本發(fā)明涉及一種用于獲取和調(diào)節(jié)由布置在車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)的源所產(chǎn)生的聲音信號(hào)的裝置。

背景技術(shù)：

在汽車領(lǐng)域中，已知使用傳感器(諸如麥克風(fēng)和/或加速度計(jì))來獲取由發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)的源所產(chǎn)生的信號(hào)，然后通過特定算法對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)處理，以獲得關(guān)于布置在發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)的部件的信息，諸如渦輪增壓器的轉(zhuǎn)速、爆震現(xiàn)象的發(fā)生、點(diǎn)火失敗的現(xiàn)象、發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載、進(jìn)氣門和/或排氣門的關(guān)閉等等。

通常情況下，傳感器直接安裝在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的電子控制單元上或者容納在設(shè)有適于信號(hào)的處理單元(微控制器)的測(cè)量裝置上，該處理單元進(jìn)而連接到內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的電子控制單元。

例如，文獻(xiàn)EP-A1-1843024描述了一種用于控制內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)包括包含可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體和與發(fā)動(dòng)機(jī)缸體物理分離并且設(shè)有多個(gè)傳感器的控制單元，所述傳感器布置成檢測(cè)由內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的壓力波的強(qiáng)度?？刂茊卧渲贸筛鶕?jù)由傳感器所檢測(cè)到的壓力波的強(qiáng)度來確定發(fā)動(dòng)機(jī)的至少一個(gè)操作參數(shù)值，諸如可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的速度或爆震現(xiàn)象在汽缸內(nèi)的發(fā)生。

然而，上述類型的解決方案具有一些缺點(diǎn)。具體地，由于由電子控制單元的尺寸所施加的約束，將傳感器直接應(yīng)用到內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的控制單元上從定位靈活性的觀點(diǎn)出發(fā)是有限制性的。此外，這些解決方案具有相當(dāng)高的成本，該成本與設(shè)置在測(cè)量裝置本身上的信號(hào)處理電子部件相關(guān)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的目的在于提供一種用于獲取和調(diào)節(jié)由布置在車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)的源所產(chǎn)生的聲音信號(hào)的裝置，該裝置克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，且其易于制造以及制造成本低。

根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于獲取和調(diào)節(jié)由內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的源所產(chǎn)生的聲音信號(hào)的裝置，其包括具有第一測(cè)量組合件和第二測(cè)量組合件的箱形支撐體；其中，所述第一測(cè)量組合件設(shè)有至少兩個(gè)第一麥克風(fēng)，所述至少兩個(gè)第一麥克風(fēng)位于第一平面上并且配置成用于檢測(cè)由所述源沿著第一起源方向所產(chǎn)生的第一聲音信號(hào)；以及其中所述第二測(cè)量組合件設(shè)有至少一個(gè)第二麥克風(fēng)，所述第二麥克風(fēng)布置在第二平面上并且配置成用于檢測(cè)由所述源沿著不同于所述第一起源方向的第二起源方向所產(chǎn)生的第二聲音信號(hào)。

附圖說明

現(xiàn)在將參照附圖描述本發(fā)明，附圖示出本發(fā)明的非限制性實(shí)施例，其中：

-圖1是適于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪增壓器的示意圖，其面向根據(jù)本發(fā)明制造的用于獲取和調(diào)節(jié)聲音信號(hào)的裝置；

-圖2是圖1所示裝置的第一實(shí)施例的示意性透視圖；

-圖3是圖1所示裝置的第二實(shí)施例的示意性透視圖；

-圖4是示出由圖2和圖3中所示的裝置使用的方向性原理的示意圖；以及

-圖5a至圖5c示出由圖2至圖4中的獲取和調(diào)節(jié)裝置所獲取的聲音信號(hào)的示意圖，具體是頻譜圖。

具體實(shí)施方式

在圖1中，附圖標(biāo)記1表示容納在車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)并且包括渦輪增壓器1*的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。渦輪增壓器1*進(jìn)而設(shè)有渦輪2和壓縮機(jī)3，壓縮機(jī)3設(shè)置有可圍繞旋轉(zhuǎn)軸線Z旋轉(zhuǎn)的葉片盤4和固定的擴(kuò)散器。如眾所周知的那樣，壓縮機(jī)3沿著進(jìn)氣管道(未示出)布置，而渦輪2沿著排氣管道(未示出)布置。渦輪2和壓縮機(jī)3機(jī)械地連接在一起；以這種方式，從汽缸(未示出)排放出的排氣使得渦輪2以高速旋轉(zhuǎn)，這驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)3旋轉(zhuǎn)，以便增加供給到進(jìn)氣管道中的空氣壓力。

