車輛的發(fā)動機(jī)聲音增強(qiáng)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種車輛(200)的發(fā)動機(jī)(201)的聲音增強(qiáng)系統(tǒng)(100)，其包括：振動傳感器(1)，設(shè)置在發(fā)動機(jī)的殼體(202)上，以產(chǎn)生表示發(fā)動機(jī)聲音的電信號(A)；信號處理器(2)，連接到所述振動傳感器(1)以處理表示發(fā)動機(jī)聲音的所述電信號(A)并產(chǎn)生輸出音頻信號(B)；以及揚(yáng)聲器(3)，設(shè)置在車廂內(nèi)并且連接到所述信號處理器(2)，以接收所述輸出音頻信號(B)并生成發(fā)動機(jī)聲音的增強(qiáng)聲音。
【專利說明】
車輛的發(fā)動機(jī)聲音増強(qiáng)系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型的專利申請涉及一種車輛的發(fā)動機(jī)聲音增強(qiáng)(ESE)系統(tǒng)。【背景技術(shù)】
[0002]正如已知的，大多數(shù)車輛具有內(nèi)燃機(jī)。每個內(nèi)燃機(jī)根據(jù)其結(jié)構(gòu)、馬力和活塞位移以典型的聲音為特征。通常，每個汽車制造商通過典型的發(fā)動機(jī)聲音而加以區(qū)分。
[0003]為了提高乘客的舒適性并使車輛盡可能無噪聲，車廂與包含發(fā)動機(jī)的罩進(jìn)行聲學(xué)隔離。因此，車廂內(nèi)的汽車駕駛員在駕駛時不能聽到發(fā)動機(jī)的聲音。這樣車輛的無噪聲條件導(dǎo)致一些缺點(diǎn)，特別是在賽車的情況下，駕駛員為了決定駕駛風(fēng)格而聽到發(fā)動機(jī)的聲音是有用的。
[0004]美國專利第US7,203,321號公開了一種聲音增強(qiáng)系統(tǒng)，包括:
[0005]聲壓傳感器，位于電動機(jī)的進(jìn)氣管道和排氣管道之一的附近或內(nèi)部，以檢測電動機(jī)的聲壓，
[0006] 信號處理單元，用于處理聲壓傳感器的信號，
[0007]合成器，輸出合成后的信號，
[0008]加法器，將來自聲壓傳感器的信號加到合成器信號上，并輸送輸出信號到產(chǎn)生增強(qiáng)聲音的揚(yáng)聲器。
[0009]然而，所述系統(tǒng)不是有效的，特別是因?yàn)槁晧簜鞲衅髟O(shè)置在進(jìn)氣道或在排氣道中， 從而不能準(zhǔn)確地檢測真實(shí)的電動機(jī)聲音，因?yàn)槁晧簜鞲衅鲀H考慮到由聲壓產(chǎn)生的在進(jìn)氣道或在排氣道中傳播的聲音，而沒有考慮到由電動機(jī)外殼的振動導(dǎo)致的真實(shí)的聲音(real sound) 〇
[0010]因此，為了再現(xiàn)真實(shí)的電動機(jī)聲音，僅由聲壓傳感器產(chǎn)生的音頻信號不盡如人意。 因此，有必要使用合成器并生成被加到由聲壓傳感器檢測出的聲壓信號上的(完全人工的) 合成信號。顯然，從該合成信號中產(chǎn)生的人工的聲音永遠(yuǎn)不能等同于真實(shí)的電動機(jī)聲音。
[0011]美國專利第US8,300,842號公開了一種發(fā)動機(jī)的噪聲增強(qiáng)系統(tǒng)，包括:
[0012]揚(yáng)聲器，用于產(chǎn)生噪聲增強(qiáng)信號;及
[0013]控制器，對應(yīng)于噪聲增強(qiáng)信號通過控制信號控制所述揚(yáng)聲器。
[0014]所述控制器僅接受一種發(fā)動機(jī)速度的信號指示，該信號指示來自于車輛轉(zhuǎn)速表， 并且在所述發(fā)動機(jī)速度信號上加上附加值用于計算基于預(yù)測的未來發(fā)動機(jī)聲音的控制信號。所述預(yù)測的未來發(fā)動機(jī)聲音通過使用來自車輛轉(zhuǎn)速表的輸入信號和源自來自于發(fā)動機(jī)角加速度的車輛轉(zhuǎn)速表指示的輸入信號的值來確定。
[0015]此系統(tǒng)也不是非常準(zhǔn)確的，因?yàn)樗鼤a(chǎn)生基于從轉(zhuǎn)速計獲得的值和通過復(fù)雜算法處理的值的完全人工的信號;此外，它并沒有考慮到由發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的真實(shí)聲音。
[0016]已知的發(fā)動機(jī)聲音增強(qiáng)系統(tǒng)包括:多個設(shè)置在車輛的各個部分的傳聲器 (microphone)和將來自所述傳聲器的信號混合的混合器。多個傳感器連續(xù)地檢測車輛的行駛狀態(tài)，并且控制來自所述傳聲器的信號的增益。為了操作這些系統(tǒng)需要多個傳聲器，且因此昂貴、復(fù)雜以及繁瑣。【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0017]本實(shí)用新型的一個目的是消除現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，通過提供一種發(fā)動機(jī)聲音增強(qiáng)系統(tǒng)，能在車廂內(nèi)引入盡可能與車輛發(fā)動機(jī)的真實(shí)聲音接近的聲音。
