專利名稱：機械負載的聲響反饋的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種系統和相關方法，用于產生在發動機或其它動力源上 施加的負載或阻力的聲響指示。
背景技術：
根據一般地理解，內燃發動機例如在很窄的速度范圍上運行。因此， 在發動機和器械(例如，車輪或運土機械的妒斗)之間典型地提供傳動裝 置，所以可以對器械施加大范圍的轉矩。許多現在傳動裝置與早期的傳動 裝置類似，包括一系列齒輪，從而基于負載條件選擇在傳動裝置中的一個 或多個齒輪。例如，在車輛初始加速時，發動機速度增加，并且傳動裝置 選擇向車輪傳遞更大轉矩的更高傳動比(在發動機速度與車M度之間的
比)。在車輛速度達到期望速度并且需要更小的轉矩時，傳動裝置轉換到 更低傳動比。
自動傳動裝置是公知的，不需要手動選擇傳動齒輪。典型地，自動傳 動裝置包括轉矩轉換器，其選擇性使得發動機獨立于傳動裝置運行。如果 發動機以低速度運行，則經過轉矩轉換器到達器械的轉矩的量相對較小。 然而，當發動M度增加時，向器械傳送更大的轉矩。因此，當需要施加 額外的輸出功率或轉矩來承擔負載時，具有自動傳動裝置的器械的操作員 通常習慣于聽到發動機速度的增加。
然而，最近，用以連續調節傳動比的所謂無級變速器("CVT")變 得商業化，從而發動機在任何負栽情況下保持最佳速度。在美國專利 No.4，916,卯0中描述了一種這樣的CVT。
具有CVT的機械典型地沒有轉矩轉換器，并且在改變對器械施加的 轉矩時，在這種機械中的發動機保持在基本恒定的速度。因此，盡管CVT 可提高燃料經濟性，但是這種機械的操作員典型地不能夠聽到發動機轉速 或感受機械振動，而這正是在需要更大轉矩以承擔增加的負栽時所期望的。 然后，操作員嘗試對于發動機功率的明顯匱乏給予過多補償，即使這種過 多補償不是必須的并可造成損害。
此外，通過負載傳感液壓裝置和改善的傳動裝置，運土機械的駕駛室 變得更安靜，從而操作員可能錯過他們所依賴的用于測量由機械傳遞的力 量的噪音^Jt。
本發明旨在克服現有技術中的一個和多個問題。
發明內容
根據本發明的一方面，提供一種輸出用于模擬M噪音的聲響信號的 系統，所述聲響信號對應于由機械產生的用于承擔負載的輸出力。該系統 包括處理器電路和音頻輸出電路。處理器電路被配置為接收與所述輸出 力相關的輸入信號以及基于所述輸入信號輸出聲響信號數據。音頻輸出電 路耦合至所述處理器電路，并且被配置為響應于所述聲響信號數據產生所
述聲響信號o
根據本發明的另一方面，提供一種輸出用于模擬機械噪音的聲響信號 的方法。所述聲響信號對應于由 產生的用于承擔負載的輸出力。該方
法包括接收與所述輸出力相關的輸入信號；和基于所述輸入信號產生聲 響信號數據。該方法還包括響應于所述聲響信號數據產生所述聲響信號。 根據本發明的另一方面，提供一種配置為對負載進行操作的W^。該 機械包括動力源；和傳動裝置，其耦合至所述動力源。此外，作業工具 耦合至所述傳動裝置和所述負載，所述傳動裝置被配置為向所述作業工具 傳送輸出力和承擔所述負載。還提供處理器電路，其4皮配置為接收與所述 輸出力相關的輸入信號以及基于所述輸入信號產生聲響信號數據。此外， 提供音頻輸出電路，其耦合至所述處理器電路。所述音頻輸出電路被配置 為響應于所述聲響信號數據產生所述聲響信號。所述聲響信號才莫擬機械噪 音。
此外，根據本發明，提供一種輸出用于模擬機械噪音的聲響信號的系
統。該系統包括具有發射機電路的機械；遠離所^L^的接收器電路； 耦合至所述接收器電路的處理器；和耦合至所述處理器電路的音頻輸出電
相關的信息的信號。所述接收器電路被配置為接收信號和輸出信息，所述 處理器被配置為基于該信息輸出聲響信號數據。此外，所述音頻輸出電路 被配置為響應于所述聲響信號數據產生聲響信號。
在本說明中結合的并構成其中一部分的附圖示出本發明的幾個實施 例，并結合說明書用于說明本發明的原理。
