RU2275520C2 - Method of and device for complex suppression of vehicle noise - Google Patents
Method of and device for complex suppression of vehicle noise Download PDFInfo
- Publication number
- RU2275520C2 RU2275520C2 RU2003103211/06A RU2003103211A RU2275520C2 RU 2275520 C2 RU2275520 C2 RU 2275520C2 RU 2003103211/06 A RU2003103211/06 A RU 2003103211/06A RU 2003103211 A RU2003103211 A RU 2003103211A RU 2275520 C2 RU2275520 C2 RU 2275520C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- noise
- vibration
- engine
- sources
- vehicle
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Soundproofing, Sound Blocking, And Sound Damping (AREA)
- Exhaust Silencers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к машиностроению, преимущественно к устройству транспортных средств и двигателей внутреннего сгорания.The invention relates to mechanical engineering, mainly to the device of vehicles and internal combustion engines.
Проблема снижения уровня низкочастотного шума, излучаемого автотранспортными средствами в окружающую среду, является наиболее острой. Если высокочастотный шум быстро затухает по мере распространения, то низкочастотный распространяется без особого поглощения на значительные расстояния. Не менее остро стоит вопрос борьбы с низкочастотными вибрациями, передающимися в пассажирский салон и являющимися источником дискомфорта.The problem of reducing the level of low-frequency noise emitted by vehicles into the environment is the most acute. If high-frequency noise attenuates rapidly as it propagates, then low-frequency noise propagates without significant absorption over significant distances. No less acute is the issue of combating low-frequency vibrations transmitted to the passenger compartment and being a source of discomfort.
Известны устройства снижения шума транспортных средств, основанные на пассивном снижении (за счет использования звукопоглощающих и звукоизолирующих материалов) шума различных элементов и систем транспортных средств. При снижении низкочастотного шума использование звукопоглощающих и звукоизолирующих материалов дает недостаточный эффект снижения, кроме того, увеличивается общая масса транспортного средства, занимается дополнительное пространство и др., стоимость глушителя шума.Known devices for reducing vehicle noise based on passive reduction (through the use of sound-absorbing and sound-insulating materials) of the noise of various elements and systems of vehicles. When reducing low-frequency noise, the use of sound-absorbing and sound-insulating materials gives an insufficient reduction effect, in addition, the total mass of the vehicle increases, additional space is occupied, etc., the cost of the noise muffler.
При активном подавлении низкочастотного шума эффективность снижения шума значительно повышается.With the active suppression of low-frequency noise, the noise reduction efficiency is significantly increased.
В качестве прототипа выбрана система активного шумоглушения, патент США № 5359662, предназначенная для ДВС, например автомобильного, и являющаяся многоканальной. Каждый канал обеспечивает глушение разных источников шума (впускная система ДВС, выпускная система, узлы крепления ДВС к раме и др.). Шум каждого источника может быть разложен на ряд гармонических составляющих разной частоты, зависящих от скоростного режима ДВС. В каждом канале системы имеется свой генератор (или генераторы) сигналов, подающий их с учетом скоростного режима ДВС на адаптивный фильтр (или фильтры), после чего в зоне возникновения шума подается шумогасящий комбинированный сигнал. Устанавливаемый в этой зоне датчик выявляет наличие остаточного шума и корректирует настройку адаптивного фильтра.As a prototype of the selected active noise suppression system, US patent No. 5359662, designed for internal combustion engines, such as automobile, and which is multi-channel. Each channel provides damping of various sources of noise (ICE intake system, exhaust system, ICE fastening units to the frame, etc.). The noise of each source can be decomposed into a number of harmonic components of different frequencies, depending on the speed regime of the internal combustion engine. Each channel of the system has its own generator (or generators) of signals, which feeds them, taking into account the speed mode of the internal combustion engine, to the adaptive filter (or filters), after which a noise-suppressing combined signal is supplied in the zone of occurrence of noise. A sensor installed in this zone detects the presence of residual noise and adjusts the adaptive filter setting.
