A kipufogóhang aktív formálása

2014. március 17.

364

Sokan vallják, a szép motorhangnál, melybe beleborzongunk, nincs gyönyörűbb dolog a világon. Jellegzetes motorhangok márkákhoz is kötődnek. A gyártóknál és tuning cégeknél külön akusztikus mérnökcsapat feladata az autók kipufogóhangjának megtervezése, kialakítása. Az akusztikusok feladatköréhez tartozik ennek ellentéte is, az utastér lecsendesítése. Ezeknek a nem egyszerű feladatoknak a megoldását is az elektronika teszi ma könnyebbé. Az aktív zajkioltás (ANC – Active Noise Cancellation) és az aktív hangformázás (ASD – Active Sound Design) technológiákat azért fejlesztették ki, hogy mind az utastérbe, mind a környezetbe átadott zajokat csökkentsék, illetve alakítsák a kipufogóból kijövő motorhangot, de, mint látni fogjuk, az elektromágneses beavatkozó szerkezetek használata más előnyökkel is jár.

A személyautók kipufogási hangjában a lökettérfogat-csökkentés és a kisebb üzemi fordulatszám tartomány nagyobb hangnyomást eredményezett, főleg a kis frekvenciájú tartományban, mint kevésbé forszírozott elődeik. Így nagyobb térfogatú passzív dobokkal lehet csak a kellő szintre csökkenteni a zajkibocsátásukat, ami gyakran nagyobb kipufogási ellennyomással párosul. Ezek a körülmények viszont hátráltatják az egyre szigorodó CO₂-kibocsátási normák teljesítését.

Az aktív zajkioltás (ANC) képes megbirkózni a problémával, az elmúlt időkben többször is felvetődött a járműipari alkalmazása, mint a passzív kipufogódobokat leváltó technológia.

Általános tervezési szabály, hogy a megcélzott piaci szegmensnek megfelelően alakítják a jármű hangját, hiszen az nagyban befolyásolja a vezetési élményt, a minőség- és komfortérzetet. Ezen kívül visszacsatolást ad a járművezetőnek az adott közlekedési szituációról, ezért kényelmes haladáskor nyugodtságot, teljes terheléses gyorsításkor pedig erőteljességet kell sugallnia.

A hagyományos hangolási eszközök, mint a dobtérfogatok, kamrák és csőhosszok változtatása már évtizedek óta ismertek a maguk korlátaival és kompromisszumaival együtt. Az elektromágneses aktuátorok azonban többé-kevésbé teljesen aktív hangszabályozást tesznek lehetővé. Érdemes megjegyezni, hogy a modern belső égésű motorok közül a dízelmotorok zajcsökkentése és hangtisztítása az egyszerűbb a részecskeszűrőnek köszönhetően. Ezeket a beépítéseket kisméretű hagyományos dobok és egy aktív elem jellemzik. Mivel a dízel rendszerek nagyon jól hangolhatók, ezért szokás az eljárást aktív hangformázásnak nevezni (ASD). Ezzel szemben a benzinmotoroknál nagyobb erőfeszítés árán érhető csak el a kívánt hang: nagyobb dobokkal és aktívan gerjesztett „ellenhanggal” küzdenek a nemkívánatos zajok ellen.

A szabadalmat birtokló Eberspächer ezt a technológiát ActiveSilence-nek (aktív csend) nevezte el és magában foglalja a dízeleknél alkalmazott ASD funkcióit is. A szoftveres vezérlésnek köszönhetően a hang változtatásához nincs szükség szerszámcserére és a gyártósor átalakítására, a tervezés későbbi fázisában is lehet még módosításokat eszközölni, ezáltal a fejlesztési idő is csökken.

Az elmúlt évek fejlesztései során az aktív komponensek (működtetők, vezérlő hardver és szoftver) robosztussága sokat javult és elegendő tesztet végeztek, hogy garantálják a rendszer működését a jármű élettartama alatt. A járműves beépítés során a hátsó kipufogódob helyére kerül az aktuátor, aminek a vezérlő jelét az ActiveSilence Control Unit (ASCU) szolgáltatja. A mikroszámítógépen futó algoritmus a motorvezérlőből (fordulatszám, terhelés) és a kipufogócsőben elhelyezett mikrofonból nyeri a bemenő adatokat, melyek alapján elkészíti az ellenzaj jelét, ami egy erősítőn át jut el a működtetőig. Az algoritmus bizonyos paraméterei egy egyszerű PC-vel és megfelelő interfésszel módosíthatók. A motorvezérlő hardvere egy kivitelben készül, csak minimális különbségek vannak az autógyártók különböző igényeinek megfelelően. Minden beépítésben a működtető egy elektromágneses hangszórót tartalmaz, ami egy mellékágon csatlakozik a kipufogórendszerbe, így van védve az áramló kipufogógáz hőjétől. A motortól függően lehet változtatni a térfogatát és elhelyezkedését: általában 6 – 10 liter térfogatú, tömege 3 – 4 kg.

Az Eberspächer 2012-ben adta be a szabadalmát az ActiveSilence-re, azóta tovább fejlesztette és szériaéretté tette. A Frankfurti Autószalonon az egyik legjobban protezsált termékeként állította ki és nagy reményeket fűz hozzá, hiszen alkalmazása rugalmas kipufogóhangolást tesz lehetővé kis szerszámköltségek és kis dobtérfogatok mellett is. A csökkentett ellennyomás pedig kedvező hatással van a motor teljesítményére és tüzelőanyag-fogyasztására, valamint bármely CAN-hálózattal rendelkező autóra könnyen illeszthető. Elterjedése elsősorban a prémium márkákban várható majd, hiszen a hangszóró, a mikrofon és a vezérlő elektronika is költségnövelő.

Galéria: