噪音的間接聲學傳遞控制的製作方法

2023-10-18 19:11:49

專利名稱：噪音的間接聲學傳遞控制的製作方法
技術領域：
本發明總體上涉及對機動車輛產生的噪音的控制，更具體地說，涉及
通過控制噪音從噪音源沿聲學傳遞路逕到達噪音接收處的傳播，來減少機 動車輛乘客廂中的噪音。
背景技術：
機動車中動力系統的運行是造成機動車乘客廂中接收到的噪音的主
要來源之一。新的動力系統技術，例如電動閥啟動(electronicvalve actuation)禾口可變排量式發動禾幾(variable displacement engine)，需要新
的控制內部噪音的方法。為了改善消費者感知內部噪音的質量，乘客廂主 動噪音控制已成為研究的流行策略。這些噪音控制方法將在以下相對於公 知技術進行討論。總體上，這些方法成本高，且其僅控制問題的接收終端， 例如乘客、駕駛員的耳朵位置，這會影響乘客的聽說能力。己開發了其它 針對源頭的控制噪音方法，例如對進氣或排氣系統的主動控制。然而，主 動控制能力受到限制，並且非常複雜而且昂貴。因此，即使主動噪音控制 的方法和技術能力已存在多年，主動噪音控制系統還是未被證明得到普 及。
乘客廂主動聲音抑制技術的例子可見1985年3月19日授予Shinichi Matsui的4，506，380號美國專利，其中，向位於車輛儀錶板中的揚聲器單獨 地施加電壓，以選擇性控制相對於發動機振動產生的共振。類似地，1995 年l月31日授予ToshiskiKobayashi等人的5，386，372號美國專利公開了一種
主動振動/噪音控制系統，其中，揚聲器排列在乘客廂儀錶板的適當位置上， 以控制來自發動機的噪音。自膨脹發動機底座具有壓電元件(piezoelectric
element)或磁致伸縮元件(magnetostrictive element)製成的激發器，以防 止振動從發動機傳播。
在整個機動車輛中都使用被動吸聲材料以減少噪音的傳播。2006年3 月28日授予Girma Gebreselassie等人的7,017,250號美國專利中可以看到這 樣的例子，其中，前艙壁隔音系統具有由泡沫製成的基板，其用於吸收導 向前艙壁隔音裝置的聲音。1986年3月11日授予Heinemann Gahlaii等人的 4,574,915號美國專利中，由黏彈性泡沫材料製成的隔音覆層安裝在前端艙 壁的表面，以提供隔音區域。如1992年3月10日授予TakashiMaeda等人的 5，094，318號美國專利、1996年9月10日授予Hiroshi Matsukawa等人的 5,554,83l號美國專禾lj、 1998年10月6日授予Motohiro Orimo等人的5,817，408 號美國專利、2000年8月15日授予KouichiNemoto的6,102,465號美國專利以 及2003年4月29日授予Kyoichi Watanabe的6，554,101號美國專利所公開的， 將吸聲材料用在車輛的儀錶板區域提供被動噪音控制系統，其防止發動機 艙產生的噪音傳播到乘客廂中。
2004年7月27日授予Christian Junker、並轉讓給福特全球技術公司 (Ford Global Technologies, LLC)的6,767,050號美國專利和2006年7月4日 授予Michael Campbdl的7，070，848號美國專利中公開了一種由注模泡沫
(cast foam)製成的隔音系統，其裝在車輛儀錶板在水平和垂直部分，以 減少來自發動機艙的不想要的噪音和振動的傳播。2005年7月14日公開的 JayTudor等人的公布號為2005/0150720的美國專利申請公開了一種用於 減少噪音從發動機到車輛內部傳播的機動車前艙壁隔音系統，其由吸聲層 形成，該吸聲層包含黏彈性泡沬。
