Title:
Kraftfahrzeug sowie Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs
Kind Code:
A1


Abstract:

Kraftfahrzeug (1) mit einer Einrichtung zur Schallerzeugung (2), mittels welcher die akustische Wahrnehmung des Kraftfahrzeugs beeinflussende Zusatzgeräusche generierbar sind, umfassend mindestens einen elektrisch oder elektronisch ansteuerbaren Schwingungserreger (3) zur Einwirkung auf ein schwingfähiges Bauteil (4), wobei das schwingfähige Bauteil (4) ein Karosseriebauteil des Kraftfahrzeugs ist und der Schwingungserreger (3) mit dem schwingfähigen Bauteil (4) gekoppelt ist, so dass das schwingfähige Bauteil (4) unter Einwirkung des Schwingungserregers (3) Schall erzeugt, der zumindest außerhalb des Kraftfahrzeugs (1) wahrnehmbar ist, wobei ein Regler (10) vorgesehen ist, der das an mindestens einem Ort (11) außerhalb des Kraftfahrzeugs (1) erfasste Außengeräusch (12) als Rückkopplung (13a) erhält und dessen Stellgröße (14) auf die Ansteuerung des Schwingungserregers (3) wirkt, wobei der Regler (10) dazu ausgebildet ist, über seine Stellgröße (14) die Einhaltung einer vorgegebenen Mindestlautstärke des Außengeräuschs (12), und/oder das Vorhandensein mindestens einer vorgegebenen Geräuschkomponente und/oder Frequenzkomponente im Außengeräusch (12), sicherzustellen.
Ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs (1) zwecks Ermittlung der Übertragungsfunktion (18a, 18b).




Inventors:
Fischer, Michael (75223, Niefern-Öschelbronn, DE)
Berneke, Stephan (75179, Pforzheim, DE)
Koenig, Jens (71706, Markgröningen, DE)
Ritter, Rouven (70469, Stuttgart, DE)
Application Number:
DE102015223517A
Publication Date:
06/01/2017
Filing Date:
11/27/2015
Assignee:
Robert Bosch GmbH, 70469 (DE)
International Classes:
Domestic Patent References:
DE102011081595A1N/A2013-02-28
DE19746523A1N/A1998-05-07
DE9005598U1N/A1990-07-19
DE3420463A1N/A1985-12-05



Foreign References:
WO1990013109A11990-11-01
WO1992008225A11992-05-14
Other References:
F. Brandl, W. Biermayer, R. Höldrich, S. Brandl, ATZ / MVZ Tagung, Stuttgart, 10.–11. Juni 2008
Claims:
1. Kraftfahrzeug (1) mit einer Einrichtung zur Schallerzeugung (2), mittels welcher die akustische Wahrnehmung des Kraftfahrzeugs beeinflussende Zusatzgeräusche generierbar sind, umfassend mindestens einen elektrisch oder elektronisch ansteuerbaren Schwingungserreger (3) zur Einwirkung auf ein schwingfähiges Bauteil (4), wobei das schwingfähige Bauteil (4) ein Karosseriebauteil des Kraftfahrzeugs ist und der Schwingungserreger (3) mit dem schwingfähigen Bauteil (4) gekoppelt ist, so dass das schwingfähige Bauteil (4) unter Einwirkung des Schwingungserregers (3) Schall erzeugt, der zumindest außerhalb des Kraftfahrzeugs (1) wahrnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Regler (10) vorgesehen ist, der das an mindestens einem Ort (11) außerhalb des Kraftfahrzeugs (1) erfasste Außengeräusch (12) als Rückkopplung (13a) erhält und dessen Stellgröße (14) auf die Ansteuerung des Schwingungserregers (3) wirkt, wobei der Regler (10) dazu ausgebildet ist, über seine Stellgröße (14) die Einhaltung einer vorgegebenen Mindestlautstärke des Außengeräuschs (12), und/oder das Vorhandensein mindestens einer vorgegebenen Geräuschkomponente und/oder Frequenzkomponente im Außengeräusch (12), sicherzustellen.

2. Kraftfahrzeug (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (10) zusätzlich das an mindestens einem Ort (15) innerhalb des Kraftfahrzeugs (1) erfasste Innengeräusch (16) als Rückkopplung (13b) erhält und dazu ausgebildet ist, über seine Stellgröße (14) das Innengeräusch (16) auf ein vorgegebenes Optimierungsziel zu regeln.

3. Kraftfahrzeug (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Regler (10) die Einhaltung der vorgegebenen Bedingung für das Außengeräusch (12) gegenüber der Übereinstimmung des Innengeräuschs (16) mit dem Optimierungsziel priorisiert ist.

4. Kraftfahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein am Ort (11) angeordnetes Mikrofon (111) als Sensor für das Außengeräusch (12), und/oder ein am Ort (15) angeordnetes Mikrofon (151) als Sensor für das Innengeräusch (16), vorgesehen ist.

5. Kraftfahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein am schwingfähigen Bauteil (4) angeordneter Körperschallsensor (22) als Sensor für das Außengeräusch (12), und/oder als Sensor für das Innengeräusch (16), vorgesehen ist.

