JP2016188644A - 排気騒音、エンジン騒音および/または吸気騒音に影響を与えるためのシステム - Google Patents
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Abstract
【課題】車両の排気ガス騒音および/または吸気騒音および/またはエンジン騒音に影響を与えるシステムシステムを提供する。
【解決手段】マイクロプロセッサ(91)は、車両の排気系内および/または吸気系内で騒音を部分的にまたは完全に打ち消すように適応されたディジタル制御信号、および/またはエンジンコンパートメント内で騒音、特にエンジン騒音を生成するように適応されたディジタル制御信号を生成する。増幅器(93)は、ディジタル−アナログコンバータ(92)に接続されてアナログ制御信号を増幅する。ステップアップコンバータ(97)は、車両の自動車用バッテリ(10)に接続され、バッテリ電圧(VBATT)を一定の値にアップコンバートし、アップコンバートされたバッテリ電圧を供給電圧(VB)として増幅器(93)に出力する。スピーカ(2)は、コントローラ(9)から受信する制御信号に応答して騒音を生成する。
【選択図】図3
【解決手段】マイクロプロセッサ(91)は、車両の排気系内および/または吸気系内で騒音を部分的にまたは完全に打ち消すように適応されたディジタル制御信号、および/またはエンジンコンパートメント内で騒音、特にエンジン騒音を生成するように適応されたディジタル制御信号を生成する。増幅器(93)は、ディジタル−アナログコンバータ(92)に接続されてアナログ制御信号を増幅する。ステップアップコンバータ(97)は、車両の自動車用バッテリ(10)に接続され、バッテリ電圧(VBATT)を一定の値にアップコンバートし、アップコンバートされたバッテリ電圧を供給電圧(VB)として増幅器(93)に出力する。スピーカ(2)は、コントローラ(9)から受信する制御信号に応答して騒音を生成する。
【選択図】図3
Description
本発明は、内燃機関によって駆動される車両の排気系内を伝搬する音波(排気騒音)に影響を与え、および/または車両のエンジンコンパートメント内のエンジンによって生成されるエンジン騒音に影響を与え、および/または内燃機関の吸気系内を伝搬する音波(吸気騒音)に影響を与えるためのシステムに関する。
内燃機関のタイプ(例えば、レシプロピストンエンジン、ピストンレスロータリーエンジンまたはフリーピストンエンジン)に関係なく、連続して行われたストローク(strokes)(特に、燃料−空気混合物の吸気および圧縮、燃料−空気混合物の燃焼および燃焼した燃料−空気混合物の排出)の結果、騒音が発生する。一方では、これらの騒音は、固体伝搬音(solid-borne sound)として内燃機関を伝搬し、空気伝搬音(airborne sound)として内燃機関の外側に放出される。他方では、これらの騒音は、燃焼した燃料−空気混合物と共に空気伝搬音として、内燃機関と流体連通(fluid communication)する排気系を伝搬する。
これらの騒音は不都合なものと認識されることが多い。一方では、騒音からの保護に関する法規定が存在し、内燃機関によって駆動される車両の製造業者はこれを遵守しなければならない。これらの法規定は、通常、車両運転時の最大音圧を定めている。他方では、製造業者は、自社が製造する内燃機関駆動車両に、各製造業者のイメージと合致し且つ顧客にとって評判のよい特徴的な騒音放出を付与しようとしている。排気量が小さい現代のエンジンでは、多くの場合、このように意図した特徴的な騒音を自然に生成することはできない。
固体伝搬音として内燃機関を伝搬する騒音は、非常にうまく減衰させることができるため、通常は騒音からの保護に関して問題にはならない。排気量が小さい内燃機関または電気モータまでもの使用が増加する中、エンジン(またはモータ)騒音がユーザにとって魅力的ではなく、および/または車両製造業者のイメージと合致しない場合が多いという問題が生じている。
電子モータによってエンジン騒音がほぼ完全に消失したため、歩行者が電気車両に気づかないかまたは電気車両に気づくのが遅すぎる場合が多いという問題も生じる。この問題を解決するため、所望のエンジン騒音を調整または生成するためのスピーカをエンジン(モータ)ベイ内に配置することが提案されている。
燃焼した燃料−空気混合物と共に空気伝搬音として、内燃機関の排気系を通過する騒音は、排気消音器によって低減される。排気消音器は、排気系の排出開口部の手前であって、触媒コンバータが備えられる場合には、その下流側に設けられる。例えば、各消音器は、吸収および/または反射の原理に従って動作し得る。どちらの動作原理も比較的大きな容量を必要とし、燃焼した燃料−空気混合物に対して比較的高い抵抗を示すため、車両の全体効率が低下して燃料消費が増加するという欠点を有する。
