专利名称：排气系统中的扬声器过载保护的制作方法
技术领域：
本申请涉及一种扬声器的过载保护，所述扬声器使用在由内燃机驱动的车辆的排气系统中用于声波的主动消除或影响。
背景技术：
不管何种内燃机设计(例如往复式发动机，旋转活塞式发动机或自由活塞式发动机)，都由连续的工作循环产生噪音(特别是燃料/空气混合物的进气和压缩，所燃烧的燃料/空气混合物的做功和排放)。一方面，这些噪音作为结构载声(structure-bornesound)穿过内燃机并然后作为空气载声(airborne sound)从内燃机的外侧放射。另一方面，这些噪声作为空气载声与所燃烧的燃料/空气混合物一起穿过内燃气的排气系统。这些噪音常常被感觉为不适。一方面，存在由运转内燃机车辆的制造商必须遵守的噪声控制的法律规定。这些法律规定通常指定在车辆运转期间的最大可允许的声压(sound pressure)。另一方面,制造商努力确保他们生产的运转内燃机的车辆具有特有的噪音发射，以配合各个厂商的形象并吸引消费者。采用具有低体积排量的现代发动机，这种特有的噪音发射经常不再可由常规手段确保。可容易地削弱穿过内燃机的作为结构载声的噪音并因此通常不再是有关噪音控制的问题。
作为与燃烧的燃料/空气混合物一起的空气载声穿过排气系统的噪音由位于排气系统的后出口上游的消声器减弱。如果存在的话，这些消声器可置于催化转化器的下游。例如，这种消声器可根据吸收原理和/或反射原理操作。两种操作方法都具有他们需要相对大的体积并且对燃烧的燃料/空气混合物生成相对高的阻力的缺点，这意味着车辆的整体效率下降，同时燃料消耗增加。作为消声器的替代或除了消音器之外，所谓的反声(ant1-sound)系统发展了一段时间，该反声系统将在电声学上产生的反声叠加到在内燃机中产生并穿过排气系统的空气载声。例如，这样的系统从以下文献公开:US4177874，US 5229556，US 5233137，US5343533， US 5336856， US 5432857， US 5600106， US 5619020， EP 0373188， EP 0674097，EP 0755045， EP0916817, EP 1055804， EP 1627996， DE 19751596， DE 102006042224， DE102008018085 及 DE 102009031848。所述反声系统通常利用所谓的滤波-X最小均方(Filtered-x Least MeanSquare,FxLMS)算法，所述方法试图将误差信号降低为零。该误差信号通过误差扩音器测量。视图将误差信号由通过至少一个扬声器的声音输出降低为零，该扬声器由通过排气系统的流体连接来连接。为了完成由内燃机产生并在排气系统中传导的空气载声和从扬声器产生的反声的声波的相消干扰(destructive interference),源自扬声器的声波必须在振幅和频率上对应于由内燃机产生并在排气系统中传导的声波。然而，源自扬声器的声波必须包括相对于由内燃机生成并在排气系统中传导的空气载声的180度相移。在排气管中传导的空气载声的每个频带的反声，通过确定两个相互相对相移90度的正弦振荡的合适的频率和相位位置并通过计算这些正弦振荡的振幅，通过FxLMS算法分别计算。反声系统的目的是声音消除是可听到的并且至少在排气系统外侧可测量的，但如果需要也在排气系统内侧可听到并可测量。本该文档中，术语反声用于区分由扬声器从由内燃机产生并在排气系统中传导的空气载声而生成的声音。当单独考虑时，反声涉及普通的空气载声。由德国的J.Eberspacher GmbH & C0.KG, Eberspacherstrasse 24,73730Esslingen公司提供各自的反声系统。已知的排气系统的反声系统具有的缺点是扬声器的连续运转可产生扬声器并特别是扬声器振荡线圈的热过载和/或扬声器(例如振膜或支架(spider)的)的机械过载。为了防止扬声器的振荡线圈的热过载，WO 02/21879中提出当将信号通过扬声器且特别是振荡线圈的热特性数学模型提供给扬声器时，计算振荡线圈的期望升温，并如果需要的话，诸如未超过振荡线圈的特定温度，降低提供给扬声器的信号振幅。然而，W002/21879中提出的解决方案并不适合于排气系统的反声系统的扬声器。当提供到扬声器的信号减小振幅时，不再能确保关于车辆运行可符合的最大可允许的声压的法律规定。另外，W002/21879也没有考虑任何机械过载。
发明内容
