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DE19911335A1 - Vorrichtung zur Einstellung von Motorgeräuschen im Innenraum eines Kraftfahrzeuges - Google Patents

Vorrichtung zur Einstellung von Motorgeräuschen im Innenraum eines Kraftfahrzeuges

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DE19911335A1
DE19911335A1 DE19911335A DE19911335A DE19911335A1 DE 19911335 A1 DE19911335 A1 DE 19911335A1 DE 19911335 A DE19911335 A DE 19911335A DE 19911335 A DE19911335 A DE 19911335A DE 19911335 A1 DE19911335 A1 DE 19911335A1
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Einstellung von Motorgeräuschen im Innenraum eines Kraftfahrzeuges, umfassend mindestens einen einem Kraftfahrzeugmotor (2) zugeordneten Körperschall-Sensor (3) und/oder einen Luftschallsensor, eine programmierbare Bandpaß-Filtereinrichtung (3) und mindestens einen Lautsprecher, wobei die vom Körperschall-Sensor (3) und/oder einen Luftschallsensor erfaßten Motorgeräusche der Bandpaß-Filtereinrichtung (5) zuführbar sind, wo wahlweise einstellbare Frequenzbereiche des erfaßten Motorgeräusches unterdrückbar sind und das gefilterte Motorgeräusch über den Lautsprecher in den Innenraum abstrahlbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Einstellung von Motorgeräuschen im Innenraum eines Kraftfahrzeuges.
In üblichen Kraftfahrzeugen besteht heutzutage die Tendenz, die vom Motor und seinen Anbauteilen erzeugten Geräusche soweit als möglich zu dämmen. Als Ergebnis hiervon sind Geräusche des Motors im Innenraum insbesondere bei niedrigen Lastzuständen des Motors und überlagerten stärkeren sonstigen Fahrgeräuschen kaum mehr vernehmbar. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß der Fahrer eines Automobils für sein persönliches Wohlbefinden oder Vergnügen eine akustische Wahrnehmung oder Rückkopplung des Motors benötigt.
Aus der DE 34 20 463 ist eine Klangerzeugungsvorrichtung bekannt, bei der mittels eines Drehzahlsensors ein Drehzahlsignal erfaßt wird. Das Drehzahlsignal wird einer Frequenzumsetzerschaltung zugeführt, die ausgangsseitig mehrere drehzahlproportionale Frequenzsignale erzeugt, von denen eines durch den Fahrer auswählbar und über einen Wahlschalter zu einem Verstärker und einen Lautsprecher im Innenraum des Kraftfahrzeuges zuführbar ist. Diese künstlich erzeugten drehzahlproportionalen Frequenzsignale sollen Geräusche simulieren, die dem Fahrer des Kraftfahrzeuges akustisch das Gefühl vermitteln, einen Sportwagen mit den für einen Sportwagen typischen Klangverhalten zu fahren, obwohl der Fahrer tatsächlich ein Durchschnittskraftfahrzeug bewegt.
Aus der WO 91/18385 ist eine Geräuscherzeugungsvorrichtung bekannt, bei der wenigstens ein Lastsensor vorgesehen ist und der Geräuschgenerator durch eine z. B. als Computer ausgebildete Steuerungsvorrichtung und einen Synthesizer gebildet ist, wobei die Steuerungsvorrichtung derart ausgebildet ist, daß diese den Synthesizer in Abhängigkeit von Betriebsbereichen, die durch das Lastsignal sowie gegebenenfalls weitere Signale, wie z. B. ein Drehzahlsignal, definiert sind, zum Erzeugen von Geräuschen veranlaßt, die von Betriebsbereich zu Betriebsbereich bzw. von Betriebspunkt zu Betriebspunkt variieren. Bei diesen Betriebsbereichen kann es sich um Bereiche von zwei- oder mehrdimensionalen Kennlinienfeldern handeln, die zumindest eine Achse in Richtung der Last und gegebenenfalls eine Achse in Richtung der Drehzahl aufweisen. Da die jeweils erzeugten Klänge oder Geräusche oder Rhythmen abhängig sind von Drehzahl und Last des Motors sowie gegebenenfalls von weiteren Fahrzustands- oder Motorparametern, ist der Fahrer des Fahrzeugs ständig akustisch mit dem Fahrzustand in einer Rückkopplungsbeziehung, wodurch ihm eine optimale Handhabung des Fahrzeuges ermöglicht wird.
