DE102005060064A1

DE102005060064A1 - Verfahren und System zur aktiven Geräuschbeeinflussung, Verwendung in einem Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102005060064A1
Application number: DE102005060064A
Authority: DE
Inventors: Fabian Dr. Evert; Roland Dr. Lippold; Rolf Dr. Schirmacher; Florian Walter
Original assignee: MUELLER BBM GmbH; Mueller-Bbm GmbH
Current assignee: MUELLER BBM GmbH; Mueller-Bbm GmbH
Priority date: 2005-12-15
Filing date: 2005-12-15
Publication date: 2007-06-21
Also published as: EP1964107B1; US8270628B2; US20090205903A1; JP5162469B2; KR20080091438A; EP1964107A1; KR101027870B1; JP2009519165A; WO2007071458A1

Abstract

Verfahren zum Beeinflussen von Geräuschschall, wobei eine Geräuschquelle (16), insbesondere ein Motor in einem Kraftfahrzeug, mit einer im Wesentlichen periodischen veränderbaren Anregung den Geräuschschall erzeugt, und wobei eine für die Geräuschquelle charakteristische Referenzgröße, insbesondere eine Motordrehzahl, zu vorgegebenen, aufeinander folgenden Bereitstellungszeitpunkten (t¶i¶) vorliegt, mit den Verfahrensschritten: Auslesen mindestens eines ersten Wertes (N¶i-1¶) der Referenzgröße zu einem ersten Bereitstellungszeitpunkt (t¶i-1¶) und eines zweiten vorbestimmten Wertes zu einem zweiten Bereitstellungszeitpunkt (t¶i¶); Erzeugen des Referenzsignals (12) zu mindestens einem Zeitpunkt (t) zwischen dem zweiten Bereitstellungszeitpunkt (t¶i¶) und einem dritten Bereitstelungszeitpunkt (t¶i+1¶) in Abhängigkeit von den ausgelesenen ersten und zweiten Werten; und Senden des Referenzsignals (12) an eine Einrichtung zur aktiven Geräuschbeeinflussung (11), welche in Abhängigkeit von dem Referenzsignal (12) Ansteuersignale (13) für zumindest einen Aktor (14) erzeugt, wobei der mindestens eine Aktor (14) Kompensationsschall abstrahlt, welcher mit dem Geräuschschall interferiert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur aktiven Geräuschbeeinflussung, insbesondere in einem Kraftfahrzeug. Ferner betrifft die Erfindung ein entsprechendes System sowie dessen Verwendung in einem Kraftfahrzeug.
Systeme zur aktiven Geräuschbeeinflussung, welche auch als ANC-Systeme (active noise control) bezeichnet werden, dienen beispielsweise in einem Fahrgastinnenraum eines Kraftfahrzeuges dazu, durch Einkoppeln von gesteuerten akustischen Signalen den Geräuschpegel einer Störquelle beispielsweise des Motors zu reduzieren. Bei dieser aktiven Kompensation wird der Geräuschschall durch Überlagerung mit zusätzlichen Schwingungen, sogenanntem Antischall, gemindert. Durch das gesteuerte Einkoppeln von Sekundärschall können auch beliebige Harmonische und/oder der Grundton des primären Geräuschschalls verstärkt werden. In der Regel werden zum Beispiel harmonische Tonfolgen als angenehm empfunden. Durch gezieltes Unterdrücken einzelner Frequenzen des Motorgeräusches und Verstärken anderer Frequenzen lässt sich zum Beispiel ein wahrgenommenes Motorengeräusch gezielt gestalten. Man spricht dann auch von Sounddesign.
Kompensationsschall wird im Folgenden als zusätzlich zu dem Geräuschschall eingekoppelter Sekundärschall verstanden, der sowohl verstärkend als auch dämpfend bei bestimmten Schallfrequenzen wirken kann.
Dasselbe Prinzip ergibt sich bei der Kompensation von Körperschall, wobei mittels Aktoren Gegenschwingungen in einen Festkörper eingekoppelt werden, die eine Geräuschminderung bzw. Geräuschveränderung hervorrufen.
In der Regel handelt es sich bei den Geräusch- oder Schwingungsquellen um im Wesentlichen periodische Schallquellen. Die sich aus der Periodizität ergebende Anregungsfrequenz der Geräuschquelle wird dabei als Eingangsgröße für eine adaptive Steuerung des Geräuschminderungssystems verwendet. Falls sich diese für die jeweilige Geräuschquelle charakteristische Größe zeitlich ändert, nimmt eine adaptive Steuerung des Geräuschminderungssystems eine entsprechende Anpassung in der Kompensationsschalleinkopplung vor.

