(57)【要約】      （修正有）【課題】車両の排気ガス騒音および／または吸気騒音および／またはエンジン騒音に影響を与えるためのシステムシステムを提供する。【解決手段】システム（７）は、コントローラ（９）と、制御信号を受信するためにコントローラと接続された少なくとも１つのスピーカ（２）とを備える。少なくとも１つのスピーカは、コントローラから受信する制御信号に応答して、音生成器（３）内で騒音を生成するように構成される。少なくとも１つのマイクロプロセッサは、車両の排気系（４）内および／または吸気系（１２）内で騒音を少なくとも部分的にまたは好ましくは完全に打ち消すように適応されたディジタル制御信号、および／またはエンジンコンパートメント内で騒音、特にエンジン騒音を生成するように適応されたディジタル制御信号を生成するように構成されている。【選択図】図２
2014214750.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の排気ガス騒音および／または吸気騒音および／またはエンジン騒音に影響を与えるためのシステム（７）であって、
前記システム（７）は、
コントローラ（９）と、
制御信号を受信するために前記コントローラ（９）と接続された少なくとも１つのスピーカ（２）であって、前記コントローラ（９）から受信した制御信号に応答して音生成器（３）内で騒音を生成するように構成された少なくとも１つのスピーカ（２）とを備え、
前記コントローラ（９）は、
ディジタル制御信号を生成するように構成された少なくとも１つのマイクロプロセッサ（９１、９１’）であって、前記ディジタル制御信号は、前記車両の吸気系（１２）内および／または排気系（４）内で、騒音を少なくとも部分的にまたは好ましくは完全に打ち消すように適応され、かつ／または前記ディジタル制御信号は、エンジンコンパートメント内で、騒音、特にエンジン騒音を生成するように適応された、少なくとも１つのマイクロプロセッサ（９１、９１’）と、
前記少なくとも１つのマイクロプロセッサ（９１、９１’）と接続され、前記少なくとも１つのマイクロプロセッサ（９１、９１’）から出力された前記ディジタル制御信号をアナログ制御信号に変換するように適応された少なくとも１つのディジタル−アナログコンバータ（９２）と、
前記少なくとも１つのディジタル−アナログコンバータ（９２）と接続され、前記少なくとも１つのディジタル−アナログコンバータ（９２）から出力された前記アナログ制御信号を増幅するように適応された少なくとも１つの増幅器（９３）と、
前記車両の自動車用バッテリ（１０）と接続され、前記自動車用バッテリ（１０）によって供給されたバッテリ電圧（ＶＢＡＴＴ）を、より高い一定の値にアップコンバートし、前記アップコンバートされたバッテリ電圧を供給電圧（ＶＢ）として前記少なくとも１つの増幅器（９３）に出力するよう適応されるように構成されたステップアップコンバータ（９７）とを備える、システム（７）。
【請求項２】
前記ステップアップコンバータ（９７）は、前記自動車用バッテリ（１０）から供給された前記バッテリ電圧（ＶＢＡＴＴ）を、１２Ｖと４８Ｖとの間、特に１２Ｖ、１６Ｖ、２４Ｖ、３２Ｖ、３６Ｖ、４２Ｖ、または４８Ｖに予め設定することが可能な一定の値にアップコンバートし、前記アップコンバートされた一定の値を供給電圧（ＶＢ）として前記少なくとも１つの増幅器（９３）に出力するように構成された、請求項１に記載のシステム（７）。
【請求項３】
前記コントローラ（９）は、前記車両の駆動エンジン（６）のエンジン制御ユニット（１１）と接続されるように構成され、
前記コントローラ（９）の前記少なくとも１つのマイクロプロセッサ（９１、９１’）は、前記エンジン制御ユニット（１１）から受信した信号に応答して前記ディジタル制御信号を生成するように構成された、請求項１または２のいずれか１項に記載のシステム（７）。
【請求項４】
前記音生成器（３）は、前記吸気系（１２）および／または前記排気系（４）と流体連通（fluid communication）して接続されるように構成され、
前記システムは、前記コントローラ（９）と接続され、引き込み空気流に関して前記音生成器（３）と前記吸気系（１２）との間の流体接続（fluid connection）の領域内に位置する前記吸気系（１２）の位置に配置されるように構成されたエラーマイクロホン（５）をさらに備え、かつ／または、
前記システムは、前記コントローラ（９）と接続され、排気ガス流に関して前記音生成器（３）と前記排気系（４）との間の流体接続の領域内に位置する前記排気系（４）の位置に配置されるように構成されたエラーマイクロホン（５）をさらに備え、
前記エラーマイクロホン（５）は、前記吸気系（１２）内および／または前記排気系（４）内の騒音を測定し、対応する測定信号を前記コントローラ（９）に出力するように構成され、前記コントローラ（９）の前記少なくとも１つのマイクロプロセッサ（９１、９１’）は、前記制御信号を前記少なくとも１つのスピーカ（２）に出力することによって、前記エラーマイクロホン（５）から受信した信号を少なくとも部分的にまたは好ましくは完全に打ち消すように構成された、請求項１から３のいずれか１項に記載のシステム（７）。
