CN103511553B - 一种拍振噪声的控制设备、方法、系统及工程机械 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种拍振噪声的控制设备、方法、系统及工程机械。该控制设备包括：接收装置，用于接收前振动轮的振动频率与第一流量控制信号的对应关系，以及后振动轮的振动频率与第二流量控制信号的对应关系；控制装置，用于根据前振动轮的振动频率与第一流量控制信号的对应关系和后振动轮的振动频率与第二流量控制信号的对应关系控制所述第一流量控制信号和所述第二流量控制信号，使得所述前振动轮的振动频率与所述后振动轮的振动频率之差发生变化，从而抑制拍振噪声。

Description

一种拍振噪声的控制设备、方法、系统及工程机械

技术领域

本发明涉及工程机械领域，具体地，涉及一种拍振噪声的控制设备、方法、系统及工程机械。

背景技术

拍振噪声是工程机械中一种常见的噪声，特别是在压路机设备中，例如双钢轮压路机。该拍振噪声的存在会使得驾驶员在工作中产生听觉疲劳，特别是在高频档位工作时产生人耳难以接受的起伏不断的轰鸣声，极大程度的影响驾驶员的工作环境及工作效率。

对于双钢轮压路机，拍振噪声产生的原因是双钢轮压路机中液压系统的不稳定性，使得双钢轮压路机前振动轮和后振动轮会以不同频率进行相对稳定的振动，前振动轮的振动频率和后振动轮的振动频率的叠加就会产生拍振噪声。前振动轮的振动频率和后振动轮的振动频率的差别越小，周期越大，拍振噪声越明显。目前虽然存在一些解决方案，例如精确控制前后钢轮工作频率完全一致从而解决拍振噪声，但该方案对控制系统、液压系统的精度要求高，实现难度大，成本高。因此有必要提出一种易于实现的降低拍振噪声的方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种拍振噪声的控制设备、方法、系统及工程机械，以抑制拍振噪声。

为了实现上述目的，本发明提供一种拍振噪声的控制设备，该控制设备包括：接收装置，用于接收前振动轮的振动频率与第一流量控制信号的对应关系，以及后振动轮的振动频率与第二流量控制信号的对应关系；控制装置，用于根据前振动轮的振动频率与第一流量控制信号的对应关系和后振动轮的振动频率与第二流量控制信号的对应关系控制所述第一流量控制信号和所述第二流量控制信号，使得所述前振动轮的振动频率与所述后振动轮的振动频率之差发生变化，从而抑制拍振噪声。

相应地，本发明提供了一种拍振噪声的控制方法，该控制方法包括：接收前振动轮的振动频率与第一流量控制信号的对应关系，以及后振动轮的振动频率与第二流量控制信号的对应关系；根据前振动轮的振动频率与第一流量控制信号的对应关系和后振动轮的振动频率与第二流量控制信号的对应关系控制所述第一流量控制信号和所述第二流量控制信号，使得所述前振动轮的振动频率与所述后振动轮的振动频率之差发生变化，从而抑制拍振噪声。

相应地，本发明提供了一种拍振噪声的控制系统，该控制系统包括根据所述的控制设备；以及第一检测装置，用于确定所述前振动轮的振动频率与第一流量控制信号的对应关系，以及后振动轮的振动频率与第二流量控制信号的对应关系。

相应地，本发明提供了一种工程机械，该工程机械包括所述的控制系统。

本发明能够有效改善由于前振动轮振动频率与后振动轮振动频率不一致导致的拍振噪声，提高了工程机械在高频振动时的工作舒适性和安全性。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是现有技术中拍振噪声的波形图；

图2是本发明提供的拍振噪声的控制设备示意图；

图3是本发明提供的拍振噪声的控制方法示意图；

图4是本发明提供的拍振噪声的控制系统示意图；

图5是本发明提供的噪声波形图。

附图标记说明

100接收装置200控制装置

300第一检测装置400第二检测装置

500第三检测装置

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明中以双钢轮压路机为例进行说明。由于双钢轮压路机的前振动轮和后振动轮的振动频率不一致，会导致拍振噪声的发生。图1显示了一种拍振噪声的示意图，其中双钢轮前振动轮振动频率为f1=50Hz，后振动振动频率f2=50+0.3=50.3Hz，噪声幅值A=1Pa。前振动轮噪声为x1=Asin(2*pi*f1*t)，后振动轮噪声为x2=Asin(2*pi*f2*t)，从而可以得到合成噪声为y=x1+x2=Asin(2*pi*f1*t)+Asin(2*pi*f2*t)，t为时间。由于前振动轮的振动频率与后振动轮的振动频率存在固定的0.3Hz的差，从而产生了具有图1所示包络的噪声，这种起伏不定的噪声对于驾驶人员来说有时候是难以忍受的，会严重影响驾驶人员的工作效率。

