CN112302087A

CN112302087A - 一种工程机械降噪方法及工程机械

Info

Publication number: CN112302087A
Application number: CN202011164076.XA
Authority: CN
Inventors: 赵卫东; 俞松松; 陈江飞; 李德玺
Original assignee: Guangxi Liugong Machinery Co Ltd; Liugong Changzhou Machinery Co Ltd; Liuzhou Liugong Excavators Co Ltd
Current assignee: Guangxi Liugong Machinery Co Ltd; Liugong Changzhou Machinery Co Ltd; Liuzhou Liugong Excavators Co Ltd
Priority date: 2020-10-27
Filing date: 2020-10-27
Publication date: 2021-02-02

Abstract

本发明公开了一种工程机械降噪方法及工程机械，工程机械降噪方法包括：获取发动机的转速，若转速发生变化，则获取当前时刻的噪声数据，根据转速计算理论发动机噪声频率以及理论衍生噪声频率，根据理论发动机噪声频率和理论衍生噪声频率生成预发动机噪声以及预衍生噪声，对噪声数据进行采样，根据采样值确定预发动机噪声以及预衍生噪声的幅值及相位，根据预发动机噪声以及预衍生噪声合成噪声抑制数据，其中，噪声抑制数据的幅值与噪声数据相同，噪声抑制数据与噪声数据反相。

Description

一种工程机械降噪方法及工程机械

技术领域

本发明实施例涉及工程机械技术，尤其涉及一种工程机械降噪方法及工程机械。

背景技术

挖掘机属于一种常见的工程机械，为减小作业时挖掘机对周边环境以及操作人员的干扰，通常需要降低挖掘机的外辐射噪声。目前，针对挖掘机机外辐射噪声的主要降噪方法包括降低发动机功率、降低主泵功率、降低风扇转速，以及在挖掘机覆盖件表面贴吸音材料。

上述针对挖掘机机外辐射噪声的降噪方法包括诸多不足，上述降噪方法中由于降低了发动机功率或降低了主泵功率，因此相应降低了发动机和主泵的输出动力，极大削弱了挖掘机整机性能，当挖掘机负载较大时，导致挖掘机整机动作缓慢无力、工作效率低、操作协调性差；降低风扇转速时，会减少通过散热系统的风速和风量，导致散热系统散热能力急剧下降，引发发动机进气温度和水温过高与液压系统过热等现象，造成发动机功率下降、发动机拉缸、液压系统效率低和液压零部件损坏等问题。挖掘机覆盖件表面贴吸音材料可降低驾驶室内噪音，但吸音材料长时间暴露于环境中，在高温寒冷、雨水冲刷下吸音材料会老化脱落，导致挖掘机机外辐射噪声升高。

