CN104213989A - 一种汽车用半主动排气消声系统 - Google Patents

Abstract

一种汽车用半主动排气消声系统，包括一个排气管、一个控制器和一个执行机构，控制器包括有一个汽车发动机转速信号输入接口，控制器中包括有一个单片机，单片机的输入输出接口上还连接有一个直流电机驱动电路，执行机构包括阀门和直流电机，直流电机的控制端与直流电机驱动电路连接，阀门设置在排气管中，单片机从所述的汽车发动机转速信号输入接口中实时采集汽车发动机转速信号，根据汽车发动机转速信号的变化，向直流电机驱动电路输出动作指令，通过直流电机调整阀片在排气管气流通道中的打开角度。本发明使排气系统的消声性能适应各转速下的发动机排气噪声的消声需求。

Description

一种汽车用半主动排气消声系统

技术领域:

本发明涉及机械领域，尤其涉及汽车排气消声技术，特别是一种汽车用半主动排气消声系统。

背景技术：

车辆利用排气消声装置来消耗发动机释放的废气中的能量，从而减少噪音。现有技术中，排气消声装置降低噪音的效率均对应于特定的发动机转速区间。当发动机转速不在所述的转速区间内时，排气消声装置降低噪音的效果不理想。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种汽车用半主动排气消声系统，所述的这种汽车用半主动排气消声系统要解决现有技术中车辆发动机转速变化后排气消声装置降低噪音效果不理想的技术问题。

本发明的这种汽车用半主动排气消声系统，包括一个排气管、一个控制器和一个执行机构，其中，所述的控制器包括有一个汽车发动机转速信号输入接口，控制器中包括有一个单片机，所述的汽车发动机转速信号输入接口与所述的单片机的输入输出接口连接，单片机的输入输出接口上还连接有一个直流电机驱动电路，单片机上还连接有一个电源管理模块，所述的执行机构包括一个阀门和一个直流电机，所述的阀门和所述的直流电机固定连接，阀门设置在所述的排气管的气流通道中，阀门中包括有一个阀片，所述的阀片上连接有一个驱动杆，所述的驱动杆通过传动机构与直流电机的输出轴连接，直流电机的控制端与直流电机驱动电路连接，单片机从所述的汽车发动机转速信号输入接口中实时采集汽车发动机转速信号，根据汽车发动机转速信号的变化，向直流电机驱动电路输出动作指令，通过直流电机调整阀片在排气管气流通道中的打开角度。

进一步的，单片机上连接有一个控制器局域网总线接口(即CAN总线)，所述的控制器局域网总线接口中包括有汽车发动机转速信号输入端子。

进一步的，所述的阀门包括有一个阀体，所述的阀体中设置有圆柱形通道，所述的阀片设置在所述的圆柱形通道内，所述的驱动杆沿阀片的直径与阀片连接，驱动杆的上端和下端分别通过转动副与阀体连接，阀体外侧固定连接有一个电机支架，所述的直流电机通过连接件与所述的电机支架连接，所述的传动机构设置在电机支架上，直流电机的输出轴连接与传动机构的输入端连接，传动机构的输出端与驱动杆连接。

进一步的，阀体中设置有一个零位销，所述的零位销的一端延伸到圆柱形通道内。

进一步的，利用单片机从直流电机驱动电路中读取经过直流电机的电流值，在阀片触碰到零位销时，从电流值中判断直流电机的堵转状态，从而判断阀片处于全关位置。

进一步的，利用单片机控制直流电机驱动电路向直流电机的通电时长，通过通电时长来控制阀片转动角度，通过改变直流电机驱动电路向直流电机的通电电流方向来改变阀片转动的方向。

进一步的，传动机构中设置有机械自锁结构。

具体的，单片机上连接的控制器局域网总线接口设置在一个汽车OBD诊断端口适配器中。OBD即英文On-Board Diagnostics的缩写，中文翻译为“车载自动诊断系统”。