В свою очередь, выбранная в качестве прототипа система обладает рядом недостатков. Во-первых, система-прототип обеспечивает снижение шума, генерируемого двигателем внутреннего сгорания транспортного средства только в низкочастотном диапазоне; во-вторых, она предусматривает подачу шумогасящего комбинированного сигнала только в какую-либо одну зону возникновения шума, но не позволяет достичь одновременного комплексного снижения низкочастотного шума, генерируемого двигателем внутреннего сгорания транспортного средства. В-третьих, не в полной мере учитываются специфические свойства генерации шума и вибрации транспортного средства, оснащенного двигателем внутреннего сгорания, а необходимость наличия генератора (генераторов) сигналов в каждом канале системы делает ее дорогостоящей. В-четвертых, система-прототип не позволяет учитывать взаимосвязь виброакустических полей моторного отсека и пассажирского салона автотранспортного средства. В-пятых, не учитывается когерентное излучение низкочастотного шума свободными срезами воздухозаборного патрубка воздухоочистителя и хвостовой трубы глушителя системы выхлопа. В-шестых, не продуман механизм помехозащищенности активной системы от влияния внешних факторов.In turn, the system selected as a prototype has a number of disadvantages. Firstly, the prototype system reduces the noise generated by the vehicle’s internal combustion engine only in the low frequency range; secondly, it provides for the supply of a noise-suppressing combined signal only to any one zone of noise generation, but does not allow to achieve a simultaneous comprehensive reduction of low-frequency noise generated by the vehicle’s internal combustion engine. Thirdly, the specific properties of the generation of noise and vibration of a vehicle equipped with an internal combustion engine are not fully taken into account, and the need for a signal generator (s) in each channel of the system makes it expensive. Fourth, the prototype system does not allow for the relationship of the vibro-acoustic fields of the engine compartment and the passenger compartment of the vehicle. Fifthly, the coherent emission of low-frequency noise by free sections of the air intake pipe of the air cleaner and the tail pipe of the exhaust system muffler is not taken into account. Sixth, the mechanism of noise immunity of the active system from the influence of external factors has not been thought out.
Предлагаемые способ и устройство комплексного снижения низкочастотного шума транспортного средства в значительной мере лишены этих недостатков.The proposed method and device for the integrated reduction of low-frequency noise of a vehicle is largely devoid of these disadvantages.
Задача изобретения - повышение эффективности снижения низкочастотного шума транспортного средства, оснащенного двигателем внутреннего сгорания. Поставленная задача достигается тем, что в способе снижения шума транспортного средства, оснащенного двигателем внутреннего сгорания, заключающемся в том, что глушат шум и вибрации, генерируемые двигателем путем формирования компенсирующего сигнала, при этом шум и вибрацию разлагают на ряд гармонических составляющих разной частоты, а при глушении обеспечивают снижение внешнего и внутреннего шума, генерируемого двигателем транспортного средства, обеспечивают одновременное снижение внешнего и внутреннего низкочастотного шума, при этом учитываются когерентное излучение низкочастотного шума свободными срезами воздухозаборного патрубка воздухоочистителя и хвостовой трубы глушителя системы выхлопа, компенсирующий сигнал с амплитудой, эквивалентной амплитуде заглушаемого шума и с противоположной фазой излучают в зоны компенсации вблизи свободных срезов воздухозаборного патрубка и хвостовой трубы, а датчики звука и вибрации устанавливают в зонах наименьшего влияния внешних факторов и от определяемых нежелательных источников аэродинамического и структурного шума на расстоянии, не превышающем 1/10λ, где λ - длина волны определяемого шума, при этом дополнительно производят шумовиброгашение путем использования в моторном отсеке и пассажирском салоне звуковибропоглощающих и звуковиброизолирующих материалов.The objective of the invention is to increase the efficiency of reducing low-frequency noise of a vehicle equipped with an internal combustion engine. The problem is achieved in that in a method of reducing noise of a vehicle equipped with an internal combustion engine, which consists in damping the noise and vibrations generated by the engine by generating a compensating signal, the noise and vibration are decomposed into a number of harmonic components of different frequencies, and when jamming provide a reduction of external and internal noise generated by the vehicle engine, provide a simultaneous reduction of external and internal low-frequency noise, at m coherent radiation of low-frequency noise is taken into account by free sections of the air intake pipe of the air cleaner and the tail pipe of the exhaust silencer, a compensating signal with an amplitude equivalent to the amplitude of the muffled noise and with the opposite phase is emitted into the compensation zones near free sections of the air pipe and tail pipe, and sound and vibration sensors are installed in areas of least influence of external factors and from identified undesirable sources of aerodynamic and structural noise at a distance of not more than 1 / 10λ, where λ - wavelength determined by the noise, thus further shumovibrogashenie produced by utilizing in the engine compartment and the passenger compartment and zvukovibropogloschayuschih zvukovibroizoliruyuschih materials.
