CN107599738B - 车辆降噪系统和降低车辆的运行噪声的降噪方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及车辆降噪系统和降低车辆的运行噪声的降噪方法。根据本发明的一个方面，提供一种车辆降噪系统。所述车辆降噪系统包括：噪声检测装置(ND)，所述噪声检测装置适于检测运行的车辆的源噪声；控制器(6)，所述控制器适于从所述噪声检测装置接收所检测到的源噪声信号，并且所述控制器适于分析所接收到的源噪声信号而合成与所述源噪声相位相反的次级声波；以及扬声器(3)，所述扬声器适于根据从所述控制器输出的控制信号而发出所述次级声波。根据本发明，能够有效地、可靠地和主动地降低车辆运行噪声。
Description
技术领域
本发明涉及一种列车运行降噪新方法，属于环境保护、减少噪声污染和提高列车乘客乘坐的舒适性的技术领域。
背景技术
随着列车运行速度的提高、重载列车和城市轨道列车的发展，噪声对乘客危害和对周围环境污染问题逐渐凸显。
传统列车的降噪方法为提高轨道的平顺性、架设声屏障和限制列车行驶速度。然而，在这些传统降噪方法中，存在一些问题。例如，采用提高轨道的平顺性和架设声屏障的方法会受到空间和位置的限制从而不能够适用于所有位置和站点并且也增大了成本费用。又例如，采用限制列车行驶速度的方式会不利地影响列车所能够提供的便捷性。又例如，这些传统降噪方法无法实现理想的降噪效果。
因此，在本领域中，存在改进降噪方法的空间和需要。
这里，应当指出的是，本部分中所提供的技术内容旨在有助于本领域技术人员对本发明的理解，而不一定构成现有技术。
发明内容
为了解决或部分地解决相关技术中所存在的上述问题中的至少一个问题，本发明提供一种车辆降噪系统以及一种降低所述车辆的运行噪声的降噪方法，以便有效地、可靠地和主动地降低车辆运行噪声。
根据本发明的一个方面，提供一种车辆降噪系统。所述车辆降噪系统包括：噪声检测装置，所述噪声检测装置适于检测运行的车辆的源噪声；控制器，所述控制器适于从所述噪声检测装置接收所检测到的源噪声信号，并且所述控制器适于分析所接收到的源噪声信号而合成与所述源噪声相位相反的次级声波；以及扬声器，所述扬声器适于根据从所述控制器输出的控制信号而发出所述次级声波。
优选地，在上述车辆降噪系统中，所述噪声检测装置包括振动传感器和/或麦克风，所述振动传感器适于检测所述车辆的噪声集中辐射部件的振动，所述麦克风适于检测所述车辆的噪声集中辐射区域的噪声。
优选地，在上述车辆降噪系统中：所述噪声检测装置和所述扬声器设置在所述车辆的噪声集中辐射部件区域处，以及，在所述车辆降噪系统中，至少所述噪声检测装置和所述扬声器设置在所述车辆上而能够随着所述车辆的移行而移行、或者设置在所述车辆外部的固定位点处。
优选地，在上述车辆降噪系统中：所述车辆为轨道列车，以及，所述噪声检测装置和所述扬声器设置在所述轨道列车的噪声集中辐射的列车轮组与轨道相接触的部位处或该部位附近处、并且/或者设置在所述轨道列车的噪声集中辐射的列车轮组与刹车组件相接触的刹车部位处或该刹车部位附近处。
优选地，在上述车辆降噪系统中：所述控制器配置成在所述车辆的运行期间实时地接收由所述噪声检测装置采集的所述源噪声信号并且实时地分析所述源噪声信号而实时地合成所述次级声波，以及，所述扬声器构造成实时地从所述控制器接收所述控制信号而实时地发出所述次级声波。
优选地，在上述车辆降噪系统中，所述控制器配置成基于所述源噪声信号中的包括可变的声强、声压和/或频率的噪声特征参数来可变地合成与所述源噪声具有相同声强、声压和/或频率的所述次级声波。
优选地，在上述车辆降噪系统中，所述控制器包括预设的系统控制程序并且通过所述系统控制程序来分析计算所述源噪声信号、合成所述次级声波并且控制所述扬声器对所述次级声波的发出。
