VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM ERZEUGEN VON DEM BETRIEB EINES VERBRENNUNGSMOTORS ENTSPRECHENDEN GERÄUSCHEN IM INNENRAUM EINES KRAFTFAHRZEUGS

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen von vom Betrieb eines Verbrennungsmotors abhängigen Geräuschen im Innenraum eines Kraftfahrzeuges.

Immer weitergehende Grenzwerte für äußere Fahrzeuggeräusche, der zunehmende Komfortanspruch von Fahrzeuginsassen und der technische Fortschritt haben dazu geführt, daß in modernen Kraftfahrzeugen, insbesondere Personenkraftwagen, das Motorgeräusch oder sonstige akustische Hinweise auf Fahrzustände, wie Geschwindigkeit, Beschleunigung usw. kaum mehr hörbar sind. Das positive Ergebnis dieser Innengeräuschabsenkung hat den unerwünschten Nebeneffekt, daß bei den Fahrzeuginsassen, insbesondere der Fahrerin oder dem Fahrer das subjektive Gefühl für Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung verfälscht wird. Diese mangelnde Gefühl kann zur Unterschätzung von Gefahrensituationen führen, was sicherheitsrelevant ist

Aus der WO 91/18385 ist eine Geräuschserzeugungsvorrichtung zur Beschallung des Innenraums eines Fahrzeugs mit einem Geräuschgenerator und einem diesem nachgeschalteten Lautsprecher bekannt. Der Geräuschgenerator ist als ein Mikroprozessor mit nachgeschaltetem Synthesizer ausgebildet und hat mehrere Eingänge, denen die Drehzahl der Brennkraftmaschine, die Last, unter der sie läuft, die Fahrzeuggeschwindigkeit, eine Lautstärke und die Fahrtdauer zugeführt werden. Das Lastsignal und das Drehzahlsignal können auf vielfältig unterschiedliche Weise gewonnen werden. Ein Beispiel, die Last zu erfassen, besteht in der Messung des Unterdrucks bei Vergaser und/oder Einspritzmotoren, wobei dieser Unterdruck stromabwärts einer Drosselklappe erfaßt wird. Damit aus solchen Unterdruckmessungen auf die Last geschlossen werden kann, unter der die Brennkraftmaschine läuft, ist entscheidend, daß das Lastsignal geglättet ist und dem mittleren Unterdruck entspricht, der stromabwärts der Drosselklappe herrscht. Andernfalls ist dieses Signal zur Laststeuerung nicht brauchbar. Entsprechend ist der Synthesizer vorgesehen, der aus den ihm vom Mikroprozessor zugeführten Signalen ein Geräusch erzeugt, das für den Fahrer eine entspannende Atmosphäre erzeugen soll. Eine präzise Information über den Lastzustand, mit dem der Motor läuft, oder über den Fahrzustand des Fahrzeugs ist weder möglich, noch beabsichtigt. Vielmehr soll eine für den Fahrer angenehme Klangatmosphäre erzielt werden. Die bekannte Geräuscherzeugungsvorrichtung ist in ihrem Aufbau verhältnismäßig kompliziert und aufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einfacher Weise das eingangs geschilderte Problem zu lösen, auch bei sehr komfortablen, hervorragend geräuschgedämpften Fahrzeugen der Fahrerin oder dem Fahrer ein realistisches subjektives Gefühl für augenblickliche Fahrzustände zu vermitteln.

Das Verfahren gemäß dem Anspruch 1 liefert eine Lösung der Erfindungsaufgabe.

Der Anspruch 2 ist auf eine Vorrichtung zur Lösung der Erfindungsaufgabe gerichtet.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird mit den Merkmalen der Ansprüche 3 bis 12 in vorteilhafter Weise weitergebildet.

Überraschenderweise hat sich herausgestellt, daß allein die Hörbarmachung von Druckschwankungen in der dem Motor zugeführten Frischluftströmung bzw. Frischladungsströmung eine akustische Information vermittelt, die die Fahrerin oder den Fahrer über Drehzahl, Last und Drehmoment informiert, d.h. über die Betriebszustände des Motors, die den Fahrzustand des Fahrzeugs bestimmen. Ein weiterer mit der Erfindung erzielter Vorteil liegt darin, daß sich auch mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Innenraum ein "Sound" erzeugen läßt, der als angenehm empfunden wird. Die Umsetzung von Druckschwankungen der Frischluftströmung in akustische Signale ist außerordentlich einfach und erfordert weder hochkomplizierte, mehrfache Sensoren, noch aufwendige Signalverarbeitungen oder Synthesizer.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert.

