EP3963899A1 - VORRICHTUNG UND SYSTEM ZUR MESSUNG VON LAUTSTÄRKEN VON GERÄUSCHEN EINES STRAßENFAHRZEUGES IM STRAßENVERKEHR - Google Patents

VORRICHTUNG UND SYSTEM ZUR MESSUNG VON LAUTSTÄRKEN VON GERÄUSCHEN EINES STRAßENFAHRZEUGES IM STRAßENVERKEHR

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EP3963899A1
EP3963899A1 EP20720375.3A EP20720375A EP3963899A1 EP 3963899 A1 EP3963899 A1 EP 3963899A1 EP 20720375 A EP20720375 A EP 20720375A EP 3963899 A1 EP3963899 A1 EP 3963899A1
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EP
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aks
acoustic sensor
circuit board
road vehicle
road
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ZF Friedrichshafen AG
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Publication date
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    • H04R2499/10—General applications
    • H04R2499/13—Acoustic transducers and sound field adaptation in vehicles

Definitions

  • the invention relates to a device and a system for measuring the volume of noises of a road vehicle in traffic.
  • Noise nuisance for example early and / or late or at night, is a major nuisance for many residents of streets. According to statistics, traffic noise is the second largest form of environmental nuisance after air pollution. Traffic noise can increase the risk of heart disease and / or diabetes for those affected. As measures against noise pollution, speed measurement systems and speed limits are known.
  • the invention has the object of improving the measures against noise pollution in road traffic.
  • the device measures the volume of noises of a road vehicle in road traffic.
  • the device solves the task through Systemei property from the specific coordination of individual components of the device with one another.
  • the device comprises an acoustic sensor.
  • the device includes protective grids to secure the device against the ingress of coarser foreign bodies.
  • the protective grille comprising at least one opening for an inlet of airborne sound into the device. The opening is arranged axially offset to an axial axis of the device.
  • the device also includes a flow bypass. The flow bypass runs between the protective grille and the acoustic sensor. In this way, fluids and / or foreign bodies that have entered the device as a result of air currents are directed away from the device from the acoustic sensor.
  • the device comprises a sound channel arranged parallel to the axial axis, at one end of which the protective grille is arranged, the first end in the air flow direction, and at the second end of which the acoustic sensor is attached. is arranged.
  • the diameter, length, volume, shape and / or material properties of the sound channel are adapted to dampen natural modes of the device.
  • the device also comprises a circuit board.
  • the circuit board includes components and their connections for preprocessing analog or digital signals from the acoustic sensor.
  • the components are designed for analog or digital signal processing and / or for the implementation of filter functions, functions for phase reversal, compressor functions and / or amplifier functions.
  • the circuit board comprises the acoustic sensor on one side of the circuit board.
  • the acoustic sensor is arranged on the lower side of the circuit board in the air flow direction.
  • the acoustic sensor has its sound inlet opening on the component mounting side of the printed circuit board and the printed circuit board comprises a printed circuit board opening for the sound inlet.
  • the acoustic sensor is net angeord on the front side of the circuit board in the air flow direction.
  • the acoustic sensor has its sound inlet opening on the side of the acoustic sensor on the opposite side of the component mounting side of the circuit board.
  • the circuit board also includes a computing unit.
  • the arithmetic unit is designed to generate a control signal for a detection unit as a function of signals from the acoustic sensor when it detects that a set volume has been exceeded.
  • the road vehicle is thus recorded.
  • the device furthermore comprises an interface in order to provide the control signal to the detection unit.
  • the invention provides a device which detects the volume of passing road vehicles and the road vehicle can flash when a limit value is exceeded, similar to a speed monitoring system.
  • the specialty of the device according to the invention is the functionality and airborne sound detection and its conversion under difficult environmental and flow conditions that exist in road traffic. These environmental conditions also result from the intended use and / or installation locations of the device in road traffic, where relative air currents arise.
  • airborne sound can be recorded and converted into electrical signals in a temperature range from -50 ° C to + 90 ° C, for example -30 ° C to + 70 ° C.
  • the device according to the invention is characterized in that the individual components of the device, for example the acoustic sensor, the Protective grille, the opening for the airborne sound inlet, i.e. the sound inlet opening, the flow bypass and the sound channel, taking into account airborne and / or structure-borne noise, aeroacoustics, flow and fluid dynamics, electronics and mechanics are coordinated with one another.
  • the device according to the invention provides weather protection for the acoustic sensor of the device. This means that noises in road traffic can be measured under unfavorable weather conditions, such as precipitation. With the device according to the invention who carried out the noise measurements of individual road vehicles by means of the acoustic sensor. If a target volume is exceeded during such a measurement, the device activates a detection unit in order to detect the respective road vehicle, for example to photograph it, comparable to a speed measurement system. This means that speed limits can in principle be avoided.
  • Road vehicles are, for example, passenger cars, commercial vehicles or tractors.
  • Road vehicles are motor-operated, for example by means of internal combustion engines, electric motors or hybrid-electric.
  • noises arise from the engine, static friction between the tires and the road surface and the flow resistance of the road vehicle.
  • the volume of these noises is the amplitude, sound pressure or sound pressure level of the airborne sound that emanates from these noises. For example, a limit value of 80 decibels is a target volume.
  • the device represents a housing for the acoustic sensor.
  • acoustic sensor denotes both the acoustic sensor as a component of the device and the entire device.
  • An acoustic sensor is a sensor that detects mechanical vibrations, for example caused by airborne sound waves, and converts them into a processable signal, for example an electrical signal such as an electrical voltage.
  • the signal that the acoustic sensor outputs corresponds to the volume of the noise.
  • the acoustic sensor includes an analog and / or digital signal output.
  • the forming takes place in two stages. In a first acoustic-mechanical In the conversion stage, the airborne sound is converted into the movement of an object according to a certain reception principle. In the second mechanical-electrical conversion stage, the movement of the object is converted into the electrical signal according to a specific converter principle.
  • Examples of acoustic sensors are an arrangement of a magnet and an electric coil, microphones, accelerometers, piezo sensors or strain gauges.
  • a micro-electro-mechanical system, abbreviated to MEMS, comprising an arrangement of semiconductor elements that absorb vibrations, can also be used as an acoustic sensor.
  • the protective grille is a grille with a mechanical protective function.
  • the protective grille is designed in such a way that coarse foreign objects, i.e. particles with a diameter of at least 2 mm, for example dirt particles such as mud particles, dust particles, soot particles, grains of salt, stones, insects, or other particles that are in the air, do not enter the device can penetrate.
  • the opening for the air inlet is positioned in the protective grille in such a way that no direct jet and / or particle flow acts on the first membrane in the axial sensor direction.
  • the first membrane is thus mechanically protected by the arrangement and / or geometry of the opening.
  • the opening or openings are essentially 2 mm wide and essentially 5 mm long.
  • the flow bypass ensures that fluids that have entered through the air inlet, for example water, air, and small particles such as dirt and / or dust, do not agglomerate on the acoustically permeable membrane, but rather again through an opening at the outlet of the flow bypass for an air outlet be conveyed out of the device.
  • the flow bypass is a self-cleaning flow bypass.
  • the flow bypass is designed acoustically, flow acoustically and flow dynamically, so that the aeroacoustic noise generated by the flow is reduced and the effective flow dynamic forces do not negatively affect the subsequent components of the device, for example damage or degrade.
  • the sound channel is used for the targeted sound guidance of the airborne sound waves to the acoustic sensor.
  • the sound channel is specially dimensioned acoustically so that no or only a few and weak eigenmodes develop in the usable frequency range of the acoustic sensor.
  • This targeted dimensioning is essentially based on geometric parameters such as diameter, length, volume and shape.
  • the circuit board is also called a printed circuit board.
  • the components of the circuit board include, for example, logic modules such as ASICS or FPGAs.
  • one component implements a high-pass filter that allows airborne sound waves with frequencies greater than 300 Hz to pass.
  • the dynamic range of a signal is limited by means of compressor functions.
  • the components are, for example, mounted directly on the surface of the printed circuit board, for example soldered, and they are also called surface mounted devices, abbreviated to SMD.
  • the circuit board opening corresponds to a hole or a through-hole on the circuit board for the airborne sound to enter the acoustic sensor, which is arranged on the rear side of the circuit board in the direction of air flow.
  • the lower side of the circuit board in the air flow direction is the surface of the circuit board on which the components and the acoustic sensor are arranged.
  • a computing unit receives input values, calculates output values from these input values according to a specific process and outputs the output values.
  • a computing unit is implemented by an electronic circuit unit.
  • Logic modules, ASICs, FGPAs, CPUs and GPUs are processing units.
  • the computing unit is integrated on the circuit board, for example as a surface mounted device, or SMD for short.
  • a detection unit is, for example, an optical, imaging system that generates a photo of the road vehicle. This identifies the road vehicle from which the target volume is exceeded, that is to say from which a noise nuisance originates. This allows the police to remove roaring road vehicles from traffic and in the event that the target volume is exceeded Penalties are imposed. This can reduce the risk of heart disease and / or diabetes for those affected who are exposed to noise pollution.
  • the interface is wired or wireless.
  • the interface is designed for signal transmission using radio technology.
  • the device is coupled to a speed monitoring system. That is to say, the detection unit is a camera of the speed monitoring system and the interface is an interface to the speed monitoring system.
  • the speed monitoring system is a stationary system or a mobile system, for example mounted on a trailer.
  • the acoustic sensor comprises a microphone.
  • the microphone includes a microphone capsule and a transducer.
  • the acoustic-mechanical conversion takes place in the microphone capsule.
  • the microphone capsule comprises, for example, a membrane that is excited to vibrate by airborne sound.
  • the mechanical-electrical conversion takes place in the converter.
  • the converter is for example an electrodynamic converter, such as a moving coil microphone, or an electrostatic converter, such as a condenser microphone.
  • the acoustic sensor is implemented as a MEMS microphone.
  • MEMS microphones are miniaturized microphones which, for example, use SMD technology for direct use on the circuit board. MEMS microphones have small dimensions and are easy to process industrially. For example, MEMS microphones can be assembled in a reflow soldering process. Compared to other microphones, MEMS microphones are less sensitive to high temperatures and are therefore particularly suitable for automotive applications.
  • the acoustic sensor is an electret condenser microphone.
  • the device comprises an acoustically permeable, hydrophobic and / or lipophobic first membrane.
  • the first membrane is behind the protective grille in the air flow direction at the first end of the sound channel arranged.
  • the flow bypass runs between the protective grille and the first membrane.
  • the first membrane is permeable to airborne sound waves. Due to the hydrophobic and / or lipophobic behavior, the sound channel is protected against immission by, for example, moisture and particles.
  • the first membrane is a microporous membrane.
  • a membrane with 1.3 ⁇ 10 9 pores / cm 2 for example, is microporous.
  • Such a membrane is particularly watertight and enables protection at least according to IPX4K.
  • the first membrane is designed to enable protection according to IP69K.
  • the number 6 in IP69K means complete tightness and thus protection against the ingress of solid objects and dust. 9K denotes protection against the ingress of water during high pressure or steam jet cleaning. This is particularly advantageous for protection in automotive applications.
  • IP International Protection
  • the degree of protection indicates the suitability of components for various environmental conditions.
  • the protected systems are divided into corresponding types of protection, so-called International Protection, abbreviated to IP codes.
  • IP codes The ISO 20653: 2013 road vehicles standard - Protection classes (IP code) - Protection against foreign objects, water and contact - Electrical equipment describes the status of road vehicles.
  • IPX6K offers protection against strong water jets under increased pressure, specifically for road vehicles.
  • a shape and / or material properties of the protective grille are adapted to protect the first membrane, the sound channel and / or the acoustic sensor against dynamic flow and / or static forces that arise, for example, from the wind or weather.
  • the protective grille and the openings in the protective grille are designed to be rotationally symmetrical, for example.
  • the protective grille is taken for example from a plastic and is shaped in such a way, that is, has such a geometry, in order to offer a scope of protection of at least IPX6K. A mechanical protective effect of the device is thus achieved and the acoustic sensor is protected against such influences.
  • the protective grille comprises an open-pore material, for example a foam material such as an open-pore polyurethane foam material.
  • Wind and / or water absorption can be set by scalable size of pores in the material.
  • Foam materials are characterized by a very low density and easy processing and processing. Foams are particularly easy to manufacture from polyurethane.
  • Open-pore polyurethane foam is also called filter foam. Filter foam is particularly suitable for wind absorption. Filter foam is classified according to pore size / number of pores. The unit is the number of pores per inch, abbreviated PPI.
  • the protective grille comprises a filter foam in the range 10 to 80 PPI.
  • the protective grille is an exchangeable protective grille in order to be replaced in the event of coarse contamination without having to replace the entire device.
  • a shape and / or material properties of the flow bypass are adapted in order to dampen the aeroacoustic sound generated by the air flow through the flow bypass and / or to protect the first membrane against dynamic flow and / or static forces.
  • the flow bypass is shaped in such a way that, if possible, there are no edges or similar shapes in the flow bypass where flow breaks and / or flow turbulences can occur.
  • Flow breaks and / or flow turbulences generate aeroacoustic noise.
  • Flow breaks and / or flow turbulences generate aeroacoustic noise.
  • the susceptibility to flow breaks and / or flow turbulence is greatly reduced, and so is the generation of aeroacoustic noise. This is particularly advantageous in the case of relative air currents, for example while the device is moving when driving a road vehicle.
  • the sound channel is open at one of its ends and at the other end with a closure element with a Reflection factor completed.
  • Open means open to sound entry.
  • a flow resistance of the sound channel can be set as a function of the reflection factor.
  • the closing element is the acoustic sensor, for example the microphone, or the circuit board.
  • the sound channel essentially has the shape of a truncated cone or a horn part and the first membrane is arranged at the first end of the sound channel with a larger first area and the acoustic sensor at the second end of the sound channel with a smaller second area .
  • a horn part as disclosed, for example, in FIG. 1 of DE 38 43 033 C2 is a robust system for the highly sensitive detection of airborne sound waves.
  • a sound channel in the form of a horn part couples the receiver acoustically particularly well to the sound field, so that as much of the externally entering sound energy as possible arrives at the receiver. A minimal acoustic attenuation of the sound energy flow is thus achieved.
  • the sound channel and the flow bypass are implemented by an inflow component.
  • the inflow component includes a bulge.
  • the bulge comprises a cavity which is continuous in the axial axis and through which the sound channel is implemented.
  • the inflow component is brought together with the protective grille in such a way that the flow bypass is implemented by a free space between the inflow component and the protective grille.
  • the inflow component and its bulge are shaped such that the aeroacoustic sound generated by the air flow through the flow bypass is dampened.
  • the inflow component and its bulge do not include any flow separation edges in the flow bypass.
  • the device comprises a housing in which the circuit board is arranged.
  • the housing protects the circuit board and its components from mechanical and / or thermal influences.
  • the housing includes fasteners, for example screws, around the housing and the device to be attached to an object of a traffic infrastructure, for example an amplemast, a guard rail or a speed control system.
  • the circuit board is arranged perpendicular or parallel to the axial axis of the device.
  • the second end of the sound channel is arranged in a radial extension of a jacket surface of the sound channel.
  • the acoustic sensor for example the microphone and / or the microphone capsule, is coupled to the sound channel parallel to the axial axis of the device.
  • the acoustic sensor is coupled to the sound channel perpendicular to the axial axis of the device, that is to say tangentially.
  • the device comprises an elastic sealing component for coupling the acoustic sensor to the sound channel and / or to the circuit board.
  • the sealing component compensates for geometrical tolerances when assembling the device.
  • the elasticity ensures a defined decoupling of the acoustic sensor, including the microphone capsule, from structure-borne sound. Furthermore, the elasticity ensures an acoustically closed connection between the sound channel and the microphone capsule.
  • the device comprises a decoupling component for vibration damping and / or for structure-borne noise decoupling.
  • the decoupling component is arranged at a coupling point between the device and a component into which the device can be installed and / or which can mechanically hold the device.
  • the decoupling component is made of a two-component material that produces an acoustically and / or vibrationally we kenden impedance jump.
  • the two-component material comprises a relatively soft material with a relatively low impedance and a relatively hard material with a relatively high impedance.
  • the soft material is arranged in front of the hard material in the direction of air flow.
  • the impedance jump is carried out over the entire contact surface of the protective grille and the decoupling component.
  • the decoupling component is, for example, a molded part.
  • the protective grid and the decoupling component formed from an injection molded part.
  • the decoupling component is made of vibration-damping materials of different densities, for example from mixed-cell polyurethane foams.
  • the decoupling component has, for example, a high mechanical load capacity and / or good insulating properties. By means of the decoupling component, the device is insensitive to shocks and durable.
  • the device comprises a second membrane for venting the device.
  • the second membrane provides static pressure compensation for the device.
  • the proportional static pressure is compensated for by the second membrane.
  • the second membrane prevents condensation from forming in the device.
  • the device can be retrofitted as a retrofit component to objects in the traffic infrastructure.
  • the computing unit is designed to process an artificially intelligent algorithm.
  • the artificially intelligent algorithm is trained to classify the road vehicles as a function of the signals from the acoustic sensor.
  • the target volume depends on the classified road vehicle.
  • the artificially intelligent algorithm is, for example, an artificial neural network that has been trained to classify noises from road vehicles.