消音器に代わるものまたは追加されるものとして、いわゆる騒音防止システム(anti-noise system)が暫く前から開発されている。このシステムは、電気音響的に生成された対抗音(anti-noise)を、内燃機関によって生成され排気系を伝搬する空気伝搬音に重畳するものである。各システムは、例えば、特許文献1〜18から公知である。
各騒音防止システムは、通常、いわゆるフィルタードx最小平均二乗(FxLMS)アルゴリズムを利用している。このアルゴリズムは、排気系と流体連通する少なくとも1つのスピーカを用いて音響騒音を放出することによって、エラーマイクロホンが測定したエラー信号をゼロにする(騒音の打ち消し(cancellation)の場合)または予め設定された閾値にする(騒音への影響の場合)試みを行う。排気系を伝搬する音波とスピーカによって生成される対抗音との完全な相殺的干渉を達成するために、スピーカから出る音波は、振幅および周波数の点で排気系を伝搬する音波と一致するものでなければならないが、排気系を伝搬する音波に対して180度相対的に位相シフトされなければならない。スピーカで生成される対抗音の音波(anti-noise sound waves)が、周波数の点で排気系を伝搬する音波と一致し且つ排気系を伝搬する音波に対して180度位相シフトしているが、振幅の点で排気系を伝搬する音波と一致しない場合には、排気系を伝搬する音波の減衰のみが行われる。互いに対して90度シフトされた2つの正弦波振動の適切な周波数および位相を決定し、これらの正弦波振動にとって必要な振幅を算出することによって、上記対抗音は、FxLMSアルゴリズムを用いて、排気管を伝搬する空気伝搬音の周波数帯毎に別々に算出される。騒音防止システムの目的は、音の打ち消しまたは音に対する影響を、少なくとも排気系の外部において、場合によっては排気系の内部においても、可聴可能且つ計測可能にすることである。本明細書において用いられる用語「対抗音」は、排気ガス流における乱流と内燃機関自体における乱流との両方によって生じ排気系を伝搬する空気伝搬音と区別するために用いられる。対抗音自体は、通常の空気伝搬音に過ぎない。本明細書は、FxLMSアルゴリズムの使用に限定されないことを指摘しておく。
また、内燃機関の吸気系においても音波が発生し、不快なものとして認識され得る。これらの音波は空気流における乱流と内燃機関自体における乱流との両方によって生じる。吸引管とも呼ばれる吸気系は、燃焼チャンバまたは燃焼空間の手前に設けられた内燃機関の空気導入要素をすべて含む。
騒音の打ち消しおよび騒音への影響の信頼性がそれぞれ不十分であることが、排気騒音および/または吸気騒音および/またはエンジン騒音に影響を与えるためのすでに公知のシステムの欠点である。さらに、公知のシステムは、効率が不十分である。
実施形態において、騒音生成の信頼性が改善されると共に、損失が低減されることによって効率が高められた、排気騒音および/または吸気騒音および/またはエンジン騒音に影響を与えるためのシステムが提供される。
車両、特に内燃機関によって駆動される車両の排気騒音および/または吸気騒音および/またはエンジン騒音に影響を与えるためのシステムの実施形態は、コントローラ、特に対抗音コントローラと、少なくとも1つのスピーカとを備え、スピーカは、コントローラと接続され、制御信号を受信する。この接続は、例えば、電気的接続であっても、光学的接続であってもよい。
ここで、少なくとも1つのスピーカは、コントローラから受信した制御信号に応答して、関連する音生成器内で、音、特に対抗音を生成するように構成される。音生成器は、スピーカを汚染および/または天候による影響および/または熱応力から保護する。従って、実施形態によっては、音生成器は、スピーカのケーシングであるとみなすことができる。
音生成器は、車両のエンジンコンパートメント内に配置されるように構成され得る。あるいは、音生成器を設けずに、スピーカがエンジンコンパートメント内または排気系内に直接配置されてもよい。
これに代え又はこれに追加して、音生成器は、排気系と流体連通して接続されるように構成され得る。従って、音生成器内および排気系内に存在する流体(液体または気体)の交換が可能である。音生成器内に存在する流体全体と、排気系内に存在する流体全体との交換が可能である必要はない。音生成器の内部は、例えば、スピーカの膜によって2つのセクションに分離され得る。音生成器を用いてスピーカを排気系に間接的に一体化することによって、排気系を流れる排気ガスによって生じるスピーカの機械的応力および熱応力が低減される。
これに代え又はこれに追加して、音生成器は、吸気系と流体連通して接続されるように構成され得る。
コントローラは、少なくとも1つのマイクロプロセッサと、少なくとも1つのディジタル−アナログコンバータと、少なくとも1つの増幅器と、少なくとも1つであって、特に1つだけのステップアップコンバータとを備える。増幅器は、特にアナログ増幅器であってもよく、さらに特にオーディオ増幅器であってもよい。
