CN1684014A - 主动型防振装置的致动方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种主动型防振装置的致动方法。该主动型防振装置的致动方法包括以下步骤:在车辆的怠速范围中产生怠速控制信号,在车辆的运行范围中产生运行控制信号,和基于怠速控制信号或运行控制信号致动主动型防振装置的电磁致动器,由此通过电磁致动器防止车辆发动机的振动传播。通过基于从车辆发动机发出的循环脉动信号将关于控制频率的高次谐波信号分量添加到控制频率的基波信号分量中,产生怠速控制信号。运行控制信号由控制信号的基波信号分量构成。本方法可以通过致动简单的电磁致动器防止噪声产生,并可以以简单且低廉的方式抑制车辆发动机的振动。

Description

主动型防振装置的致动方法
技术领域
本发明涉及主动地防止车辆发动机的振动传播的主动型防振装置(active vibration insulator)的致动(actuating)方法。
背景技术
作为这种主动型防振装置的常规致动方法,例如,已将诸如音圈马达的高度线性的致动器用于利用正弦波控制信号驱动主动型防振装置,由此控制振动力较大但噪声较低的振动。但是,由于这种高性能致动器价格较昂贵,因此难以在须用简单且廉价的方式防止发动机的振动传播的车辆中使用。
并且,作为其它主动型防振装置,例如在日本未审查专利公开公报(特开)No.2001-117644中公开了电磁振动器。常规电磁致动器包括电磁减振器(damper)和致动控制装置。电磁减振器包括紧固件(fastening fitting)、磁轭、橡胶弹性构件和质量构件(mass member)。在作为振动产生力的车辆上安装紧固件。磁轭在其中容纳电磁铁,且在紧固件上安装该磁轭。质量构件通过橡胶弹性构件弹性地支撑该磁轭。致动控制装置将电控制信号输入到电磁减振器的电磁铁中,并使电磁铁产生大小与电控制信号的大小对应的致动力。因此,常规电磁致动器驱动电磁铁以使质量构件振动,由此通过由质量构件的振动产生的振动力主动地防止振动产生源的振动传播。
常规电磁振动器相对于由旋转脉冲传感器输出的旋转脉动信号产生脉动(pulsating)控制信号,例如,该旋转脉动信号的频率与振动产生源的振动频率相关。并且,脉动控制信号与旋转脉动信号同步,但同时具有相对于旋转脉动信号的相位偏移的相位。另外,脉动控制信号具有与振动产生源的振幅对应的控制振幅,并且其大小与占空比的大小相关。基于脉动控制信号,常规电磁振动器使利用致动控制装置使质量构件产生振动,由此通过由配重构件的振动产生的振动力防止车辆出现振动。
但是,当将发动机安装到车辆的副车架上时,同时也将常规的电磁振动器安装到副车架上。
这里注意,当常规电磁振动器打开或关闭脉冲控制信号时,关于用于驱动电磁铁的致动信号中的基准频率(datum frequency)产生二次或三次谐波信号分量。并且,当二次或三次谐波信号分量的频带在副车架的共振频带附近时,二次或三次谐波信号分量与副车架的振动产生共振。这里,短语“当二次或三次谐波信号分量的频带在副车架的共振频带附近时”表示控制频率的基波信号位于所谓的怠速范围(idling range)内。即出现了这样一种问题,由于二次或三次谐波信号分量与怠速状态下的车辆中的副车架的振动产生共振而产生噪声。但注意,在控制频率的基波信号分量具有高频率的运行状态下的车辆中,不存在这种问题。
发明内容
为了解决所述问题而提出本发明。因此,本发明的目的在于提供一种主动型防振装置的致动方法,一种能够通过致动简单的电磁致动器防止噪声的产生并以简单且低廉的方式抑制车辆发动机的振动的方法。
为了实现所述目的,根据本发明的主动型防振装置的致动方法包括以下步骤:
在车辆的怠速范围内产生怠速控制信号,该怠速控制信号是通过基于从车辆发动机发出的循环脉动信号将关于控制频率的高次谐波信号分量添加到控制频率的基波信号分量中而产生的;
在车辆的运行范围内产生运行控制信号,该运行控制信号由控制信号的基波信号分量构成;和
