多腔室噪音控制系统的制作方法

专利名称：多腔室噪音控制系统的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及对机动车辆产生的噪音的控制，更具体地说，涉及 以分成小室以利用各个小室的声共振的箱式结构通过控制噪音从噪音源 沿声学传递路径到达噪音接收处的传播，来减少机动车辆乘客厢中的噪
背景技术：
机动车中动力系统的运行是造成机动车乘客厢中接收到的噪音的主
要来源之一。新的动力系统技术，例如电动阀启动(electronicvalve actuation)禾卩可变排量式发动机(variable displacement engine)，需要新
的控制内部噪音的方法。为了改善消费者感知内部噪音的质量，乘客厢主 动噪音控制已成为研究的流行策略。这些噪音控制方法将在以下相对于公 知技术进行讨论。总体上，这些方法成本高，且其仅控制问题的接收终端， 例如乘客、驾驶员的耳朵位置，这会影响乘客的听说能力。已开发了其它 针对源头的控制噪音方法，例如对进气或排气系统的主动控制。然而，主 动控制能力受到限制，并且非常复杂而且昂贵。因此，即使主动噪音控制 的方法和技术能力已存在多年，主动噪音控制系统还是未被证明得到普 及。
乘客厢主动声音抑制技术的例子可见1985年3月19日授予Shinichi Matsui的4，506，380号美国专利，其中，向位于车辆仪表板中的扬声器单独 地施加电压，以选择性控制相对于发动机振动产生的共振。类似地，1995 年1月31日授予Toshiski Kobayashi等人的5，386,372号美国专利公开了一种
主动振动/噪音控制系统，其中，扬声器排列在乘客厢仪表板的适当位置上， 以控制来自发动机的噪音。自膨胀发动机底座具有压电元件(piezoelectric element)或磁致伸縮元件(magnetostrictive element)制成的激发器，以防 止振动从发动机传播。
在整个机动车辆中都使用被动吸声材料以减少噪音的传播。2006年3 月28日授予Girma Gebreselassie等人的7，017，250号美国专利中可以看到这 样的例子，其中，前舱壁隔音系统具有由泡沫制成的基板，其用于吸收导 向前舱壁隔音装置的声音。1986年3月11日授予Heinemann Gahlaii等人的 4，574,915号美国专利中，由黏弹性泡沫材料制成的隔音覆层安装在前端舱 壁的表面，以提供隔音区域。如1992年3月10日授予TakashiMaeda等人的 5,094，318号美国专利、1996年9月lO日授予Hiroshi Matsukawa等人的 5,554，831号美国专利、1998年10月6日授予Motohiro Orimo等人的5,817，408 号美国专禾U 、 2000年8月15日授予Kouichi Nemoto的6， 102，465号美国专利以 及2003年4月29日授予Kyoichi Watanabe的6，554，101号美国专利所公开的， 将吸声材料用在车辆的仪表板区域提供被动噪音控制系统，其防止发动机 舱产生的噪音传播到乘客厢中。
2004年7月27日授予Christian Junker、并转让给福特全球技术公司 (Ford Global Technologies, LLC)的6，767，050号美国专利和2006年7月4日 授予Michad Campbell的7，070，848号美国专利中公开了一种由注模泡沫(cast foam)制成的隔音系统，其装在车辆仪表板在水平和垂直部分，以 减少来自发动机舱的不想要的噪音和振动的传播。2005年7月14日公开的 JayTudor等人的公布号为2005/0150720的美国专利申请公开了一种用于 减少噪音从发动机到车辆内部传播的机动车前舱壁隔音系统，其由吸声层 形成，该吸声层包含黏弹性泡沫。
