控制传播经过排气系统的声音的系统的致动器的过载保护的制作方法
【专利说明】控制传播经过排气系统的声音的系统的致动器的过载保护
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2014年9月25日向德国提交的申请号为10 2014 113 940.2的专利申请的优先权，其全部内容以参阅的方式并入本申请。
技术领域
[0003]本发明涉及保护致动器免受机械过载，系统的致动器形成部被设计成用于控制传播经过由内燃机驱动的车辆排气系统的声音。
【背景技术】
[0004]用于内燃机的排气系统通常由在所有运行情况下废气通过的且作为整体形成排气系统的被动组件构建。除管之外，涡轮增压器、催化转化器或消声器也可形成这种组件。
[0005]近年来，排气系统已经加入了允许有源控制(active control)由内燃机运行导致的且通过排气系统传播的声音的系统。各个系统向由内燃机产生的并通过被认为符合各制造商的想象并受客户欢迎的排气系统传播的废气噪声赋予特征噪声发射(characteristicnoise emiss1n)。为此目的，制作合成声波以干涉经过排气系统传播并源于内燃机运行的声波(废气噪声)。
[0006]这通过设置与排气系统流体连通的并用于传递声音至排气系统内部的声音发生器来实现。合成的声音干涉由内燃机产生的声音，然后两种声音一起通过排气系统的尾管排放。各个系统还可以用于消声。
[0007]为了实现传播经过排气系统的废气噪声的声波与由声音发生器合成的声音之间的完全相消干涉，源于扬声器的声波在幅度和具有180度相对相移的频率上必须匹配传播通过排气系统的声波。如果扬声器产生的声波在相对于彼此具有180度相移的频率而不在幅度上匹配传播经过排气系统的废气噪声的声波，则仅会实现传播经过排气系统的废气噪声的声波的衰减。
[0008]下面将参照图1和图2描述一种用于有源控制传播经过排气系统的声音的系统。
[0009]—种包括用于有源控制传播经过排气系统4的声音的系统7的排气系统4包括声音发生器3，其由容纳有扬声器2的隔音罩形成并通过声管在尾管I的区域联接至排气系统
4。尾管I包括用于向外部排放流经排气系统4的废气和传播经过排气系统4的气载声音的排放口 8。在尾管I处设置误差传声器5。利用误差传声器5测量尾管I内的声音。误差传声器5会影响向排气系统4中打开的声管所在区域的下游段的测量，因此在排气系统4和声音发生器3之间提供流体连通。此处的术语“下游”是指排气系统4的尾管I内的废气的流动方向。在图2中，箭头表示废气的流动方向。可以在排气系统4、声音发生器3与内燃机6之间提供流体连通的区域之间设置如催化转化器或消声器的排气系统4的另外组件(未示出)。扬声器2和误差传声器5都联接至控制器9。控制器9通过CAN总线进一步联接至内燃机6的发动机控制单元6’。内燃机6包括进气系统6"。基于误差传声器5测量的声音以及经由CAN总线接收的内燃机6的运行参数，控制器9计算用于扬声器2的控制信号以提供通过与经过排气系统4的尾管I内部传播的声音进行干涉的所需要的最终声音，并向扬声器2供应控制信号。例如，控制器可以于此使用X-滤波和最小均方(FXLMS)算法并尝试使用扬声器发出声音，用于将误差传声器获得的误差信号降低到零(声音消除)或降低到预设阈值(声音控制)。
[0010]上述用于有源控制传播经过排气系统的声音的系统的缺点是在用于产生声音的声音发生器中使用的致动器(如音圈扬声器)对机械过载的敏感性。由于致动器需要提供的声压，致动器在正常条件下操作时，已经承受高机械应力。流经排气系统并撞击致动器的废气增加了应力。流经排气系统的废气通常通过尾管的排放口排放，从而由于废气流经排气系统而作用在致动器上的压力将不会太大。在临时或永久堵塞尾管排放口的情况下(可能是在通过水塘飞溅或穿过雪堆时或在被动消声器的粗纱玻璃纤维绝缘材料的一部分脱落时的情况)，流经排气系统的废气的总压力会作用在致动器上。这会永久地损坏致动器从而将其损坏。在声音发生器中使用的致动器还对热过载敏感，在本文献中将不对其加以处理。
[0011]为了防止用于有源控制传播经过排气系统的声音的系统的致动器免于机械或热损坏，例如，从DE 10 2011 117 495.1已知，修改提供给致动器的控制信号，使得控制信号可以在不对致动器产生任何风险的情况下操作致动器。为此，使用致动器的数学模型。然而，仅仅通过控制信号本身，最先进的方法仅适用于防止致动器过载，而不会抑制因排气系统内部的废气压力过高导致的致动器的过载。
【发明内容】
[0012]本发明的目的旨于提供一种用于有源控制传播经过排气系统的声音的系统，其消除因排气系统内部的废气压力过高导致的在用于产生声音的系统中使用的致动器机械损坏的风险。