优选地，在上述车辆降噪系统中，所述系统控制程序的编制过程或编制准备过程包括：针对所述车辆通过模态实验来获得相关的车辆动力学参数。
优选地，在上述车辆降噪系统中，针对所述车辆的噪声集中的轮组机械结构进行动态性能测试，获得所述轮组机械结构在运转频率范围内的包括模态振型、模态频率、模态刚度、模态阻尼和/或模态质量的动力学参数。
优选地，在上述车辆降噪系统中，所述系统控制程序的编制过程或编制准备过程包括：采用声压测试和声功率频谱对车辆运行过程中的声功率进行频谱分析,确定所述车辆的轮组的噪声声压级别和频率分布范围。
根据本发明的另一方面，提供一种利用如上所述的车辆降噪系统来降低所述车辆的运行噪声的降噪方法。
优选地，所述降噪方法包括如下步骤：针对所述车辆通过模态实验来获得相关的车辆动力学参数，即，针对所述车辆的噪声集中的轮组机械结构进行动态性能测试，获得所述轮组机械结构在运转频率范围内的包括模态振型、模态频率、模态刚度、模态阻尼和/或模态质量的动力学参数；确定所述车辆在运行过程中的噪声集中部位，并且在所述噪声集中部位或其附近安装所述噪声检测装置和所述扬声器；使所述控制器接收由所述噪声检测装置采集的所述源噪声信号并且分析所述源噪声信号而合成所述次级声波；使所述扬声器从所述控制器接收所述控制信号而发出所述次级声波以进行消噪处理。
优选地，在所述降噪方法中，确定所述车辆在运行过程中的噪声集中部位的步骤包括：以所述车辆的轮组的驱动转速为参考转速，在所述轮组的升降速过程中，测试所述车辆的关键部位的振动信号和噪声信号随所述参考转速升降的变化规律，而开展振动和噪声的阶次分析；通过所述阶次分析，识别所述车辆运行时的临界转速与共振耦合频率的关系，并且结合针对所述车辆进行的模态实验的结果来确定所述车辆的噪声共振耦合模态和主要噪声辐射部件。
根据本发明，通过分析所接收到的源噪声信号而主动地合成与源噪声相位相反的次级声波，可以利用声波的干涉原理来抵消原始噪声而进行消噪或降噪处理。由此，提高了车辆运行的消噪或降噪的范围和效果、达到了有效的降噪目的、减少了车辆运行噪声对周围环境和乘客的危害。特别地，根据本发明的车辆降噪系统和降噪方法：不会受到空间和位置的限制(例如，采用传统的架设声屏障的方法会占据较大的空间)从而能够适用于所有位置和站点并且也降低了成本费用；不会限制列车行驶速度从而能够确保列车所能够提供的便捷性；不会影响列车行驶安全；与传统降噪方法相比，可以实现理想的降噪效果(在这方面，某申请人的某一测试中，噪声可以减少约80％或80％以上)。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施方式的详细描述，本发明的上述以及其它的目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1为根据本发明的车辆降噪系统的主视图；
图2为根据本发明的车辆降噪系统的左视图；以及
图3为根据本发明的车辆降噪系统的示意图。
附图标记清单：
1——列车轮组
2——振动传感器
3——扬声器
4——刹车组件
5——麦克风
6——控制器
ND——噪声检测装置
具体实施方式
下面参照附图、借助示例性实施方式对本发明进行详细描述。对本发明的以下详细描述仅仅是出于说明目的，而绝不是对本发明及其应用或用途的限制。
参照图1至3，根据本发明的车辆降噪系统可以包括噪声检测装置ND、控制器6以及扬声器3。
噪声检测装置适于检测运行的车辆的源噪声。控制器适于从噪声检测装置接收所检测到的源噪声信号，并且控制器适于分析所接收到的源噪声信号而合成与源噪声相位相反的次级声波。扬声器适于根据从控制器输出的控制信号而发出次级声波。
