Title:
Verfahren zur Beeinflussung des Abgasgeräusches eines Kraftfahrzeugs sowie Abgassystem für ein Kraftfahrzeug
Kind Code:
A1


Abstract:

In einem Verfahren zur Beeinflussung des Abgasgeräusches eines Kraftfahrzeugs erzeugt eine Steuereinheit Rauschpaketsignale (C), übermittelt die Steuereinheit die Rauschpaketsignale (C) einzeln oder ein Grundsignal (B) überlagernd an einen Lautsprecher, der einem Abgasstrang des Kraftfahrzeugs zugeordnet ist, und der Lautsprecher wandelt die einzelnen Rauschpaketsignale (C) oder das mit den Rauschpaketsignalen (C) überlagerte Grundsignal (B) in Schallwellen, wobei einzelne Rauschpaketsignale (C) vom Lautsprecher als zeitlich begrenzte Schallwellenpakete, sogenannte Rauschpakete, emittiert werden.




Inventors:
Zintel, Gerhard (90431, Nürnberg, DE)
Unbehaun, Martin (90409, Nürnberg, DE)
Bönnen, Dennis (86399, Bobingen, DE)
Schindele, Tobias (86554, Pöttmes, DE)
Application Number:
DE102014104850A
Publication Date:
10/08/2015
Filing Date:
04/04/2014
Assignee:
Faurecia Emissions Control Technologies, Germany GmbH, 86154 (DE)
International Classes:
Domestic Patent References:
DE102012023643A1N/A2013-06-06
DE19746523B4N/A2006-06-08



Attorney, Agent or Firm:
Prinz & Partner mbB Patentanwälte Rechtsanwälte, 80335, München, DE
Claims:
1. Verfahren zur Beeinflussung des Abgasgeräusches eines Kraftfahrzeugs, bei dem
a) eine Steuereinheit (22) Rauschpaketsignale (C) erzeugt,
b) die Steuereinheit (22) die Rauschpaketsignale (C) einzeln oder ein Grundsignal (B) überlagernd an einen Lautsprecher (14) übermittelt, der einem Abgasstrang (12) des Kraftfahrzeugs zugeordnet ist, und
c) der Lautsprecher (14) die einzelnen Rauschpaketsignale (C) oder das mit den Rauschpaketsignalen (C) überlagerte Grundsignal (B) in Schallwellen wandelt,
wobei einzelne Rauschpaketsignale (C) vom Lautsprecher (14) als zeitlich begrenzte Schallwellenpakete emittiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rauschpaketsignale (C), insbesondere ihre Periodizität (P), ihre zeitliche Länge (L), die Form ihrer Einhüllenden, die Amplitude ihrer Einhüllenden und/oder ihr Frequenzspektrum, in Abhängigkeit vom gerade vorliegenden Betriebszustand des Fahrzeugs, insbesondere der Motorlast, der Motordrehzahl und/oder der Temperatur des Gases im Abgasstrang, gewählt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Periodizität (P) der Rauschpaketsignale (C) größer oder gleich 5 Hz, insbesondere im Bereich 5 Hz bis 500 Hz liegt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der Rauschpaketsignale (C) synthetisch erzeugtes Rauschen, insbesondere colored noise, oder Ausschnitte aus in der Steuereinheit (22) hinterlegtem, aufgezeichnetem Rauschen sowie aus hinterlegten, aufgezeichneten Rauschpaketen verwendet werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest sieben aufeinanderfolgende Rauschpaketsignale (C) ein Rauschpaketmuster (D) bilden, wobei die Dauer des Rauschpaketmusters (D) größer als 1 Sekunde, vorzugsweise größer als 20 Sekunden ist, wenn sich das Rauschpaketmuster (D) wiederholt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (22) das Grundsignal (B), insbesondere synthetisch, erzeugt, wobei das Grundsignal (B) eine Überlagerung harmonischer Schwingungen aufweist, die der halben Drehfrequenz des Motors und höheren Ordnungen davon entsprechen.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rauschpaketsignale (C) in Abhängigkeit vom Grundsignal (B), insbesondere auf Basis von einer oder mehreren ausgewählten harmonischen Schwingungen des Grundsignals (B) erzeugt werden, insbesondere durch Amplitudenmodulation des Rauschens mit der Amplitude des Grundsignals (B) oder mit der Amplitude von einer oder mehreren ausgewählten harmonischen Schwingungen des Grundsignals (B).

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rauschpaketsignale (C) auch oder ausschließlich auf Basis von niederfrequenten harmonischen Schwingungen erzeugt werden, die nicht effektiv vom Lautsprecher (14) erzeugbar sind.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (22) Rauschpaketsignale (C) einzeln an den Lautsprecher (14) übermittelt, wenn die Rauschpaketsignale (C) auf Basis von niederfrequenten harmonischen Schwingungen erzeugt wurden, die nicht effektiv vom Lautsprecher (14) erzeugt werden können.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Periodizität (P) der Rauschpaketsignale (C) synchron zur Frequenz der niederfrequentesten harmonischen Schwingung ist, auf Basis derer die Rauschpaketsignale (C) erzeugt werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplituden der Einhüllenden der Rauschpaketsignale in Abhängigkeit von der Amplitude der harmonischen Schwingungen gewählt werden, an die die Periodizität (P) der Rauschpaketsignale (C) angepasst wurde.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rauschpaketsignale (C) dem Grundsignal (B) versetzt gegenüber dem Zeitpunkt des Grundsignals (B) überlagert werden, der der größten Auslenkung der Lautsprechermembran des Lautsprechers (14) entspricht.