裝置6容納在發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)部，用于獲取和調(diào)節(jié)聲音信號(hào)S，從該聲音信號(hào)S可以得出關(guān)于渦輪增壓器1*的功能信息，諸如葉片盤4的旋轉(zhuǎn)速度。根據(jù)優(yōu)選變型，用于獲取和調(diào)節(jié)聲音信號(hào)S的裝置6布置在面向并且鄰近渦輪增壓器1*的位置。根據(jù)另一變型，用于獲取和調(diào)節(jié)聲音信號(hào)S的裝置6被容納在發(fā)動(dòng)機(jī)艙的任何位置。

如在圖2至圖4中更清楚地示出的那樣，用于獲取和調(diào)節(jié)聲音信號(hào)的裝置6包括兩個(gè)測(cè)量組合件7、8，每個(gè)測(cè)量組合件設(shè)有配置成沿著相應(yīng)的起源方向X和Y獲取聲音信號(hào)S的相應(yīng)麥克風(fēng)9。換言之，兩個(gè)測(cè)量組合件7、8適于沿著彼此不同的兩個(gè)起源方向X和Y獲取聲音信號(hào)S。

具體地，測(cè)量組合件7構(gòu)造成檢測(cè)起源方向X上的聲音信號(hào)S并且設(shè)有朝向所關(guān)注的源10取向的至少兩個(gè)麥克風(fēng)9*，所關(guān)注的源諸如渦輪增壓器1*的葉片盤4。相反，測(cè)量組合件8構(gòu)造成檢測(cè)起源方向Y上的聲音信號(hào)S，并且設(shè)有不朝向所關(guān)注的源10取向的至少一個(gè)麥克風(fēng)9**。麥克風(fēng)9**優(yōu)選地朝向周圍環(huán)境取向以檢測(cè)環(huán)境噪聲。

在下面的描述中，S表示通常由裝置6檢測(cè)并由所關(guān)注的源10產(chǎn)生的聲音信號(hào)，S_X表示所關(guān)注的源10產(chǎn)生的沿著起源方向X檢測(cè)到的信號(hào)，以及S_Y表示所關(guān)注的源10產(chǎn)生的沿著起源方向Y檢測(cè)到的信號(hào)。

測(cè)量組合件7朝向源10取向(即，沿著起源方向X取向)并且檢測(cè)信號(hào)S_X，其速率在圖5a中示出。如頻譜圖中所示的那樣，信號(hào)S_X包括由源10發(fā)出的高頻信號(hào)S_S以及在中-低頻率下由周圍環(huán)境產(chǎn)生的信號(hào)S_A(即所謂的環(huán)境噪聲)。

相反，測(cè)量組合件8朝向周圍環(huán)境取向(即，沿著起源方向Y取向)并且檢測(cè)信號(hào)S_Y，其速率在圖5b中示出。如頻譜圖中所示的那樣，信號(hào)S_Y僅包括在中-低頻率下由周圍環(huán)境發(fā)出的信號(hào)S_A(即，僅環(huán)境噪聲)，并且不受源10所發(fā)出的信號(hào)S_S的影響。由測(cè)量組合件8檢測(cè)到的信號(hào)用于從由測(cè)量組合件7檢測(cè)到的信號(hào)中減去環(huán)境噪聲。

獲取的信號(hào)S_X、S_Y被傳送到調(diào)節(jié)電路11和抗混疊濾波器12。具體地，調(diào)節(jié)電路11構(gòu)造成去除所獲取信號(hào)S_X、S_Y中的連續(xù)頻率f，并且實(shí)現(xiàn)至少一個(gè)放大級(jí)。而抗混疊濾波器12配置成濾掉高于采樣頻率f_c的一半的頻率f。

圖2和圖3示出了用于獲取和調(diào)節(jié)的裝置6，其包括箱形支撐體13，其配置成容納兩個(gè)測(cè)量組合件7、8，調(diào)節(jié)電路11和抗混疊濾波器12。在優(yōu)選實(shí)施例中，支撐體13具有大致平行六面體的形狀。

