ES2532413B1

ES2532413B1 - Dispositivo generador de ruido informativo en vehículos eléctricos

Info

Publication number: ES2532413B1
Application number: ES201400622A
Authority: ES
Inventors: Francesc Martínez-Val Piera
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-07-31
Filing date: 2014-07-31
Publication date: 2016-01-07
Anticipated expiration: 2034-07-31
Also published as: ES2532413A1

Abstract

Dispositivo generador de ruido informativo en vehículos eléctricos.#Dispositivo que comprende un altavoz activado por dos circuitos en paralelo, uno con frecuencias agudas, y el otro con frecuencias graves, siendo la intensidad de la señal aguda que activa dicho altavoz relativamente proporcional a la velocidad del vehículo, y siendo la intensidad de la señal grave que activa dicho altavoz relativamente proporcional al cociente de dividir la potencia del motor eléctrico por la velocidad del vehículo, siendo dicho cociente proporcional a la aceleración; lo cual permite la conducción del coche eléctrico con un ambiente acústico similar al de uno clásico.

Description

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DESCRIPCION

Dispositivo generador de ruido informativo en vehlcuios electricos.

Sector de la tecnica

La invention se encuadra en el campo de ios dispositivos auxiiiares de vehlcuios electricos, y dentro de el, en la generation de ruido significativo para viandantes o para otros vehlculos, y asimismo para el propio conductor del vehlculo, que en general esta acostumbrado al ruido del motor de explosion, y a la dependencia de los ruidos inherentes a los vehlculos propulsados por estos motores, respecto de la potencia del motor y la velocidad del coche, fundamentalmente.

Problema tecnico a resolver y Antecedentes de la invencion

Los vehlculos electricos son muy silenciosos, en comparacion con los de motor de explosion. El problema a resolver es dotarles de un ruido que sea suficientemente indicativo de la presencia de dicho vehlculo, por razones obvias de seguridad.

A este problema importante de seguridad, se ha anadido otra inquietud en esta invencion, y es la information acustica que pueda serie util al conductor para entender mejor el estado del movimiento de su vehlculo, y particularmente su aceleracion y velocidad. Existe el documento WO2011050274 que presenta un sistema de simulation completa de ruidos de vehlculos de motores de combustion, pero al tener estos caracterlsticas sustancialmente distintas de las de los electricos, la simulacion puede conducir a crear situaciones equivocadas.

No se han identificado antecedentes inmediatos o especlficos de la invencion, aunque la generacion de sonido o de senales acusticas es un tema perfectamente conocido en la Flsica, particularmente en la Acustica, y no solo para advertir de peligros, como son las bocinas, sino para fines mas elaborados, como es la generacion de ambientes sonicos agradables, por ejemplo para apaciguar ninos de corta edad, como presenta el documento WO2012053913; y con fines mas genericos de creatividad musical, existen generadores musicales mas complejos, como es, por ejemplo, el presentado en el documento JP2011203583.

Un tema particularmente importante es el del aviso a los peatones, y a los otros coches, de la circulation del coche en cuestion (el coche que porta la invencion aqul reivindicada). Existen varios documentos sobre avisadores acusticos con diversas configuraciones y tiempos de actuation, como son el JP2011225049 y el WO2012025702, y existen documentos que revelan sistemas de generacion de sonidos para dotar a los vehlculos electricos de ruidos suficientemente audibles y en cierto modo caracterlsticos de dichos vehlculos, como son los presentados en los documentos DE102009058152 y WO2012034669. Este ultimo incluye tres tipos de generadores acusticos con diverso tipos de variaciones de potencia sonica y de frecuencia, pero no incluye una relation inmediata y caracterlstica entre el ruido generado y el estado de movimiento del vehlculo.