基于怠速控制信号和运行控制信号中的一个致动主动型防振装置的电磁致动器,由此通过由电磁致动器施加的振动力防止车辆发动机的振动传播。
在所述的本方法中,在车辆的作为低频率振动范围的怠速范围内基于怠速控制信号致动致动器,该怠速控制信号是通过在控制频率的基波信号分量中添加关于控制频率的高次谐波信号分量而产生的。结果,不仅充分抑制车辆的频率等于控制频率的振动,而且还可以防止关于控制频率的高次谐波信号分量产生噪声。
并且,高次谐波信号分量可以优选包含选自包含关于控制信号的二次谐波信号分量和关于控制信号的三次谐波信号分量的组中的至少一种。这里注意,关于控制频率的四次或更多次的谐波信号分量不太可能与车辆的副车架的振动产生共振,因为由四次或更高次谐波信号分量导致的不利影响非常小。另一方面,关于控制频率的二次或三次谐波信号分量使由车辆的副车架的振动的共振产生的噪声问题变得突出,因为由二次或三次谐波信号分量产生的不利影响相对来说大于由四次或更高次谐波信号分量产生的不利影响。因此,当作为高次谐波控制信号分量添加关于控制频率的二次或三次谐波信号分量以产生怠速控制信号时,可以安全地防止噪声的产生。
注意,本方法优选还包括以下步骤:
用下面的公式(1)计算设置频率:
Fs=(NE/60)(Nc/k)                               (1)
其中,Fs表示设置频率(单位为赫兹);
NE表示每1分钟的发动机转数(单位为转/分钟)并为1000~15000rpm;
Nc表示所有发动机气缸中由点火产生的曲轴转数(单位为转);
k表示发动机气缸的数量(单位为件);
其中,
怠速范围包含频率为设置频率或更低的第一振动范围;以及
运行范围包含频率高于设置频率的第二振动范围。
并且,运行控制信号可以优选包含通过将控制频率的正弦波信号转换为矩形波而产生的矩形波信号。
当基于包含通过将控制频率的正弦波信号转换为矩形波而产生的矩形波信号的运行控制信号致动电磁致动器时,在车辆的作为高频振动范围的运行范围内,矩形波信号可以补偿表现为慢响应的电磁致动器的延迟的响应。因此,可以产生足够大的振动力。结果,可以充分抑制运行范围内的高频振动。即,本方法可以有效防止发动机的振动传播,同时在整个车辆驱动条件的宽范围上以低成本的电磁致动器防止噪声产生。
注意,怠速控制信号的基波信号分量可以优选包含控制频率的正弦波信号、或通过将控制频率的正弦波信号转换为矩形波而产生的矩形波信号。当怠速控制信号的初始信号分量包含控制频率的正弦波信号时,可以产生适于车辆发动机的振动的振动力。因此,可以适当地防止车辆发动机的振动传播。另一方面,当怠速控制信号的基波信号分量包含通过将控制频率的正弦波信号转换成矩形波而产生的矩形波信号时,可以产生足够大的振动力。结果,可以可靠地防止车辆发动机的振动传播。特别地,当怠速控制信号的基波信号分量包含通过将控制频率的正弦波信号转换成矩形波而产生的矩形波信号时,可以补偿由慢响应电磁致动器产生的不充分响应。因此,可以增强由主动型振动防振装置施加的振动力。
附图说明
参照以下的详述,并与作为本公开的一部分的附图和详细的说明书相联系,可以容易地得到同时更容易理解对本发明的更完整的评价以及本发明的优点。
图1是用于简要说明根据的本发明的例子的振动控制器的配置的示意图,该振动控制器用于防止车辆M的发动机的振动传播。
图2用于说明对于怠速状态下的车辆、形成根据本发明的第1例的控制信号的基波信号分量、二次谐波信号分量和三次谐波信号分量。
图3用于说明对于怠速状态的车辆、通过合成形成根据第1例的控制信号的基波信号分量、二次谐波信号分量和三次谐波信号分量而产生的绝对输出计算值。
图4用于说明对于运行状态下的车辆、形成根据第1例的控制信号的基波信号分量。
图5用于说明对于运行状态下的车辆、通过将基波信号分量转换为形成根据第1例的控制信号的矩形波信号而产生的绝对输出计算值。
图6用于说明对于怠速状态下的车辆、形成根据第2例的控制信号的基波信号分量、二次谐波信号分量和三次谐波信号分量。
