机械负载的声响反馈的制作方法

专利名称：机械负载的声响反馈的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种系统和相关方法，用于产生在发动机或其它动力源上 施加的负载或阻力的声响指示。
背景技术：
根据一般地理解，内燃发动机例如在很窄的速度范围上运行。因此， 在发动机和器械(例如，车轮或运土机械的妒斗)之间典型地提供传动装 置，所以可以对器械施加大范围的转矩。许多现在传动装置与早期的传动 装置类似，包括一系列齿轮，从而基于负载条件选择在传动装置中的一个 或多个齿轮。例如，在车辆初始加速时，发动机速度增加，并且传动装置 选择向车轮传递更大转矩的更高传动比(在发动机速度与车M度之间的
比)。在车辆速度达到期望速度并且需要更小的转矩时，传动装置转换到 更低传动比。
自动传动装置是公知的，不需要手动选择传动齿轮。典型地，自动传 动装置包括转矩转换器，其选择性使得发动机独立于传动装置运行。如果 发动机以低速度运行，则经过转矩转换器到达器械的转矩的量相对较小。 然而，当发动M度增加时，向器械传送更大的转矩。因此，当需要施加 额外的输出功率或转矩来承担负载时，具有自动传动装置的器械的操作员 通常习惯于听到发动机速度的增加。
然而，最近，用以连续调节传动比的所谓无级变速器("CVT")变 得商业化，从而发动机在任何负栽情况下保持最佳速度。在美国专利 No.4，916,卯0中描述了一种这样的CVT。
具有CVT的机械典型地没有转矩转换器，并且在改变对器械施加的 转矩时，在这种机械中的发动机保持在基本恒定的速度。因此，尽管CVT 可提高燃料经济性，但是这种机械的操作员典型地不能够听到发动机转速 或感受机械振动，而这正是在需要更大转矩以承担增加的负栽时所期望的。 然后，操作员尝试对于发动机功率的明显匮乏给予过多补偿，即使这种过 多补偿不是必须的并可造成损害。
此外，通过负载传感液压装置和改善的传动装置，运土机械的驾驶室 变得更安静，从而操作员可能错过他们所依赖的用于测量由机械传递的力 量的噪音^Jt。
本发明旨在克服现有技术中的一个和多个问题。

发明内容
根据本发明的一方面，提供一种输出用于模拟M噪音的声响信号的 系统，所述声响信号对应于由机械产生的用于承担负载的输出力。该系统 包括处理器电路和音频输出电路。处理器电路被配置为接收与所述输出 力相关的输入信号以及基于所述输入信号输出声响信号数据。音频输出电 路耦合至所述处理器电路，并且被配置为响应于所述声响信号数据产生所
述声响信号o
根据本发明的另一方面，提供一种输出用于模拟机械噪音的声响信号 的方法。所述声响信号对应于由 产生的用于承担负载的输出力。该方
法包括接收与所述输出力相关的输入信号；和基于所述输入信号产生声 响信号数据。该方法还包括响应于所述声响信号数据产生所述声响信号。 根据本发明的另一方面，提供一种配置为对负载进行操作的W^。该 机械包括动力源；和传动装置，其耦合至所述动力源。此外，作业工具 耦合至所述传动装置和所述负载，所述传动装置被配置为向所述作业工具 传送输出力和承担所述负载。还提供处理器电路，其4皮配置为接收与所述 输出力相关的输入信号以及基于所述输入信号产生声响信号数据。此外， 提供音频输出电路，其耦合至所述处理器电路。所述音频输出电路被配置 为响应于所述声响信号数据产生所述声响信号。所述声响信号才莫拟机械噪 音。
此外，根据本发明，提供一种输出用于模拟机械噪音的声响信号的系
统。该系统包括具有发射机电路的机械；远离所^L^的接收器电路； 耦合至所述接收器电路的处理器；和耦合至所述处理器电路的音频输出电
相关的信息的信号。所述接收器电路被配置为接收信号和输出信息，所述 处理器被配置为基于该信息输出声响信号数据。此外，所述音频输出电路 被配置为响应于所述声响信号数据产生声响信号。