【請求項５】
前記少なくとも１つのディジタル−アナログコンバータ（９２）は、前記少なくとも１つのマイクロプロセッサ（９１’）に一体化される、請求項１から４のいずれか１項に記載のシステム（７）。
【請求項６】
フィルタ（９６）、特に電圧平滑化回路が、前記自動車用バッテリ（１０）と前記ステップアップコンバータ（９７）との間に配置される、請求項１から５のいずれか１項に記載のシステム（７）。
【請求項７】
前記少なくとも１つのスピーカ（２）は、２Ωと１２Ωとの間、特に３Ωと４Ωとの間の入力インピーダンスを有する、請求項１から６のいずれか１項に記載のシステム（７）。
【請求項８】
前記少なくとも１つの増幅器（９３）は、クラスＤ増幅器であり、
ＬＣローパスフィルタ（９４）が前記少なくとも１つの増幅器（９３）と前記少なくとも１つのスピーカ（２）との間に配置される、請求項１から７のいずれか１項に記載のシステム（７）。
【請求項９】
エンジン制御ユニット（１１）を有する内燃機関（６）と、
前記内燃機関（６）と流体連通する吸気系（１２）と、
前記内燃機関（６）と流体連通する排気系（４）と、
自動車用バッテリ（１０）と、
請求項１から８のいずれか１項に記載のシステム（７）とを備える自動車（１２）であって、
前記システム（７）の前記少なくとも１つの音生成器（３）は、前記吸気系（１２）および／または前記排気系（４）と流体連通し、
前記システム（７）の前記コントローラ（９）は、前記車両の前記内燃機関（６）の前記エンジン制御ユニット（１１）と接続される、自動車（１２）。
【請求項１０】
前記コントローラ（９）は、引き込み空気流に関して前記音生成器（３）と前記吸気系（１２）との間の流体接続の領域内に位置する前記吸気系（１２）の位置に配置され、前記吸気系（１２）と接続されたエラーマイクロホン（５）を備え、かつ／または、
前記コントローラ（９）は、排気ガス流に関して前記音生成器（３）と前記排気系（４）との間の流体接続の領域内に位置する前記排気系（４）の位置に配置され、前記排気系（４）と接続されたエラーマイクロホン（５）を備え、
前記コントローラ（９）は、前記エラーマイクロホン（５）と接続される、請求項９に記載の自動車（１２）。
【請求項１１】
エンジン制御ユニット（１１）を備え、エンジンコンパートメント内に配置された駆動エンジン（６）と、
自動車用バッテリ（１０）と、
請求項１から８のいずれか１項に記載のシステム（７）とを備える自動車（１２）であって、
前記システム（７）の前記少なくとも１つの音生成器（３）は、前記エンジンコンパートメントと流体連通し、または前記エンジンコンパートメント内に配置され、
前記騒音防止システム（７）の前記コントローラ（９）は、前記車両の前記駆動エンジン（６）の前記エンジン制御ユニット（１１）と接続される、自動車（１２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関によって駆動される車両の排気系内を伝搬する音波（排気騒音）に影響を与え、および／または車両のエンジンコンパートメント内のエンジンによって生成されるエンジン騒音に影響を与え、および／または内燃機関の吸気系内を伝搬する音波（吸気騒音）に影響を与えるためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関のタイプ（例えば、レシプロピストンエンジン、ピストンレスロータリーエンジンまたはフリーピストンエンジン）に関係なく、連続して行われたストローク（strokes）（特に、燃料−空気混合物の吸気および圧縮、燃料−空気混合物の燃焼および燃焼した燃料−空気混合物の排出）の結果、騒音が発生する。一方では、これらの騒音は、固体伝搬音（solid-borne sound）として内燃機関を伝搬し、空気伝搬音（airborne sound）として内燃機関の外側に放出される。他方では、これらの騒音は、燃焼した燃料−空気混合物と共に空気伝搬音として、内燃機関と流体連通（fluid communication）する排気系を伝搬する。
【０００３】
これらの騒音は不都合なものと認識されることが多い。一方では、騒音からの保護に関する法規定が存在し、内燃機関によって駆動される車両の製造業者はこれを遵守しなければならない。これらの法規定は、通常、車両運転時の最大音圧を定めている。他方では、製造業者は、自社が製造する内燃機関駆動車両に、各製造業者のイメージと合致し且つ顧客にとって評判のよい特徴的な騒音放出を付与しようとしている。排気量が小さい現代のエンジンでは、多くの場合、このように意図した特徴的な騒音を自然に生成することはできない。
【０００４】
固体伝搬音として内燃機関を伝搬する騒音は、非常にうまく減衰させることができるため、通常は騒音からの保護に関して問題にはならない。排気量が小さい内燃機関または電気モータまでもの使用が増加する中、エンジン（またはモータ）騒音がユーザにとって魅力的ではなく、および／または車両製造業者のイメージと合致しない場合が多いという問題が生じている。
【０００５】