Eine adaptive Steuerung zur aktiven Geräuschminderung ist beispielsweise aus der DE 196 32 230 C2 bekannt. Dort ist ein Referenzsignalgeber vorgesehen, welcher eine Motordrehzahl erfasst und ein elektronisches Referenzsignal erzeugt, welches Informationen über die Motordrehzahl aufweist. Dies kann beispielsweise ein Pulssignal sein, welches über Signalleitungen an einen in dem Geräuschminderungssystem vorgehaltenen Sinusgenerator geführt ist. Im Kraftfahrzeug kann ein entsprechendes Referenzsignal ferner aus dem Zündspulensignal abgeleitet werden, welches in direktem Zusammenhang mit der Motordrehzahl und damit der akustischen Anregefrequenz des Motors steht.

Bei aktiven Geräuschminderungssystemen ist es erforderlich, möglichst zeitkontinuierlich die entsprechende Anregungsfrequenz oder ein äquivalentes Referenzsignal für die Ansteuerung der Aktoren bzw. Kompensationslautsprecher bereitzuhalten. Bei Geräuschminderungssystemen nach dem Stand der Technik wird daher ein meist in Motornähe eingesetzter Messsensor vorgehalten, der ein entsprechendes Referenzsignal an die eigentliche Steuerung des Geräuschminderungssystems liefert. Dabei ist das Geräuschminderungssystem in der Regel in der Fahrgastzelle angeordnet, sodass lange Signalwege und eine entsprechende Verkabelung erforderlich sind.

Aufgrund fortschreitender Automatisierung und der Integration verschiedenster Steuer- und Regelaufgaben in modernen Anlagen auf digitale Art und Weise stehen analoge zeitkontinuierliche Überwachungssignale kaum noch zur Verfügung. In modernen Kraftfahrzeugen findet die Datenkommunikation beispielsweise über digitale Bussysteme, wie beispielsweise dem CAN-Bus (Controller Area Network Bus) statt. Bei derartigen asynchronen seriellen Bussystemen ist eine Echtzeitdatenkommunikation nicht mehr möglich. Für die Anzeige der Motordrehzahl in den Armaturen eines Kraftfahrzeuges, ist z.B. eine Bereitstellungsrate von nur 10 pro Sekunde ausreichend.

Typischerweise werden in aktuellen Kraftfahrzeugen mehrere Bussysteme vorgehalten. Ein erster Hochgeschwindigkeitsbus ist dabei im Motorraum vorgesehen, der die Motorsteuerung vernetzt und eine Bereitstellungsperiode für die Motordrehzahl in der Größenordnung von 10 bis 20 Millisekunden aufweist. Ein zweiter langsamerer Datenbus, der über ein Gateway mit dem Hochgeschwindigkeitsbus gekoppelt ist, dient der Vernetzung von Steuergeräten für Komfort- und Innenraumfunktionen des Kraftfahrzeugs, wie beispielsweise Tachometer, Drehzahlmesser usw.

Die für ein System zur aktiven Geräuschbeeinflussung wichtige Referenzgröße der Motordrehzahl steht somit jedoch nur mit einer geringeren Bereitstellungsrate von etwa 10 Mal pro Sekunde, also alle 100 Millisekunden auf dem langsameren Datenbus, welcher im Innenraum des Kraftfahrzeuges vorgesehen ist, bereit. Insbesondere beim Beschleunigen und Bremsen des Motors erschwert die nur sehr grob zeitdiskret vorliegende Referenzgröße, beispielsweise hier die Motordrehzahl, den Betrieb des aktiven Systems im Fahrgastinnenraum.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein zuverlässiges Verfahren zum Beeinflussen von Geräuschschall zu schaffen. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein System zur aktiven Geräuschbeeinflussung bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Beeinflussen von Geräuschschall gemäß Patentanspruch 1 sowie durch ein System zur aktiven Geräuschbeeinflussung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich durch die Unteransprüche.

Die Erfindung schafft ein Verfahren zum Beeinflussen von Geräuschschall, vorzugsweise für den Fall, dass eine die jeweilige Geräuschquelle charakterisierende Referenzgröße nur in zeitlich beabstandeten Stichproben vorliegt.