6. Kraftfahrzeug (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Eicheinheit (23) vorgesehen ist, die aus dem Signal des Körperschallsensors (22) in Verbindung mit der Temperatur T das Außengeräusch (12), und/oder das Innengeräusch (16), ermittelt.

7. Kraftfahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (10) eine Auswerteeinheit (17) zur Ermittlung einer Übertragungsfunktion (18a) zwischen der Ansteuerung des Schwingungserregers (3) und dem Ort (11) außerhalb des Kraftfahrzeugs (1), und/oder zur Ermittlung einer Übertragungsfunktion (18b) zwischen der Ansteuerung des Schwingungserregers (3) und dem Ort (15) innerhalb des Kraftfahrzeugs (1), aufweist.

8. Kraftfahrzeug (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (17) zusätzlich dazu ausgebildet ist, aus der Übertragungsfunktion (18a, 18b) eine Equalizing-Funktion (19a, 19b) zu ermitteln, so dass die Equalizing-Funktion (19a, 19b) die Wirkung der Übertragungsfunktion (18a, 18b) auf den Frequenzgang des Signals zumindest teilweise kompensiert.

9. Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 8, wobei zur Ermittlung der Übertragungsfunktion (18a, 18b) der Schwingungserreger (3) mit einem Testsignal (20) bekannter Frequenzzusammensetzung beaufschlagt und die Antwort (21a, 21b) auf dieses Testsignal am Ort (11, 15) gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, dass für die Beaufschlagung des Schwingungserregers (3) mit dem Testsignal (20) ein Zeitpunkt gewählt wird, zu dem die Antwort (21a, 21b) für den Benutzer des Kraftfahrzeugs (1), und/oder für eine umstehende Person im Nahbereich des Kraftfahrzeugs (1), durch ein Betriebsgeräusch des Kraftfahrzeugs (1), und/oder durch ein außerhalb des Kraftfahrzeugs (1) entstandenes Fremdgeräusch, maskiert ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zeitpunkt zwischen zwei Motorzündungen des Kraftfahrzeugs (1) gewählt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein akustisches Signal eines Systems des Kraftfahrzeugs (1), zu dem ein Bedienungsvorgang des Benutzers des Kraftfahrzeugs (1) Anlass gegeben hat, als Betriebsgeräusch, welches das Testsignal (20) maskiert, gewählt wird.

Description:

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 8.

Stand der Technik

Es sind Kraftfahrzeuge, wie beispielsweise Hybrid-, Elektro- oder Brennstoffzellenfahrzeuge, bekannt, deren Antriebe, insbesondere im Vergleich zu einem klassischen Verbrennungsmotor, sehr leise sind und daher von der Umgebung oftmals nicht wahrgenommen werden. Dies stellt ein Gefährdungsrisiko für andere Verkehrsteilnehmer, insbesondere für Fußgänger und Radfahrer, dar. Auch aufgrund gesetzlicher Vorgaben, wie beispielsweise der EU-Verordnung Nr. 540/2014, wurde daher bereits vorgeschlagen, Antriebs- und/oder Fahrgeräusche zu simulieren, um die Wahrnehmbarkeit eines solchen Kraftfahrzeugs zu erhöhen. Hierbei eingesetzte Systeme werden unter dem Begriff „Acoustic Vehicle Alerting System“ (kurz: „AVAS“) zusammengefasst.

Darüber hinaus kann bezweckt sein, das Klangbild eines Kraftfahrzeugs durch zusätzlich erzeugte Geräusche zu verbessern. Derartige Systeme werden unter dem Begriff „Active Sound Enhancement“ (kurz: „ASE“) zusammengefasst.

Aus der DE 197 46 523 A1 ist ein Verfahren bekannt, mit dem das im Innenraum eines von einem Verbrennungsmotor angetriebenen Fahrzeugs wahrgenommene Klangbild durch Ansteuerung von Lautsprechern in Abhängigkeit der Drehzahl des Verbrennungsmotors verbessert werden kann. Auch die DE 34 20 463 A1, die DE 90 05 598 U1 sowie die WO 90/13 109 beschreiben Verfahren zur Verbesserung des Klangerlebnisses für die Fahrzeuginsassen. Eine Lösung für das Problem, dass ein Kraftfahrzeug nach außen hin zu leise ist und von anderen Verkehrsteilnehmern zu spät wahrgenommen wird, ist diesen Schriften nicht zu entnehmen.

Aus der WO 92/08 225 ist ein Verfahren bekannt, mit dem durch Nutzung von Lautsprechern und/oder auf schwingfähige Bauteile wirkenden Schwingungserregern das Klangerlebnis im Inneren des Fahrzeugs verbessert und zugleich die Abstrahlung von Lärm in die Umgebung des Fahrzeugs minimiert werden kann. Insbesondere kann ein erwünschtes Klangerlebnis hergestellt werden, das von Betriebszuständen des Fahrzeugs abhängt. Dass Kraftfahrzeuge einmal so leise werden, dass sie nicht rechtzeitig wahrgenommen werden und eine erhöhte Unfallgefahr besteht, war zum Prioritätstag dieser Anmeldung in 1990 noch kein Thema. Dementsprechend offenbart diese Schrift keine Lösung für ein AVAS, sondern das genaue Gegenteil eines AVAS.