13. Abgassystem für ein Kraftfahrzeug, insbesondere zur Ausführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, mit einem Abgasstrang (12), einem Lautsprecher (14), der dem Abgasstrang (12) zugeordnet ist, und einer Steuereinheit (22), die die Schallemission des Lautsprechers steuert, wobei die Steuereinheit (22) derart ausgebildet ist, dass sie Rauschpaketsignale (C) erzeugt und die Rauschpaketsignale (C) einzeln oder ein Grundsignal (B) überlagernd an den Lautsprecher (14) übermittelt, wobei der Lautsprecher (14) Schallwellen entsprechend den einzelnen Rauschpaketsignalen (C), oder das mit den Rauschpaketsignalen (C) überlagerte Grundsignal (B) in den Abgasstrang (12) emittiert.

14. Abgassystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (22) so ausgebildet ist, dass sie die Rauschpaketsignale (C), insbesondere ihre Periodizität (P), ihre zeitliche Länge (L), die Form ihrer Einhüllenden, die Amplitude ihrer Einhüllenden und/oder ihr Frequenzspektrum, in Abhängigkeit vom gerade vorliegenden Betriebszustand des Fahrzeugs, insbesondere der Motorlast, der Motordrehzahl und/oder der Temperatur des Gases im Abgasstrang, erzeugt.

15. Abgassystem nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (22) so ausgebildet ist, dass sie das Grundsignal (C) erzeugt und ferner die Rauschpakete (C) anhand von einer oder mehreren ausgewählten harmonischen Schwingungen des Grundsignals (B) erzeugt.

16. Abgassystem nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (22) so ausgebildet ist, dass sie Rauschpaketsignale (C) anhand von niederfrequenten harmonischen Schwingungen erzeugt, die nicht effektiv vom Lautsprecher (14) in Schallwellen umsetzbar sind, sodass der Lautsprecher (14) von diesen harmonischen Schwingungen lediglich die Rauschpakete emittiert.

17. Abgassystem nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Lautsprecher (14) so ausgebildet ist, dass er Rauschpakete mit einer Periodizität (P) emittiert, die Rauschpaketsignalen (C) entsprechen, wobei die Periodizität (P) synchron zur Frequenz der niedrigsten harmonischen Schwingung ist, anhand derer die Steuereinheit (22) die Rauschpaketsignale (C) erzeugt hat.

18. Abgassystem nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (22) so ausgebildet ist, dass sie die Rauschpaketsignale (C) dem Grundsignal (B) versetzt gegenüber dem Zeitpunkt des Grundsignals (B) überlagert, der der größten Auslenkung der Lautsprechermembran des Lautsprechers (14) entspricht.

Description:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beeinflussung des Abgasgeräusches eines Kraftfahrzeugs sowie ein Abgassystem für ein Kraftfahrzeug.

Der klangliche Eindruck eines Kraftfahrzeugs wird größtenteils durch das Abgasgeräusch, das heißt den aus der Mündung des Abgassystems austretenden Schallwellen bestimmt. In modernen Kraftfahrzeugen, insbesondere bei Dieselmotoren, werden die ursprünglich vom Motor erzeugten und in das Abgassystem geleiteten Geräusche und Schwingungen durch Abgasreinigungsanlagen, wie Katalysatoren oder Partikelfilter, stark beeinträchtigt und gedämpft. Das Abgasgeräusch entspricht somit nicht mehr dem natürlichen, ungedämpften Motorgeräusch, sondern klingt gedämpft und wenig sportlich. Auch bei kleineren Motoren, wie Vierzylindern, klingt das Abgasgeräusch wenig ansprechend.

Um Abhilfe zu schaffen und solche Fahrzeuge mit einem sportlicheren Klang zu versehen, sind Abgassysteme bekannt, bei denen ein Lautsprecher in Strömungsverbindung mit dem Abgasstrang steht, sodass dieser Schallwellen in den Abgasstrang emittieren kann. Auf diese Weise lässt sich durch gezielte Ansteuerung des Lautsprechers das Abgasgeräusch beeinflussen.

In der Regel wird versucht, ein Abgasgeräusch zu erzeugen, das aus zwei Komponenten besteht.

Die erste Komponente des Abgasgeräusches besteht aus harmonischen Schwingungen die vom Motor erzeugt werden. Die Grundordnung der harmonischen Schwingungen hat die Frequenz der halben Drehfrequenz des Motors und die höheren Ordnungen sind Vielfache davon. Entsprechend ist die Frequenz dieser harmonischen Schwingungen abhängig von der Drehzahl des Motors.