在本说明中结合的并构成其中一部分的附图示出本发明的几个实施 例，并结合说明书用于说明本发明的原理。


图1示出根据本发明一方面的系统框图2a和2b示出根据本发明另 一方面的示例性用户控制面板；
图3示出根据本发明另一方面的流程图4示出才艮据本发明另一方面的流程图5示出根据本发明另一方面的流程图6a示出根据本发明另一方面的流程图6b示出根据本发明另一方面的分量信号；
图7a-7c示出根据本发明另一方面的M框图8示出才艮据本发明另一方面的M框图9a和9b示出根据本发明一方面的另一机械框图io示出根据本发明另一方面的系统；
图11示出根据本发明另一方面的传感器位置。 M实施方式
现在，详细参照在附图中示出的本发明示例性实施例。如果可能，在 附图中将使用相同的标号表示相同的或类似的部分。
图1示出系统100，其输出模拟M噪音或声音作为音频信号117。系 统100可选地包括感测电路128，其被配置为感测与机喊的输出力相关的 机械力参数信号127。参数可包括以下项目中的一个或多个，所述项目包 括车辆、发动机、车轮或传动装置组件中任一个的速度；在发动机或机 械器械中任一个上施加的负载量；所测量的转矩；和相对速度。
感测电路128响应于包括液压或电流的所感测^lt向处理器电路110 提供输入信号，如以下更详细所述。包括例如传统孩史处理器的处理器电路 110基于输入信号向音频输出电路112输出声响信号数据。所述声响信号 数据可由处理器电路110从存储器124中提取。或者，所述声响信号数据 可由处理器电路110计算。
向音频输出电路112的合成器电路114提供典型地以数字信号形式的 声响信号数据。合成器电路114包括传统数模(D/A)转换电路，例如， 用于产生对应的模拟信号。合成器电路114向典型地同样在音频输出电路 112中的扬声器电路116提供模拟信号。响应于所接收的模拟信号，扬声 器电路116输出音频信号117 (第一声响信号)，其用于模拟在对特定负 载作用时与机械的输出力相关的机械声音，例如发动机噪音、与传动系统
相关的噪音、或M液压机产生的声音。这些声音基本是在音调或音量方 面与操作者期望听到例如在向负载提供额外输出力(例如转矩)时发动机
速度是否增加具有基本相同变化的相同声音。可选择地，可产生其它M 声音，例如增加频率的声音，用以模拟增加车辆速度，或更低频率的声音， 用以仿效在车辆减速时产生的声音。
如图1进一步所示，音频控制电路130可配置为与合成器114耦合。 音频控制电路130典型地包括音量控制电路118和频率控制电路120，分 别用于改变到扬声器电路116的模拟信号的音量和音高。图2a示出具有旋 钮232和234的用户控制面板230，用以允许操作者分别手动调节音频信 号的音量和频率。旋钮232和234分别耦合至电路118和120。图2b示出 具有键238和240的可选用户控制面板236，同样分别用以控制音频信号 音量和频率。键238和240分别可耦合至电路118和120。
如图1进一步所示，声响信号数据还可以向振动发生器电路122提供， 其响应于所接收声响信号数据在机械中产生振动123。振动发生器电路122 可包括公知的振荡器电路，其产生的振荡类似于由对负载施加额外输出力 或转矩的发动机所产生的振荡。然而，这种振动可局限在操作员座位或机 械控制器(例如操纵杆)，并且不需要在整个机器内传播。优选地，振动 足够向操作员提供发动机消耗额外功率的额外感觉，即使这种额外力可能 不是从发动机自身输出。
此外，如图1所示，可提供麦克风126以l更于称为"有源噪音控制"。 即，通过麦克风126感测不期望的噪音(第二声响信号)，例如，不期望 的发动机噪音。随后，麦克风向处理器电路110提供第二输入信号，所述 处理器电路110随后将干扰数据合并到声响信号数据中。结果，声响信号 117可包括受到不期望噪音干扰的分量信号，从而基本降低了其强度。以 下更详细讨论与本发明公开内容一致的有源噪音控制。
