噪音的间接声学传递控制的制作方法

专利名称：噪音的间接声学传递控制的制作方法
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
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音。
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)禾口可变排量式发动禾几(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。己开发了其它 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l月31日授予ToshiskiKobayashi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10日授予Hiroshi Matsukawa等人的 5,554,83l号美国专禾lj、 1998年10月6日授予Motohiro Orimo等人的5,817，408 号美国专利、2000年8月15日授予KouichiNemoto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Michael Campbdl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沬。
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DavidHein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，扬声器被用于再生消除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，以消除发动机产生的振动噪音。2001 年10月23日授予Hans-WilheimRuhl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。

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、用于发动机所产生的噪音的主动控制系统。
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。
本发明的另一个优点是，主动声学传递功能提供对通过仪表板传入机 动车辆车厢的噪音进行有效控制。
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中提供主动噪音控制。
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。
本发明的另一个特征是，双舱壁集气室可以分成小室，独立的衰减装 置可以位于其中。
本发明的另一个特征是，小室与小室之间的噪音控制水平可以不同。
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 更低苛刻条件的环境中。
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，提供一种针对噪音传播的传递路径的噪音控 制系统，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噪音控制系统得 以实现，其中该噪音控制系统针对生成的噪音从噪音源传播到机动车辆乘 客厢中的噪音接收处所途经的路径。该噪音控制系统配置在箱式结构、例 如车辆仪表板的双舱壁中，以提供发动机噪音可以在其中被控制的限定容 积。双舱壁集气室将主动噪音控制装置、例如扬声器或振动装置装在舱壁
之间，可与控制算法一起工作，以生成可以控制发动机产生的噪音或振动 的声音。集气室还可以用被动噪音控制材料处理，例如黏弹性阻尼材料、
声学泡沫或重乙烯基屏障(heavy vinyl barrier)和泡沫，以除了主动噪音 控制外还阻止空气载声和振动。