  • the device recognizes which type of road vehicle is causing noise pollution.
  • noises and noise nuisance emanating from these noises from tractors or trucks, which are usually louder than passenger cars can be distinguished from noise and noise nuisances emanating from these noises from passenger cars. In this way, the device recognizes the type of road vehicle F from which noise pollution originates.
  • the system according to the invention measures the volume of noises of a road vehicle in traffic.
  • the system comprises a device according to the invention device and a detection unit that is operatively connected to the device.
  • the detection unit is arranged behind the device in the direction of travel of the road vehicle.
  • the detection unit detects the road vehicle as a function of a control signal from the device. If, for example, the device measures that noises emanating from the road vehicle exceed a target volume, the detection unit, which is arranged, for example, a few meters behind the device, is activated and photographs the road vehicle.
  • the device triggers the detection unit in a manner comparable to a light barrier in a speed monitoring system.
  • the detection unit comprises a camera. This means that the road vehicle is photographed when a set volume is exceeded.
  • the detection unit is a speed monitoring system that includes a camera.
  • the system is designed as a mobile system, for example mounted on a trailer.
  • Fig. 1 is a 3D view of an embodiment of an inventive device Vorrich
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a system according to the invention comprising the device from FIG. 1,
  • FIG. 3 shows an isometric sectional view of a further exemplary embodiment of a device according to the invention
  • FIG. 4 is a side sectional view of the exemplary embodiment from FIG. 3,
  • FIG. 5 shows an exploded view of the exemplary embodiment from FIG. 6 shows a sectional view of the exemplary embodiment from FIG. 1,
  • FIG. 7 shows a side sectional view of the exemplary embodiment from FIG. 1, and
  • FIG. 8 a three-dimensional view of the exemplary embodiment from FIG. 1.
  • the computing unit 4 is mounted on the circuit board L.
  • the computing unit 4 processes an artificial neural network.
  • the artificial neural network comprises convolutional layers and / or completely connected layers.
  • the artificial neural network is trained to classify noises from road vehicles F depending on the type of road vehicle F.
  • the device recognizes which type of road vehicle F is causing noise pollution.
  • the arithmetic unit 4 determines a control signal for a detection unit K in order to detect the road vehicle F as a function of signals from an acoustic sensor 1 of the device AKS upon detection of a set volume being exceeded.
  • the interface I provides the control signal for the detection unit K, see also FIG. 2.
  • Fig. 2 shows a system according to the invention.
  • the system comprises the device AKS from FIG. 1.
  • the interface I of the device AKS is an, for example wired, interface to the detection unit K.
  • the detection unit K is a stationary traffic speed camera for monitoring speed limits.
  • the acquisition unit K includes a camera CAM.
  • the road vehicle F generates noises when traveling. The respective airborne sound waves of the noises are recorded and evaluated by the AKS device. Detects the computing unit 4 of the Device AKS If the target volume is exceeded, the camera CAM of the detection unit K is activated via the interface I of the device AKS in order to detect and identify the road vehicle.
  • the system is mounted on a trailer, for example, which can be driven to defined places, for example places with a high level of noise pollution. This makes the system mobile.
  • a circuit board L is arranged perpendicular to an axial axis A of the device AKS in a device according to the invention AKS.
  • the circuit board is arranged parallel to the axial axis A of the device AKS.
  • a second end E2 of a sound channel 7 is arranged in a radial extension of a lateral surface of the sound channel 7.
  • the device AKS comprises a component B.
  • the component B holds the device AKS.
  • the component B is, for example, an injection molded part or a component manufactured using an additive process, for example a 3D printing process.
  • the component B comprises a circular opening. Component B is only shown in FIGS. 3, 4 and 5.
  • a protective grille 2 according to the invention is inserted into this opening.
  • the protective grille 2 is coupled to the component B by means of a decoupling component 1 1 according to the invention, see FIGS. 3, 4 and 5.
  • the protective grille 2 and the decoupling component 11 are taken from an injection molded part gefer. 3, 4 and 5, the protective grille 2 comprises four symmetrically arranged slot-shaped openings 3a, 3b, 3c and 3d.
  • the openings 3a, 3b, 3c and 3d are inlet openings for airborne sound waves in the device AKS, as are the openings 3a, 3b and 3c in Fig. 1, 2, 6, 7 and 8.
  • the airborne sound waves occur in the air flow direction R in the device AKS one.
  • the openings 3a, 3b, 3c and 3d are arranged axially offset to an axial axis A of the device AKS.
  • the exploded view in Fig. 5 shows the openings 3a, 3b, 3c and 3d, the protective grille 2 and the decoupling component 11 in a merged state.
  • an inflow component 8 is inserted into the decoupling component 11.
  • the inflow component 8 comprises a rotationally symmetrical bulge 9.
  • the inflow component 8 is inserted in such a way that a free space remains between the inflow component 8, its bulge 9 and the protective grille 2.
  • the free space forms a flow bypass 6 according to the invention.
  • the flow bypass 6 comprises air outlets 6a. The air is let out of the AKS device through the air outlets.
  • the bulge 9 of the inflow component 8 comprises a continuous cavity H.
  • the cavity H has the shape of a horn part with a larger first area at a first end E1 of the cavity H and a smaller second area at a second end E2.
  • the first and the second surface are each Weil base or top surfaces of the cavity H and symmetrical to the axial axis A.
  • the cavity H is created, for example, by a bore in the bulge.
  • the cavity H forms a sound channel 7.
  • the airborne sound waves are guided through the sound channel 7 to the acoustic sensor 1.
  • the acoustic sensor 1 is arranged on the rear side of the printed circuit board L in the air flow direction R, which is the surface of the printed circuit board L equipped with the electronic components.
  • a first membrane 5 according to the invention is net angeord.
  • the acoustic sensor 1 is arranged as an extension of the second end E2 of the sound channel 7.
  • the acoustic sensor 1 is an electroacoustic sensor, for example a microphone.
  • the acoustic sensor 1 is a MEMS microphone.
  • the acoustic sensor 1 is coupled to the sound channel 7 and to a circuit board 7 by means of a sealing component 10.
  • the circuit board L is arranged in a housing G.
  • the housing G is an electronic housing.
  • the circuit board L comprises components and their connections for preprocessing analog or digital signals from the acoustic sensor 1. Furthermore, the circuit board L includes plug connections S in order to connect the circuit board L and thus the device AKS with an electronic control unit for signaling purposes.
  • the housing G comprises a second membrane 12 designed as a ventilation membrane for static pressure equalization of the housing G and for preventing condensation from forming in the housing G.
  • the housing G also comprises fastening means 13, for example screws.

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Abstract

Vorrichtung (AKS) zur Messung von Lautstärken von Geräuschen eines Straßenfahrzeuges (F) im Straßenverkehr, die Vorrichtung (AKS) umfassend einen Akustiksensor (1), ein Schutzgitter (2) zum Absichern der Vorrichtung (AKS) gegen Eindringen von gröberen Fremdkörpern, einen zwischen dem Schutzgitter (2) und dem Akustiksensor verlaufenden Strömungsbypass (6), einen Schallkanal (7), eine Leiterplatte (L), die Leiterplatte (L) umfassend Bauelemente und deren Verbindungen zur Vorverarbeitung von analogen oder digitalen Signalen des Akustiksensors (1), eine Leiterplattenöffnung (4), auf deren in Luftströmungsrichtung (R) hinteren Seite der Leiterplatte (L) der Akustiksensor (1) angeordnet ist, und eine Recheneinheit (4), die ausgeführt ist, in Abhängigkeit von Signalen des Akustiksensors (1) bei Erkennung einer Überschreitung einer Soll-Lautstärke ein Ansteuerungssignal für eine Erfassungseinheit (K) zu erzeugen, um das Straßenfahrzeug (F) zu erfassen, und eine Schnittstelle (I), um das Ansteuerungssignal der Erfassungseinheit (K) bereitzustellen.

Description

Vorrichtunq und System zur Messung von Lautstärken von Geräuschen
eines Straßenfahrzeuqes im Straßenverkehr
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein System zur Messung von Lautstärken von Geräuschen eines Straßenfahrzeuges im Straßenverkehr.
Lärmbelästigung, beispielsweise zu früher und/oder später Uhrzeit oder nachts, ist für viele Anwohner von Straßen ein großes Ärgernis. Verkehrslärm ist laut Statistiken die zweitstärkste Form der Umweltbelästigung nach der Luftverschmutzung. Ver kehrslärm kann für Betroffene das Risiko von Herzkrankheiten und/oder Diabetes erhöhen. Als Maßnahmen gegen Lärmbelästigung sind Geschwindigkeitsmessanla gen und Tempolimits bekannt.