Aus der WO 90/13109 ist eine Geräuscherzeugungsvorrichtung für Kraftfahrzeuge bekannt, mit einer Signalquelle zur Erzeugung gewünschter Geräusche in Abhängigkeit der Fahrzustandsparameter und Mittel zur Erfassung der Fahrzustandsparameter, wobei die erzeugten Signale an einen oder mehrere Lautsprecher oder andere Wandler oder Vibration- Aktuatoren übergeben werden, so daß für den Fahrer die gewünschten Geräuschkulisse erzeugt wird. Als Signalquelle können auch aufgezeichnete Signale verwendet werden.
Aus der WO 92/08225 ist eine Vorrichtung zur akustischen Kontrolle an Fahrzeugen bekannt, umfassend eine erste Signalquelle, die gewünschte Fahrzeuggeräusche oder -vibrationen erzeugt, und Kontrollmittel reagierend auf die Fahrzeugparameter, die die Signale der ersten Signalquelle steuern, so daß gewünschte Ausgangssignale an Wandler abgegeben werden, die dann die gewünschten Fahrzeuggeräusche oder -vibrationen abgeben. Die Vorrichtung kann in eine destruktive Geräuschinterferenzvorrichtung integriert werden, die die nicht erwünschten Fahrzeuggeräusche kompensiert bzw. auslöscht. Die Fahrzeugparameter können entweder über die Drosselklappenstellung oder Gangwechsel sensorisch erfaßt werden. Alternativ kann über ein Mikrofon oder einen Vibration-Sensor die Motorgeschwindigkeit erfaßt werden. Das dem Motorsignal entsprechende Signal vom Mikrofon wird an eine Signalbehandlungseinheit übergeben. Die Signalbehandlungseinheit kann z. B. ein von einem Mikroprozessor gesteuerter Synthesizer sein. Das Signal vom Mikrofon wird zum Triggern eines gewünschten Signals des Synthesizers verwendet, das auf einen Vorverstärker geschaltet wird und anschließend auf im Kraftfahrzeug angeordnete Lautsprecher geschaltet wird. Die Signalbehandlungseinheit erhält zusätzlich ein Signal von einem weiteren Wandler, der z. B. als Mikrofon ausgebildet ist, als Rückkopplungssignal. Dieses Mikrofon kann z. B. in der Fahrgastzelle angeordnet sein. Die beiden Ausgangssignale der Wandler sowie ein Signal des Vorverstärkers werden auf die destruktive Geräuschinterferenzvorrichtung aufgeschaltet.
Aus der GB 2 254 979 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bekannt, bei dem aktiv ein gewünschtes Fahrzeuggeräusch in die Fahrzeugkabine eingestrahlt wird. Dazu mißt eine Sensorik die Differenzvibration zwischen einer wiederkehrenden Vibrationsquelle wie z. B. die Motorgeräusche und einem angesteuerten Aktuator. Dabei wird die Amplitude der Grundschwingung oder der ersten Oberschwingung der wiederkehrenden Vibrationsquelle erfaßt und die erfaßte Differenzvibration in eine Vielzahl unabhängiger Komponentenpaare umgeformt. Die Vielzahl unabhängiger Komponentenpaare bilden die Differenzvibration und sind jeweils synchronisiert zur wiederkehrenden Periode der wiederkehrenden Vibrationsquelle. Die einzelnen Komponentenpaare werden verändert und steuern anschließend wieder den Aktuator an. Dieser Vorgang wiederholt sich so lange, bis die Differenzvibration einem vorbestimmten Wert entspricht. Vorzugsweise wird neben der Amplitude auch die Phase der Grundschwingung oder der ersten Oberschwingung der wiederkehrenden Vibrationsquelle erfaßt. Das Verfahren beruht darauf, iterativ ausgehend von einer gezielten Startschätzung die Verbesserungen oder Verschlechterungen zu erfassen und beim nächsten Iterationsschritt entsprechend Phase und Amplitude der Komponentenpaare gegenzusteuern. Nachteilig an dem bekannten Verfahren ist die verhältnismäßig lange Einschwingungszeit des Systems, so daß das Verfahren z. B. für sich schnell ändernde Fahrzeugzustände nicht geeignet ist.
