back pressure can be stored in the controller for a respective exhaust system.
  • the bus system can be an interface for a bus system.
  • the engine parameters of an internal combustion engine and in particular the speed and the torque change in a characteristic way when the exhaust gas back pressure changes.
  • This change can be detected by the controller.
  • a mathematical model of the exhaust system and the internal combustion engine can be used for this. This mathematical model can be determined empirically. In this way, a changed exhaust gas pressure can be deduced without additional components.
  • the system also has a water meter, which can be connected to the controller and attached in the area of a tailpipe of the exhaust system.
  • the water meter is designed to detect immersion of the tailpipe in water and to output a corresponding signal to the controller.
  • Such water meters are also referred to as flood detectors and, in the simplest case, consist of two exposed contacts between which an electrical resistance is measured.
  • the controller is then further designed to interrupt generation of the control signal and/or to interrupt an output of the control signal to the at least one actuator and/or to reduce a level of the control signal output to the at least one actuator by at least 30% or at least 60% when the signal from the water meter indicates that the tailpipe of the exhaust system is immersed in water.
  • the immersion of a tailpipe of an exhaust system in water is an operating condition that occurs, for example, when a vehicle is driving through water or when watercraft are slipping with the help of a vehicle, which leads to a significantly increasing exhaust back pressure in the exhaust system of the vehicle.
  • This operating state can be reliably detected using the water meter.
  • a mechanical overload of the actuator can be avoided, for example, by dispensing with an additional mechanical load by applying the control signal or by reducing a level of the control signal.
  • the controller is designed to reduce the level of the control signal output to the at least one actuator by changing the amplitude and/or frequency. This can be done without any problems using the controller, since the controller has to determine the control signal suitable for a particular operating state for the at least one actuator anyway.
  • the noise emitted at the tailpipe changes significantly. This helps alert a user to the increased exhaust back pressure and therefore the possible clogged exhaust system.
  • control signal output by the controller to the at least one actuator is often composed of several sinusoidal oscillations by the controller, it is additionally or alternatively also possible to change the level of the control signal output to the at least one actuator by changing the phases of the individual sinusoidal oscillations from which the control signal is formed to reduce. This can be done without any problems using the controller, since the controller has to determine the control signal suitable for a particular operating state for the at least one actuator anyway.
  • the water meter and/or the temperature sensor are not connected directly to the controller, but rather indirectly via a bus system, which connects the controller to an engine controller of an internal combustion engine.
  • a bus system which connects the controller to an engine controller of an internal combustion engine.
  • the actuator is a voice coil loudspeaker.
  • the sound generator is a two-shell housing made of sheet metal.
  • the voice coil loudspeaker is carried by a sound funnel which is arranged in a sound generator in the form of a two-shell housing made of sheet metal.
  • Embodiments of a motor vehicle include an internal combustion engine with an engine controller, an intake system and an exhaust system in fluid communication with the internal combustion engine and a system as described above.
  • the at least one sound generator of the system is in fluid connection with the exhaust system.
  • the control of the system is connected to the engine control of the internal combustion engine of the motor vehicle, for example via a bus system.
  • an internal combustion engine 60 is connected to an intake system 60", via which fresh air is drawn in and mixed with fuel, and an exhaust system 40, via which exhaust gas produced in the internal combustion engine 60 is discharged.
  • Both the intake system 60" and the exhaust system 40 are connected shown only schematically.
  • the intake system 60" can have filters.
  • the exhaust system 40 can also have active or passive silencers and catalytic converters as well as filters.
  • the flow direction of the fresh air or the exhaust gas is in the figure 3 represented by arrows.
  • the mode of operation of the internal combustion engine 60 is regulated and monitored by an engine controller 60'. Even if the motor controller 60' in figure 3 is arranged directly on the internal combustion engine 60, this is not absolutely necessary. Rather, for thermal reasons, it can be useful to arrange the engine controller 60 ′ at a distance from the internal combustion engine 60 .
  • a sound generator 30 is connected to the exhaust system 40 in the area of an end pipe 10 of the exhaust system 40, on which end pipe 10 an exhaust gas outlet 80 is formed.
  • the sound generator 30 is connected to the exhaust system 40 via a Y-piece and a short piece of pipe in order to achieve a certain thermal decoupling of the sound generator 30 from the exhaust gas routed in the exhaust system 40 . Since the exhaust gas is in the area of the sound generator 30 and the piece of pipe connecting the sound generator 30 to the exhaust system 40, the temperature of the exhaust gas in this area is significantly lower than in other areas of the exhaust system 40 exhaust gas released into the atmosphere.
  • the sound generator is a largely watertight and airtight two-shell housing made of sheet metal, in which an actuator in the form of a voice coil loudspeaker 20 is arranged.
  • the designation "largely watertight and airtight" does not rule out the presence of a pressure equalization valve which, like a throttle, allows the internal pressure of the sound generator to be slowly equalized to an ambient pressure.
  • the moving coil loudspeaker 20 is connected via a control line to a controller of the system 70 embodied in the form of a microprocessor 90 .
  • an error microphone 50 is also arranged, which is connected to the exhaust system 40 via a hose line.
  • the error microphone 50 measures sound in the tailpipe 10 and outputs a corresponding measured value to the microprocessor 90 .
  • a temperature sensor 51 is also connected to the exhaust system, which measures the temperature of the exhaust gas conducted in the exhaust system 40 and outputs a corresponding measured value to the microprocessor 90 via a control line.
  • a water meter 54 is also arranged in the area of the exhaust gas outlet 80 of the end pipe 10, which is also connected to the microprocessor 90 via a control line.
  • the water meter 54 detects that the end pipe 80 is immersed in water and outputs a corresponding signal to the microprocessor 90 .
  • an impedance measuring bridge 52 is integrated into the microprocessor 90 and determines an electrical impedance of the voice coil loudspeaker 20 . It is emphasized that the impedance measuring bridge 52 can alternatively also be in the form of a component separate from the microprocessor 90 .
  • the microprocessor 90 has a power supply in the figure 3 is referred to as VBatt, and the microprocessor 90 is connected to the engine controller 60' via a CAN bus 53 and is thus able to exchange data with the engine controller 60' via the CAN bus 53.
  • the microprocessor 90 receives a current speed value and an associated torque value from the engine controller 60' for a respective operating state of the internal combustion engine 60.
  • a CAN bus 54 is described above for the data exchange between the microprocessor 90 and the engine controller 60', the invention is not limited to a specific type of bus. Rather, any type of data bus that allows the data exchange described can be used.
  • microprocessor 90 and the motor controller 60' are separate elements, the invention is not so limited. Alternatively, it is possible to integrate the microprocessor 90 into the motor controller 60'; then a bus system between the microprocessor 90 and the motor controller 60' can also be dispensed with.
  • the microprocessor 90 Depending on a speed value and torque value for the internal combustion engine 60 received via the CAN bus 53 from the engine controller 60', the microprocessor 90 generates a control signal using a filtered-x least mean squares (FxLMS) algorithm and outputs this to the voice coil loudspeaker 20.
  • the control signal is suitable for partially extinguishing the sound conducted inside the exhaust system 40 in the area of the tailpipe 10, in that the voice coil loudspeaker 20 generates sound as a function of the control signal.
  • the sound generated by the voice coil loudspeaker 20 is coupled via the fluid connection between the sound generator 30 into the tailpipe 10 of the exhaust system 40 and is superimposed there on the sound generated by the internal combustion engine 60, which passes through the exhaust system 40 together with the exhaust gas.