噪声检测装置ND可以包括振动传感器2和/或麦克风5。振动传感器2适于检测车辆的噪声集中辐射部件的振动。麦克风适于检测车辆的噪声集中辐射区域的噪声。这里，特别地，在噪声检测装置ND包括振动传感器2和麦克风5两者的情况下，由于通过振动传感器2将车辆运行振动能量采集并传送到控制器6同时还通过麦克风5将列车运行噪声信号采集并传送给控制器6，因此可以更准确地确定源噪声的噪声特征参数，从而有利于有效地降低车辆运行噪声。
噪声检测装置ND(振动传感器2和/或麦克风5)和扬声器3可以设置在车辆的噪声集中辐射部件区域处(这里，噪声集中辐射部件区域可以指车辆上产生最大噪声的部件所处的位置或该位置附近——该位置附近可以包括位于车辆本身上的位点也可以包括不位于车辆本身上而位于车辆所经过的车辆外部的固定位点例如位于轨道或站台上的位点)。以此方式，可以更加准确地采集源噪声并且可以有效地降低车辆运行噪声。
在车辆降噪系统中，至少噪声检测装置ND(振动传感器2和/或麦克风5)和扬声器3可以设置在车辆上而能够随着车辆的移行而移行。替代性地或附加地，在车辆降噪系统中，至少噪声检测装置ND(振动传感器2和/或麦克风5)和扬声器3可以设置在车辆外部的固定位点(例如，重点保护区域即噪声需要控制的区域比如学校、医院和密集居民区、以及车辆停靠点比如车站)处。对于控制器6，同样地，可以设置在车辆上而能够随着车辆的移行而移行也可以设置在车辆外部的固定位点处。
车辆可以为轨道列车。然而，可以构想，本发明的车辆降噪系统也可以应用于其它会产生噪声而需要降噪的车辆。
在车辆为轨道列车的情况下，噪声检测装置ND和扬声器3可以设置在轨道列车的噪声集中辐射的列车轮组1与轨道相接触的部位处或该部位附近处、并且/或者可以设置在轨道列车的噪声集中辐射的列车轮组1与刹车组件4相接触的刹车部位处或该刹车部位附近处。以此方式，由于在轨道列车的噪声集中辐射的列车轮组1和刹车组件4处或附近设置噪声检测装置ND和扬声器3，可以更加准确地采集轨道列车的源噪声并且可以有效地降低轨道列车的运行噪声。
控制器6可以配置成在车辆(例如轨道列车)的运行期间实时地接收由噪声检测装置ND采集的源噪声信号并且实时地分析源噪声信号而实时地合成次级声波。例如，控制器6可以配置成以预定的时间间隔进行信号接收、信号分析和次级声波合成。另外，扬声器3可以构造成实时地从控制器接收控制信号而实时地发出次级声波。列车轨道线路不同和列车行驶速度不同，噪声声强和声压随轨道线路发生变化，并且噪声频率随列车运行也发生改变。因此，通过采用实时方式，可以准确地采集源噪声的可变的噪声特征参数并且可以适应性地合成与源噪声的可变的噪声特征参数相匹配的次级声波(即，根据实时的源噪声的噪声特征参数而合成最佳的变化的次级声波)，由此可以有效地降低车辆运行噪声。
在优选的示例中，控制器6配置成基于源噪声信号中的包括可变的声强、声压和/或频率的噪声特征参数来可变地合成与源噪声具有相同声强、声压和/或频率的次级声波。以此方式，使得源噪声与次级声波在具有相反相位的同时具有相同声强、声压和/或频率，从而可以更加有效地降低车辆运行噪声。
控制器6可以包括预设的系统控制程序并且通过该系统控制程序来分析计算源噪声信号、合成次级声波并且控制扬声器3对次级声波的发出(播放)。
系统控制程序的编制过程或编制准备过程可以包括：针对车辆通过模态实验来获得相关的车辆动力学参数。特别地，可以针对车辆的噪声集中的轮组机械结构进行动态性能测试，获得轮组机械结构在运转频率范围内的包括模态振型、模态频率、模态刚度、模态阻尼和/或模态质量的动力学参数。也就是说，为了编制能够使车辆降噪系统实现有效降低车辆运行噪声的用于控制器6的系统控制程序，通过模态实验来获得相关的车辆动力学参数。这里，需要说明的是，通过模态实验所获得的结果(例如相关的车辆动力学参数)也可以用于其它方面，例如在控制器6合成次级声波时也可以参考通过模态实验所获得的结果。