Aus der DE 197 46 523 A1 ist ein Verfahren zur Klangerzeugung in Kraftfahrzeugen bekannt, bei dem die Drehzahl eines Motors und die Übertragungsfunktion der Lautsprecher erfaßt werden. Aus dem der Drehzahl entsprechenden Signal wird die Grundfrequenz des Motors berechnet. Anschließend werden die Lautsprecher derart angesteuert, daß gewünschte Oberwellen verschiedener Ordnung zur Grundfrequenz in Abhängigkeit zu den Übertragungsfunktionen der Lautsprecher abgestrahlt werden.
Nachteilig an allen bekannten Verfahren ist die sehr aufwendige und komplizierte aktive Geräuschgenerierung.
Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, eine Vorrichtung zur Einstellung von Motorgeräuschen im Innenraum eines Kraftfahrzeuges zu schaffen, die einfach zu regeln ist.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Im Gegensatz zum Stand der Technik wird das natürliche Motorgeräusch mittels eines Körperschall-Sensors und/oder Luftschallsensor erfaßt, aus diesem störende Frequenzbereiche herausgefiltert und das derart aufbereitete Motorgeräusch in den Innenraum abgestrahlt. Hierzu weist die Vorrichtung eine programmierbare Bandpaß- Filtereinrichtung auf, mittels derer Frequenzbereiche von verschiedener Bandbreite herausfilterbar sind. Da jeder Motor- und Fahrzeugtyp einen charakteristischen Frequenzverlauf aufweist, können vorab bestimmte Frequenzbereiche bestimmt und in einem Speicher abgelegt werden. Der Kraftfahrzeugführer kann dann mittels einer Benutzerführung sich ein gewünschtes Klangbild auswählen. Dem gewünschten Klangbild sind dann Filterparameter zugeordnet, auf die dann die programmierbare Bandpaß- Filtereinrichtung eingestellt wird. Alternativ kann der Nutzer sich auch ein individuelles Klangbild durch die Wahl der Filterparameter erzeugen.
Vorzugsweise ist der Körperschall-Sensor als Beschleunigungssensor ausgebildet, der unempfindlicher gegenüber störenden Strömungsgeräuschen im Motorraum als ein Mikrofon ist, wodurch eine höhere Reinheit des aufgenommenen Motorgeräusches erreichbar ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Körperschall-Sensor in der Nähe der Drosselkappe angeordnet, da deren Öffnungswinkel in einem engen Zusammenhang mit den erzeugten Motorgeräuschen steht. Vorzugsweise wird daher der Körperschall-Sensor auf einem Saugrohr des Motors angeordnet.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden als programmierbare Bandpaß- Filtereinrichtung und Laufsprecher ein Equalizer und die Lautsprecher eines Audio-Systems verwendet, mit dem Vorteil einer bauteilsparenden Doppelnutzung vorhandener Komponenten.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden die über die Lautsprecher abzustrahlenden Signale derart zeitlich zueinander versetzt den Lautsprechern zugeführt, daß eine räumliche Zuordnung des Motorgeräusches erreicht wird, beispielsweise derart, daß das Motorgeräusch von vorne oder ein künstliches Auspuffgeräusch von hinten kommt. Dies kann des weiteren mittels eines zentrisch in der Konsole angeordneten Lautsprechers unterstützt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Figur zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Einstellung von Motorgeräuschen im Innenraum eines Kraftfahrzeuges und
Fig. 2 einen schematischen Verlauf eines mittels eines Beschleunigungssensors aufgenommenen Motorgeräuschsignals.
Die Vorrichtung 1 zur Einstellung von Motorgeräuschen im Innenraum eines Kraftfahrzeuges umfaßt einen einem Motor 2 zugeordneten Körperschall-Sensor 3, einen Ladungsverstärker 4, eine programmierbare Bandpaß-Filtereinrichtung 5, einen Endverstärker 6 und mindestens zwei nicht dargestellte Lautsprecher, die in den Innenraum des Kraftfahrzeuges abstrahlen. Der Körperschall-Sensor 3 und der Ladungsverstärker 4 sind vorzugsweise als integriertes Bauteil ausgebildet, was durch die Strichelung verdeutlicht werden soll. Desweiteren ist die freiprogrammierbare Bandpaß-Filtereinrichtung mit einem im Innern des Kraftfahrzeuges angeordneten Interface verbunden, über das vorzugsweise ein gewünschtes Klangbild mit den zugehörigen Filterparametern eingebbar ist. Der Körperschall-Sensor 3 ist vorzugsweise als Beschleunigungssensor ausgebildet und nimmt die Vibrationen des Motors 2 auf, wobei ein beispielhafter schematischer Verlauf in Fig. 2 dargestellt ist. Ein besonders günstiger Ort für die Anordnung des Beschleunigungssensors ist in der Nähe der Drosselklappe, wo ein sehr guter Zusammenhang zwischen Vibrationen und Motorgeräusch vorliegt. Daher wird der Beschleunigungssensor auch vorzugsweise auf dem Saugrohr angeordnet. Vorzugsweise sind die programmierbare Bandpaß-Filtereinrichtung 5, der Endverstärker 6 und die Lautsprecher Teil eines Audio-Systems.