根據(jù)圖2中所示的第一實(shí)施例，支撐體13具有在前壁14區(qū)域中的測(cè)量組合件7以及在布置成與前壁14正交的側(cè)壁15區(qū)域中的測(cè)量組合件8。換言之，測(cè)量組合件7形成在前壁14的布置成與起源方向X正交的區(qū)域中；而測(cè)量組合件8形成在側(cè)壁15的布置成與起源方向Y正交的區(qū)域中。在這種情況下，起源方向X與起源方向Y正交。

在該實(shí)施例中，測(cè)量組合件7分別包括至少兩個(gè)麥克風(fēng)9*，特別是布置成兩行和兩列并且彼此等距間隔開的四個(gè)麥克風(fēng)9*。類似地，測(cè)量組合件8分別包括至少一個(gè)麥克風(fēng)9**，特別是布置成兩行和兩列并且彼此等距間隔開的四個(gè)麥克風(fēng)9**。

根據(jù)圖3中所示的第二實(shí)施例，支撐體13在前壁14區(qū)域中具有測(cè)量組合件7和測(cè)量組合件8兩者。

在該實(shí)施例中，測(cè)量組合件7包括三個(gè)麥克風(fēng)9*，而測(cè)量組合件8由單個(gè)麥克風(fēng)9**形成。四個(gè)麥克風(fēng)9布置成兩行和兩列，并且彼此等距間隔開。通過屏蔽麥克風(fēng)9而獲得測(cè)量組合件8。以這種方式，盡管以與麥克風(fēng)9*相同的取向布置，但是麥克風(fēng)9**將不能檢測(cè)起源方向X上的信號(hào)S_X(在所述起源方向X上被屏蔽)，并且只能獲取起源方向Y上的信號(hào)S_Y。

換言之，在該實(shí)施例中，檢測(cè)組合件7、8布置在支撐體13的同一前壁14的與起源方向X正交布置的區(qū)域中，但是麥克風(fēng)9中的至少一個(gè)以如此的方式被屏蔽以限定測(cè)量組合件8。

顯然進(jìn)一步的變型是可能的，其中測(cè)量組合件7包括兩個(gè)對(duì)準(zhǔn)的麥克風(fēng)9*，而測(cè)量組合件8由單個(gè)麥克風(fēng)9**形成。

例如，根據(jù)另一變型，支撐體13在前壁14區(qū)域中具有測(cè)量組合件7，且在平行于前壁14的后壁區(qū)域中具有測(cè)量組合件8。換言之，測(cè)量組合件7形成在前壁14的與起源方向X正交布置的區(qū)域中；而測(cè)量組合件8形成在后壁區(qū)域中。在這種情況下，起源方向X相對(duì)于起源方向Y平行但相反。

在同一行中對(duì)準(zhǔn)的麥克風(fēng)9相對(duì)于彼此以預(yù)定距離D₁布置；而沿著同一列重疊的麥克風(fēng)9相對(duì)于彼此以預(yù)定距離D₂布置。如在下面的描述中更好地描述的那樣計(jì)算距離D₁和D₂。

顯然，麥克風(fēng)9可以布置在其中起源方向X不同于起源方向Y的任何布局中。

獲取和調(diào)節(jié)裝置6利用聲音信號(hào)S的方向性原理，其基于由不同麥克風(fēng)9接收由單個(gè)源10所產(chǎn)生的聲音信號(hào)S的延遲。

具體地，如圖4中所示，由麥克風(fēng)9'和麥克風(fēng)9”檢測(cè)由源10發(fā)出的聲音信號(hào)S，對(duì)該聲音信號(hào)進(jìn)行采樣和處理以產(chǎn)生L個(gè)樣本的有限序列，即離散時(shí)間信號(hào)。然后通過稱為離散傅里葉變換(DFT)的算法處理L個(gè)樣本的有限序列，即離散時(shí)間信號(hào)。離散傅里葉變換DFT提供由麥克風(fēng)9'和麥克風(fēng)9”檢測(cè)到的聲音信號(hào)的頻譜的采樣版本，即它們返回關(guān)于由麥克風(fēng)9'和麥克風(fēng)9”以特定等間隔頻率檢測(cè)的聲音信號(hào)的頻譜所采取的模數(shù)(即幅度)和相位(即位置)的值。換言之，離散傅里葉變換DFT是由麥克風(fēng)9'和麥克風(fēng)9”檢測(cè)到的聲音信號(hào)的頻譜的頻率采樣。