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；以及
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。
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。这些传感器可在具有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。
优选地，控制系统为闭合回路系统，其中传感器31、 32用于检测处理 运行参数，例如运行速度、周围温度、天气条件、发动机每分钟转速(RPM) 等等。控制器25通过控制算法使用车辆对这些环境状况做出的声学反应的 数学模型，并响应预设的声能水平生成反声波。
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。
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 可以衬有声学材料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。
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；以及噪音控制系统，其安放在上述箱式结构中，控制上述噪音能量传递到上述乘客厢中。
2. 根据权利要求1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。
3. 根据权利要求2所述的机动车辆，其特征在于，上述噪音控制系统 包括支承在上述车辆上的传感器，用以感应与上述发动机有关的运行条 件。
4. 根据权利要求3所述的机动车辆，其特征在于，上述噪音能量为声 波形式，上述噪音控制系统还包括安装在上述集气室中的扬声器，用以生 成反声波，控制上述发动机声波。
5. 根据权利要求4所述的机动车辆，其特征在于，上述集气室包括安 装在形成上述集气室的壁上的被动声音控制材料。
6. 根据权利要求4所述的机动车辆，其特征在于，上述传感器位于上 述车辆中，以感应上述发动机生成的声波的频率和振幅，并输出表示上述 声波的信号。
7. 根据权利要求6所述的机动车辆，其特征在于，上述噪音控制系统 还包括可操作的控制器，用以从上述传感器接收上述信号，并依此通过上 述集气室中的扬声器生成对感应到的发动机声波的反声波。
8. 根据权利要求3所述的机动车辆，其特征在于，上述传感器位于上 述车辆中，用以感应上述发动机生成的振动能量的频率和振幅，并输出表 示上述发动机振动能量的信号。
9. 根据权利要求8所述的机动车辆，其特征在于，上述噪音控制系统 还包括安装在上述集气室中的振动生成器，用以在上述集气室中产生对抗 振动能量，以及可操作的控制器，用以从上述传感器接收上述信号，并依 此通过上述集气室中的振动生成器生成对感应到的发动机振动能量的上 述对抗振动能量。
10. —种噪音控制系统，其可与制造噪音能量的噪音生成装置和远离 噪音生成装置用以接收上述噪音能量的接收处一起工作，包含-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；对抗能量生成装置，其安装在上述箱式结构中；以及可操作的控制器，用以接收来自上述至少一个传感器的信号，生成噪 音控制信号，并将上述噪音控制信号发送至上述至少一个对抗能量生成装 置，以生成对抗噪音能量。
11. 根据权利要求10所述的噪音控制系统，其特征在于，上述噪音能 量为具有振幅和频率的生成声波形式。上述对抗能量生成装置为扬声器， 上述控制器向上述扬声器发送信号，以生成具有频率和振幅的反声波，该 频率和振幅与上述生成声波的相应振幅和频率相反，以抵消生成声波。
12. 根据权利要求11所述的噪音控制系统，其特征在于，上述箱式结 构包括安装到形成上述箱式结构的壁上的被动声音控制材料。
13. 根据权利要求12所述的噪音控制系统，其特征在于，上述箱式结 构为连接到机动车辆仪表板的双舱壁集气室，其位于上述车辆乘客厢中的 前方位置。
14. 根据权利要求13所述的噪音控制系统，其特征在于，还包含至少 一个感应车辆运行环境条件的传感器，上述至少一个传感器被设置用于感 应由上述噪音生成装置产生的生成振动能量的频率和振幅，上述对抗能量 生成装置也包括安装在上述集气室中的振动生成器，用以在上述集气室中 产生对抗振动能量，以抵消生成振动能量。
15. —种控制噪音能量从产生生成噪音能量的噪音生成装置到设置成接收上述生成噪音能量的远距离接收处传播的方法，包含以下步骤沿在上述噪音生成装置和上述接收处之间延伸的传递路径截取上述生成噪音能量；沿上述传递路径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，以沿上述传递路径抵消 上述生成噪音能量。
16. 根据权利要求15所述的方法，其特征在于，上述截取步骤包括以 下步骤使用位于上述传递路径上的箱式结构，上述对抗能量生成装置安装在 上述箱式结构中。
17. 根据权利要求16所述的方法，其特征在于，上述截取步骤还包括 将传感器安放在上述噪音生成装置附近以确定上述生成噪音能量的参数 的步骤，上述产生步骤还包括以下步骤由可操作的控制器处理来自上述传感器表示上述参数的信号，以生成 噪音控制信号，并将上述噪音控制信号发送到上述对抗能量生成装置，产 生上述对抗噪音能量。
18. 根据权利要求17所述的方法，其特征在于，上述对抗能量生成装 置为可操作的扬声器，用以产生反声波，上述生成噪音能量包括具有振幅 和频率的生成声波，上述产生步骤生成上述具有对抗振幅和对抗频率的反 声波，以抵消上述生成声波。
19. 根据权利要求17所述的方法，其特征在于，上述对抗能量生成装 置为可操作的振动生成器，用以产生对抗振动能量，上述生成噪音能量包 括具有振幅和频率的生成振动能量，上述产生步骤生成上述具有对抗振幅 和对抗频率的对抗振动能量，以抵消上述生成振动能量。
20. 根据权利要求15所述的方法，其特征在于，上述箱式结构为机动 车辆仪表板的双舱壁集气室，其位于上述车辆乘客厢中的前方位置，还包 含以下步骤将被动声音控制材料安装到形成上述集气室的壁上。
全文摘要
一种噪音控制系统，针对生成的噪音从噪音源传播到机动车辆乘客厢中的噪音接收处所途经的路径。噪音控制系统配置在箱式结构、例如车辆仪表板的双舱壁中，以提供发动机噪音可以在其中被控制的限定容积。双舱壁集气室将主动噪音控制装置、例如扬声器或振动装置装在舱壁之间，可与控制算法一起工作，以生成可以控制发动机产生的噪音或振动的声音。集气室还可以用被动噪音控制材料处理，例如黏弹性阻尼材料、声学泡沫或重乙烯基屏障(heavy vinyl barrier)和泡沫，以除了主动噪音控制外还阻止空气载声和振动。
文档编号G10K11/178GK101206854SQ20071019577
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