为了抑制拍振噪声，本发明提供了一种新的方案，其目的在于使得前振动轮的振动频率和后振动轮的振动频率之间的频率差发生变化，优选周期性的变化，从而使得噪声不会存在明显的包络，可以抑制那种起伏不定的拍振噪声。

在本发明中，假设前振动轮的振动频率f1=50Hz，后振动振动频率f2=50+F(t)Hz。本发明中取F(t)=Δfsin(t)，Δf=0.3Hz，t为时间，时间间隔Δt≤5/f1（即后轮振动频率每隔Δt秒改变一次，本发明中时间间隔Δt=0.1s；需要说明的是此处Δt的取值仅用作示例，实际上只要Δt≤1/2Δf即可），噪声幅值A=1Pa（需要说明的是此处噪声幅值的取值仅用作示例，噪声幅值的范围确定即可）。需要说明的是，上述示例仅作为对本发明进行说明而非限制，例如取F(t)也可以取弦函数、随机函数、多次项函数、指数函数等，Δf也可以取0.5Hz或其他值。

基于上述的假设，前振动轮噪声为x1=A*sin(2*pi*f1*t)，后振动轮噪声为x2=A*sin(2*pi*f2*t)，合成噪声为y=x1+x2=A*sin(2*pi*f1*t)+A*sin(2*pi*f2*t)。合成后的噪声如图5所示，可以从图5中看出，合成噪声的包络已经没有明显的起伏，而是一条直线，从而实现了对拍振噪声的抑制。

为了实现上述的技术方案，本发明提供了一种拍振噪声的控制设备，如图2所示，包括：接收装置100，用于接收前振动轮的振动频率与第一流量控制信号的对应关系，以及后振动轮的振动频率与第二流量控制信号的对应关系；控制装置200，用于根据前振动轮的振动频率与第一流量控制信号的对应关系和后振动轮的振动频率与第二流量控制信号的对应关系控制所述第一流量控制信号和所述第二流量控制信号，使得所述前振动轮的振动频率与所述后振动轮的振动频率之差发生变化，从而抑制拍振噪声。由于对于不同的双钢轮压路机而言，流量控制信号与振动频率之间的关系并不相同，流量控制信号与振动频率之间的对应关系可以根据双钢轮压路机厂商提供的资料得到，也可以通过若干次试验得到。为了方便对振动频率进行控制，优选地可以固定一个振动轮的振动频率，例如前振动轮，而后振动轮的振动频率以前振动轮的振动频率为基准相对于前振动轮的振动频率发生周期性的变化。为了保证精确地控制振动频率，前振动轮的振动频率与第一流量控制信号的对应关系，后振动轮的振动频率与第二流量控制信号的对应关系需要预先知道，从而控制装置能够根据这两个对应关系来控制前振动轮的振动频率和后振动轮的振动频率之间的差发生变化，例如周期性的变化，使得拍振噪声能够得到抑制。

优选地，所述前振动轮的振动频率与所述后振动轮的振动频率之差为Δfsin(ωt)或-Δfsin(ωt)，Δf为预设的振动频率差，ω为预设的角速度，t为时间。这个优选方式考虑了固定前振动轮或后振动轮的情况，并且选取了正弦函数来作为变化的参考。Δf可以为0.3Hz，ω可以为1rad/s。