Die DE 10 2011 081 595 A1 beschreibt allgemeinen Stand der Technik zu Schwingungserregern. Das Dokument „Herausforderung Transfer Pfad Analyse“ (F. Brandl, W. Biermayer, R. Höldrich, S. Brandl, ATZ / MVZ Tagung, Stuttgart, 10.–11. Juni 2008) beschreibt allgemeinen Stand der Technik zur Analyse von Übertragungsfunktionen für Schall beim Durchtritt durch eine Fahrzeugkarosserie.

Offenbarung der Erfindung

Das vorgeschlagene Kraftfahrzeug weist eine Einrichtung zur Schallerzeugung auf, mittels welcher die akustische Wahrnehmung des Kraftfahrzeugs beeinflussende Zusatzgeräusche generierbar sind. Bestandteil der Einrichtung zur Schallerzeugung ist mindestens ein elektrisch oder elektronisch ansteuerbarer Schwingungserreger zur Einwirkung auf ein schwingfähiges Bauteil. Das schwingfähige Bauteil ist ein Karosseriebauteil des Kraftfahrzeugs, und der Schwingungserreger ist mit dem schwingfähigen Bauteil gekoppelt, so dass das schwingfähige Bauteil unter Einwirkung des Schwingungserregers Schall erzeugt, der zumindest außerhalb des Kraftfahrzeugs wahrnehmbar ist.

Erfindungsgemäß ist ein Regler vorgesehen, der das an mindestens einem Ort außerhalb des Kraftfahrzeugs erfasste Außengeräusch als Rückkopplung erhält und dessen Stellgröße auf die Ansteuerung des Schwingungserregers wirkt, wobei der Regler dazu ausgebildet ist, über seine Stellgröße die Einhaltung einer vorgegebenen Mindestlautstärke des Außengeräuschs, und/oder das Vorhandensein mindestens einer vorgegebenen Geräuschkomponente und/oder Frequenzkomponente im Außengeräusch, sicherzustellen. Dabei kann der Regler kontinuierlich oder intermittierend aktiv sein.

Dabei kann der Ort außerhalb des Kraftfahrzeugs insbesondere ein Ort außen am Kraftfahrzeug sein, der mit dem Kraftfahrzeug bewegt wird. Dieser Ort kann aber auch beispielsweise ein anderes Kraftfahrzeug in einem intelligent vernetzten Verbund von Kraftfahrzeugen, zwischen denen ein Datenaustausch stattfindet, sein.

Die Erfinder haben erkannt, dass die Erzeugung eines in die Umgebung des Kraftfahrzeugs abgestrahlten Schalls mit einem Schwingungserreger und einem schwingfähigen Karosseriebauteil Vorteile gegenüber einer Schallerzeugung mit Lautsprechern hat. Für Lautsprecher gibt es im Motorraum bzw. Abgastrakt moderner Fahrzeuge starke Einschränkungen bezüglich des notwendigen Einbauraums; Platz ist kaum vorhanden. Die Lautsprecher müssen zudem robust ausgelegt oder geschützt werden gegenüber dem Motorraum zu erwartenden Umweltbedingungen (Temperatur, Feuchtigkeit, Überflutung, Medien, ...) Die akustische Anmutung von Lautsprechersystemen ist darüber hinaus nur bei sehr hochwertigen Lautsprechern authentisch, d.h. der Sound klingt nicht „echt“. Weiterhin ist eine Öffnung in der Karosserie erforderlich, um eine Abstrahlung nach außen zu ermöglichen.

Hinsichtlich dieser Anforderungen bietet ein Schwingungserreger als Schallerzeuger prinzipielle Vorteile; er ist robuster und zugleich authentischer. Die Erfinder haben jedoch auch erkannt, dass diese Art der Schallerzeugung im Hinblick auf die sicherheitskritische Anwendung in einem AVAS technisch anspruchsvoll ist. Dies ist darin begründet, dass die Übertragungsfunktion, die die Umsetzung der Anregung des Schwingungserregers in ein in die Umgebung des Kraftfahrzeugs abgestrahltes Schallfeld beschreibt, zum Einen kompliziert und zum Anderen auch nicht konstant ist.

So färben die Schwingungseigenschaften der Struktur, an der der Schwingungserreger angebracht ist, die Klangcharakteristik des abgestrahlten Luftschalls, d.h. das Gesamtsystem gibt den Schall nicht so wieder wie gewünscht. Weiterhin wirken die Temperatur, Alterungseffekte und weitere Störeinflüsse auf die Schwingungseigenschaften des Schwingungserregers und des schwingfähigen Karosseriebauteils. So klingt beispielsweise ein kaltes Fahrzeug anders als ein Fahrzeug auf Betriebstemperatur.

Weiterhin verändern sich die akustischen Eigenschaften der Karosserie des Kraftfahrzeugs durch kleine Beschädigungen, beispielsweise durch Parkrempler. Eine solche Beschädigung wird möglicherweise vom Fahrer nicht als solche erkannt und folglich nicht zwangsläufig behoben. Der Fahrer bemerkt also nicht, dass die Schallabstrahlung des AVAS ungenügend ist und damit im Widerspruch zur geltenden Gesetzeslage eine erhöhte Gefährdung von Personen im Umfeld des Fahrzeugs besteht.