在2003年7月8日授予JunOkada等人的6,589,643號美國專利中可以看 到一種使用壓電控制系統配置的噪音控制系統，其中，將吸聲材料、例如 壓電材料用於在車輛中對儀錶板隔音，以吸收和防止低頻噪音從發動機進 入到乘客廂中。2004年7月8日公開的DavidHein的公布號為2004/0130081 的美國專利申請中，公開了一種包含在儀錶板中的各種結構之間的壓電激 發器和傳感器總成，其用以使儀錶板結構中的振動最小化。
自適應濾波器亦已被用於控制噪音源、例如機動車發動機產生的噪
音，如1992年7月14日授予Hiroyuki Hashimoto等人的5，131，047號美國專利 所公開的，其中，揚聲器被用於再生消除發動機噪音的發動機噪音。在1994 年6月14日授予Yi Yuan的5，321，759號美國專利中，將具有橫向濾波器的自 適應濾波器用於主動噪音控制系統，以消除發動機產生的振動噪音。2001 年10月23日授予Hans-WilheimRuhl的6，305，732號美國專利公開了將定向 傳聲器集成到儀錶板中，以獲得控制機動車噪音的定向效果。在2001年11 月27日授予HenryAzima等人的6，324,294號美國專利中，將擴音器面板粘 附或安裝在機動車儀錶板中。2004年12月2日公開的Yoshio Nakamura的公 布號為2004/0240678的美國專利申請公開了一種主動噪音控制系統，其使 用揚聲器控制發動機產生的有問題的噪音。
需要提供一種針對傳播路徑、而不是噪音源或接收處減少發動機噪音 的系統。

發明內容
本發明的一個目的是，通過提供一種針對噪音傳播的傳遞路徑的噪音 控制系統，克服上述公知技術的缺點。
本發明的另一個目的是，提供一種配置在機動車儀錶板的雙艙壁集氣 室中、用於發動機所產生的噪音的主動控制系統。
本發明的一個特徵是車輛儀錶板的雙艙壁集氣室沿傳遞路徑設置，發 動機噪音沿該傳遞路徑傳播到乘客廂中。
本發明的一個優點是，在雙艙壁集氣室中應用聲音控制技術針對的是 噪音的傳播，而不是針對噪音源或噪音接收處。
本發明的另一個優點是，主動聲學傳遞功能提供對通過儀錶板傳入機 動車輛車廂的噪音進行有效控制。
本發明的另一個特徵是，雙艙壁集氣室的限定容積有助於提供更有效 的噪音控制系統。本發明的另一個優點是，配置簡單的硬體和軟體就可以在車輛儀錶板 的雙艙壁集氣室中提供低成本、高性能的主動噪音控制，以在乘客廂內影 響噪音。
本發明的另一個目的是，通過阻斷噪音傳播的傳遞路徑來減少發動機 噪音傳播到機動車輛的乘客廂中。
本發明的另一個特徵是，在機動車儀錶板的雙艙壁中提供主動噪音控制。
本發明的另一個特徵是，利用雙艙壁集氣室中的揚聲器控制通過集氣 室傳播的發動機噪音。
本發明的另一個優點是，集氣室可以用安裝在形成艙壁的金屬板表面 的吸聲聲學材料阻尼。
本發明的另一個特徵是，雙艙壁集氣室可以分成小室，獨立的衰減裝 置可以位於其中。
本發明的另一個特徵是，小室與小室之間的噪音控制水平可以不同。
本發明的另一個優點是，該噪音控制系統可以置於比在噪音源中使用 更低苛刻條件的環境中。
本發明的另一個優點是，該噪音控制系統可以適用於任何採用雙艙壁 儀錶板設計的機動車輛中。
本發明的另一個目的是，提供一種針對噪音傳播的傳遞路徑的噪音控 制系統，其結構經久耐用、製造成本低、維護方便、組裝簡易並且使用方 便有效。