圖1示出根據本發明一方面的系統框圖2a和2b示出根據本發明另 一方面的示例性用戶控制面板；
圖3示出根據本發明另一方面的流程圖4示出才艮據本發明另一方面的流程圖5示出根據本發明另一方面的流程圖6a示出根據本發明另一方面的流程圖6b示出根據本發明另一方面的分量信號；
圖7a-7c示出根據本發明另一方面的M框圖8示出才艮據本發明另一方面的M框圖9a和9b示出根據本發明一方面的另一機械框圖io示出根據本發明另一方面的系統；
圖11示出根據本發明另一方面的傳感器位置。 M實施方式
現在，詳細參照在附圖中示出的本發明示例性實施例。如果可能，在 附圖中將使用相同的標號表示相同的或類似的部分。
圖1示出系統100，其輸出模擬M噪音或聲音作為音頻信號117。系 統100可選地包括感測電路128，其被配置為感測與機喊的輸出力相關的 機械力參數信號127。參數可包括以下項目中的一個或多個，所述項目包 括車輛、發動機、車輪或傳動裝置組件中任一個的速度；在發動機或機 械器械中任一個上施加的負載量；所測量的轉矩；和相對速度。
感測電路128響應于包括液壓或電流的所感測^lt向處理器電路110 提供輸入信號，如以下更詳細所述。包括例如傳統孩史處理器的處理器電路 110基于輸入信號向音頻輸出電路112輸出聲響信號數據。所述聲響信號 數據可由處理器電路110從存儲器124中提取。或者，所述聲響信號數據 可由處理器電路110計算。
向音頻輸出電路112的合成器電路114提供典型地以數字信號形式的 聲響信號數據。合成器電路114包括傳統數模(D/A)轉換電路，例如， 用于產生對應的模擬信號。合成器電路114向典型地同樣在音頻輸出電路 112中的揚聲器電路116提供模擬信號。響應于所接收的模擬信號，揚聲 器電路116輸出音頻信號117 (第一聲響信號)，其用于模擬在對特定負 載作用時與機械的輸出力相關的機械聲音，例如發動機噪音、與傳動系統
相關的噪音、或M液壓機產生的聲音。這些聲音基本是在音調或音量方 面與操作者期望聽到例如在向負載提供額外輸出力(例如轉矩)時發動機
速度是否增加具有基本相同變化的相同聲音。可選擇地，可產生其它M 聲音，例如增加頻率的聲音，用以模擬增加車輛速度，或更低頻率的聲音， 用以仿效在車輛減速時產生的聲音。
如圖1進一步所示，音頻控制電路130可配置為與合成器114耦合。 音頻控制電路130典型地包括音量控制電路118和頻率控制電路120，分 別用于改變到揚聲器電路116的模擬信號的音量和音高。圖2a示出具有旋 鈕232和234的用戶控制面板230，用以允許操作者分別手動調節音頻信 號的音量和頻率。旋鈕232和234分別耦合至電路118和120。圖2b示出 具有鍵238和240的可選用戶控制面板236，同樣分別用以控制音頻信號 音量和頻率。鍵238和240分別可耦合至電路118和120。
如圖1進一步所示，聲響信號數據還可以向振動發生器電路122提供， 其響應于所接收聲響信號數據在機械中產生振動123。振動發生器電路122 可包括公知的振蕩器電路，其產生的振蕩類似于由對負載施加額外輸出力 或轉矩的發動機所產生的振蕩。然而，這種振動可局限在操作員座位或機 械控制器(例如操縱桿)，并且不需要在整個機器內傳播。優選地，振動 足夠向操作員提供發動機消耗額外功率的額外感覺，即使這種額外力可能 不是從發動機自身輸出。
此外，如圖1所示，可提供麥克風126以l更于稱為"有源噪音控制"。 即，通過麥克風126感測不期望的噪音(第二聲響信號)，例如，不期望 的發動機噪音。隨后，麥克風向處理器電路110提供第二輸入信號，所述 處理器電路110隨后將干擾數據合并到聲響信號數據中。結果，聲響信號 117可包括受到不期望噪音干擾的分量信號，從而基本降低了其強度。以 下更詳細討論與本發明公開內容一致的有源噪音控制。