Erfindungsgemäß wird die zeitdiskret vorliegende charakteristische Referenzgröße ausgehend von den jeweiligen Auslesezeitpunkten extrapoliert, wobei mindestens zwei zeitlich vorhergehende ausgelesene Werte der Referenzgröße in einem Extrapolationsmodells verwendet werden oder ein ausgelesener Wert der Referenzgröße und ein Änderungsparameter der Referenzgröße für eine Extrapolation verwendet werden. Das bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugte Referenzsignal liegt somit praktisch zeitkontinuierlich, zumindest jedoch mit einer Abtastrate vor, mit der ein digitales System zur Geräuschbeeinflussung betrieben ist. Dadurch wird eine zuverlässige Anpassung der Kompensationsschalleinkopplung durch die Einrichtung zur aktiven Geräuschbeeinflussung an die sich zeitlich ändernde Anregung der Geräuschquelle ermöglicht.

Dabei wird unter im Wesentlichen periodisch verstanden, dass sich die Anregefrequenz während des Betriebs der Geräuschquelle ändern kann, wie dies beispielsweise bei einem Motor beim Beschleunigen oder Abbremsen der Fall ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und dem erfindungsgemäßen System zur Geräuschbeeinflussung wird immer die aktuelle tatsächliche Anregung, welche durch die Referenzgröße charakterisiert ist, bei der Steuerung der Kompensationsschalleinkopplung berücksichtigt. Durch die Erfindung wird daher eine Einstrahlung von Sekundärschall bzw. Kompensationsschall mit besonders hoher Amplituden- und Phasengenauigkeit ermöglicht.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Ankopplung eines Systems zur aktiven Geräuschbeeinflussung direkt an einen, beispielsweise fahrzeugintern vorliegenden Datenbus, welcher hinsichtlich der charakteristischen Referenzgröße nur eine ge ringe Wiederholrate hat. Somit entfällt ein zusätzlicher Messsensor für die Aufnahme der Referenzgröße sowie die entsprechende Verkabelung.