本发明的工作原理是：汽车发动机的排气噪声按其特性分为2种。其中一种排气噪声为与发动机的燃烧排气相关的低频噪声，如排气基频，其计算公式为：

$f=\frac{\mathrm{Zn}}{60\mathrm{\τ}}$

其中，f为基频，Z是内燃机汽缸数，n为是转速，t为发动机冲程系数，对于四冲程发动机，t＝2。

由公式可以看出排气基频噪声与转速相关。还有一些其他的机械部件运动噪声也是与转速相关。

另一种排气噪声与排气流速，是气流摩擦噪声。随着发动机转速增加，发动排气流量增加，如果排气气流通道截面积不变，那么气流速度会增加，产生气流摩擦噪声也会增加。

由此可见，汽车排气噪声与汽车发动机的转速有密切的关系。

本发明利用转速信号来控制阀门，使消声器的消声性能与转速信号保持关联，以改变排气流速，从而减少或者增加气流摩擦噪声。

单片机上连接的控制器局域网总线接口从汽车OBD诊断端口中读取发动机转速，单片机分析处理发动机转速信号，计算得出相应的阀门开度信号，然后发送控制指令至阀门，阀门设置在排气气流通道内，执行控制模块发来的指令，阀门打开对应的开度，影响排气系统的气流，从而调节排气系统的消声特性，使排气系统的消声性能适应各转速下的发动机排气噪声的消声需求。

本发明和已有技术相比较，其效果是积极和明显的。本发明在汽车排气气流通道内设置由直流电机操作的阀门，利用控制器局域网总线接口从汽车OBD诊断端口中读取发动机转速，利用单片机分析处理发动机转速信号，计算得出相应的阀门开度信号，然后发送控制指令至阀门，阀门打开对应的开度，影响排气系统的气流速度，从而调节排气系统的消声特性，使排气系统的消声性能适应各转速下的发动机排气噪声的消声需求。

附图说明：

图1是本发明的汽车用半主动排气消声系统的原理图。

图2是本发明的汽车用半主动排气消声系统的一个实施例中的执行机构的结构示意图。

图3是本发明的汽车用半主动排气消声系统中的控制器的原理图。

图4是本发明的汽车用半主动排气消声系统的一个实施例中的控制器局域网总线接口的电路图。

图5是本发明的汽车用半主动排气消声系统的一个实施例中的单片机的最小系统的电路图。

图6是本发明的汽车用半主动排气消声系统的一个实施例中的直流电机驱动电路的电路图。

图7是本发明的汽车用半主动排气消声系统的一个实施例中的电源管理模块的电路图。

具体实施方式：

实施例1

如图1、图2、图3、图4、图5、图6和图7所示，本发明一种汽车用半主动排气消声系统，包括一个排气管1、一个控制器2和一个执行机构3，其中，控制器2包括有一个汽车发动机转速信号输入接口23，控制器2中包括有一个单片机20，汽车发动机转速信号输入接口23与单片机20的输入输出接口连接，单片机20的输入输出接口上还连接有一个直流电机驱动电路21，单片机20上还连接有一个电源管理模块22，执行机构3包括一个阀门30和一个直流电机31，阀门30和直流电机31固定连接，阀门30设置在排气管1的气流通道中，排气管1与发动机4的排气口连接，阀门30中包括有一个阀片301，阀片301上连接有一个驱动杆302，驱动杆302通过传动机构303与直流电机31的输出轴连接，单片机20从汽车发动机转速信号输入接口23中实时采集汽车发动机4转速信号，根据汽车发动机4转速信号的变化，向直流电机驱动电路21输出动作指令，通过直流电机31调整阀片301在排气管1气流通道中的打开角度。

进一步的，单片机20上连接有一个控制器局域网总线接口(即CAN总线)，控制器局域网总线接口中包括有汽车发动机转速信号输入端子。

进一步的，阀门30包括有一个阀体，阀体中设置有圆柱形通道，阀片301设置在圆柱形通道内，驱动杆302沿阀片301的直径与阀片301连接，驱动杆302的上端和下端分别通过转动副与阀体连接，阀体外侧固定连接有一个电机支架304，直流电机31通过连接件与电机支架304连接，传动机构303设置在电机支架304上，直流电机31的输出轴连接与传动机构303的输入端连接，传动机构303的输出端与驱动杆302连接。

进一步的，阀体中设置有一个零位销305，零位销305的一端延伸到圆柱形通道内。

进一步的，利用单片机20从直流电机驱动电路21中读取经过直流电机31的电流值，在阀片301触碰到零位销305时，从电流值中判断直流电机31的堵转状态，从而判断阀片301处于全关位置。