這些以及其它目的、特徵和優點根據本發明通過提供噪音控制系統得 以實現，其中該噪音控制系統針對生成的噪音從噪音源傳播到機動車輛乘 客廂中的噪音接收處所途經的路徑。該噪音控制系統配置在箱式結構、例 如車輛儀錶板的雙艙壁中，以提供發動機噪音可以在其中被控制的限定容 積。雙艙壁集氣室將主動噪音控制裝置、例如揚聲器或振動裝置裝在艙壁
之間，可與控制算法一起工作，以生成可以控制發動機產生的噪音或振動 的聲音。集氣室還可以用被動噪音控制材料處理，例如黏彈性阻尼材料、
聲學泡沫或重乙烯基屏障(heavy vinyl barrier)和泡沫，以除了主動噪音 控制外還阻止空氣載聲和振動。


本發明的優點在考慮以下對發明的詳細說明、尤其是結合附圖時將變 得顯而易見，其中
圖l為具有結合了本發明原理的噪音控制系統的機動車輛的局部示意 性側視立面圖2為具有雙艙壁集氣室(dual bulkhead plenum)的機動車輛的局部 示意性透視圖，噪音控制系統配置在上述雙艙壁集氣室中，以控制發動 機噪音傳播到乘客廂；
圖3為利用安裝在機動車儀錶板的雙艙壁集氣室中的揚聲器的主動噪 音控制系統的示意圖；以及
圖4為雙艙壁集氣室的示意性側視立面圖，用以說明集氣室中聲學材 料的應用。
具體實施例方式
參照圖l-4，可見結合了本發明原理的機動車輛。對進入機動車乘客 廂的不期望的噪音進行控制已成為最近研發的主題。某些噪音控制系統採 用在聲波進入乘客廂之後對其進行對抗的方法，例如，通過適當排列在乘 客廂中的揚聲器引入反向的聲波。其它的噪音控制系統採用在聲波產生點 對其進行對抗的方法，例如通過適當地位於發動機內和/或發動機周圍、例 如位於發動機進氣管上的揚聲器引入反向的聲波。本發明採用獨特的方法 通過沿噪音的傳播路徑、不同於在接收處或產生處反聲波控制噪音。
為了控制音源、例如發動機13和接收處、例如機動車10的乘客廂12之 間的聲音傳遞，沿產生處和接收處之間的傳遞路徑放置箱式結構，其在本
申請中定義為具有固定的容積。在某些機動車輛10中，儀錶板15具有位於 發動機和乘客廂之間的雙艙壁集氣室20。雙艙壁集氣室20提供適合的箱式 結構，以控制聲波或振動沿傳遞路徑穿過儀錶板15進入乘客廂12的傳遞。 由於穿過集氣室20的聲音或振動能量的低水平以及集氣室20的限定容積， 成本極低、但性能高的主動噪音控制系統可以用在使用相對簡單的硬體和 軟體系統的集氣室20中。
噪音控制系統30可以包括發動機艙中的傳感器31，其用以確定由發動 機31產生的、穿過雙艙壁集氣室20傳遞到乘客廂12的聲能的頻率和振幅， 以及乘客廂12中的傳感器32，其用以確定傳播到乘客廂12中的聲能的頻率 和振幅。這些傳感器可在具有控制算法的開放迴路控制系統中使用，其中 的控制算法可以生成由集氣室20內揚聲器35引入的反聲波。
優選地，控制系統為閉合迴路系統，其中傳感器31、 32用於檢測處理 運行參數，例如運行速度、周圍溫度、天氣條件、發動機每分鐘轉速(RPM) 等等。控制器25通過控制算法使用車輛對這些環境狀況做出的聲學反應的 數學模型，並響應預設的聲能水平生成反聲波。
因此，將揚聲器35置於集氣室20內，以引入對抗聲能，控制沿傳遞路 徑穿過集氣室20傳播的聲能。振動能也可以由相反的抵消振動能對抗，該 相反的抵消振動能由振蕩器36導至集氣室20內，該振蕩器36在圖4中示意 性表示，其在集氣室壁上產生振動，該振動具有與發動機13或其它車輛部 件發射、並穿過集氣室20傳播的振動相反的頻率和振幅。作為提供與穿過 集氣室20的聲音和/或振動相反的頻率和振幅的可選方法，揚聲器35和/或 振蕩器36可以通過提供部分相反的頻率和振幅對穿過集氣室20傳播的聲 音進行整形，從而可使預先設定的聲音或振動到達乘客廂。