[0018]本實(shí)用新型的另一個目的是提供一種發(fā)動機(jī)聲音增強(qiáng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)高效、準(zhǔn)確、可靠、靈活并且同時廉價且易于安裝和使用。
[0019]上述的目的是根據(jù)本實(shí)用新型獨(dú)立權(quán)利要求1中所要求的特征來實(shí)現(xiàn)的。
[0020]本實(shí)用新型有利的實(shí)施例顯示在從屬權(quán)利要求中。
[0021]本實(shí)用新型的系統(tǒng)包括:
[0022]振動傳感器，設(shè)置在發(fā)動機(jī)殼體上，用于檢測發(fā)動機(jī)殼體的振動，并產(chǎn)生表示發(fā)動機(jī)聲音的信號；[〇〇23]信號處理器，與所述振動傳感器連接，用于處理表示發(fā)動機(jī)聲音的所述信號并產(chǎn)生輸出音頻信號，和
[0024]揚(yáng)聲器，設(shè)置在車廂中，并且與所述信號處理器連接，用于接收所述輸出音頻信號，并產(chǎn)生聲音以增強(qiáng)發(fā)動機(jī)的聲音。
[0025]所述振動傳感器是振動器或激勵型機(jī)械-電轉(zhuǎn)換器，其包括與所述發(fā)動機(jī)殼牢固地連接的固定部分，和相對于所述固定部分移動的移動部分。當(dāng)發(fā)動機(jī)殼體受到振動的改變時，所述移動部分相對于所述固定部分移動并且所述振動器檢測并轉(zhuǎn)換所述發(fā)動機(jī)殼體的振動速度，該振動速度表示由發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的聲音。
[0026]根據(jù)本實(shí)用新型的系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的，該系統(tǒng)使用在發(fā)動機(jī)殼體上的振動器型振動傳感器，而不是在發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣管或排氣管中的壓力傳感器。
[0027]本實(shí)用新型的系統(tǒng)通過使用振動器避免了所有種類的模擬發(fā)動機(jī)聲音的信號的人工合成。而且，這樣的系統(tǒng)消除了多個傳聲器的使用，以及混合來自各個傳聲器的聲音的需求。另外，這樣的系統(tǒng)得到的信號非常接近真實(shí)的發(fā)動機(jī)聲音?！靖綀D說明】
[0028]本實(shí)用新型的附加特征將從下面的詳細(xì)描述中顯示清楚，這些描述僅僅是說明性的，而非限制性的，實(shí)施方式在附圖中示出，其中:
[0029]圖1是車輛中安裝了本實(shí)用新型的發(fā)動機(jī)聲音增強(qiáng)系統(tǒng)的示意性俯視圖；
[0030]圖2是安裝在車輛的發(fā)動機(jī)殼體上的振動器型振動傳感器的示意性立體圖；[0031 ]圖3是本實(shí)用新型的發(fā)動機(jī)聲音增強(qiáng)系統(tǒng)的框圖；
[0032]圖4是圖3中增益和濾波模塊的詳細(xì)的方框圖；[〇〇33]圖5是圖2中振動器的傳遞函數(shù)的圖。
[0034]圖6是具有兩個軸的笛卡爾圖，其中包括一個增益表、一個具有相關(guān)的過濾表的濾波器陣列和信號濾波的笛卡爾圖；
[0035]圖6A是調(diào)整前具有三個軸的默認(rèn)表的笛卡爾圖；[〇〇36]圖6B是調(diào)整后具有三個軸的增益面的笛卡爾圖；
[0037]圖7是與圖6A相同的具有三個軸的笛卡爾圖，示出了均衡整體增益值之前的整體增益面的一個例子；
[0038]圖8是與圖6B相同的具有三個軸的笛卡爾圖，示出了整體增益面和整體增益值的調(diào)整；[〇〇39]圖9、圖10、圖11是三個分別示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)由三個傳感器檢測到的發(fā)動機(jī)的音頻信號的頻譜的圖；
[0040]圖12是根據(jù)本實(shí)用新型由一個振動器型振動傳感器檢測出的發(fā)動機(jī)的音頻信號的頻譜的圖；和
[0041]圖13是由具有通過樣品激勵器產(chǎn)生的恒定加速度的振動而激發(fā)的振動器的頻率響應(yīng)?！揪唧w實(shí)施方式】
[0042]參照附圖，公開了本實(shí)用新型的發(fā)動機(jī)聲音增強(qiáng)系統(tǒng)，通常用附圖標(biāo)記100表示。 [〇〇43]圖1示出了一個基本的版本，其中系統(tǒng)100與車輛的預(yù)先存在的音頻系統(tǒng)沒有相互作用。然而，根據(jù)一個更先進(jìn)的版本，系統(tǒng)100被集成到安裝在車輛中的音頻系統(tǒng)，與它共享一個或多個信道和一個或多個揚(yáng)聲器。
[0044]參照圖1和圖2,系統(tǒng)100安裝在車輛200中。車輛200包括包含在車輛發(fā)動機(jī)罩中的發(fā)動機(jī)201，發(fā)動機(jī)可以是內(nèi)燃機(jī)、電動發(fā)動機(jī)或任意其它類型推進(jìn)發(fā)動機(jī)。發(fā)動機(jī)201包括殼體202,該殼體包含發(fā)動機(jī)的各個部分。正如公知的，在發(fā)動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，殼體202受到瞬時加速度和振動，在周圍空氣中產(chǎn)生典型的發(fā)動機(jī)的聲音。