Explication de la invencion

La invencion comprende

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un altavoz acustico con proyeccion espacial orientada hacia adelante, con la distribution esterea denominada cardioide; que es alimentado en paralelo por dos circuitos electricos identificados respectivamente como grave y agudo;

siendo dichos circuitos de tipo transistorizado, con una debil senal armonica de entrada que es amplificada mediante la energla electrica usada en la polarization de las uniones semiconductors dopadas en las conexiones de entrada y de salida, siendo las senales de salida de cada circuito, en intensidad y tension, las que alimentan al circuito electro-mecanico-fonico del altavoz;

y estando el circuito agudo formado por un generador de senales armonicas con frecuencias contenidas en la llamada septima octava, entre 1024 y 2048 hercios, siendo estas senales las que se emplean como entrada al circuito transistorizado, en el cual la amplitud de la potencia se amplifica como una funcion creciente de la velocidad del vehlculo, denominada v, con caracter rapidamente creciente al principio del incremento de v, para luego ir decayendo en el crecimiento de la amplitud, y como referencia se selecciona una evolution opuesta a la extincion exponencial, siendo la amplitud A, de salida del circuito agudo, y entrada en el altavoz, dada por la siguiente expresion

A(v) = A*(1 - exp(-v/v0))

en la que A* es la maxima amplitud de potencia que se alcanza en este circuito y v la senal del tacometro del vehlculo, medida en km/hora, actuando este circuito electronico cuando v excede un valor umbral, seleccionado entre 1 y 5 km/hora, y siendo v0 una velocidad de referencia que depende de las caracterlsticas del vehlculo, seleccionandose su valor entre 5 km/h y 30 km/h, siendo 10 km/h el valor adecuado a turismos en general;

y estando el circuito grave formado por un generador de senales armonicas con frecuencias contenidas en la llamada tercera octava, entre 64 y 128 hercios, siendo estas senales las que se emplean como entrada al circuito transistorizado dentro del circuito grave, en el cual la amplitud de la potencia se amplifica como una funcion creciente de la fuerza ejercida por el motor del vehlculo, medida esta fuerza como cociente, denominado f, de la potencia registrada por el vatlmetro del motor, dividida por la velocidad del vehlculo, v; siendo el caracter de la variation de la amplitud de la senal, G, generada por este circuito grave, rapidamente creciente al principio del incremento de f, para luego ir decayendo en el crecimiento de la amplitud, y como referencia de funcion se selecciona una evolucion opuesta a la extincion exponencial, siendo la amplitud G de salida del circuito grave, y entrada en el altavoz, la dada por la siguiente expresion,

G(f) = G*(1-exp(-f/f0))

en la que G* es la maxima amplitud de potencia generable por dicho circuito, y f es el antedicho cociente entre la potencia del motor en vatios, y la velocidad v senalada por el tacometro del vehlculo, expresada en m/segundo, que corresponde al valor de la senal del tacometro en km/h dividido por 3,6, actuando este circuito electronico grave, al igual que el agudo, cuando v excede un valor umbral, seleccionado entre 1 y 5 km/ hora, y siendo f0 una fuerza de referencia seleccionada en el intervalo entre

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la decima parte del peso del vehlculo expresado en newton, y el doble de dicho peso.

La invention se completa con pantallas deflectoras de ruido, perifericas a la bocina del altavoz, que canalizan hacia el habitaculo de ocupantes parte del ruido generado. Se crea as! un entorno sonoro adecuado que proporciona al conductor referencias no opticas sobre la velocidad a la que va el vehlculo, y el esfuerzo, en terminos de fuerza, desarrollado por el motor.

Explication de las figuras

La figura 1 muestra el esquema de ensamblaje de los componentes que constituyen la invencion.

Para facilitar la comprension de esta figura de la invencion, a continuation se relacionan los elementos relevantes de la misma:

1. Altavoz.

2. Alimentation del altavoz desde el circuito Agudo.

3. Alimentacion del altavoz desde el circuito Grave.

4. Circuito amplificador de la senal procedente del generador de frecuencias agudas, 8.

5. Circuito amplificador de la senal procedente del generador de frecuencias graves, 9.

6. Conexion entre el generador 8 y el amplificador 4.

7. Conexion entre el generador 9 y el amplificador 5.

8. Generador de frecuencias agudas.

9. Generador de frecuencias graves.

10. Fuente de alimentacion que mantiene los amplificadores de los circuitos Agudo y Grave.

11. Veloclmetro del vehlculo.

12. Vatlmetro del motor.

13. Microprocesador o comparador-divisor de senales.

14. Conexion entre el veloclmetro y el amplificador de agudos (4).

15. Conexion entre el veloclmetro 11 y el divisor 13.

16. Conexion entre el vatlmetro 12 y el divisor 13.

17. Conexion entre el divisor 13 y el amplificador de graves, 5.

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18. Alimentacion al amplificador de agudos 4, controlada por la senal14.