少なくとも1つのマイクロプロセッサは、振幅および位相の点で、排気系内または吸気系内で、騒音を少なくとも部分的に、特に完全に抑えるよう適応されたディジタル制御信号を生成するように構成され、少なくとも1つのスピーカは、排気系または吸気系とそれぞれ流体連通している場合には、このディジタル制御信号に基づいて動作される。これに代え又はこれに追加して、マイクロプロセッサは、エンジンベイ内で、騒音、特にエンジン騒音を生成するよう適応されたディジタル制御信号を生成するように構成され、少なくとも1つのスピーカは、エンジンベイ内に設けられている場合には、このディジタル制御信号に基づいて動作される。
少なくとも1つのマイクロプロセッサは、別個のデバイスであってもよいし、または、車両の別の制御ユニット、特に車両の内燃機関用のエンジン制御ユニットに一体化されてもよい。
少なくとも1つのディジタル−アナログコンバータは、少なくとも1つのマイクロプロセッサと電気接続され、少なくとも1つのマイクロプロセッサから出力されたディジタル制御信号をアナログ制御信号に変換するように構成される。この接続は、例えば、電気的接続であっても、光学的接続であってもよい。少なくとも1つのディジタル−アナログコンバータは、別個のデバイスであってもよいし、または少なくとも1つのマイクロプロセッサに一体化されてもよい。
少なくとも1つの増幅器は、少なくとも1つのディジタル−アナログコンバータと電気接続され、少なくとも1つのディジタル−アナログコンバータから出力されたアナログ制御信号を増幅するように構成され、少なくとも1つのスピーカは、増幅されたアナログ制御信号で動作され得る。増幅器は、特に、クラスAB増幅器、フルブリッジ増幅器、クラスD増幅器またはクラスG/H増幅器であり得る。フルブリッジ増幅器およびクラスAB、G/Hの増幅器は、電磁適合性(EMC)が向上したことを特徴とし、クラスDの増幅器は、高効率を特徴とする。
ステップアップコンバータは、車両の自動車用バッテリと接続され、自動車用バッテリによって供給されるバッテリ電圧を一定の値にアップコンバートし、アップコンバートされたバッテリ電圧を少なくとも1つの増幅器に供給電圧として出力するよう適応されるように構成される。この目的のため、ステップアップコンバータは、少なくとも1つの増幅器と電気接続される。本発明によると、出力電圧の値が、常に入力電圧の値以上であるブーストコンバータまたはステップアップチョッパとしても知られるDC−DCコンバータは、一般に、ステップアップコンバータとして理解される。ステップアップコンバータから出力される「一定の値」の電圧とは、その電圧に設定される値に対して、5%以下、特に3%以下しか値が変化しない電圧を意味する。
ブーストコンバータを用いることによって、少なくとも1つの増幅器が一定の供給電圧を確実に利用できるようになり、通常は9Vと16Vとの間で変化する自動車用バッテリの電圧から切り離される(decoupling)。この結果、システムの少なくとも1つのスピーカは、理想的な制御信号で信頼性をもって動作され得る。自動車用バッテリの電圧が変化するにもかかわらずこのように信頼性が改善されることは、排気系を通過する空気伝搬音の騒音レベルに関する法規定を遵守するためにシステムを用いる場合に特に重要である。
ステップアップコンバータを用いることによって、さらに、車両のバッテリ電圧よりも高い供給電圧を必要とする増幅器の利用が可能になる。各増幅器は、自動車用バッテリからの電圧が供給される増幅器に比べて、増幅されたアナログ制御信号の電圧レベルの増加を可能にする。この結果、さらに高い入力インピーダンスを有するスピーカを用い得る。これにより、少なくとも1つの増幅器と少なくとも1つのスピーカとの間のライン上の抵抗損失は、増幅されたアナログ制御信号の電圧がさらに高くなり、その電流がさらに低くなるため、同じ電力レベルに対して少なくなる。電流が低くなることにより、電磁適合性はさらに向上する。各増幅器はさらに、予備電力(power reserve)の増加により、増幅されたアナログ制御信号のピーク値と実効値(root-mean-square value)との比を増加させることができ、その結果、波高率を増加させることができる。
一実施形態によると、ステップアップコンバータは、自動車用バッテリからのバッテリ電圧を12Vと48Vとの間、特に12V、16V、24V、32V、36V、42V、または48Vに予め設定され得る一定の値に変換し、この電圧を供給電圧として少なくとも1つの増幅器に供給するように構成される。これは、従来のシステム、特に従来の騒音防止システムの増幅器への供給電圧の電圧レベルよりもかなり高い。電圧レベルがより高いため、インピーダンスがより高いスピーカを、同じ電力条件で用いることができ、その結果、供給電流は低くなる。これにより、ライン損失が低減され、またはより小さな断面積のワイヤーを用い得るので、システムのコストは削減される。このようにして、システムの効率が全体として向上する。さらに、電磁適合性が改善される。