发明内容

本发明提供一种工程机械降噪方法及工程机械，以达到有效的降低工程机械外辐射噪声的目的。

第一方面，本发明实施例提出一种工程机械降噪方法，包括：

获取发动机的转速，若所述转速发生变化，则获取当前时刻的噪声数据，

根据所述转速计算理论发动机噪声频率以及理论衍生噪声频率，根据所述理论发动机噪声频率和理论衍生噪声频率生成预发动机噪声以及预衍生噪声，

对噪声数据进行采样，根据采样值确定预发动机噪声以及预衍生噪声的幅值及相位，根据预发动机噪声以及预衍生噪声合成噪声抑制数据，

其中，所述噪声抑制数据的幅值与所述噪声数据相同，所述噪声抑制数据与所述噪声数据反相。

可选的，对噪声数据进行采样，根据采样值确定预发动机噪声以及预衍生噪声的幅值及相位，根据预发动机噪声以及预衍生噪声合成噪声抑制数据为：

将预发动机噪声与所述预衍生噪声进行合成，生成预噪声数据；

对噪声数据进行采样，根据采样值确定预噪声数据的幅值以及相位，根据预噪声数据生成噪声抑制数据。

对噪声数据进行傅里叶变换，生成发动机噪声数据和衍生噪声数据；

根据预发动机噪声以及预衍生噪声生成预噪声数据，其中，预噪声数据包括误差修正项；

对噪声数据进行采样，根据采样值确定误差修正项，根据包括误差修正项的预噪声数据生成噪声抑制数据。

可选的，所述理论衍生噪声频率包括理论风扇噪声频率和理论泵噪声频率，

所述预衍生噪声包括预风扇噪声和预泵噪声。

可选的，合成噪声抑制数据还包括确定所述预发动机噪声的第一高次谐波，

根据所述预发动机噪声、第一高次谐波以及预衍生噪声合成噪声抑制数据。

可选的，还包括确定所述预衍生噪声的第二高次谐波，

根据所述预发动机噪声、第一高次谐波、第二高次谐波以及预衍生噪声合成噪声抑制数据。

可选的，计算理论发动机噪声频率、理论风扇噪声频率和理论泵噪声频率采用的公式为：

式中，f_e为理论发动机噪声频率，f_f为理论风扇噪声频率，f_p为理论泵噪声频率，N为发动机气缸数，n为转速，τ为行程系数，μ_f为风扇转速比，z_f为风扇叶片数，μ_p为泵转速比，z_p为泵柱塞数。

第二方面，本发明实施例还提供了一种工程机械，包括发动机、音频采集装置、处理单元和音频发射装置，

所述发动机配置有转速传感器，

所述音频采集装置用于采集发动机所处区域的噪声数据，所述处理单元分别与音频采集装置、音频发射装置、转速传感器相连接，

所述处理单元用于执行实施例中记载的工程机械降噪方法，生成噪声抑制数据，

所述音频发射装置用于发射所述噪声抑制数据。

可选的，还包括风扇，所述风扇与所述发动机转动连接，

理论衍生噪声频率包括理论风扇噪声频率。

可选的，还包括泵，所述泵与所述发动机转动连接，

所述理论衍生噪声频率还包括理论泵噪声频率。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1.本发明提出降噪方法中，仅当发动机的转速发生变化时，采集发动机所处区域的噪声数据，通过发动机转速确定噪声抑制数据的频率，通过噪声数据确定噪声抑制数据的相位和幅值，采用计算得出的噪声抑制数据和噪声数据进行叠加进行降噪，避免了连续进行声音采集时，由于采集的声音不能准确反映发动机噪声，造成降噪效果差的问题。

2.本发明提出的降噪方法中，除考虑到发动机本体产生的噪声外，还将与发动机相关的动力部件产生的噪声作为生成噪声抑制数据的参考数据，通过细化数据的来源，可以使计算生成的噪声抑制数据更加匹配实际的噪声数据，进而提高降噪效果。

附图说明

图1是实施例中的工程机械降噪方法流程图；

图2是实施例中的一种工程机械结构框图；

图3是实施例中的另一种工程机械结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1是实施例中的工程机械降噪方法流程图，参考图1，本实施例提出一种工程机械降噪方法，包括：

S1.获取发动机的转速，若转速发生变化，则获取当前时刻的噪声数据。

示例性的，在发动机实际运行过程中，其转速和产生的噪声呈现一定的函数关系，为便于工程计算，本步骤中，将发动机的转速范围划分成不同的区间，当发动机转速由一个区间变化至另一个区间时，获取当前时刻的噪声数据，采用该噪声数据匹配该区间的转速，进而完成后续的计算步骤。即，若发动机转速始终处于一个转速区间，则始终利用一个噪声数据进行相应的工程计算，若发动机转速由一个区间变化至另一个区间，则利用最新获取的一个噪声数据进行相应的工程计算。

示例性的，当转速发生变化时，可以根据相对稳定后的转速判断发动机转速是否由一个区间变化至另一个区间。

S2.根据转速计算理论发动机噪声频率以及理论衍生噪声频率。

示例性的，工程机械包括挖掘机、推土机、运输机、起重机等，其动力总成通常包括发动机、变矩器、液压泵、变速箱、减速器、风扇等，由于动力总成在运行过程中存在振动，因此，除发动机的振动引起的噪声外，与发动机成套变矩器、液压泵、变速箱、减速器等也会由于振动而产生噪声。