Schließlich beeinflussen auch Umwelteigenschaften, wie beispielsweise Verschmutzung, Schlamm, in Hohlräumen gesammelte Steine, Sand, eine Schneelast oder eine Vereisung die akustischen Eigenschaften der Fahrzeugkarosserie.

Die Erfinder haben erkannt, dass diese Hürden durch eine aktive Regelung der Ansteuerung des Schwingungserregers überwunden werden können. Die Einhaltung der gesetzlichen Vorschriften hinsichtlich der Wahrnehmbarkeit des Kraftfahrzeugs für Personen im Umfeld ist jederzeit gewährleistet, ohne dass die zwischen der Anregung des Schwingungsanregers und dem letztendlich abgestrahlten Luftschall wirksame Übertragungsfunktion explizit bekannt oder auch nur konstant sein muss.

Der Regler stellt zugleich ein Überwachungsinstrument für das AVAS bereit. Eine Beeinträchtigung der Funktion des AVAS wird durch die Rückkopplung erkannt, so dass eine Ersatzreaktion ausgelöst und/oder der Fahrer zumindest vor der erhöhten Gefährdung von Personen im Umfeld des Kraftfahrzeugs gewarnt werden kann. Jedes sicherheitskritische System benötigt eine Überwachung.

Somit können die Vorteile, dass ein Schwingungserreger authentischer klingt und den Bauraumbedarf reduziert, auch für die sicherheitskritische Anwendung in einem AVAS nutzbar gemacht werden. Durch die geschlossene Regelschleife können nachteilige Störgrößen bzw. Abhängigkeiten kompensiert werden. Diese bestehen für einen Schwingungserreger beispielsweise in:

  • • Schwingungseigenschaften der Fahrzeugstruktur (z.B. Fertigungsstreuung, Einbauort des Schwingungsaktors am Fahrzeug, Fahrzeugtyp bzw. -baureihe, Alterung, Materialwechsel etc.);
  • • Schwingungseigenschaften des Schwingungserregers (z.B. Fertigungsstreuung, Alterung, etc.)
  • • Einfluss von Umgebungsbedingungen (z.B. Temperatur)

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erhält der Regler zusätzlich das an mindestens einem Ort innerhalb des Kraftfahrzeugs erfasste Innengeräusch als Rückkopplung und ist dazu ausgebildet, über seine Stellgröße das Innengeräusch auf ein vorgegebenes Optimierungsziel zu regeln.

Mit nur einem Schwingungserreger lassen sich auf diese Weise Zusatzgeräusche generieren, die zum Einen der Erfüllung von Sicherheitsanforderungen dienen, da die akustische Wahrnehmbarkeit durch außerhalb des Kraftfahrzeugs befindliche Verkehrsteilnehmer verbessert wird. Zum Anderen kann der Komfort im Inneren des Kraftfahrzeugs gesteigert werden, um dem Fahrer und/oder den Fahrzeuginsassen das Fahren so angenehm wie möglich zu machen. Beispielsweise können als unangenehm empfundene Geräusche durch Zusatzgeräusche überlagert bzw. abgeschwächt werden, so dass sie weniger deutlich wahrgenommen werden. Ferner können Zusatzgeräusche generiert werden, die positiv besetzt sind und somit das Fahrerlebnis von Fahrer und/oder Fahrzeuginsassen erhöhen.

Das heißt, dass das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug eine Einrichtung zur Schallerzeugung besitzt, die vielseitig einsetzbar und zudem einfach und kostengünstig umsetzbar ist, da mit nur einem Schwingungserreger bzw. mit nur einer Art eines Schwingungserregers sowohl Außen- als auch Innengeräusche generierbar sind.

Indem der gleiche Regler sowohl für eine Optimierung des Außengeräuschs als auch zur Optimierung des Innengeräuschs genutzt wird, können die Herstellungskosten sowie der Bauraum- und Applikationsaufwand deutlich reduziert werden. Vorbekannte Lösungen, die sowohl ein ASE als auch ein AVAS beinhalteten, sahen separate Steuergeräte für das ASE und für das AVAS vor.

Die Integration beider Systeme durch Nutzung des gleichen Reglers bietet den weiteren Vorteil, dass in einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung in dem Regler die Einhaltung der vorgegebenen Bedingung für das Außengeräusch gegenüber der Übereinstimmung des Innengeräuschs mit dem Optimierungsziel priorisiert sein kann.