  • the microprocessor 90 is also able to determine a current electrical impedance of the voice coil loudspeaker 20 via the integrated impedance measuring bridge 52 . If the microprocessor 90 determines that the measured electrical impedance deviates from an impedance threshold value, which depends on the moving coil loudspeaker 20 used, by more than 5%, the microprocessor 90 automatically stops outputting the control signal to the moving coil loudspeaker 20 and thus deactivates it the moving coil speaker 20.
  • microprocessor 90 is able to use the speed and torque values of internal combustion engine 60 received via CAN bus 53 and a mathematical model of internal combustion engine 60 and exhaust system 40 to determine a respective exhaust gas back pressure. If the exhaust gas back pressure calculated in this way deviates by more than 10% from a normal, predetermined exhaust gas back pressure threshold value that is empirically determined for the respective speed of the internal combustion engine 60, the microprocessor 90 is also able to output the control signal to the Stop voice coil speaker 20.
  • This output of the control signal to the voice coil speaker 20 is also automatically stopped by the microprocessor 90 when the signal output by the water meter 54 indicates that the exhaust port 80 of the tail pipe 10 is immersed in water.
  • the error microphone 50 is used on the one hand to record the sound event resulting from the superimposition of the noise generated by the voice coil loudspeaker 20 with the exhaust gas noise carried in the exhaust system 40 and to output it to the microprocessor 90 .
  • the microprocessor 90 uses this noise, reported back from the error microphone 50, in creating the control signal for the moving coil loudspeaker 20.
  • the microprocessor 90 determines a respective acoustic impedance of the moving coil loudspeaker 20, since the error microphone 50 also detects which noise the moving coil loudspeaker 20 generates as a result of a respective control signal. This is possible because the noise generated by the engine 60 is empirically known for a given speed and torque and exhaust system. If the microprocessor 90 recognizes that the acoustic impedance determined in this way deviates from a predetermined impedance threshold value by more than 5%, then an output of the control signal to the voice coil loudspeaker 20 is also stopped.
  • the predetermined impedance threshold can also be determined empirically.
  • the microprocessor 90 is able to suppress the output of the control signal to the voice coil loudspeaker 20 if the temperature sensor 51 indicates an increase or decrease in the measured temperature of the exhaust gas in the exhaust system 40 by more than 20° C. per second.
  • the microprocessor 90 is designed to interrupt the output of the control signal into the voice coil loudspeaker 20 if an average value formed over a period of 0.3 seconds over the measured values received from the error microphone 50 is more than 5% above an empirically determined sound threshold is.
  • the microprocessor 90 only interrupts the output of the control signal to the voice coil loudspeaker 20 in the embodiment described above, it is of course alternatively possible to already interrupt the generation of the control signal.
  • the level of the control signal can be reduced by 30% or more for this purpose. This can be done, for example, in that the amplitudes be downgraded.
  • the output of the control signal to the moving coil loudspeaker 20 is only interrupted when several of the above-mentioned influencing variables indicate an interruption in the output of the control signal, it can be avoided that the output of the control signal to the moving coil loudspeaker 20 is unnecessarily interrupted, although the exhaust gas back pressure is actually not that high in the exhaust system 40 is present.
  • the water meter 54 is connected directly to the microprocessor 90 via a control line, this is not absolutely necessary.
  • the water meter 54 can also be connected to both the engine controller 60 ′ and the microprocessor 90 via the CAN bus 53 . The same applies to the temperature sensor 51.
  • the present invention is not restricted to this.
  • the sound conducted in the exhaust system can also be completely extinguished or manipulated in such a way that a predetermined desired noise, which can be dependent on a particular speed and/or a particular torque of the internal combustion engine 60 , is emitted via the exhaust gas opening 80 of the tailpipe 10 .
  • the passenger car has an internal combustion engine 60 in which the figure 3 Motor controller 30 shown is integrated.
  • the combustion engine is available with the in figure 3 Intake system 60" and exhaust system 40 shown in fluid communication.
  • the sound generator 30 of the system 70 from figure 3 is in fluid communication with the exhaust system 40 .
  • the microprocessor 90 of the system 70 is connected to the engine controller 60' of the internal combustion engine. In this way, it is possible to partially or completely cancel the noise emitted from the passenger car, which is attributable to the engine 60 .

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Schutz eines Aktors eines Systems zur Beeinflussung von in einer Abgasanlage eines verbrennungsmotorisch betriebenen Fahrzeugs geführtem Schall vor mechanischer Überlastung.
  • Abgasanlagen für Verbrennungskraftmaschinen sind herkömmlich aus passiven Komponenten aufgebaut, die in allen Betriebssituationen insgesamt von Abgas durchströmt werden und zusammen die Abgasanlage bilden. Bei diesen Komponenten kann es sich neben Leitungsstücken beispielsweise um einen Turbolader, einen Katalysator oder einen Schalldämpfer handeln.
  • In jüngerer Zeit wurde begonnen, Abgasanlagen um Systeme zur aktiven Beeinflussung von in der Abgasanlage geführtem, auf den Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine zurückzuführenden Abgasgeräusch zu ergänzen. Derartige Systeme prägen dem in der Abgasanlage geführten, von der Verbrennungskraftmaschine erzeugten Abgasgeräusch eine charakteristische Geräuschentwicklung auf, welche zum Image eines jeweiligen Herstellers passen und Kunden ansprechen soll. Hierfür werden den in der Abgasanlage geführten Schallwellen, die auf den Betrieb der Verbrennungskraftmaschine zurückzuführen sind (Abgasgeräuschen), im Inneren der Abgasanlage künstlich erzeugte Schallwellen überlagert.
  • Dies erfolgt dadurch, dass ein Schallerzeuger vorgesehen ist, der mit der Abgasanlage in Fluidverbindung steht und so Schall in das Innere des Abgasanlage einstrahlt. Dieser künstlich erzeugte Schall und der von der Verbrennungskraftmaschine erzeugte Schall überlagern sich und treten gemeinsam durch ein Endrohr der Abgasanlage aus. Derartige Systeme können auch zur Schalldämpfung eingesetzt werden. Zum Erzielen einer vollständigen destruktiven Interferenz der Schallwellen des in der Abgasanlage geführten Abgasgeräuschs und des vom Schallerzeuger erzeugten Schalls müssen die vom Lautsprecher herrührenden Schallwellen nach Amplitude und Frequenz den in der Abgasanlage geführten Schallwellen entsprechen, relativ zu diesen jedoch eine Phasenverschiebung von 180 Grad aufweisen. Entsprechen sich die in der Abgasanlage geführten Schallwellen des Abgasgeräuschs und die vom Lautsprecher erzeugten Schallwellen zwar in der Frequenz, und weisen sie relativ zueinander eine Phasenverschiebung von 180 Grad auf, entsprechen sich die Schallwellen aber nicht in der Amplitude, kommt es nur zu einer Abschwächung der in der Abgasanlage geführten Schallwellen des Abgasgeräuschs.