一実施形態によると、コントローラは、車両のエンジン、特に内燃機関のエンジン制御ユニットと接続されるように構成された対抗音コントローラである。このコントローラの少なくとも1つのマイクロプロセッサはさらに、エンジン制御ユニットから受信される信号に応じて、ディジタル制御信号を生成するように適応される。このように、エンジンの動作条件は、マイクロプロセッサによって実施される制御信号の計算において考慮され得る。
一実施形態によると、システムは、騒音防止システムであり、エラーマイクロホンをさらに備える。エラーマイクロホンは、コントローラと接続され、排気ガス流に関して音生成器と排気系との間の流体接続(fluid connection)の領域内に位置する排気系の位置に配置されるように構成される。ここで、「音生成器と排気系との間の流体接続の領域内の位置に配置される」とは、排気ガス流に関して流体接続がもたらされ、騒音が少なくとも部分的に抑えられる位置が、エラーマイクロホンから排気ガス流に沿って上流側に、騒音がエラーマイクロホンで測定される位置における排気系の最大径の10倍以下、特に5倍以下、さらに特に2倍以下の距離だけ離間していることを意味する。エラーマイクロホンは、排気系内の騒音を測定し、対応する測定信号をコントローラに出力するように構成される。コントローラの少なくとも1つのマイクロプロセッサは、制御信号を少なくとも1つのスピーカに出力することによって、エラーマイクロホンから受信される信号を、振幅および位相において少なくとも部分的に、好ましくは完全に消滅させるように構成される。しかし、本発明は、騒音防止システムに限定されるものではないことを指摘しておく。
一実施形態によると、システムは、騒音防止システムであり、エラーマイクロホンをさらに備える。エラーマイクロホンは、コントローラと接続され、引き込み空気流に関して音生成器と吸気系との間の流体接続の領域内に位置する吸気系の位置に配置されるように構成される。ここで、「音生成器と吸気系との間の流体接続の領域内の吸気系の位置に配置される」とは、吸気流に関して流体接続がもたらされ、騒音が少なくとも部分的に抑えられる位置が、エラーマイクロホンから引き込み空気流に沿って下流側に、エラーマイクロホンが設けられ且つ騒音が測定される位置における吸気系の最大径の10倍以下、特に5倍以下、さらに特に2倍以下の距離だけ離間していることを意味する。エラーマイクロホンは、吸気系内の騒音を測定し、対応する測定信号をコントローラに出力するように構成される。コントローラの少なくとも1つのマイクロプロセッサは、制御信号を少なくとも1つのスピーカに出力することによって、エラーマイクロホンから受信される信号を、振幅および位相において少なくとも部分的に、好ましくは完全に消滅させるように構成される。しかし、本発明は、騒音防止システムに限定されるものではないことを指摘しておく。
ここで、用語「上流」および「下流」は、以下のように理解される。流路に沿って一定の方向に流れる媒体が、まず第1の部分、その後第2の部分を通過する場合、流路の第1の部分は、同じ流路の第2の部分の上流側に位置し、第2の部分は、第1の部分とは異なるものである。従って、同時に、流路に沿って一定の方向に流れる同じ媒体に対して、第2の部分は、第1の部分の下流側に位置している。
一実施形態によると、少なくとも1つのディジタル−アナログコンバータは、少なくとも1つのマイクロプロセッサに一体化され、必要に応じて、車両のエンジン制御ユニットにも一体化される。これにより、構成要素の数は少なく抑えられる。
一実施形態によると、フィルタ、特に電圧平滑化回路は、自動車用バッテリとステップアップコンバータとの間に配置される。これにより、誤作動が減少する。
一実施形態によると、少なくとも1つのスピーカは、2Ωと12Ωとの間、特に3Ωと4Ωとの間の入力インピーダンスを有する。この入力インピーダンスは、従来のシステム、特に従来の騒音防止システムのスピーカの入力インピーダンスよりもかなり高い。
一実施形態によると、増幅器は、クラスD増幅器であり、LCローパスフィルタは、少なくとも1つの増幅器と少なくとも1つのスピーカとの間に配置される。一実施形態によると、電磁適合性を増加させるためのモジュールがさらに、少なくとも1つの増幅器と少なくとも1つのスピーカとの間に配置される。
自動車の実施形態は、エンジン制御ユニットを有する内燃機関と、それぞれ内燃機関と流体連通する吸気系および排気系と、自動車用バッテリと、上記のシステムとを備える。このシステムの少なくとも1つの音生成器は、吸気系および排気系の少なくとも1つと流体連通する。さらに、システムのコントローラは、車両の内燃機関のエンジン制御ユニットと電気接続された対抗音コントローラである。