接下来，参照图3-6b描述用于输出模拟机械噪音的声响信号的方法。 在图3所示的流程图300中，该方法包括第一步骤310，其中处理器电路 110接收与机械输出力相关的输入信号。如上所述，输入信号与机械输出 力相关，并构成例如液压测量结果或感测电流。在步骤320，处理器110 基于输入信号产生或输出声响信号数据。向音频输出电路112提供声响信 号数据，随后所述音频输出电路112输出声响信号(步骤330)。
如上所述，可由处理器电路110从存储器124提取声响信号数据。在 这种情况下，如图4中所示的流程图400所示，处理器电路110基于输入 信号确定输出力的值或量级(步骤410)。然后，在步骤420，使用输出力 值来查询在存储器124中存储的对应声响数据。声响数据可包括例如数字 预记录的声音数据或可由处理器电路110和/或合成器114用以输出与所感
测输出力对应的音频信号的其它信息。
可选择地，如图5的流程图500所示，在确定输出力值(步骤510), 之后，处理器110基于输出力值计算声响信号数据(步骤520)。
接下来将参照图6a中的流程图600描述用于执行有源噪音控制的方
法。在流程图600的步骤610中，例如，通过麦克风126接收和感测不期 望的噪音信号。处理器110接收与所感测噪音信号相关的数据，并响应于 此计算干扰数据。在步骤620，将千扰数据合并到向合成器电路114提供 的声响信号数据中，其中如上所述，合成器电路114输出模拟信号。响应 于所接收的模拟信号，扬声器电路116产生合并有由图6b中的虛曲线660 表示的分量信号的音频信号。
优选地，分量信号660具有足够的频率、相位和量级，以构成不期望 噪音信号650的逆信号或反信号。结果，信号650和660彼此破坏性干扰， 并且噪音信号650的电平和强度降低。因此，除了产生模仿期望机械噪音 的音频信号之外，可根据本发明公开内容的其它方面最小化不期望噪音。
工业实用性
如上所述，在机械中配置传感器，并确定由机械所施加用于承担阻力 或负载的力量。基于机械输出功率的量，产生用以模拟声音的适当音频信 号，所述声音是操作者期望听到何时对具有传统齿轮传动装置的机械施加 这种力的声音。所述声音可包括发动机噪音，以及与油流和其它液压流相 关的声音。此外，声音可以从数字预记录的声响数据产生，或可基于所计 算的声响数据输出。可提供用户控制装置，以调节所产生声音的音量和频 率或音高。
接下来，将参照图7a-7c、 9a、 9b和10描述对于各个机械的本发明应 用实例。如图7a所示，机械700包括例如内燃发动机710的动力源和传动 装置719，所述传动装置包括液压泵712、液压马达716和齿轮718和720。 发动机710驱动泵712，所述泵712向液压马达716提供液压流，如箭头 713所示。液压马达716使得齿轮718旋转，随后所述齿轮718驱动齿轮 720。齿轮720耦合至车轮722。传动装置719是无级变速器。
如图7a所示，配置压力传感器电路714，以感测从泵输出的液压流713 的压力。向处理器电路110提供所感测或所测量压力数据作为输入信号。 基于所测量压力(P)，处理器电路110根据以下公式计算输出功率，或
在该实例中，计算车轮转矩(T)，即 T=tix ((P x MD)/2tc)x(G2/G1)，
其中T]是比例因子，MD是液压马达716的排量，Gl是齿轮718的齿 数，G2是齿轮720的齿数。在本实例中，在发动机710上承担的负载对应 于转矩T的量，如上文计算的。因此，通过测量从泵输出的液压流713输 出的压力，可通过处理器电路110确定输出功率或转矩的量，因此可确定 在发动机710上承担的负载。如上所述，使用与本发明一致的这种信息， 以产生用于模拟操作员所期望的机械声音的声响信号数据。