Das vorgeschlagene erfindungsgemäße Verfahren und System zur Geräuschbeeinflussung eignet sich besonders zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug, bei dem für ein verbessertes Extrapolationsmodell weitere Daten für die Voraussage der Motordrehzahl zwischen Auslesungen vom Datenbus berücksichtigt werden können. Die Erfindung ist zudem einfach in programmierbaren digitalen Steuereinrichtungen des aktiven Systems zur Geräuschbeeinflussung realisierbar.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines adaptiven Systems zur Geräuschbeeinflussung in einem Kraftfahrzeug näher beschrieben. Es zeigt dabei:
1: eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems zur Geräuschbeeinflussung in einem Kraftfahrzeug;
2: ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
3: ein Diagramm mit Schalldruckpegeln in Abhängigkeit von der Motordrehzahl.
In der 1 ist ein erfindungsgemäßes System zur Geräuschbeeinflussung 1 dargestellt, welches an einen Datenbus 2 in einem Kraftfahrzeug gekoppelt ist.
In dem Motorraum M des Kraftfahrzeuges ist ein Hochgeschwindigkeits-CAN-BUS 3 vorgesehen, der zur Vernetzung von Motorsteuerungseinrichtungen 4, 5 dient. Eine der Motorsteuerungseinrichtungen ist beispielsweise ein Drehzahlsensor 4, welcher Informationen über die Drehzahl des Motors 16 an den Hochgeschwindigkeitsbus 3 liefert. Eine weitere Motorsteuerungseinrichtung 5 liest die Motordrehzahl und andere Fahrzeugbetriebsdaten von dem Hochgeschwindigkeitsbus 3 aus und sendet entsprechende Steuersignale für den Motor 16 an den Hochgeschwindigkeitsdatenbus 3. Die Motordrehzahl liegt üblicherweise mit einer Bereitstellungsrate von 10 bis 20 Millisekunden auf dem Hochgeschwindigkeitsdatenbus 3 vor.
In dem Fahrzeuginnenraum I, der in der 1 auf der rechten Seite der strichgepunkteten Linie dargestellt ist, ist ein Niedriggeschwindigeits-CAN-Bus 2 vorgesehen, der über eine Gateway-Einrichtung 6 an den Hochgeschwindigkeits-CAN-Bus 3 gekoppelt ist. An den Niedriggeschwindigeits-CAN-Bus 2 sind zum Beispiel Anzeigeeinrichtungen 7 für Geschwindigkeit, Drehzahl, Tankfüllstand oder andere übliche Überwachungsgrößen oder Stellregler 8 für Komfortfunktionen des Fahrzeuges gekoppelt.
Auf dem Niedriggeschwindigeits-CAN-Bus 2 liegt die Drehzahlinformation, welche eine charakteristische Referenzgröße für die Geräuschquelle, zum Beispiel den Motor 16, darstellt, nur mit einer Wiederholrate von etwa 100 Millisekunden vor. Das heißt zu mit 100 Millisekunden beabstandeten Bereitstellungszeitpunkten sind aktuelle Drehzahlangaben auslesbar. Ferner können durch die Signallaufzeiten zwischen dem Hochgeschwindigkeits-CAN-Bus 3, dem Gateway 6 und dem Niedriggeschwindigeits-CAN-Bus 2 weitere Verzögerungen eintreten. Die Bereitstellungszeitpunkte können somit auch unregelmäßig beabstandet vorliegen.
Das System zur Geräuschbeeinflussung 1 weist eine Extrapolationseinrichtung 9 auf, die über geeignete Datenleitungen 10 an den im Fahrzeuginnenraum vorgesehenen Niedriggeschwindigeits-CAN-Bus 2 gekoppelt ist. Es ist ferner eine Einrichtung zur aktiven Geräuschbeeinflussung 11 vorgesehen, welche ein von der Extrapolationseinrichtung 9 erzeugtes Referenzsignal 12 entgegennimmt. Die Einrichtung zur Geräuschbeeinflussung 11 liefert Steuerungssignale 13 an einen oder mehrere Aktoren 14, welche hier beispielhaft als ein Lautsprecher 14 dargestellt sind. Es ist ferner ein Geräuschsensor oder ein Mikrofon 15 an die Einrichtung zur Geräuschbeeinflussung 11 gekoppelt, welches das Störgeräusch oder einem Geräuschschall, welcher in dem dargestellten Beispiel vom Motor 16 als Geräuschquelle emittiert wird, und das von dem Lautsprecher 15 abgegebene Kompensationssignal bzw. den Kompensationsschall aufnimmt.