本步骤中，将发动机产生的噪声称为发动机噪声，其余动力总成部件产生的噪声称为衍生噪声。

示例性的，为简化运算并最大程度的进行降噪，本实施例中选取与发动机直连的风扇以及液压泵产生的噪声作为衍生噪声。

本步骤中，将通过转速计算出的发动机噪声频率称为理论发动机噪声频率，将通过转速计算出的衍生噪声频率称为理论衍生噪声频率。

示例性的，根据转速计算理论发动机噪声频率采用的公式为：

式中，f_e为理论发动机噪声频率，N为发动机气缸数，n为转速，τ为行程系数。其中，对于四冲程发动机，τ取2；对于六冲程发动机，τ取3。

根据转速计算理论风扇噪声频率采用的公式为：

式中，f_f为理论风扇噪声频率，μ_f为风扇转速比，z_f为风扇叶片数，n为转速。

根据转速计算理论泵噪声频率采用的公式为：

式中，f_p为理论泵噪声频率，μ_p为泵转速比，z_p为泵柱塞数，n为转速。

S3.根据理论发动机噪声频率和理论衍生噪声频率生成预发动机噪声以及预衍生噪声。

示例性的，在步骤S2中，计算出了理论发动机噪声频率f_e，以及理论衍生噪声频率f_f和f_p，此时，设定预发动机噪声波形的相位为

幅值为A_e，进而生成预发动机噪声；设定预衍生噪声波形的相位分别为

幅值为A_f、A_p，进而生成预衍生噪声。

S4.对噪声数据进行采样，根据采样值确定预发动机噪声以及预衍生噪声的幅值及相位，根据预发动机噪声以及预衍生噪声合成噪声抑制数据。

本实施例中，仅当发动机的转速发生变化时，采集发动机所处区域的噪声数据，通过发动机转速确定噪声抑制数据的频率，通过噪声数据确定噪声抑制数据的相位和幅值，采用计算得出的噪声抑制数据和噪声数据进行叠加进行降噪，避免了连续进行声音采集时，由于采集的声音不能准确反映发动机噪声，造成降噪效果差的问题。

此外，本实施例提出的降噪方法中，除考虑到发动机本体产生的噪声外，还将与发动机相关的动力部件产生的噪声作为生成噪声抑制数据的参考数据，通过细化数据的来源，可以使计算生成的噪声抑制数据更加匹配实际的噪声数据，进而提高降噪效果。

作为一种可实施方案，本实施例中，步骤S4可以为：

S41.将预发动机噪声与所述预衍生噪声进行合成，生成预噪声数据。

示例性的，基于步骤S3，设预发动机噪声的曲线方程为：

设预风扇噪声的曲线方程为：

设预泵噪声的曲线方程为：

则预噪声数据的曲线方程为：

S42.对噪声数据进行采样，根据采样值确定预噪声数据的幅值以及相位，进而生成噪声抑制数据。

示例性的，预噪声数据的曲线中共包含A_e、

A_f、

A_p、

六个未知数，基于噪声数据的采样值，可以通过曲线拟合的方式求解上述未知数的最优值，进而确定预噪声数据的曲线方程。

对上述曲线方程进行反相，即可以得到噪声抑制数据。

作为一种可实施方案，本实施例中，步骤S4还可以为：

S41.对噪声数据进行傅里叶变换，生成发动机噪声数据和衍生噪声数据。

示例性的，本步骤中，可以首先对获取的噪声数据进行离散化，例如通过采样的方式得到上述噪声数据的离散序列，随后利用快速傅里叶变换函数对离散序列进行傅里叶变换，进而得到经过叠加后可以形成上述噪声数据的若干正弦波或余弦波。其中，快速傅里叶变换函数为现有技术，其原理和具体的计算过程不再赘述。

经过傅里叶变换后，可以确定上述正弦波或余弦波的频率、相位以及幅值，选取频率与理论发动机噪声频率近似相等的正弦波或余弦波作为预发动机噪声，选取频率与理论衍生噪声频率近似相等的正弦波或余弦波作为预衍生噪声。

S42.根据预发动机噪声以及预衍生噪声生成预噪声数据，其中，预噪声数据包括误差修正项。

示例性的，基于步骤S41，预发动机噪声的曲线方程为：

预风扇噪声的曲线方程为：

预泵噪声的曲线方程为：

本步骤中，设预噪声数据的曲线方程为：

y(t)＝e(t)+y_e(t)+y_f(t)+y_p(t)

