用於降低車輛部件中的噪聲和振動的壓電諧振器的製造方法

2023-05-08 10:18:41

用於降低車輛部件中的噪聲和振動的壓電諧振器的製造方法
【專利摘要】10C本發明涉及一種用於降低車輛部件中的噪聲'和振動的壓電諧振器。本文公開了一種用於抑制來自車輛部件的噪聲的壓電諧振器。該壓電諧振器包括具有第一電極的第一壓電陶瓷材料和具有第二電極的第二壓電陶瓷材料，所述第一壓電陶瓷材料設置在所述車輛部件的一側上的第一位置處，所述第二壓電陶瓷材料設置在所述車輛部件的相反側上的第二位置處，其中，所述第一位置與所述第二位置相對。所述壓電諧振器還包括分流電路，所述分流電路包括電阻器和電感器，所述分流電路串聯地連接到所述第一電極和所述第二電極。所述分流電路配置為消耗來自所述車輛部件經受的振動的能量。
【專利說明】用於降低車輛部件中的噪聲和振動的壓電諧振器

【技術領域】
[0001] 本主題發明基本涉及用於車輛的車輛部件中的降噪，並且更特別地，涉及用於利 用壓電諧振器降低車輛部件中的噪聲和振動的系統和方法。

【背景技術】
[0002] 車輛中的噪聲基本由各種車輛部件的振動引起，這些車輛部件例如為儀錶盤、門 板、頂棚或類似物。例如，由發動機引起的振動會使儀錶板振動，導致在車艙中產生噪聲。目 前，這種噪聲和振動的控制通過在車輛部件上放置粘彈性或其他適合的阻尼材料來執行。 儘管基於粘彈性阻尼材料的聲學處理能夠有效地且經濟地控制噪聲和振動，但是粘彈性阻 尼材料的密度高，這能夠導致隔聲系統的整個質量明顯增大。