In 1 sind schematisch die Frequenzen dreier Ordnungen bei verschiedenen Drehzahlen für einen beispielhaften 4-Zylinder Motor aufgetragen. Am Ende eines üblichen Abgassystems, also an der Mündung des Endrohres in die Umgebung, sind lediglich diese drei Ordnungen vorhanden. Sie sind in 1 als durchgezogene Linien dargestellt. Der Klang dieser drei harmonischen Schwingungen ist unnatürlich und wenig sportlich.

Aus diesem Grund ist es bekannt, harmonische Schwingungen durch den Lautsprecher in den Abgasstrang einzuspielen, die weiteren Ordnungen, insbesondere Zwischenordnungen, entsprechen. Sie sind in 1 als gestrichelte Linie dargestellt. Ein auf diese Weise erzeugtes Abgasgeräusch klingt wesentlich ansprechender und hochwertiger.

Die zweite Komponente des Abgasgeräusches ist das sogenannte statische Rauschen. Statisches Rauschen resultiert aus der Gleichkomponente der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases. Durch hohe Strömungsgeschwindigkeiten entstehen Verwirbelungen im Abgasstrang, die wiederum als Rauschen wahrgenommen werden. Die Gleichkomponente der Strömungsgeschwindigkeit steigt mit der Menge des vom Motor erzeugten Abgases, folglich mit der Motordrehzahl, und wird ab einer bestimmten Drehzahl wahrnehmbar. Diese Drehzahl ist in 1 mittels der vertikalen, gestrichelten Linie angedeutet. Auch das statische Rauschen kann durch den Lautsprecher erzeugt oder vergrößert werden, um ein möglichst natürliches Klangbild zu erzielen.

Doch auch ein auf diese Weise beeinflusstes Abgasgeräusch entspricht, insbesondere bei niedrigen Motordrehzahlen, noch nicht dem natürlichen Abgasgeräusch des verwendeten Motors oder dem eines sportlicheren Motors, der versucht wird, klanglich nachzubilden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Beeinflussung des Abgasgeräusches eines Kraftfahrzeugs sowie ein Abgassystem für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, das den Eindruck eines natürlichen und/oder sportlichen Abgasgeräusches weiter verbessert.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Beeinflussung des Abgasgeräusches eines Kraftfahrzeugs, bei dem

  • a) eine Steuereinheit Rauschpaketsignale erzeugt,
  • b) die Steuereinheit die Rauschpaketsignale einzeln oder ein Grundsignal überlagernd an einen Lautsprecher übermittelt, der einem Abgasstrang des Kraftfahrzeugs zugeordnet ist, und
  • c) der Lautsprecher die einzelnen Rauschpaketsignale oder das mit den Rauschpaketsignalen überlagerte Grundsignal in Schallwellen wandelt,
    wobei einzelne Rauschpaketsignale vom Lautsprecher als zeitlich begrenzte Schallwellenpakete, sogenannte Rauschpakete, emittiert werden.

Die Erfindung nutzt die Tatsache, dass das natürliche Abgasgeräusch eines Fahrzeugs neben den beiden bereits beschriebenen Komponenten eine dritte Komponente aufweist. Die dritte Komponente, die auch als dynamisches Rauschen bezeichnet wird, wird durch momentane Spitzen in der Strömungsgeschwindigkeit hervorgerufen.

Zur Anschauung ist in 2 stark vereinfacht der Zeitverlauf der Strömungsgeschwindigkeit als Summe von Gleichströmungsgeschwindigkeit und Schnelle für eine fiktive Ordnung in Abhängigkeit von der Motordrehzahl dargestellt. Zu erkennen ist, dass insbesondere bei niedrigen Drehzahlen die Amplitude der Strömungsgeschwindigkeit sehr stark oszilliert. Diese starke Oszillation wird durch die stark oszillierende Schnelle hervorgerufen, die im niedrigen Drehzahlbereich die Strömungsgeschwindigkeit dominiert.

Mit steigender Drehzahl und damit steigender Frequenz der Ordnungen nimmt die Amplitude der Schnelle jedoch ab. Allerdings steigt die mittlere Strömungsgeschwindigkeit stark an, sodass die gesamte Strömungsgeschwindigkeit ansteigt.

Wie bereits beschrieben, entsteht durch Verwirbelungen im Abgasstrang bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten ein wahrnehmbares Rauschen. Mit der horizontalen gestrichelten Linie ist eine fiktive, menschliche Wahrnehmungsschwelle des Rauschens eingezeichnet. Diese Grenze ist in Wirklichkeit jedoch fließend.