Hier setzt die Erfindung an. Der Erfindung hat die Aufgabe zugrunde gelegen, die Maßnahmen gegen Lärmbelästigung im Straßenverkehr zu verbessern.
Die nachfolgenden Definitionen und weiteren Ausführungen gelten für den gesamten Gegenstand der Erfindung.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung misst Lautstärken von Geräuschen eines Stra ßenfahrzeuges im Straßenverkehr. Die Vorrichtung löst die Aufgabe durch Systemei genschaft aus der gezielten Abstimmung einzelner Komponenten der Vorrichtung aufeinander. Die Vorrichtung umfasst einen Akustiksensor. Ferner umfasst die Vor richtung Schutzgitter zum Absichern der Vorrichtung gegen Eindringen von gröberen Fremdkörpern. Das Schutzgitter umfassend wenigstens eine Öffnung für einen Ein lass von Luftschall in die Vorrichtung. Die Öffnung ist axial versetzt zu einer Axial achse der Vorrichtung angeordnet. Außerdem umfasst die Vorrichtung einen Strö mungsbypass. Der Strömungsbypass verläuft zwischen dem Schutzgitter und dem Akustiksensor. Damit werden durch Luftströmungen in die Vorrichtung eingetretene Fluide und/oder Fremdkörper von dem Akustiksensor weg aus der Vorrichtung her aus geleitet. Des Weiteren umfasst die Vorrichtung einen parallel zur Axialachse an geordneten Schallkanal, an dessen einen in Luftströmungsrichtung ersten Ende das Schutzgitter angeordnet ist und an dessen zweitem Ende der Akustiksensor ange- ordnet ist. Durchmesser, Länge, Volumen, Formgebung und/oder Materialeigen schaften des Schallkanals sind angepasst, um Eigenmoden der Vorrichtung zu dämpfen. Außerdem umfasst die Vorrichtung eine Leiterplatte. Die Leiterplatte um fasst Bauelemente und deren Verbindungen zur Vorverarbeitung von analogen oder digitalen Signalen des Akustiksensors. Die Bauelemente sind ausgeführt zur analo gen oder digitalen Signalverarbeitung und/oder zur Realisierung von Filterfunktionen, Funktionen zur Phasenumkehr, Kompressorfunktionen und/oder Verstärkerfunktio nen. Ferner umfasst die Leiterplatte auf einer Seite der Leiterplatte den Akus tiksensor. Beispielsweise ist der Akustiksensor auf der in Luftströmungsrichtung hin teren Seite der Leiterplatte angeordnet. In diesem Fall hat der Akustiksensor seine Schalleintrittsöffnung auf der Bauteilmontageseite der Leiterplatte und die Leiterplatte umfasst eine Leiterplattenöffnung für den Schalleintritt. Alternativ ist der Akus tiksensor auf der in Luftströmungsrichtung vorderen Seite der Leiterplatte angeord net. In diesem Fall hat der Akustiksensor seine Schalleintrittsöffnung auf der der Bau teilmontageseite der Leiterplatte gegenüberliegender Seite des Akustiksensors. Die Leiterplatte umfasst auch eine Recheneinheit. Die Recheneinheit ist ausgeführt, in Abhängigkeit von Signalen des Akustiksensors bei Erkennung einer Überschreitung einer Soll-Lautstärke ein Ansteuerungssignal für eine Erfassungseinheit zu erzeugen. Damit wird das Straßenfahrzeug zu erfasst. Ferner umfasst die Vorrichtung eine Schnittstelle, um das Ansteuerungssignal der Erfassungseinheit bereitzustellen.
Die Erfindung stellt eine Vorrichtung bereit, die die Lautstärke vorbeifahrender Stra ßenfahrzeuge erfasst und das Straßenfahrzeug bei Überschreitung eines Grenz werts, ähnlich einer Geschwindigkeitsüberwachungsanlage, blitzen kann . Die Beson derheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Funktionstüchtigkeit und Luft schallerfassung und dessen Wandlung unter schwierigen Umwelt- und Strömungs bedingungen, die im Straßenverkehr vorhanden sind. Diese Umgebungsbedingun gen ergeben sich zusätzlich aus dem vorgesehenen Einsatz und/oder Installationsor ten der Vorrichtung im Straßenverkehr, an denen relative Luftströmungen entstehen. Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist Luftschall erfassbar und wandelbar in elektrische Signale in einem Temperaturbereich von -50°C bis +90°C, beispielsweise -30°C bis +70°C. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die einzelnen Komponenten der Vorrichtung, beispielsweise der Akustiksensor, das Schutzgitter, die Öffnung für den Luftschalleinlass, das heißt die Schalleintrittsöff nung, der Strömungsbypass und der Schallkanal, unter Berücksichtigung von Luft- und/oder Körperschall, Aeroakustik, Ström ungs- und Fluiddynamik, Elektronik und Mechanik aufeinander abgestimmt sind. Die erfindungsgemäße Vorrichtung stellt einen Wetterschutz für den Akustiksensor der Vorrichtung bereit. Damit können Ge räusche im Straßenverkehr unter ungünstigen Wetterbedingungen, beispielsweise bei Niederschlag, gemessen werden. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wer den mittels des Akustiksensors Geräuschmessungen einzelner Straßenfahrzeuge durchgeführt. Wird bei einer derartigen Messung eine Soll -Lautstärke überschritten, steuert die Vorrichtung eine Erfassungseinheit an, um das jeweilige Straßenfahrzeug zu erfassen, zum Beispiel zu fotografieren, vergleichbar mit einer Geschwindigkeits messanlage. Damit sind Tempolimits prinzipiell vermeidbar.
Straßenfahrzeuge sind beispielsweise Personenkraftwagen, Nutzkraftwagen oder Traktoren. Straßenfahrzeuge sind motorbetrieben, beispielsweise mittels Verbren nungsmotoren, elektrischen Motoren oder hybridelektrisch betrieben. Abhängig von einer Geschwindigkeit entstehen durch den Motor, Haftreibung zwischen Reifen und Straßenbelag sowie durch Strömungswiderstand des Straßenfahrzeuges Geräusche. Beispielsweise stellt das vorsätzliche Anfahren mit quietschenden Reifen eine Lärm belästigung dar. Die Lautstärke dieser Geräusche ist die Amplitude, Schalldruck oder Schalldruckpegel des Luftschalls, der von diesen Geräuschen ausgeht. Beispielswei se ist ein Grenzwert von 80 Dezibel eine Soll-Lautstärke.
Die Vorrichtung stellt ein Gehäuse für den Akustiksensor dar. Der Begriff Akus tiksensor bezeichnet sowohl den Akustiksensor als Komponente der Vorrichtung als auch die gesamte Vorrichtung.
Ein Akustiksensor ist ein Sensor, der mechanische Schwingungen, beispielsweise verursacht durch Luftschallwellen, erfasst und in ein prozessierbares Signal, bei spielsweise ein elektrisches Signal wie etwa eine elektrische Spannung, umformt.
Das Signal, das der Akustiksensor ausgibt, korrespondiert zu der Lautstärke der Ge räusche. Der Akustiksensor umfasst einen analogen und/oder digitalen Signalaus gang. Die Umformung erfolgt in zwei Stufen. In einer ersten akustisch -mechanischen Umformungsstufe wird der Luftschall nach einem bestimmten Empfangsprinzip in die Bewegung eines Objektes umgeformt. In der zweiten mechanisch -elektrischen Um formungsstufe wird die Bewegung des Objektes nach einem bestimmten Wandler prinzip in das elektrische Signal umgeformt. Beispiele für Akustiksensoren sind eine Anordnung eines Magneten und einer elektrischen Spule, Mikrofone, Beschleuni gungsaufnehmer, Piezogeber oder Dehnungsmessstreifen. Ein mikro-elektro mechanisches System, abgekürzt MEMS, umfassend eine Anordnung von Halblei terelementen, die Schwingungen aufnehmen, ist auch als Akustiksensor einsetzbar.
Das Schutzgitter ist ein Gitter mit mechanischer Schutzfunktion. Das Schutzgitter ist so konstruiert, dass gröbere Fremdkörper, das heißt Partikel mit Durchmessern von wenigstens 2 mm, beispielsweise Schmutzpartikel wie etwa Schlammpartikel, Staub partikel, Rußpartikel, Salzkörner, Steine, Insekten, oder andere Partikel, die in der Luft enthalten sind, nicht in die Vorrichtung eindringen können.
Die Öffnung für den Lufteinlass ist in dem Schutzgitter derart positioniert, dass in axi aler Sensorrichtung kein direkter Strahl und/oder Partikelstrom auf die erste Memb ran einwirkt. Damit ist durch die Anordnung und/oder Geometrie der Öffnung die ers te Membran mechanisch geschützt. Nach einem Aspekt der Erfindung sind die Öff nung oder die Öffnungen im Wesentlichen 2 mm breit und im Wesentlichen 5mm lang.