電子モータによってエンジン騒音がほぼ完全に消失したため、歩行者が電気車両に気づかないかまたは電気車両に気づくのが遅すぎる場合が多いという問題も生じる。この問題を解決するため、所望のエンジン騒音を調整または生成するためのスピーカをエンジン（モータ）ベイ内に配置することが提案されている。
【０００６】
燃焼した燃料−空気混合物と共に空気伝搬音として、内燃機関の排気系を通過する騒音は、排気消音器によって低減される。排気消音器は、排気系の排出開口部の手前であって、触媒コンバータが備えられる場合には、その下流側に設けられる。例えば、各消音器は、吸収および／または反射の原理に従って動作し得る。どちらの動作原理も比較的大きな容量を必要とし、燃焼した燃料−空気混合物に対して比較的高い抵抗を示すため、車両の全体効率が低下して燃料消費が増加するという欠点を有する。
【０００７】
消音器に代わるものまたは追加されるものとして、いわゆる騒音防止システム（anti-noise system）が暫く前から開発されている。このシステムは、電気音響的に生成された対抗音（anti-noise）を、内燃機関によって生成され排気系を伝搬する空気伝搬音に重畳するものである。各システムは、例えば、特許文献１〜１８から公知である。
【０００８】
各騒音防止システムは、通常、いわゆるフィルタードｘ最小平均二乗（ＦｘＬＭＳ）アルゴリズムを利用している。このアルゴリズムは、排気系と流体連通する少なくとも１つのスピーカを用いて音響騒音を放出することによって、エラーマイクロホンが測定したエラー信号をゼロにする（騒音の打ち消し（cancellation）の場合）または予め設定された閾値にする（騒音への影響の場合）試みを行う。排気系を伝搬する音波とスピーカによって生成される対抗音との完全な相殺的干渉を達成するために、スピーカから出る音波は、振幅および周波数の点で排気系を伝搬する音波と一致するものでなければならないが、排気系を伝搬する音波に対して１８０度相対的に位相シフトされなければならない。スピーカで生成される対抗音の音波（anti-noise sound waves）が、周波数の点で排気系を伝搬する音波と一致し且つ排気系を伝搬する音波に対して１８０度位相シフトしているが、振幅の点で排気系を伝搬する音波と一致しない場合には、排気系を伝搬する音波の減衰のみが行われる。互いに対して９０度シフトされた２つの正弦波振動の適切な周波数および位相を決定し、これらの正弦波振動にとって必要な振幅を算出することによって、上記対抗音は、ＦｘＬＭＳアルゴリズムを用いて、排気管を伝搬する空気伝搬音の周波数帯毎に別々に算出される。騒音防止システムの目的は、音の打ち消しまたは音に対する影響を、少なくとも排気系の外部において、場合によっては排気系の内部においても、可聴可能且つ計測可能にすることである。本明細書において用いられる用語「対抗音」は、排気ガス流における乱流と内燃機関自体における乱流との両方によって生じ排気系を伝搬する空気伝搬音と区別するために用いられる。対抗音自体は、通常の空気伝搬音に過ぎない。本明細書は、ＦｘＬＭＳアルゴリズムの使用に限定されないことを指摘しておく。
【０００９】
また、内燃機関の吸気系においても音波が発生し、不快なものとして認識され得る。これらの音波は空気流における乱流と内燃機関自体における乱流との両方によって生じる。吸引管とも呼ばれる吸気系は、燃焼チャンバまたは燃焼空間の手前に設けられた内燃機関の空気導入要素をすべて含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第４，１７７，８７４号明細書
【特許文献２】米国特許第５，２２９，５５６号明細書
【特許文献３】米国特許第５，２３３，１３７号明細書
【特許文献４】米国特許第５，３４３，５３３号明細書
【特許文献５】米国特許第５，３３６，８５６号明細書
【特許文献６】米国特許第５，４３２，８５７号明細書
【特許文献７】米国特許第５，６００，１０６号明細書
【特許文献８】米国特許第５，６１９，０２０号明細書
【特許文献９】欧州特許第０  ３７３  １８８号明細書
【特許文献１０】欧州特許第０  ６７４  ０９７号明細書
【特許文献１１】欧州特許第０  ７５５  ０４５号明細書
【特許文献１２】欧州特許第０  ９１６  ８１７号明細書
【特許文献１３】欧州特許第１  ０５５  ８０４号明細書
【特許文献１４】欧州特許第１  ６２７  ９９６号明細書
【特許文献１５】独国特許第１９７  ５１  ５９６号明細書
【特許文献１６】独国特許出願公開第１０  ２００６  ０４２  ２２４号明細書
【特許文献１７】独国特許出願公開第１０  ２００８  ０１８  ０８５号明細書
【特許文献１８】独国特許出願公開第１０  ２００９  ０３１  ８４８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
騒音の打ち消しおよび騒音への影響の信頼性がそれぞれ不十分であることが、排気騒音および／または吸気騒音および／またはエンジン騒音に影響を与えるためのすでに公知のシステムの欠点である。さらに、公知のシステムは、効率が不十分である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