Das mindeste Optimierungsziel für den nach außen abgestrahlten Luftschall ist die Einhaltung gesetzlicher Anforderungen bezüglich Frequenzzusammensetzung und Amplitude des Außengeräuschs. Das Optimierungsziel für das Innengeräusch kann beispielsweise eine „Geräuschqualität“ im Sinne des „brand sound“ des OEM sein. Zur Steuerung der Verteilung zwischen der Anregung eines Innen- und Außengeräusch können beispielsweise der Frequenzinhalt des Signals, mit dem der Schwingungserreger angesteuert wird, unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Übertragungsfunktionen vom Schwingungserreger in den Innenraum bzw. in den Außenraum optimiert werden. Bereits mit nur einem Schwingungsanreger lässt sich als Zusatzfunktion zum AVAS das Innengeräusch schon verbessern, wenn auch eine vollständig unabhängige Regelung von Innen- und Außengeräusch mehrere Schwingungsanreger erfordert. Weiterhin kann die Erzeugung des Innengeräuschs in bekannter Weise durch ein lautsprecherbasiertes ASE-System unterstützt werden.

Das Außengeräusch muss aber nicht ausschließlich auf die Einhaltung gesetzlicher Anforderungen optimiert werden. Unter der Randbedingung, dass diese Anforderungen jederzeit erfüllt werden, ist es selbstverständlich möglich, auch die Geräuschqualität des Außengeräuschs im Sinne von ASE zu optimieren.

Im Bedarfsfall können mehrere, ggfs. unterschiedliche Schwingungsanreger oder andere Schall erzeugende Aktoren von ein und demselben Steuergerät aus angesteuert werden (Systemlösung). Dadurch wird die Fähigkeit des Systems, Innen- und Außensound zu entkoppeln, deutlich erweitert. Hierbei kann ausgenutzt werden, dass die Transferpfade ausgehend von unterschiedlichen Schwingungsanregern an verschiedenen Orten in den Innenraum bzw. in den Außenraum jeweils unterschiedlich sind.

Vorteilhafterweise umfasst der Schwingungserreger einen Aktor, insbesondere einen Magnet- oder Piezoaktor. Derartige Aktoren sind besonders kleinvolumig, so dass der Bauraumbedarf der Einrichtung zur Schallerzeugung gesenkt wird.

Ferner wird vorgeschlagen, dass der Schwingungserreger mit einer Steuereinheit des Kraftfahrzeugs verbunden ist. Über die Steuereinheit kann der Schwingungserreger in Abhängigkeit von aktuellen Betriebsparametern des Kraftfahrzeugs angesteuert werden, so dass diese Berücksichtigung finden.

Als Sensor für das Außengeräusch kann insbesondere ein am interessierenden Ort außerhalb des Fahrzeugs angeordnetes Mikrofon dienen. Dieses Mikrofon kann beispielsweise in der Frontscheibe eingebaut sein, bevorzugt in der Mitte oben. Es kann aber auch beispielsweise am Außenspiegel, in der Mitte des Wasserkastens oder im Kühlergrill eingebaut sein.

Als Sensor für das Innengeräusch kann insbesondere ein am interessierenden Ort innerhalb des Fahrzeugs angeordnetes Mikrofon dienen. Dieses Mikrofon kann beispielsweise in einer Kopfstütze oder im Dachhimmel eingebaut sein.

Alternativ oder auch in Kombination hierzu kann jedoch beispielsweise auch ein am schwingfähigen Bauteil angeordneter Körperschallsensor als Sensor für das Außengeräusch, und/oder als Sensor für das Innengeräusch, vorgesehen sein. Der Körperschallsensor kann beispielsweise an Einbauort des Schwingungserregers lokalisiert bzw. in diesen eingebaut sein, um die Beschleunigung des Schwingungserregers bzw. die durch ihn ausgeübte Kraft zu erfassen. Er kann aber auch beispielsweise im Innenraum an der Sitzschiene oder im Außenraum am den Schwingungserreger tragenden Karosseriebauteil angeordnet sein, um die Beschleunigung bzw. Schallschnelle zu erfassen.

Hierbei kann besonders vorteilhaft eine zusätzliche Eicheinheit vorgesehen sein, die aus dem Signal des Körperschallsensors in Verbindung mit der Temperatur T das Außengeräusch, und/oder das Innengeräusch, ermittelt. Die Temperatur T ist im normalen Betrieb des Kraftfahrzeugs der größte Einflussfaktor auf die Schwingungseigenschaften der Karosserie.

Wird hierbei ein Körperschallsensor eingesetzt, wie etwa ein Beschleunigungsaufnehmer, wird die Robustheit der Messung erhöht. Es wird dann nicht die Luftschallabstrahlung des Schwingsystems gemessen, sondern dessen Eigenschwingung an so vielen Punkten, wie es Sensoren im System gibt. Um auf die Schallabstrahlung zu schließen, kann beispielsweise ein rechnerisches Modell genutzt werden, das es unter bestimmten Bedingungen hinreichend genau ermöglicht, auf die Luftschallabstrahlung zu schließen. Temperatureinflüsse und deren Streuung sind besonders gut mathematisch modellierbar und somit in eine Eicheinheit integrierbar.