一実施形態によると、対抗音コントローラは、エラーマイクロホンを備え、エラーマイクロホンは、引き込み空気流に関して音生成器と吸気系との間の流体接続の領域内に位置する吸気系の位置に配置され、吸気系と接続される。これに代え又はこれに追加して、エラーマイクロホンは、排気ガス流に関して音生成器と排気系との間の流体接続の領域内に位置する排気系の位置に配置され、排気系と接続されてもよい。さらに、対抗音コントローラは、エラーマイクロホンと接続、特に電気接続される。
自動車の他の実施形態は、エンジン制御ユニットを有する、エンジンコンパートメント内に配置された駆動エンジンまたはモータと、自動車用バッテリと、上記のシステムとを備える。駆動エンジンまたはモータは、内燃機関または電気モータであり得る。このシステムの少なくとも1つの音生成器は、エンジンコンパートメントと流体連通するか、または少なくとも1つの音生成器は、エンジンコンパートメント内に配置される。さらに、このシステムのコントローラは、駆動エンジンまたはモータのエンジン制御ユニットと接続、特に電気接続される。
本明細書において、用語「制御」は、特に明示的に記載されていない限り、明細書全体にわたって、ドイツ語用法とは異なって、用語「閉回路制御」と同義で用いられることに留意されたい。これは、これら2つの用語のすべての文法的変化に対しても適用される。従って、本明細書において、用語「コントローラ」は、用語「フィードバックコントローラ」がシンプル制御チェーンを指し得るのと同様に、制御変数またはその測定値のフィードバックをそれぞれ含み得る。
さらに、本明細書または特徴を列挙する特許請求の範囲において使用される用語「含む、有する(including)」、「備える(comprising)」、「含む(containing)」、「有する(having)」および「備えた(with)」、並びにそれらの文法的変形は、一般に、例えば方法の工程、構成要素、範囲、寸法等の特徴を列挙するが、その特徴を完全に網羅しているわけではないとみなされなければならず、1つ若しくはそれ以上の他の特徴または他の若しくはさらなる特徴のグループの存在または追加を決して除外するものではないことに留意されたい。
本発明のさらなる特徴は、特許請求の範囲および図面と共に、以下の例示的な実施形態の説明から明らかになるであろう。図面においては、同様または類似の参照要素は、同様または類似の参照符号により示される。本発明は、記載された例示的な実施形態における実施例に限定されるわけではなく、むしろ添付の特許請求の範囲によって定められる。特に、本発明による実施形態では、以下に提供される実施例とは異なる数および組合せにおいて、個々の特徴が実現され得る。以下の本発明の例示的な実施形態の説明において、添付の図面を参照する。
図1は、放出制御システムのための騒音防止システムの概略斜視図である。
図2は、内燃機関の吸気系および排気系と協働する騒音防止システムであって、図1のシステムが前記排気系のために用いられ得る騒音防止システムの概略ブロック図である。
図1および図2の騒音防止システムにおいて用いられ得る、本発明の一実施形態によるシステムのコントローラの概略ブロック図である。
エンジンコンパートメント内のエンジン騒音に影響を与えるためのシステムを例として用いる、本発明の他の実施形態によるコントローラの概略ブロック図である。
本発明によるシステムが一体化された自動車の概略図である。
以下、本発明の実施形態によるシステム7について、図1、図2および図3を参照し、騒音防止システムを例として取り上げることにより説明する。
騒音防止システム7は、テールパイプ1の領域で排気系4と接続された、スピーカ2を含む防音ハウジングとしての音生成器3を備える。
テールパイプ1は、排気系4を流れる排気ガスを排出するための排出開口部8を有する。
圧力センサとしてのエラーマイクロホン5は、テールパイプ1に設けられている。エラーマイクロホン5は、圧力変化を測定することによって、排気系4と音生成器3との間に流体接続を提供する領域の下流側のセクションにおけるテールパイプ1内の騒音を測定する。
しかし、本発明は、このようなエラーマクロホンの配置に限定されないことを指摘しておく。一般には、エラーマイクロホンは、排気流に関して音生成器と排気系との間の流体接続から排気流に沿って下流側に、この流体接続での排気系の最大径の10倍以下、特に5倍以下、さらに特に2倍以下の距離だけ離間していれば十分である。さらに、エラーマイクロホン5は、オプションに過ぎないことを指摘しておく。従って、エンジンコンパートメント内で騒音が生成されるかまたは影響を与えられる場合には、エラーマイクロホンは必要ない。