実施形態において、騒音生成の信頼性が改善されると共に、損失が低減されることによって効率が高められた、排気騒音および／または吸気騒音および／またはエンジン騒音に影響を与えるためのシステムが提供される。
【００１３】
車両、特に内燃機関によって駆動される車両の排気騒音および／または吸気騒音および／またはエンジン騒音に影響を与えるためのシステムの実施形態は、コントローラ、特に対抗音コントローラと、少なくとも１つのスピーカとを備え、スピーカは、コントローラと接続され、制御信号を受信する。この接続は、例えば、電気的接続であっても、光学的接続であってもよい。
【００１４】
ここで、少なくとも１つのスピーカは、コントローラから受信した制御信号に応答して、関連する音生成器内で、音、特に対抗音を生成するように構成される。音生成器は、スピーカを汚染および／または天候による影響および／または熱応力から保護する。従って、実施形態によっては、音生成器は、スピーカのケーシングであるとみなすことができる。
【００１５】
音生成器は、車両のエンジンコンパートメント内に配置されるように構成され得る。あるいは、音生成器を設けずに、スピーカがエンジンコンパートメント内または排気系内に直接配置されてもよい。
【００１６】
これに代え又はこれに追加して、音生成器は、排気系と流体連通して接続されるように構成され得る。従って、音生成器内および排気系内に存在する流体（液体または気体）の交換が可能である。音生成器内に存在する流体全体と、排気系内に存在する流体全体との交換が可能である必要はない。音生成器の内部は、例えば、スピーカの膜によって２つのセクションに分離され得る。音生成器を用いてスピーカを排気系に間接的に一体化することによって、排気系を流れる排気ガスによって生じるスピーカの機械的応力および熱応力が低減される。
【００１７】
これに代え又はこれに追加して、音生成器は、吸気系と流体連通して接続されるように構成され得る。
【００１８】
コントローラは、少なくとも１つのマイクロプロセッサと、少なくとも１つのディジタル−アナログコンバータと、少なくとも１つの増幅器と、少なくとも１つであって、特に１つだけのステップアップコンバータとを備える。増幅器は、特にアナログ増幅器であってもよく、さらに特にオーディオ増幅器であってもよい。
【００１９】
少なくとも１つのマイクロプロセッサは、振幅および位相の点で、排気系内または吸気系内で、騒音を少なくとも部分的に、特に完全に抑えるよう適応されたディジタル制御信号を生成するように構成され、少なくとも１つのスピーカは、排気系または吸気系とそれぞれ流体連通している場合には、このディジタル制御信号に基づいて動作される。これに代え又はこれに追加して、マイクロプロセッサは、エンジンベイ内で、騒音、特にエンジン騒音を生成するよう適応されたディジタル制御信号を生成するように構成され、少なくとも１つのスピーカは、エンジンベイ内に設けられている場合には、このディジタル制御信号に基づいて動作される。
【００２０】
少なくとも１つのマイクロプロセッサは、別個のデバイスであってもよいし、または、車両の別の制御ユニット、特に車両の内燃機関用のエンジン制御ユニットに一体化されてもよい。
【００２１】
少なくとも１つのディジタル−アナログコンバータは、少なくとも１つのマイクロプロセッサと電気接続され、少なくとも１つのマイクロプロセッサから出力されたディジタル制御信号をアナログ制御信号に変換するように構成される。この接続は、例えば、電気的接続であっても、光学的接続であってもよい。少なくとも１つのディジタル−アナログコンバータは、別個のデバイスであってもよいし、または少なくとも１つのマイクロプロセッサに一体化されてもよい。
【００２２】
少なくとも１つの増幅器は、少なくとも１つのディジタル−アナログコンバータと電気接続され、少なくとも１つのディジタル−アナログコンバータから出力されたアナログ制御信号を増幅するように構成され、少なくとも１つのスピーカは、増幅されたアナログ制御信号で動作され得る。増幅器は、特に、クラスＡＢ増幅器、フルブリッジ増幅器、クラスＤ増幅器またはクラスＧ／Ｈ増幅器であり得る。フルブリッジ増幅器およびクラスＡＢ、Ｇ／Ｈの増幅器は、電磁適合性（ＥＭＣ）が向上したことを特徴とし、クラスＤの増幅器は、高効率を特徴とする。
【００２３】
ステップアップコンバータは、車両の自動車用バッテリと接続され、自動車用バッテリによって供給されるバッテリ電圧を一定の値にアップコンバートし、アップコンバートされたバッテリ電圧を少なくとも１つの増幅器に供給電圧として出力するよう適応されるように構成される。この目的のため、ステップアップコンバータは、少なくとも１つの増幅器と電気接続される。本発明によると、出力電圧の値が、常に入力電圧の値以上であるブーストコンバータまたはステップアップチョッパとしても知られるＤＣ−ＤＣコンバータは、一般に、ステップアップコンバータとして理解される。ステップアップコンバータから出力される「一定の値」の電圧とは、その電圧に設定される値に対して、５％以下、特に３％以下しか値が変化しない電圧を意味する。
【００２４】