系统控制程序的编制过程或编制准备过程可以包括：采用声压测试和声功率频谱对车辆运行过程中的声功率进行频谱分析,确定车辆的轮组的噪声声压级别和频率分布范围。
根据本发明，还提供一种利用如上所述的车辆降噪系统来降低车辆的运行噪声的降噪方法。
在一个示例中，降噪方法可以包括如下步骤中的一个或多个或全部步骤：
针对车辆通过模态实验来获取相关的车辆动力学参数，即，针对车辆的噪声集中的轮组机械结构进行动态性能测试，获取轮组机械结构在运转频率范围内的包括模态振型、模态频率、模态刚度、模态阻尼和/或模态质量的动力学参数；
确定车辆在运行过程中的噪声集中部位，并且在噪声集中部位或其附近安装噪声检测装置ND和扬声器3；
使控制器6接收由噪声检测装置采集的源噪声信号并且分析源噪声信号而合成次级声波；
使扬声器3从控制器接收控制信号而发出次级声波以进行消噪处理。
这里，需要说明的是，上述步骤并未一定以如上列出的顺序执行。
在降噪方法中，确定车辆在运行过程中的噪声集中部位的步骤可以包括：以车辆的轮组的驱动转速为参考转速，在轮组的升降速过程中，测试车辆的关键部位的振动信号和噪声信号随参考转速升降的变化规律，而开展振动和噪声的阶次分析；通过阶次分析，识别车辆运行时的临界转速与共振耦合频率的关系，并且结合针对车辆进行的模态实验的结果来确定车辆的噪声共振耦合模态和主要噪声辐射部件。以此方式，可以可靠地确定车辆在运行过程中的噪声集中部位(即，可以可靠地确定列车运行过程中振动剧烈的模态振型和振动剧烈的零部件，或者换言之，可以可靠地确定列车运行过程中振动幅度最大部位或噪声最集中区域)，从而通过将噪声检测装置ND(振动传感器2和/或麦克风5)和扬声器3安装在该噪声集中部位或其附近而可以进一步准确地采集源噪声并且有效地降低车辆运行噪声。
根据本发明，通过分析所接收到的源噪声信号而主动地合成与源噪声相位相反的次级声波，可以利用声波的干涉原理来抵消原始噪声而进行消噪或降噪处理。由此，提高了车辆运行的消噪或降噪的范围和效果、达到了理想的降噪目的、减少了车辆运行噪声对周围环境和乘客的危害。特别地，根据本发明的车辆降噪系统和降噪方法：不会受到空间和位置的限制(例如，采用传统的架设声屏障的方法会占据较大的安装空间)从而能够适用于所有位置和站点并且也降低了成本费用；不会限制列车行驶速度从而能够确保列车所能够提供的便捷性；不会影响列车行驶安全；与传统降噪方法相比，可以实现理想的降噪效果(在这方面，在申请人的某一测试中，噪声可以减少约80％或80％以上)。
应当说明的是，在本说明书中，每当提及“优选的示例”和“一个示例”等时意味着针对该示例描述的具体的特征、结构或特点包括在本发明的至少一个示例中。这些用词在本说明书中不同地方的出现不一定都指代同一示例。此外，当针对任一示例描述具体的特征、结构或特点时，应当认为本领域技术人员也能够在所有所述示例中的其它示例中实现这种特征、结构或特点。
另外，应当说明的是，在本申请文件中，术语“包括”或者其任何其它变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还可以包括没有明确列出的其它要素，或者是还可以包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