在2003年7月8日授予JunOkada等人的6,589，643号美国专利中可以看到一种使用压电控制系统配置的噪音控制系统，其中，将吸声材料、例如 压电材料用于在车辆中对仪表板隔音，以吸收和防止低频噪音从发动机进 入到乘客厢中。2004年7月8日公开的David Hein的公布号为2004/0130081 的美国专利申请中，公开了一种包含在仪表板中的各种结构之间的压电激 发器和传感器总成，其用以使仪表板结构中的振动最小化。 自适应滤波器亦已被用于控制噪音源、例如机动车发动机产生的噪
音，如1992年7月14日授予Hiroyuki Hashimoto等人的5,131,047号美国专利 所公开的，其中，扬声器被用于再生控制发动机噪音的发动机噪音。在1994 年6月14日授予Yi Yuan的5，321，759号美国专利中，将具有横向滤波器的自 适应滤波器用于主动噪音控制系统，以控制发动机产生的振动噪音。2001 年10月23日授予Hans-Wilheim Ruhl的6,305，732号美国专利公开了将定向 传声器集成到仪表板中，以获得控制机动车噪音的定向效果。在2001年11 月27日授予HenryAzima等人的6，324，294号美国专利中，将扩音器面板粘 附或安装在机动车仪表板中。2004年12月2日公开的Yoshio Nakamura的公 布号为2004/0240678的美国专利申请公开了一种主动噪音控制系统，其使 用扬声器控制发动机产生的有问题的噪音。
需要提供一种针对传播路径、而不是噪音源或接收处减少发动机噪音 的系统。还需要提供一种系统，其利用设置成与传递路径横向交叉的箱式 结构，使得该结构的固有声共振可被用于辅助控制传播噪音。

发明内容
本发明的一个目的是，通过提供一种针对噪音传播的传递路径的噪音 控制系统，克服上述公知技术的缺点。
本发明的另一个目的是，提供一种配置在机动车仪表板的双舱壁集气 室中、用于控制发动机所产生的噪音的自适应系统。
本发明的一个特征是车辆仪表板的双舱壁集气室沿传递路径设置，发 动机噪音沿该传递路径传播到乘客厢中。
本发明的一个优点是，在双舱壁集气室中应用声音控制技术针对的是 噪音的传播，而不是针对噪音源或噪音接收处。
本发明的另一个特征是，双舱壁集气室的限定容积有助于提供更有效 的噪音控制系统。 本发明的另一个优点是，配置简单的硬件和软件就可以在车辆仪表板 的双舱壁集气室中提供低成本、高性能的主动噪音控制，以在乘客厢内影 响噪音。
本发明的另一个目的是，通过阻断噪音传播的传递路径来减少发动机 噪音传播到机动车辆的乘客厢中。
本发明的另一个特征是，在机动车仪表板的双舱壁集气室中提供自适 应噪音控制系统。
本发明的另一个特征是，利用双舱壁集气室中的扬声器控制通过集气 室传播的发动机噪音。
本发明的另一个优点是，集气室可以用安装在形成舱壁的金属板表面 的吸声声学材料阻尼。
本发明的另一个优点是，该噪音控制系统可以置于比在噪音源中使用 的较低的苛刻条件的环境中。
本发明的另一个优点是，该噪音控制系统可以适用于任何采用双舱壁 仪表板设计的机动车辆中。
本发明的另一个目的是，将与传播噪音的传递路径交叉的箱式结构分 成小室，在每个小室中设有用于产生对抗噪音生成装置的设备。
本发明的另一个特征是，各小室具有固有的声共振，其可用于放大在 其中生成的对抗噪音，以控制噪音沿传递路径传播。