19. Alimentacion al amplificador de graves 5, controlada por la senal 17.

20. Receptaculo, parcialmente aislado y parcialmente abierto, donde se ubica el altavoz.

21. Pantallas deflectoras de ruido, perifericas a la bocina del altavoz, que canalizan hacia el habitaculo de ocupantes parte del ruido generado.

Modo preferente de realizacion de la invencion

Para la aplicacion de la invencion es preciso acopiar los diversos componentes referenciados, con las prestaciones y caracterlsticas requeridas. En esto se abre un campo ampllsimo, pues los vehlculos electricos tendran pesos muy diversos, desde los 100 kg de una motocicleta hasta los 10.000 kg de un camion, pasando por los 1.000 de un coche de rango modesto, cuya potencia maxima puntual puede llegar a los 50 kW.

Para dimensionar los circuitos y componentes que integran la invencion para una aplicacion dada, se ha de partir de los requisitos de ruido en campo abierto, e ir retrocediendo hasta el origen de cada circuito. La potencia acustica requerida se acota al imponer llmites inferior y superior a los ruidos generados, teniendo en cuenta la funcion que tiene el ruido informativo, y la existencia de las demas fuentes de ruido circundante, de entre las cuales se tiene que identificar, Por conocimiento de la acustica del trafico, se fijan 40 decibelios (dB) en el nivel de umbral de cada uno de los circuitos, agudo y grave, por separado y un maximo asintotico de 70 dB, hablando siempre de potencias acusticas 30 m aguas abajo del altavoz. Aun cuando el altavoz sea de haz sonoro concentrado en un haz, ocupa un frente de onda sonora que se puede estimar tiene una seccion recta del flujo sonico de 3000 m2, que aproximadamente corresponde a una apertura de 1 estereo- radian, hacia adelante del altavoz, aunque una parte de la potencia acustica entra por reflexiones y transmisiones internas hacia la cabina del vehlculo.

Dado que el nivel de umbral acustico se fija en una presion sonora o flujo de potencia de 10-12 W/m2, extendido a los 3000 m2 de seccion esterea, pasan a ser 310-9 W. Con 40 dB (4 B) la potencia acustica serla 310-5 W, y subirla a 3.10-2 W para los 70 dB de cada circuito. De funcionar juntos, logicamente no se sumarlan los decibelios, sino la potencia acustica, que pasarla al doble. Como el logaritmo decimal de 2 es 0,30; el incremento al duplicar la potencia serla de 0,3 B, es decir 3 dB; lo que hace que el maximo de la senal, en la referencia dada de distancia, sea de 73 db.

Dado que el rendimiento de los altavoces en general, y del tipo cardiode en particular, es pequeno, o muy pequeno, del orden de 1%, la potencia consumida por el altavoz serla, en este supuesto, de 6 W; lo cual parece muy aceptable para las potencias propias de un vehlculo electrico, superiores a 10 kW e incluso proximas a 100 kW. A esto se anadirlan los consumos en los amplificadores, que se pueden evaluar en otro tanto, resultando un consumo de entre 10 y 15 W, perfectamente asumible en un vehlculo electrico (cuya potencia maxima sera tlpicamente de varias decenas de kW).

La invencion cuya patente se solicita aqul, tiene la ventaja de emplear componentes ya maduros; y a ello se une la facil caracterizacion del estado de movimiento del vehlculo sobre las dos variables que mas efecto causan en los conductores clasicos, que son la

velocidad del coche y el ruido causado por el esfuerzo del motor. Conviene subrayar que en la invencion se usan los agudos moderados para caracterizar la velocidad, y los graves califican la condicion de trabajo del motor, que a su vez caracteriza la aceleracion, que es una variable imprescindible de conocer, o al menos sentir cualitativamente, al 5 volante de un automovil.

Una vez descrita de forma clara la invencion, se hace constar que las realizaciones particulares son susceptibles de modificaciones de detalle siempre que no alteren el principio fundamental y la esencia de la invencion.