最后应说明的是：显然，上述实施方式/示例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对本发明的限制。对于本领域技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式/示例予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (9)
1.一种车辆降噪系统，其特征在于，所述车辆降噪系统包括：
噪声检测装置（ND），所述噪声检测装置适于检测运行的车辆的源噪声；
控制器（6），所述控制器适于从所述噪声检测装置接收所检测到的源噪声信号，并且所述控制器适于分析所接收到的源噪声信号而合成与所述源噪声相位相反的次级声波；以及
扬声器（3），所述扬声器适于根据从所述控制器输出的控制信号而发出所述次级声波；
所述噪声检测装置（ND）和扬声器（3）设置在车辆在运行过程中的噪声集中部位；
以所述车辆的轮组的驱动转速为参考转速，在所述轮组的升降速过程中，测试所述车辆的关键部位的振动信号和噪声信号随所述参考转速升降的变化规律，而开展振动和噪声的阶次分析，并通过所述阶次分析，识别所述车辆运行时的临界转速与共振耦合频率的关系，并且结合针对所述车辆进行的模态实验的结果来确定所述车辆的噪声共振耦合模态和噪声集中部位；
针对所述车辆的噪声集中的轮组机械结构进行动态性能测试，获得所述轮组机械结构在运转频率范围内的包括模态振型、模态频率、模态刚度、模态阻尼和/或模态质量的车辆动力学参数，所述车辆动力学参数作为所述车辆进行的模态实验的结果。
2.根据权利要求1所述的车辆降噪系统，其特征在于，所述噪声检测装置（ND）包括振动传感器（2）和/或麦克风（5），所述振动传感器适于检测所述车辆的所述噪声集中部位的振动，所述麦克风适于检测所述车辆的所述噪声集中部位的噪声。
3.根据权利要求1所述的车辆降噪系统，其特征在于：在所述车辆降噪系统中，至少所述噪声检测装置和所述扬声器（3）设置在所述车辆上而能够随着所述车辆的移行而移行、或者设置在所述车辆外部的固定位点处。
4.根据权利要求1所述的车辆降噪系统，其特征在于：
所述车辆为轨道列车，以及
所述噪声检测装置（ND）和所述扬声器（3）设置在所述轨道列车的噪声集中辐射的列车轮组（1）与轨道相接触的部位处或该部位附近处、并且/或者设置在所述轨道列车的噪声集中辐射的列车轮组（1）与刹车组件（4）相接触的刹车部位处或该刹车部位附近处。
5.根据权利要求1所述的车辆降噪系统，其特征在于：
所述控制器（6）配置成在所述车辆的运行期间实时地接收由所述噪声检测装置（ND）采集的所述源噪声信号并且实时地分析所述源噪声信号而实时地合成所述次级声波，以及
所述扬声器（3）构造成实时地从所述控制器接收所述控制信号而实时地发出所述次级声波。
6.根据权利要求1所述的车辆降噪系统，其特征在于，所述控制器（6）配置成基于所述源噪声信号中的包括可变的声强、声压和/或频率的噪声特征参数来可变地合成与所述源噪声具有相同声强、声压和/或频率的所述次级声波。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的车辆降噪系统，其特征在于，所述控制器（6）包括预设的系统控制程序并且通过所述系统控制程序来分析计算所述源噪声信号、合成所述次级声波并且控制所述扬声器（3）对所述次级声波的发出。
8.根据权利要求7所述的车辆降噪系统，其特征在于，所述系统控制程序的编制过程或编制准备过程包括：采用声压测试和声功率频谱对车辆运行过程中的声功率进行频谱分析,确定所述车辆的轮组的噪声声压级别和频率分布范围。
9.一种利用如权利要求1所述的车辆降噪系统来降低所述车辆的运行噪声的降噪方法。
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