上述的控制方式是开环控制，本发明还可以进行闭环控制。为了进行闭环控制，所述接收装置100还用于接收所述前振动轮的振动频率与所述前振动轮的振动轴转速信号的对应关系，以及所述后振动轮的振动频率与所述后振动轮的振动轴转速信号的对应关系；所述接收装置还用于实时接收所述前振动轮的振动轴转速信号和所述后振动轮的振动轴转速信号；所述控制装置200还用于根据所述前振动轮的振动频率与第一流量控制信号的对应关系、所述后振动轮的振动频率与第二流量控制信号的对应关系、所述前振动轮的振动频率与所述前振动轮的振动轴转速信号的对应关系、所述后振动轮的振动频率与所述后振动轮的振动轴转速信号的对应关系、以及实时接收的所述前振动轮的振动轴转速信号和所述后振动轮的振动轴转速信号，控制所述第一流量控制信号和所述第二流量控制信号。为了实现闭环控制，需要预先知道振动轮的振动轴转速与振动轮的振动频率之间的对应关系，这个对应关系可以由双钢轮压路机的生产商提供，也可以通过若干次试验得到。控制装置200在得到反馈的前振动轮的振动轴转速和后振动轮的振动轴转速后，可以根据前振动轮和后振动轮的实时转速，前振动轮的振动轴转速与前振动轮的振动频率的对应关系，后振动轮的振动轴转速与后振动轮的振动频率的对应关系来判断当前的振动频率是否符合控制的目标，如果不符合的话，可以进行进一步地控制，例如利用PID算法、模糊控制算法、神经网络控制算法等等来进行控制输出合适的流量控制信号。在进行闭环控制时，根据流量控制信号与振动轮的振动频率（振动轮的振动频率即为振动轴的转频）之间的对应关系，施加相应的流量控制信号控制液压系统，改变振动轴转速ω，通过在振动轴处布置的转速传感器实测振动轴转速ω₁，当ω与ω₁误差较大时，在控制器中通过相应控制算法（PID算法、模糊控制算法、神经网络控制算法等等）计算流量控制信号增量ΔQ并将此信号增量反馈到液压系统中，从而提高转速控制精度。由于振动轴转速信号与振动轮振动频率通常为线性关系，因此，通过提高转速信号的控制精度能够保证振动轮振动频率按照理想设定的函数曲线方式运行。

相应地，本发明提供了一种拍振噪声的控制方法，如图3所示，包括：接收前振动轮的振动频率与第一流量控制信号的对应关系，以及后振动轮的振动频率与第二流量控制信号的对应关系（步骤301）；根据前振动轮的振动频率与第一流量控制信号的对应关系和后振动轮的振动频率与第二流量控制信号的对应关系控制所述第一流量控制信号和所述第二流量控制信号，使得所述前振动轮的振动频率与所述后振动轮的振动频率之差发生变化，从而抑制拍振噪声（步骤302）。此处描述了开环控制的方法。如前所述，也可以采用闭环控制，由于前面已经详细描述了控制设备实现闭环控制的方案，关于闭环控制的方法在此不再赘述。

此外，本发明还提供了一种拍振噪声的控制系统，该控制系统包括所述的控制设备；以及第一检测装置300，用于确定所述前振动轮的振动频率与第一流量控制信号的对应关系，以及后振动轮的振动频率与第二流量控制信号的对应关系。为了进行闭环控制，该控制系统还可以包括第二检测装置400，用于确定所述前振动轮的振动频率与所述前振动轮的振动轴转速信号的对应关系，以及所述后振动轮的振动频率与所述后振动轮的振动轴转速信号的对应关系；第三检测装置500，用于实时确定所述前振动轮的振动轴转速信号和所述后振动轮的振动轴转速信号。

相应地，本发明还提供了一种工程机械，该工程机械包括所述的控制系统。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (16)

1.一种拍振噪声的控制设备，其特征在于，该控制设备包括：

接收装置，用于接收前振动轮的振动频率与第一流量控制信号的对应关系，以及后振动轮的振动频率与第二流量控制信号的对应关系；

控制装置，用于根据前振动轮的振动频率与第一流量控制信号的对应关系和后振动轮的振动频率与第二流量控制信号的对应关系控制所述第一流量控制信号和所述第二流量控制信号，使得所述前振动轮的振动频率与所述后振动轮的振动频率之差发生周期性变化，使得噪声的包络没有起伏，从而抑制拍振噪声。