[0045]系統(tǒng)100包括振動傳感器1，其適當(dāng)?shù)卦O(shè)置在發(fā)動機(jī)的殼體202上。有利的是，用來容納所述振動傳感器1的殼體設(shè)置在發(fā)動機(jī)殼體上。
[0046]振動傳感器1用于檢測在周圍空氣中產(chǎn)生發(fā)動機(jī)201的典型的聲音的發(fā)動機(jī)殼體 202的振動。因此，振動傳感器1用作原始的聲音傳感器。[〇〇47]有利的是，振動傳感器1是一個振動器或激勵_型機(jī)電轉(zhuǎn)換器，檢測發(fā)動機(jī)殼體202 的振動，并相應(yīng)地與施加到振動傳感器移動部分的瞬時速度成比例產(chǎn)生電信號A。模擬類型的所述電信號A表不發(fā)動機(jī)殼體的瞬時加速度。[〇〇48] 這種類型的振動器傳感器公開于由相同的
【申請人】申請的歐洲專利第EP2476264B1 號中。振動傳感器1是一個振動器或激勵型機(jī)-電轉(zhuǎn)換器，其包括與發(fā)動機(jī)的殼體202牢固地連接的固定部分和彈性地固定到固定部分上的移動部分，如此移動部分可以相對于固定部分移動。
[0049]根據(jù)本實(shí)用新型的一個優(yōu)選實(shí)施例，固定部分包括線圈，而移動部分包括產(chǎn)生氣隙的磁性單元。反之亦然，其中，固定部分包括產(chǎn)生氣隙的磁性單元，而移動部分包括線圈。
[0050]當(dāng)發(fā)動機(jī)的殼體受到振動的改變時，移動部分相對于固定部分進(jìn)行切換的軸向運(yùn)動的移動，并且振動器檢測和轉(zhuǎn)換發(fā)動機(jī)殼體的振動速度，在線圈的端部產(chǎn)生用于表示由發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的聲音的電信號A。
[0051]根據(jù)本實(shí)用新型的一個優(yōu)選實(shí)施例，振動傳感器1的固定部分包括塑料外殼，該塑料外殼包括兩個焊接部分:底座和蓋。非常薄的圓柱形支撐件剛性地固定在底座的中心位置，其上纏繞線圈以此保持在環(huán)形氣隙內(nèi)部，該環(huán)形氣隙存在于形成移動部分的磁路中。然后移動部分包括設(shè)置在兩個極板之間由永久磁鐵構(gòu)成的磁路;存在于兩個極板之間的氣隙所具有的徑向厚度低于包含在固定部分的線圈中的厚度。因此，移動部分可以在浸沒于氣隙中的固定線圈上進(jìn)行確定的雙向軸向平移。
[0052]振動器的固定部分和移動部分通過作為彈性懸掛的定心元件10相連。定心元件10包括連接到移動部分的外部環(huán)11、連接到固定部分的內(nèi)部環(huán)12、以及連接外部環(huán)11到內(nèi)部環(huán)12的多個彈性輻條13。定心元件10相對于浸沒于由移動部分產(chǎn)生的氣隙中的線圈在一個完全居中的位置保持移動部分。
[0053]振動傳感器I連接到數(shù)字信號處理器DSP 2的第一輸入INI JSP 2處理電信號A，它表示發(fā)動機(jī)殼體的加速度，以這樣的方式來獲得輸出音頻信號B，該輸出音頻信號B由內(nèi)部放大器4發(fā)送至設(shè)置在車輛200的車廂中的一個或多個揚(yáng)聲器3。根據(jù)來自內(nèi)部放大器4的放大的音頻信號C，揚(yáng)聲器3在車廂中生成與發(fā)動機(jī)201的聲音非常相似的增強(qiáng)聲音。
[0054]揚(yáng)聲器3可以是在車輛200的音頻系統(tǒng)中提供的任何揚(yáng)聲器，或者它可以是特別地專用于增強(qiáng)聲音的揚(yáng)聲器，例如振動器型揚(yáng)聲器，例如在歐洲專利第EP2476264號中公開的。在后一種情況下，如果揚(yáng)聲器3是一個振動器，它不具有音膜，并被固定到車體上以使車體發(fā)生振動并產(chǎn)生所述發(fā)動機(jī)的增強(qiáng)聲音。
[0055]參考圖3，車輛200可包括已經(jīng)設(shè)置在車輛中的音頻多聲道功率放大器4’用于放大連接到頭部單元或汽車收音機(jī)的車輛的音頻系統(tǒng)。音頻多聲道功率放大器4’控制多個設(shè)置在車廂不同位置的揚(yáng)聲器。所述揚(yáng)聲器包括中央揚(yáng)聲器，類似于揚(yáng)聲器3，其通常設(shè)置在車輛的儀表板中。
[0056]在這種情況下，音頻多聲道功率放大器4’產(chǎn)生音頻信號D，其被發(fā)送到DSP的第二輸入IN2，并且通過一個A/D轉(zhuǎn)換器7進(jìn)入DSP 2。音頻多聲道功率放大器4’的音頻信號D進(jìn)入到增益調(diào)整階段14，從中生成已調(diào)整的音頻信號D1。
[0057]振動器的電信號A通過增益和/或?yàn)V波模塊13，其產(chǎn)生表示發(fā)動機(jī)噪音的增強(qiáng)信號Al0
[0058]來自增益調(diào)整階段14的調(diào)整的音頻信號Dl使用混合器15與來自增益和/或?yàn)V波模塊13的增強(qiáng)信號Al進(jìn)行混合?；旌掀?5的輸出被發(fā)送到D/A轉(zhuǎn)換器8，其產(chǎn)生模擬音頻信號B，由內(nèi)部放大器4放大，并作為放大信號C發(fā)送到中央揚(yáng)聲器3。