本发明的实施例因此设法为排气系统的反声系统的扬声器提供过载保护，其有效地防止扬声器的振荡器线圈的热过载和/或扬声器(例如振膜或支架)的机械过载，并同时充分确保在排气系统中传导的空气载声的可允许的声压不超限。实施例涉及一种方法，该方法控制由内燃机运行的车辆的排气系统的反声系统，用于在排气系统中基于测量的声音产生反空气载声以用来在排气系统中测量声音的位置附近，至少部分地或优选完全地在数值和相位上消除由内燃机生成并在排气系统中传导的空气载音。该噪音的消除将至少在排气系统的外侧可听到并可测量，但优选也在排气系统内部可听到并可测量。在上下文中的“在测量声音的位置附近”意为至少部分消除声音的位置是在相距测量声音所在的位置的废气流的上游或下游的距离不大于沿着废气流测量声音所在的位置处的排气系统的最大直径的十倍并且特别不大于5倍并且更特别不大于两倍处。该方法包括在排气系统内侧测量声音以及基于测量到的声音计算控制信号的步骤。如果采用控制信号操作布置在排气系统中的扬声器，控制信号能够以导致空气载声的完全或部分消除的方式来确定。方法此外包括当至少一个扬声器(并且特别是至少一个扬声器的振荡器线圈)采用控制信号通过扬声器和特别是振荡器线圈(并且特别是至少一个扬声器(并且特别是至少一个扬声器的振荡器线圈的)热特性的数学模型)的数学模型操作时计算所期望的反声系统的至少一个扬声器(特别是至少一个扬声器的振荡器线圈)的热负载和/或当反声系统的至少一个扬声器(并且特别是例如至少一个扬声器的振膜或支架)采用控制信号基于扬声器(并且特别是至少一个扬声器(并且特别是至少一个扬声器的振膜或支架)的机械特性的数学模型)的数学模型操作时计算所期望的至少一个扬声器的机械负载的步骤。这样，计算热负载还是机械负载中的任一个，或者计算热负载和机械负载两者。例如，各自的数学模型可以公式、特征曲线或图表的形式呈现。出于此目的，例如数学模型可关于至少一个扬声器的振荡器线圈的热负载设计，如在WO 02/21879中所描述的。给出该文献的全部相关教导。所述方法进一步包括将计算出的热负载和/或计算出的机械负载与指定的最大负载进行比较的步骤。一个通常的最大负载值或分离的最大负载值可设置用于热负载和机械负载。方法进一步包括采用控制信号操作至少一个扬声器的步骤，计算出的热负载和/或计算出的机械负载应小于或等于各自的最大负载。方法进一步包括如果计算出的热负载和/或计算出的机械负载大于各自的最大负载则改变控制信号频谱(spectrum)以获得修正的控制信号的步骤，和采用修正的控制信号操作至少一个扬声器的步骤。至少一个扬声器的热负载和/或至少一个扬声器的机械负载的减少因此不会通过在所有频率上的控制信号的振幅的整体减少完成，而是通过控制信号频谱的变化来完成。频率的振幅仅对声音消除贡献很小的量，例如可设为零。根据第一实施例，改变控制信号频谱的步骤包括将控制信号的单独频率的振幅与阈值相比较，将振幅小于或等于阈值的控制信号的那些频率的振幅设为零以用来获得修正的控制信号，以及在采用修正的控制信号的操作期间通过至少一个扬声器和特别是振荡器线圈(并且特别是至少一个扬声器(并且特别是至少一个扬声器的振荡器线圈)的热特性的数学模型)的数学模型计算所期望的反声系统的至少一个扬声器(并且特别是至少一个扬声器的振荡器线圈)的热负载和/或在采用修正的控制信号的操作期间通过至少一个扬声器(特别是至少一个扬声器(并且特别是至少一个扬声器的振膜或支架)的机械特性的数学模型)的数学模型计算所期望的反声系统的至少一个扬声器(并且特别是至少一个扬声器的振膜或支架)的机械特性的步骤。根据第一实施例，改变控制信号频谱的步骤进一步包括将计算出的热负载和/或计算出的机械负载与各自指定的最大负载相比较，如果计算出的热负载和/或计算出的机械负载大于各自最大的负载则增加阈值并重复上面步骤，以及只要计算出的热负载和/或计算出的机械负载小于或等于各自最大的负载就采用修正的控制信号操作至少一个扬声器的子步骤。这样，在本实施例中将低于阈值的频率振幅设为零。因此，将控制信号的频谱改变到消除具有小振幅的频率的程度。然而，本发明不仅限于在振幅低于阈值的情况下将频率的振幅设为零。出于声音设计的原因，可选地将具有大的振幅的频率的振幅设为零或让具有小振幅的频率不变化。在这种情况下，将控制信号的那些振幅高于阈值的频率的振幅设为零，以用来获得修正的控制信号。进一步地，如果由修正的控制信号的使用产生的至少一个扬声器的计算出的热负载和/或计算出的机械负载仍大于各自最大负载，则阈值在重复方法的前述步骤前减小。根据第二实施例，改变控制信号频谱的步骤包括将控制信号的频率分配到内燃机的发动机序列(engine order)的控制信号上，设置控制信号的其发动机序列大于或等于阈值以用来获得修正的控制信号的那些频率的振幅为零，以及在采用修正的控制信号的操作期间通过至少一个扬声器和特别是振荡器线圈(和特别是至少一个扬声器(并且特别是至少一个扬声器的振荡器线圈)的热特性的数学模型)的数学模型计算所预期的反声系统的至少一个扬声器(并且特别是至少一个扬声器的振荡器线圈)的热负载和/或通过至少一个扬声器(并且特别是至少一个扬声器(并且特别是至少一个扬声器的振膜或支架)的机械特性的数学模型)的数学模型计算至少一个扬声器(并且特别是至少一个扬声器的振膜或支架)的机械负载的子步骤。