CN104002750A - 一种消除车内轰鸣噪音的控制装置 - Google Patents
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Abstract
一种消除车内轰鸣噪音的控制装置，它包括声压传感器、激振器和控制器，所述声压传感器采集驾驶员头部上方的声音信号，并将采集的信号送入控制器的信号输入端，所述激振器固定在汽车顶盖上并与控制器的控制信号输出端相连接，当声压传感器输出的声音信号的幅值超过设定的阈值时，控制器通过调节激振器的振动幅度、频率和相角，破坏车身的共振条件，消除车内轰鸣噪音。本发明利用激振器干预顶盖的振动，破坏车身的共振条件，从而有效避免了车内轰鸣噪音现象的发生，改善了汽车的NVH特性。该系统不仅能够实时解决任何频率的轰鸣噪音问题,而且无需更改车身零件，从而减少了时间和资金浪费。
Description
技术领域
本发明涉及一种能够有效防止汽车内部产生共振噪声的装置，属于汽车技术领域。
背景技术
汽车的噪声（Noise）、振动（Vibration）、声振粗糙度（Harshness）统称为汽车的NVH特性，是衡量汽车设计及制造质量的一个重要因素。车内轰鸣噪音是NVH研究领域中最重要的问题之一，是决定乘用车舒适性的重要指标。研究表明，车内轰鸣噪音主要是由车身大板件（如前围、地板、顶盖、侧围等）围成的腔体在发动机激励、路面激励等的作用下发生共振而引起的。目前，避免车内轰鸣噪音的主要措施是改变车身板金结构或增加吸振器，更改车身板金结构的方法涉及模具的报废与开发问题，需要浪费大量时间和资金；增加吸振器的技术方案只能解决一定频率下的轰鸣噪音问题，对其它频率的轰鸣噪音作用较小，由于车体的共振频率在受到一些因素（如载荷、车窗状态等）的影响时会发生改变，因此该方法不能有效消除车内轰鸣噪音现象。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种能够有效防止汽车内部产生共振噪声而且成本低廉的消除车内轰鸣噪音的控制装置。
本发明所述问题是以下述技术方案实现的：
一种消除车内轰鸣噪音的控制装置，构成中包括声压传感器、激振器和控制器，所述声压传感器采集驾驶员头部上方的声音信号，并将采集的信号送入控制器的信号输入端，所述激振器固定在汽车顶盖上并与控制器的控制信号输出端相连接，当声压传感器输出的声音信号的幅值超过设定的阈值时，控制器通过调节激振器的振动幅度、频率和相角，控制顶盖的振幅和频率，从而控制顶盖对车内声压贡献的大小和方向，消除车内轰鸣噪音。
上述消除车内轰鸣噪音的控制装置，所述激振器包括激振器电机和偏心轮总成，所述激振器电机固定在汽车顶盖上并与控制器连接，所述偏心轮总成包括偏心轮本体、电磁铁和磁铁，所述偏心轮本体固定在激振器电机的输出轴上，所述电磁铁镶嵌在偏心轮本体内，其轴线的延长线与激振器电机的输出轴垂直相交，所述磁铁安装于电磁铁铁芯的轴向滑槽内，其两端通过弹簧与电磁铁的铁芯连接，电磁铁的控制线圈通过激振器电机输出轴上的滑环与控制器连接，当声压传感器输出的声音信号的幅值超过设定的阈值时，控制器通过调节激振器电机的转速，使激振器的振动频率与声音信号的主要频率相同且相角相差180度，通过调节电磁铁的控制线圈中电流的大小和方向调节磁铁到激振器电机的输出轴的距离,从而改变激振器质心的振动幅度, 控制顶盖的振幅和频率。
上述消除车内轰鸣噪音的控制装置，所述控制器包括单片机、信号放大器、A/D转换器、电机驱动器和线圈驱动器, 声压传感器输出的声音信号依次经信号放大器、A/D转换器送入单片机的P0.0端口, 单片机的P0.1端口输出的电机控制信号经电机驱动器控制激振器电机, 单片机的P0.2端口输出的线圈控制信号经线圈驱动器控制电磁铁的控制线圈。
本发明利用激振器干预顶盖的振动，控制顶盖的振幅和频率，从而控制顶盖对车内声压贡献的大小和方向，从而有效消除了车内轰鸣噪音现象，改善了汽车的NVH特性。该系统不仅能够实时解决任何频率的轰鸣噪音问题,而且无需更改车身零件，从而减少了时间和资金浪费。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1是本发明的电原理图；
图2是声压传感器与激振器布置图；
图3是激振器的结构示意图；
图4是偏心轮总成的结构示意图；
图5是偏心轮本体的结构示意图；
图6是铁芯的结构示意图。