[0059]圖3的相同結(jié)構(gòu)可以制造用于車輛的附加揚(yáng)聲器，例如通常設(shè)置在車輛的前門和后門的低音揚(yáng)聲器。在這種情況下，如圖3所示，實(shí)施多個輸入，類似于第二輸入IN2，其接收音頻信號D，以及多個增益調(diào)節(jié)模塊，類似于增益調(diào)節(jié)模塊14。考慮到上述情況，車輛的中央揚(yáng)聲器3或所有的其他揚(yáng)聲器能同時播放通常存在于車輛中的調(diào)整的音頻信號Dl以及存在于系統(tǒng)100中的增強(qiáng)信號Al。
[0060]在測試系統(tǒng)100時對各種類型的傳感器進(jìn)行了評估，從而找到最合適的用來捕獲在DSP 2中待處理的發(fā)動機(jī)的聲音的傳感器。
[0061 ]待測試的第一傳感器是在發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣管內(nèi)的壓力傳感器如美國專利US7，203，321所建議的。這樣的壓力傳感器已經(jīng)設(shè)置在發(fā)動機(jī)中以協(xié)助車輛控制單元(ECU)。該傳感器實(shí)際上類似于一個傳聲器，不能在渦輪發(fā)動機(jī)中使用，因?yàn)樵搨鞲衅鹘邮盏膲毫Σㄔ诜糯笃鬏斎胫斜晦D(zhuǎn)換成強(qiáng)大的沖擊。
[0062]圖9示出了通過在發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣管中的壓力傳感器檢測出的信號的頻譜，其示出了由于渦輪增壓栗而產(chǎn)生的低頻峰值。
[0063]對于市場上常見的兩種類型的加速度計也進(jìn)行了測試，即壓電加速度計和同時固定到發(fā)動機(jī)頭部和固定到進(jìn)氣管的MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))加速度計。兩個加速度計的操作是優(yōu)異的，除了對所有的發(fā)動機(jī)噪音的靈敏度，尤其在高頻率時。這樣的對高頻率噪音的靈敏度不容許獲得所需的噪聲。事實(shí)上，對于高于千赫(KHz)的頻率，檢測到的聲音是由機(jī)械配件(即閥和凸輪)產(chǎn)生的聲音，而不是發(fā)動機(jī)的聲音。
[0064]圖10和圖11顯示了由壓電加速度計和由MEMS加速度計分別檢測出的信號的頻譜，示出了在高頻中，信號受到由車輛的機(jī)械配件產(chǎn)生的噪音的干擾。
[0065]最后，激勵器型(振動器)的振動傳感器I作為加速度傳感器進(jìn)行測試，它被用作傳感器(機(jī)-電轉(zhuǎn)換器)而不是作為揚(yáng)聲器(電-聲轉(zhuǎn)換器)使用。
[0066]圖12示出了在渦輪發(fā)動機(jī)的實(shí)際操作期間由激勵器I檢測到的信號的頻譜。由于它在圖12中被清楚地示出，所述激勵器充當(dāng)帶通濾波器，并且過濾在低頻率時的渦輪沖擊以及過濾在高頻率時車輛的機(jī)械部件的噪音，由此允許清楚地記錄發(fā)動機(jī)的工況(發(fā)動機(jī)基礎(chǔ)頻率和相對諧波)。
[0067]利用電動振動器作為振動傳感器，意味該傳感器與通常的振動傳感器比較具有相當(dāng)大的質(zhì)量。這導(dǎo)致了一些明顯的缺點(diǎn)，如低的振動的靈敏度以及當(dāng)頻率增加時頻率響應(yīng)減小。
[0068]然而，使用振動器產(chǎn)生以下優(yōu)點(diǎn):
[0069].傳感器非常低的內(nèi)阻確保對來自于發(fā)動機(jī)中安裝的其它電氣系統(tǒng)的干擾的免疫。
[0070]?振動器的移動部分的重量把一個天然的低通濾波器應(yīng)用于檢測到的信號，該信號被轉(zhuǎn)換為對不希望的高頻脈沖噪聲的高免疫。
[0071].具有來自振動器的質(zhì)量-彈性懸浮系統(tǒng)的諧振的高通效應(yīng)的低通效應(yīng)被轉(zhuǎn)換為傳感器的理想的帶通特性，該傳感器在具有不希望的高頻和低頻的噪音的困難的條件下操作。
[0072]振動器型振動傳感器I不是真正的加速度計，而是測速儀或加速度計積分器。當(dāng)移動部分移動(因振動)時，在振動器的移動的線圈的端部產(chǎn)生的電壓與移動部分的瞬時速度成比例，它被轉(zhuǎn)換為相對于其瞬時加速度的前述的低通響應(yīng)。
[0073]如圖13所示，通過激勵具有由采樣激勵器產(chǎn)生的恒定加速度的振動器，振動器表現(xiàn)為低通濾波器，也就是說，它在數(shù)學(xué)上對應(yīng)于輸入信號的積分。因此振動器是具有集成的天然低通濾波器的加速度計。
[0074]相比在歐洲專利EP2476264A1中示出的振動器，本實(shí)用新型的振動器式振動傳感器I有利地具有一些改進(jìn)。
[0075]為了具有平衡的輸出信號，振動傳感器I在相對位置具有兩個磁性部分和兩個線圈部分。如此，因?yàn)槠涞妥杩购推胶獾妮敵鲂盘枺駝觽鞲衅鱅不受外部干擾。這樣的結(jié)果可以通過提供具有推挽結(jié)構(gòu)的單線圈的兩個振動傳感器I來獲得，即與線圈或磁性部件在相對的位置上。