Поставленная задача достигается также тем, что в устройстве комплексного снижения шума транспортного средства, оснащенного двигателем внутреннего сгорания, содержащем систему формирования компенсирующего сигнала, каналы которой обеспечивают глушение шума разных источников и вибрации, генерируемых двигателем, причем система связана с датчиком частоты и содержит датчики звука, датчики вибрации, блок управления, адаптивные фильтры, источники антишума и источники антивибрации, контур, образованный каналами, соединенными с источниками антишума и гасителями структурного шума и вибрации, передающихся от корпуса, опор двигателя в окружающую среду и в пассажирский салон транспортного средства, а система дополнительно содержит контур, учитывающий когерентное излучение низкочастотного шума свободными срезами воздухозаборного патрубка воздухоочистителя и хвостовой трубы глушителя системы выхлопа, образованный каналами, соединенными с патрубком и с хвостовой трубой посредством акустических волноводов, излучающих компенсирующий звуковой сигнал в зоны компенсации вблизи свободных срезов воздухозаборного патрубка и хвостовой трубы, и контур, образованный каналами, соединенными с источниками антишума и антивибрации в пассажирском салоне транспортного средства, причем датчики звука и вибрации установлены в зонах наименьшего воздействия внешних факторов в точках снаружи и внутри транспортного средства, а расстояние от датчиков звука и вибрации до определяемых внешних источников аэродинамического или структурного шума не превышает 
Источники антишума могут быть выполнены в виде громкоговорителей, заключенных в помехозащищающие кассеты, а источники антивибрации выполнены в виде активных и пассивных виброизолирующих опор.Sources of anti-noise can be made in the form of loudspeakers enclosed in anti-interference cassettes, and anti-vibration sources are made in the form of active and passive vibration-isolating supports.
Характеристики источников антишума и гасителей структурного шума и вибрации могут быть предварительно заложены в блоке управления системы формирования компенсирующего сигнала на основании проведенных ранее исследований виброакустических характеристик данного конкретного транспортного средства.The characteristics of the sources of anti-noise and absorbers of structural noise and vibration can be preliminarily laid down in the control unit of the system for generating a compensating signal based on previous studies of the vibro-acoustic characteristics of this particular vehicle.
При формировании компенсирующих антишумовых и антивибрационных сигналов может учитываться угол открытия дроссельной заслонки двигателя и может использоваться генератор (или генераторы) сигналов.When generating compensating anti-noise and anti-vibration signals, the opening angle of the engine throttle can be taken into account and a signal generator (or generators) can be used.
На фиг.1 схематически показаны пути передачи аэродинамического и структурного шума, генерируемого двигателем внутреннего сгорания, в окружающую среду и в пассажирский салон транспортного средства.Figure 1 schematically shows the transmission paths of aerodynamic and structural noise generated by an internal combustion engine into the environment and into the passenger compartment of a vehicle.