  • Eine Abgasanlage mit einem System zur aktiven Beeinflussung von in der Abgasanlage geführtem Schall aus dem Stand der Technik wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 beschrieben:
    Eine Abgasanlage 4 mit einem System 7 zur aktiven Beeinflussung von in der Abgasanlage 4 geführtem Schall weist einen Schallerzeuger 3 in Form eines schallisolierten Gehäuses auf, welches einen Lautsprecher 2 enthält und im Bereich eines Endrohrs 1 über eine Schallleitung an die Abgasanlage 4 angebunden ist. Das Endrohr 1 weist eine Mündung 8 auf, welche in der Abgasanlage 4 geführtes Abgas und in der Abgasanlage 4 geführten Luftschall nach außen abgibt. An dem Endrohr 1 ist ein Fehlermikrofon 5 vorgesehen. Das Fehlermikrofon 5 misst Schall im Inneren des Endrohrs 1. Diese Messung mittels des Fehlermikrofons 5 erfolgt in einem Abschnitt stromabwärts eines Bereichs, in dem die Schallleitung in die Abgasanlage 4 mündet und damit die fluide Anbindung zwischen Abgasanlage 4 und Schallerzeuger 3 bereitgestellt wird. Dabei ist der Begriff "stromabwärts" auf die Strömungsrichtung des Abgases im Endrohr 1 der Abgasanlage 4 bezogen. Die Strömungsrichtung des Abgases ist in Figur 2 durch Pfeile gekennzeichnet. Zwischen dem Bereich der fluiden Anbindung zwischen Abgasanlage 4 und Schallerzeuger 3 und der Verbrennungskraftmaschine 6 können weitere Komponenten der Abgasanlage 4, wie beispielsweise ein Katalysator und ein Schalldämpfer, vorgesehen sein (nicht gezeigt). Der Lautsprecher 2 und das Fehlermikrofon 5 sind jeweils elektrisch mit einer Steuerung 9 verbunden. Weiter ist die Steuerung 9 über einen CAN-Bus mit einer Motorsteuerung 6' eines Verbrennungsmotors 6 verbunden. Der Verbrennungsmotor 6 weist weiter eine Ansauganlage 6" auf. Anhand von durch das Fehlermikrofon 5 gemessenem Schall und von über den CAN-Bus empfangenen Betriebsparametern des Verbrennungsmotors 6 berechnet die Steuerung 9 für den Lautsprecher 2 ein Steuersignal, welches bei Überlagerung mit dem im Inneren des Endrohrs 1 der Abgasanlage 4 geführten Schall ein angestrebtes Gesamtgeräusch erzeugt, und gibt dieses an den Lautsprecher 2 aus. Dabei kann die Steuerung beispielsweise einen Filtered-x Least mean squares (FxLMS) Algorithmus verwenden, und versuchen, ein mittels des Fehlermikrofons gemessenes Fehlersignal durch Ausgabe von Schall über den Lautsprecher auf Null (im Falle der Schallauslöschung) oder einen vorgegebenen Schwellwert (im Falle der Schallbeeinflussung) zu regeln.
  • Bei herkömmlichen Systemen zur aktiven Beeinflussung von in Abgasanlagen geführtem Schall ist es nachteilig, dass die zur Erzeugung des Schalls im Schallerzeuger verwendeten Aktoren (z. B. Tauchspulenlautsprecher) empfindlich gegen mechanische Überlastung sind. Aufgrund der von den Aktoren bereitzustellenden hohen Schalldrücke sind die Aktoren bereits bei normalem Betrieb einer hohen mechanischen Belastung ausgesetzt. Diese wird dadurch verstärkt, dass zusätzlich das in der Abgasanlage geführte Abgas auf die Aktoren drückt. Normalerweise wird das in der Abgasanlage geführte Abgas über die Mündung des Endrohres abgeführt, so dass der aufgrund des in der Abgasanlage geführten Abgases auf die Aktoren wirkende Druck nicht zu hoch ist. Wird die Mündung des Endrohres jedoch vorübergehend oder dauerhaft verstopft (was beispielsweise beim Durchfahren von Pfützen oder Schneewehen oder durch fehlerhaftes Lösen von Dämmwolle eines passiven Schalldämpfers der Fall sein kann), so wirkt der gesamte Druck des in der Abgasanlage geführten Abgases auf die Aktoren. Hierdurch können die Aktoren dauerhaft geschädigt und damit zerstört werden. Weiter sind die zur Erzeugung des Schalls im Schallerzeuger verwendeten Aktoren empfindlich gegen thermische Überlastung, was aber nicht Gegenstand der vorliegenden Anmeldung ist.
  • Zur Vermeidung einer mechanischen oder thermischen Beschädigung eines Aktors eines Systems zur aktiven Beeinflussung von in Abgasanlagen geführtem Schall ist es beispielsweise aus der DE 10 2011 117 495.1 bekannt, ein dem Aktor zugeführtes Steuersignal so zu verändern, dass der Aktor ohne Gefahr einer Beschädigung des Aktors mit dem Steuersignal betrieben werden kann. Hierzu wird ein mathematisches Modell des Aktors verwendet. Die vorbekannte Lösung ist jedoch nur geeignet, eine Überlastung des Aktors zu vermeiden, die auf das jeweils verwendete Steuersignal alleine zurückzuführen ist, nicht jedoch, eine Überlastung des Aktors zu vermeiden, die infolge eines übermäßigen Abgasdruckes in der Abgasanlage auftritt.
  • Aus den Offenlegungsschriften US 2001/036281 A1 und US 2013/013147 A1 sind die Merkmale des Oberbegriffs des unabhängigen Anspruchs 1 bekannt. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System zur aktiven Beeinflussung von in Abgasanlagen geführtem Schall bereitzustellen, bei welchem das Risiko einer mechanischen Beschädigung eines zur Erzeugung des Schalls verwendeten Aktors des Systems infolge eines übermäßigen Abgasdruckes in der Abgasanlage vermieden werden kann.
  • Die vorstehende Aufgabe wird durch die Kombination der Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
  • Ausführungsformen eines Systems zur aktiven Beeinflussung von in einer Abgasanlage geführtem Schall weisen eine Steuerung, wenigstens einen Schallerzeuger und wenigstens einen Aktor auf. Der Schallerzeuger ist dazu ausgebildet, mit der Abgasanlage in Fluidverbindung gebracht zu werden. Der wenigstens eine Aktor ist in dem wenigstens einen Schallerzeuger angeordnet und zum Empfang von Steuersignalen mit der Steuerung verbunden. In jedem Schallerzeuger kann ein oder mehr als ein Aktor angeordnet sein. Weiter ist der wenigstens eine Aktor in Abhängigkeit eines von der Steuerung empfangenen Steuersignals zum Erzeugen von Schall in dem Schallerzeuger ausgebildet. Die Steuerung ist ausgebildet, ein Steuersignal zu erzeugen und an den wenigstens einen Aktor auszugeben. Das Steuersignal ist geeignet, den im Inneren der Abgasanlage geführten Schall zumindest teilweise oder vollständig auszulöschen, wenn der wenigstens eine Aktor mit dem Steuersignal betrieben wird.
  • Gemäß einer nicht-erfindungsgemäßen Ausführungsform, die jedoch mit den nachfolgenden erfindungsgemäßen
  • Ausführungsformen kombiniert werden kann, weist das System weiter ein Fehlermikrofon auf, welches mit der Steuerung verbunden und an einer bezüglich der Abgasströmung im Bereich der fluiden Anbindung zwischen Schallerzeuger und Abgasanlage gelegenen Stelle der Abgasanlage anordenbar ist. Dabei bedeutet "im Bereich der fluiden Anbindung zwischen Schallerzeuger und Abgasanlage gelegenen Stelle", dass die Stelle, an welcher die fluide Anbindung erfolgt und der Schall zumindest teilweise ausgelöscht wird, von dem Fehlermikrofon bezüglich der Strömungsrichtung des Abgases stromaufwärts um nicht mehr als das Zehnfache und insbesondere um nicht mehr als das Fünffache und weiter insbesondere um nicht mehr als das Doppelte des maximalen Durchmessers der Abgasanlage an der Stelle, an welcher der Schall durch das Fehlermikrofon gemessen wird, entlang der Strömungsrichtung des Abgases beabstandet ist. Das Fehlermikrofon ist ausgebildet, Schall in der Abgasanlage zu messen und einen entsprechenden Messwert an die Steuerung auszugeben. Die Steuerung ist dann weiter ausgebildet, eine Erzeugung des Steuersignals zu unterbrechen und/oder eine Ausgabe des Steuersignals an den wenigstens einen Aktor zu unterbrechen und/oder einen Pegel des an den wenigstens einen Aktor ausgegebenen Steuersignals um wenigstens 30 % oder wenigstens 60 % zu reduzieren, wenn ein über eine Zeitspanne von wenigstens 0,2 Sekunden gebildeter Mittelwert über die von dem Fehlermikrofon ausgegebenen Messwerte wenigstens 5 % oder wenigstens 10 % über einem vorgegebenen Schall-Schwellwert liegt.