Es stellen dar:

Fig. 1

schematisch das Ansaugsystem eines vierzylindrigen Verbrennungsmotors,

Fig. 2

den Ausschnitt II der Fig. 1,

Fig. 3

den Ausschnitt III der Fig. 2,

Fig. 4

ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung und

Fig. 5

ein Detail eines gegenüber Fig. 4 abgeänderten Blockschaltbildes.

Gemäß Fig. 1 weist ein Verbrennungsmotor 6 vier Zylinder 8 auf, denen über Einzelsaugrohre 10 Frischluft bzw. Frischluftladung zugeführt wird. Die Einzelsaugrohre 10 sind über ein Verteilerrohr 12 miteinander verbunden, das über ein Sammelsaugrohr 14 an ein Luftfilter 16 angeschlossen ist. Zur Leistungssteuerung ist eine Drosselklappe 18 vorgesehen, die bei einem Dieselmotor fehlt und durch ein andersartiges Leistungsstellungsorgang ersetzt werden kann. Zwischen der Drosselklappe 18 und das Luftfilter 16 kann ein Luftsammler 19 angeordnet sein.

Vorteilhafterweise stromoberhalb der Drosselklappe 18 am Luftsammler 19 oder zwischen dem Luftsammler und dem Luftfilter 16 ist ein Drucksensor 20 angeordnet, der Druckschwankungen der den Zylindern 8 zugeführten Frischluftströmung bzw. Frischladung erfaßt.

Fig. 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der Fig. 1.

Gemäß Fig. 2 weist das Sammelsaugrohr 14 in seiner Wand ein Loch 22 auf, mit dem ein druckempfindliches Eingangsfenster 24 des Drucksensors 20 fluchtet. Der Drucksensor 20 ist am Sammelsaugrohr 14 in an sich bekannter Weise beispielsweise durch Verschraubung, Verklebung usw. befestigt, wobei vorteilhafterweise das Eingangsfenster 24 unmittelbar an das Loch 22 grenzt. Im Inneren des Drucksensors 20 ist ein druckempfindliches Bauteil 26, beispielsweise ein Piezoelement, angeordnet, das über eine Elektronik 28 mit Ausgängen 29 verbunden ist.

Mit dem Drucksensor 20 sollen Druckschwankungen am Loch 22 erfaßt werden. Das druckempfindliche Bauteil 26 ist daher derart ausgebildet und angeordnet, daß es auf diese Druckschwankungen anspricht. Es kann als Absolutdrucksensor ausgebildet sein. Da der Absolutdruck im vorliegenden Fall nicht von wesentlicher Bedeutung ist, sondern es auf die Erfassung von Druckschwankungen ankommt, ist das Bauteil 26 vorteilhafterweise als Differenzdrucksensor ausgebildet, das den Unterschied zwischen dem Druck an seiner Vorderseite, d.h. den Druck im Loch 22, und dem Druck an seiner Hinterseite erfaßt, wobei der Druck an der Hinterseite vorteilhafterweise der Umgebungsluftdruck ist.

Weiterhin weist der Drucksensor 20 vorteilhafterweise einen weiten Frequenzbereich von beispielsweise 1 Hz bis 10 kHz auf und ist temperaturkompensiert. Ein solcher Drucksensor wird beispielsweise in Türen von Kraftfahrzeugen als Seitenaufprallchrashsensor benutzt und ist unter der Bezeichnung Siemens Pressure Satellit for Sidecrash Tests, EBM16, im Handel erhältlich.

Der Drucksensor 20 ist vorteilhafterweise hochdynamisch, wobei sein breiter Frequenzbereich dafür sorgt, daß steile Anstiegs- oder Abstiegsflanken der stochastischen Drucksignale einwandfrei erfaßt werden. Über die Anbindung übertragener Körperschall wird vom Drucksensor kaum erfaßt.