根据第二实施例，改变控制信号频谱的步骤进一步包括将计算出的热负载和/或计算出的机械负载与各自指定的最大负载相比较，如果计算出的热负载和/或计算出的机械负载大于各自的最大负载则降低阈值并重复上面步骤，和只要计算出的热负载和/或计算出的机械负载小于或等于各自的最大负载就采用修正的控制信号操作至少一个扬声器的子步骤。这样，在本实施例中将要分配到大于阈值的高发动机序列上的频率设为零。结果，将控制信号的频谱改变到保留分配在较低发动机序列上的频率而消除分配到较高发动机序列上的频率的程度。然而本发明不限于此。出于声音设计的原因，可用的是将分配到较低发动机序列的频率设为零并且分配到较高发动机序列的频率保留不变。在该情况下，控制信号的其发动机序列小于阈值以用于获得修正的控制信号的那些频率的振幅将设为零。此外，如果由修正的控制信号的使用产生的至少一个扬声器的计算出的热负载和/或计算出的机械负载将仍大于各自最大负载，则阈值将在重复前述方法步骤之前增加。在该上下文中，术语“发动机序列”定义如下:内燃机为非线性、振荡系统。这些系统具有除了基本频率外还具有基本频率倍数的频谱。将整数倍指定为谐波。在可变基本频率期间，基本频率的倍数频率在相互之间与在基本频率的恒定比率之间一样变化。然后将他们指定为序列，其中序列号指示基本频率的因数。例如第二发动机序列是对应于两倍发动机速度的频率曲线。因为具有阶梯升高或阶梯降低的比率，非整数并且特别是半阶梯序列在真实的发动机系统中是可行的。根据另一个可适用于本发明的可选的定义，“发动机序列”是以乘以60倍赫兹的周期活动的频率和除以转数/分(rpm)的发动机转速的结果。这样，例如发动机的曲轴每次转动发生一次的周期活动(和由该活动产生的声音)属于第一发动机序列。以这种方式在内燃机中发生的所有周期活动(和由这些活动产生的声音)可分配到某一发动机序列。根据第三实施例，改变控制信号频谱的步骤包括通过人耳的心理-声学模型检测仅由人耳微弱地感知到或者完全感知不到的信号成分，将控制信号的由人耳的感知度小于或等于阈值的那些信号成分的振幅设为零以用来获得修正的控制信号，在采用修正的控制信号的操作期间通过至少一个扬声器和特别是振荡器线圈(和特别是至少一个扬声器(和特别是至少一个扬声器的振荡器线圈)的热特性的数学模型)的数学模型计算所期望的反声系统的至少一个扬声器(和特别是至少一个扬声器的振荡器线圈)的热负载和/或在采用反声系统的修正的控制信号的操作期间通过至少一个扬声器(和特别是至少一个扬声器(和特别是至少一个扬声器的振膜或支架)的机械特性的数学模型)的数学模型计算所期望的反声系统的至少一个扬声器(和特别是至少一个扬声器的振膜或支架)的机械负载，将计算出的热负载和/或计算出的机械负载与各自指定的最大负载进行比较的子步骤。根据第三实施例，改变控制信号频谱的步骤进一步包括如果计算出的热负载和/或计算出的机械负载大于各自的最大负载则增加阈值和重复上述步骤，和只要计算出的热负载和/或计算出的机械负载小于或等于各自的最大负载就采用修正的控制信号操作至少一个扬声器的子步骤。通过这种方式，可特定地省略无论如何不会由具有标准听力能力的人耳感知到的信号成分。实施例可特别考虑到用于正常听力的人类音调听力图和/或标记效应，其特别以在强泛音附近的弱频成分出现。在这种情况下，可参考在标准ISO/IEC11172-3和150/比0 13818-3 (MPEG-1 Audio Layer III 和 MPEG-2 Audio Layer III)中描述的技术。根据第四实施例，改变控制信号频谱的步骤包括检测控制信号的在至少一个扬声器的谐振范围内通过使用至少一个扬声器(和特别是至少一个扬声器的振动特性的数学模型)(扬声器特别包括振荡器线圈)的数学模型的信号成分，增加控制信号的在至少一个扬声器的谐振范围内的那些信号成分的振幅以用来获得修正的控制信号，以及在采用修正的控制信号的操作期间通过至少一个扬声器和特别是振荡器线圈(并且特别是所述至少一个扬声器(并且特别是至少一个扬声器的振荡器线圈)的热特性的数学模型)的数学模型计算所期望的反声系统的至少一个扬声器(并且特别是至少一个扬声器的振荡器线圈)的期望的热负载和/或在采用修正的控制信号的操作期间通过至少一个扬声器(并且特别是至少一个扬声器(并且特别是至少一个扬声器的振膜或支架的)的机械特性的数学模型)的数学模型计算反声系统的至少一个扬声器(并且特别是至少一个扬声器的振膜或支架)的机械负载的子步骤。根据第四实施例，改变控制信号频谱的步骤进一步包括将计算出的热负载和/或计算出的机械负载与各自的最大负载比较，当计算出的机械负载大于最大负载时，降低在至少一个扬声器的谐振范围内的那些控制信号的信号成分的振幅，并重复上面最后两个步骤的子步骤。在这种情况下，减小振幅的程度不等于前述振幅的增加幅度，即更大或更小。