ブーストコンバータを用いることによって、少なくとも１つの増幅器が一定の供給電圧を確実に利用できるようになり、通常は９Ｖと１６Ｖとの間で変化する自動車用バッテリの電圧から切り離される（decoupling）。この結果、システムの少なくとも１つのスピーカは、理想的な制御信号で信頼性をもって動作され得る。自動車用バッテリの電圧が変化するにもかかわらずこのように信頼性が改善されることは、排気系を通過する空気伝搬音の騒音レベルに関する法規定を遵守するためにシステムを用いる場合に特に重要である。
【００２５】
ステップアップコンバータを用いることによって、さらに、車両のバッテリ電圧よりも高い供給電圧を必要とする増幅器の利用が可能になる。各増幅器は、自動車用バッテリからの電圧が供給される増幅器に比べて、増幅されたアナログ制御信号の電圧レベルの増加を可能にする。この結果、さらに高い入力インピーダンスを有するスピーカを用い得る。これにより、少なくとも１つの増幅器と少なくとも１つのスピーカとの間のライン上の抵抗損失は、増幅されたアナログ制御信号の電圧がさらに高くなり、その電流がさらに低くなるため、同じ電力レベルに対して少なくなる。電流が低くなることにより、電磁適合性はさらに向上する。各増幅器はさらに、予備電力（power reserve）の増加により、増幅されたアナログ制御信号のピーク値と実効値（root-mean-square value）との比を増加させることができ、その結果、波高率を増加させることができる。
【００２６】
一実施形態によると、ステップアップコンバータは、自動車用バッテリからのバッテリ電圧を１２Ｖと４８Ｖとの間、特に１２Ｖ、１６Ｖ、２４Ｖ、３２Ｖ、３６Ｖ、４２Ｖ、または４８Ｖに予め設定され得る一定の値に変換し、この電圧を供給電圧として少なくとも１つの増幅器に供給するように構成される。これは、従来のシステム、特に従来の騒音防止システムの増幅器への供給電圧の電圧レベルよりもかなり高い。電圧レベルがより高いため、インピーダンスがより高いスピーカを、同じ電力条件で用いることができ、その結果、供給電流は低くなる。これにより、ライン損失が低減され、またはより小さな断面積のワイヤーを用い得るので、システムのコストは削減される。このようにして、システムの効率が全体として向上する。さらに、電磁適合性が改善される。
【００２７】
一実施形態によると、コントローラは、車両のエンジン、特に内燃機関のエンジン制御ユニットと接続されるように構成された対抗音コントローラである。このコントローラの少なくとも１つのマイクロプロセッサはさらに、エンジン制御ユニットから受信される信号に応じて、ディジタル制御信号を生成するように適応される。このように、エンジンの動作条件は、マイクロプロセッサによって実施される制御信号の計算において考慮され得る。
【００２８】
一実施形態によると、システムは、騒音防止システムであり、エラーマイクロホンをさらに備える。エラーマイクロホンは、コントローラと接続され、排気ガス流に関して音生成器と排気系との間の流体接続（fluid connection）の領域内に位置する排気系の位置に配置されるように構成される。ここで、「音生成器と排気系との間の流体接続の領域内の位置に配置される」とは、排気ガス流に関して流体接続がもたらされ、騒音が少なくとも部分的に抑えられる位置が、エラーマイクロホンから排気ガス流に沿って上流側に、騒音がエラーマイクロホンで測定される位置における排気系の最大径の１０倍以下、特に５倍以下、さらに特に２倍以下の距離だけ離間していることを意味する。エラーマイクロホンは、排気系内の騒音を測定し、対応する測定信号をコントローラに出力するように構成される。コントローラの少なくとも１つのマイクロプロセッサは、制御信号を少なくとも１つのスピーカに出力することによって、エラーマイクロホンから受信される信号を、振幅および位相において少なくとも部分的に、好ましくは完全に消滅させるように構成される。しかし、本発明は、騒音防止システムに限定されるものではないことを指摘しておく。
【００２９】
一実施形態によると、システムは、騒音防止システムであり、エラーマイクロホンをさらに備える。エラーマイクロホンは、コントローラと接続され、引き込み空気流に関して音生成器と吸気系との間の流体接続の領域内に位置する吸気系の位置に配置されるように構成される。ここで、「音生成器と吸気系との間の流体接続の領域内の吸気系の位置に配置される」とは、吸気流に関して流体接続がもたらされ、騒音が少なくとも部分的に抑えられる位置が、エラーマイクロホンから引き込み空気流に沿って下流側に、エラーマイクロホンが設けられ且つ騒音が測定される位置における吸気系の最大径の１０倍以下、特に５倍以下、さらに特に２倍以下の距離だけ離間していることを意味する。エラーマイクロホンは、吸気系内の騒音を測定し、対応する測定信号をコントローラに出力するように構成される。コントローラの少なくとも１つのマイクロプロセッサは、制御信号を少なくとも１つのスピーカに出力することによって、エラーマイクロホンから受信される信号を、振幅および位相において少なくとも部分的に、好ましくは完全に消滅させるように構成される。しかし、本発明は、騒音防止システムに限定されるものではないことを指摘しておく。
【００３０】