2.根据权利要求1所述的控制设备，其特征在于，所述变化为按照正弦函数、余弦函数、随机函数、多次项函数、或者指数函数进行变化。

3.根据权利要求1所述的控制设备，其特征在于，所述变化的时间间隔小于所述前振动轮的振动频率与所述后振动轮的振动频率之差的2倍的倒数。

4.根据权利要求1所述的控制设备，其特征在于，所述前振动轮的振动频率与所述后振动轮的振动频率之差为Δfsin(ωt)或-Δfsin(ωt)，Δf为预设的振动频率差，ω为预设的角速度，t为时间。

5.根据权利要求4所述的控制设备，其特征在于，Δf为0.3Hz，ω为1rad/s。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的控制设备，其特征在于，

所述接收装置还用于接收所述前振动轮的振动频率与所述前振动轮的振动轴转速信号的对应关系，以及所述后振动轮的振动频率与所述后振动轮的振动轴转速信号的对应关系；所述接收装置还用于实时接收所述前振动轮的振动轴转速信号和所述后振动轮的振动轴转速信号；

所述控制装置还用于根据所述前振动轮的振动频率与第一流量控制信号的对应关系、所述后振动轮的振动频率与第二流量控制信号的对应关系、所述前振动轮的振动频率与所述前振动轮的振动轴转速信号的对应关系、所述后振动轮的振动频率与所述后振动轮的振动轴转速信号的对应关系、以及实时接收的所述前振动轮的振动轴转速信号和所述后振动轮的振动轴转速信号，控制所述第一流量控制信号和所述第二流量控制信号。

7.一种拍振噪声的控制方法，其特征在于，该控制方法包括：

接收前振动轮的振动频率与第一流量控制信号的对应关系，以及后振动轮的振动频率与第二流量控制信号的对应关系；

根据前振动轮的振动频率与第一流量控制信号的对应关系和后振动轮的振动频率与第二流量控制信号的对应关系控制所述第一流量控制信号和所述第二流量控制信号，使得所述前振动轮的振动频率与所述后振动轮的振动频率之差发生周期性变化，使得噪声的包络没有起伏，从而抑制拍振噪声。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述变化为按照正弦函数、余弦函数、随机函数、多次项函数、或者指数函数进行变化。

9.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述变化的时间间隔小于所述前振动轮的振动频率与所述后振动轮的振动频率之差的2倍的倒数。

10.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述前振动轮的振动频率与所述后振动轮的振动频率之差为Δfsin(ωt)或-Δfsin(ωt)，Δf为预设的振动频率差，ω为预设的角速度，t为时间。

11.根据权利要求10所述的控制方法，其特征在于，Δf为0.3Hz，ω为1rad/s。

12.根据权利要求7-11中任意一项所述的控制方法，其特征在于，该方法还包括：

接收所述前振动轮的振动频率与所述前振动轮的振动轴转速信号的对应关系，以及所述后振动轮的振动频率与所述后振动轮的振动轴转速信号的对应关系；所述接收装置还用于实时接收所述前振动轮的振动轴转速信号和所述后振动轮的振动轴转速信号；

根据所述前振动轮的振动频率与第一流量控制信号的对应关系、所述后振动轮的振动频率与第二流量控制信号的对应关系、所述前振动轮的振动频率与所述前振动轮的振动轴转速信号的对应关系、所述后振动轮的振动频率与所述后振动轮的振动轴转速信号的对应关系、以及实时接收的所述前振动轮的振动轴转速信号和所述后振动轮的振动轴转速信号，控制所述第一流量控制信号和所述第二流量控制信号。

13.一种拍振噪声的控制系统，其特征在于，该控制系统包括根据权利要求1-6中任意一项所述的控制设备；以及

第一检测装置，用于确定所述前振动轮的振动频率与第一流量控制信号的对应关系，以及后振动轮的振动频率与第二流量控制信号的对应关系。

14.根据权利要求13所述的控制系统，其特征在于，该控制系统还包括：

第二检测装置，用于确定所述前振动轮的振动频率与所述前振动轮的振动轴转速信号的对应关系，以及所述后振动轮的振动频率与所述后振动轮的振动轴转速信号的对应关系；

第三检测装置，用于实时确定所述前振动轮的振动轴转速信号和所述后振动轮的振动轴转速信号。

15.一种工程机械，其特征在于，该工程机械包括根据权利要求13或14所述的控制系统。

16.根据权利要求15所述的工程机械，其特征在于，所述工程机械为双钢轮压路机。