接下來，參照圖3-6b描述用于輸出模擬機械噪音的聲響信號的方法。 在圖3所示的流程圖300中，該方法包括第一步驟310，其中處理器電路 110接收與機械輸出力相關的輸入信號。如上所述，輸入信號與機械輸出 力相關，并構成例如液壓測量結果或感測電流。在步驟320，處理器110 基于輸入信號產生或輸出聲響信號數據。向音頻輸出電路112提供聲響信 號數據，隨后所述音頻輸出電路112輸出聲響信號(步驟330)。
如上所述，可由處理器電路110從存儲器124提取聲響信號數據。在 這種情況下，如圖4中所示的流程圖400所示，處理器電路110基于輸入 信號確定輸出力的值或量級(步驟410)。然后，在步驟420，使用輸出力 值來查詢在存儲器124中存儲的對應聲響數據。聲響數據可包括例如數字 預記錄的聲音數據或可由處理器電路110和/或合成器114用以輸出與所感
測輸出力對應的音頻信號的其它信息。
可選擇地，如圖5的流程圖500所示，在確定輸出力值(步驟510), 之后，處理器110基于輸出力值計算聲響信號數據(步驟520)。
接下來將參照圖6a中的流程圖600描述用于執行有源噪音控制的方
法。在流程圖600的步驟610中，例如，通過麥克風126接收和感測不期 望的噪音信號。處理器110接收與所感測噪音信號相關的數據，并響應于 此計算干擾數據。在步驟620，將千擾數據合并到向合成器電路114提供 的聲響信號數據中，其中如上所述，合成器電路114輸出模擬信號。響應 于所接收的模擬信號，揚聲器電路116產生合并有由圖6b中的虛曲線660 表示的分量信號的音頻信號。
優選地，分量信號660具有足夠的頻率、相位和量級，以構成不期望 噪音信號650的逆信號或反信號。結果，信號650和660彼此破壞性干擾， 并且噪音信號650的電平和強度降低。因此，除了產生模仿期望機械噪音 的音頻信號之外，可根據本發明公開內容的其它方面最小化不期望噪音。
工業實用性
如上所述，在機械中配置傳感器，并確定由機械所施加用于承擔阻力 或負載的力量。基于機械輸出功率的量，產生用以模擬聲音的適當音頻信 號，所述聲音是操作者期望聽到何時對具有傳統齒輪傳動裝置的機械施加 這種力的聲音。所述聲音可包括發動機噪音，以及與油流和其它液壓流相 關的聲音。此外，聲音可以從數字預記錄的聲響數據產生，或可基于所計 算的聲響數據輸出。可提供用戶控制裝置，以調節所產生聲音的音量和頻 率或音高。
接下來，將參照圖7a-7c、 9a、 9b和10描述對于各個機械的本發明應 用實例。如圖7a所示，機械700包括例如內燃發動機710的動力源和傳動 裝置719，所述傳動裝置包括液壓泵712、液壓馬達716和齒輪718和720。 發動機710驅動泵712，所述泵712向液壓馬達716提供液壓流，如箭頭 713所示。液壓馬達716使得齒輪718旋轉，隨后所述齒輪718驅動齒輪 720。齒輪720耦合至車輪722。傳動裝置719是無級變速器。
如圖7a所示，配置壓力傳感器電路714，以感測從泵輸出的液壓流713 的壓力。向處理器電路110提供所感測或所測量壓力數據作為輸入信號。 基于所測量壓力(P)，處理器電路110根據以下公式計算輸出功率，或
在該實例中，計算車輪轉矩(T)，即 T=tix ((P x MD)/2tc)x(G2/G1)，
其中T]是比例因子，MD是液壓馬達716的排量，Gl是齒輪718的齒 數，G2是齒輪720的齒數。在本實例中，在發動機710上承擔的負載對應 于轉矩T的量，如上文計算的。因此，通過測量從泵輸出的液壓流713輸 出的壓力，可通過處理器電路110確定輸出功率或轉矩的量，因此可確定 在發動機710上承擔的負載。如上所述，使用與本發明一致的這種信息， 以產生用于模擬操作員所期望的機械聲音的聲響信號數據。