[0076]定心元件10的每個輻條13由兩種不同材料制成:輻條的第一部分由金屬材料制成，例如磷青銅，能夠承受高溫，而輻條的第二部分是由塑料制成，以使移動部分具有合適的減震。
[0077]車輛200包括CAN總線(控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò))203，用于連接車輛的各種電子控制單元ECU 204。該系統(tǒng)100包括CAN接口5，與CAN總線203和DSP 2連接。
[0078]各種消息被傳送到CAN總線203上，并且在各種E⑶204例如車身電腦之間交換。特別地，CAN總線203將輸送:
[0079]-具有關(guān)于發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)(RPM)的數(shù)值信息的第一消息，和
[0080]-關(guān)于由發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩(Torque)的值的信息的第二消息。
[0081]在最先進(jìn)的汽車中，用戶可以根據(jù)其想要使用的駕駛風(fēng)格選擇汽車的狀態(tài)。一般而言，有可能從至少兩種狀態(tài)之間選擇。已知系統(tǒng)允許從四種狀態(tài)中進(jìn)行選擇，被定義為RDNA(競賽;直接；自然；全天候)。在這樣的情況下，還有第三消息將被傳輸?shù)紺AN總線203上，具有關(guān)于由用戶選擇的用于汽車狀態(tài)的RDNA四種位置控制的信息。
[0082]CAN接口 5是被以下述方式編程的接收器-發(fā)射器，從CAN總線203提取在CAN總線上輸送的信息:RPM和轉(zhuǎn)矩。如果車輛提供了不同的駕駛風(fēng)格，導(dǎo)致車輛狀態(tài)的一些變化(SP，更剛性的懸架、更多或更少打開位置中或旁路位置中的尾氣排放、更多或更少打開位置中的進(jìn)氣)，也就是說RDNA信號的變化，則CAN接口 5也將檢測RDNA信號的值。
[0083]如圖3所示，由振動傳感器I轉(zhuǎn)換的電信號A和來自音頻多聲道功率放大器4’的音頻信號D為模擬信號。然而，DSP 2僅可以處理數(shù)字信號。因此，系統(tǒng)100包括第一模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器6以將來自振動傳感器I的電模擬信號A轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，以及第二模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器7，以將來自音頻多聲道功率放大器4 ’的音頻模擬信號D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。
[0084]系統(tǒng)100包括設(shè)置在CAN接口5和DSP 2之間的微控制器9。微控制器9從CAN接口 5接收RPM、轉(zhuǎn)矩和RDNA的值并將這些值發(fā)送到DSP 2。微控制器9可以被結(jié)合在DSP 2中。
[0085]系統(tǒng)100還包括:
[0086]電源10，向微控制器9、DSP2和功率放大器4供電；和
[0087]具有多路穩(wěn)定輸出的電源11，向微控制器9、DSP 2和內(nèi)部功率放大器4供電。
[0088]DSP 2包括增益和/或?yàn)V波模塊13，根據(jù)來自微控制器9的RPM、轉(zhuǎn)矩和任選的RDNA值向來自第一模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器6的電數(shù)字信號A施加增益和/或?yàn)V波。增益和/或?yàn)V波模塊13產(chǎn)生增強(qiáng)信號Al，其根據(jù)RPM、轉(zhuǎn)矩和RDNA信號被處理。
[0089]DSP 2包括增益調(diào)節(jié)模塊14，用于調(diào)整來自位于連接到音頻多聲道功率放大器4’的輸出的輸入IN2的下游側(cè)的第二模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器7的音頻信號。增益調(diào)節(jié)模塊14產(chǎn)生調(diào)整的音頻信號Dl。
[0090]發(fā)動機(jī)聲音增強(qiáng)系統(tǒng)100趨于改變車輛音頻系統(tǒng)的音響效果。因此，增益調(diào)節(jié)模塊14以不改變車輛音頻系統(tǒng)的音響效果這樣的方式設(shè)置。因此，調(diào)整后的來自增益調(diào)節(jié)模塊14的音頻信號Dl的水平不改變車輛音頻系統(tǒng)的音響效果，而保持與車輛音頻系統(tǒng)不具有該系統(tǒng)100相同的音響效果。
[0091]DSP2包括混合器15，其接收來自增益和濾波模塊13的增強(qiáng)信號Al，以及來自增益調(diào)節(jié)模塊14的調(diào)整后的音頻信號D1。這兩個信號Al和Dl在混合器15中混合以獲得輸出音頻信號B。