Der Strömungsbypass sorgt dafür, dass durch den Lufteinlass eingetretene Fluide, beispielsweise Wasser, Luft, und kleine Partikel, wie etwa Schmutz und/oder Staub, sich nicht an der akustisch permeablen Membran agglomerieren , sondern durch eine Öffnungen am Ausgang des Strömungsbypasses für einen Luftauslass wieder aus der Vorrichtung heraus befördert werden. In diesem Sinne ist der Strömungsbypass ein selbstreinigender Strömungsbypass. Der Strömungsbypass ist akustisch, strö mungsakustisch und strömungsdynamisch ausgelegt, so dass die durch die Durch strömung generierte aeroakustische Schallentstehung gemindert wird und die wir kenden strömungsdynamischen Kräfte die nachfolgende Komponenten der Vorrich tung nicht negativ beeinflussen, beispielsweise schädigen oder degradieren. Der Schallkanal dient der gezielten Schallführung der Luftschallwellen hin zu dem Akustiksensor. Der Schallkanal ist akustisch speziell dimensioniert, so dass sich möglichst keine oder nur wenige und schwache Eigenmoden im nutzbaren Fre quenzbereich des Akustiksensors ausbilden. Diese gezielte Dimensionierung basiert im Wesentlichen auf geometrischen Größen, wie zum Beispiel Durchmesser, Länge, Volumen und Formgebung.
Die Leiterplatte wird auch Platine oder printed Circuit board genannt. Die Bauteile der Leiterplatte umfassen beispielsweise Logikbausteine wie etwa ASICS oder FPGAs. Beispielsweise realisiert ein Bauteil einen Hoch passfilter, der Luftschallwellen mit Frequenzen größer als 300 Hz passieren lässt. Mittels Kompressorfunktionen wird ein Dynamikumfang eines Signals eingeschränkt. Die Bauteile sind beispielsweise direkt auf der Oberfläche der Leiterplatte montiert, beispielsweise gelötet, und wer den auch surface mounted devices, abgekürzt SMD, genannt. Die Leiterplattenöff nung entspricht einem Loch oder einer Durchgangsbohrung auf der Leiterplatte für einen Eintritt des Luftschalls in den Akustiksensor, der auf der in Luftströmungsrich tung hinteren Seite der Leiterplatte angeordnet ist. Die in Luftströmungsrichtung hin tere Seite der Leiterplatte ist die Oberfläche der Leiterplatte, auf der die Bauteile und der Akustiksensor angeordnet sind.
Eine Recheneinheit erhält Eingangswerte, berechnet aus diesen Eingangswerten nach einem bestimmten Prozess Ausgangswerte und gibt die Ausgangswerte aus. Beispielsweise ist eine Recheneinheit durch eine elektronische Schaltungseinheit realisiert. Logikbausteine, ASICs, FGPAs, CPUs und GPUs sind Recheneinheiten.
Die Recheneinheit ist auf der Leiterplatte integriert, beispielsweise als ein surface mounted device, kurz SMD.
Eine Erfassungseinheit ist beispielsweise ein optisches, bildgebendes System, das ein Foto des Straßenfahrzeuges generiert. Damit wird das Straßenfahrzeug, von dem die Soll-Lautstärke überschritten wird, das heißt von dem eine Lärmbelästigung aus geht, identifiziert. Damit können dröhnende Straßenfahrzeuge von der Polizei aus dem Verkehr gezogen werden und im Falle einer Überschreitung der Soll-Lautstärke Strafen verhängt werden. Damit kann für Betroffene, die der Lärmbelästigung ausge setzt sind, das Risiko von Herzkrankheiten und/oder Diabetes vermindert werden.
Die Schnittstelle ist kabelgebunden oder kabellos. Insbesondere ist die Schnittstelle für eine Signalübertragung mittels Funktechnologie ausgeführt.
Nach einem Aspekt der Erfindung ist die Vorrichtung mit einer Geschwindigkeits überwachungsanlage gekoppelt. Das heißt, die Erfassungseinheit ist eine Kamera der Geschwindigkeitsüberwachungsanlage und die Schnittstelle ist eine Schnittstelle zu der Geschwindigkeitsüberwachungsanlage. Die Geschwindigkeitsüberwachungs anlage ist eine stationäre Anlage oder eine mobile Anlage, zum Beispiel montiert auf einem Anhänger.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst der Akustiksensor ein Mikrofon. Das Mikrofon umfasst eine Mikrofonkapsel und einen Wandler. In der Mikrofonkapsel erfolgt die akustisch-mechanische Umformung. Die Mikrofonkapsel umfasst bei spielsweise eine Membran, die durch Luftschall zu Schwingungen angeregt wird. In dem Wandler erfolgt die mechanisch-elektrische Umwandlung. Der Wandler ist bei spielsweise ein elektrodynamischer Wandler, wie etwa bei einem Tauchspulenmikro fon, oder ein elektrostatischer Wandler, wie etwa bei einem Kondensatormikrofon.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der Akustiksensor als ein MEMS- Mikrofon realisiert. MEMS-Mikrofone sind miniaturisierte Mikrofone, die beispielswei se in SMD-Technik ausgeführt sind zum direkten Einsatz auf der Leiterplatte. MEMS- Mikrofone besitzen kleine Abmessungen und sind einfach industriell zu verarbeiten, beispielsweise können MEMS-Mikrofone in einem Reflow-Lötprozess bestückt wer den. Im Vergleich zu anderen Mikrofonen sind MEMS-Mikrofone unempfindlicher ge genüber hohen Temperaturen und damit für automobile Anwendungen besonders gut geeignet. Alternativ ist der Akustiksensor ein Elektret-Kondensatormikrofon.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst die Vorrichtung eine akustisch permeable, hydrophobe und/oder lipophobe erste Membran. Die erste Membran ist in Luftströmungsrichtung hinter dem Schutzgitter an dem ersten Ende des Schallkanals angeordnet. Der Strömungsbypass verläuft zwischen dem Schutzgitter und der ers ten Membran.
Die erste Membran ist permeabel für Luftschallwellen. Durch das hydrophobe und/oder lipophobe Verhalten ist der Schallkanal gegen Immission durch beispiels weise Feuchtigkeit und Partikeln geschützt. Die erste Membran ist nach einem weite ren Aspekt der Erfindung eine mikroporöse Membran . Mikroporös ist beispielsweise eine Membran mit 1 ,3 x 109 Poren/cm2. Eine derartige Membran ist besonders was serdicht und ermöglicht einen Schutz wenigstens nach IPX4K. Nach einem Aspekt der Erfindung ist die erste Membran ausgeführt, einen Schutz nach IP69K zu ermög lichen. Die Ziffer 6 in IP69K bedeutet völlige Dichtheit und damit den Schutz gegen Eindringen von Festkörpern und Staub. 9K bezeichnet den Schutz gegen Eindringen von Wasser bei Hochdruck-oder Dampfstrahlreinigung. Dies ist besonders vorteilhaft für einen Schutz in automobilen Anwendungen.
Die Schutzart gibt die Eignung von Bauteilen für verschiedene Umgebungsbedin gungen an. Die geschützten Systeme werden in entsprechende Schutzarten, soge nannte International Protection, abgekürzt IP-Codes, eingeteilt. Die Norm ISO 20653:2013 Straßenfahrzeuge - Schutzarten (IP-Code) - Schutz gegen fremde Ob jekte, Wasser und Kontakt - Elektrische Ausrüstungen beschreibt den Stand für Stra ßenfahrzeuge. IPX6K bietet Schutz gegen starkes Strahlwasser unter erhöhtem Druck, spezifisch für Straßenfahrzeuge.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung sind eine Formgebung und/oder Materi aleigenschaften des Schutzgitters angepasst, um die erste Membran, den Schallka nal und/oder den Akustiksensor gegen strömungsdynamische und/oder statische Kräfte, die beispielsweise durch Fahrtwind oder Wetter entstehen, zu schützen. Das Schutzgitter und die Öffnungen des Schutzgitters sind beispielsweise rotationssym metrisch ausgeführt. Das Schutzgitter ist beispielsweise aus einem Kunststoff gefer tigt und ist derart geformt, das heißt besitzt eine derartige Geometrie, um einen Schutzumfang von wenigstens IPX6K zu bieten. Damit wird eine mechanische Schutzwirkung der Vorrichtung erzielt und der Akustiksensor gegen derartige Einwir kungen geschützt. Beispielsweise umfasst das Schutzgitter ein offenporiges Material, beispielsweise ein Schaummaterial wie etwa ein offenporiges Polyurethanschaummaterial. Durch ska lierbare Größe von Poren in dem Material kann eine Wind- und/oder Wasserabsorp tion eingestellt werden. Schaummaterialien zeichnen sich durch eine sehr niedrige Dichte und einfache Ver- und Bearbeitung aus. Schaumstoffe lassen sich besonders einfach aus Polyurethan hersteilen. Offenporiger Polyurethanschaum wird auch Fil terschaum genannt. Filterschaum eignet sich besonders gut für Windabsorption. Fil terschaum wird nach Porengröße/Porenanzahl klassifiziert. Als Einheit dient die An zahl von Poren pro Inch, abgekürzt PPI. Beispielsweise umfasst das Schutzgitter ei nen Filterschaum im Bereich 10 bis 80 PPI.