可選擇地，或作為對揚聲器35和/或振蕩器36的任選添加，集氣室20 可以襯有聲學材料27、 29，如圖4所示。這種被動聲音管理方法的例子有 聲阻尼材料，例如具有黏彈性表面阻尼板，用以提供寬溫度和頻率範圍的 高阻尼。吸聲材料，例如聲學泡沫29可以提供最小厚度的施加到集氣室20 的金屬板表面以減少振動的泡沫層和最大的吸聲效果。聲屏障材料，例如具有減少撞擊噪音的泡沫的用以阻止空氣載聲的重乙烯基屏障27，提供最 大的聲音衰減和傳播損耗。將被動聲學材料和主動聲音控制系統30結合， 可以提供高性能的噪音控制系統，如圖4所示。
應該理解，上述用於解釋本發明原理的對部件的細節、材料、步驟和 排列的說明和闡述可以發生改變，並且所屬技術領域的技術人員在閱讀本 公開之後，在本發明的原理和保護範圍內也可以做出這樣的改變。以上對 本發明的較佳實施例進行了說明，然而，基於該說明的思想也可以用於其 它實施例中，而不脫離本發明的保護範圍。
例如，本噪音控制系統可以調整和擴展，以用於其它車輛結構中，例 如車輪擋泥板和行李箱，只要可以在車輛結構的範圍內可以實現固定的容 積。本噪音控制技術的其它應用可以包括施工設備以及其它重型設備、航 空航天業以及供暖、通風和空調業。
權利要求
1.一種機動車輛，包含底盤，其確定發動機艙和縱向間隔的乘客廂；發動機，其安裝在上述發動機艙中並可運行生成噪音能量；橫向的箱式結構，其設在上述發動機艙和上述乘客廂之間、從上述發動機傳播到上述乘客廂的噪音能量的傳遞路徑中；以及噪音控制系統，其安放在上述箱式結構中，控制上述噪音能量傳遞到上述乘客廂中。
2. 根據權利要求1所述的機動車輛，其特徵在於，橫向的箱式結構為 連接到儀錶板的雙艙壁集氣室，其中該儀錶板位於上述乘客廂中的前方位置。
3. 根據權利要求2所述的機動車輛，其特徵在於，上述噪音控制系統 包括支承在上述車輛上的傳感器，用以感應與上述發動機有關的運行條 件。
4. 根據權利要求3所述的機動車輛，其特徵在於，上述噪音能量為聲 波形式，上述噪音控制系統還包括安裝在上述集氣室中的揚聲器，用以生 成反聲波，控制上述發動機聲波。
5. 根據權利要求4所述的機動車輛，其特徵在於，上述集氣室包括安 裝在形成上述集氣室的壁上的被動聲音控制材料。
6. 根據權利要求4所述的機動車輛，其特徵在於，上述傳感器位於上 述車輛中，以感應上述發動機生成的聲波的頻率和振幅，並輸出表示上述 聲波的信號。
7. 根據權利要求6所述的機動車輛，其特徵在於，上述噪音控制系統 還包括可操作的控制器，用以從上述傳感器接收上述信號，並依此通過上 述集氣室中的揚聲器生成對感應到的發動機聲波的反聲波。
8. 根據權利要求3所述的機動車輛，其特徵在於，上述傳感器位於上 述車輛中，用以感應上述發動機生成的振動能量的頻率和振幅，並輸出表 示上述發動機振動能量的信號。
9. 根據權利要求8所述的機動車輛，其特徵在於，上述噪音控制系統 還包括安裝在上述集氣室中的振動生成器，用以在上述集氣室中產生對抗 振動能量，以及可操作的控制器，用以從上述傳感器接收上述信號，並依 此通過上述集氣室中的振動生成器生成對感應到的發動機振動能量的上 述對抗振動能量。
10. —種噪音控制系統，其可與製造噪音能量的噪音生成裝置和遠離 噪音生成裝置用以接收上述噪音能量的接收處一起工作，包含-箱式結構，其位於在上述噪音生成裝置和接收處之間延伸的傳遞路徑上；對抗能量生成裝置，其安裝在上述箱式結構中；以及可操作的控制器，用以接收來自上述至少一個傳感器的信號，生成噪 音控制信號，並將上述噪音控制信號發送至上述至少一個對抗能量生成裝 置，以生成對抗噪音能量。