[0092]來自車輛的DSP的增強(qiáng)信號Al和來自多聲道功率放大器4’的調(diào)整后的音頻信號Dl在混合器15中混合，從而在來自于車輛音頻系統(tǒng)的音頻或音樂信號存在的情況下應(yīng)用發(fā)動機(jī)的增強(qiáng)。顯然，增強(qiáng)信號Al可以在沒有調(diào)整后的音頻信號Dl的情況下被使用，反之亦然。
[0093]來自混合器15的輸出音頻數(shù)字信號被發(fā)送到數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器8且來自數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器8的輸出音頻模擬信號B被發(fā)送到內(nèi)部功率放大器4。來自內(nèi)部功率放大器4的放大的音頻信號C被發(fā)送到車廂內(nèi)的揚(yáng)聲器3以便產(chǎn)生車輛發(fā)動機(jī)的增強(qiáng)聲音。
[0094]雖然圖3的方框圖顯示了DSP2僅包括增益和/或?yàn)V波模塊13、增益調(diào)節(jié)模塊14和混合器15，明顯地DSP還可以包括在圖3中所示的附加模塊，例如第一輸入INl、第二輸入IN2、模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器6、7、數(shù)字-模轉(zhuǎn)換器8、CAN接口 5和微控制器9。必須指出的是，可以提供類似于第二輸入IN2的多路輸入以發(fā)送增強(qiáng)信號到多個揚(yáng)聲器，而不僅是到中央揚(yáng)聲器3。
[0095]僅將增強(qiáng)信號Al和調(diào)整后的音頻信號BI發(fā)送到中央揚(yáng)聲器3是更多一般系統(tǒng)的特例，其中，可以將增強(qiáng)信號Al(或者單獨(dú)，或者與調(diào)整后的音頻信號BI混合)發(fā)送到車輛的任意一個揚(yáng)聲器。
[0096]此外，可以提供模擬信號處理器來替代DSP2。
[0097]如圖4所示，增益和/或?yàn)V波模塊13包括整體增益模塊20和/或動態(tài)濾波器21的陣列。
[0098]整體增益模塊20施加整體增益到來自振動傳感器I經(jīng)CAN接口 5通過CAN總線檢測到的用于特定的RDNA、RPM和轉(zhuǎn)矩的值的電信號A。
[0099]具有RPM為X軸、轉(zhuǎn)矩為Y軸、整體增益為Z軸的3D映射(或查找表)被創(chuàng)建用于每個RDNA值(競賽、動態(tài)、自然、全天候)。在考慮到四種RDNA駕駛風(fēng)格時，有必要創(chuàng)建四個查找表。輸入該表的值，通過不同的實(shí)驗(yàn)測試或模擬各種車輛的狀態(tài)(RDNA)下的發(fā)動機(jī)的噪音的模擬器或直接在車輛上測試的調(diào)諧，總是在各種車輛的狀態(tài)(RDNA)下并根據(jù)RPM和轉(zhuǎn)矩值而獲得。該查找表被保存在整體增益模塊20。
[0100]如圖6所示，每一個查找表可以通過在笛卡爾圖(X = RPM; Y =轉(zhuǎn)矩)中生成整體增益值(例如矩陣5X5 = 25的整體增益值)的矩陣(Gll，...G55)來創(chuàng)建。
[0101]如圖6A(調(diào)諧或默認(rèn)情況之前)和圖6B(調(diào)諧后)所示，笛卡爾圖的笛卡爾軸限定RPM值的最小值(Rmin)和最大值(Rmax)以及轉(zhuǎn)矩最小值(Tmin)和最大值(Tmax)。每個(Rmin)-(Rmax)和(TMin)-(Tmax)的范圍被劃分為四個相同的子范圍，分別對應(yīng)于Rmax和Tmax的O %、25 %、50 %、75 %和100 %的值，在每個笛卡爾軸上確定五個點(diǎn)。平行于笛卡爾軸的直線從在這些點(diǎn)上引出。這些直線交叉，形成25個結(jié)點(diǎn)。整體增益值被分配給每一個結(jié)點(diǎn)，以便產(chǎn)生整體增益矩陣。
[0102]矩陣的25個整體增益值是調(diào)諧的結(jié)果，對應(yīng)于5個特定的RPM值和5個特定的轉(zhuǎn)矩值。整體增益值將協(xié)調(diào)來自振動傳感器的電信號A產(chǎn)生的發(fā)動機(jī)的聲音與已經(jīng)自然存在于車廂內(nèi)的聲音。這種結(jié)合所產(chǎn)生的聲音必須進(jìn)行連續(xù)評估，并經(jīng)汽車制造商同意，被提交給連續(xù)調(diào)諧階段。出于這個原因，需要提供特定的調(diào)諧軟件，它在普通的個人電腦上(PC)運(yùn)行，并具有用戶友好的圖形用戶界面(GUI) JC通過RS232串行端口被連接到內(nèi)部放大器4，并且調(diào)諧軟件在DSP2上實(shí)時運(yùn)行。該軟件是用來建模圖6B(RPM、轉(zhuǎn)矩、整體增益值G)的3D圖并且提取存在于線性內(nèi)插的所有的整體增益值G。
[0103]整體增益模塊20具有以下功能:
[0104]-從CAN接口5接收RDNA、RPM和轉(zhuǎn)矩值，
[0105]-根據(jù)接收到的RDNA、RPM和轉(zhuǎn)矩值，查詢正確的查找表，和
[0106]-在查找表中發(fā)現(xiàn)被施加于由振動傳感器I檢測出的電信號A的整體增益。
[0107]必須考慮到，RDNA值是由用戶設(shè)定的車輛的狀態(tài)。相反，RPM和轉(zhuǎn)矩值是在車輛行駛時由車輛控制單元連續(xù)檢測到的值。