根据第四实施例，改变控制信号频谱的步骤进一步包括增加控制信号的再次落入至少一个扬声器的谐振范围内的那些信号成分的振幅，所述振幅以及如果计算出的机械负载小于或等于最大负载并同时计算出的热负载大于最大负载则重复上面最后两个步骤的子步骤。只要计算出的热负载和/或计算出的机械负载小于或等于各自的最大负载，步骤伴随采用修正的控制信号来操作至少一个扬声器。通过增加控制信号的落入至少一个扬声器的谐振范围内的那些信号成分的振幅，独立信号成分的振幅的小幅增加产生各个扬声器振膜的超比例偏差。结果，传导通过扬声器的振荡器线圈的空气流增加，并且振荡器线圈的自冷却因此增加到由于振幅的增加而超补偿振荡器线圈的额外温度增加的程度。因此，控制信号的在至少一个扬声器的谐振范围内的那些信号成分的轻微减小，导致各个扬声器振膜的偏差的超比例减少。在实施例中，指定的最大负载是温度值和/或至少一个扬声器振膜的最大偏差，并且因此是与时间无关的值。依照可选的实施例，指定的最大负载是温度和持续时间的函数和/或至少一个扬声器振膜的最大偏差和发生频率的函数。因此最大负载则仅当温度值超出某一最短时间时超出，和/或最大偏差在间隔时间内非常频繁地出现。出于此目的，温度和/或偏差的集体可根据损伤的线性积累规则评估。以这种方式，可容许还没有削弱各个扬声器的使用寿命的瞬时负载。根据实施例，至少一个扬声器和特别是振荡器线圈(并且特别是至少一个扬声器(并且特别是至少一个扬声器的振荡器线圈)的热特性的数学模型)的数学模型考虑至少一个参数，所述参数取自:周围温度、大气压力、空气湿度、雨水传感器信号、废气温度、发动机速度、发动机扭矩、以及当驱动时相对各个扬声器的空气流。出于此目的，空气湿度可用于调节围绕各个扬声器的空气的热容量。雨水传感器的输出信号容许外界温度和空气湿度的置信区域。部分或全部上述值可在具有车辆发动机控制单元的CAN总线上提供。由内燃机驱动车辆的排气系统的反声系统的实施例具有反声控制单元，至少一个扬声器，和误差扩音器。出于此目的，至少一个扬声器与用于控制信号的接收的反声控制单元连接并适于取决于从反声控制单元接收到的控制信号，在放置在与排气系统的流体连接中的声音发生器中产生反声。误差扩音器进一步与反声控制单元连接并布置在位于在声音发生器和排气系统之间的流体连接附近的排气系统的位置上，并且适于测量在排气系统内的声音，并且向反声控制单元提供相应的测量信号。在这种情况下，“流体连接附近”意为误差扩音器位于相距在声音发生器与排气系统之间的流体连接在沿着废气流的该流体连接的下游或上游的距离不超过沿着废气流的该流体连接处的排气系统的最大直径的十倍并且特别是不超过5倍并且更特别是不超过两倍处。反声控制单元适用于执行上述方法以用来在数值和相位上至少部分地或优选全部地通过向至少一个扬声器输出控制信号来消除从误差扩音器接收到的信号(进而在排气系统中传导的空气载声)。该声音的消除应至少在排气系统的外侧可听到并且可测量，但优选地也在排气系统内可听到并且可测量。车辆的实施例包括内燃机，具有与内燃机的流体连接的排气系统，并且如上所述的反声系统，其中声音发生器与排气系统连接并且误差扩音器在排气系统中或在其上布置。在这种情况下，需要强调的是在本文档中，除非另外特别明确地说明，术语“控制”可完全同义地用术语“调节”来使用，而不同于在德语中的通常使用。这也涉及两个术语所有的语法变化。在本文档中，术语“控制”因此可以包括一个参考控制变量和/或其测量值，与术语“调节”也可以指简单的控制链相同。此外，应当指出的是在本说明书和权利要求中使用的用于特征列举的术语，比如“包括”，“包括”，“包含”，“含有”和“具有”以及他们的语法变化，一般理解为特征的非确定列举，诸如方法步骤，设备，区域，因素及其类似，并绝不排除其他或附加的功能或其他或附加功能组的存在。
参考附图，本发明的上述以及其他有利的特征将从如下的本发明示例性实施例的具体描述显而易见。需要注意的是，并非所有本发明可能的实施例需要展示每个或任一在此确定的优势。本发明的进一步特征由连同权利要求和附图的实施例的随后的说明中体现。在附图中，相同的和/或相似的元件使用相同和/或相似的参考符号指示。需要强调的是本发明不限于所描述的实施例范例的实施例，而是由所附的权利要求的范围确定。特别地，如由本发明教导的实施例的单独特征可实现在不同数量和组合中而不是下面所引用的范例中。在本发明一些实施例的如下说明中，也参考附图，其中图1示出根据本发明的实施例的反声系统的示意和透视图；图2示出与内燃机的排气系统交互的图1中的反声系统示意性框图；图3是用于控制根据一般实施例的图1和图2中的排气系统的反声系统的方法的流程图；和
图4A，4B，4C，4D每个是用于控制根据第一，第二，第三和第四实施例的图1和图2中的排气系统的反声系统的方法的流程图。