图7用于说明对于怠速状态的车辆、通过合成形成根据第2例的控制信号的基波信号分量、二次谐波信号分量和三次谐波信号分量而产生的绝对输出计算值。
具体实施方式
在对本发明进行一般说明后,通过参照这里提供的仅为说明而非限制所附的权利要求的范围的具体优选实施例,可以进一步理解本发明。
下面,利用附图并参照本发明的具体例子详细说明本发明。
(第1例)
图1用示意图简要说明根据本发明的第1例的振动控制器的配置,该振动控制器用于防止车辆M的发动机的振动传播。如图所示,振动控制器包括设置有作为主动型防振装置的致动器的发动机支承14(以下简称为“发动机支承”)、控制器单元20、和致动器30。控制器单元20产生控制信号。致动器30基于控制信号致动发动机支承14的电磁致动器15。并且,车辆M包括配备有发动机支承14的车辆车身10。发动机支承14支撑作为振动产生源的发动机11。
发动机支承14包括圆筒形外壳(未示出)、在圆筒形外壳中设置的防振橡胶(未示出)和在圆筒形外壳中设置的电磁致动器15。例如,电磁致动器15可以为螺线管(solenoid)或电磁铁,并通过防振橡胶的位移控制发动机11的动态位移。在下紧固轴(fastening shaft)(未示出)上将发动机支承14紧固到车辆车身10上,并在上紧固轴(未示出)上将其安装到发动机11上,由此支撑发动机11。并且,邻近于发动机11的曲轴设置旋转脉冲传感器12。旋转脉冲传感器12检测发动机转数并向控制器单元20输出曲轴的旋转脉动信号。
控制器单元20包含信号读取器(retriever)21,频率判断器22、设置频率判断/切换器23、怠速控制信号数据存储器24、怠速控制信号计算机25、运行控制信号数据存储器26、运行控制信号计算机27。
信号读取器21接收从旋转脉冲传感器12输出的旋转脉动信号S,并读取旋转脉动信号S的频率和与旋转脉动信号S的振幅和相位相关的各种驱动条件。频率判断器22判断信号读取器21读取的旋转脉动信号S的频率是否为控制频率。注意,以下将频率判断器22判断为控制频率的旋转脉动信号S的频率简称为“控制频率”。并且,频率判断器22将控制频率输出到设置频率判断/切换器23。
设置频率判断/切换器23判断控制频率是否为设置频率Fs或更低,以及控制频率是否高于设置频率Fs。当控制频率为设置频率Fs或更低时,设置频率判断/切换器23将控制频率输出到怠速控制信号计算机25。另一方面,当控制频率高于设置频率Fs时,设置频率判断/切换器23将控制频率输出到运行控制信号计算机27。即,设置频率判断/切换器23具有从怠速控制信号计算机25到运行控制信号计算机27或相反过程切换控制信号计算的功能。
在根据本发明的第1例的振动控制器中,由下面的公式(1)计算设置频率Fs
Fs=(NE/60)(Nc/k)                                (1)
其中,Fs表示设置频率(单位为赫兹);
NE表示每1分钟的发动机转数(单位为转/分钟);
Nc表示所有发动机气缸中由点火产生的曲轴转数(单位为转);以及
k表示发动机气缸的数量(单位为件)。注意,作为发动机11的怠速范围和发动机11的运行范围之间的界限(boundary)频率的设置频率Fs位于作为发动机11每1分钟的转数的“NE”为1000~15000rpm的范围中。
例如,在作为第1例中的振动产生源的6缸和4循环汽油发动机中,发动机气缸k的数量为6件;并且所有发动机气缸中由点火产生的曲轴转数Nc为2转。并且,当在发动机11在怠速状态和运行状态之间的界限上每1分钟的发动机转数NE为1000rpm时,设置频率Fs为50Hz。另外注意,发动机转数NE和Nc等于作为发动机输出轴的曲轴的转数。
在根据本发明的第1例的振动控制器中,当控制频率为50Hz或更低时,设置频率判断/切换器23将控制频率输出到怠速控制信号计算机25。另一方面,当控制频率高于50Hz时,设置频率判断/切换器23将控制频率输出到运行控制信号计算机27。