本发明的另一个优点是，在双舱壁集气室中形成的各小室固有的声共 振会增强噪音控制系统的运行。
本发明的另一个特征是，双舱壁集气室中的内壁可以设置成提供可变 几何形状的小室。
本发明的另一个优点是，内部小室的不同几何形状提供相应的不同声 共振，其可以调整以提供最佳的包装和噪音控制策略。
本发明的另一个特征是，双舱壁集气室中形成的各小室可以为不同的 声学模式调整。
本发明的另一个优点是，允许传递到乘客厢驾驶员侧的噪音可以不同 于允许传递到乘客厢乘客侧的噪音。
本发明的另一个目的是，提供一种噪音控制系统，其采用沿噪音传播 的传递路径放置的多腔室集气室设计，其结构经久耐用、制造成本低、维 护方便、组装简易并且使用方便有效。
这些以及其它目的、特征和优点根据本发明通过提供箱式结构内可操 作的噪音控制系统得以实现，该箱式结构由车辆仪表板的双舱壁集气室提 供，该双舱壁集气室位于传递路径中，噪音沿该传递路径从生成噪音的声 源传播到汽车乘客厢中的噪音接收处。该集气室分成分立的集气室，在各 集气室内提供对抗噪音生成装置，以产生对抗噪音抵消声源生成的噪音。 小室的声共振对噪音控制能量进行放大。各个小室的几何形状可以变化， 以优化包装和声音控制或修整策略。允许穿过集气室到达乘客厢驾驶员侧 的声音能量可以调整成不同于乘客侧接收的噪音。


本发明的优点在考虑以下对发明的详细说明、尤其是结合附图时将变 得显而易见，其中
图l为具有结合了本发明原理的噪音控制系统的机动车辆的局部示意 性侧视立面图2为具有双舱壁集气室(dual bulkhead plenum)的机动车辆的局部 示意性透视图，噪音控制系统配置在上述双舱壁集气室中，以控制发动 机噪音传播到乘客厢；
图3为利用安装在机动车仪表板的双舱壁集气室中的扬声器的主动噪 音控制系统的示意图；图4为双舱壁集气室的示意性侧视立面图，用以说明集气室中声学材 料的应用；
图5为分成分立小室的集气室的示意性正视立面图，在所述各小室内 放置有对抗噪音生成装置；
图6为图5所示集气室的示意性俯视平面图7为分成分立小室的集气室的示意性正视立面图，所述小室具有位 置可变的内壁，以形成具有可调几何形状的内部小室，内壁的移动以双点 划线表示；以及
图8为图7所示集气室的示意性俯视平面图。
具体实施例方式
参照图l-4，可见结合了本发明原理的机动车辆。对进入机动车乘客 厢的不期望的噪音进行控制已成为最近研发的主题。某些噪音控制系统采 用在声波进入乘客厢之后对其进行对抗的方法，例如，通过适当排列在乘 客厢中的扬声器引入反向的声波。其它的噪音控制系统采用在声波产生点 对其进行对抗的方法，例如通过适当地位于发动机内和/或发动机周围、例 如位于发动机进气管上的扬声器引入反向的声波。本发明采用独特的方法 通过沿噪音的传播路径、不同于在接收处或产生处反声波控制噪音。
为了控制音源、例如发动机13和接收处、例如机动车10的乘客厢12之 间的声音传递，沿产生处和接收处之间的传递路径放置箱式结构，其在本 申请中定义为具有固定的容积。在某些机动车辆10中，仪表板15具有位于 发动机和乘客厢之间的双舱壁集气室20。双舱壁集气室20提供适合的箱式 结构，以控制声波或振动沿传递路径穿过仪表板15进入乘客厢12的传递。 由于穿过集气室20的声音或振动能量的低水平以及集气室20的限定容积， 成本极低、但性能高的主动噪音控制系统可以用在使用相对简单的硬件和 软件系统的集气室20中。