具体实施例方式在下面描述的示意性实施例中，在功能与结构上相同的部件尽可能指定相同的参考标记。因此，为了理解特定实施例的单独部件的特征，也可参考其它实施例以及本发明概要的描述。在本文中应注意的是术语“包括”，“包含”，“具有”和“具有”，以及在本说明书或权利要求中使用的其语法的修改，指示例如所述部件，附图，整数，步骤等技术特征的存在，并且绝不排除一个或多个替代特征，特别是其它部件，附图，整数，步骤或其组合的存在或附加。根据本发明实施例的反声系统7参考图1和2随后描述。反声系统7包括以声音隔离壳体形式的声音发生器3,该声音发生器3包含扬声器2并与排气管I附近的排气系统4流体连接。所述排气管I具有开口 8以将在排气系统4中的废气排出到外侧。误差扩音器5以压力传感器的形式设置在排气管I上。误差扩音器5测量压力波动并因此测量在区域下游的排气管I的内侧的声音，在该区域中在排气系统4和声音发生器3之间具有流体连接。然而，应当强调的是本发明不限于误差扩音器的此类型布置。如果误差扩音器在相距在声音发生器与排气系统之间的流体连接关于废气流的下游或上游的距离不多于在此流体连接处的排气系统的最大直径的十倍且特别是不多于五倍且更特别是不多于两倍时，一般是有效的。扬声器2和误差扩音器5与反声控制单元10电连接。排气系统4可进一步包括催化转化器(未示出)，该催化转化器位于内燃机6和排气管I之间用于净化从内燃机6发出在排气系统4中传导的废气。上述反声系统7的功能将随后通过图3，4A，4B，4C和4D的流程图以详细的细节解释。反声控制单元10的操作的一般原理在图3中示出。首先，在步骤SI中，在排气系统内侧传导的声音通过在排气管I附近的误差扩音器5测量。在随后的步骤S2中，反声控制单元10通过测量到的声音使用滤波-X最小均方(FxLMS)算法通过应用反声计算控制信号，此处所述控制信号允许排气系统内侧承载的声音的广泛消除。其后(S3)，反声控制单元10在采用控制信号操作期间，使用存储在反声控制单元中的振荡器线圈(特别是振荡器线圈的热特性)的数学模型计算期望的扬声器2的振荡器线圈的热负载。在这种情况下，使用在W002/21879中描述的扬声器2的模型，其中拥有反声系统7的车辆的周围温度，扬声器2的周围温度，当前大气压力，当前空气湿度，废气温度，发动机速度，发动机扭矩，以及因为车辆几何尺寸和车辆速度从驱动中所期望的相对扬声器的空气流都额外在模型中考虑。在这种情况下，对于空气湿度和周围温度的置信区域，也使用车辆的雨水感应器的输出信号。以特征曲线或特征表，例如代替以公式的形式的数学模型也是可用的。反声控制单元10通过合适的感应器(未示出)确定空气湿度和废气温度，并且发动机速度，发动机扭矩，雨水感应器的输出信号以及车辆速度通过发动机6的发动机控制单元经由CAN总线提供给反声控制单元10。通过考虑由发动机控制单元经由CAN总线提供的参数，可以预期期望的振荡器线圈的进一步温度发展。例如如果发动机速度急速增加，可以预期废气温度将几乎没有延迟地增加，或者如果车辆速度急剧下降，可以预期通过周围空气的扬声器的冷却将减弱。这使得能够通过考虑进一步的热负载而操作振荡器线圈作为预防性措施，因为可以预知由于诸如增加的废气温度或减少的冷却的振荡器线圈的进一步温度上升。因此，通过使用上述参数，振荡器线圈的数学模型可动态地考虑车辆和发动机的操作状态。同时，在步骤S3中的反声控制单元10在采用控制信号的操作期间通过使用存储在反声控制单元中的扬声器(并且特别是扬声器的机械特性的数学模型)的数学模型来计算所期望的扬声器2的振膜和支架的机械负载。在步骤S4中，振荡器线圈的计算出的热负载和扬声器的所计算的机械负载与各自指定的最大负载比较。出于此目的，为热负载和机械负载分别指定单独的最大负载。在所示的实施例中，该热的最大负载不作为简单的温度值而是温度与其持续时间的函数来指定。反声控制单元10因此考虑振荡器线圈的负载历史，以便如果振荡器线圈的温度暂时超出，只要结果扬声器2的预期的总使用寿命不受影响就是可允许的。同时最大机械负载不简单地是扬声器的振膜和支架最大偏差，而是偏差和发生频率的函数。如果计算出的热负载和计算出的机械负载小于或等于各自的最大负载，则扬声器采用在步骤S2中由反声控制单元 计算的控制信号来操作(S5)。否则，如果计算出的热负载或机械负载大于最大负载，控制信号的频谱在步骤S6中改变，以用于获得修正的控制信号，并且扬声器2将采用修正的控制信号操作。即使图3仅示出穿过反声控制单元10的控制回路，对于本领域技术人员来说显而易见的是，由于在排气系统5传导的声音的变化频谱，该控制回路将随后在实际应用中立刻重复，例如作为变化的发动机速度的结果。在图4A，4B，4(^P4D中示出步骤S6中的四个替代实施例。根据在图4A所示的第一实施例，在第一步骤S61中，将控制信号的单独频率的初始振幅与存储在反声控制单元10的初始阈值比较。随后，将控制信号的小于或等于阈值的那些频率的振幅设为零，以用来获得修正的控制信号(S62)。