Wie zu erkennen, überschreitet die Strömungsgeschwindigkeit aufgrund der hohen Amplitude der akustischen Schnelle bei niedrigen Drehzahlen wiederholt die Wahrnehmungsschwelle kurzzeitig. In diesen momentanen Spitzen, die oberhalb der Wahrnehmungsschwelle liegen, ist kurzzeitig ein Rauschen wahrnehmbar. Dieses Rauschen ist zeitlich begrenzt und tritt mit einer Periodizität auf, d.h. einem zeitlichen Abstand zwischen dem Auftreten des wahrnehmbaren Rauschens, die synchron zur Frequenz der harmonischen Schwingung ist. Synchron bedeutet hierbei, dass sich die Periodizität, mit der das Rauschen kurzzeitig auftritt, mit der Frequenz der harmonischen Schwingung verändert, insbesondere bei steigender Drehzahl vergrößert.

Bei höheren Drehzahlen liegt die Strömungsgeschwindigkeit permanent oberhalb der Wahrnehmungsschwelle, sodass das oben beschriebene statische Rauschen dominiert.

Durch die Erfindung werden nun dem Abgasgeräusch Rauschpakete hinzugefügt, wodurch sich der natürliche Eindruck des Abgasgeräusches stark verbessert, da die Rauschpakete als zeitlich begrenztes Rauschen wahrgenommen werden, das dem dynamischen Rauschen entspricht.

Die zeitliche Abhängigkeit der Amplitudenfunktion der Rauschpakete lässt sich als Amplitudenmodulation eines Rauschsignals mit ursprünglich konstanter, mittlerer Amplitude mit dem Grundsignal auffassen.

Beide Signale werden dann durch einfache Addition überlagert, wodurch das Verfahren möglichst einfach gehalten wird.

Die Steuereinheit kann dabei die Motorsteuerung selbst oder mit dieser gekoppelt sein.

Vorzugsweise werden die Rauschpaktsignale, insbesondere ihre Periodizität, ihre zeitliche Länge, die Form ihrer Einhüllenden, die Amplitude ihrer Einhüllenden und/oder ihr Frequenzspektrum, in Abhängigkeit vom gerade vorliegenden Betriebszustand des Fahrzeugs, insbesondere der Motorlast, der Motordrehzahl und/oder der Temperatur des Gases im Abgasstrang, gewählt. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass die erzeugten Rauschpaketsignale und somit die erzeugten Rauschpakete so gewählt werden, dass sie einen möglichst natürlichen Klang nachbilden und sich mit dem tatsächlichen vom Motor stammenden Geräuschen harmonisch ergänzen.

Dabei können Informationen über den Betriebszustand des Fahrzeugs, insbesondere über die Motorlast, die Motordrehzahl und/oder die Temperatur des Abgasstrangs, von der Motorsteuerung an die Steuereinheit übermittelt werden.

Alternativ kann die Steuereinheit in die Motorsteuerung integriert sein.

Beispielsweise ist die Periodizität der Rauschpaketsignale größer oder gleich 5 Hz, insbesondere liegt sie im Bereich 5 Hz bis 500 Hz, wodurch Rauschpakete zu harmonischen Schwingungen der Frequenzen 5 Hz bis 500 Hz erzeugt werden können.

Dabei kann das Frequenzspektrum der Rauschpaketsignale Frequenzen zwischen 100 Hz und 4000 Hz enthalten.

In einer Ausführungsvariante werden zur Erzeugung der Rauschpaketsignale synthetisch erzeugtes Rauschen, insbesondere colored noise, oder Ausschnitte aus in der Steuereinheit hinterlegtem, aufgezeichnetem Rauschen sowie aus hinterlegten, aufgezeichneten Rauschpaketen verwendet. Auf diese Weise kann der Klang der Rauschpakete beliebig verändert und an das natürliche dynamische Rauschen angepasst werden.

Ebenso ist es denkbar, dass die Rauschpaketsignale auch aus Überlagerungen mehrerer aufgezeichneter Rauschpakete erzeugt werden.

Vorzugsweise bilden zumindest sieben aufeinanderfolgende Rauschpaketsignale ein Rauschpaketmuster, wobei die Dauer des Rauschpaketmusters größer als 1 Sekunde, vorzugsweise größer als 20 Sekunden ist, wenn sich das Rauschpaketmuster wiederholt, um zu verhindern, dass tonale Schwingungen durch das Hinzufügen der Rauschpakete entstehen.

Tonale Schwingungen entstehen, wenn einzelne Rauschpaketsignale mit einer Wiederholfrequenz regelmäßig wiederholt werden, die im hörbaren Bereich des menschlichen Gehörs liegt. Diese tonalen Schwingungen können dann als künstlich oder störend empfunden werden. Durch die vorgegebene, relative hohe Mindestdauer des Rauschpaketmusters kann verhindert werden, dass einzelne Rauschpakete mit einer störenden Wiederholfrequenz regelmäßig wiederholt werden.

Diese Problematik der tonalen Schwingungen tritt jedoch nur auf, wenn zur Erzeugung der Rauschpaketsignale kein für jedes der Rauschpaketsignale neu erzeugtes, stochastisches Rauschen sondern aufgezeichnetes Rauschen verwendet wird.

Dabei können jeweils zwei aufeinanderfolgende Rauschpaketsignale, und insbesondere sämtliche Rauschpaketsignale unterschiedliche Frequenzspektren aufweisen.