Die Einrichtung zur Geräuschbeeinflussung 11 regelt die Einstrahlung der Kompensationsgeräusche durch den Lautsprecher 14 in Abhängigkeit von dem Referenzsignal 12, welches einer Referenzgröße zugeordnet ist, die die Geräuschquelle charakterisiert, beispielsweise die Motordrehzahl, und dem Mikrofon aufgezeichneten Schallpegel derart, dass durch Interferenz des Geräuschschalls mit dem eingestrahlten Sekundär- bzw. Kompensationsschall eine Geräuschveränderung eintritt. Dabei kann der beispielsweise von einem Insassen wahrgenommene veränderte Schall derart gestaltet werden, dass der Schall als angenehm empfunden wird. Dabei können auch aus der Anregefrequenz der Geräuschquelle, also der Grundfrequenz, abgeleitete höhere Harmonische gezielt durch Sekundärschalleinstrahlung gedämpft oder verstärkt werden, sodass eine gewünschte Geräuschfarbe eintritt. Dabei sind nicht nur ganzzahlige Harmonische Anregungen durch die Sekundärschalleinkopplung veränderbar, sondern beliebige Harmonische beeinflussbar, um ein jeweiliges Sounddesign zu erzielen.
Ändert sich die Motordrehzahl als Referenzgröße beispielsweise beim Beschleunigen oder Abbremsen des Fahrzeugs, benötigt die Einrichtung zur Geräuschbeeinflussung 11 praktisch in Echtzeit ein entsprechendes aktuelles Referenzsignal 12, um die Kompensationsschalleinkopplung an die geänderte Anregefrequenz des Motors 16 anzupassen. An dem Niedriggeschwindigeits-CAN-Bus 2 liegt die Referenzgröße jedoch nur zu bestimmten Bereitstellungszeitpunkten vor. Daher führt die Extrapolationseinrichtung 9 gemäß der Erfindung die in der 2 näher beschriebenen Verfahrensschritte durch.
Die Extrapolationseinrichtung 9 liest in einem ersten Schritt S1 zu einem ersten Bereitstellungszeitpunkt t₁ die vorliegende Motordrehzahl N_l aus, und speichert diese in einem zweiten Schritt S2 ab. Das Auslesen und Abspeichern erfolgt jeweils zu aufeinanderfolgenden Bereitstellungszeitpunkten t_i, welche von dem Zustand und der Architektur des jeweiligen Datenbusses, zum Beispiel dem Niedriggeschwindigeits-CAN-Bus 2, vorgegeben sind.
Unter Verwendung eines Extrapolationsmodells S4 extrapoliert die Extrapolationseinrichtung 9 im Schritt S3 die Werte der ausgelesenen und gespeicherten Drehzahlen und erzeugt ein ent sprechendes Referenzsignal 12, welches im Schritt S5 ausgegeben wird. Dabei wird das Referenzsignal 12 derart erzeugt, dass die jeweiligen Werte des Referenzsignals 12 die aktuelle Referenzgröße zwischen den Bereitstellungszeitpunkten t_i möglichst gut annähert.
Ein bevorzugtes Extrapolationsmodell sieht eine lineare Extrapolation mittels eines Anregefrequenz/Zeit- bzw. Motordrehzahl/Zeitgradienten vor. Zu den Bereitstellungszeitpunkten t_i und t_i-1 werden die Motordrehzahlwerte N_i und N_i-1 ausgelesen. Die zeitliche Differenz zwischen den Bereitstellungszeitpunkten t_i, t_i-1 lautet Δt = t_i – t_i-1. Zwischen diesen beiden Zeitpunkten t_i, t_i-1 ändert sich die Motordrehzahl um ΔN = N_i – N_i-1. Die Extrapolationseinrichtung 9 ermittelt diese Änderung der Referenzgröße bzw. der Motordrehzahl und berechnet die sich daraus ergebende Drehbeschleunigung zu: Ṅ = ΔN / Δt. Für im Wesentlichen beliebige Zeitpunkte t > t_i lässt sich linear die Drehzahl extrapolieren: N(t > ti) = Ni + Ṅ(t – ti) (Gl. I).