在下面的步骤S63中，反声控制单元10在采用修正的控制信号操作期间通过使用振荡器线圈(并且特别是振荡器线圈的热特性的数学模型)的数学模型来计算所期望的反声系统7的扬声器2的振荡器线圈的热负载，以及在采用修正的控制信号操作期间通过使用存储在反声控制单元10中的扬声器(并且特别是扬声器的机械特性的数学模型)的数学模型来计算所期望的反声系统7的扬声器2的振膜和支架的机械负载。该计算与图3中的步骤S3中的计算类似地完成。因此，计算出的热负载和计算出的机械负载在步骤S64中取决于在各个情况中使用的扬声器2，与在反声控制单元10中设置的各个指定的最大负载相比较。该比较与图3的步骤S4中的比较类似地完成。如果计算出的热负载或计算出的机械负载大于各个最大负载，则增加在步骤S66中的阈值，并且方法返回到步骤S61。另一方面，如果计算出的热负载和计算出的机械负载都小于或等于最大负载，扬声器2在步骤S65中采用修正的控制信号操作。根据在图4B中所示的第二实施例，在第一步骤S61’中将控制信号的初始频率分配给内燃机6的发动机序列。在图示的实施例中，这种分配使用发动机速度的倍数完成。在下面的步骤S62’中，将控制信号的其发动机序列大于或等于初始阈值的那些频率的振幅设置为零以用来获得修正的控制信号，所述初始阈值存储在反声控制单元10中。随后，在采用修正的控制信号操作期间通过使用振荡器线圈(特别是振荡器线圈的热特性的数学模型)的数学模型来计算所期望的反声系统7的扬声器2的振荡器线圈的热负载以及在采用修正的控制信号操作期间通过使用存储在反声控制单元10中的扬声器2 (特别是扬声器2的机械特性的数学模型)的数学模型来计算所期望的反声系统7的扬声器2的机械负载(S63')。该计算与图3的步骤S3中的计算类似地完成。在下面的步骤S64'中，取决于在各个情况中使用的扬声器2，计算出的热负载和计算出的机械负载与在反声控制单元10中指定的各个指定的最大负载相比较。该比较与图3中的步骤S4类似地完成。如果计算出的热负载或计算出的机械负载大于最大负载，则在方法返回到步骤S61’前在步骤S66’中降低阈值。否则，只要所计算的热负载和计算出的机械负载小于或等于各个最大负载，就在步骤S65’中采用修正的控制信号操作扬声器2。根据在图4C中所示的第三实施例，最初在第一步骤S61 *中，使用人耳的心理声学模型，检测控制信号的可由人耳微弱地感知到或完全感知不到的信号成分。在本实施例中该检测与IS0/IEC 11172-3和IS0/IEC13818-3标准类似地完成。在下面的步骤S62 *中，将控制信号的由人耳的感知度小于或等于阈值的那些频率的振幅设置为零，以用来获得修正的控制信号。随后，在采用修正的控制信号操作期间通过使用振荡器线圈(并且特别是振荡器线圈的热特性的数学模型)的数学模型来计算所期望的反声系统7的扬声器2的振荡器线圈的热负载，以及在采用修正的控制信号操作期间通过使用存储在反声控制单元10中的扬声器2 (并且特别是扬声器的机械特性的数学模型)的数学模型来计算所期望的反声系统7的扬声器2的振膜和支架的机械负载(S63 * )。该计算与图3的步骤S3类似地完成。在下面的步骤S64 *中，取决于在各个情况中使用的扬声器2，计算出的热负载和计算出的机械负载都与在反声控制单元10中指定的各个最大负载比较。该比较与图3中的步骤S4中的比较类似地完成。如果计算出的热负载或计算出的机械负载大于最大负载，则在方法返回到步骤S61 *前在步骤S66 *中增加阀值。否则，只要所计算的热负载和计算出的机械负载小于或等于最大负载，就采用修正的控制信号操作在步骤S65 *中的扬声器2。根据在图4D中所示的第四实施例，在第一步骤S61#中，使用包括振荡器线圈并且特别是扬声器的振动特性的数学模型的扬声器的数学模型，检测控制信号的在扬声器的谐振范围内的信号成分。随后，在步骤S62#中，提高和增加控制信号的在扬声器的谐振范围内的信号成分的振幅，以用来获得修正的控制信号。在本实施例中，该提高增强由指定的绝对值发生。可选地，该提高也可由指定的相对值发生，其相对值的数量取决于各个振幅的绝对值。在下面的步骤S63#中，在采用修正的控制信号操作时通过使用振荡器线圈(并且特别是振荡器线圈的热特性的数学模型)的数学模型来计算反声系统的扬声器的振荡器线圈的各个期望的热负载，以及在采用修正的控制信号操作时通过使用扬声器(并且特别是扬声器的机械特性的数学模型)的数学模型来计算反声系统的扬声器的期望的机械负载。然后，进行计算出的热负载和计算出的机械负载与指定的最大负载的比较(S64#)。如果计算出的机械负载大于最大负载，再次减小控制信号的在扬声器的谐振范围内的信号成分的振幅，并且因此在步骤S63#到S64#时再次重复在下面的步骤S66#中降低振幅。在所示的实施例中，该减小可通过指定的对应于用于在步骤S62#中的前述增加的绝对值的一半的绝对值发生。可选地，该减小例如也可通过指定的取决于在用于前述提高的步骤S62#中的值的相对值发生。至关重要的是减小与前述增加不同，反之亦成立。