ここで、用語「上流」および「下流」は、以下のように理解される。流路に沿って一定の方向に流れる媒体が、まず第１の部分、その後第２の部分を通過する場合、流路の第１の部分は、同じ流路の第２の部分の上流側に位置し、第２の部分は、第１の部分とは異なるものである。従って、同時に、流路に沿って一定の方向に流れる同じ媒体に対して、第２の部分は、第１の部分の下流側に位置している。
【００３１】
一実施形態によると、少なくとも１つのディジタル−アナログコンバータは、少なくとも１つのマイクロプロセッサに一体化され、必要に応じて、車両のエンジン制御ユニットにも一体化される。これにより、構成要素の数は少なく抑えられる。
【００３２】
一実施形態によると、フィルタ、特に電圧平滑化回路は、自動車用バッテリとステップアップコンバータとの間に配置される。これにより、誤作動が減少する。
【００３３】
一実施形態によると、少なくとも１つのスピーカは、２Ωと１２Ωとの間、特に３Ωと４Ωとの間の入力インピーダンスを有する。この入力インピーダンスは、従来のシステム、特に従来の騒音防止システムのスピーカの入力インピーダンスよりもかなり高い。
【００３４】
一実施形態によると、増幅器は、クラスＤ増幅器であり、ＬＣローパスフィルタは、少なくとも１つの増幅器と少なくとも１つのスピーカとの間に配置される。一実施形態によると、電磁適合性を増加させるためのモジュールがさらに、少なくとも１つの増幅器と少なくとも１つのスピーカとの間に配置される。
【００３５】
自動車の実施形態は、エンジン制御ユニットを有する内燃機関と、それぞれ内燃機関と流体連通する吸気系および排気系と、自動車用バッテリと、上記のシステムとを備える。このシステムの少なくとも１つの音生成器は、吸気系および排気系の少なくとも１つと流体連通する。さらに、システムのコントローラは、車両の内燃機関のエンジン制御ユニットと電気接続された対抗音コントローラである。
【００３６】
一実施形態によると、対抗音コントローラは、エラーマイクロホンを備え、エラーマイクロホンは、引き込み空気流に関して音生成器と吸気系との間の流体接続の領域内に位置する吸気系の位置に配置され、吸気系と接続される。これに代え又はこれに追加して、エラーマイクロホンは、排気ガス流に関して音生成器と排気系との間の流体接続の領域内に位置する排気系の位置に配置され、排気系と接続されてもよい。さらに、対抗音コントローラは、エラーマイクロホンと接続、特に電気接続される。
【００３７】
自動車の他の実施形態は、エンジン制御ユニットを有する、エンジンコンパートメント内に配置された駆動エンジンまたはモータと、自動車用バッテリと、上記のシステムとを備える。駆動エンジンまたはモータは、内燃機関または電気モータであり得る。このシステムの少なくとも１つの音生成器は、エンジンコンパートメントと流体連通するか、または少なくとも１つの音生成器は、エンジンコンパートメント内に配置される。さらに、このシステムのコントローラは、駆動エンジンまたはモータのエンジン制御ユニットと接続、特に電気接続される。
【００３８】
本明細書において、用語「制御」は、特に明示的に記載されていない限り、明細書全体にわたって、ドイツ語用法とは異なって、用語「閉回路制御」と同義で用いられることに留意されたい。これは、これら２つの用語のすべての文法的変化に対しても適用される。従って、本明細書において、用語「コントローラ」は、用語「フィードバックコントローラ」がシンプル制御チェーンを指し得るのと同様に、制御変数またはその測定値のフィードバックをそれぞれ含み得る。
【００３９】
さらに、本明細書または特徴を列挙する特許請求の範囲において使用される用語「含む、有する（including）」、「備える（comprising）」、「含む（containing）」、「有する（having）」および「備えた（with）」、並びにそれらの文法的変形は、一般に、例えば方法の工程、構成要素、範囲、寸法等の特徴を列挙するが、その特徴を完全に網羅しているわけではないとみなされなければならず、１つ若しくはそれ以上の他の特徴または他の若しくはさらなる特徴のグループの存在または追加を決して除外するものではないことに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
本発明のさらなる特徴は、特許請求の範囲および図面と共に、以下の例示的な実施形態の説明から明らかになるであろう。図面においては、同様または類似の参照要素は、同様または類似の参照符号により示される。本発明は、記載された例示的な実施形態における実施例に限定されるわけではなく、むしろ添付の特許請求の範囲によって定められる。特に、本発明による実施形態では、以下に提供される実施例とは異なる数および組合せにおいて、個々の特徴が実現され得る。以下の本発明の例示的な実施形態の説明において、添付の図面を参照する。
【図１】図１は、放出制御システムのための騒音防止システムの概略斜視図である。
【図２】図２は、内燃機関の吸気系および排気系と協働する騒音防止システムであって、図１のシステムが前記排気系のために用いられ得る騒音防止システムの概略ブロック図である。