Die Extrapolationseinrichtung 9 liefert diese abgeschätzte Motordrehzahl N(t) als Referenzsignal 12 an die Einrichtung zur Geräuschbeeinflussung 11. Die Extrapolationseinrichtung 9 liefert dieses Referenzsignal 12 mit einer Referenzsignalrate, die beispielsweise der Taktrate der Einrichtung zur Geräuschbeeinflussung 11 entspricht. Übliche Raten liegen zum Beispiel in der Größenordnung von 1–5 kHz.
Neben einer linearen Extrapolation sind weitere abgewandelte Extrapolationsverfahren möglich. Beispielsweise können mehrere zeitlich zurückliegende ausgelesene Werte der Motordrehzahl berücksichtigt werden und Extrapolationspolynome höherer Ordnungen verwendet werden.
Eine verfeinerte Modellierung der Geräuschquelle, in dem hier beschriebenen Anwendungsbeispiel des Motors, kann auch durch Berücksichtigung weiterer motorbezogener Parameter, wie der aktuellen Last oder Veränderungen des Motorverhaltens, die durch eine Motorsteuerung vorgegeben werden, erfolgen. Dabei kann die Pedaldynamik von Gas- und/oder Bremspedal, Steuersignale eines Antiblockiersystems oder elektronischen Stabilisierungssystems oder anderer Daten erfolgen. Die für entsprechende Modelle erforderlichen Daten sind über die digitalen Datenbussysteme in dem Fahrzeug verfügbar.
Weitere bevorzugt verwendete Extrapolationsmodelle umfassen selbstlernende Modelle, also Modelle, bei denen im Betrieb Anpassungen im jeweiligen Extrapolationsalgorithmus, zum Beispiel durch sich ändernde Extrapolationsparameter, erfolgen. Bei der Extrapolation können auch bekannte Eigenschaften über die Geräuschquelle oder deren Steuerung, beispielsweise einer Motorsteuerung, einfließen. Zum Beispiel werden Motoren bei bestimmten besonders hohen Drehzahlen häufig automatisch abgeregelt. Derartige Kenntnisse werden vorteilhaft bei der Extrapolation berücksichtigt.
Vorzugsweise wird bei der Vorausberechnung der Drehzahldaten auch die Signallaufzeit zwischen beispielsweise dem Drehzahlsensor 4 über den Hochgeschwindigkeits-CAN-Bus 3, dem Gateway 6 und dem Niedriggeschwindigkeitsdatenbus 2 berücksichtigt. Somit lässt sich eine weitere Verbesserung der extrapolierten Motordrehzahl bzw. der Werte des Referenzsignals 12 an die tatsächlich vorliegende Referenzgröße erzielen.
In einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Extrapolation der tatsächlichen Werte der Referenzgröße auch durch Verwendung eines Änderungsparameters, welcher die zeitliche Änderung der Referenzgröße charakterisiert und eines ausgelesenen Wertes der Referenzgröße erfolgen, sofern ein entsprechender Änderungsparameter, wie beispielsweise die Drehbeschleunigung Ṅ, an dem Datenbus auslesbar ist. Prinzipiell erfordert die Erfindung lediglich beliebige zeitlich beabstandet auslesbare Parameter, die es ermöglichen eine Extrapolation durchzuführen. Möglicherweise liegen Bereitstellungszeitpunkte für einen entsprechenden Änderungsparameter und die Bereitstellungszeitpunkte für die Werte der Referenzgröße zeitliche enger aneinander als die Bereitstellungszeitpunkte für die Werte der Referenzgröße untereinander.
In der 3 sind Schallpegel unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und Systems zur aktiven Geräuschbeeinflussung und in Abhängigkeit von einer Motordrehzahl dargestellt. Die adaptive Steuerung in Abhängigkeit von dem erzeugten Referenzsignal ist beispielsweise in der DE 196 32 230 C2 näher erläutert und dient in dem hier betrachteten Beispiel der Geräuschminderung.