[0108]圖7示出了在調(diào)整整體增益矩陣(默認(rèn)情況下)的值之前在3D直角坐標(biāo)系中整體增益表面的例子。在這樣的情況下，整體增益表面為當(dāng)RPM和轉(zhuǎn)矩值增加時具有線性增加的整體增益值的傾斜平面。
[0109]圖8示出了在調(diào)諧整體增益矩陣的值之后圖7中整體增益表面的一個例子。在這樣的情況下，整體增益表面是不規(guī)則的，因?yàn)樗Q于所作的調(diào)整。因此，當(dāng)由CAN接口5檢測到的一對RPM和轉(zhuǎn)矩值不完全落在圖8所示的圖中的25個點(diǎn)中的一個時，整體增益在最接近的點(diǎn)之間由線性內(nèi)插計算。內(nèi)插也可以是非線性的，例如可以使用三次樣條。
[0110]動態(tài)濾波器陣列21包括多個濾波器陣列，即一個濾波器陣列(F1，F(xiàn)2，...F5)用于整體增益矩陣的每個整體增益值。圖6的例子示出了濾波器陣列由5個濾波器(Fl，...F5)組成，用于整體增益矩陣的每個整體增益值。考慮到上述情況，每一個查找表由5 X 25 = 125個濾波器創(chuàng)建。
[0111]每個濾光器陣列的每一個濾波器(F1，...F5)為“峰值化”或鐘(bell)型的帶通濾波器，集中于可以通常地從120至600赫茲變化的頻率Fr。頻率可以有不同的值，必須由車輛進(jìn)行調(diào)整。除了其中心帶頻率，每個濾波器還由優(yōu)異值Q和由增益值g進(jìn)行限定。濾波器的頻率Fr和優(yōu)異值Q是預(yù)先設(shè)定的(即調(diào)諧時設(shè)定)。
[0112]濾波器的增益值g的選擇也是在車輛的聲學(xué)調(diào)諧過程中，同時或立即在調(diào)諧整體增益矩陣之后進(jìn)行的。如果要根據(jù)RPM和轉(zhuǎn)矩信號用于一定的RDNA值而改變信號的頻率內(nèi)容(不僅是水平或增益)，這樣的附加調(diào)諧是必要的。來自這個附加調(diào)諧得到的聲音必須被連續(xù)評估，并經(jīng)汽車制造商同意，被提交給連續(xù)調(diào)諧階段。為此，提供了特定的調(diào)諧軟件，它在普通的個人電腦(PC)上運(yùn)行，并具有容易使用的圖形用戶界面(GUI) JC通過RS232串行端口被連接到內(nèi)部放大器4上并且調(diào)諧軟件在DSP 2上實(shí)時運(yùn)行，應(yīng)用濾波器的參數(shù)，以便對它們進(jìn)行聲學(xué)評估。在這樣的情況下，當(dāng)中間RPM和轉(zhuǎn)矩值是相對于被包括在整體增益值的RPM和轉(zhuǎn)矩值被檢測時，線性內(nèi)插或非線性樣條函數(shù)內(nèi)插可以被應(yīng)用以獲得濾波器的中間增益值g。線性內(nèi)插是優(yōu)選的，因?yàn)樗怯糜贒SP內(nèi)插計算方面的最簡單和最容易的形式。很顯然也可以使用一個更復(fù)雜的內(nèi)插。
[0113]如圖5所示，振動傳感器I具有波段從大約20?1200赫茲的頻率為中心的精確的傳遞函數(shù)。例如，濾波器陣列21允許用于在信號的高頻部分中強(qiáng)調(diào)來自振動傳感器I的電信號A中的成分。
[0114]然后電信號A在整體增益被施加的整體增益模塊20中傳遞，并且然后電信號在根據(jù)整體增益選擇的濾波器陣列(Fl，...F5)中傳遞。濾波器陣列的濾波器(Fl，...F5)過濾包括在100?600赫茲之間的一定頻率的電信號A并且根據(jù)由CAN接口 5檢測到的RPM與轉(zhuǎn)矩值將濾波器的一定增益g施加到電信號。
[0115]必須考慮到DSP2可以僅包括整體增益模塊20或僅包括濾波器陣列21。
[0116]本領(lǐng)域的技術(shù)人員可對本實(shí)用新型的實(shí)施例進(jìn)行范圍等效的變化和修改，但同時仍然落在本實(shí)用新型范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.車輛(200)的發(fā)動機(jī)(201)的聲音增強(qiáng)系統(tǒng)(100)，所述車輛包括用于駕駛員和乘客 的車廂，所述發(fā)動機(jī)(201)包括殼體(202 )，所述系統(tǒng)(100)包括:-聲音檢測裝置，用于檢測發(fā)動機(jī)聲音并產(chǎn)生表示發(fā)動機(jī)聲音的電信號(A)，-信號處理器(2)，與聲音傳感器(1)連接以處理表示發(fā)動機(jī)聲音的所述電信號(A)并產(chǎn) 生輸出音頻聲音(B)，以及_揚(yáng)聲器(3)，其設(shè)置在車廂中并連接到所述信號處理器(2)，以接收所述輸出音頻聲音 (B)并生成發(fā)動機(jī)聲音的增強(qiáng)聲音，其特征是，所述聲音檢測裝置為振動傳感器(1)，設(shè)置在所述發(fā)動機(jī)的殼體(202)上，以檢測生成 發(fā)動機(jī)聲音的發(fā)動機(jī)殼體的振動，并且表;^發(fā)動機(jī)聲音的所述電信號(A)是發(fā)動機(jī)殼體的 振動信號，并且所述振動傳感器(1)是振動器或激勵型機(jī)-電轉(zhuǎn)換器，包括牢固地連接到發(fā)動機(jī)殼體上 的固定部分和相對于所述固定部分移動的移動部分，當(dāng)發(fā)動機(jī)殼體受到振動的改變時，以 這樣的方式來檢測發(fā)動機(jī)殼體的振動速度，所述振動傳感器(1)作為加速度積分器或速度 計。