【發明內容】

[0003] 在一個示例性實施方式中，用於降低車輛部件中的噪聲和振動的方法包括：將第 一壓電陶瓷材料固定到所述車輛部件的一側上的位置，並且將第二壓電陶瓷材料固定到所 述車輛部件的相反側上的位置。所述方法還包括：將所述第一壓電陶瓷材料和第二壓電陶 瓷材料串聯地連接到具有電阻器元件的分流電路（shunt circuit),其中，所述分流電路配 置為以寬帶執行，從而消耗來自所述車輛部件經受的數種振動模式的能量。
[0004] 在另一個示例性實施方式中，用於抑制來自車輛部件的噪聲的壓電諧振器包括具 有第一電極的第一壓電陶瓷材料，所述第一壓電陶瓷材料設置在所述車輛部件的一側上的 第一位置處。所述壓電諧振器還包括具有第二電極的第二壓電陶瓷材料，所述第二壓電陶 瓷材料設置在所述車輛部件的相反側上的第二位置處，其中，所述第一位置與所述第二位 置相對。所述壓電諧振器進一步包括分流電路，所述分流電路包括電阻器和電感器，所述分 流電路串聯地連接到所述第一電極和所述第二電極。所述分流電路配置為消耗來自所述車 輛部件經受的特定振動模式的能量。由於所述壓電材料的固有電容，得到的電網絡等同於 作為調諧減震器執行的電阻器-電感器-電容器（R-L-C)電路。
[0005] 在又一個示例性實施方式中，用於抑制來自車輛部件的噪聲的壓電諧振器包括具 有第一電極的第一壓電陶瓷材料，所述第一壓電陶瓷材料設置在所述車輛部件經受應變 的一側上的第一位置處。所述壓電諧振器還包括具有第二壓電陶瓷材料和分流電路，所 述第二壓電陶瓷材料具有第二電極，並設置在所述車輛部件的相反側上的第二位置處，其 中，所述第一位置與所述第二位置相對，所述分流電路包括電阻器和有源電感器（active inductor)，串聯地連接到所述第一電極和所述第二電極。所述有源電感器包括多個電阻 器、運算放大器、電容器和可變電阻器，其中，所述有源電感器的電感能夠通過調節所述可 變電阻器來調節。所述分流電路配置為消耗來自所述車輛部件經受的振動的能量。
[0006] 方案1. 一種用於降低車輛部件中的噪聲和振動的方法，包括： 將第一壓電陶瓷材料固定到所述車輛部件的一側上的位置； 將第二壓電陶瓷材料固定到所述車輛部件的相反側上的位置；以及 將所述第一壓電陶瓷材料和第二壓電陶瓷材料串聯地連接到具有電阻器和電感器的 分流電路； 其中，所述分流電路配置為消耗來自所述車輛部件經受的振動的能量。
[0007] 方案2.根據方案1所述的方法，其中，所述電感器為包括運算放大器和可變電阻 器的合成電感器。
[0008] 方案3.根據方案1所述的方法，進一步包括：基於所述第一壓電陶瓷材料和第二 壓電陶瓷材料的屬性、測量到的開路頻率和測量到的短路頻率計算最優電感和最優電阻。
[0009] 方案4.根據方案3所述的方法，其中，所述電阻器具有最優電阻值，並且所述電 感器具有最優電感值。
[0010] 方案5.根據方案1所述的方法，其中，所述位置選定為所述車輛部件經受應變的 部分。
[0011] 方案6.根據方案5所述的方法，其中，所述車輛部件的所述部分通過有限元仿真 確定。
[0012] 方案7. -種用於抑制來自車輛部件的噪聲的壓電諧振器，包括： 具有第一電極的第一壓電陶瓷材料，所述第一壓電陶瓷材料設置在所述車輛部件的一 側上的第一位置處； 具有第二電極的第二壓電陶瓷材料，所述第二壓電陶瓷材料設置在所述車輛部件的相 反側上的第二位置處，其中，所述第一位置與所述第二位置相對；以及 包括電阻器和電感器的分流電路，所述分流電路串聯地連接到所述第一電極和所述第 二電極； 其中，所述分流電路配置為消耗來自所述車輛部件經受的振動的能量。
[0013] 方案8.根據方案7所述的壓電諧振器，其中，所述電感器為包括運算放大器和可 變電阻器的合成電感器。
[0014] 方案9.根據方案7所述的壓電諧振器，其中，最優電感和最優電阻基於所述第一 壓電陶瓷材料和第二壓電陶瓷材料的屬性、測量到的開路頻率和測量到的短路頻率而被計 算。
[0015] 方案10.根據方案9所述的壓電諧振器，其中，所述電阻器具有最優電阻值，並且 所述電感器具有最優電感值。
[0016] 方案11.根據方案7所述的壓電諧振器，其中，所述第一位置選定為所述車輛部 件經受應變的部分。
[0017] 方案12.根據方案11所述的壓電諧振器，其中，所述車輛部件的所述部分通過有 限元仿真確定。
[0018] 方案13. -種用於抑制來自車輛部件的噪聲的壓電諧振器，包括： 具有第一電極的第一壓電陶瓷材料，所述第一壓電陶瓷材料設置在所述車輛部件經受 應變的一側上的第一位置處； 具有第二電極的第二壓電陶瓷材料，所述第二壓電陶瓷材料設置在所述車輛部件的相 反側上的第二位置處，其中，所述第一位置與所述第二位置相對；以及 包括電阻器和有源電感器的分流電路，所述分流電路串聯地連接到所述第一電極和所 述第二電極； 所述有源電感器包括多個電阻器、運算放大器、電容器和可變電阻器，其中，所述有源 電感器的電感能夠通過調節所述可變電阻器來調節； 其中，所述分流電路配置為消耗來自所述車輛部件經受的振動的能量。
[0019] 方案14.根據方案13所述的壓電諧振器，其中，最優電感和最優電阻基於所述第 一壓電材料和第二壓電材料的屬性、測量到的開路頻率和測量到的短路頻率而被計算。
[0020] 方案15.根據方案14所述的壓電諧振器，其中，所述電阻器具有最優電阻值，並 且所述電感器具有最優電感值。
[0021] 方案16.根據方案13所述的壓電諧振器，其中，所述車輛部件上的所述第一位置 通過有限元仿真確定。
[0022] 通過本發明隨後的詳細描述同時結合附圖，本發明的上述特徵和優點以及其他特 徵和優點將容易變得清楚。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 其他特徵、優點和細節僅以實例的方式出現在隨後實施方式的詳細描述中，該詳 細描述參考了附圖，在這些附圖中： 圖1為根據示例性實施方式的壓電諧振器的圖； 圖2為根據示例性實施方式的利用壓電諧振器降低車輛部件中的噪聲和振動的方法 的流程圖； 圖3為根據示例性實施方式的與壓電諧振器一起使用的分流電路的電路圖；以及 圖4為顯示根據示例性實施方式的壓電諧振器抑制來自車輛部件的噪聲的性能的圖。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024] 以下描述在本質上僅是示例性的，而並非旨在限制本公開、其應用或用途。
[0025] 現參考圖1，其顯示了根據示例性實施方式的壓電諧振器100。壓電諧振器100包 括車輛部件102,該車輛部件102具有設置在車輛部件102的相反側上的第一壓電陶瓷材料 104以及第二壓電陶瓷材料106。在示例性實施方式中，車輛部件102可以為儀錶板、地板 或類似物。第一壓電陶瓷材料104和第二壓電陶瓷材料106串聯地連接到電阻器108和電 感器110。第一壓電陶瓷材料104和第二壓電陶瓷材料106配置為充當設計為減弱車輛部 件102中的振動的機械減震器。
[0026] 在示例性實施方式中，壓電陶瓷材料104U06可以為沿著一個軸線設極的三維裝 置。壓電陶瓷材料104U06可以包括設置在外表面上的電極112,該外表面為與車輛部件 102相反的表面。當電壓差橫穿電極112而施加時，應變就在該外表面的法向方向上產生。 在示例性實施方式中，壓電陶瓷材料104U06被導線連接，以便在第一和第二壓電陶瓷材 料104、106中產生相反的場，由此使得第一壓電陶瓷材料104在第二壓電陶瓷材料106膨 脹時收縮，從而在車輛部件102中產生力矩。反過來，當車輛部件102受到應變時，電場在 壓電陶瓷材料104、106中生成。在示例性實施方式中，包括電阻器108和電感器110的分 流電路能夠用作寬帶諧振器，以便消耗來自車輛部件102經受的所有振動模式的能量。在 另一個實施方式中，壓電陶瓷材料104U06的固有電容能夠與電阻器108和電感器110組 合，以便形成配置用於在特定電諧振頻率處具有最優性能的分流電路。
[0027] 在示例性實施方式中，用於分流電路的分別為R_和L_的電阻器和電感器的最 佳值能夠利用如下的過程來計算。首先，基於壓電諧振器在系統處於開路條件（ω。)和短路 條件（ω 3)中時的自然頻率（以rad/S計）計算整體機電耦合係數Κ :