  • Durch einen gestiegenen Abgasdruck ändert sich das vom Fehlermikrofon ausgegebene Signal in einer Weise, dass der Mittelwert der Messwerte über eine Zeitspanne von wenigstens 0,2 Sekunden gegenüber dem Mittelwert der Messwerte über eine Zeitspanne von wenigstens 0,2 Sekunden bei normalem Druck erhöht ist. Auf diese Weise lässt sich alleine durch Verwendung des häufig ohnehin vorhandenen Fehlermikrofons und damit ohne zusätzliche Komponenten darauf schließen, dass sich der Abgasdruck verändert hat. Dies erlaubt es, eine Erzeugung und Ausgabe des Steuersignals an den wenigstens einen Aktor in Abhängigkeit von dem Abgasdruck vorzunehmen. Auf diese Weise kann eine mechanische Überlastung des Aktors bei zu hohem Abgasdruck beispielsweise dadurch vermieden werden, dass auf eine zusätzliche mechanische Belastung durch Beaufschlagung mit dem Steuersignal verzichtet oder ein Pegel des Steuersignals herabgesetzt wird.
  • Gemäß einer Ausführungsform, die auch mit der vorstehenden und den nachfolgenden Ausführungsformen kombiniert werden kann, weist das System weiter einen Temperatursensor auf, welcher mit der Steuerung verbunden und in der Abgasanlage anordenbar ist. Der Temperatursensor ist ausgebildet, die Temperatur des in der Abgasanlage geführten Abgases zu messen und einen entsprechenden Messwert an die Steuerung auszugeben. Die Steuerung ist dann weiter ausgebildet, eine Erzeugung des Steuersignals zu unterbrechen und/oder eine Ausgabe des Steuersignals an den wenigstens einen Aktor zu unterbrechen und/oder einen Pegel des an den wenigstens einen Aktor (20) ausgegebenen Steuersignals um wenigstens 30 % oder wenigstens 60 % zu reduzieren, wenn die von dem Temperatursensor gemessene Temperatur des in der Abgasanlage geführten Abgases um mehr als 10° C pro Sekunde oder um mehr als 20° C pro Sekunde ansteigt oder abfällt.
  • Die Temperatur im Abgasstrang steigt schlagartig an, wenn das Ausströmen des Abgases verhindert oder nur verändert wird. Auf diese Weise lässt sich alleine durch Verwendung des häufig ohnehin vorhandenen Temperatursensors und damit ohne zusätzliche Komponenten auf einen veränderten Abgasdruck schließen. Dies erlaubt es, eine Erzeugung und Ausgabe des Steuersignals an den wenigstens einen Aktor in Abhängigkeit von dem Abgasdruck vorzunehmen. Auf diese Weise kann eine mechanische Überlastung des Aktors bei zu hohem Abgasdruck beispielsweise dadurch vermieden werden, dass auf eine zusätzliche mechanische Belastung durch Beaufschlagung mit dem Steuersignal verzichtet oder ein Pegel des Steuersignals herabgesetzt wird. Weiter fällt die Temperatur im Abgasstrang schlagartig ab, wenn (z. B. beim Durchqueren eines Flussbettes) Wasser in die Abgasanlage einströmt. Auch hier kann eine mechanische Belastung des Aktors reduziert werden, indem bei einem schlagartigen Abfall der Temperatur im Abgasstrang auf eine zusätzliche mechanische Belastung des Aktors durch Beaufschlagung mit dem Steuersignal verzichtet oder ein Pegel des Steuersignals herabgesetzt wird.
  • Gemäß einer Ausführungsform, die auch mit den vorstehenden und nachfolgenden Ausführungsformen kombiniert werden kann, weist das System weiter eine Impedanzmessbrücke auf, welche mit der Steuerung und einem Aktor verbunden ist. Die Impedanzmessbrücke ist ausgebildet, die elektrische Impedanz des wenigstens einen Aktors zu bestimmen und einen entsprechenden Messwert an die Steuerung auszugeben. Dabei kann die Impedanzmessbrücke auch in die Steuerung integriert sein, d. h. es kann sich bei der Impedanzmessbrücke und der Steuerung um unterschiedliche Elemente oder um ein einziges integriertes Element handeln. Die Steuerung ist dann weiter ausgebildet, eine Erzeugung des Steuersignals zu unterbrechen und/oder eine Ausgabe des Steuersignals an den wenigstens einen Aktor zu unterbrechen und/oder einen Pegel des an den wenigstens einen Aktor ausgegebenen Steuersignals um wenigstens 30 % oder wenigstens 60 % zu reduzieren, wenn die von der Impedanzmessbrücke bestimmte Impedanz des Aktors um mehr als 5 % oder um mehr als 10 % von einem vorgegebenen Impedanz-Schwellwert abweicht. Bei der Impedanz kann es sich um die elektrische Impedanz des Aktors oder die akustische Impedanz des Aktors handeln. Die elektrische Impedanz kann von einer separaten Impedanzmessbrücke oder einer in die Steuerung integrierten Impedanzmessbrücke direkt gemessen werden. Die akustische Impedanz kann von der Steuerung beispielsweise durch Vergleich der an den wenigstens einen Aktor ausgegebenen Steuersignale mit von einem Fehlermikrofon gemessenen Signalen bestimmt werden. Der Impedanz-Schwellwert der Impedanz kann empirisch bestimmt werden. Dabei können für unterschiedliche Betriebszustände eines die Abgasanlage mit Abgas beaufschlagenden Verbrennungsmotors unterschiedliche Impedanz-Schwellwerte bestimmt werden.
  • Die Impedanz eines Aktors ist von den Abstrahlbedingungen des Aktors abhängig. Die Abstrahlbedingungen ändern sich, wenn die Abgasanlage verstopft ist. Eine Änderung der Impedanz kann von der Steuerung oder einer separaten oder integrierten Impedanzmessbrücke bestimmt werden. Auf diese Weise lässt sich ohne zusätzliche Komponenten feststellen, dass die Abgasanlage ganz oder teilweise verstopft ist, was auf einen erhöhten Abgasdruck schließen lässt. Dies erlaubt es, eine Erzeugung und Ausgabe des Steuersignals an den wenigstens einen Aktor in Abhängigkeit von dem Abgasdruck vorzunehmen. Auf diese Weise kann eine mechanische Überlastung des Aktors bei zu hohem Abgasdruck beispielsweise dadurch vermieden werden, dass auf eine zusätzliche mechanische Belastung durch Beaufschlagung mit dem Steuersignal verzichtet oder ein Pegel des Steuersignals herabgesetzt wird.