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Claims

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REIVINDICACIONES

1. Dispositivo generador de ruido informativo en vehlcuios eiectricos, caracterizado porque comprende

- un aitavoz acustico con proyeccion espaciai orientada hacia adeiante; que es aiimentado en paraieio por dos circuitos electricos identificados respectivamente como grave y agudo;

- siendo dichos circuitos de tipo transistorizado, con una debii senai armonica de entrada que es ampiificada mediante ia energla eiectrica usada en ia poiarizacion de ias uniones semiconductoras dopadas en ias conexiones de entrada y de saiida, siendo ias senaies de saiida de cada circuito, en intensidad y tension, ias que aiimentan ai circuito eiectro-mecanico-fonico dei aitavoz;

- y estando ei circuito agudo formado por un generador de senaies armonicas con frecuencias contenidas en ia iiamada septima octava, entre 1024 y 2048 hercios, siendo estas senaies ias que se empiean como entrada ai circuito transistorizado, en ei cuai ia ampiitud de ia potencia se ampiifica como una funcion creciente de ia veiocidad dei vehlcuio, denominada v, con caracter rapidamente creciente ai principio dei incremento de v, para iuego ir decayendo en ei crecimiento de ia ampiitud;

- y estando ei circuito grave formado por un generador de senaies armonicas con frecuencias contenidas en ia iiamada tercera octava, entre 64 y 128 hercios, siendo estas senaies ias que se empiean como entrada ai circuito transistorizado dentro dei circuito grave, en ei cuai ia ampiitud de ia potencia se ampiifica como una funcion creciente de ia fuerza ejercida por ei motor dei vehlcuio, medida esta fuerza como cociente, denominado f, de ia potencia registrada por ei vatlmetro dei motor, dividida por ia veiocidad dei vehlcuio, v; siendo ei caracter de ia variation de ia ampiitud de ia senai, G, generada por este circuito grave, rapidamente creciente ai principio dei incremento de f, para iuego ir decayendo en ei crecimiento de ia ampiitud.
2. Dispositivo generador de ruido informativo en vehlcuios eiectricos, segun reivindicacion primera, caracterizado porque se disponen pantaiias defiectoras de ruido, perifericas a ia bocina dei aitavoz, que canaiizan hacia ei habitacuio de ocupantes parte dei ruido generado.
3. Dispositivo generador de ruido informativo en vehlcuios eiectricos, segun reivindicacion primera, caracterizado porque para ei circuito agudo se seiecciona una evoiucion opuesta a ia extincion exponenciai, siendo ia ampiitud A, de ia potencia de saiida dei circuito agudo, y entrada en ei aitavoz, dada por ia siguiente expresion

A(v) = A*(1 - exp(-v/v0))

en ia que A* es ia maxima ampiitud de potencia que se aicanza en este circuito y v ia senai dei tacometro dei vehlcuio, medida en km/hora, actuando este circuito eiectronico cuando v excede un vaior umbrai, seieccionado entre 1 y 5 km/hora, y siendo v0 una veiocidad de referencia que depende de ias caracterlsticas dei vehlcuio, seieccionandose su vaior entre 5 km/h y 30 km/h, siendo 10 km/h ei vaior adecuado a turismos en generai
4. Dispositivo generador de ruido informativo en vehlcuios electricos, segun reivindicacion primera, caracterizado porque para el circuito grave se selecciona una evolucion opuesta a la extincion exponencial, siendo la amplitud G de la potencia salida del circuito grave, y de entrada en el altavoz, la dada por la siguiente expresion,

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G(f) = G*(1 - exp(-f/fo))

en la que G* es la maxima amplitud de potencia generable por dicho circuito, y f es el antedicho cociente entre la potencia del motor en vatios, y la velocidad v senalada por el 10 tacometro del vehlculo, expresada en m/segundo, que corresponde al valor de la senal del tacometro en km/h dividido por 3,6, actuando este circuito electronico grave, al igual que el agudo, cuando v excede un valor umbral, seleccionado entre 1 y 5 km/hora, y siendo f0 una fuerza de referencia seleccionada en el intervalo entre la decima parte del peso del vehlculo expresado en newton, y el doble de dicho peso.

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