In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung enthält der Regler eine Auswerteeinheit zur Ermittlung einer Übertragungsfunktion zwischen der Ansteuerung des Schwingungserregers und dem interessierenden Ort außerhalb des Kraftfahrzeugs, und/oder zur Ermittlung einer Übertragungsfunktion zwischen der Ansteuerung des Schwingungserregers und dem interessierenden Ort innerhalb des Kraftfahrzeugs. Hierfür kann die Auswerteeeinheit als Informationsquelle beispielsweise die von ihm im Rahmen der Rückkopplung registrierte Regelabweichung zwischen Soll- und Istgeräusch, und/oder den zeitlichen Verlauf dieser Regelabweichung, heranziehen. Die Auswerteeinheit kann die Regelstrecke somit selbständig kennenlernen und identifizieren, so dass sie dem Regler auch dann eine Übertragungsfunktion zur Verfügung stellen kann, wenn diesbezüglich keinerlei Vorwissen vorhanden ist. Dabei wird der Regler zugleich lernfähig, so dass seine Regelgüte mit der Zeit immer besser wird.

Der Regler muss sich die Übertragungsfunktion aber auch nicht zwangsläufig vollständig selbst erarbeiten. Beispielsweise kann der Regler einen parametrisierten Ansatz oder ein anderes Modell für die Übertragungsfunktion aufweisen, das nach der Herstellung bzw. Montage des Fahrzeugs berechnet und/oder durch eine Kalibrationsmessung ermittelt wurde. Dieses Modell kann dann als Reaktion auf Störeinflüsse zielgerichtet angepasst werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Auswerteeinheit zusätzlich dazu ausgebildet, aus der Übertragungsfunktion eine Equalizing-Funktion zu ermitteln, so dass die Equalizing-Funktion die Wirkung der Übertragungsfunktion auf den Frequenzgang des Signals zumindest teilweise kompensiert. Die Equalizing-Funktion kann insbesondere dem Signal eine derartige Veränderung aufprägen, die im Vorhinein diejenige Veränderung, welche die Übertragungsfunktion dem Signal aufprägt, neutralisiert. Wird also beispielsweise auf ein Schallsignal, das in die Umgebung des Kraftfahrzeugs abgestrahlt werden soll, zunächst die Equalizing-Funktion angewendet und der Schwingungserreger mit dem hieraus entstehenden Signal angesteuert, so durchläuft das Signal die Übertragungsfunktion, bevor es als Luftschall abgestrahlt wird. Die optimale Equalizing-Funktion sorgt dafür, dass der Frequenzgang bzw. das Frequenzspektrum des letztendlich abgestrahlten Luftschalls mit dem Frequenzgang bzw. Frequenzspektrum des ursprünglich intendierten Schallsignals im Wesentlichen identisch ist.

Beispielsweise kann der Schwingungserreger zunächst entsprechend den Anforderungen an das abgestrahlte Zielgeräusch angesteuert werden. Hierbei wird zunächst angenommen, dass eine bestimmtes Übertragungsfunktion zwischen Ansteuerung des Schwingungserregers und Schallabstrahlung (z.B. typisch für den Neuzustand des Fahrzeugs bei 20 °C Umgebungstemperatur) vorliegt. Mittels eines Mikrofons wird der abgestrahlte Schall aufgenommen. Durch die Bildung der Equalizer-Funktion wird dann sichergestellt, dass das tatsächlich abgestrahlte Geräusch den Anforderungen entspricht; die Equalizer-Funktion, die auf das Signal vor der Ansteuerung des Schwingungserregers angewendet wird, hebt im Vorhinein die anschließende Wirkung der Übertragungsfunktion auf den Frequenzgang bzw. das Frequenzspektrum des Signals auf. Die Übertragungsfunktion kann beispielsweise zu Beginn einmal gemessen werden, und anschließend kann das in ihr enthaltene Modell des Übertragungsverhaltens auf sich ändernde Gegebenheiten angepasst und fortgeschrieben werden. Im weiteren Betrieb des Fahrzeugs kann dann diese Fortschreibung zur Anpassung der Equalizer-Funktion, und damit zur Korrektur der sich ändernden Schwingungseigenschaften, genutzt werden, ohne dass hierfür noch einmal Testsignale benötigt werden.

Im Rahmen der Erfindung wurde auch ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs entwickelt, das mit der Einrichtung zur Schallerzeugung gemäß der Erfindung ausgerüstet ist. Bei diesem Verfahren wird zur Ermittlung der Übertragungsfunktion der Schwingungserreger mit einem Testsignal bekannter Frequenzzusammensetzung beaufschlagt und die Antwort auf dieses Testsignal am interessierenden Ort innerhalb bzw. außerhalb des Kraftfahrzeugs gemessen. Dabei können insbesondere die Antworten an beiden Orten, also innerhalb und außerhalb des Kraftfahrzeugs, gleichzeitig gemessen werden.

Erfindungsgemäß wird für die Beaufschlagung des Schwingungserregers mit dem Testsignal ein Zeitpunkt gewählt, zu dem die Antwort für den Fahrzeugbenutzer, und/oder für eine umstehende Person im Nahbereich des Kraftfahrzeugs, durch ein Betriebsgeräusch des Kraftfahrzeugs, und/oder durch ein außerhalb des Kraftfahrzeugs entstandenes Fremdgeräusch, maskiert ist.

So können beispielsweise laute Fremdgeräusch-Situationen, wie Tunnel, Hauptverkehrszeiten, Häuserschluchten etc. genutzt werden, um die Übertragungsfunktion zu ermitteln, ohne dass der Fahrzeugbenutzer bzw. umstehende Personen die hierfür verwendeten Geräusche bewusst wahrnehmen.