怠速控制信号数据存储器24存储与怠速状态下的发动机11的条件对应的大量怠速控制信号数据。注意,事先基于旋转脉动信号S的频率准备怠速控制信号数据。即,怠速控制信号数据存储器24存储与旋转脉动信号S的频率对应的怠速控制信号数据。
当设置频率判断/切换器23将控制频率输入到怠速控制信号计算机25中时,怠速控制信号计算机25从在怠速控制信号数据存储器24中存储的大量怠速控制信号数据中选择怠速控制信号数据中的与输入控制信号对应的一个。并且,怠速控制信号计算机25基于所选择的怠速控制信号数据中的一个产生怠速控制信号。即,当控制频率为设置频率Fs或更低时,怠速控制信号计算机25产生怠速控制信号。
运行控制信号数据存储器26存储与运行状态下的发动机11的条件对应的大量运行控制信号数据。注意,事先基于旋转脉动信号S的频率准备运行控制信号数据。即,运行控制信号数据存储器26存储与旋转脉动信号S的频率对应的运行控制信号数据。
当设置频率判断/切换器23将控制频率输入到运行控制信号计算机27中时,运行控制信号计算机27从在运行控制信号数据存储器26中存储的大量运行控制信号数据中选择运行控制信号数据中的与输入控制信号对应的一个。并且,运行控制信号计算机27基于所选择的运行控制信号数据中的一个产生运行控制信号。即,当控制频率高于设置频率Fs时,运行控制信号计算机27产生运行控制信号。
如图1所示,由用于致动发动机支承14的电磁致动器15的致动器30连接怠速控制信号计算机25和运行控制信号计算机27的输出侧。致动器30打开或关闭向电磁致动器15的电力供应,由此电磁致动器15被致动。并且,当控制频率为设置频率Fs或更低时,致动器30基于怠速控制信号致动电磁致动器15。另一方面,当控制频率高于设置频率Fs时,致动器30基于运行控制信号致动电磁致动器15。
下面,将说明控制信号C的产生。
(1)怠速状态下的车辆M
首先,在怠速状态下的车辆M中,通过合成基波信号分量S1、二次谐波信号分量S2和三次谐波信号分量S3产生怠速控制信号y。注意,基波信号分量S1是控制频率的正弦波信号,该正弦波信号由下面的公式(2)表示。在公式中“k”=1、2和3表示频率的次数,“an和φn”表示频率的振幅和相位,“n”表示时间,“偏移量”表示输出计算值的偏移量大小。图2表示基波信号分量S1、二次谐波信号分量S2和三次谐波信号分量S3。图3表示通过合成基波信号分量S1、二次谐波信号分量S2和三次谐波信号分量S3而产生的输出计算值C1。怠速控制信号数据存储器24存储输出计算值C1作为怠速状态下的车辆M中的频率的数据图。
公式(2):
(2)运行状态下的车辆M
然后,在运行状态下的车辆M中,运行控制信号y是为作为矩形波的输出计算值C2。注意,输出计算值C2是通过用下面的公式(4)对基波信号分量S1进行修正而得到的。还应注意到,基波信号分量S1是控制频率的正弦波信号,该正弦波信号由下面的公式(3)表示且与二次谐波信号分量S2和三次谐波信号分量S3无关。在这些公式中,“k”=1、2和3表示频率的次数,“an和φn”表示频率的振幅和相位,“n”表示时间,“偏移量”表示输出计算值的偏移量大小。图4表示控制信号的作为正弦波信号的基波信号分量S1。图5表示通过根据公式(4)修正基波信号分量S1而产生的输出计算值C2。运行控制信号数据存储器26存储输出计算值C2作为运行状态下的车辆M中的频率的数据图。
公式(3):
Figure A20051006517000121
公式(4):
当y(n)≥0时,y(n)=ak(n);且
当y(n)<0时,y(n)=-0.15
以下说明根据本发明的第1例的振动控制器如何动作。
当车辆M处于怠速状态时,旋转脉冲传感器12将旋转脉动信号S输出到控制器单元20。控制器单元20的信号读取器21读取旋转脉动信号S。然后,频率判断器22判断旋转脉动信号S的频率(或控制频率)是否为控制频率。然后,当旋转脉动信号S的频率等于控制频率时,设置频率判断/切换器23判断旋转脉动信号S的频率是否为设置频率F2或更低。