噪音控制系统30可以包括发动机舱中的传感器31 ，其用以确定由发动 机31产生的、穿过双舱壁集气室20传递到乘客厢12的声能的频率和振幅， 以及乘客厢12中的传感器32,其用以确定传播到乘客厢12中的声能的频率 和振幅。这些传感器31探知车辆10的声学环境，并且可以感应诸如温度、 车速和发动机每分钟转速(RPM)的条件。因此，这些传感器31可在使用 控制算法的开放回路控制系统中使用，其中的控制算法可以生成由集气室 20内扬声器35引入的反声波。控制器25响应这些环境条件通过控制算法使 用车辆声学反应的数学模型，并响应预设的声音能量水平产生声波的抵消。
因此，将扬声器35置于集气室20内，以引入对抗声能，控制沿传递路 径穿过集气室20传播的声能。振动能也可以由相反的抵消振动能对抗，该 相反的抵消振动能由振荡器36导至集气室20内，该振荡器36在图4中示意 性表示，其在集气室壁上产生振动，该振动具有与发动机13或其它车辆部 件发射、并穿过集气室20传播的振动相反的频率和振幅。作为提供与穿过 集气室20的声音和/或振动相反的频率和振幅的可选方法，扬声器35和/或 振荡器36可以通过提供部分相反的频率和振幅对穿过集气室20传播的声 音进行整形，从而可使预先设定的声音或振动到达乘客厢。
不同于传统的前馈/反馈(feedforward/feedback)主动噪音控制，自 适应横向滤波器可以用在噪音控制系统30中。自适应控制是一种特殊类型 的开放回路主动控制，控制器25在其中使用车辆声学反应、以及可能的激 发器和传感器的数学模型。由于声学环境可能因为车辆10的温度和其它运 行条件的变化而随时间发生变化，所以控制器25监控反应，例如通过传 感器32识别噪音控制系统30控制生成噪音的成功，并持续或周期性地更新 系统的内部慢性。
可选择地，或作为对扬声器35和/或振荡器36的任选添加，集气室20 可以排列有声学材料27、 29，如图4所示。这种被动声音管理方法的例子 有声阻尼材料，例如具有黏弹性表面阻尼板，用以提供宽温度和频率范围 的高阻尼。吸声材料，例如声学泡沫29可以提供最小厚度的施加到集气室
20的金属板表面以减少振动的泡沫层和最大的吸声效果。声屏障材料，例 如具有减少撞击噪音的泡沫的用以阻止空气载声的重乙烯基屏障27，提供 最大的声音衰减和传播损耗。将被动声学材料和主动声音控制系统30结 合，可以提供高性能的噪音控制系统，如图4所示。
现参照图5-8，可以用内壁22将集气室20分成多个分立的小室24。每 个小室24具有安装在其中的噪音控制系统，例如扬声器35和振动生成器 36。每个小室24将具有固有的声共振。该声共振可以用于放大由噪音控制 系统30生成的抵消噪音。这样，就可以用简单硬件或软件系统实现低成本 和高性能的主动噪音控制。尽管附图中表示了五个小室24，但是集气室中 小室24的数量将根据集气室20的几何形状、所使用的噪音控制系统30的具 体情况以及所需效果来提供，以下将对此详细说明。因为各个小室24会承 受不同的生成噪音能量，所以控制器25可操作用以独立控制小室24内的每 个扬声器35和/或振动器36，以使每个小室24产生不同的对应于穿过小室24 的噪音能量的噪音控制能量。
如图7-8所示，通过提供多组吊架(图中未表示)可以使内壁22在集 气室20内发生位置变化，内壁22可以安装在上述铰链上。这样，小室24可 以具有不同的几何形状和随之而来的不同的声共振。因此，各小室24可以