Die in durchgezogener Linie dargestellte Kurve A stellt den Schalldruckpegel ohne ein aktives System zur Geräuschbeeinflussung bei einem Vierzylindermotor an einem Mikrofon in einem Fahrzeuginnenraum für die Zündfrequenz, also die doppelte Motordrehzahl dar. Die Motordrehzahl wurde dabei innerhalb von 60 Sekunden von 1000 Umdrehungen pro Minute auf 6000 Umdrehungen pro Minute hochgefahren.
Die gepunktete Kurve B stellt den Schalldruck unter Verwendung eines ANC-Systems dar, bei dem die Bereitstellungszeitpunkte für eine Aktualisierung der Motordrehzahl in zeitlichem Abstand von 100 Millisekunden liegen und keine erfindungsgemäße Extrapolation vorgenommen wurde. Das heißt, die Motordrehzahl wurde zwischen den Bereitstellungszeitpunkten konstant angenommen. Insbesondere bei Drehzahlen ab etwa 2000 Umdrehungen pro Minute genügt diese grobe Aktualisierung, wie sie etwa der Bereitstellungsrate eines Niedriggeschwindigkeits-CAN-Busses entspricht, nicht mehr aus, um mit einem ANC-System eine Geräuschminderung zu erreichen.
Die strichpunktierte Linie zeigt den Schalldruckpegel unter Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Beeinflussen des Geräuschschalls, wobei eine lineare Extrapolation der Motordrehzahl gemäß der Gleichung I zum Erzeugen des Referenzsignals durchgeführt wurde. Dabei legen die Bereitstellungszeitpunkte t_i jeweils 100 Millisekunden auseinander. Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. der Einsatz eines erfindungsgemäßen Systems zur Geräuschbeeinflussung verbessert erheblich die aktive Geräuschminderung über den gesamten Drehzahlbereich.
Die vorliegende Erfindung liefert daher ein Verfahren zum zuverlässigen Beeinflussen von Geräuschschall, bei dem einer aktiven Einrichtung zur Geräuschbeeinflussung genaue Informationen über die tatsächlich vorliegende Anregefrequenz einer Geräuschquelle bereitgestellt werden. Das erfindungsgemäße System liefert aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens eine besonders effiziente Geräuschbeeinflussung, obwohl eine die je weilige Geräuschquelle charakterisierende Referenzgröße nur stichprobenhaft vorliegt.
Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass kein zusätzlicher Messwertfühler vorgesehen sein muss, sondern, dass System direkt an einen Datenbus angekoppelt werden kann.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern vielfältig modifizierbar. Die genannten Bereitstellungsraten und Datenbusprotokolle sind lediglich beispielhaft zu verstehen. Eine unregelmäßige Bereitstellung der Referenzgröße ist ebenso möglich. Eine Einstrahlung von Sekundärschall kann auch außerhalb des Fahrzeuginnenraumes erfolgen, beispielsweise durch Lautsprecher in der Abgasanlage oder im Luftansaugfilter.
Die Erfindung ist nicht auf den Einsatz in einem Kraftfahrzeug beschränkt, sondern kann vorzugsweise immer dann eingesetzt werden, wenn periodische Geräuschanregungen vorliegen. Dies kann beispielsweise auch bei motorbetriebenen Ventilatoren, Pumpen, Kolbenverdichtern oder anderen Vorrichtungen der Fall sein. Auch Schaltfrequenzen bei bestimmten Leistungselektroniken, welche in einem Datenbus abgefragt werden können, sind als mögliche Referenzgröße verwendbar.
Ferner kann das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die Extrapolationseinrichtung und die Einrichtung zur Geräuschbeeinflussung vollständig computerimplementiert ausgeführt werden. Insofern ist beispielsweise eine programmierbare Mikrocontrollerein richtung denkbar, die im programmierten Zustand das erfindungsgemäße Verfahren durchführt.
Obwohl die Erfindung am Beispiel von Schwingungseinkopplungen in Luft als ein fluides Medium beschrieben wurde, ist eine Anwendung zur Veränderung von Körperschall genauso möglich.