Fig. 3 zeigt ein Beispiel. Das druckempfindliche Bauteil 26 ist ein Piezoelement, das auf Änderungen des an seinen Stirnseiten wirksamen Druckunterschiedes mit Änderungen der elektrischen Spannung zwischen seinen Stirnseiten reagiert. Das plättchenförmige Bauteil 26 ist hermetisch dicht in einer elastomeren Umhüllung 30 aufgenommen, die an seiner dem Loch 22 zugewandten Stirnseite als dünne Membran ausgebildet ist, die Druckschwankungen praktisch keinen Widerstand entgegensetzt. Die Umhüllung 30 ist zusammen mit dem Bauteil 26 in einer Halterung 31 aufgenommen, die am Sammelsaugrohr 14 befestigt ist. Durch entsprechende Ausbildung der Umhüllung 30 sowie gegebenenfalls weitere zwischenangeordnete Teile ist eine Körperschallentkopplung zwischen dem der Saugrohrwand und dem Baulteil 26 zumindest in den interessierenden Frequenzbereichen gegeben. Desweiteren ist die Anbindung des Bauteils 26 an die Wand des Saugrohrs derart, daß es im Gegensatz zu der großflächigen Anregung durch Luftdruckschwankungen durch Körperschall kaum angeregt wird.

Es versteht sich, daß auch andere Anbindungen druckempfindlicher Bauteile oder die Verwendung anderer druckempfindlicher Bauteile, beispielsweise Membranen, druckempfindliche Widerstände usw. möglich ist. Wenn die Rückseite des Bauteils 30 der Fig. 3 über ihre gesamte Fläche an der dann geschlossen ausgebildeten Halterung anliegt, stellt das Bauteil 26 einen Absolutdrucksensor dar. Je nach Größe der rückseitigen Öffnung in der Halterung 31 und der Anbindung an den Umgebungsdruck und/oder den Saugrohrdruck lassen sich die Betriebscharakteristika beeinflussen.

Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild der Anordnung. Dem Sensor 20 ist eine Filtereinrichtung 32 nachgeschaltet, der wiederum ein Verstärker 33 nachgeschaltet ist, dessen Ausgang mit einem Lautsprecher 34 verbunden ist.

Der Frequenzgang der Filtereinrichtung 32 wird von einer Modulationseinrichtung 36 bestimmt, mit der auch der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 33 verändert werden kann. Eingänge der Modulationseinrichtung 36 sind mit einem Sensor 38 zum Sensieren der Stellung eines Leistungsstellorgans, einem Sensor 40 zum Sensieren der Fahrzeuggeschwindigkeit, einem Sensor 42 zum Sensieren einer Schalthebelstellung und einem Schalter 44 verbunden. Der Aufbau der Filtereinrichtung 32, des Verstärkers 33 und der Modulationseinrichtung 36 sowie der Sensoren 38, 40 und 42 ist an sich bekannt und werden daher nicht erläutert.

Die Funktion der beschriebenen Vorrichtung ist folgende:

Die Ladungsströmung durch das Sammelsaugrohr 14 schwingt entsprechend der Anregung durch den Motor. Mittels des Drucksensors 20 werden Druckschwankungen der Strömung im Sammelsaugrohr 14 erfaßt und aufgrund der hohen Empfindlichkeit und Dynamik des Drucksensors in Ausgangssignale umgewandelt, die die Ansaugschwingungen bzw. Druckschwankungen wiedergeben. Diese Druckschwankungen enthalten unmittelbar Information über die Drehzahl und die Last, unter der der Motor läuft, wobei die Lastinformation insbesondere bei der Anordnung gemäß Fig. 1, in der der Drucksensor 20 stromoberhalb der Drosselklappe 20 sitzt, außerordentlich dynamisch ist. Das Ausgangssignal des Drucksensors 20 wird von der Filtereinrichtung 32 aufbereitet und im Verstärker 33 verstärkt und anschließend vom Lautsprecher 34 wiedergegeben.

Vorteilhafterweise werden von der Filtereinrichtung 32 Frequenzen über 300 Hz abgeschwächt, was zu einem angenehmen und nicht von störenden Überlagerungen getrübten Geräusch führt. Brummfrequenzen unterhalb 30 Hz oder 30 bis 40 Hz werden ebenfalls unterdrückt, um keine subjektiv unangenehmen Geräusche zu erzeugen. Eine solche Filtereinrichtung ist einfach und daher kostengünstig realisierbar.

Auch bei außerordentlich gut schallgedämpften Fahrzeuginnenräumen, in denen Windgeräusche, Abrollgeräusche usw. nicht mehr hörbar sind, läßt sich auf diese Weise ein dem Betrieb des Motors entsprechendes Geräusch erzeugen, das subjektiv unmittelbar als Motorgerausch empfunden wird und über den Fahrzustand des Fahrzeugs bzw. die Leistungsabgabe des Motors informiert und dem Fahrer eine realistische Einschätzung ermöglicht.