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(100)，其特征是，所述振動傳感器(1)包括定心元件(10) 作為彈性懸掛，所述定心元件(10)包括連接到所述移動部分的外部環(huán)(11)、連接到所述固 定部分的內(nèi)部環(huán)(12)以及將外部環(huán)(11)與內(nèi)部環(huán)(12)連接的多個彈性輻條(13)。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)(100)，其特征是，包括CAN接口(5)，其與車輛的CAN總 線(203)連接并與所述信號處理器(2)連接，所述CAN接口(5)被配置為檢測發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速 (RPM)和轉(zhuǎn)矩值，并且將這些值發(fā)送到使用它們來控制所述輸出音頻信號(B)的增益的信號 處理器(2)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)(100)，其特征是，所述信號處理器(2)包括連接到所述振 動傳感器⑴和所述CAN接□ (5)的動態(tài)濾波器陣列(21)，根據(jù)由所述CAN接□ (5)檢測到的 RPM和轉(zhuǎn)矩值，每個濾波器(Fl，...F5)具有預(yù)設(shè)頻率(Fr)和可變增益(g)。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)(100)，其特征是，所述信號處理器(2)包括連接到所述振 動傳感器(1)和所述CAN接口(5)的整體增益模塊(20)，根據(jù)由所述CAN接口(5)檢測到的RPM 和轉(zhuǎn)矩值，所述整體增益模塊(20)被配置為將整體增益(G11，G55...)施加到由所述振動傳 感器(1)檢測到的電信號(A)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)(100)，其特征是，所述信號處理器(2)包括連接到所述整 體增益模塊(20)和所述CAN接口(5)的動態(tài)濾波器陣列(21)，所述動態(tài)濾波器的陣列(21)包 括多個濾波器陣列，其中，每個濾波器陣列(F1，...F5)與所述整體增益模塊(20)的特定整 體增益(Gll，...G55)相關(guān)聯(lián)，根據(jù)由所述CAN接口(5)檢測到的RPM和轉(zhuǎn)矩值，每個濾波器具 有預(yù)設(shè)的固定頻率(Fr)和可變增益(g)。7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的系統(tǒng)(100)，其特征是所述CAN接口(5)以如下方式配置，檢測來自所述CAN總線(203)的由駕駛員從至少兩個 可能的車輛的狀態(tài)值中設(shè)置的車輛的狀態(tài)值，并且所述整體增益模塊(20)包含多個數(shù)量與由駕駛員設(shè)置的車輛的狀態(tài)的數(shù)量相同的三 維查找表，其中每個3D查找表具有RPM值作為X軸、轉(zhuǎn)矩值作為Y軸、整體增益值作為Z軸。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(100)，其特征是，所述信號處理器(2)包括混合器(15)， 以混合由所述振動傳感器(1)檢測的所述電信號(A)和來自于車輛中設(shè)置的音頻多聲道功 率放大器(4’)的音頻信號(D)。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)(100)，其特征是，所述信號處理器(2)包括連接到所述混 合器(15)的增益調(diào)節(jié)模塊(14)，以設(shè)置來自于音頻多聲道功率放大器(4’)的所述音頻信號 (D)的增益，從而因?yàn)榘l(fā)動機(jī)聲音增強(qiáng)系統(tǒng)(100)而不改變車輛音頻系統(tǒng)的音響效果。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(100)，其特征是，所述車輛(200)包括連接到設(shè)置在車廂內(nèi)的多個揚(yáng)聲器的多聲道功率放大器(4’)的音 頻系統(tǒng)，并且發(fā)出發(fā)動機(jī)聲音增強(qiáng)的所述揚(yáng)聲器(3)是所述車輛音頻系統(tǒng)的中央揚(yáng)聲器。
【文檔編號】B60R16/023GK205652027SQ201620025957
【公開日】2016年10月19日
【申請日】2016年1月12日 公開號201620025957.6, CN 201620025957, CN 205652027 U, CN 205652027U, CN-U-205652027, CN201620025957, CN201620025957.6, CN205652027 U, CN205652027U
【發(fā)明人】F·維奧利, E·烏戈洛蒂, M·阿萊蒂
【申請人】Ask工業(yè)股份公司