并且,当旋转脉动信号S的频率(或控制频率)为设置频率F2或更低时,怠速控制信号计算机25从怠速控制信号数据存储器24读取与从信号读取器21输入的旋转脉动信号S的振幅和相位对应的怠速控制信号数据。另外,怠速控制信号计算机25基于作为怠速控制信号数据中的一个的输出计算值C1产生怠速控制信号,该输出计算值C1是通过叠加控制频率的基波信号分量S1、二次谐波信号分量S2和三次谐波信号分量S3而产生的。因此,怠速控制信号计算机25将得到的怠速控制信号输出到致动器30。
致动器30基于输入的怠速控制信号产生致动信号,并打开对电磁致动器15的电力供应。当电磁致动器15被致动时,发动机支承14的振动力施加到发动机11。因此,发动机支承14防止怠速状态下的发动机11的振动传播。
这里注意,怠速控制信号除了包含作为旋转脉动信号S的正弦波信号(或控制频率)的基波信号分量S1以外,还包含二次谐波信号分量S2和三次谐波信号分量S3。因此,不仅可以充分地防止发动机11的频率等于控制频率的振动传播,而且可以适当地抑制二次和三次谐波信号分量S2、S3关于控制频率产生的噪声。
另一方面,当车辆M处于高频运行状态时,旋转脉动信号S的频率(或控制频率)高于设置频率Fs。当旋转脉动信号S的频率因此而高于设置频率Fs时,运行控制信号计算机27从运行控制信号数据存储器26中读取与从信号读取器21输入的旋转脉动信号S的振幅和相位对应的运行控制信号数据。并且,运行控制信号计算机27进行计算,以基于输出计算值C2产生运行控制信号。注意,输出计算值C2是运行控制信号数据中的一个,该输出计算值C2是通过根据所述公式(3)对作为旋转脉动信号S的频率的正弦波信号的基波信号分量S1进行修正而得到的。因此,运行控制信号计算机27将所得到的运行控制信号输出到致动器30中。
致动器30基于输入的运行控制信号产生致动信号,并打开对电磁致动器15的电力供应。当电磁致动器15被致动时,发动机支承14的振动力被施加到发动机11。因此,发动机支承14防止运行状态下的发动机11的振动传播。
在这种方式中,由作为从旋转脉动信号S(或控制信号)的频率的正弦波信号转换得来的矩形波信号的输出计算值C2得到运行控制信号。因此,当电磁致动器15的致动表示出较慢的响应时,矩形波信号可以补偿电磁致动器15的延迟的响应。因此,发动机支承14可以充分地产生振动力。
如上所述,根据本发明的第1例的振动控制器用怠速控制信号和运行控制信号致动电磁致动器15,该怠速控制信号和该运行控制信号相互不同,以分别用于控制怠速状态下的车辆M的低频振动和运行状态下的车辆M的高频振动。因此,振动控制器可以抑制由怠速状态下的车辆M中的二次谐波信号分量S2和三次谐波信号分量S3产生的噪声。同时,即使当振动控制器使用低成本的具有慢响应的电磁致动器15时,振动控制器也可以在运行状态下的车辆M中安全地产生足够的振动力。结果,即使使用低成本的电磁致动器15,振动控制器也可以在车辆M的全部驱动条件下的宽范围中防止发动机11的振动传播,同时抑制噪声的产生。
(第2例)
以下说明作为第1例的修改文本的根据本发明的第2例的振动控制器。
在根据本发明的第2例的振动控制器中,用于防止怠速状态下的发动机11的低频振动传播的怠速控制信号y包含依次叠加的基波信号分量、二次谐波信号分量S2和三次谐波信号分量S3。特别地,如图6所示,基波信号分量是由下面的公式(5)表达的矩形波信号P1。二次谐波信号分量S2和三次谐波信号分量S3是与第1例类似的正弦波信号。注意,公式(5)中的符号与所述公式(2)~(4)相同。图6表示作为基波信号分量的矩形波信号分量P1和作为二次谐波信号分量S2和三次谐波信号分量S3的正弦波信号。图7表示通过合成矩形波信号分量P1、二次谐波信号分量S2和三次谐波信号分量S3产生的输出计算值C3。注意,将绝对输出计算值C3的上限值设为1。怠速控制信号数据存储器24存储输出计算值C3作为怠速状态下的车辆M中的频率的数据图。