Das Schutzgitter ist nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ein auswechselbares Schutzgitter, um bei gröberer Verschmutzung ersetzt zu werden, ohne die komplette Vorrichtung ersetzen zu müssen.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung sind eine Formgebung und/oder Materi aleigenschaften des Strömungsbypasses angepasst, um die durch die Luftströmung durch den Strömungsbypass erzeugte aeroakustische Schallentstehung zu dämpfen und/oder die erste Membran gegen strömungsdynamische und/oder statische Kräfte zu schützen. Beispielsweise ist der Strömungsbypass derart geformt, dass in dem Strömungsbypass möglichst keine Kanten oder ähnliche Formen vorhanden sind, an denen Strömungsabrisse und/oder Strömungsverwirbelungen auftreten können. Strömungsabrisse und/oder Strömungsverwirbelungen generieren aeroakustische Schallentstehung. Strömungsabrisse und/oder Strömungsverwirbelungen generieren aeroakustische Schallentstehung. Durch gezielte Formgebung wird die Anfälligkeit für Strömungsabrisse und/oder Strömungsverwirbelungen stark gemindert und damit eine aeroakustische Schallentstehung ebenso. Dies ist insbesondere bei relativen Luftströmungen, beispielsweise während Bewegung der Vorrichtung bei Fahrt mit einem Straßenfahrzeug, vorteilhaft.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der Schallkanal an einem seiner bei den Enden offen und an dem anderen Ende mit einem Abschlusselement mit einem Reflexionsfaktor abgeschlossen. Offen bedeutet offen für einen Schalleintritt. In die sem Sinne ist der Schallkanal, an dessen Schalleintrittsöffnung eine akustisch per meable Membran angeordnet ist, an dieser Öffnung offen. In Abhängigkeit des Re flexionsfaktors ist eine Strömungsresistenz des Schallkanals einstellbar. Das Ab schlusselement ist der Akustiksensor, beispielsweise das Mikrofon, oder die Leiter platte.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung besitzt der Schallkanal im Wesentlichen die Form eines Kegelstumpfes oder eines Hornteils und die erste Membran ist an dem ersten Ende des Schallkanals mit einer größeren ersten Fläche und der Akus tiksensor an dem zweiten Ende des Schallkanals mit einer kleineren zweiten Fläche angeordnet. Ein Hornteil wie zum Beispiel in Fig.1 der DE 38 43 033 C2 offenbart ist ein robustes System zur hochempfindlichen Detektion von Luftschallwellen. Ein Schallkanal in Form eines Hornteils koppelt den Empfänger akustisch besonders gut an das Schallfeld an, so dass möglichst viel der extern eintretenden Schallenergie am Empfänger ankommt. Damit wird eine minimale akustische Dämpfung des Schal lenergieflusses realisiert.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung sind der Schallkanal und der Strömungs bypass durch ein Anströmbauteil realisiert. Das Anströmbauteil umfasst eine Aus buchtung. Die Ausbuchtung umfasst einen in Axialachse durchgehenden Hohlraum, durch den der Schallkanal realisiert ist. Das Anströmbauteil ist mit dem Schutzgitter derart zusammengeführt, dass der Strömungsbypass durch einen Freiraum zwischen dem Anströmbauteil und dem Schutzgitter realisiert ist. Das Anströmbauteil und des sen Ausbuchtung sind derart geformt, dass die durch die Luftströmung durch den Strömungsbypass erzeugte aeroakustische Schallentstehung gedämpft wird. Bei spielsweise umfassen das Anströmbauteil und dessen Ausbuchtung keine Strö mungsabrisskanten im Strömungsbypass.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst die Vorrichtung ein Gehäuse, in dem die Leiterplatte angeordnet ist. Das Gehäuse schützt die Leiterplatte und deren Bauteile vor mechanischen und/oder thermischen Einflüssen. Das Gehäuse umfasst Befestigungsmittel, beispielsweise Schrauben, um das Gehäuse und die Vorrichtung an einem Objekt einer Verkehrsinfrastruktur, beispielsweise einem Amplemast, einer Leitplanke oder einer Geschwindigkeitsüberprüfungsanlage, zu befestigen.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Leiterplatte senkrecht oder parallel zu der Axialachse der Vorrichtung angeordnet. Bei der parallelen Anordnung der Lei terplatte ist das zweite Ende des Schallkanals in radialer Verlängerung einer Mantel fläche des Schallkanals angeordnet. Bei senkrechter Anordnung der Leiterplatte ist der Akustiksensor, beispielsweise das Mikrofon und/oder die Mikrofonkapsel, parallel zu der Axialachse der Vorrichtung an den Schallkanal angekoppelt. Bei paralleler Anordnung der Leiterplatte ist der Akustiksensor senkrecht zu der Axialachse der Vorrichtung, das heißt tangential, an den Schallkanal angekoppelt. Mit der parallelen Anordnung werden besonders gute Signale des Akustiksensors erhalten.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst die Vorrichtung ein elastisches Dichtungsbauteil zur Ankopplung des Akustiksensors an den Schallkanal und/oder an die Leiterplatte. Das Dichtungsbauteil gleicht geometrische Toleranzen beim Zu sammenbau der Vorrichtung aus. Die Elastizität sorgt für eine definierte Entkopplung des Akustiksensors, unter anderem der Mikrofonkapsel, von Körperschall. Ferner sorgt die Elastizität für eine akustisch geschlossene Verbindung des Schallkanals zur Mikrofonkapsel.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst die Vorrichtung ein Entkopp lungsbauteil zur Schwingungsdämpfung und/oder zur Körperschallentkopplung. Das Entkopplungsbauteil ist an einer Kopplungsstelle zwischen der Vorrichtung und ei nem Bauteil, in das die Vorrichtung einbaubar und/oder von diesem die Vorrichtung mechanisch haltbar ist, angeordnet. Das Entkopplungsbauteil ist aus einem Zwei komponenten -Werkstoff, der einen akustisch und/oder schwingungstechnisch wir kenden Impedanzsprung erzeugt, gefertigt. Der Zweikomponenten -Werkstoff umfasst einen relativ weichen Werkstoff mit relativ kleiner Impedanz und einen relativ harten Werkstoff mit relativ großer Impedanz. Der weiche Werkstoff ist in Luftströmungsrich tung vor dem harten Werkstoff angeordnet. Der Impedanzsprung ist über die gesam te Anlagefläche des Schutzgitters und des Entkopplungsbauteils durchgeführt. Das Entkopplungsbauteil ist beispielsweise ein Formteil. Beispielsweise sind das Schutz- gitter und das Entkopplungsbauteil aus einem Spritzgussteil gebildet. Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist das Entkopplungsbauteil aus vibrationsdämpfen den Materialien unterschiedlicher Dichte gefertigt, beispielsweise aus gemischtzeili gen Polyurethan-Schaumstoffen. Das Entkopplungsbauteil besitzt beispielsweise eine hohe mechanische Belastbarkeit und/oder gute Dämmeigenschaften. Mittels des Entkopplungsbauteils ist die Vorrichtung unempfindlich gegen Erschütterungen haltbar.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst die Vorrichtung eine zweite Membran zur Entlüftung der Vorrichtung. Die zweite Membran stellt einen statischen Druckausgleich für die Vorrichtung bereit. Durch die zweite Membran wird der anteili ge statische Druck ausgeglichen. Ferner verhindert die zweite Membran eine Kon densatbildung in der Vorrichtung.
Erfindungsgemäß ist die Vorrichtung als ein Nachrüstbauteil an Objekte der Ver kehrsinfrastruktur nachrüstbar.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Recheneinheit ausgeführt, einen künstlich intelligenten Algorithmus zu prozessieren. Der künstlich intelligente Algo rithmus ist trainiert, in Abhängigkeit der Signale des Akustiksensors die Straßenfahr zeuge zu klassifizieren Die Soll-Lautstäke ist abhängig von dem klassifizierten Stra ßenfahrzeug. Der künstlich intelligente Algorithmus ist beispielsweise ein auf Klassifi kation von Geräuschen von Straßenfahrzeugen trainiertes künstliches neuronales Netzwerk. Mittels des künstlich intelligenten Algorithmus erkennt die Vorrichtung, von welchem Typ von Straßenfahrzeug eine Lärmbelästigung ausgeht. Damit werden beispielsweise Geräusche und von diesen Geräuschen ausgehende Lärmbelästi gungen von Traktoren oder Lastkraftwagen, die in der Regel lauter als Personen kraftwagen sind, von Geräuschen und von diesen Geräuschen ausgehende Lärmbe lästigungen von Personenkraftwagen unterscheidbar. Damit erkennt die Vorrichtung, von welchem Typ Straßenfahrzeug F eine Lärmbelästigung ausgeht.