图7b示出机械700的另一个实例。代替如参照图7a所述的液压系统， 传动装置719包括电马达724，其响应于从发电机728输出的(由箭头727 表示的)电流驱动车轮722。在该实例中，电流传感器726向处理器电路 110输出所感测或所测量电流。基于所测量电流，确定向车轮722施加的 转矩，以输出适当的声响信号数据。
图7c中所示的机喊700与图7b中所示的类似，但是省略了电流传感 器726。在图7c中所示的实例中，基于从用户接口电路730输出的电马达 控制信号由处理器电路110确定输出功率。
图8示出包括发动机710和具有泵810的传动装置719的另一个示例 性机械，其中所述泵810向阀门812提供(由箭头814表示的)液压流。 在图8中，为了使活塞818向下移动，将阀门812被配置为将箭头822表 示的液压流引导到汽缸820的上部819。从汽缸820输出的流体通过阀门 812返回泵810,如箭头816和824进一步所示。为了提升活塞818，重新 配置阀门812，从而^f吏得液压流以与上述相反方向流动。具体地，液压流 流到汽缸820的下部821中，以及上部819的外面。
根据本发明的其它方面，处理器电路110可接收与为承担多个负载而 施加的输出力一致的输入信号，以产生音频信号117。例如，在具有分别 如图7a和7b所示的发电机728和泵712的机械中，可以从压力传感器714 和电流传感器726向处理器电路110提供输入信号。可选择地，也可以在 图7a-7c和8所示的两个和多个其它结构的机喊中产生多个输入信号。在
接收到所述多个输入信号时，处理器电路110随后输出与机械在承担所有
负载而施加的总输出力对应的适当声响信号数据，从而可产生适当声响信
号117。
在图8所示的机械中，配置压力传感器714，以测量从汽釭820的下 部821输出的液压流的压力。基于所测量压力(P),处理器电路110如 下计算输出力(L):
L=AxP,
其中A是与活塞818相关的面积。 一旦确定输出力，则可获得输出力， 以产生相应声响信号数据。如上所述，使用声响信号数据以输出所模拟的 机械声音和噪音。
图9a和9b示出其中图7b和7c中的发动机710和发电机728由燃料 电池910代替的其它^4fe。在图9a和9b中，提供以所感测电流(图9a ) 或来自用户接口电路730的用户控制信号(图9b)的形式的输入信号作为 对处理器电路110的输入信号，以产生适当声响信号数据。
图10示出负载传感器1020和机械1010远离操作员的系统1000。在 该实例中，传感器1020向发射机1030馈送负载和转矩相关数据，例如液 压力和电流数据。发射机1030通过天线1032发送承载这种数据或信息的 信号1034。在远程位置1038，通过与接收器电路1040耦合的天线1036 接收该信号。接收器电路1040向包括处理器电路110和音频输出电路112 的电路块1042输出所接收信息。结果，以类似于上述的方式，由电路块 1042产生声响信号。
图11示出可设置传感器1114、 1118和1124以感测各个;Wfe^:和产 生对处理器电路110的对应输入信号的位置实例。具体地，配置传感器 1124,以产生与在负载1122上施加的所测量转矩或力对应的输入信号。如 果负载1122构成车辆车轮，则传感器1124可输出与车轮或车辆速度对应 的输入信号。传感器1124还提供与负载1122的量对应的输入信号。还配 置传感器1118，以产生与传动装置1120中的一个或多个组件1119的速度 对应的输入信号。如果配置转矩转换器1116，则也可通过传感器1114和 1118产生输入信号，以提供与相对速度相关的数据，即在转矩转换器1116 的发动机端与转矩转换器1116的传动装置端的旋转速度比。基于这种相对 速度，可确定输出力。
此夕卜，包括微处理器电路的已知发动机控制模块1112监控例如发动机 负载和发动机速度的参数。因此，发动机控制模块1112可被适当配置，以 向处理器电路1110输出这种发动机负载数据作为可选输入信号。