进一步的，利用单片机20控制直流电机驱动电路21向直流电机31的通电时长，通过通电时长来控制阀片301转动角度，通过改变直流电机驱动电路21向直流电机31的通电电流方向来改变阀片301转动的方向。

进一步的，传动机构303中设置有机械自锁结构。

具体的，单片机20上连接的控制器局域网总线接口设置在一个汽车OBD诊断端口适配器中。OBD即英文On-Board Diagnostics的缩写，中文翻译为“车载自动诊断系统”。汽车发动机4上连接有转速信号传感器41，转速信号传感器41与汽车的控制器局域网总线5连接，汽车发动机转速信号输入接口23与汽车的控制器局域网总线5连接。

本实施例的工作原理是：利用控制器局域网总线接口从汽车OBD诊断端口中读取发动机4转速，利用单片机20分析处理发动机4转速信号，计算得出相应的阀门30开度信号，然后发送控制指令至阀门30，阀门30在排气管1内打开对应的开度，影响排气系统的气流速度，从而调节排气系统的消声特性，使排气系统的消声性能适应各转速下的发动机4排气噪声的消声需求。

具体的，图4、图5、图6和图7表示的仅为本发明的一个实施例中的控制器局域网总线接口、单片机的最小系统、直流电机驱动电路和电源管理模块的电路图。其并不对本发明构成任何限制，任意符合权利要求范围的其他实施方式均在本发明的保护范围内。并且，控制器局域网总线接口、单片机的最小系统、直流电机驱动电路和电源管理模块的具体实施方案，可采用现有技术中的公知方案，在此不再赘述。

Claims (7)

1.一种汽车用半主动排气消声系统，包括一个排气管、一个控制器和一个执行机构，其特征在于：所述的控制器包括有一个汽车发动机转速信号输入接口，控制器中包括有一个单片机，所述的汽车发动机转速信号输入接口与所述的单片机的输入输出接口连接，单片机的输入输出接口上还连接有一个直流电机驱动电路，单片机上还连接有一个电源管理模块，所述的执行机构包括一个阀门和一个直流电机，所述的阀门和所述的直流电机固定连接，阀门设置在所述的排气管的气流通道中，阀门中包括有一个阀片，所述的阀片上连接有一个驱动杆，所述的驱动杆通过传动机构与直流电机的输出轴连接，直流电机的控制端与直流电机驱动电路连接，单片机从所述的汽车发动机转速信号输入接口中实时采集汽车发动机转速信号，根据汽车发动机转速信号的变化，向直流电机驱动电路输出动作指令，通过直流电机调整阀片在排气管气流通道中的打开角度。

2.如权利要求1所述的汽车用半主动排气消声系统，其特征在于：单片机上连接有一个控制器局域网总线接口，所述的控制器局域网总线接口中包括有汽车发动机转速信号输入端子。

3.如权利要求1所述的汽车用半主动排气消声系统，其特征在于：所述的阀门包括有一个阀体，所述的阀体中设置有圆柱形通道，所述的阀片设置在所述的圆柱形通道内，所述的驱动杆沿阀片的直径与阀片连接，驱动杆的上端和下端分别通过转动副与阀体连接，阀体外侧固定连接有一个电机支架，所述的直流电机通过连接件与所述的电机支架连接，所述的传动机构设置在电机支架上，直流电机的输出轴连接与传动机构的输入端连接，传动机构的输出端与驱动杆连接。

4.如权利要求3所述的汽车用半主动排气消声系统，其特征在于：阀体中设置有一个零位销，所述的零位销的一端延伸到圆柱形通道内。

5.如权利要求3所述的汽车用半主动排气消声系统，其特征在于： 利用单片机从直流电机驱动电路中读取经过直流电机的电流值，在阀片触碰到零位销时，从电流值中判断直流电机的堵转状态，从而判断阀片处于全关位置。

6.如权利要求5所述的汽车用半主动排气消声系统，其特征在于：利用单片机控制直流电机驱动电路向直流电机的通电时长，通过通电时长来控制阀片转动角度，通过改变直流电机驱动电路向直流电机的通电电流方向来改变阀片转动的方向。

7.如权利要求1所述的汽车用半主动排气消声系统，其特征在于：传动机构中设置有机械自锁结构。