为乘客厢12的不同部分定尺寸并调整成提供不同的想要的结果。例如，如 果发动机生成的某些声音和/或某些路面噪音被认为是车辆10的驾驶员所 需的，而该噪音对车辆10相对一侧的乘客来说是不想要的，则可以对相应 的小室24进行设置，以这样的方式为放大噪音控制能量提供所需的声学模 式，S卩，使某些噪音频率穿过集气室20到达乘客厢12的驾驶员侧，而排除 这些频率进入乘客厢12的乘客侧。此外，小室24可以设置成相对于噪音控 制系统30将要采用的声音控制或声音整形策略优化扬声器35的包装和/或 振动器36的输出功率。
应该理解，上述用于解释本发明原理的对部件的细节、材料、步骤和 排列的说明和阐述可以发生改变，并且所属技术领域的技术人员在阅读本 公开之后，在本发明的原理和保护范围内也可以做出这样的改变。以上对 本发明的较佳实施例进行了说明，然而，基于该说明的思想也可以用于其 它实施例中，而不脱离本发明的保护范围。
例如，本噪音控制系统可以调整和扩展，以用于其它车辆结构中，例 如车轮挡泥板和行李箱，只要可以在车辆结构的范围内可以实现固定的容 积。本噪音控制技术的其它应用可以包括施工设备以及其它重型设备、航 空航天业以及供暖、通风和空调业。
权利要求
1.一种机动车辆，包含底盘，其确定发动机舱和纵向间隔的乘客厢；发动机，其安装在上述发动机舱中并可运行生成噪音能量；横向的箱式结构，其设在上述发动机舱和上述乘客厢之间、从上述发动机传播到上述乘客厢的噪音能量的传递路径中，上述箱式结构被纵向延伸的内壁分成多个分立的小室；以及噪音控制系统，其安放在上述箱式结构的每个上述小室中，控制上述噪音能量传递到上述乘客厢中，上述噪音控制系统包括抵消噪音生成装置，其位于每个上述小室内，并且可操作地为生成噪音能量制造抵消噪音能量。
2. 根据权利要求1所述的机动车辆，其特征在于，所述控制系统还包 括可操作地连接至上述抵消噪音生成装置的控制器，以在每个小室中独立 于其它小室操作抵消噪音生成装置。
3. 根据权利要求2所述的机动车辆，其特征在于，操作一个小室中的 抵消噪音生成装置，使得某些生成噪音能量能够穿过，到达乘客厢，而操 作另一个小室以控制上述某些生成噪音能量。
4. 根据权利要求2所述的机动车辆，其特征在于，上述内壁可以位于 不同的横向隔开的位置，以向各个小室提供不同的几何构造，导致相应的 不同声共振。
5. 根据权利要求4所述的机动车辆，其特征在于，每个小室的声共振 用作抵消噪音生成装置生成的抵消噪音能量的放大器。
6. 根据权利要求5所述的机动车辆，其特征在于，横向的箱式结构为 连接到仪表板的双舱壁集气室，其中该仪表板位于上述乘客厢中的前方位置。
7. 根据权利要求6所述的机动车辆，其特征在于，上述乘客厢分成驾 驶员侧和乘客侧，操作与上述驾驶员侧相应的小室使得某些生成噪音能量 穿过小室进入上述驾驶员侧，同时操作与上述乘客侧相应的小室以控制上 述某些生成噪音能量。
8. 根据权利要求7所述的机动车辆，其特征在于，上述噪音控制系统 还包括连结至上述控制器的环境传感器，用以提供表示与上述生成噪音能 量有关的运行环境条件的信号，以及位于上述乘客厢内并连结至上述控制 器的反应传感器，用以提供表示到达上述乘客厢的生成噪音能量的信号。
9. 一种噪音控制系统，其可与制造生成噪音能量的噪音生成装置和远 离上述噪音生成装置用以接收上述生成噪音能量的接收处一起工作，包箱式结构，其位于在上述噪音生成装置和接收处之间延伸的传递路径 上，上述箱式结构被内壁分成横向隔开的小室；对抗能量生成装置，其位于每个小室中以产生对抗噪音能量，抵消上 述生成噪音能量。
10. 根据权利要求9所述的噪音控制系统，其特征在于，还包含可操 作地连结至每个上述对抗能量生成装置的控制器，用以独立操作每个上述 对抗能量生成装置。