  • Gemäß einer Ausführungsform, die auch mit den vorstehenden und der nachfolgenden Ausführungsform kombiniert werden kann, weist das System weiter ein Bussystem auf, welches mit der Steuerung verbunden und mit einer Motorsteuerung eines Verbrennungsmotors verbindbar ist. Das Bussystem ist ausgebildet, einen von der Motorsteuerung ausgegebenen Drehzahlwert und/oder einen Drehmomentwert des Verbrennungsmotors zu empfangen und an die Steuerung auszugeben. Die Steuerung ist dann weiter ausgebildet, eine Erzeugung des Steuersignals zu unterbrechen und/oder eine Ausgabe des Steuersignals an den wenigstens einen Aktor zu unterbrechen und/oder einen Pegel des an den wenigstens einen Aktor ausgegebenen Steuersignals um wenigstens 30 % oder wenigstens 60 % zu reduzieren, wenn die von der Steuerung über das Bussystem empfangene Drehzahl und das Drehmoment des Verbrennungsmotors eine
  • Übersteigung eines vorgegebenen Abgasgegendruck-Schwellwerts durch den in der Abgasanlage aktuell vorhandenen Abgasgegendruck um mehr als 10 % oder mehr als 30 % erkennen lassen. Aus der Drehzahl und dem Drehmoment lässt sich ein Massenstrom ableiten, für den in der Steuerung für eine jeweilige Abgasanlage ein spezifischer Abgasgegendruck hinterlegt sein kann. Im einfachsten Fall kann es sich bei dem Bussystem um eine Schnittstelle für ein Bussystem handeln.
  • Die Motorkennzahlen eines Verbrennungsmotors und insbesondere die Drehzahl und das Drehmoment ändern sich bei verändertem Abgasgegendruck in einer charakteristischen Weise. Diese Änderung kann von der Steuerung detektiert werden. Hierfür kann ein mathematisches Modell der Abgasanlage und des Verbrennungsmotors verwendet werden. Dieses mathematische Modell kann empirisch bestimmt werden. Auf diese Weise lässt sich ohne zusätzliche Komponenten auf einen veränderten Abgasdruck schließen. Dies erlaubt es, eine Erzeugung und Ausgabe des Steuersignals an den wenigstens einen Aktor in Abhängigkeit von dem Abgasdruck vorzunehmen. Auf diese Weise kann eine mechanische Überlastung des Aktors bei zu hohem Abgasdruck beispielsweise dadurch vermieden werden, dass auf eine zusätzliche mechanische Belastung durch Beaufschlagung mit dem Steuersignal verzichtet oder ein Pegel des Steuersignals herabgesetzt wird.
  • Gemäß einer Ausführungsform, die auch mit den vorstehenden Ausführungsformen kombiniert werden kann, weist das System weiter einen Wassermesser auf, welcher mit der Steuerung verbunden und im Bereich eines Endrohres der Abgasanlage befestigt werden kann. Der Wassermesser ist ausgebildet, ein Eintauchen des Endrohres in Wasser zu detektieren und ein entsprechendes Signal an die Steuerung auszugeben. Derartige Wassermesser werden auch als Überflutungsmelder bezeichnet und bestehen im einfachsten Fall aus zwei freiliegenden Kontakten, zwischen denen ein elektrischer Widerstand gemessen wird. Die Steuerung ist dann weiter ausgebildet, eine Erzeugung des Steuersignals zu unterbrechen und/oder eine Ausgabe des Steuersignals an den wenigstens einen Aktor zu unterbrechen und/oder einen Pegel des an den wenigstens einen Aktor ausgegebenen Steuersignals um wenigstens 30 % oder wenigstens 60 % zu reduzieren, wenn das vom Wassermesser ausgegebene Signal angibt, dass das Endrohr der Abgasanlage in Wasser eintaucht. Das Eintauchen eines Endrohres einer Abgasanlage in Wasser ist ein beispielsweise bei einer Wasserdurchfahrt eines Fahrzeugs oder im Rahmen eines Slippens von Wasserfahrzeugen mit Hilfe eines Fahrzeugs auftretender Betriebszustand, der zu einem deutlich steigenden Abgasgegendruck in der Abgasanlage des Fahrzeugs führt. Dieser Betriebszustand kann mittels des Wassermessers zuverlässig erkannt werden. Bei Erkennen dieses Betriebszustandes kann eine mechanische Überlastung des Aktors beispielsweise dadurch vermieden werden, dass auf eine zusätzliche mechanische Belastung durch Beaufschlagung mit dem Steuersignal verzichtet oder ein Pegel des Steuersignals herabgesetzt wird.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung ausgebildet, den Pegel des an den wenigstens einen Aktor ausgegebenen Steuersignals durch Veränderung von Amplitude und/oder Frequenz zu reduzieren. Dies ist mittels der Steuerung problemlos möglich, da die Steuerung ohnehin das für einen jeweiligen Betriebszustand geeignete Steuersignal für den wenigstens einen Aktor bestimmen muss. Bei einer Veränderung der Frequenz ändert sich das am Endrohr ausgegebene Geräusch erheblich. Dies hilft es, einen Benutzer auf den gestiegenen Abgasgegendruck und damit die möglicherweise verstopfte Abgasanlage hinzuweisen.
  • Da das von der Steuerung an den wenigstens einen Aktor ausgegebene Steuersignal häufig durch die Steuerung aus mehreren Sinusschwingungen zusammengesetzt wird, ist es zusätzlich oder alternativ auch möglich, den Pegel des an den wenigstens einen Aktor ausgegebenen Steuersignals durch Veränderung der Phasen der einzelnen Sinusschwingungen, aus welchen das Steuersignal gebildet ist, zu reduzieren. Dies ist mittels der Steuerung problemlos möglich, da die Steuerung ohnehin das für einen jeweiligen Betriebszustand geeignete Steuersignal für den wenigstens einen Aktor bestimmen muss.
  • Gemäß einer Ausführungsform sind der Wassermesser und/oder der Temperatursensor nicht direkt mit der Steuerung verbunden, sondern mittelbar über ein Bussystem, welches die Steuerung mit einer Motorsteuerung eines Verbrennungsmotors verbindet. Auf diese Weise kann das vom Wassermesser oder Temperatursensor ausgegebene Signal auch von anderen Komponenten eines Fahrzeugs genutzt werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist der Aktor ein Tauchspulenlautsprecher.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist der Schallerzeuger ein zweischaliges Gehäuse aus Metallblech.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird der Tauchspulenlautsprecher von einem Schalltrichter getragen, der in einem Schallerzeuger in Form eines zweischaligen Gehäuses aus Metallblech angeordnet ist.
  • Ausführungsformen eines Kraftfahrzeugs weisen einen Verbrennungsmotor mit einer Motorsteuerung, eine Ansauganlage und eine Abgasanlage, die mit dem Verbrennungsmotor in Fluidverbindung stehen und ein System wie vorstehend beschrieben auf. Dabei steht der wenigstens eine Schallerzeuger des Systems mit der Abgasanlage in Fluidverbindung. Weiter ist die Steuerung des Systems mit der Motorsteuerung des Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs beispielsweise über ein Bussystem verbunden.
  • In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass die in dieser Beschreibung und den Ansprüchen zur Aufzählung von Merkmalen verwendeten Begriffe "umfassen", "aufweisen", "beinhalten", "enthalten" und "mit", sowie deren grammatikalische Abwandlungen, generell als nichtabschließende Aufzählung von Merkmalen, wie z. B. Verfahrensschritten, Einrichtungen, Bereichen, Größen und dergleichen aufzufassen sind, und in keiner Weise das Vorhandensein anderer oder zusätzlicher Merkmale oder Gruppierungen von anderen oder zusätzlichen Merkmalen ausschließen.
  • Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Ansprüchen sowie den Figuren. In den Figuren werden gleiche bzw. ähnliche Elemente mit gleichen bzw. ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet. Es wird darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf die Ausführungsformen der beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern durch den Umfang der beiliegenden Patentansprüche bestimmt ist. Insbesondere können die einzelnen Merkmale bei erfindungsgemäßen Ausführungsformen in anderer Anzahl und Kombination als bei den untenstehend angeführten Beispielen verwirklicht sein. Bei der nachfolgenden Erläuterung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung wird auf die beiliegenden Figuren Bezug genommen, von denen
    • Figur 1
    schematisch eine perspektivische Ansicht eines Schallerzeugers und eines Teils einer Abgasanlage aus dem Stand der Technik zeigt, wie er auch in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann;
    Figur 2
    schematisch ein Blockdiagramm eines Systems zur aktiven Beeinflussung von in der Abgasanlage geführtem Schall aus dem Stand der Technik zeigt;
    Figur 3
    schematisch ein Blockdiagramm eines Systems zur aktiven Beeinflussung von in der Abgasanlage geführtem Schall gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt; und
    Figur 4
    schematisch ein verbrennungsmotorisch betriebenes Kraftfahrzeug zeigt, welches das System aus Figur 3 verwendet.
  • Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Figur 3 eine Ausführungsform eines Systems 70 zur aktiven Beeinflussung von in einer Abgasanlage 40 geführtem Schall beschrieben.
  • Wie in Figur 3 gezeigt, ist ein Verbrennungsmotor 60 mit einer Ansauganlage 60", über welche Frischluft angesaugt und mit Kraftstoff versetzt wird, und einer Abgasanlage 40, über welche im Verbrennungsmotor 60 entstehendes Abgas abgeführt wird, verbunden. Sowohl die Ansauganlage 60" als auch die Abgasanlage 40 sind nur schematisch dargestellt. Insbesondere kann die Ansauganlage 60" Filter aufweisen. Die Abgasanlage 40 kann insbesondere noch aktive oder passive Schalldämpfer und Katalysatoren sowie Filter aufweisen. Die Strömungsrichtung der Frischluft bzw. des Abgases ist in der Figur 3 durch Pfeile dargestellt.
  • Die Arbeitsweise des Verbrennungsmotors 60 wird durch eine Motorsteuerung 60' geregelt und überwacht. Auch wenn die Motorsteuerung 60' in Figur 3 direkt am Verbrennungsmotor 60 angeordnet ist, ist dies nicht zwingend erforderlich. Vielmehr kann es aus thermischen Gründen sinnvoll sein, die Motorsteuerung 60' beabstandet vom Verbrennungsmotor 60 anzuordnen.
  • Im Bereich eines Endrohes 10 der Abgasanlage 40, an welchem Endrohr 10 eine Abgasmündung 80 ausgebildet ist, ist ein Schallerzeuger 30 an die Abgasanlage 40 angebunden. In der gezeigten Ausführungsform erfolgt die Anbindung des Schallerzeugers 30 an die Abgasanlage 40 über ein Y-Stück sowie ein kurzes Rohrstück, um eine gewisse thermische Entkopplung des Schallerzeugers 30 von in der Abgasanlage 40 geführten Abgas zu erreichen. Da das Abgas im Bereich des Schallerzeugers 30 und des den Schallerzeuger 30 mit der Abgasanlage 40 verbindenden Rohrstückes steht, ist die Temperatur des Abgases in diesem Bereich deutlich geringer, als in anderen Bereichen der Abgasanlage 40. Über die Abgasmündung 80 wird in der Abgasanlage 40 geführtes Abgas in die Atmosphäre ausgegeben.
  • Bei dem Schallerzeuger handelt es sich um ein weitgehend wasser- und luftdichtes zweischaliges Gehäuse aus Metallblech, in welchem ein Aktor in Form eines Tauchspulenlautsprechers 20 angeordnet ist. Dabei schließt die Bezeichnung "weitgehend wasser- und luftdicht" das Vorhandensein von einem Druckausgleichsventil nicht aus, welches einer Drossel vergleichbar eine langsame Angleichung eines Innendrucks des Schallerzeugers an einen Umgebungsdruck erlaubt.
  • Der Tauchspulenlautsprecher 20 ist über eine Steuerleitung mit einer in Form eines Mikroprozessors 90 ausgebildeten Steuerung des Systems 70 verbunden.
  • Zwischen der Abgasmündung 80 und der Stelle im Endrohr 10, an welcher der Schallerzeuger 30 mit der Abgasanlage 40 in Fluidverbindung steht, ist weiter ein Fehlermikrofon 50 angeordnet, welches über eine Schlauchleitung an die Abgasanlage 40 angebunden ist. Das Fehlermikrofon 50 misst Schall im Endrohr 10 und gibt einen entsprechenden Messwert an den Mikroprozessor 90 aus. Weiter ist an die Abgasanlage ein Temperatursensor 51 angebunden, welcher die Temperatur des in der Abgasanlage 40 geführten Abgases misst und über eine Steuerleitung einen entsprechenden Messwert an den Mikroprozessor 90 ausgibt. Im Bereich der Abgasmündung 80 des Endrohes 10 ist zudem ein Wassermesser 54 angeordnet, welcher ebenfalls über eine Steuerleitung mit dem Mikroprozessor 90 verbunden ist. Der Wassermesser 54 detektiert ein Eintauchen des Endrohres 80 in Wasser und gibt ein entsprechendes Signal an den Mikroprozessor 90 aus. Schließlich ist in den Mikroprozessor 90 eine Impedanz-Messbrücke 52 integriert, welche eine elektrische Impedanz des Tauchspulenlautsprechers 20 bestimmt. Es wird betont, dass die Impedanz-Messbrücke 52 alternativ auch als vom Mikroprozessor 90 separates Bauteil ausgebildet sein kann.
  • Weiter verfügt der Mikroprozessor 90 über eine Energieversorgung, die in der Figur 3 als VBatt bezeichnet ist, und ist der Mikroprozessor 90 über einen CAN-Bus 53 mit der Motorsteuerung 60' verbunden und so in der Lage, über den CAN-Bus 53 Daten mit der Motorsteuerung 60' auszutauschen. Insbesondere erhält der Mikroprozessor 90 von der Motorsteuerung 60' für einen jeweiligen Betriebszustand des Verbrennungsmotors 60 einen aktuellen Drehzahlwert und einen zugehörigen Drehmomentwert. Auch wenn vorstehend für den Datenaustausch zwischen dem Mikroprozessor 90 und der Motorsteuerung 60' die Verwendung eines CAN-Busses 54 beschrieben wird, ist die Erfindung nicht auf eine bestimmte Art von Bus beschränkt. Vielmehr kann jede Art von Datenbus verwendet werden, die den beschriebenen Datenaustausch erlaubt.
  • Auch wenn vorstehend beschrieben wurde, dass es sich bei dem Mikroprozessor 90 und der Motorsteuerung 60' um separate Elemente handelt, ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt. Alternativ ist es möglich, den Mikroprozessor 90 in die Motorsteuerung 60' zu integrieren; dann kann auch auf ein Bussystem zwischen Mikroprozessor 90 und Motorsteuerung 60' verzichtet werden.
  • Im Folgenden wir die Funktionsweise des in Figur 3 beschriebenen Systems 70 zur aktiven Beeinflussung von in einer Abgasanlage 40 geführtem Schall erläutert.
  • In Abhängigkeit von einem über den CAN-Bus 53 von der Motorsteuerung 60' empfangenen Drehzahlwert und Drehmomentwert zum Verbrennungsmotor 60 erzeugt der Mikroprozessor 90 unter Verwendung eines Filtered-x Least mean squares (FxLMS) Algorithmus ein Steuersignal und gibt dieses an den Tauchspulenlautsprecher 20 aus. Das Steuersignal ist geeignet, den im Inneren der Abgasanlage 40 im Bereich des Endrohrs 10 geführten Schall teilweise auszulöschen, indem der Tauchspulenlautsprecher 20 in Abhängigkeit von dem Steuersignal Schall erzeugt. Der vom Tauchspulenlautsprecher 20 erzeugte Schall wird über die Fluidverbindung zwischen dem Schallerzeuger 30 in das Endrohr 10 der Abgasanlage 40 eingekoppelt, und überlagert dort den vom Verbrennungsmotor 60 erzeugten Schall, der die Abgasanlage 40 zusammen mit dem Abgas durchläuft.