考虑到这里公开的说明书和实践，本发明的其它实施例对于本领域普 通技术人员是清楚的。说明书和实例可认为是示例性的，本发明的范围和 精神由随后权利要求书指定。
权利要求
1.一种输出用于模拟机械噪音的声响信号(117)的系统(100)，所述声响信号对应于由机械(1010)产生的用于承担负载的输出力，该系统包括处理器电路(110)，其被配置为接收输入信号以及基于所述输入信号输出声响信号数据，所述输入信号与所述输出力相关；和音频输出电路(112)，其耦合至所述处理器电路，所述音频输出电路被配置为响应于所述声响信号数据产生所述声响信号。
2. 根据权利要求1所述的系统，还包括存储器(124)，其被配 置为存储所述声响信号数据，所述处理器电路被配置为基于所述输出力从 所述存储器提取所述声响信号数据。
3. 根据权利要求l所述的系统，其中所述处理器电路被配置为基于 所述输出力计算所述声响信号数据。
4. 根据权利要求l所述的系统，其中所述音频输出电路包括 合成器电路(114)，其耦合至所述处理器电路，所述合成器电路被配置为接收所述声响信号数据和响应于此输出模拟信号；和扬声器电路(116)，其耦合至所述合成器电路，所述扬声器电路被配 置为接收所述才莫拟信号和根据所述才莫拟信号产生所迷声响信号。
5. 根据权利要求1所述的系统，还包括振荡发生器电路(122 )， 其耦合至所述处理器电路，所述振荡发生器电路被配置为响应于所述声响 信号数据在所述才^中产生振荡。
6. 根据权利要求1所述的系统，还包括感测电路(128)，其耦 合至所述处理器电路，所述感测电路被配置为感测与所述输出力相关的参 数，和响应于所感测^t向所述处理器电路提供所述输入信号。
7. 根据权利要求1所述的系统，其中所述输入信号对应于向所述机 械提供的用于控制所述输出力的用户控制信号。
8. 根据权利要求1所述的系统，其中所述声响信号是第 一声响信号，所述输入信号是第 一输入信号，所述处理器电路被配置为接收与第二声响 信号相关的第二输入信号和将干扰数据结合到所述声响信号数据中，所述 音频输出电路被配置为响应于结合有所述干扰数据的所述声响信号数据产 生具有分量信号的声响信号，所述分量信号对所述第二声响信号产生干扰。
9. 一种输出用于模拟机械噪音的声响信号的方法，所述声响信号对 应于由M产生的用于承担负载的输出力，该方法包括接收与所述输出力相关的输入信号； 基于所述输入信号产生声响信号数据；和 响应于所述声响信号数据产生所述声响信号。
10. —种配置为对负载(1122)进行操作的;IM^ (1010)，该机械包括动力源(1110);传动装置，其耦合至所述动力源(1120);作业工具，其耦合至所述传动装置和所述负载，所述传动装置被配置 为向所述作业工具传送输出力和承担所述负载；处理器电路(110),其被配置为接收输入信号以反基于所述输入信号 产生声响信号数据，所述输入信号与所述输出力相关；和音频输出电路(112),其耦合至所述处理器电路，所述音频输出电路 被配置为响应于所述声响信号数据产生所述声响信号，所述声响信号才莫拟 机械噪音。
全文摘要
在例如具有无级变速器的机械中配置传感器，并感测由机械所施加用于承担负载的力量。基于所感测力，产生用于模拟声音的适当音频信号，所述声音是操作员期望听到何时对具有传动齿轮传动装置的机械施加这种力的声音。所述声音可包括发动机噪音，以及与油流和其它液压流相关的声音。此外，声音可以从数字预记录的声响数据产生，或可基于所计算的声响数据输出。还可以配置用户控制装置，以调节所产生声音的音量和频率或音高。
文档编号G10K15/02GK101371293SQ200680051622
公开日2009年2月18日 申请日期2006年12月11日 优先权日2005年12月27日
发明者K·A·凯西, N·P·汤普森, V·R·史密斯 申请人:卡特彼勒公司