11. 根据权利要求10所述的噪音控制系统，其特征在于，还包含.-相对于上述噪音生成装置设置的环境传感器，用以检测与上述噪音生 成装置有关的运行环境条件，上述环境传感器可操作地连结至上述控制 器，用以接收来自上述环境传感器、表示上述运行环境条件的信号；以及位于上述接收处附近的反应传感器，用以检测上述接收处接收的生成 噪音能量，上述反应传感器可操作地连结至上述控制器，用以接收来自上 述反应传感器、表示上述接收处接收的生成噪音能量的信号。
12. 根据权利要求11所述的噪音控制系统，其特征在于，上述内壁可 以位于不同的横向间隔位置，以向各个小室提供不同的几何构造，导致相 应的不同声共振。
13. 根据权利要求12所述的噪音控制系统，其特征在于，每个小室的 声共振用作抵消噪音生成装置生成的抵消噪音能量的放大器。
14. 根据权利要求13所述的噪音控制系统，其特征在于，箱式结构为 连接到机动车辆仪表板的双舱壁集气室，其中该仪表板位于上述车辆的乘 客厢中的前方位置。
15. 根据权利要求14所述的噪音控制系统，其特征在于，上述乘客厢 分成驾驶员侧和乘客侧，操作与上述驾驶员侧相应的小室使得某些生成噪 音能量穿过小室进入上述驾驶员侧，同时操作与上述乘客侧相应的小室以 控制上述某些生成噪音能量。
16. —种在机动车中控制噪音能量传播的方法，该机动车具有制造生 成噪音能量的噪音生成装置和接收上述生成噪音能量的乘客厢，该方法包 含以下步骤用横向延伸的箱式结构沿着在上述噪音生成装置和上述乘客厢之间 延伸的传递路径截取上述生成噪音能量；用安装在上述箱式结构内的内壁将上述箱式结构分割成横向设置的 小室；在每个上述小室内安装对抗能量生成装置；由上述对抗能量生成装置产生对抗噪音能量，以抵消上述穿过每个上 述小室传播的生成噪音能量。
17. 根据权利要求16所述的方法，其特征在于，上述分割步骤产生具 有不同几何构造的小室，上述产生步骤调整成各个上述小室的固有声共 振。
18. 根据权利要求16所述的方法，其特征在于，上述产生步骤对于穿 过至少两个上述小室的生成噪音能量的传播提供选择性的不同结果，上述 至少两个小室分别对应于上述乘客厢的驾驶员侧和乘客侧。
19. 根据权利要求16所述的方法，其特征在于，上述箱式结构为上述 汽车仪表板的双舱壁集气室，上述对抗能量生成装置包括可操作的扬声 器，用以生成抵消声波，以抵消上述生成噪音能量中的生成声波，上述安 装步骤包括将上述扬声器之一安装到各个上述小室内的步骤。
20. 根据权利要求19所述的方法，其特征在于，还包含以下步骤用可操作的传感器感应上述机动车的运行环境条件，以生成表示上述 运行环境条件的信号；以及将上述传感器可操作地连结至控制器，该控制器可操作，用以在抵消 声音生成中独立地控制每个上述扬声器，以抵消上述穿过每个上述小室的 生成声波。
全文摘要
一种箱式结构内可操作的噪音控制系统，该箱式结构由车辆仪表板的双舱壁集气室提供，该双舱壁集气室位于传递路径中，噪音沿该传递路径从生成噪音的声源传播到汽车乘客厢中的噪音接收处。该集气室分成分立的集气室，在各集气室内提供对抗噪音生成装置，以产生对抗噪音抵消声源生成的噪音。小室的声共振对噪音控制能量进行放大。各个小室的几何形状可以变化，以优化包装和声音控制或修整策略。允许穿过集气室到达乘客厢驾驶员侧的声音能量可以调整成不同于乘客侧接收的噪音。
文档编号G10K11/178GK101206855SQ200710195778
公开日2008年6月25日 申请日期2007年12月13日 优先权日2006年12月14日
发明者安倍武, 罗伯特·G·瑞班特二世, 郑明德 申请人:福特全球技术公司