公式(5):
对于k=1,
当y≥0时,y=a1;且
当y<0时,y=-0.15
对于k=2和3
y=y(1)+y(2)+y(3)
根据本发明的第2例的振动控制器使用怠速控制信号y,该怠速控制信号y除了包含作为控制频率的基波信号分量的矩形波信号分量P1外,还包含二次谐波信号分量S2和三次谐波信号分量S3。当控制信号的基波信号分量由此而包含矩形波信号时,由于矩形波信号分量同时对慢响应电磁致动器15的不充分响应进行补偿,因此可以增强发动机支承14的振动力。因此,可以充分地防止发动机11的频率等于控制频率的振动传播。并且,可以适当地抑制由二次谐波信号分量S2和三次谐波信号分量S3关于控制频率产生的噪声。
在根据本发明的第1例和第2例的振动控制器中,数据存储器24、26存储事先为怠速控制信号和运行控制信号建立的控制信号数据;计算机25、27从数据存储器24、26选择一个控制信号数据以产生怠速控制信号和运行控制信号。但是,不限于此,还可以通过例如自适应的方法产生怠速控制信号和运行控制信号。另外,所述第1例和第2例是本发明的一些例子。因此,只要不背离本发明的要点,在实施本发明时可以进行各种变更和修改。
(工业应用)
在根据本发明的主动型防振装置的致动方法中,用怠速控制信号和运行控制信号致动电磁致动器,该怠速控制信号和该运行控制信号相互不同,以分别用于控制怠速状态下的车辆的低频振动和运行状态下的车辆的高频振动。因此,在怠速状态下的车辆中,本方法可以抑制由二次谐波信号分量和三次谐波信号分量关于控制频率产生的噪声。并且,当本方法使用通过将控制频率的正弦波信号转换为矩形波而产生的矩形波信号作为用于防止运行的车辆的高频振动传播的运行控制信号时,那么,即使对于具有慢响应的低成本电磁致动器,也可以安全地产生足够的振动力。因此,即使使用低成本的电磁致动器,本方法也可以在发动机的整个驱动条件的宽范围内防止发动机的振动传播,同时抑制噪声的产生。因此,本方法在工业上十分有用。
现已充分说明了本发明,但对于本领域技术人员来说,很明显,在不背离包含这里所附的权利要求书的本发明的精神和范围的条件下,可以对其进行各种变更和修改。

Claims (6)

1.一种主动型防振装置的致动方法,该方法包括以下步骤:
在车辆的怠速范围内产生怠速控制信号,所述怠速控制信号是通过基于由车辆发动机发出的循环脉动信号,将控制频率的高次谐波信号分量添加到控制频率的基波信号分量中而产生的;
在车辆的运行范围内产生运行控制信号,所述运行控制信号由控制信号的基波信号分量构成;和
基于怠速控制信号和运行控制信号中的一个致动主动型防振装置的电磁致动器,由此通过由电磁致动器施加的振动力而防止车辆发动机的振动传播。
2.根据权利要求1的方法,其中,高次谐波信号分量包含选自包含控制信号的二次谐波信号分量和控制信号的三次谐波信号分量的组的至少一种分量。
3.根据权利要求1的方法,还包括以下步骤:
由下面的公式(1)计算设置频率:
Fs=(NE/60)(Nc/k)                              (1)
其中,Fs表示设置频率(单位为赫兹);
NE表示每1分钟的发动机转数(单位为转/分钟)并位于1000~15000rpm的范围内;
Nc表示所有发动机气缸中由点火产生的曲轴转数(单位为转);
k表示发动机气缸的数量(单位为件);
其中,
怠速范围包含频率为设置频率或更低的第一振动范围;
运行范围包含频率高于设置频率的第二振动范围。
4.根据权利要求1的方法,其中,运行控制信号包含通过将控制频率的正弦波信号转换为矩形波而产生的矩形波信号。
5.根据权利要求1的方法,其中,怠速控制信号的基波信号分量包含控制频率的正弦波信号。
6.根据权利要求1的方法,其中,怠速控制信号的基波信号分量包含通过将控制频率的正弦波信号转换为矩形波而产生的矩形波信号。
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