Beispielsweise erzeugt die Steuereinheit das Grundsignal, insbesondere synthetisch, wobei das Grundsignal eine Überlagerung harmonischer Schwingungen aufweist, die der halben Drehfrequenz des Motors und höheren Ordnungen davon entsprechen. Auf diese Weise können alle harmonischen Schwingungen simuliert werden, die ursprünglich vom Motor erzeugt wurden.

Dabei kann das Grundsignal, insbesondere bei hohen Motordrehzahlen, kontinuierliches Rauschen aufweisen, um statisches Rauschen vom Lautsprecher erzeugen zu lassen.

In einer Ausgestaltung der Erfindung werden die Rauschpaketsignale in Abhängigkeit vom Grundsignal, insbesondere auf Basis von einer oder mehreren ausgewählten harmonischen Schwingungen des Grundsignals erzeugt, insbesondere durch Amplitudenmodulation des Rauschens mit der Amplitude des Grundsignals oder mit der Amplitude von einer oder mehreren ausgewählten harmonischen Schwingungen des Grundsignals. Auf diese Weise können die Rauschpaketsignale passend zum Grundsignal erzeugt werden.

In einer Ausführungsvariante werden die Rauschpaketsignale auch oder ausschließlich auf Basis von niederfrequenten harmonischen Schwingungen erzeugt, die nicht effektiv vom Lautsprecher erzeugbar sind, wodurch der Eindruck entsteht, dass diese harmonischen Schwingungen im Abgasgeräusch vorhanden sind. Die im Automobilbau üblicherweise verwendeten Lautsprecher können Frequenzen unterhalb von 50 Hz nicht mehr effektiv für ein System zur Beeinflussung des Abgasgeräusches darstellen. Dadurch können auch bei niedrigen Motordrehzahlen Motorordnungen, die harmonische Schwingungen mit Frequenzen unterhalb dieser Grenze erzeugen, nicht in sinnvoller Weise in den Abgasstrang emittiert werden. Jedoch wurde erkannt, dass der Eindruck dieser niedrigen Ordnungen dadurch erzeugt werden kann, dass Rauschpakete mit der Periodizität der nicht effektiv erzeugbaren Frequenz der harmonischen Schwingung vom Lautsprecher emittiert werden. Auf diese Weise wird der Eindruck erweckt, dass diese niederfrequenten Schwingungen tatsächlich im Abgasgeräusch vorhanden seien. Die Abwesenheit der eigentlichen, niederfrequenten Schwingung fällt nicht besonders auf, da höhere Frequenzen vom menschlichen Gehör besser wahrgenommen werden.

Dabei kann die Steuereinheit Rauschpaketsignale einzeln an den Lautsprecher übermitteln, wenn die Rauschpaketsignale auf Basis von niederfrequenten harmonischen Schwingungen erzeugt wurden, die nicht effektiv vom Lautsprecher erzeugt werden können. Dadurch emittiert der Lautsprecher ausschließlich Rauschpakete und erweckt so den Eindruck von niederfrequenten harmonischen Schwingungen.

Auch bei der Erzeugung von Rauschpaketsignalen, die nicht effektiv erzeugbare niederfrequente harmonische Schwingungen andeuten, kann zunächst ein Grundsignal erzeugt werden, auf Basis dessen die Rauschpaketsignale erzeugt werden.

Nach der Bildung der Rauschpaketsignale wird das Frequenzspektrum des Grundsignals auf die Frequenzen reduziert, die der Lautsprecher effektiv darstellen kann. Somit bleibt in dem Fall, in dem die Rauschpaketsignale zu nicht effektiv erzeugbaren harmonischen Schwingungen erzeugt wurden, nichts vom Grundsignal übrig.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Periodizität der Rauschpaketsignale synchron zur Frequenz der niedrigsten harmonischen Schwingung, auf Basis derer die Rauschpaketsignale erzeugt werden, sodass der Eindruck erweckt wird, dass die niederfrequenteste harmonische Schwingung im Abgasgeräusch vorhanden ist.

In einer Ausgestaltung der Erfindung werden die Amplituden der Einhüllenden der Rauschpaketsignale in Abhängigkeit von der Amplitude der harmonischen Schwingungen gewählt, an die die Periodizität der Rauschpaketsignale angepasst wurde, wodurch auch die Lautstärke des Rauschpakets an die reelle oder simulierte Lautstärke der zugehörigen harmonischen Schwingung angepasst werden kann.

In einer Ausführungsvariante werden die Rauschpaketsignale dem Grundsignal versetzt gegenüber dem Zeitpunkt des Grundsignals überlagert, der der größten Auslenkung der Lautsprechermembran des Lautsprechers entspricht. In der Regel wird die volle Auslenkung der Lautsprechermembran bereits für die Erzeugung der harmonischen Schwingungen verwandt. Somit müsste, wenn nun zum Zeitpunkt der größten Auslenkung zusätzlich zur harmonischen Schwingung noch ein Rauschpaket erzeugt werden sollte, entweder die maximale Auslenkung der Lautsprechermembran vergrößert oder die Leistung der harmonischen Schwingung verringert werden. Beides würde im Endeffekt auf einen leistungsstärkeren und teureren Lautsprecher hinauslaufen. Um dies zu umgehen, wurde erkannt, dass die Rauschpaketsignale auch zeitlich versetzt erzeugt werden können, weil der Versatz vom menschlichen Gehör nicht wahrnehmbar ist.

Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Abgassystem für ein Kraftfahrzeug mit einem Abgasstrang, einem Lautsprecher, der dem Abgasstrang zugeordnet ist, und einer Steuereinheit, die die Schallemission des Lautsprechers steuert, wobei die Steuereinheit derart ausgebildet ist, dass sie Rauschpaketsignale erzeugt und die Rauschpaketsignale einzeln oder ein Grundsignal überlagernd an den Lautsprecher übermittelt, wobei der Lautsprecher Schallwellen entsprechend den einzelnen Rauschpaketsignalen, sogenannte Rauschpakete, oder das mit den Rauschpaketsignalen überlagerte Grundsignal in den Abgasstrang emittiert. Die oben angeführten Vorteile der Emission von Rauschpaketen gelten gleichermaßen.

Auch erzeugt die Steuereinheit die Rauschpakete, insbesondere ihre Periodizität, ihre zeitliche Länge, die Form ihrer Einhüllenden, die Amplitude ihrer Einhüllenden und/oder ihr Frequenzspektrum, in Abhängigkeit vom gerade vorliegenden Betriebszustand des Fahrzeugs, insbesondere der Motorlast, der Motordrehzahl und/oder der Temperatur des Gases im Abgasstrang.

Vorzugsweise erzeugt die Steuereinheit zunächst das Grundsignal und anschließend die Rauschpakete anhand von einer oder mehreren ausgewählten harmonischen Schwingungen des Grundsignals.

Beispielsweise erzeugt die Steuereinheit Rauschpaketsignale auf Basis von harmonischen Schwingungen, die nicht effektiv vom Lautsprecher in Schallwellen umsetzbar sind, sodass der Lautsprecher von diesen harmonischen Schwingungen lediglich die Rauschpakete emittiert. Dadurch wird, wie oben bereits beschrieben, der Eindruck erweckt wird, dass diese harmonischen Schwingungen vorhanden sind.

In einer Ausgestaltung der Erfindung kann der Lautsprecher Rauschpakete mit einer Periodizität emittieren, die Rauschpaketsignalen entsprechen, wobei die Periodizität synchron zur Frequenz der niedrigsten harmonischen Schwingung ist, anhand derer die Steuereinheit die Rauschpaketsignale erzeugte.

Vorzugsweise kann die Steuereinheit die Rauschpaketsignale dem Grundsignal versetzt gegenüber dem Zeitpunkt des Grundsignals überlagern, der der größten Auslenkung der Lautsprechermembran des Lautsprechers entspricht.

Die zum Verfahren aufgeführten Vorteile gelten entsprechend für das Abgassystem, wobei beliebige weitere Merkmale, die nur im Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben wurden, auch auf das Abgassystem mit den entsprechenden Vorteilen anwendbar sind.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie aus den beigefügten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:

1 eine Darstellung von vorhandenen und durch ein bekanntes Verfahren zusätzlich erzeugte Frequenzen in Abhängigkeit der Motordrehzahl,

2 ein stark vereinfachtes Diagramm der momentanen Strömungsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Motordrehzahl,

3 ein erfindungsgemäßes Abgassystem schematisch, und

4 eine Darstellung des vom Lautsprecher des Abgassystems nach 3 bei Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugen Schalldruckpegels und dessen Komponenten.

In 3 ist ein Abgassystem 10 eines Fahrzeugs (als gestrichelte Linie angedeutet) schematisch dargestellt, das einen Abgasstrang 12 und einen Lautsprecher 14 aufweist.

Der Abgasstrang 12 geht in ein Endrohr 16 über, das an einer Mündung 18 Abgas in die Umgebung des Fahrzeugs ausstößt.

Der Lautsprecher 14 ist strömungstechnisch mit dem Abgasstrang 12 über einen Kanal 20 verbunden und somit dem Abgasstrang 12 zugeordnet.

Der Lautsprecher 14 wird von einer Steuereinheit 22, mit der er elektrisch verbunden ist, betrieben und gesteuert.

Die Steuereinheit 22 kann wiederum mit der Motorsteuerung (nicht gezeigt) verbunden sein oder einen Teil derselben bilden.

Die Steuereinheit 22 ist dazu ausgebildet, dass sie Rauschpaketsignale und/oder ein Grundsignal erzeugt an den Lautsprecher 14 übermittelt. Der Lautsprecher 14 wiederum kann die Signale, die er von der Steuereinheit 22 erhält, in Schallwellen umwandeln.

Die Strömung des Abgases verläuft vom Motor (nicht gezeigt) durch den Abgasstrang 12 zum Endrohr 16, und über die Mündung 18 in die Umgebung. Die Strömungsrichtung ist mit Pfeilen angedeutet.