【図３】図１および図２の騒音防止システムにおいて用いられ得る、本発明の一実施形態によるシステムのコントローラの概略ブロック図である。
【図４】エンジンコンパートメント内のエンジン騒音に影響を与えるためのシステムを例として用いる、本発明の他の実施形態によるコントローラの概略ブロック図である。
【図５】本発明によるシステムが一体化された自動車の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下、本発明の実施形態によるシステム７について、図１、図２および図３を参照し、騒音防止システムを例として取り上げることにより説明する。
【００４２】
騒音防止システム７は、テールパイプ１の領域で排気系４と接続された、スピーカ２を含む防音ハウジングとしての音生成器３を備える。
【００４３】
テールパイプ１は、排気系４を流れる排気ガスを排出するための排出開口部８を有する。
【００４４】
圧力センサとしてのエラーマイクロホン５は、テールパイプ１に設けられている。エラーマイクロホン５は、圧力変化を測定することによって、排気系４と音生成器３との間に流体接続を提供する領域の下流側のセクションにおけるテールパイプ１内の騒音を測定する。
【００４５】
しかし、本発明は、このようなエラーマクロホンの配置に限定されないことを指摘しておく。一般には、エラーマイクロホンは、排気流に関して音生成器と排気系との間の流体接続から排気流に沿って下流側に、この流体接続での排気系の最大径の１０倍以下、特に５倍以下、さらに特に２倍以下の距離だけ離間していれば十分である。さらに、エラーマイクロホン５は、オプションに過ぎないことを指摘しておく。従って、エンジンコンパートメント内で騒音が生成されるかまたは影響を与えられる場合には、エラーマイクロホンは必要ない。
【００４６】
スピーカ２ａを有し、図１に示される音生成器３と類似の音生成器３ａは、吸気系１２と接続されている。エラーマイクロホン５ａは、吸気系１２内で引き込み空気の上流側に配置されている。
【００４７】
引き込み空気および放出ガスの流れ方向は、図２において矢印で示される。
【００４８】
スピーカ２、２ａおよびエラーマイクロホン５、５ａは、（対抗音）コントローラ９と電気接続されている。さらに、コントローラ９は、ＣＡＮデータバスを介して内燃機関６のエンジン制御ユニット１１と接続され、９Ｖと１６Ｖとの間で変化するＤＣ電圧が自動車用バッテリ１０によって供給される。ＣＡＮデータバスの代わりに、異なる車両データバス、特に、ＬＩＮバス、ＭＯＳＴバスまたはＦｌｅｘＲａｙバスを用いてもよいことに留意されたい。
【００４９】
排気系４はさらに、内燃機関６とテールパイプ１との間に設けられた、内燃機関６から放出され排気系４を流れる排気ガスを浄化するための少なくとも１つの触媒コンバータ（不図示）を備え得る。
【００５０】
上記システム７の一般的な動作モードは、以下の通りである。
【００５１】
図３に示される対抗音コントローラ９のマイクロプロセッサ９１、９１’は、各エラーマイクロホン５、５ａを用いて測定された騒音およびＣＡＮデータバスを介して受信された内燃機関６の動作パラメータに基づき、２つのスピーカ２、２ａのそれぞれについて、フィルタードｘ最小平均二乗（ＦｘＬＭＳ）アルゴリズムを利用してディジタル制御信号を計算し、このディジタル制御信号は、対抗音を適用することによって、吸気系１２または排気系の内部を伝搬する騒音を実質的に抑えることができ、各スピーカ２、２ａに提供される。
【００５２】
図３は、図１および図２に示される騒音防止システムにおいて用いられる（対抗音）コントローラの第１の実施形態を示す。明確にするため、図３は、排気系に関連するスピーカ２の関連部分のみを示す。
【００５３】
図３に示される第１の実施形態によると、コントローラ９は、マイクロプロセッサ９１に加えて、マイクロプロセッサ９１と接続され、マイクロプロセッサ９１から出力されるディジタル制御信号をアナログ制御信号に変換し、このアナログ制御信号をクラスＡ増幅器９３に供給するディジタル−アナログコンバータ９２を備える。クラスＡ増幅器９３は、ディジタル−アナログコンバータ９２から受信したアナログ信号を、スピーカ２の動作を可能にするレベルにまで引き上げ、増幅されたアナログ制御信号をスピーカ２に出力する。クラスＡ増幅器９３とスピーカ２との間のフィルタ９４の使用は、オプションに過ぎないことを指摘しておく。さらに、他のタイプのアナログ増幅器、特にオーディオ増幅器を用いてもよい。
【００５４】
クラスＡ増幅器９３への供給電圧ＶＢは、自動車用バッテリ１０からのバッテリ電圧ＶＢＡＴＴがフィルタ９６を介して供給されるステップアップコンバータ９７によって、クラスＡ増幅器９３で利用できるように保持される。本実施形態では、ステップアップコンバータ９７は、ステップアップコンバータ９７に供給される９Ｖと１６Ｖとの間で変化し得るバッテリ電圧ＶＢＡＴＴを、この変化する入力電圧とは独立した２４Ｖの一定電圧である、クラスＡ増幅器への供給電圧ＶＢにアップコンバートする。この結果、クラスＡ増幅器９３からスピーカ２に出力される増幅されたアナログ制御信号もまた、そのレベルに関して、変化するバッテリ電圧とは独立したものとなる。このことは、騒音防止システムにおいて示されるように、コントローラを用いる排気系４から放出される騒音の騒音レベルが、法規定による動作条件のいずれにおいても超過してはならない場合に重要である。