スピーカ2aを有し、図1に示される音生成器3と類似の音生成器3aは、吸気系12と接続されている。エラーマイクロホン5aは、吸気系12内で引き込み空気の上流側に配置されている。
引き込み空気および放出ガスの流れ方向は、図2において矢印で示される。
スピーカ2、2aおよびエラーマイクロホン5、5aは、(対抗音)コントローラ9と電気接続されている。さらに、コントローラ9は、CANデータバスを介して内燃機関6のエンジン制御ユニット11と接続され、9Vと16Vとの間で変化するDC電圧が自動車用バッテリ10によって供給される。CANデータバスの代わりに、異なる車両データバス、特に、LINバス、MOSTバスまたはFlexRayバスを用いてもよいことに留意されたい。
排気系4はさらに、内燃機関6とテールパイプ1との間に設けられた、内燃機関6から放出され排気系4を流れる排気ガスを浄化するための少なくとも1つの触媒コンバータ(不図示)を備え得る。
上記システム7の一般的な動作モードは、以下の通りである。
図3に示される対抗音コントローラ9のマイクロプロセッサ91、91'は、各エラーマイクロホン5、5aを用いて測定された騒音およびCANデータバスを介して受信された内燃機関6の動作パラメータに基づき、2つのスピーカ2、2aのそれぞれについて、フィルタードx最小平均二乗(FxLMS)アルゴリズムを利用してディジタル制御信号を計算し、このディジタル制御信号は、対抗音を適用することによって、吸気系12または排気系の内部を伝搬する騒音を実質的に抑えることができ、各スピーカ2、2aに提供される。
図3は、図1および図2に示される騒音防止システムにおいて用いられる(対抗音)コントローラの第1の実施形態を示す。明確にするため、図3は、排気系に関連するスピーカ2の関連部分のみを示す。
図3に示される第1の実施形態によると、コントローラ9は、マイクロプロセッサ91に加えて、マイクロプロセッサ91と接続され、マイクロプロセッサ91から出力されるディジタル制御信号をアナログ制御信号に変換し、このアナログ制御信号をクラスA増幅器93に供給するディジタル−アナログコンバータ92を備える。クラスA増幅器93は、ディジタル−アナログコンバータ92から受信したアナログ信号を、スピーカ2の動作を可能にするレベルにまで引き上げ、増幅されたアナログ制御信号をスピーカ2に出力する。クラスA増幅器93とスピーカ2との間のフィルタ94の使用は、オプションに過ぎないことを指摘しておく。さらに、他のタイプのアナログ増幅器、特にオーディオ増幅器を用いてもよい。
クラスA増幅器93への供給電圧VBは、自動車用バッテリ10からのバッテリ電圧VBATTがフィルタ96を介して供給されるステップアップコンバータ97によって、クラスA増幅器93で利用できるように保持される。本実施形態では、ステップアップコンバータ97は、ステップアップコンバータ97に供給される9Vと16Vとの間で変化し得るバッテリ電圧VBATTを、この変化する入力電圧とは独立した24Vの一定電圧である、クラスA増幅器への供給電圧VBにアップコンバートする。この結果、クラスA増幅器93からスピーカ2に出力される増幅されたアナログ制御信号もまた、そのレベルに関して、変化するバッテリ電圧とは独立したものとなる。このことは、騒音防止システムにおいて示されるように、コントローラを用いる排気系4から放出される騒音の騒音レベルが、法規定による動作条件のいずれにおいても超過してはならない場合に重要である。
さらに、クラスA増幅器93は、バッテリ電圧VBATTよりも高い供給電圧VBのために、従来のコントローラよりも高い電圧レベルを有する増幅されたアナログ制御信号をスピーカ2に供給することが可能である。これによって、一方では、従来の騒音防止システムと比較してより高い入力インピーダンスを有する高インピーダンススピーカ2の使用が可能になり、他方では、より高い電圧レベルのため、スピーカ2の供給ラインにおけるライン損失が低減される。さらに、これに関連して、スピーカ2用の供給ライン上の電流が低くなるために、全体的に電磁妨害(electromagnetic interference)が低下し、騒音防止システム7の電磁適合性(EMC)が改善される。最後に、従来の対抗音コントローラと比較すると、クラスA増幅器93の供給電圧VBがより高いため、より高い波高率の実現が可能となり、この結果、スピーカ2に出力される増幅されたアナログ制御信号のピーク値と実効値との比が高くなる。この理由としては、より高い動作電圧で予備電力が実現可能になることが挙げられる。
図4に示される第2の実施形態は、図3を参照しながら上述した第1の実施形態と非常に類似しているため、以下では、異なる部分のみについて説明する。それ以外は第1の実施形態を参照されたい。
上記の第1の実施形態とは異なり、図4に示される第2の実施形態によるコントローラ9'は、騒音防止システムにおいて用いられず、その代わりに、コントローラと接続され、車両のエンジンコンパートメント6'内に配置されたスピーカで騒音を生成するために用いられる。