图中各标号为： 1、线圈引线，2、激振器，3、偏心轮总成， 4、弹簧，5、滑环，6、偏心轮本体，7、铁芯，8、磁铁，S、声压传感器，M、激振器电机，L、线圈,U1、单片机，U2、A/D转换器，U3、电机驱动器，U4、线圈驱动器，F、信号放大器。
具体实施方式
轰鸣噪音主动控制原理：发动机激励或路面激励等施加在车身大板件上时，使车身大板件发生共振，板件带动车内空气振动，从而产生车内轰鸣噪音。大板件主要为顶盖外板、车门外板、地板面板、前风挡玻璃等。本方案通过激振器调节顶盖外板振动的幅值、频率，从而控制顶盖对车内声压贡献的大小和方向，从而主动控制车内轰鸣噪音。
本发明的电原理图如图1所示，声压传感器与激振器的布置如图2所示，声压传感器S固定在驾驶员头部上方，激振器放置在汽车顶盖的横梁上。
声压传感器S实时采集驾驶员处的声压，采集的信号经信号放大器F放大后，由A/D转换器U2转化为数字信号并送入单片机U1，当测试的声压大于设定的阈值时，单片机U1会对A/D转换后的数字信号进行傅里叶变换，在频域信号中找到轰鸣噪音声的主要频率成分（即幅值最大的成分），假设主要频率为ω；单片机U1通过电机控制器U3（即功率放大器）调节激振器电机M的转速，从而控制激振器频率和相位，单片机U1同时通过线圈控制器U4（即信号功率放大器）调节激振器的激振力大小，通过电机控制器和线圈控制器控制激振器产生频率为ω，幅值为A，相位为θ的激励，该激励可改变车身声场，抑制车身共振，减小驾驶员处的声压。
激振器结构：激振器结构如图3所示，主要包括激振器电机M和偏心轮总成3。其中偏心轮总成3的结构如图4所示，包括偏心轮本体6，铁芯7，磁铁8，线圈L，线圈引线1，弹簧4。线圈L缠绕在铁芯7外部，形成电磁铁；铁芯7的滑槽内布置磁铁8，磁铁8通过弹簧4与铁芯7连接；电磁铁总成通过过盈配合镶嵌在偏心轮本体6上，从而形成偏心轮总成；线圈L通过线圈引线1与激振器电机M输出轴上的滑环5连接，滑环5与线圈驱动器U4连接。
激振器工作原理：偏心轮总成为一偏心结构，当电机带动偏心轮总成旋转时，会产生离心力，由于顶盖Z方向刚度较弱，所以会带动顶盖上下振动。顶盖振动频率决定于电机转速，可以通过调节电机电压，调节电机转速，最终调节顶盖振动频率。激振器激振力大小决定于转速、偏心轮总成质心离心程度，可以通过调节线圈L中电流的大小和方向来调节电磁铁的磁场方向和强度，从而调节磁铁8在铁芯7中的位置，改变偏心轮总成质心的离心程度，达到改变激振器激励大小的目的。
Claims (3)
1.一种消除车内轰鸣噪音的控制装置，其特征是，它包括声压传感器（S）、激振器（2）和控制器，所述声压传感器（S）采集驾驶员头部上方的声音信号，并将采集的信号送入控制器的信号输入端，所述激振器（2）固定在汽车顶盖上并与控制器的控制信号输出端相连接，当声压传感器（S）输出的声音信号的幅值超过设定的阈值时，控制器通过调节激振器（2）的振动幅度、频率，消除车内轰鸣噪音。
2.根据权利要求1所述的一种消除车内轰鸣噪音的控制装置，其特征是，所述激振器（2）包括激振器电机（M）和偏心轮总成（3），所述激振器电机（M）固定在汽车顶盖上并与控制器连接，所述偏心轮总成（3）包括偏心轮本体（6）、电磁铁和磁铁（8），所述偏心轮本体（6）固定在激振器电机（M）的输出轴上，所述电磁铁镶嵌在偏心轮本体（6）内，其轴线的延长线与激振器电机（M）的输出轴垂直相交；所述磁铁（8）安装于电磁铁铁芯(7)的轴向滑槽内，其两端通过弹簧(4)与电磁铁的铁芯(7)连接，电磁铁的控制线圈(L)通过激振器电机（M）输出轴上的滑环(5)与控制器连接，当声压传感器（S）输出的声音信号的幅值超过设定的阈值时，控制器通过调节激振器电机（M）的转速，使激振器（2）的振动频率与声音信号的主要频率相同且相角相差180度；通过调节电磁铁的控制线圈(L)中电流的大小和方向调节磁铁（8）到激振器电机（M）的输出轴的距离,从而改变激振器（2）质心的振动幅度。
3.根据权利要求2所述的一种消除车内轰鸣噪音的控制装置，其特征是，所述控制器包括单片机(U1)、信号放大器(F)、A/D转换器(U2)、电机驱动器(U3)和线圈驱动器(U4), 声压传感器（S）输出的声音信号依次经信号放大器(F)、A/D转换器(U2)送入单片机(U1)的P0.0端口, 单片机(U1)的P0.1端口输出的电机控制信号经电机驱动器(U3)控制激振器电机（M）, 单片机(U1)的P0.2端口输出的线圈控制信号经线圈驱动器(U4)控制电磁铁的控制线圈(L)。
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