Weiterhin kann auch ein Zeitpunkt zwischen zwei Motorzündungen des Kraftfahrzeugs gewählt werden. Insbesondere kann die Messung so in Portionen aufgeteilt werden, dass zwischen zwei Motorzündungen jeweils eine Portion abgearbeitet wird. Die Messung kann also drehzahlgeführt wiederkehrend zwischen den Motorzündungen erfolgen, so dass im Frequenzbereich Ordnungen zwischen den klassischen verbrennungsmotorischen Ordnungen abgetastet werden. Wird ein Testsignal immer zwischen zwei Motorzündungen erzeugt, nimmt der Fahrzeugbenutzer, bzw. eine Person im Nachbereich des Fahrzeugs, besonders wenig davon wahr.

Um sicherzustellen, dass die Messung durch das Motorgeräusch nicht beeinflusst wird, kann das Messsignal kann mit den bekannten Motorordnungen gefiltert werden. Dann werden unabhängig davon, ob das Testsignal zeitlich mit den Motorzündungen koordiniert ist oder kontinuierlich erzeugt wird, nur die zwischen den Motorzündungen gewonnenen Messdaten weiter verwendet.

Beispielsweise kann die Messdatenaufnahme über den klassischen Anfahrvorgang getriggert werden.

Als Betriebsgeräusch, das das Testsignal maskiert, kann aber beispielsweise auch ein akustisches Signal eines Systems des Kraftfahrzeugs gewählt werden, zu dem ein Bedienungsvorgang des Fahrzeugbenutzers Anlass gegeben hat. Beispielsweise kann beim elektronischen Entriegeln der Türen in Vorbereitung auf eine bevorstehende Fahrt ein Willkommens-Sound erzeugt bzw. abgespielt werden, und dieser kann die gleichzeitig erfolgende Messung der Übertragungsfunktion maskieren.

Zur Bestimmung der Übertragungsfunktion kann beispielsweise ein Filter mit endlicher Impulsantwort (FIR-Filter) eingesetzt werden. Dieser Filter kann beispielsweise in seiner Frequenz gesweept werden. Zur Effizienzsteigerung kann aber auch beispielsweise ein Multisinus als Derivat aus einem Sweep eingesetzt werden. Dabei können beispielsweise die Frequenzstützstellen für den Multisinus aus dem Sweep definiert werden.

Die Rückkopplung bzw. die Erfassung der Übertragungsfunktion kann weiterhin verbessert werden durch Nutzung der Fahrzeugsensorik zur Erfassung des Betriebszustands (Drehzahl Traktionsmaschine, Fahrgeschwindigkeit, Lastzustand, Fahrerwunsch, Gangstufe, etc.)

Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher dargestellt.

Ausführungsbeispiele

Es zeigt:

1 Ausführungsbeispiel eines gemäß der Erfindung ausgestatteten Kraftfahrzeugs 1.

2 Beispiel für den Betriebsablauf in der Einrichtung 2 zur Schallerzeugung.

In 1 ist ein gemäß der Erfindung mit einer Einrichtung zur Schallerzeugung 2 ausgestattetes Kraftfahrzeug 1 beispielhaft und schematisch dargestellt. An der Innenseite der Motorhaube 4, bei der es sich um ein schwingfähiges Karosseriebauteil des Kraftfahrzeugs 1 handelt, ist ein Schwingungserreger 3 angebracht, der insbesondere piezoelektrisch sein kann. Wird dieser Schwingungserreger 3 mit einem geeigneten Spannungssignal angesteuert, wird die Motorhaube zu Schwingungen angeregt. Daraufhin strahlt die Motorhaube 4 Schall 4a in die Umgebung des Kraftfahrzeugs 1 und Schall 4b in den Innenraum des Kraftfahrzeugs 1 ab.

Der Schall 4a pflanzt sich unter anderem bis zum Ort 11 außerhalb des Kraftfahrzeugs 1 fort, an dem ein Mikrofon 111 angeordnet ist. Das von dem Mikrofon 111 aufgenommene Außengeräusch 12 wird dem Regler 10 als Rückkopplung 13a zugeführt. Zugleich pflanzt sich der Schall 4b unter anderem bis zum Ort 15 innerhalb des Kraftfahrzeugs 1 fort, an dem ein Mikrofon 151 angeordnet ist. Das von dem Mikrofon 151 aufgenommene Innengeräusch 16 wird dem Regler 10 als Rückkopplung 13b zugeführt. Zusätzlich ist auf der Außenseite der Motorhaube 4 noch ein ergänzender Körperschallsensor 22 angeordnet, der mit einer Eicheinheit 23 gekoppelt ist. Die Eicheinheit 23 bereitet das Signal vom Körperschallsensor 22 unter zusätzlicher Berücksichtigung der von einem Temperatursensor 231 registrierten Temperatur T auf und übermittelt ein Signal, das sowohl einen Beitrag des Außengeräuschs 12 als auch einen Beitrag des Innengeräuschs 16 enthält, als Rückkopplung 13a, 13b an den Regler 10. Der Regler 10 nutzt die Rückkopplung 13a, 13b, um über seine Stellgröße 14 die Ansteuerung des Schwingungserregers 3 dahingehend zu beeinflussen, dass das Außengeräusch 12 und das Innengeräusch 16 jeweils dem Optimierungsziel bestmöglich entsprechen.