На фиг.2 представлена схема транспортного средства, оснащенного двигателем внутреннего сгорания, содержащая устройство комплексного снижения низкочастотного шума.Figure 2 presents a diagram of a vehicle equipped with an internal combustion engine containing a device for comprehensively reducing low-frequency noise.
На фиг.3 (а и б) представлены схематические варианты формирования активного компенсирующего сигнала и расположения конструктивных элементов блока управления системы формирования компенсирующего сигнала.Figure 3 (a and b) shows schematic options for the formation of an active compensating signal and the location of the structural elements of the control unit of the system for generating a compensating signal.
Транспортное средство, оснащенное двигателем внутреннего сгорания (ДВС) содержит датчик частоты работы двигателя внутреннего сгорания 1, многоканальную систему формирования антишумовых и антивибрационных компенсирующих сигналов 2, акустический волновод 3 (воздухозаборный патрубок двигателя внутреннего сгорания), моторный отсек транспортного средства 4, пассажирский салон транспортного средства 5, акустический волновод 6 (выхлопную трубу двигателя внутреннего сгорания), источники шума и вибрации, генерируемых двигателем внутреннего сгорания (пассивные источники) 7, источники антишума и антивибрации (активные источники) 8; акустический волновод 9, соединяющий источник антишума с зоной свободного среза воздухозаборного патрубка двигателя внутреннего сгорания, и акустический волновод 10, соединяющий источник антишума с зоной свободного среза выхлопной трубы двигателя внутреннего сгорания. Источник антишума или антивибрации 8 соединен с блоком управления системы формирования антишумовых и антивибрационных компенсирующих сигналов 2, связанной с датчиком 1 частоты работы двигателя.A vehicle equipped with an internal combustion engine (ICE) contains a sensor for operating the
Автомобильный двигатель внутреннего сгорания можно рассматривать в качестве основного источника как аэродинамического, излучаемого в окружающую среду свободными срезами воздухозаборного и выпускного патрубков двигателя шума, так и структурного шума, передающегося через опоры двигателя на переднюю панель и генерирующего, наряду с аэродинамическими источниками шума низкочастотные «гуловые» шумы в пассажирском салоне автомобиля.An automobile internal combustion engine can be considered as the main source of both aerodynamic noise emitted into the environment by free sections of the intake and exhaust nozzles of the engine noise, and structural noise transmitted through the engine mounts to the front panel and generating, along with aerodynamic noise sources, low-frequency “hum” noise in the passenger compartment of the car.
Общий уровень виброакустического излучения, генерируемого двигателем внутреннего сгорания и передающегося как в окружающую среду, так и в пассажирский салон транспортного средства, можно представить следующим образом:The general level of vibro-acoustic radiation generated by the internal combustion engine and transmitted both to the environment and to the passenger compartment of the vehicle can be represented as follows:
где:Where:
Р∑ - общий уровень аэродинамического и структурного шума, генерируемого двигателем внутреннего сгорания транспортного средства;P ∑ - the general level of aerodynamic and structural noise generated by the vehicle’s internal combustion engine;
РАос - аэродинамический шум в контрольной точке 1÷I (путь передачи А аэродинамического шума впуска транспортного средства в окружающую среду;R Aos - aerodynamic noise at the
РВос - аэродинамический шум в контрольной точке 1÷К (путь передачи В аэродинамического шума выхлопа транспортного средства в окружающую среду);P Vos - aerodynamic noise at the
РМос - аэродинамический или структурный шум в контрольной точке 1÷L (путь передачи М другого источника аэродинамического или структурного шума в окружающую среду, генерируемого ДВС);P Mos - aerodynamic or structural noise at the
РСсал - структурный шум в контрольной точке 1÷О (путь передачи С структурного шума отпор ДВС в пассажирский салон транспортного средства);R Ssal - structural noise at the
РDсал - аэродинамический шум в контрольной точке 2÷Т (путь передачи D аэродинамического шума выхлопа в пассажирский салон транспортного средства);R Dsal - aerodynamic noise at the
РNсал - структурный шум в контрольной точке 2÷U (путь передачи N другого источника структурного шума, генерируемого ДВС, в пассажирский салон транспортного средства).P Nsal - structural noise at the
РYсал - аэродинамический шум в контрольной точке 2÷Z (путь передачи Y другого источника аэродинамического шума, генерируемого ДВС, в пассажирский салон транспортного средства).R Ysal - aerodynamic noise at the
Известно, что низкочастотный шум, генерируемый ДВС транспортного средства, эффективно снижается с использованием метода активного шумоглушения. Однако достижение эффекта комплексного снижения низкочастотного шума транспортного средства возможно лишь в том случае, если система формирования активного компенсирующего сигнала позволяет обеспечить одновременное снижение как внешнего, так и внутреннего низкочастотного шума.It is known that the low-frequency noise generated by the internal combustion engine of a vehicle is effectively reduced using the active sound attenuation method. However, the effect of a comprehensive reduction in the low-frequency noise of a vehicle is possible only if the system for generating an active compensating signal allows for simultaneous reduction of both external and internal low-frequency noise.