In 4 sind der vom Lautsprecher 14 erzeugte Schalldruckpegel und seine Komponenten dargestellt. Der vom Lautsprecher 14 erzeugte Schalldruckpegel ist direkt proportional zu dem von der Steuereinheit 22 generierten, am Lautsprecher 14 anliegenden Signal, sodass 4 auch zur Veranschaulichung dieses Signals herangezogen wird. Der Einfachheit halber wird im Folgenden nur noch Bezug auf die Signale und nicht auf den Schalldruckpegel genommen.

Der mit A gekennzeichnete Graph in der Mitte zeigt das gesamte von der Steuereinheit 22 an den Lautsprecher 14 übermittelte Signal. Das Signal setzt sich aus zwei Komponenten zusammen, namentlich dem Grundsignal B (oben) und den Rauschpaketsignalen C, deren zeitliche Abfolge im untersten Signal der 4 dargestellt ist.

Das Signal A kann nun durch Überlagerung des Grundsignals B mit den Rauschpaketsignalen C erzeugt werden. Die Erzeugung des Signals A durch die Steuereinheit 22 geschieht wie folgt.

Zunächst erzeugt die Steuereinheit 22 das Grundsignal B. Die Erzeugung kann dabei insbesondere synthetisch sein.

Das Grundsignal B weist eine Überlagerung harmonischer Schwingungen auf, die der halben Drehfrequenz des Motors, der Grundordnung und höheren Ordnungen davon entsprechen.

Des Weiteren kann das Grundsignal B, insbesondere bei hohen Motordrehzahlen, kontinuierliches Rauschen aufweisen, das dem statischen Rauschen eines natürlichen Motorsignals entspricht.

Ferner werden die Rauschpaketsignale C durch Amplitudenmodulation eines Rauschens mit konstanter, mittlerer Amplitude mit der Amplitude des Grundsignals B durch die Steuereinheit 22 erzeugt. Dazu kann das gesamte Grundsignal B oder einzelne harmonische Schwingungen des Grundsignals B herangezogen werden.

Hierbei werden nur die ausschließlich positiven Anteile der Amplitude des Grundsignals B zur Modulation der Amplitude des Rauschens herangezogen und kein Rauschsignal C erzeugt während das Grundsignal B negativ ist.

Alternativ lässt sich vor der Amplitudenmodulation das Grundsignal B gleichrichten und dann insgesamt zur Modulation der Amplitude des Rauschens benutzen.

Die Rauschpaketsignale C sind dabei einzelne, zeitlich begrenzte Wellenpakete, die mit einer Periodizität P, das heißt einem bestimmten zeitlichen Abstand, erzeugt werden.

Die Periodizität P der Rauschpaketsignale C ist größer oder gleich 5 Hz und liegt insbesondere im Bereich 5 Hz bis 500 Hz.

Die Frequenzen der Wellenpakete, also der Rauschpaketsignale C, liegen beispielsweise zwischen 100 Hz und 4.000 Hz.

Zur Erzeugung einer Grundlage für die einzelnen Rauschpaketsignale C wird synthetisch erzeugtes Rauschen, insbesondere colored noise, und/oder Ausschnitte aus in der Steuereinheit hinterlegtem aufgezeichnetem Rauschen herangezogen. Das aufgezeichnete Rauschen kann sowohl aufgezeichnete Rauschpakete als auch kontinuierliches Rauschen sein, aus dem kurze Abschnitte extrahiert werden, die dann die Grundlage der Rauschpaketsignale C bilden.

Auch ist eine Erzeugung der Rauschpaketsignale C dadurch möglich, dass mehrere aufgezeichnete Rauschpakete überlagert werden und so die Grundlage für das zu erzeugende Rauschpaketsignal C bilden.

Mehrere, wenigstens jedoch sieben, aufeinanderfolgende Rauschpaketsignale C können ein Rauschpaketmuster D bilden.

Ein solches Rauschpaketmuster D wiederholt sich vorzugsweise nicht.

Ist eine Wiederholung des Rauschpaketmusters D jedoch nicht zu vermeiden, so ist die Dauer d des Rauschpaketmusters D wenigstens 1 Sekunde, vorzugsweise wenigstens 5 Sekunden, besonders bevorzugt wenigstens 20 Sekunden. Dabei ist die Dauer d des Rauschpaketmusters D der zeitliche Abstand zwischen dem Beginn des ersten Rauschpaketsignals C und dem Ende des letzten Rauschpaketsignals C des Rauschpaketmusters D.

Unter einer Wiederholung wird beispielsweise verstanden, wenn das Rauschpaketmuster D innerhalb von 10 Sekunden nach seinem Ende von neuem beginnt. Auf diese Weise kann die Entstehung von tonalen Schwingungen wirksam verhindert werden, da Rauschpaketsignale C nur, wenn überhaupt, mit einer sehr geringen Wiederholfrequenz regelmäßig wiederholt werden.