  • Der Mikroprozessor 90 ist zudem in der Lage, über die integrierte Impedanz-Messbrücke 52 eine jeweils aktuelle elektrische Impedanz des Tauchspulenlautsprechers 20 zu bestimmen. Stellt der Mikroprozessor 90 fest, dass die gemessene elektrische Impedanz von einem Impedanz-Schwellwert, der von dem jeweils verwendeten Tauchspulenlautsprecher 20 abhängt, um mehr als 5 % abweicht, so stoppt der Mikroprozessor 90 automatisch eine Ausgabe der Steuersignals an den Tauchspulenlautsprecher 20 und deaktiviert so den Tauchspulenlautsprecher 20.
  • Zusätzlich ist der Mikroprozessor 90 dazu in der Lage, anhand der über den CAN-Bus 53 empfangenen Drehzahl- und Drehmomentwerte des Verbrennungsmotors 60 anhand eines mathematischen Modells des Verbrennungsmotors 60 und der Abgasanlage 40 einen sich jeweils ergebenden Abgasgegendruck zu bestimmen. Weicht der so berechnete Abgasgegendruck von einem für die jeweilige Drehzahl des Verbrennungsmotors 60 normalen vorgegebenen Abgasgegendruck-Schwellwert, der empirisch bestimmt ist, um mehr als 10 % nach oben ab, so ist der Mikroprozessor 90 ebenfalls in der Lage, eine Ausgabe des Steuersignals an dem Tauchspulenlautsprecher 20 zu stoppen.
  • Diese Ausgabe des Steuersignals an den Tauchspulenlautsprecher 20 wird durch den Mikroprozessor 90 auch automatisch gestoppt, wenn das von dem Wassermesser 54 ausgegebene Signal angibt, dass die Abgasmündung 80 des Endrohes 10 in Wasser eintaucht.
  • Das Fehlermikrofon 50 dient zum einen dazu, das sich infolge der Überlagerung des vom Tauchspulenlautsprecher 20 erzeugten Geräusch mit dem in der Abgasanlage 40 geführten Abgasgeräusch ergebende Schallereignis zu erfassen und an den Mikroprozessor 90 auszugeben. Der Mikroprozessor 90 verwendet dieses vom Fehlermikrofon 50 zurückgemeldete Geräusch bei der Erstellung des Steuersignals für den Tauchspulenlautsprecher 20.
  • Mittels des Fehlermikrofons 50 ist es dem Mikroprozessor 90 aber auch möglich, eine jeweilige akustische Impedanz des Tauchspulenlautsprechers 20 zu bestimmen, da das Fehlermikrofon 50 miterfasst, welches Geräusch der Tauchspulenlautsprecher 20 infolge eines jeweiligen Steuersignals erzeugt. Dies ist möglich, da das vom Verbrennungsmotor 60 erzeugte Geräusch für eine jeweilige Drehzahl und ein jeweiliges Drehmoment und eine jeweilige Abgasanlage empirisch bekannt ist. Wird dabei durch den Mikroprozessor 90 erkannt, dass die so bestimmte akustische Impedanz um mehr als 5 % von einem vorgegebenen Impedanz-Schwellwert abweicht, so wird eine Ausgabe des Steuersignals an den Tauchspulenlautsprecher 20 ebenfalls gestoppt. Der vorgegebene Impendanz-Schwellwert kann ebenfalls empirisch bestimmt sein.
  • Weiter ist der Mikroprozessor 90 in der Lage, die Ausgabe des Steuersignals an den Tauchspulenlautsprecher 20 zu unterdrücken, wenn der Temperatursensor 51 einen Anstieg oder Abfall der gemessenen Temperatur des Abgases in der Abgasanlage 40 um mehr als 20°C pro Sekunde angibt.
  • Schließlich ist der Mikroprozessor 90 dazu ausgebildet, die Ausgabe des Steuersignals in den Tauchspulenlautsprecher 20 zu unterbrechen, wenn ein über eine Zeitspanne von 0,3 Sekunden gebildeter Mittelwert über die von dem Fehlermikrofon 50 empfangenen Messwerte um mehr als 5 % über einem empirisch bestimmten Schall-Schwellwert liegt.
  • Auch wenn in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Mikroprozessor 90 lediglich die Ausgabe des Steuersignals an den Tauchspulenlautsprecher 20 unterbricht, so ist es alternativ selbstverständlich möglich, bereits die Erzeugung des Steuersignals zu unterbrechen. Weiter ist es alternativ möglich, die Erzeugung und Ausgabe des Steuersignals an den Tauchspulenlautsprecher 20 nicht zu unterbrechen, sondern das Steuersignal selber so zu manipulieren, dass die im Tauchspulenlautsprecher 20 in Folge des empfangenen Steuersignals auftretende Auslenkung einer Membran des Tauchspulenlautsprechers 20 herabgesetzt wird. Beispielsweise kann der Pegel des Steuersignals hierfür um 30 % oder mehr reduziert werden. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Amplituden herabgesetzt werden. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, die Frequenz des Steuersignals so zu verändern, dass sich insgesamt ein niedrigerer Pegel des Steuersignals ergibt.
  • Auch wenn vorstehend eine Vielzahl von Einflussgrößen (Messwert des Fehlermikrofons, Messwert des Temperatursensors, Messwert der Impedanzmessbrücke, von der Motorsteuerung empfangener Drehmomentwert und Drehzahlwert, Signal des Wassermesser) vorhanden sind, welche den Mikroprozessor 90 jeweils für sich alleine dazu bewegen, eine Ausgabe des Steuersignals an den Tauchspulenlautsprecher 20 zu unterbrechen, wird betont, dass diese Einflussgrößen entweder alternativ oder aber auch kumulativ ein Aussetzen der Ausgabe des Steuersignals an den Tauchspulenlautsprecher 20 bewirken können. Wird die Ausgabe des Steuersignals an den Tauchspulenlautsprecher 20 nur unterbrochen, wenn mehrere der vorstehend genannten Einflussgrößen für eine Unterbrechung der Ausgabe des Steuersignals sprechen, kann vermieden werden, dass die Ausgabe des Steuersignals an den Tauchspulenlautsprechers 20 unnötigerweise unterbrochen wird, obwohl tatsächlich kein so hoher Abgasgegendruck in der Abgasanlage 40 vorliegt. Beispielsweise kann gefordert werden, dass zwei, drei, vier, fünf oder auch alle sechs der vorstehend genannten Einflussgrößen kumulativ erfüllt sein müssen, um eine Unterbrechung der Ausgabe des Steuersignals an den Tauchspulenlautsprecher zu bewirken.
  • Auch wenn in Figur 3 gezeigt ist, dass der Wassermesser 54 direkt über eine Steuerleitung mit dem Mikroprozessor 90 verbunden ist, ist dies nicht zwingend erforderlich. Alternativ kann der Wassermesser 54 auch über den CAN-Bus 53 sowohl mit der Motorsteuerung 60' als auch mit dem Mikroprozessor 90 verbunden sein. Das gleiche gilt für den Temperatursensor 51.
  • Auch wenn die Erfindung vorstehend anhand einer einflutigen Abgasanlage erläutert wurde, ist die Erfindung hierauf nicht beschränkt.