【００５５】
さらに、クラスＡ増幅器９３は、バッテリ電圧ＶＢＡＴＴよりも高い供給電圧ＶＢのために、従来のコントローラよりも高い電圧レベルを有する増幅されたアナログ制御信号をスピーカ２に供給することが可能である。これによって、一方では、従来の騒音防止システムと比較してより高い入力インピーダンスを有する高インピーダンススピーカ２の使用が可能になり、他方では、より高い電圧レベルのため、スピーカ２の供給ラインにおけるライン損失が低減される。さらに、これに関連して、スピーカ２用の供給ライン上の電流が低くなるために、全体的に電磁妨害（electromagnetic interference）が低下し、騒音防止システム７の電磁適合性（EMC）が改善される。最後に、従来の対抗音コントローラと比較すると、クラスＡ増幅器９３の供給電圧ＶＢがより高いため、より高い波高率の実現が可能となり、この結果、スピーカ２に出力される増幅されたアナログ制御信号のピーク値と実効値との比が高くなる。この理由としては、より高い動作電圧で予備電力が実現可能になることが挙げられる。
【００５６】
図４に示される第２の実施形態は、図３を参照しながら上述した第１の実施形態と非常に類似しているため、以下では、異なる部分のみについて説明する。それ以外は第１の実施形態を参照されたい。
【００５７】
上記の第１の実施形態とは異なり、図４に示される第２の実施形態によるコントローラ９’は、騒音防止システムにおいて用いられず、その代わりに、コントローラと接続され、車両のエンジンコンパートメント６’内に配置されたスピーカで騒音を生成するために用いられる。
【００５８】
第２の実施形態は、マイクロプロセッサ９１’が、一体化したディジタル−アナログコンバータを備えるため、マイクロプロセッサ９１’と増幅器９３’との間で別個のディジタル−アナログコンバータを用いる必要がないという点で、第１の実施形態とはさらに異なる。さらに、クラスＤ増幅器９３’が用いられる。
【００５９】
さらに、第２の実施形態によると、ステップアップコンバータ９７は、自動車用バッテリ１０と直接接続されているため、自動車用バッテリとステップアップコンバータとの間にはフィルタは設けられていない。
【００６０】
さらに、第２の実施形態によると、ＬＣローパスフィルタ９４が、クラスＤ増幅器９３’の出力部に配置され、電磁適合性を改善させるためのモジュールが、ＬＣローパスフィルタ９４に一体化されている。
【００６１】
最後に、第２の実施形態によると、２つのスピーカ２’、２’’は、車両のエンジンコンパートメント６’内に設けられ、スピーカには、クラスＤ増幅器から増幅されたアナログ制御信号がＬＣローパスフィルタ９４を介して供給される。従って、マイクロプロセッサ９１’は、エンジンコンパートメント６’内でエンジン騒音を生成するように適応されたディジタル制御信号を生成し、その制御信号で２つのスピーカ２’、２’’を動作させるように構成される。
【００６２】
図５の概略図は、内燃機関６を収容するエンジンコンパートメント６’、排気系４、および上記のコントローラ９、９’を有する自動車を示す。システムの音生成器およびスピーカは、図５には明示的に示されていない。車両がモーターコンパートメント６’内に収容される電気モータを有する場合には、排気系４は必要ない。
【００６３】
明確にするため、本発明を理解するために有益な素子、構成要素および機能のみが図面に示される。しかし、本発明の実施形態は、図示された素子、構成要素および機能に限定されず、これらの用途または機能範囲に対して必要に応じて他の素子、構成要素および機能を含み得る。
【００６４】
上記では、最大２つのスピーカ、従って、最大２つの排気系を参照しながら本発明について説明したが、本発明はこれに限定されない。実際には、本発明は、任意の数のスピーカおよび排気系に拡張され得る。排気系および吸気系の両方に関連する騒音防止システムを参照しながら本発明を説明したが、本発明は、これに限定されない。従って、これらの騒音防止システムのいずれか１つまたは両方を省略することができる。
【００６５】
上記では、コントローラの第１の実施形態を、騒音防止システムを参照しながら説明し、コントローラの第２の実施形態を、エンジンコンパートメント内でエンジン騒音を生成するためのシステムを参照しながら説明したが、本発明はこれに限定されない。第２の実施形態のコントローラは、例えば、騒音防止システムにおいて使用されてもよく、第１の実施形態のコントローラは、エンジンコンパートメント内でエンジン騒音を生成するためのシステム内で使用されてもよい。さらに、少なくとも１つの騒音防止システムおよびエンジンコンパートメント内でエンジン騒音を生成するためのシステムが同時に使用されてもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【外国語明細書】
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