[0013]—种用于有源控制传播经过排气系统的声音的系统的实施例，其包括控制器、至少一个声音发生器和至少一个致动器。声音发生器被构造成与排气系统流体连通。所述至少一个致动器设置在所述至少一个声音发生器内并联接至用于接收控制信号的控制器。每一个声音发生器可以容纳一个或多个致动器。所述至少一个致动器进一步被构造成基于从控制器接收的控制信号在声音发生器中产生声音。控制器被构造成产生控制信号并将控制信号输出到至少一个致动器，当利用控制信号操作所述至少一个致动器时，控制信号适用于至少部分地或完全地消除传播经过排气系统内的声音。
[0014]根据可以与下述实施例中的每一个结合的实施例，系统进一步包括误差传声器，其联接至控制器且被构造成相对于废气流设置在声音发生器和排气系统之间流体连通的区域中的位置处。此处的“在声音发生器和排气系统之间流体连通的区域中的位置处”是指实现流体连通且相对于废气的流动方向和沿着废气的流动方向与误差传声器间隔不超过十倍、具体地说不超过五倍、更具体的说不超过两倍的利用误差传声器测量声音的位置上的排气系统的最大直径处至少部分消除声音的位置。误差传声器被构造成测量排气系统内的声音并将相应的测量值输出至控制器。在超过至少0.2秒的时间段内，由误差传声器输出的测量值的平均值高于预设声音阈值至少5%或至少10%时，控制器进一步被构造成中断控制信号的产生和/或中断向所述至少一个致动器输出控制信号和/或降低向所述至少一个致动器输出的控制信号的电平至少30%或至少60%。
[0015]增加的废气压力使从误差传声器输出的信号变化，使得在超过至少0.2秒的时间段内获得测量值的平均值相对于在常压下在超过至少0.2秒的时间段内获得测量值的平均值增加。据此，仅利用通常已经存在的误差传声器使废气压力变化的指示可以变得容易得到，因此不需要任何额外的组件。基于废气压力，允许产生控制信号并将控制信号输出到所述至少一个致动器。以此方式，通过施加控制信号抑制另外的机械压力或通过减小控制信号的电平可以避免在废气压力过高条件下致动器的机械过载。
[0016]根据还可以与上述或下述实施例中的每一个结合的实施例，系统进一步包括联接至控制器且被构造成设置在排气系统中的温度传感器。所述温度传感器被构造成测量流经排气系统废气的温度并将相应的测量值输出至控制器。然后，当通过温度传感器测量的流经排气系统废气的温度上升或下降超过每秒10°C或超过每秒20°C时，控制器进一步被构造成中断控制信号的产生和/或中断向所述至少一个致动器输出控制信号和/或将向所述至少一个致动器输出的控制信号的电平降低至少30%或至少60%。
[0017]当阻止或仅改变废气的排放时，废气轨道内的温度立刻增加。据此，仅使用通常已经存在的温度传感器，使废气压力变化的指示可以变得容易得到，而不需要任何额外的组件。基于废气压力，允许产生控制信号并将控制信号输出到所述至少一个致动器。以此方式，通过施加控制信号抑制另外的机械压力或通过减小控制信号的电平可以避免在废气压力过高条件下致动器的机械过载。此外，当在排气系统中引入水时(例如穿越河床时)，废气轨道中的温度立即降低。并且在这种情况下，可以通过施加控制信号抑制对致动器的另外机械压力或通过减小控制信号的电平可以降低致动器的机械过载。
[0018]根据还可以与上述或下述实施例中的每一个结合的实施例，系统进一步包括联接至控制器和致动器的阻抗测量电桥。阻抗测量电桥被构造成测量所述至少一个致动器的电阻抗并将相应的测量值输出到控制器。阻抗测量电桥可以与控制器一体成型，即阻抗测量电桥与控制器可以作为单独单元或整合单元实现。当由阻抗测量电桥确定的致动器的电阻抗与预设阻抗阈值相差超过5%或超过10%时，控制器进一步被构造成中断控制信号的产生和/或中断向所述至少一个致动器输出控制信号和/或将向所述至少一个致动器输出的控制信号的电平降低至少30%或至少60%。阻抗可以是致动器的电阻抗或驱动的声阻抗。电阻抗可以利用单独的阻抗测量电桥或与控制器一体成型的阻抗测量电桥直接获得。声阻抗可以通过控制器通过例如将输出到所述至少一个致动器的控制信号与由误差传声器测量的信号相比较确定。阻抗阈值可以通过经验确定。为此，可以为向排气系统提供废气的内燃机的不同运行条件指定不同的阻抗阈值。
[0019]致动器的阻抗取决于致动器的发射特性(emiss1n characteristic)。发射特性随着堵塞的排气系统变化。可以通过控制器或单独或整合的阻抗测量电桥识别阻抗变化。以此方式，可在不需要额外组件或利用额外的阻抗测量电桥的情况下识别表示增加的废气压力的排气系统的部分或完全堵塞。这允许基于废