圖7b示出機械700的另一個實例。代替如參照圖7a所述的液壓系統， 傳動裝置719包括電馬達724，其響應于從發電機728輸出的(由箭頭727 表示的)電流驅動車輪722。在該實例中，電流傳感器726向處理器電路 110輸出所感測或所測量電流。基于所測量電流，確定向車輪722施加的 轉矩，以輸出適當的聲響信號數據。
圖7c中所示的機喊700與圖7b中所示的類似，但是省略了電流傳感 器726。在圖7c中所示的實例中，基于從用戶接口電路730輸出的電馬達 控制信號由處理器電路110確定輸出功率。
圖8示出包括發動機710和具有泵810的傳動裝置719的另一個示例 性機械，其中所述泵810向閥門812提供(由箭頭814表示的)液壓流。 在圖8中，為了使活塞818向下移動，將閥門812被配置為將箭頭822表 示的液壓流引導到汽缸820的上部819。從汽缸820輸出的流體通過閥門 812返回泵810,如箭頭816和824進一步所示。為了提升活塞818，重新 配置閥門812，從而^f吏得液壓流以與上述相反方向流動。具體地，液壓流 流到汽缸820的下部821中，以及上部819的外面。
根據本發明的其它方面，處理器電路110可接收與為承擔多個負載而 施加的輸出力一致的輸入信號，以產生音頻信號117。例如，在具有分別 如圖7a和7b所示的發電機728和泵712的機械中，可以從壓力傳感器714 和電流傳感器726向處理器電路110提供輸入信號。可選擇地，也可以在 圖7a-7c和8所示的兩個和多個其它結構的機喊中產生多個輸入信號。在
接收到所述多個輸入信號時，處理器電路110隨后輸出與機械在承擔所有
負載而施加的總輸出力對應的適當聲響信號數據，從而可產生適當聲響信
號117。
在圖8所示的機械中，配置壓力傳感器714，以測量從汽釭820的下 部821輸出的液壓流的壓力。基于所測量壓力(P),處理器電路110如 下計算輸出力(L):
L=AxP,
其中A是與活塞818相關的面積。 一旦確定輸出力，則可獲得輸出力， 以產生相應聲響信號數據。如上所述，使用聲響信號數據以輸出所模擬的 機械聲音和噪音。
圖9a和9b示出其中圖7b和7c中的發動機710和發電機728由燃料 電池910代替的其它^4fe。在圖9a和9b中，提供以所感測電流(圖9a ) 或來自用戶接口電路730的用戶控制信號(圖9b)的形式的輸入信號作為 對處理器電路110的輸入信號，以產生適當聲響信號數據。
圖10示出負載傳感器1020和機械1010遠離操作員的系統1000。在 該實例中，傳感器1020向發射機1030饋送負載和轉矩相關數據，例如液 壓力和電流數據。發射機1030通過天線1032發送承載這種數據或信息的 信號1034。在遠程位置1038，通過與接收器電路1040耦合的天線1036 接收該信號。接收器電路1040向包括處理器電路110和音頻輸出電路112 的電路塊1042輸出所接收信息。結果，以類似于上述的方式，由電路塊 1042產生聲響信號。
圖11示出可設置傳感器1114、 1118和1124以感測各個;Wfe^:和產 生對處理器電路110的對應輸入信號的位置實例。具體地，配置傳感器 1124,以產生與在負載1122上施加的所測量轉矩或力對應的輸入信號。如 果負載1122構成車輛車輪，則傳感器1124可輸出與車輪或車輛速度對應 的輸入信號。傳感器1124還提供與負載1122的量對應的輸入信號。還配 置傳感器1118，以產生與傳動裝置1120中的一個或多個組件1119的速度 對應的輸入信號。如果配置轉矩轉換器1116，則也可通過傳感器1114和 1118產生輸入信號，以提供與相對速度相關的數據，即在轉矩轉換器1116 的發動機端與轉矩轉換器1116的傳動裝置端的旋轉速度比。基于這種相對 速度，可確定輸出力。
此夕卜，包括微處理器電路的已知發動機控制模塊1112監控例如發動機 負載和發動機速度的參數。因此，發動機控制模塊1112可被適當配置，以 向處理器電路1110輸出這種發動機負載數據作為可選輸入信號。