【權利要求】
1. 一種用於降低車輛部件中的噪聲和振動的方法，包括： 將第一壓電陶瓷材料固定到所述車輛部件的一側上的位置； 將第二壓電陶瓷材料固定到所述車輛部件的相反側上的位置；以及 將所述第一壓電陶瓷材料和第二壓電陶瓷材料串聯地連接到具有電阻器和電感器的 分流電路； 其中，所述分流電路配置為消耗來自所述車輛部件經受的振動的能量。
2. 根據權利要求1所述的方法，其中，所述電感器為包括運算放大器和可變電阻器的 合成電感器。
3. 根據權利要求1所述的方法，進一步包括：基於所述第一壓電陶瓷材料和第二壓電 陶瓷材料的屬性、測量到的開路頻率和測量到的短路頻率計算最優電感和最優電阻。
4. 根據權利要求3所述的方法，其中，所述電阻器具有最優電阻值，並且所述電感器具 有最優電感值。
5. -種用於抑制來自車輛部件的噪聲的壓電諧振器，包括： 具有第一電極的第一壓電陶瓷材料，所述第一壓電陶瓷材料設置在所述車輛部件的一 側上的第一位置處； 具有第二電極的第二壓電陶瓷材料，所述第二壓電陶瓷材料設置在所述車輛部件的相 反側上的第二位置處，其中，所述第一位置與所述第二位置相對；以及 包括電阻器和電感器的分流電路，所述分流電路串聯地連接到所述第一電極和所述第 二電極； 其中，所述分流電路配置為消耗來自所述車輛部件經受的振動的能量。
6. 根據權利要求5所述的壓電諧振器，其中，所述電感器為包括運算放大器和可變電 阻器的合成電感器。
7. 根據權利要求5所述的壓電諧振器，其中，最優電感和最優電阻基於所述第一壓電 陶瓷材料和第二壓電陶瓷材料的屬性、測量到的開路頻率和測量到的短路頻率而被計算。
8. -種用於抑制來自車輛部件的噪聲的壓電諧振器，包括： 具有第一電極的第一壓電陶瓷材料，所述第一壓電陶瓷材料設置在所述車輛部件經受 應變的一側上的第一位置處； 具有第二電極的第二壓電陶瓷材料，所述第二壓電陶瓷材料設置在所述車輛部件的相 反側上的第二位置處，其中，所述第一位置與所述第二位置相對；以及 包括電阻器和有源電感器的分流電路，所述分流電路串聯地連接到所述第一電極和所 述第二電極； 所述有源電感器包括多個電阻器、運算放大器、電容器和可變電阻器，其中，所述有源 電感器的電感能夠通過調節所述可變電阻器來調節； 其中，所述分流電路配置為消耗來自所述車輛部件經受的振動的能量。
9. 根據權利要求8所述的壓電諧振器，其中，最優電感和最優電阻基於所述第一壓電 材料和第二壓電材料的屬性、測量到的開路頻率和測量到的短路頻率而被計算。
10. 根據權利要求9所述的壓電諧振器，其中，所述電阻器具有最優電阻值，並且所述 電感器具有最優電感值。
【文檔編號】H03H9/02GK104218914SQ201410236601
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年5月30日 優先權日:2013年5月31日
【發明者】T.L.羅查 申請人:通用汽車環球科技運作有限責任公司