1: System zur aktiven Geräuschbeeinflussung
2: Niedriggeschwindigkeitsdatenbus
3: Hochgeschwindigkeitsdatenbus
4: Drehzahlsensor
5: Motorsteuerung
6: Gateway
7: Anzeigeeinrichtung
8: Stellregler
9: Extrapolationseinrichtung
10: Datenleitung
11: Einrichtung zur aktiven Geräuschbeeinflussung
12: Referenzsignal
13: Ansteuersignale
14: Aktor
15: Mikrofon
16: Motor

Claims

Verfahren zum Beeinflussen von Geräuschschall, wobei eine Geräuschquelle (16), insbesondere ein Motor in einem Kraftfahrzeug, mit einer im Wesentlichen periodischen veränderbaren Anregung den Geräuschschall erzeugt, und wobei eine für die Geräuschquelle charakteristische Referenzgröße, insbesondere eine Motordrehzahl, zu vorgegebenen, aufeinander folgenden Bereitstellungszeitpunkten (t_i) vorliegt, mit den Verfahrensschritten: – Auslesen mindestens eines ersten Wertes (N_i-1) der Referenzgröße zu einem ersten Bereitstellungszeitpunkt (t_i-1) und eines zweiten vorbestimmten Wertes zu einem zweiten Bereitstellungszeitpunkt (t_i); – Erzeugen des Referenzsignals (12) zu mindestens einem Zeitpunkt (t) zwischen dem zweiten Bereitstellungszeitpunkt (t_i) und einem dritten Bereitstellungszeitpunkt (t_i+1) in Abhängigkeit von den ausgelesenen ersten und zweiten Werten; und – Bereitstellen des Referenzsignals (12) an eine Einrichtung zur aktiven Geräuschbeeinflussung (11), welche in Abhängigkeit von dem Referenzsignal (12) Ansteuersignale (13) für zumindest einen Aktor (14) erzeugt, wobei der mindestens eine Aktor (14) Kompensationsschall abstrahlt, welcher mit dem Geräuschschall interferiert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als der zweite vorbestimmte Wert ein Änderungsparameter (Ṅ) der Referenzgröße oder ein zweiter Wert (N_i) der Referenzgröße ausgelesen wird und das Referenzsignal (12) in Abhängigkeit von dem ersten Wert (N_i-1) der Referenzgröße und dem zweiten Wert extrapoliert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als weiterer Verfahrensschritt vorgesehen ist: – Bestimmen der Änderung (ΔN) der Referenzgröße zwischen dem ersten (t_i-1) und dem zweiten Bereitstellungszeitpunkt (t_i); wobei das Referenzsignal (12) in Abhängigkeit von dem Wert (N_i) der zu dem zweiten Bereitstellungszeitpunkt (t_i) ausgelesenen Referenzgröße und von der Änderung (ΔN) der Referenzgröße extrapoliert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass linear extrapoliert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Referenzsignal (12) ferner in Abhängigkeit von weiteren Werten der Referenzgröße zu weiteren Bereitstellungszeitpunkten extrapoliert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Referenzsignal (12) ferner in Abhängigkeit von weiteren charakteristischen Größen für die Geräuschquelle extrapoliert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzgröße eine Motordrehzahl oder eine Anregefrequenz, insbesondere eines Motors, ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Extrapolieren eine Verzögerungszeit zwischen einem Zeitpunkt einer Änderung der Referenzgröße und einem jeweiligen Bereitstellungszeitpunkt, insbesondere durch Signallaufzeiten zwischen einem Messsensor (4) und einem die Referenzgröße bereitstellenden Datenbus (2), berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompensationsschall derart abgestrahlt wird, dass aus der periodischen Anregung abgeleitete Harmonische der Geräuschquelle (16) zumindest teilweise verstärkt und/oder gedämpft werden.
System zur aktiven Geräuschbeeinflussung (1), insbesondere in einem Kraftfahrzeug, zur Veränderung von Geräuschschall, welcher von einer Geräuschquelle (16), insbesondere einem Motor, mit einer im Wesentlichen periodischen veränderbaren Anregefrequenz erzeugt ist, mit: a) einem Datenbus (2), an dem eine Referenzgröße, welche die jeweilige Anregefrequenz der Geräuschquelle (16) charakteri siert, zu vorgegebenen Bereitstellungszeitpunkten (t_i) auslesbar ist; b) einer an den Datenbus (2) gekoppelten Extrapolationseinrichtung (9), welche ein der Referenzgröße zugeordnetes Referenzsignal (12) mit einer Referenzsignalrate erzeugt, wobei jeweilige Werte des Referenzsignals (12) die Referenzgröße zwischen den Bereitstellungszeitpunkten (t_i) extrapolieren; und mit c) einer Einrichtung zur aktiven Geräuschbeeinflussung (11), welche in Abhängigkeit von dem Referenzsignal (12) Ansteuersignale (13) für zumindest einen Aktor (14) erzeugt, wobei der mindestens eine Aktor (14) Kompensationsschall abstrahlt, welcher mit dem Geräuschschall interferiert.
System (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Datenbus (2) ferner ein Änderungsparameter (Ṅ) der Referenzgröße auslesbar ist, wobei die Extrapolationseinrichtung (9) die Referenzgröße in Abhängigkeit von mindestens einem ausgelesenen Wert (N_i) der Referenzgröße und dem Änderungsparameter (Ṅ) extrapoliert.
System (1) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Extrapolationseinrichtung (9) derart eingerichtet ist, dass sie ein Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1–9 durchführt.
System (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, bei der Erzeugung des Referenzsignals ferner Signallaufzeiten durch das Auslesen der Referenzgröße und/oder eine Verzögerung durch eine Bereitstellung der Referenzgröße auf dem Datenbus (2) berücksichtigt werden.
System (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Datenbus (2) als CAN-Bus insbesondere in einem Fahrzeug ausgeführt ist.
System (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Extrapolationseinrichtung (9) und/oder die Einrichtung zur aktiven Geräuschbeeinflussung (11) als digitale Signalverarbeitungseinrichtung/en ausgeführt ist/sind.
System (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur aktiven Geräuschbeeinflussung (11) die Steuersignale derart erzeugt, dass durch den Kompensationsschall aus der periodischen Schwingungsanregung abgeleitete Harmonische der Geräuschquelle (16) zumindest teilweise verstärkt und/oder gedämpft werden.
Verwendung eines Systems zur aktiven Geräuschbeeinflussung (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 16 in einem Kraftfahrzeug, wobei die Geräuschquelle ein Motor ist, die Referenzgröße eine Motordrehzahl ist, und der Datenbus (2, 3, 6) als ein CAN-Bus für eine Motorsteuerung (5) und für eine Überwachung eines Motorzustandes ausgeführt ist.
Verwendung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass als weitere die Geräuschquelle charakterisierende Größen Daten für die Motorsteuerung (5), insbesondere Beschleunigungswerte, Pedalstellungen, Pedalbewegungen und/oder Schaltungsparameter, verwendet werden.
Verwendung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kraftfahrzeug ein erster, in einem Motorraum vorgehaltener, Hochgeschwindigkeits-CAN-Bus (3) und ein zweiter, in einer Fahrgastzelle vorgehaltener, Niedriggeschwindigkeits-CAN-Bus (2) vorgesehen sind, wobei die Referenzgröße und/oder die weiteren die Geräuschquelle charakterisierende Größen aus dem Niedriggeschwindigkeits-CAN-Bus (2) ausgelesen werden.