Das erfindungsgemäße System misst Lautstärken von Geräuschen eines Straßen fahrzeuges im Straßenverkehr. Das System umfasst eine erfindungsgemäße Vorrich- tung und eine mit der Vorrichtung in Wirkverbindung stehende Erfassungseinheit. Die Erfassungseinheit ist in Fahrtrichtung des Straßenfahrzeuges hinter der Vorrichtung angeordnet. Die Erfassungseinheit erfasst in Abhängigkeit eines Ansteuerungssig nals der Vorrichtung das Straßenfahrzeug. Misst beispielsweise die Vorrichtung, dass Geräusche, die von dem Straßenfahrzeug ausgehen, eine Soll-Lautstärke überschreiten, wird die Erfassungseinheit, die beispielsweise einige Meter hinter der Vorrichtung angeordnet ist, angesteuert und fotografiert das Straßenfahrzeug. Die Vorrichtung triggert die Erfassungseinheit vergleichbar einer Lichtschranke einer Ge schwindigkeitsüberwachungsanlage.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst die Erfassungseinheit eine Ka mera. Damit wird das Straßenfahrzeug bei Überschreitung einer Soll-Lautstärke foto grafiert. Zum Beispiel ist die Erfassungseinheit eine Geschwindigkeitsüberwa chungsanlage, die eine Kamera umfasst.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist das System als ein mobiles System ausgeführt, zum Beispiel montiert auf einem Anhänger.
Die Erfindung wird beispielhaft in den folgenden Figuren erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine 3D Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrich tung,
Fig. 2 eine Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Systems umfassend die Vorrichtung aus Fig. 1 ,
Fig. 3 eine isometrische Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 4 eine seitliche Schnittansicht des Ausführungsbeispiels aus Fig. 3,
Fig. 5 eine Explosionsdarstellung des Ausführungsbeispiels aus Fig.3, Fig. 6 eine Schnittansicht des Ausführungsbeispiels aus Fig. 1 ,
Fig. 7 eine seitliche Schnittansicht des Ausführungsbeispiels aus Fig. 1 , und
Fig. 8 eine dreidimensionale Ansicht des Ausführungsbeispiels aus Fig. 1 .
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugsziffern gleiche oder funktionsähnliche Tei le. Übersichtshalber sind in den einzelnen Figuren lediglich die für das jeweilige Ver ständnis relevanten Bezugsteile gekennzeichnet.
Fig. 1 zeigt ein Schutzgitter 2, eine Leiterplatte L, eine Recheneinheit 4 und eine Schnittstelle I eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung AKS. Detailansichten dieses Ausführungsbeispiels sind in den Fig. 6, 7 und 8 gezeigt.
Die Recheneinheit 4 ist auf der Leiterplatte L montiert. Die Recheneinheit 4 prozes siert ein künstliches neuronales Netzwerk. Das künstliche neuronale Netzwerk um fasst konvolutionale Schichten und/oder vollständig verbundene Schichten. Das künstliche neuronale Netzwerk ist trainiert, Geräusche von Straßenfahrzeugen F in Abhängigkeit des Typs des Straßenfahrzeuges F zu klassifizieren. Mittels des künst lich neuronalen Netzwerks erkennt die Vorrichtung, von welchem Typ von Straßen fahrzeug F eine Lärmbelästigung ausgeht. Die Recheneinheit 4 bestimmt in Abhän gigkeit von Signalen eines Akustiksensors 1 der Vorrichtung AKS bei Erkennung ei ner Überschreitung einer Soll-Lautstärke ein Ansteuerungssignal für eine Erfas sungseinheit K, um das Straßenfahrzeug F zu erfassen. Die Schnittstelle I stellt das Ansteuerungssignal der Erfassungseinheit K bereit, siehe auch Fig. 2.
Fig. 2 zeigt ein erfindungsgemäßes System. Das System umfasst die Vorrichtung AKS aus Fig. 1 . Die Schnittstelle I der Vorrichtung AKS ist eine, beispielsweise drahtgebundene, Schnittstelle zu der Erfassungseinheit K. Die Erfassungseinheit K ist ein stationärer Verkehrsblitzer für Überwachung von Geschwindigkeitsüberschrei tungen. Die Erfassungseinheit K umfasst eine Kamera CAM. Das Straßenfahrzeug F erzeugt bei Fahrt Geräusche. Die jeweiligen Luftschallwellen der Geräusche werden von der Vorrichtung AKS erfasst und ausgewertet. Erkennt die Recheneinheit 4 der Vorrichtung AKS eine Überschreitung der Soll-Lautstärke, wird über die Schnittstelle I der Vorrichtung AKS die Kamera CAM der Erfassungseinheit K angesteuert, um das Straßenfahrzeug zu erfassen und zu identifizieren. Das System ist beispielsweise auf einem Anhänger montiert, der an definierte Stellen, beispielsweise Stellen mit hoher Lärmbelästigung, gefahren werden kann. Damit ist das System mobil.
In den Fig. 3, 4 und 5 ist bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung AKS eine Leiter platte L senkrecht zu einer Axialachse A der Vorrichtung AKS angeordnet. In den Fig. 1 , 2, 6, 7 und 8 ist die Leiterplatte parallel zu der Axialachse A der Vorrichtung AKS angeordnet. Bei der parallelen Anordnung der Leiterplatte L ist ein zweites Ende E2 eines Schallkanals 7 in radialer Verlängerung einer Mantelfläche des Schallkanals 7 angeordnet. Die Beschreibungen zu den Fig. 3, 4 und 5 gelten, falls nicht anders an gegeben, entsprechend für die Fig. 1 , 2, 6, 7 und 8.
Die Vorrichtung AKS umfasst ein Bauteil B. Das Bauteil B hält die Vorrichtung AKS. Das Bauteil B ist beispielsweise ein Spritzgussformteil oder ein nach einem additiven Verfahren, beispielsweise 3D-Druck-Verfahren, hergestelltes Bauteil.
Das Bauteil B umfasst eine kreisförmige Öffnung. Das Bauteil B ist lediglich in den Fig. 3, 4 und 5 gezeigt. In diese Öffnung ist ein erfindungsgemäßes Schutzgitter 2 eingesetzt. Das Schutzgitter 2 ist mittels eines erfindungsgemäßen Entkopplungs bauteils 1 1 mit dem Bauteil B gekoppelt, siehe Fig. 3, 4 und 5. Beispielsweise sind das Schutzgitter 2 und das Entkopplungsbauteil 1 1 aus einem Spritzgussteil gefer tigt. In den Fig. 3, 4 und 5 umfasst das Schutzgitter 2 vier symmetrisch angeordnete schlitzförmige Öffnungen 3a, 3b, 3c und 3d. Die Öffnungen 3a, 3b, 3c und 3d sind Eintrittsöffnungen für Luftschallwellen in die Vorrichtung AKS, ebenso die Öffnungen 3a, 3b und 3c in Fig. 1 , 2, 6, 7 und 8. Die Luftschallwellen treten in Luftströmungs richtung R in die Vorrichtung AKS ein. Die Öffnungen 3a, 3b, 3c und 3d sind axial versetzt zu einer Axialachse A der Vorrichtung AKS angeordnet. Die Explosionsdar stellung in Fig. 5 zeigt die Öffnungen 3a, 3b, 3c und 3d, das Schutzgitter 2 und das Entkopplungsbauteil 11 in einem zusammengeführten Zustand. In das Entkopplungsbauteil 1 1 ist ein Anströmbauteil 8 erfindungsgemäß eingesetzt. Das Anströmbauteil 8 umfasst eine rotationssymmetrische Ausbuchtung 9. Das An strömbauteil 8 ist derart eingesetzt, dass zwischen dem Anströmbauteil 8, dessen Ausbuchtung 9 und dem Schutzgitter 2 ein Freiraum vorhanden bleibt. Der Freiraum bildet einen erfindungsgemäßen Strömungsbypass 6. Der Strömungsbypass 6 um fasst Luftauslässe 6a. Durch die Luftauslässe wird die Luft aus der Vorrichtung AKS ausgelassen.