其中，e(t)的表达式为：

S43.对噪声数据进行采样，根据采样值确定误差修正项，进而生成噪声抑制数据。

示例性的，预噪声数据的曲线中共包含A_ee、f_ee、

三个未知数，基于噪声数据的采样值，可以通过曲线拟合的方式求解上述未知数的最优值，进而确定预噪声数据的曲线方程。

对上述曲线方程进行反相，即可以得到噪声抑制数据。

示例性的，通过傅里叶变换的确定预发动机噪声、预衍生噪声的幅值相位，同时在由预发动机噪声、预衍生噪声合成的曲线中加入误差修正项，利用噪声数据的采样值，通过拟合的方式确定误差修正项，可以提高最终得到的噪声抑制数据的精度。

作为一种可实施方案，本实施例中，步骤S4还可以为：

示例性的，本步骤中，可以首先对获取的噪声数据进行离散化，例如通过采样的方式得到上述噪声数据的离散序列，随后利用快速傅里叶变换函数对离散序列进行傅里叶变换，进而得到经过叠加后可以形成上述噪声数据的若干正弦波或余弦波。

经过傅里叶变换后，可以确定上述正弦波或余弦波的频率、相位以及幅值。

选取频率与理论发动机噪声频率近似相等的正弦波或余弦波作为预发动机噪声，选取频率与理论发动机噪声频率近似成倍数关系的正弦波或余弦波作为预发动机噪声的第一高次谐波。

选取频率与理论衍生噪声频率近似相等的正弦波或余弦波作为预衍生噪声，选取频率与理论衍生噪声频率近似成倍数关系的正弦波或余弦波作为预衍生噪声的第二高次谐波。

示例性的，本步骤中，第一高次谐波或者第二高次谐波所包含谐波数量可以根据实际需求设定，第一高次谐波、第二高次谐波可以包括一个高次谐波或多个高次谐波。例如第一高次谐波、第二高次谐波可以包含2次谐波；第一高次谐波、第二高次谐波也可以包含3、5次谐波。

S42.根据预发动机噪声以及预衍生噪声生成预噪声数据，其中，预噪声数据包括第一谐波和第二谐波。

示例性的，基于步骤S41，预发动机噪声的曲线方程为：

式中，y_ce(t)预发动机噪声对应的高次谐波项。

预风扇噪声的曲线方程为：

式中，y_cf(t)预风扇噪声对应的高次谐波项。

预泵噪声的曲线方程为：

式中，y_cp(t)预泵噪声对应的高次谐波项。

本步骤中，预噪声数据的曲线方程为：

y(t)＝y_e(t)+y_f(t)+y_p(t)

S43.根据预噪声数据生成噪声抑制数据。

示例性的，对步骤42中的曲线方程进行反相，即可以得到噪声抑制数据。

示例性的，通过傅里叶变换的确定预发动机噪声、预衍生噪声的幅值相位，并在由预发动机噪声、预衍生噪声合成的曲线中加入高次谐波项，可以避免进行曲线拟合，同时一定程度的保证噪声抑制数据的精度。

实施例二

图2是实施例中的一种工程机械结构框图，参考图2，本实施例提出一种工程机械，包括发动机1、音频采集装置2、处理单元3和音频发射装置4。

其中，发动机1配置有转速传感器。音频采集装置2用于采集发动机1所处区域的噪声数据，处理单元3分别与音频采集装置2、音频发射装置4、转速传感器相连接。

示例性的，本实施例中，处理单元用于实施例一中记载的任意一种的工程机械降噪方法，生成噪声抑制数据。

示例性的，本实施例中，音频发射装置用于发射噪声抑制数据，以与噪声数据进行叠加，达到降噪的目的。

图3是实施例中的另一种工程机械结构框图，参考图3，工程机械还包括风扇5，风扇5与发动机1转动连接。工程机械还包括泵6，泵6与发动机1转动连接。

示例性的，为简化运算并最大程度的进行降噪，本实施例中选取与发动机直连的风扇以及泵(液压泵)作为衍生噪声的噪声源，通过实施例一记载的降噪方法进行降噪时，将风扇与泵产生的噪声作为衍生噪声。

相应的，进行降噪时，理论衍生噪声频率包括理论风扇噪声频率，理论衍生噪声频率还包括理论泵噪声频率。

示例性的，图3所示的工程机械中，可以配置一个或多个音频发射装置4，配置多个音频发射装置4时，音频发射装置4可以分别布设在发动机1所处区域、风扇5所处区域以及泵所处区域附近，以便于通过噪声抑制数据与不同区域中不同传播方向的噪声数据叠加，进而提高降噪效果。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。