Для снижения шума транспортного средства в средне- и высокочастотном диапазоне становится эффективным использование звуковибропоглощающих и звуковиброизолирующих материалов.To reduce vehicle noise in the medium and high frequency range, the use of sound absorbing and soundproofing materials becomes effective.
Таким образом, комплексное снижение шума транспортного средства в широком диапазоне частот может быть достигнуто в том случае, когда для снижения низкочастотного шума, генерируемого ДВС транспортного средства, используется многоканальная система формирования компенсирующего сигнала, позволяющая обеспечить одновременное (комплексное) снижение внешнего и внутреннего низкочастотного шума транспортного средства, а для снижения средне- и высокочастотного шума в моторном отсеке и в пассажирском салоне транспортного средства дополнительно используются звуковибропоглощающие и звуковиброизолирующие материалы и устройства.Thus, a comprehensive reduction in vehicle noise over a wide frequency range can be achieved when a multi-channel compensating signal generation system is used to reduce the low-frequency noise generated by the internal combustion engine of a vehicle, which allows for simultaneous (complex) reduction of external and internal low-frequency noise of a vehicle means, and to reduce the medium and high frequency noise in the engine compartment and in the passenger compartment of the vehicle but used zvukovibropogloschayuschie and zvukovibroizoliruyuschie materials and devices.
Устройство комплексного снижения шума транспортного средства, оснащенного ДВС, работает следующим образом. При работе транспортного средства, оснащенного двигателем внутреннего сгорания, генерируется шум, передающийся как в окружающую среду, так и в пассажирский салон транспортного средства.A device for comprehensive noise reduction of a vehicle equipped with an internal combustion engine operates as follows. When operating a vehicle equipped with an internal combustion engine, noise is generated that is transmitted both to the environment and to the passenger compartment of the vehicle.