Die in Fig. 2 dargestellten Spitzen in den Frequenzbereichen Δf1-Δf3 sind für das bekannte Motorbrummen verantwortlich. Diese setzen sich aus einer Grundfrequenz des Motors 2 und deren höheren Ordnungen zusammen, die jeweils motorspezifisch unterschiedlich ausgeprägt sind. Über die programmierte Bandpaß-Filtereinrichtung können nun bestimmte gewünschte Frequenzen und Frequenzbereiche des Innengeräusches angehoben, unerwünschte Klangkomponenten in (geringer) Originallautstärke belassen werden.
Zusätzlich kann bei Bedarf die Vorrichtung 1 mit einer aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtung zum Auslöschen oder Erzeugen bestimmter Ordnungen kombiniert werden. Vorzugsweise erfolgt dies derart, daß die Grundcharakteristik des Motorgeräusches erhalten bleibt und nur die wirklich als störend empfundenen Frequenzanteile herausgefiltert werden. Beispielsweise könnten in dem Verlauf gemäß Fig. 2 die Frequenzbereich Δf2 und Δf3 herausgefiltert werden, der Bereich Δf1 hingegen über die Lautsprecher abgestrahlt werden.
Beim Einspielen der Motorgeräusche in den Innenraum des Kraftfahrzeuges sollte die räumliche Zuordnung des Motorgeräusches zum realen Ort des Motors nicht verloren gehen. Dies kann beispielsweise durch einen zentrisch in der Konsole angeordneten Lautsprecher erreicht werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Signale für die Lautsprecher entsprechend ihrer räumlichen Anordnung im Innern des Kraftfahrzeuges derart zeitlich zueinander zu verzögern, daß sich das gewünschte räumliche Klangbild einstellt.
Bei den bisherigen Betrachtungen wurde davon ausgegangen, daß nur ein Beschleunigungssensor am Motor 2 angeordnet wird. Es ist jedoch beispielsweise möglich, bis zu vier unabhängige Beschleunigungssensoren oder ggf. Mikrofone an verschiedenen Stellen am Motor 2 anzuordnen, die dann jeweils einen Ladungsverstärker aufweisen und als unabhängige Kanäle aufbereitet werden.
Weiterhin ist mit diesem System auch eine akustische Diagnose der Motorfunktion möglich, wenn die Filterung des Motorkörperschalls nur schwach eingestellt und die Gesamtlautstärke angehoben wird.

Claims (6)

1. Vorrichtung (1) zur Einstellung von Motorgeräuschen im Innenraum eines Kraftfahrzeuges, umfassend mindestens einen einem Kraftfahrzeugmotor (2) zugeordneten Körperschall-Sensor (3) und/oder einen Luftschallsensor, eine programmierbare Bandpaß-Filtereinrichtung (3) und mindestens einen Lautsprecher, wobei die vom Körperschall-Sensor (3) und/oder einen Luftschallsensor erfaßten Motorgeräusche der Bandpaß-Filtereinrichtung (5) zuführbar sind, wo wahlweise einstellbare Frequenzbereiche des erfaßten Motorgeräusches unterdrückbar sind und das gefilterte Motorgeräusch über den Lautsprecher in den Innenraum abstrahlbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körperschall-Sensor (3) als Beschleunigungssensor ausgebildet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Körperschall-Sensor (3) auf einem Saugrohr des Motors (2) angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Körperschall-Sensor (3) und der programmierbaren Bandpaß-Filtereinrichtung (5) ein Ladungsverstärker (4) angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandpaß-Filtereinrichtung (5) und/oder die Lautsprecher Bestandteil eines Audio- Systems sind.
6. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, mit mehreren, räumlich verteilten Lautsprechern, dadurch gekennzeichnet, daß die den Lautsprechern zuführbaren Signale derart zeitlich verzögerbar zuführbar sind, so daß sich akustisch eine räumliche Zuordnung zum Motor (2) einstellt.
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