Nach Erzeugen der Grundlage der Rauschpaketsignals C kann die Periodizität P, ihre zeitliche Länge L, die Form ihrer Einhüllenden, die Amplitude ihrer Einhüllenden und/oder ihr Frequenzspektrum von der Steuereinheit 22 angepasst werden. Die Anpassung kann dabei in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Fahrzeugs, insbesondere der Motorlast, der Motordrehzahl und/oder der Temperatur des Abgasstrangs gewählt werden.

Dabei ist es möglich, dass die Steuereinheit 22 Informationen über den Betriebszustand des Fahrzeugs, insbesondere über die Motorlast, die Motordrehzahl und/oder die Temperatur des Abgasstrangs, von der Motorsteuerung erhält.

Die Anpassung der Rauschpaketsignale C, insbesondere ihre Periodizität P, ihre zeitliche Länge L, die Form ihrer Einhüllenden, die Amplitude ihrer Einhüllenden und/oder ihr Frequenzspektrum kann auch von der Steuereinheit 22 in Abhängigkeit von einer oder mehreren harmonischen Schwingungen des Grundsignals B geschehen.

Dabei können die Amplituden der Einhüllenden der Rauschpaketsignale C in Abhängigkeit von der Amplitude der harmonischen Schwingungen, anhand derer die Rauschpaketsignale C erzeugt werden, gewählt werden.

Insbesondere die Periodizität P ergibt sich aus den ausgewählten harmonischen Schwingungen des Grundsignals B, wobei die Periodizität P synchron zur Frequenz der niedrigsten harmonischen Schwingung ist, anhand derer die Rauschpaketsignale C erzeugt wurden.

Nach der Erzeugung der Rauschpaketsignale C kann das Frequenzspektrum des Grundsignals B auf diejenigen Frequenzen reduziert werden, die effektiv vom Lautsprecher 14 erzeugbar sind. In der Regel können Lautsprecher für Abgassysteme Frequenzen unter 50 Hz nicht effektiv erzeugen.

Die Form der Rauschpaketsignale C wird durch Amplitudenmodulation mit dem Grundsignal B erzeugt und diesem dann durch einfache Addition überlagert.

Dabei kann die Überlagerung der Rauschpaketsignale C mit dem Grundsignal B derart versetzt erfolgen, dass die Rauschpaketsignale C dem Grundsignal B nicht zu dem Zeitpunkt tmax des Grundsignals B überlagert werden, der der größten Auslenkung der Lautsprechermembran des Lautsprechers 14 entspricht. Dieser zeitliche Versatz ist in 4 ebenfalls zu erkennen, jedoch wird er vom menschlichen Gehör nicht wahrgenommen.

Beispielsweise wird das Rauschpaketsignal C zeitlich zum Grundsignal so versetzt, dass die Maxima der Amplituden der Rauschpakete in die Nähe der Nulldurchgänge des Grundsignals B zu liegen kommen.

Nach der Überlagerung des Grundsignals B mit den Rauschpaketsignalen C übermittelt die Steuereinheit 22 das Signal A an den Lautsprecher 14. Der Lautsprecher 14 emittiert Schallwellen entsprechend dem Signal A, also entsprechend dem mit den Rauschpaketsignalen C überlagerten Grundsignal B, in den Abgasstrang 12.

Die Steuereinheit 22 kann bei der Erzeugung des Signals an den Lautsprecher 14 auch die Laufzeit berücksichtigen, die die Schallwellen zum Durchlaufen des Kanals 20 benötigen, um ungewünschte Interferenzen mit den Schallwellen, die vom Motor kommen, zu vermeiden.

In dem Fall, dass das gesamte Grundsignal B aus so niedrigen Frequenzen besteht, die nicht effektiv vom Lautsprecher 14 erzeugt werden können, insbesondere aus Frequenzen unter 50 Hz, werden die Rauschpaketsignale C einzeln, das heißt ohne ein Grundsignal B, an den Lautsprecher 14 von der Steuereinheit 22 übermittelt. In diesem Fall erzeugt der Lautsprecher 14 lediglich Rauschpakete, die den Rauschpaketsignalen C entsprechen.

Dieser Fall tritt insbesondere bei niedrigen Motordrehzahlen auf, da die Frequenzen der harmonischen Schwingungen der niedrigen Ordnungen des Motors bei niedrigen Motordrehzahlen häufig unter 50 Hz liegen, d.h. dass die Rauschpaketsignale C anhand von harmonischen Schwingungen erzeugt werden, die nicht effektiv vom Lautsprecher 14 erzeugbar sind.

Denkbar ist auch, dass der Kanal 20 nicht in den Abgasstrang 12 selbst, sondern im Bereich der Mündung 18 des Abgasstrangs 12 ebenfalls in die Umgebung des Fahrzeugs mündet. Auch in einer solchen Anordnung überlagern sich die vom Motor erzeugten und durch den Abgasstrang 12 geleiteten Schallwellen mit denen, die vom Lautsprecher 14 erzeugt wurden, sodass der Lautsprecher 14 dem Abgasstrang 12 zugeordnet ist.