Die Ausbuchtung 9 des Anströmbauteils 8 umfasst einen in Axialachse A durchge henden Hohlraum H. Der Hohlraum H hat die Form eines Hornteils mit einer größe ren ersten Fläche an einem ersten Ende E1 des Hohlraums H und einer kleineren zweiten Fläche an einem zweiten Ende E2. Die erste und die zweite Fläche sind je weils Grund- oder Deckflächen des Hohlraums H und symmetrisch zur Axialachse A. Der Hohlraum H entsteht beispielsweise durch eine Bohrung in die Ausbuchtung.
Der Hohlraum H bildet einen Schallkanal 7. Die Luftschallwellen werden durch den Schallkanal 7 zu dem Akustiksensor 1 geführt. Der Akustiksensor 1 ist auf der in Luftströmungsrichtung R hinteren Seite der Leiterplatte L, das ist mit den elektroni schen Bauteilen bestückte Oberfläche der Leiterplatte L, angeordnet. An dem ersten Ende E1 des Schallkanals 7 ist eine erfindungsgemäße erste Membran 5 angeord net. In Verlängerung des zweiten Endes E2 des Schallkanals 7 ist der Akustiksensor 1 angeordnet.
Der Akustiksensor 1 ist ein elektroakustischer Sensor, beispielsweise ein Mikrofon. In den Ausführungsbeispielen ist der Akustiksensor 1 ein MEMS-Mikrofon. Der Akus tiksensor 1 ist mittels eines Dichtungsbauteils 10 an den Schallkanal 7 und an eine Leiterplatte 7 angekoppelt.
Die Leiterplatte L ist in einem Gehäuse G angeordnet. Das Gehäuse G ist ein Elekt ronikgehäuse. Die Leiterplatte L umfasst Bauteile und deren Verbindungen zur Vor verarbeitung von analogen oder digitalen Signalen des Akustiksensors 1 . Ferner um fasst die Leiterplatte L Steckeranbindungen S, um die Leiterplatte L und damit die Vorrichtung AKS mit einem elektronischen Steuergerät signaltechnisch zu verbinden. Das Gehäuse G umfasst eine zweite Membran 12 ausgeführt als Entlüftungsmemb ran zum statischen Druckausgleich des Gehäuses G und zur Verhinderung einer Kondensatbildung in dem Gehäuse G. Das Gehäuse G umfasst auch Befestigungs mittel 13, beispielsweise Schrauben.
Bezuqszeichen
1 Akustiksensor
2 Schutzgitter
3a Öffnung
3b Öffnung
3c Öffnung
3d Öffnung
4 Recheneinheit
5 erste Membran
6 Strömungsbypass
6a Luftauslass
7 Schallkanal
8 Anströmbauteil
9 Ausbuchtung
10 Dichtungsbauteil
1 1 Entkopplungsbauteil
13 Befestigungsmittel
E1 erstes Ende
E2 zweites Ende
AKS Vorrichtung
A Axialachse
R Luftströmungsrichtung
I Schnittstelle
K Erfassungseinheit
H Hohlraum
L Leiterplatte
S Steckeranbindung
G Gehäuse
B Bauteil
F Straßenfahrzeug
CAM Kamera

Claims

Patentansprüche
1 . Vorrichtung (AKS) zur Messung von Lautstärken von Geräuschen eines Straßen fahrzeuges (F) im Straßenverkehr, die Vorrichtung (AKS) umfassend
• einen Akustiksensor (1 ),
• ein Schutzgitter (2) zum Absichern der Vorrichtung (AKS) gegen Eindringen von gröberen Fremdkörpern , das Schutzgitter (2) umfassend wenigstens eine Öffnung (3a, 3b, 3c, 3d) für einen Einlass von Luftschall in die Vorrichtung (AKS), wobei die Öffnung (3a, 3b, 3c, 3d) axial versetzt zu einer Axialachse (A) der Vorrichtung (AKS) angeordnet ist,
• einen zwischen dem Schutzgitter (2) und dem Akustiksensor verlaufenden Strömungsbypass (6), um durch Luftströmungen in die Vorrichtung (AKS) ein getretene Fluide und/oder Fremdkörper von dem Akustiksensor weg aus der Vorrichtung (AKS) heraus zu leiten,
• einen Schallkanal (7), an dessen einem in Luftströmungsrichtung (R) ersten Ende (E1 ) das Schutzgitter angeordnet ist und an dessen zweitem Ende (E2) der Akustiksensor (1 ) angeordnet ist, wobei Durchmesser, Länge, Volumen, Formgebung und/oder Materialeigenschaften des Schallkanals (7) angepasst sind, um Eigenmoden der Vorrichtung (AKS) zu dämpfen,
• eine Leiterplatte (L), die Leiterplatte (L) umfassend
o Bauelemente und deren Verbindungen zur Vorverarbeitung von analo gen oder digitalen Signalen des Akustiksensors (1 ), wobei die Bauele mente ausgeführt sind zur analogen oder digitalen Signalverarbeitung und/oder zur Realisierung von Filterfunktionen, Funktionen zur Pha senumkehr, Kompressorfunktionen und/oder Verstärkerfunktionen , o eine Leiterplattenöffnung (4), auf deren in Luftströmungsrichtung (R) hinteren Seite der Leiterplatte (L) der Akustiksensor (1 ) angeordnet ist, und
o eine Recheneinheit (4), die ausgeführt ist, in Abhängigkeit von Signalen des Akustiksensors (1 ) bei Erkennung einer Überschreitung einer Soll- Lautstärke ein Ansteuerungssignal für eine Erfassungseinheit (K) zu er zeugen, um das Straßenfahrzeug (F) zu erfassen, und • eine Schnittstelle (I), um das Ansteuerungssignal der Erfassungseinheit ( K) bereitzustellen.
2. Vorrichtung (AKS) nach Anspruch 1 , wobei der Akustiksensor (1 ) ein Mikrofon um fasst, das Mikrofon umfassend eine Mikrofonkapsel und einen Wandler.
3. Vorrichtung (AKS) nach Anspruch 1 oder 2, umfassend eine akustisch permeable, hydrophobe und/oder lipophobe erste Membran (5), die in Luftströmungsrichtung (R) hinter dem Schutzgitter (2) an dem ersten Ende (E1 ) des Schallkanals (7) angeord net ist, wobei der Strömungsbypass (6) zwischen dem Schutzgitter (2) und der ersten Membran (5) verläuft.
4. Vorrichtung (AKS) nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend eine Leiterplatte (L), die Leiterplatte (L) umfassend die Recheneinheit (4) und Bauelemen te und deren Verbindungen zur Vorverarbeitung von analogen oder digitalen Signa len des Akustiksensors (1 ), wobei die Bauelemente ausgeführt sind zur analogen oder digitalen Signalverarbeitung und/oder zur Realisierung von Filterfunktionen, Funktionen zur Phasenumkehr, Kompressorfunktionen und/oder Verstärkerfunktio nen.
5. Vorrichtung (AKS) nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend ein elastisches Dichtungsbauteil (1 0) zur Ankopplung des Akustiksensors (1 ) an den Schallkanal (7) und/oder an die Leiterplatte (L).
6. Vorrichtung (AKS) nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend ein Entkopplungsbauteil (1 1 ) zur Schwingungsdämpfung und/oder zur Körperschallent kopplung, wobei das Entkopplungsbauteil (1 1 ) an einer Kopplungsstelle zwischen der Vorrichtung (AKS) und einem Bauteil (B), in das die Vorrichtung (AKS) einbaubar und/oder von diesem die Vorrichtung (AKS) mechanisch haltbar ist, angeordnet ist.
7. Vorrichtung (AKS) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Rechen einheit (4) ausgeführt ist, einen künstlich intelligenten Algorithmus zu prozessieren, der trainiert ist, in Abhängigkeit der Signale des Akustiksensors (1 ) die Straßenfahr- zeuge (F) zu klassifizieren, wobei die Soll-Lautstäke abhängig von dem klassifizierten Straßenfahrzeug (F) ist.
8. System zur Messung von Lautstärken von Geräuschen eines Straßenfahrzeuges (F) im Straßenverkehr, das System umfassend eine Vorrichtung (AKS) nach einem der vorangehenden Ansprüche und eine mit der Vorrichtung (AKS) in Wirkverbindung stehende Erfassungseinheit (K), wobei die Erfassungseinheit (K) in Fahrtrichtung des Straßenfahrzeuges (F) hinter der Vorrichtung (AKS) angeordnet ist und in Abhängig keit eines Ansteuerungssignals der Vorrichtung (AKS) das Straßenfahrzeug erfasst.
9. System nach Anspruch 8, wobei die Erfassungseinheit (K) eine Kamera (CAM) umfasst.
10. System nach Anspruch 8 oder 9, wobei das System als ein mobiles System aus geführt ist.
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