Система формирования антишумовых и антивибрационных компенсирующих сигналов 2, связанная с датчиком 1 частоты работы двигателя, получает входную информацию об уровнях аэродинамического или структурного шума, генерируемого ДВС транспортного средства, и передающегося в окружающую среду или в пассажирский салон транспортного средства, от датчиков звука и вибрации, установленных в зонах наименьших внешних помех в определенных точках снаружи и внутри транспортного средства, причем расстояние от датчиков звука и вибрации до определяемых нежелательных источников аэродинамического или структурного шума, генерируемого ДВС, не должно превышать 
Адаптивный фильтр (или фильтры) многоканальной системы формирования антишумовых и антивибрационных компенсирующих сигналов корректирует полученные виброакустические характеристики и передает их на блок управления, содержащий усилитель, фазовращатель и другие элементы, необходимые для получения антишумовых и антивибрационных компенсирующих сигналов, обеспечивающих эффективное снижение нежелательных шумов, генерируемых ДВС, как аэродинамического, так и структурного характера. Блок управления вырабатывает антишумовые и антивибрационные компенсирующие сигналы и передает их к источникам антишума и антивибрации (активным источникам). В результате интерференции противофазных колебаний аэродинамического или структурного шума, генерируемых ДВС транспортного средства и передающихся в окружающую среду или в пассажирский салон транспортного средствами излучаемых источниками антишума и антивибрации многоканальной системы формирования антишумовых и антивибрационных компенсирующих сигналов, достигается значительное комплексное снижение низкочастотного шума. Для достижения максимального эффекта ослабления необходимо, чтобы амплитуда А1 компенсирующего сигнала для каждого канала передачи антишума и антивибрации была эквивалентна амплитуде А2 заглушаемого шума, а фаза φ1 была противоположна фазе φ2.The adaptive filter (or filters) of the multi-channel anti-noise and anti-vibration compensating signal generation system corrects the obtained vibro-acoustic characteristics and transfers them to the control unit containing an amplifier, phase shifter and other elements necessary to obtain anti-noise and anti-vibration compensating signals, which provide an effective reduction of unwanted noise generated by ICE both aerodynamic and structural in nature. The control unit generates anti-noise and anti-vibration compensating signals and transmits them to anti-noise and anti-vibration sources (active sources). As a result of the interference of the out-of-phase oscillations of aerodynamic or structural noise generated by the internal combustion engine of a vehicle and transmitted to the environment or to the passenger compartment by vehicles emitted by sources of anti-noise and anti-vibration multi-channel system for generating anti-noise and anti-vibration compensating signals, a significant comprehensive reduction in low-frequency noise is achieved. To achieve the maximum attenuation effect, it is necessary that the amplitude A 1 of the compensating signal for each anti-noise and anti-vibration transmission channel be equivalent to the amplitude A 2 of the drowned noise, and the phase φ 1 is opposite to the phase φ 2 .
Общий уровень аэродинамического шума Р∑ос, генерируемого двигателем внутреннего сгорания транспортного средства и передающегося в окружающую среду, можно рассматривать как акустическую сумму источников шума, генерируемых элементами и системами ДВС. Таким образом, снижение уровней шума отдельных составляющих обусловит и снижение общего уровня аэродинамического шума.The total level of aerodynamic noise P os generated by the vehicle’s internal combustion engine and transmitted to the environment can be considered as the acoustic sum of the noise sources generated by the elements and systems of the internal combustion engine. Thus, a decrease in the noise levels of the individual components will also lead to a decrease in the overall level of aerodynamic noise.
Известно, что определяющий вклад в формирование внешнего шума транспортного средства (особенно в низкочастотном диапазоне) вносят система впуска воздуха в цилиндры ДВС и система выхлопа отработавших газов.It is known that the decisive contribution to the formation of external vehicle noise (especially in the low-frequency range) is made by the air intake system in the internal combustion engine cylinders and the exhaust system.
Переменная составляющая объемного расхода воздуха, обусловленная изменением объемов цилиндров при открытых впускных клапанах, ослабляется в воздухоочистителе и излучателя через открытый срез воздухозаборного патрубка 3. Звуковое излучение от газового потока, проходящего во время фазы выхлопа по выхлопной трубе, ослабляется в глушителе шума системы выхлопа и излучается через открытый срез выхлопной трубы 6.The variable component of the volumetric air flow, due to the change in the volume of the cylinders with the inlet valves open, is attenuated in the air cleaner and emitter through an open cut of the
В высоко- и среднечастотном диапазоне спектра шума, излучаемого при работе систем впуска и выхлопа двигателя внутреннего сгорания, эффект шумоглушения достигается в основном при помощи камеры воздухоочистителя на впуске и глушителя шума на выхлопе, а также использования средств звуко- и виброизоляции и звуко- и вибропоглощения. В низкочастотном диапазоне для эффективного снижения шума используется система активного шумоподавления.In the high- and mid-frequency range of the noise spectrum emitted during operation of the intake and exhaust systems of an internal combustion engine, the effect of sound attenuation is achieved mainly with the help of an air purifier chamber at the inlet and an exhaust silencer, as well as the use of sound and vibration isolation and sound and vibration absorption . In the low frequency range, an active noise reduction system is used to effectively reduce noise.