Der Frequenzgang der Filtereinrichtung 32 kann auf das jeweilige Fahrzeug abgestimmt werden.

Es kann zweckmäßig sein, den Frequenzgang der Filtereinrichtung 32 mittels der Modulationseinrichtung 36 von der Gaspedalstellung, der Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder der Wählhebelstellung eines Getriebes abhängig zu machen. In ähnlicher Weise kann der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 33 von diesen Einflußgrößen abhängen. Beispielsweise kann bei Stellung eines Wählhebels in einer Sportstellung das Frequenzspektrum leicht angehoben werden und der Verstärkungsfaktor zu größeren Geschwindigkeiten hin oder bei zunehmender Stellung des Leistungsstellorgans erhöht werden. Mittels des Schalters 44 lassen sich unterschiedliche Klangcharakteristika einstellen.

Für viele Anwendungsfälle ist es vorteilhaft, das über den Lautsprecher 34 abgestrahlte Motorgeräusch nicht nur durch Anheben und Absenken seiner Frequenzanteile zu beeinflussen, sondern aktiv zu verändern, indem beispielsweise durch Frequenzvervielfachung um den Faktor 1,5 und Formung der Frequenzanteile aus der Geräuschchrakteristik eines Vierzylindermotors die eines Sechszylindermotors erzeugt wird.

Fig. 5 stellt ein abgeändertes Detail des Blockschaltbildes dar:

Bei einem mit einem CVT-Getriebe (continuous variable transmission) ausgerüsteten Fahrzeug stellt sich ein für den Fahrer ungewohnter und bezüglich der Abschätzbarkeit der augenblicklichen Fahrgeschwindigkeit nachteiliger Effekt dadurch ein, daß die Motordrehzahl von der Fahrgeschwindigkeit weitgehend entkoppelt ist. Bei der Ausführungsform der Fig. 5 enthält die Modulationseinrichtung 36 einen Kennfeldspeicher 37, in dem ein Drehzahlkennfeld abgespeichert ist, in dem eine jeweilige Motordrehzahl entsprechend einem herkömmlichen, beispielsweise mit Stufenautomatgetriebe versehenen Antriebsstrang in Abhängigkeit von der Gaspedalstellung und der Fahrgeschwindigkeit abgespeichert ist. Die Ist-Drehzahl wird von einem Drehzahlsensor 46 erfaßt, sodaß ein jeweiliger Frequenzvervielfachungsfaktor errechnet werden kann, der einem aktiven Baustein 48 zugeführt wird. Auf diese Weise läßt sich das im Innenraum wahrnehmbare Motorgeräusch eines CVT-Fahrzeugs an das eines herkömmlichen Fahrzeugs anpassen.

Mit der Erfindung wird auf kostengünstige Weise (es können in Großserie verfügbare Bauteile eingesetzt werden) fahrerrelevante Informationen über den Motorbetrieb erhalten werden. Die Ansaugschwingung enthält Informationen über Drehzahl und Drehmoment, die insbesondere bei Erfassung stromoberhalb einer Drosselklappe hochdynamisch sind, da die Drosselklappe beispielsweise im Leerlauf oder bei rollendem bzw. schiebendem Fahrzeug die Dynamik im Verteilerrohr 12 glättet, so daß im Sammelsaugrohr 14 nur geringe Schwankungen vorhanden sind, die bei zunehmender Öffnung der Drosselklappe stark zunehmen.

Die geschilderte Vorrichtung kann in vielfältiger Weise abgeändert werden. Es können unterschiedlichste, hochdynamische Drucksensoren verwendet werden. Der Drucksensor kann unmittelbar innerhalb des Sammelsaugrohrs, am Luftsammler 19 oder sonstwo derart angeordnet werden, daß er Ansaugdruckschwankungen erfaßt. Es ist auch möglich, den Drucksensor stromoberhalb des Luftfilters 16 anzuordnen. Die beschriebene Vorrichtung kann in die Audioanlage eines Kraftfahrzeugs integriert werden, wobei in modernen Radiogeräten bereits Verstärker enthalten sind, die den Verstärkungsfaktor selbsttätig an die Fahrzeuggeschwindigkeit anpassen.