第2の実施形態は、マイクロプロセッサ91'が、一体化したディジタル−アナログコンバータを備えるため、マイクロプロセッサ91'と増幅器93'との間で別個のディジタル−アナログコンバータを用いる必要がないという点で、第1の実施形態とはさらに異なる。さらに、クラスD増幅器93'が用いられる。
さらに、第2の実施形態によると、ステップアップコンバータ97は、自動車用バッテリ10と直接接続されているため、自動車用バッテリとステップアップコンバータとの間にはフィルタは設けられていない。
さらに、第2の実施形態によると、LCローパスフィルタ94が、クラスD増幅器93'の出力部に配置され、電磁適合性を改善させるためのモジュールが、LCローパスフィルタ94に一体化されている。
最後に、第2の実施形態によると、2つのスピーカ2'、2''は、車両のエンジンコンパートメント6'内に設けられ、スピーカには、クラスD増幅器から増幅されたアナログ制御信号がLCローパスフィルタ94を介して供給される。従って、マイクロプロセッサ91'は、エンジンコンパートメント6'内でエンジン騒音を生成するように適応されたディジタル制御信号を生成し、その制御信号で2つのスピーカ2'、2''を動作させるように構成される。
図5の概略図は、内燃機関6を収容するエンジンコンパートメント6'、排気系4、および上記のコントローラ9、9'を有する自動車を示す。システムの音生成器およびスピーカは、図5には明示的に示されていない。車両がモーターコンパートメント6'内に収容される電気モータを有する場合には、排気系4は必要ない。
明確にするため、本発明を理解するために有益な素子、構成要素および機能のみが図面に示される。しかし、本発明の実施形態は、図示された素子、構成要素および機能に限定されず、これらの用途または機能範囲に対して必要に応じて他の素子、構成要素および機能を含み得る。
上記では、最大2つのスピーカ、従って、最大2つの排気系を参照しながら本発明について説明したが、本発明はこれに限定されない。実際には、本発明は、任意の数のスピーカおよび排気系に拡張され得る。排気系および吸気系の両方に関連する騒音防止システムを参照しながら本発明を説明したが、本発明は、これに限定されない。従って、これらの騒音防止システムのいずれか1つまたは両方を省略することができる。
上記では、コントローラの第1の実施形態を、騒音防止システムを参照しながら説明し、コントローラの第2の実施形態を、エンジンコンパートメント内でエンジン騒音を生成するためのシステムを参照しながら説明したが、本発明はこれに限定されない。第2の実施形態のコントローラは、例えば、騒音防止システムにおいて使用されてもよく、第1の実施形態のコントローラは、エンジンコンパートメント内でエンジン騒音を生成するためのシステム内で使用されてもよい。さらに、少なくとも1つの騒音防止システムおよびエンジンコンパートメント内でエンジン騒音を生成するためのシステムが同時に使用されてもよい。
Claims (10)
- 車両の排気ガス騒音および/または吸気騒音および/またはエンジン騒音に影響を与えるためのシステム(7)であって、
前記システム(7)は、
コントローラ(9)と、
制御信号を受信するために前記コントローラ(9)と接続された少なくとも1つのスピーカ(2)であって、前記コントローラ(9)から受信した制御信号に応答して音生成器(3)内で騒音を生成するように構成された少なくとも1つのスピーカ(2)とを備え、
前記コントローラ(9)は、
ディジタル制御信号を生成するように構成された少なくとも1つのマイクロプロセッサ(91、91’)であって、前記ディジタル制御信号は、前記車両の吸気系(12)内および/または排気系(4)内で、騒音を少なくとも部分的にまたは完全に打ち消すように適応され、かつ/または前記ディジタル制御信号は、エンジンコンパートメント内で騒音を生成するように適応された、少なくとも1つのマイクロプロセッサ(91、91’)と、
前記少なくとも1つのマイクロプロセッサ(91、91’)と接続され、前記少なくとも1つのマイクロプロセッサ(91、91’)から出力された前記ディジタル制御信号をアナログ制御信号に変換するように適応された少なくとも1つのディジタル−アナログコンバータ(92)と、
前記少なくとも1つのディジタル−アナログコンバータ(92)と接続され、前記少なくとも1つのディジタル−アナログコンバータ(92)から出力された前記アナログ制御信号を増幅するように適応された少なくとも1つの増幅器(93)と、
前記車両の自動車用バッテリ(10)と接続され、前記自動車用バッテリ(10)によって供給された、9Vと16Vとの間で変化するバッテリ電圧(VBATT)を一定の値に変換し、前記変換されたバッテリ電圧を供給電圧(VB)として前記少なくとも1つの増幅器(93)に出力するよう適応されるように構成されたステップアップコンバータ(97)とを備え、