Hierzu enthält der Regler eine Auswerteeinheit 17, die die Übertragungsfunktion 18a zwischen der Ansteuerung des Schwingungserregers 3 und dem Ort 11 außerhalb des Kraftfahrzeugs 1 sowie die Übertragungsfunktion 18b zwischen der Ansteuerung des Schwingungserregers 3 und dem Ort 15 innerhalb des Kraftfahrzeugs 1 bestimmt. Durch Invertieren ermittelt die Auswerteeinheit 17 jeweils eine Equalizing-Funktion 19a, die die Wirkung der Übertragungsfunktion 18a im Vorhinein aufhebt, sowie eine Equalizing-Funktion 19b, die die Wirkung der Übertragungsfunktion 18b im Vorhinein aufhebt. Beide Equalizing-Funktionen 19a und 19b werden vom Regler 10 für die Ermittlung der Stellgröße 14 herangezogen.

Zur Ermittlung der Übertragungsfunktionen 18a und 18b gibt die Auswerteeinheit 17 additiv Testsignale 20 der Stellgröße 14 des Reglers 10 hinzu. Die Auswerteeinheit 17 greift die Antworten 21a, 21b auf diese Testsignale 20 aus den dem Regler 10 zugeführten Rückkopplungen 13a, 13b ab.

Das als Schall 4a, 4b abzustrahlende Nutzsignal 31 wird durch eine kombinierte ASE/AVAS-Steuerlogik 30 erzeugt und dem Regler 10 zugeführt. Es wird durch den Regler 10 gemäß der Erfindung dahingehend aufbereitet und als Stellgröße 14 dem Schwingungserreger 3 zugeführt, dass es möglichst unverfälscht und im Sinne der dem Regler vorgegebenen Optimierungsziele als Schall 4a, 4b abgestrahlt wird.

2 zeigt beispielhaft einen Betriebsablauf innerhalb des Reglers 10. Der Ablauf beginnt im Block 1000 mit dem Einschalten der Zündung des Kraftfahrzeugs 1. Im Block 1001 werden die Betriebszustände des Kraftfahrzeugs 1 erfasst. Anschließend wird gemäß Block 1002 abgewartet, bis das Fahrzeug anrollt (Geschwindigkeit größer Null). Sofern dies nicht der Fall ist, wird zu Block 1001 zurück verzweigt, so dass die erfassten Betriebszustände des Kraftfahrzeugs 1 aktualisiert werden. Sobald das Fahrzeug rollt, erzeugt die ASE/AVAS-Steuerlogik 30 gemäß Block 1003 das abzustrahlende Signal 31, welches in Block 1004 über den Regler 10 als Stellgröße 14 dem Schwingungserreger 3 zugeführt wird.

Anschließend werden gemäß Block 1005 im Regler 10 die Rückkopplungen 13a und 13b erfasst. In Block 1006 wird geprüft, ob das als Schall 4a, 4b abgestrahlte und im Wege der Rückkopplungen 13a, 13b erfasste Signal dem Soll-Signal 31 entspricht. Ist dies der Fall, wird zu Block 1001 zurückverzweigt, so dass die erfassten Betriebszustände des Kraftfahrzeugs 1 aktualisiert werden und das Verfahren von vorn beginnt.

Entspricht die Rückkopplung 13a, 13b dem Soll-Signal 31 nicht in hinreichendem Maße, wird von Block 1006 zu Block 1007 verzweigt und dort geprüft, ob die erfassten Betriebszustände des Kraftfahrzeugs 1 älter sind als 0,2 Sekunden. Sind die Betriebszustände älter als 0,2 Sekunden, werden sie nach Verzweigung zurück in den Block 1001 aktualisiert. Sind die Betriebszustände aktueller, werden sie in Block 1008 dazu herangezogen, um über die Equalizing-Funktionen 19a und 19b das dem Schwingungserreger 3 zugeführte Signal 14 abzuändern mit dem Ziel, dieses abgeänderte Signal 14 in Block 1004 erneut auszugeben und so das als Schall 4a, 4b abgestrahlte und im Wege der Rückkopplungen 13a, 13b erfasste Signal in Übereinstimmung mit dem Soll-Signal 31 zu bringen.

Der Betriebsablauf endet im Block 1009, wenn die Zündung des Kraftfahrzeugs 1 ausgeschaltet wird.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Patentliteratur

  • DE 19746523 A1 [0004]
  • DE 3420463 A1 [0004]
  • DE 9005598 U1 [0004]
  • WO 90/13109 [0004]
  • WO 92/08225 [0005]
  • DE 102011081595 A1 [0006]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

  • F. Brandl, W. Biermayer, R. Höldrich, S. Brandl, ATZ / MVZ Tagung, Stuttgart, 10.–11. Juni 2008 [0006]