11. 根據權利要求10所述的噪音控制系統，其特徵在於，上述噪音能 量為具有振幅和頻率的生成聲波形式。上述對抗能量生成裝置為揚聲器， 上述控制器向上述揚聲器發送信號，以生成具有頻率和振幅的反聲波，該 頻率和振幅與上述生成聲波的相應振幅和頻率相反，以抵消生成聲波。
12. 根據權利要求11所述的噪音控制系統，其特徵在於，上述箱式結 構包括安裝到形成上述箱式結構的壁上的被動聲音控制材料。
13. 根據權利要求12所述的噪音控制系統，其特徵在於，上述箱式結 構為連接到機動車輛儀錶板的雙艙壁集氣室，其位於上述車輛乘客廂中的 前方位置。
14. 根據權利要求13所述的噪音控制系統，其特徵在於，還包含至少 一個感應車輛運行環境條件的傳感器，上述至少一個傳感器被設置用於感 應由上述噪音生成裝置產生的生成振動能量的頻率和振幅，上述對抗能量 生成裝置也包括安裝在上述集氣室中的振動生成器，用以在上述集氣室中 產生對抗振動能量，以抵消生成振動能量。
15. —種控制噪音能量從產生生成噪音能量的噪音生成裝置到設置成接收上述生成噪音能量的遠距離接收處傳播的方法，包含以下步驟沿在上述噪音生成裝置和上述接收處之間延伸的傳遞路徑截取上述生成噪音能量；沿上述傳遞路徑安裝對抗能量生成裝置；由上述對抗能量生成裝置產生對抗噪音能量，以沿上述傳遞路徑抵消 上述生成噪音能量。
16. 根據權利要求15所述的方法，其特徵在於，上述截取步驟包括以 下步驟使用位於上述傳遞路徑上的箱式結構，上述對抗能量生成裝置安裝在 上述箱式結構中。
17. 根據權利要求16所述的方法，其特徵在於，上述截取步驟還包括 將傳感器安放在上述噪音生成裝置附近以確定上述生成噪音能量的參數 的步驟，上述產生步驟還包括以下步驟由可操作的控制器處理來自上述傳感器表示上述參數的信號，以生成 噪音控制信號，並將上述噪音控制信號發送到上述對抗能量生成裝置，產 生上述對抗噪音能量。
18. 根據權利要求17所述的方法，其特徵在於，上述對抗能量生成裝 置為可操作的揚聲器，用以產生反聲波，上述生成噪音能量包括具有振幅 和頻率的生成聲波，上述產生步驟生成上述具有對抗振幅和對抗頻率的反 聲波，以抵消上述生成聲波。
19. 根據權利要求17所述的方法，其特徵在於，上述對抗能量生成裝 置為可操作的振動生成器，用以產生對抗振動能量，上述生成噪音能量包 括具有振幅和頻率的生成振動能量，上述產生步驟生成上述具有對抗振幅 和對抗頻率的對抗振動能量，以抵消上述生成振動能量。
20. 根據權利要求15所述的方法，其特徵在於，上述箱式結構為機動 車輛儀錶板的雙艙壁集氣室，其位於上述車輛乘客廂中的前方位置，還包 含以下步驟將被動聲音控制材料安裝到形成上述集氣室的壁上。
全文摘要
一種噪音控制系統，針對生成的噪音從噪音源傳播到機動車輛乘客廂中的噪音接收處所途經的路徑。噪音控制系統配置在箱式結構、例如車輛儀錶板的雙艙壁中，以提供發動機噪音可以在其中被控制的限定容積。雙艙壁集氣室將主動噪音控制裝置、例如揚聲器或振動裝置裝在艙壁之間，可與控制算法一起工作，以生成可以控制發動機產生的噪音或振動的聲音。集氣室還可以用被動噪音控制材料處理，例如黏彈性阻尼材料、聲學泡沫或重乙烯基屏障(heavy vinyl barrier)和泡沫，以除了主動噪音控制外還阻止空氣載聲和振動。
文檔編號G10K11/178GK101206854SQ20071019577
公開日2008年6月25日 申請日期2007年12月13日 優先權日2006年12月14日
發明者安倍武, 羅伯特·G·瑞班特二世, 鄭明德 申請人:福特全球技術公司