如果计算出的机械负载小于或等于最大负载,但是计算出的热负载仍大于最大负载，则重复步骤S62#到S64#。只要所计算的热负载和计算出的机械负载小于或等于最大负载，就采用修正的控制信号操作扬声器(S65#)。即使在参考图4A，4B，4C和4D描述的上述实施例中，也考虑了振荡器线圈的热负载以及扬声器的机械负载，也仅有振荡器线圈的热负载和扬声器的机械负载中的一个可考虑作为其偏离，而其他负载在各个情况中可以忽略。为了清楚说明的目的，只有需要理解本发明的那些元件，部件和功能在附图中呈现。然而本发明的实施例不限于所图示的元件，部件和功能，但在对于它们的使用和它们的功能范围来说它们是必须的程度上它们包含附加的元件，部件和功能。即使使用两个控制信号的最大值在上文描述了本发明，但是本发明不限于此。本发明还可扩大到控制信号的任意数量。虽然关于其某些示例性实施例描述了本发明，但显而易见的是许多替代，修改和变化对于本领域技术人员来说是明显的。因此，在此所提出的本发明的示例性实施例的目的是说明性的而不以任何方式限制。可作出不背离如在下列权利要求中定义的本发明精神和范围的各种变化。
权利要求
1.一种方法，用于控制由内燃机操作的车辆的排气系统的反声系统，用于基于测量到的声音在所述排气系统中生成反空气载声，以用来在所述排气系统的位置附近消除由所述内燃机生成并且在所述排气系统中传导的空气载声，在所述位置处在数量和相位上至少部分地和优选全部地测量所述声音，该方法包括以下步骤: (51)测量在所述排气系统内侧的声音； (52)基于测量到的声音计算控制信号； (53)在采用所述控制信号的操作期间，基于扬声器的热特性的数学模型来计算所述反声系统的至少一个扬声器的期望的热负载，和/或在采用所述控制信号的操作期间，基于所述扬声器的机械特性的数学模型来计算所述反声系统的所述至少一个扬声器的期望的机械负载； (54)将计算出的热负载和/或机械负载与指定的最大负载相比较； (55)如果所述计算出的热负载和/或所述计算出的机械负载小于或等于所述最大负载，则采用所述控制信号操作所述扬声器；以及 (56)如果所述计算出的热负载和/或所述计算出的机械负载大于所述最大负载，则改变所述控制信号的频谱以用来获得修正的控制信号，以及采用所述修正的控制信号操作所述扬声器。
2.根据权利要求1所述的方法，其中改变所述控制信号的频谱的所述步骤(S6)包括以下子步骤: (561)将所述控制信号的单独频率的振幅与阈值相比较； (562)将所述控制信号的其振幅小于或等于所述阈值的那些频率的所述振幅设为零，以用来获得修正的控制信 号； (563)在采用所述修正的控制信号的所述操作期间，基于所述扬声器的热特性的数学模型来计算所述反声系统的所述至少一个扬声器的期望的热负载，和/或基于所述扬声器的机械特性的数学模型来计算所述反声系统的所述至少一个扬声器的期望的机械负载； (564)将所述计算出的热负载和/或所述计算出的机械负载与所述指定的最大负载相比较； (S66)如果所述计算出的热负载和/或所述计算出的机械负载大于所述最大负载，则增加所述阈值并重复所述步骤(S61)到(S64);以及 (565)只要所述所计算的热负载和/或所述计算出的机械负载小于或等于所述最大负载，就采用所述修正的控制信号操作所述扬声器。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中改变所述控制信号的频谱的所述步骤(S6)包括以下子步骤: (S61’ )将所述控制信号的频率分配给所述内燃机的发动机序列； (S62’)将所述控制信号的其发动机序列大于或等于阈值的那些频率的振幅设为零，以用来获得修正的控制信号； (S63’)在采用所述修正的控制信号的操作期间，基于所述扬声器的热特性的数学模型来计算所述反声系统的所述至少一个扬声器的期望的热负载，和/或在采用所述修正的控制信号的操作期间，基于所述扬声器的机械特性的数学模型来计算所述反声系统的所述至少一个扬声器的期望的机械负载；(S64’ )将所述计算出的热负载和/或所述计算出的机械负载与所述指定的最大负载相比较； (S66’)如果所述计算出的热负载和/或所述计算出的机械负载大于所述最大负载，则减小所述阈值并重复所述步骤(S61’ )到(S64’ );以及 (S65’ )只要所述计算出的热负载和/或所述计算出的机械负载小于或等于所述最大负载，就采用所述修正的控制信号操作所述扬声器。