前記ステップアップコンバータ(97)は、前記自動車用バッテリ(10)から供給された前記バッテリ電圧(VBATT)を12Vまたは16Vに変換し、供給電圧(VB)として前記少なくとも1つの増幅器(93)に出力するように構成された、システム(7)。 - 前記コントローラ(9)は、前記車両の駆動エンジン(6)のエンジン制御ユニット(11)と接続されるように構成され、
前記コントローラ(9)の前記少なくとも1つのマイクロプロセッサ(91、91’)は、前記エンジン制御ユニット(11)から受信した信号に応答して前記ディジタル制御信号を生成するように構成された、請求項1に記載のシステム(7)。 - 前記音生成器(3)は、前記吸気系(12)および/または前記排気系(4)と流体連通(fluid communication)して接続されるように構成され、
前記システムは、前記コントローラ(9)と接続され、引き込み空気流に関して前記音生成器(3)と前記吸気系(12)との間の流体接続(fluid connection)の領域内に位置する前記吸気系(12)の位置に配置されるように構成されたエラーマイクロホン(5)をさらに備え、かつ/または、
前記システムは、前記コントローラ(9)と接続され、排気ガス流に関して前記音生成器(3)と前記排気系(4)との間の流体接続の領域内に位置する前記排気系(4)の位置に配置されるように構成されたエラーマイクロホン(5)をさらに備え、
前記エラーマイクロホン(5)は、前記吸気系(12)内および/または前記排気系(4)内の騒音を測定し、対応する測定信号を前記コントローラ(9)に出力するように構成され、前記コントローラ(9)の前記少なくとも1つのマイクロプロセッサ(91、91’)は、前記制御信号を前記少なくとも1つのスピーカ(2)に出力することによって、前記エラーマイクロホン(5)から受信した信号を少なくとも部分的にまたは完全に打ち消すように構成された、請求項1または2に記載のシステム(7)。 - 前記少なくとも1つのディジタル−アナログコンバータ(92)は、前記少なくとも1つのマイクロプロセッサ(91’)に一体化される、請求項1から3のいずれか1項に記載のシステム(7)。
- フィルタ(96)が、前記自動車用バッテリ(10)と前記ステップアップコンバータ(97)との間に配置される、請求項1から4のいずれか1項に記載のシステム(7)。
- 前記少なくとも1つのスピーカ(2)は、2Ωと12Ωとの間または3Ωと4Ωとの間の入力インピーダンスを有する、請求項1から5のいずれか1項に記載のシステム(7)。
- 前記少なくとも1つの増幅器(93)は、クラスD増幅器であり、
LCローパスフィルタ(94)が前記少なくとも1つの増幅器(93)と前記少なくとも1つのスピーカ(2)との間に配置される、請求項1から6のいずれか1項に記載のシステム(7)。 - エンジン制御ユニット(11)を有する内燃機関(6)と、
前記内燃機関(6)と流体連通する吸気系(12)と、
前記内燃機関(6)と流体連通する排気系(4)と、
自動車用バッテリ(10)と、
請求項1から7のいずれか1項に記載のシステム(7)とを備える自動車(12)であって、
前記システム(7)の前記少なくとも1つの音生成器(3)は、前記吸気系(12)および/または前記排気系(4)と流体連通し、
前記システム(7)の前記コントローラ(9)は、前記車両の前記内燃機関(6)の前記エンジン制御ユニット(11)と接続される、自動車(12)。 - 前記コントローラ(9)は、引き込み空気流に関して前記音生成器(3)と前記吸気系(12)との間の流体接続の領域内に位置する前記吸気系(12)の位置に配置され、前記吸気系(12)と接続されたエラーマイクロホン(5)を備え、かつ/または、
前記コントローラ(9)は、排気ガス流に関して前記音生成器(3)と前記排気系(4)との間の流体接続の領域内に位置する前記排気系(4)の位置に配置され、前記排気系(4)と接続されたエラーマイクロホン(5)を備え、
前記コントローラ(9)は、前記エラーマイクロホン(5)と接続される、請求項8に記載の自動車(12)。 - エンジン制御ユニット(11)を備え、エンジンコンパートメント内に配置された駆動エンジン(6)と、
自動車用バッテリ(10)と、
請求項1から7のいずれか1項に記載のシステム(7)とを備える自動車(12)であって、
前記システム(7)の前記少なくとも1つの音生成器(3)は、前記エンジンコンパートメントと流体連通し、または前記エンジンコンパートメント内に配置され、
前記システム(7)の前記コントローラ(9)は、前記車両の前記駆動エンジン(6)の前記エンジン制御ユニット(11)と接続される、自動車(12)。
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