考慮到這里公開的說明書和實踐，本發明的其它實施例對于本領域普 通技術人員是清楚的。說明書和實例可認為是示例性的，本發明的范圍和 精神由隨后權利要求書指定。
權利要求
1.一種輸出用于模擬機械噪音的聲響信號(117)的系統(100)，所述聲響信號對應于由機械(1010)產生的用于承擔負載的輸出力，該系統包括處理器電路(110)，其被配置為接收輸入信號以及基于所述輸入信號輸出聲響信號數據，所述輸入信號與所述輸出力相關；和音頻輸出電路(112)，其耦合至所述處理器電路，所述音頻輸出電路被配置為響應于所述聲響信號數據產生所述聲響信號。
2. 根據權利要求1所述的系統，還包括存儲器(124)，其被配 置為存儲所述聲響信號數據，所述處理器電路被配置為基于所述輸出力從 所述存儲器提取所述聲響信號數據。
3. 根據權利要求l所述的系統，其中所述處理器電路被配置為基于 所述輸出力計算所述聲響信號數據。
4. 根據權利要求l所述的系統，其中所述音頻輸出電路包括 合成器電路(114)，其耦合至所述處理器電路，所述合成器電路被配置為接收所述聲響信號數據和響應于此輸出模擬信號；和揚聲器電路(116)，其耦合至所述合成器電路，所述揚聲器電路被配 置為接收所述才莫擬信號和根據所述才莫擬信號產生所迷聲響信號。
5. 根據權利要求1所述的系統，還包括振蕩發生器電路(122 )， 其耦合至所述處理器電路，所述振蕩發生器電路被配置為響應于所述聲響 信號數據在所述才^中產生振蕩。
6. 根據權利要求1所述的系統，還包括感測電路(128)，其耦 合至所述處理器電路，所述感測電路被配置為感測與所述輸出力相關的參 數，和響應于所感測^t向所述處理器電路提供所述輸入信號。
7. 根據權利要求1所述的系統，其中所述輸入信號對應于向所述機 械提供的用于控制所述輸出力的用戶控制信號。
8. 根據權利要求1所述的系統，其中所述聲響信號是第 一聲響信號，所述輸入信號是第 一輸入信號，所述處理器電路被配置為接收與第二聲響 信號相關的第二輸入信號和將干擾數據結合到所述聲響信號數據中，所述 音頻輸出電路被配置為響應于結合有所述干擾數據的所述聲響信號數據產 生具有分量信號的聲響信號，所述分量信號對所述第二聲響信號產生干擾。
9. 一種輸出用于模擬機械噪音的聲響信號的方法，所述聲響信號對 應于由M產生的用于承擔負載的輸出力，該方法包括接收與所述輸出力相關的輸入信號； 基于所述輸入信號產生聲響信號數據；和 響應于所述聲響信號數據產生所述聲響信號。
10. —種配置為對負載(1122)進行操作的;IM^ (1010)，該機械包括動力源(1110);傳動裝置，其耦合至所述動力源(1120);作業工具，其耦合至所述傳動裝置和所述負載，所述傳動裝置被配置 為向所述作業工具傳送輸出力和承擔所述負載；處理器電路(110),其被配置為接收輸入信號以反基于所述輸入信號 產生聲響信號數據，所述輸入信號與所述輸出力相關；和音頻輸出電路(112),其耦合至所述處理器電路，所述音頻輸出電路 被配置為響應于所述聲響信號數據產生所述聲響信號，所述聲響信號才莫擬 機械噪音。
全文摘要
在例如具有無級變速器的機械中配置傳感器，并感測由機械所施加用于承擔負載的力量。基于所感測力，產生用于模擬聲音的適當音頻信號，所述聲音是操作員期望聽到何時對具有傳動齒輪傳動裝置的機械施加這種力的聲音。所述聲音可包括發動機噪音，以及與油流和其它液壓流相關的聲音。此外，聲音可以從數字預記錄的聲響數據產生，或可基于所計算的聲響數據輸出。還可以配置用戶控制裝置，以調節所產生聲音的音量和頻率或音高。
文檔編號G10K15/02GK101371293SQ200680051622
公開日2009年2月18日 申請日期2006年12月11日 優先權日2005年12月27日
發明者K·A·凱西, N·P·湯普森, V·R·史密斯 申請人:卡特彼勒公司