4.根据权利要求1，2或3所述的方法，其中改变所述控制信号的频谱的所述步骤(S6)包括以下子步骤: (S61 * )所述控制信号的由人耳微弱地感知到或完全感知不到的信号成分的使用人耳的心理-声学模型的检测； (S62 * )将所述控制信号的其由人耳的感知度小于或等于阈值的那些信号成分的振幅设置为零，以用来获得修正的控制信号； (S63 * )在采用所述修正的控制信号的操作期间，基于所述扬声器的热特性的数学模型来计算所述反声系统的所述至少一个扬声器的所期望的热负载，和/或在采用所述修正的控制信号的操作期间，基于所述扬声器的机械特性的数学模型来计算所述反声系统的所述至少一个扬声器的所期望的机械负载； (S64 * )将所述计算出的热负载和/或所述计算出的机械负载与所述指定的最大负载相比较； (S66 * )如果所述计算出的热负载和/或所述计算出的机械负载大于所述最大负载，则增加所述阈值并且重复所述步骤(S61 * )到(S64 * );以及 (S65 * )只要所述计算出 的热负载和/或所述计算出的机械负载小于或等于所述最大负载，就采用所述修正的控制信号操作所述扬声器。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中改变所述控制信号的频谱的所述步骤(S6)包括以下子步骤: (S61#)所述控制信号的位于所述扬声器的谐振范围中的信号成分的使用所述扬声器的振动特性的数学模型的检测； (S62#)增加所述控制信号的位于所述扬声器的所述谐振范围中的那些信号的振幅，以用来获得修正的控制信号； (S63#)在采用所述修正的控制信号的操作期间，基于所述扬声器的热特性的数学模型来计算所述反声系统的所述至少一个扬声器的所期望的热负载，和/或在采用所述修正的控制信号的操作期间，基于所述扬声器的机械特性的数学模型来计算所述反声系统的所述至少一个扬声器的所期望的机械负载； (S64#)将所述计算出的热负载和/或所述计算出的机械负载与所述指定的最大负载相比较； (S66#)如果所述计算出的机械负载大于所述最大负载，则降低所述控制信号的位于所述扬声器的谐振范围中的那些信号成分的振幅并且重复所述步骤(S63#)到(S64#)，以及如果所述计算出的热负载大于所述最大负载，则重复所述步骤(S62#)到(S64#)； (S65#)只要所述计算出的热负载和/或所述计算出的机械负载小于或等于所述最大负载，就采用所述修正的控制信号操作所述扬声器。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述指定的最大负载是温度值和/或所述扬声器的振膜的最大偏差。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述指定的最大负载是温度和持续时间的函数和/或所述扬声器的振膜的最大偏差与发生频率的函数。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中所述扬声器的热特性的所述数学模型考虑至少一个如下参数: 周围温度，大气压力，空气湿度，雨水传感器信号，废气温度，发动机速度，发动机扭矩，和驱动中相对所述扬声器的空气流。
9.一种反声系统(7)，用于由内燃机操作的车辆的排气系统，该反声系统(7)包括: 反声控制单元(10)； 至少一个扬声器(2)，用于与所述反声控制单元(10)连接的控制信号的接收，其中所述扬声器(2)适于可在置于与所述排气系统(4)的流体连接中的声音发生器(3)中生成反声，其中通过所述扬声器(2)的反声的生成取决于由所述扬声器(2)从所述反声控制单元(10)接收的控制信号，以及 误差扩音器(5)，其与所述反声控制单元(10)连接并且可以布置在关于在所述声音发生器⑶和所述排气系统⑷之间的所述流体连接附近放置的废气流的所述排气系统(4)的位置中，其中所述误差扩音器(5)适于测量在所述排气系统(4)内的声音并且适于向所述反声控制单元(10)输出相应的测量信号； 其中所述反声控制单元( 10)适于执行根据权利要求1至8中之一所述的方法，以用来通过在数量和相位上至少部分地或优选全部到所述至少一个扬声器(2)的所述控制信号的输出来消除从所述误差扩音器(5)接收的信号。
10.一种机动车辆，包括: 内燃机(6)； 排气系统(4)，与所述内燃机(6)流体连接；以及 根据权利要求9所述的反声系统(7)，其中所述声音发生器(3)和所述误差扩音器(5)与所述排气系统(4)连接。
全文摘要
一种用于控制反声系统的方法，包括测量在车辆的排气系统内的声音，基于测量到的声音计算控制信号，在采用控制信号的操作期间，基于扬声器的热特性的数学模型来计算反声系统的至少一个扬声器的所期望的热负载，和/或基于扬声器的机械特性的数学模型来计算反声系统的至少一个扬声器的所期望的机械负载，将计算出的热负载和/或机械负载与指定的最大负载相比较，如果计算出的热负载和/或机械负载小于或等于最大负载则采用控制信号操作扬声器，以及如果计算出的负载大于最大负载则改变控制信号的频谱，以用来接收修正的控制信号。
文档编号G10K11/178GK103114890SQ20121053561
公开日2013年5月22日 申请日期2012年11月2日 优先权日2011年11月2日
发明者U·舒马赫, C·吕金, M·尼古拉 申请人:J·埃贝施佩歇尔有限及两合公司