各自包括L個(gè)元素(也稱為倉(bin))的兩個(gè)向量包含與分別由麥克風(fēng)9'和麥克風(fēng)9”檢測(cè)到的聲音信號(hào)的頻譜的頻率采樣相關(guān)的信息。換言之，倉表示離散傅里葉變換DFT的離散化步驟。適當(dāng)?shù)剡x擇L個(gè)倉，以便滿足響應(yīng)的速度和精度的要求，并且表示離散傅立葉變換DFT的離散化步驟。L個(gè)倉中的每一個(gè)倉的信息內(nèi)容等于比率fs/L，其中L表示倉的數(shù)量，以及fs表示采樣頻率。根據(jù)公知的奈奎斯特-香農(nóng)(Nyquist-Shannon)采樣定理，一方面，采樣頻率fs必須是要被觀察的現(xiàn)象的頻率的至少兩倍；另一方面，同時(shí)必須避免過度地增加電子控制單元ECU的計(jì)算負(fù)擔(dān)。

通過合適的算法處理針對(duì)每個(gè)麥克風(fēng)9'、9”同步計(jì)算的離散傅里葉變換DFT，以考慮麥克風(fēng)9'、9”的不同位置，并且為每個(gè)由7和8表示的測(cè)量組合件產(chǎn)生一種虛擬傳感器。

對(duì)每個(gè)麥克風(fēng)9'、9”同步計(jì)算的離散傅里葉變換DFT的處理可包括對(duì)由不同麥克風(fēng)9'、9”檢測(cè)到的信號(hào)求和，使得麥克風(fēng)9'、9”上的任何噪聲由來自另一麥克風(fēng)9'、9”的數(shù)據(jù)補(bǔ)償；或者可替代地，可通過計(jì)算延遲(即，作為麥克風(fēng)9'、9”之間的相對(duì)距離以及所關(guān)注的源10的位置的函數(shù))來修正由不同麥克風(fēng)9'、9”檢測(cè)到的相位信號(hào)。

然而，由源10產(chǎn)生的聲壓波沒有被兩個(gè)麥克風(fēng)9'和9”同時(shí)接收；由于必須由聲壓波經(jīng)過附加距離Δu，麥克風(fēng)9”以相對(duì)于麥克風(fēng)9'具有一定延遲的方式檢測(cè)到聲音信號(hào)S。傅里葉變換域中的該時(shí)間延遲導(dǎo)致等于e^-i2πfτ的相移，其中f是入射波的頻率，以及量τ等于(d/c)sin(θ)，其中c是聲速，d是兩個(gè)對(duì)準(zhǔn)的麥克風(fēng)9'、9”之間的距離(即距離D₁)，并且θ是由麥克風(fēng)9限定的平面與源10的準(zhǔn)線之間的入射角。通過改變?nèi)肷浣铅?，聲音信?hào)S的檢測(cè)方向改變。

如果入射波的頻率f超過閾值水平f_TV，則獲得大于2π的相移，這產(chǎn)生被稱為混疊的聲音信號(hào)S失真現(xiàn)象。

為了應(yīng)用方向性算法而不引起混疊現(xiàn)象，必須使得以下不等式成立：

其中f是入射波的頻率，c是聲速，以及λ是波長(zhǎng)。必須使得上述不等式對(duì)于之前引入的距離D₁和距離D₂而言成立，因此這些距離是所獲取的聲音信號(hào)S的波長(zhǎng)的函數(shù)。

根據(jù)未示出的第三實(shí)施例，該裝置設(shè)有配備有至少一個(gè)麥克風(fēng)9**的另一測(cè)量組合件。具體地，測(cè)量組合件16適于沿著相對(duì)于方向X和Y不同的第三方向獲取聲音信號(hào)S，以獲得空間方向性。

在前面的描述中，明確地參考了對(duì)于通過渦輪增壓器1*的葉片盤4的旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的聲音信號(hào)S的處理，但是用于獲取和調(diào)節(jié)的裝置6可用于處理由布置在發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)的任何部件所產(chǎn)生的聲音信號(hào)S。

應(yīng)當(dāng)理解的是，根據(jù)要被測(cè)量或監(jiān)測(cè)的現(xiàn)象，可布置特殊的濾波鏈(filtering chain)，其允許以相關(guān)現(xiàn)象的典型不同頻率來隔離部件。

至此描述的用于獲取和調(diào)節(jié)聲音信號(hào)S的裝置6具有多種優(yōu)點(diǎn)。具體地，裝置6是緊湊的，具有定位在發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)的高靈活性，并且與車輛車載的任何電子處理單元ECU兼容。