  • Auch wenn das von dem Mikroprozessor 90 erzeugte Steuersignal für den Tauchspulenlautsprecher 20 vorstehend so gebildet worden ist, dass es einen in der Abgasanlage geführten Schall teilweise auslöscht, ist die vorliegende Erfindung hierauf nicht beschränkt. Alternativ kann der in der Abgasanlage geführte Schall auch vollständig ausgelöscht werden oder so manipuliert werden, dass ein vorgegebenes gewünschtes Geräusch, welches von einer jeweiligen Drehzahl und/oder einem jeweiligen Drehmoment des Verbrennungsmotors 60 abhängig sein kann, über die Abgasmündung 80 des Endrohres 10 ausgegeben wird.
  • Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Figur 4 ein verbrennungsmotorisch betriebener Personenkraftwagen beschrieben.
  • Der Personenkraftwagen weist einen Verbrennungsmotor 60 auf, in welchen die in Figur 3 gezeigte Motorsteuerung 30 integriert ist. Der Verbrennungsmotor steht mit der in Figur 3 gezeigten Ansauganlage 60" und Abgasanlage 40 in Fluidverbindung. Der Schallerzeuger 30 des Systems 70 aus Figur 3 steht mit der Abgasanlage 40 in Fluidverbindung. Der Mikroprozessor 90 des Systems 70 ist mit der Motorsteuerung 60' des Verbrennungsmotors verbunden. Auf diese Weise ist es möglich, dass von dem Personenkraftwagen emittierte Geräusch, welches auf den Verbrennungsmotor 60 zurückzuführen ist, teilweise oder vollständig auszulöschen.
  • Obwohl die voranstehenden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung lediglich beispielhaft erläutert worden sind, werden die Fachleute erkennen, dass zahlreiche Modifikationen, Hinzufügungen und Ersetzungen möglich sind, ohne von dem Schutzbereich der in den nachfolgenden Ansprüchen offenbarten Erfindung abzuweichen.

Claims (8)

  1. System (70) zur aktiven Beeinflussung von in einer Abgasanlage (40) geführtem Schall, aufweisend:
    eine Steuerung (90);
    wenigstens einen Schallerzeuger (30), der dazu ausgebildet ist, mit der Abgasanlage (40) in Fluidverbindung gebracht zu werden; und
    wenigstens einen Aktor (20), der in dem wenigstens einen Schallerzeuger (30) angeordnet und zum Empfang von Steuersignalen mit der Steuerung (90) verbunden ist, wobei der wenigstens eine Aktor (20) in Abhängigkeit eines von der Steuerung (90) empfangenen Steuersignals zum Erzeugen von Schall in dem Schallerzeuger ausgebildet ist;
    wobei die Steuerung (90) ausgebildet ist, ein Steuersignal zu erzeugen und an den wenigstens einen Aktor (20) auszugeben, welches Steuersignal geeignet ist,
    den im Inneren der Abgasanlage (40) geführten Schall zumindest teilweise auszulöschen, wenn der wenigstens eine Aktor (20) mit dem Steuersignal betrieben wird;
    dadurch gekennzeichnet, dass das System (70) weiter wenigstens eine der folgenden Komponenten aufweist:
    - einen Temperatursensor (51), welcher mit der Steuerung (90) verbunden und in der Abgasanlage (40) anordenbar ist, wobei der Temperatursensor (51) ausgebildet ist, die Temperatur des in der Abgasanlage (40) geführten Abgases zu messen und einen entsprechenden Messwert an die Steuerung (90) auszugeben;
    - eine Impedanzmessbrücke (52), welche mit der Steuerung (90) und einem Aktor (20) verbunden ist, wobei die Impedanzmessbrücke (52) ausgebildet ist, die elektrische Impedanz des wenigstens einen Aktors (20) zu bestimmen und einen entsprechenden Messwert an die Steuerung (90) auszugeben;
    - ein Bussystem (53), welches mit der Steuerung (90) verbunden und mit einer Motorsteuerung (60') eines Verbrennungsmotors (60) verbindbar ist, wobei das Bussystem (53) ausgebildet ist, wenigstens eines von einem von der Motorsteuerung (60') ausgegebenen Drehzahlwert und einem von der Motorsteuerung (60') ausgegebenen Drehmomentwert des Verbrennungsmotors (60) an die Steuerung (90) auszugeben; und
    - einen Wassermesser (54), welcher mit der Steuerung (90) verbunden und im Bereich eines Endrohres (80) der Abgasanlage (40) befestigbar ist, wobei der Wassermesser (54) ausgebildet ist, ein Eintauchen des Endrohres (80) in Wasser zu detektieren und ein entsprechendes Signal an die Steuerung (90) auszugeben;
    wobei die Steuerung (90) ausgebildet ist, eine Erzeugung des Steuersignals zu unterbrechen und/oder eine Ausgabe des Steuersignals an den wenigstens einen Aktor (20) zu unterbrechen und/oder einen Pegel des an den wenigstens einen Aktor (20) ausgegebenen Steuersignals um wenigstens 30 % zu reduzieren, wenn eine oder mehrere der folgenden Bedingungen erfüllt sind:
    - die von dem Temperatursensor (51) gemessene Temperatur des in der Abgasanlage (40) geführten Abgases steigt um mehr als 10°C pro Sekunde an oder fallt um mehr als 10°C pro Sekunde ab;
    - die von der Impedanzmessbrücke (52) bestimmte elektrische Impedanz des Aktors (20) weicht um mehr als 5 % von einem vorgegebenen Impedanz-Schwellwert ab;
    - eine von der Steuerung (90) selber anhand der an den wenigstens einen Aktor (20) ausgegebenen Steuersignale bestimmte akustische Impedanz des Aktors (20) weicht um mehr als 5 % von einem vorgegebenen Impedanz-Schwellwert ab;
    - die von der Steuerung (90) über das Bussystem (53) empfangene Drehzahl und das Drehmoment des Verbrennungsmotors (60) zeigen an, dass der Abgasgegendruck einen vorgegebenen Abgasgegendruck-Schwellwert um mehr als 10 % übersteigt; und
    - das vom Wassermesser (54) ausgegebene Signal gibt an, dass das Endrohr (80) der Abgasanlage in Wasser eintaucht.
  2. System (70) nach Anspruch 1, wobei der Wassermesser (54) über das Bussystem (53) mit der Steuerung (90) verbunden ist.
  3. System (70) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Temperatursensor (51) über das Bussystem (53) mit der Steuerung (90) verbunden ist.
  4. System (70) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuerung (90) ausgebildet ist, den Pegel des an den wenigstens einen Aktor (20) ausgegebenen Steuersignals durch Veränderung der Amplitude des Steuersignals zu reduzieren.
  5. System (70) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Steuerung (90) ausgebildet ist, den Pegel des an den wenigstens einen Aktor (20) ausgegebenen Steuersignals durch Veränderung der Frequenz des Steuersignals zu reduzieren.
  6. System (70) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Steuerung (90) ausgebildet ist, das Steuersignal durch Kombination mehrerer Sinusschwingungen zu bilden, und wobei die Steuerung (90) ausgebildet ist, den Pegel des an den wenigstens einen Aktor (20) ausgegebenen Steuersignals durch Veränderung der Phase wenigstens einer zur Bildung des Steuersignals verwendeten Sinusschwingung zu reduzieren.
  7. System (70) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Aktor (20) ein Tauchspulenlautsprecher ist.
  8. Kraftfahrzeug aufweisend:
    einen Verbrennungsmotor (60) mit einer Motorsteuerung (60');
    eine Ansauganlage (60") und eine Abgasanlage (40), die mit dem Verbrennungsmotor (60) in Fluidverbindung stehen; und
    ein System (70) nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    wobei der wenigstens eine Schallerzeuger (30) des Systems (70) mit der Abgasanlage (40) in Fluidverbindung steht; und
    wobei die Steuerung (90) des Systems (70) mit der Motorsteuerung (60') des Verbrennungsmotors (60) des Kraftfahrzeugs verbunden ist.
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