В заявляемом устройстве система формирования компенсирующего сигнала содержит контур I, учитывающий когерентное излучение шума свободными срезами воздухозаборного патрубка воздухоочистителя и хвостовой трубы глушителя системы выхлопа. Контур I образуется каналами, соединенными с впускным патрубком 3 и с выхлопной трубой 6 посредством акустических волноводов 9 и 10, излучающих компенсирующие звуковые сигналы в зоны компенсации вблизи от свободных срезов воздухозаборного патрубка и выхлопной трубы.In the claimed device, the system for generating a compensating signal comprises a circuit I, which takes into account coherent emission of noise by free sections of the air intake pipe of the air cleaner and the tail pipe of the exhaust system muffler. Circuit I is formed by channels connected to the
Допустим, что Z01(f) и Z02(f) являются функциями преобразования Фурье виброакустического излучения, измеряемого датчиками звука и вибрации (например, микрофонами и акселерометрами), установленными в зонах снижения нежелательного шума соответственно перед источниками антишума и антивибрации и после них, при этом активное излучение отсутствует. Обозначим как H0(f)=Z02(f)/Z01(f) передаточную функцию между этими двумя датчиками, а как H1(f) и H2(f) - открытые функции преобразования пучностей между акустическим давлением соответственно перед источниками антишума и антивибрации и после них, при этом активное излучение происходит. Пусть X(f) является требуемой передаточной функцией компенсирующего сигнала.Suppose that Z 01 (f) and Z 02 (f) are the Fourier transform of the vibro-acoustic radiation measured by sound and vibration sensors (for example, microphones and accelerometers) installed in the areas of unwanted noise reduction, respectively, before and after the anti-noise and anti-vibration sources, while there is no active radiation. We denote by H 0 (f) = Z 02 (f) / Z 01 (f) the transfer function between these two sensors, and as H 1 (f) and H 2 (f) are the open functions of converting the antinodes between the acoustic pressure, respectively, in front of the sources anti-noise and anti-vibration and after them, while active radiation occurs. Let X (f) be the desired transfer function of the compensating signal.
При работе системы в линейном режиме спектры, например, давления P1(f) и P2(f), измеряемые на датчиках звука (микрофонах) перед и после активного излучателя, вычисляются следующим образом:When the system is operating in linear mode, the spectra, for example, the pressures P 1 (f) and P 2 (f), measured on sound sensors (microphones) before and after the active emitter, are calculated as follows:
где T1(f) и T2(f) - спектры турбулентного шума, вызываемые воздушным потоком.where T 1 (f) and T 2 (f) are the spectra of turbulent noise caused by air flow.
В низкочастотном акустическом диапазоне составляющими T1(f) и T2(f) можно пренебречь.In the low-frequency acoustic range, the components T 1 (f) and T 2 (f) can be neglected.
Тогда приходим к выводу, что передаточную функцию компенсирующего сигнала X(f) можно определить через три функции передачи: H0(f), H1(f) и H2(f), которые нам известны.Then we conclude that the transfer function of the compensating signal X (f) can be determined through three transfer functions: H 0 (f), H 1 (f) and H 2 (f), which we know.
Кроме того, передаточная функция систем активный источник - зона компенсации существенным образом зависит от воздействия факторов внешней среды: температур, влажности, давления, воздействия химически активных компонентов газовоздушной среды, маскирующих помех других акустических источников, вибрации и других факторов. Использование акустических волноводов 9 и 10 дает возможность обеспечить помехозащищенность как самого активного источника, так и компенсирующего сигнала, передающегося от источника к зоне компенсации.In addition, the transfer function of the active source - compensation zone systems substantially depends on the influence of environmental factors: temperatures, humidity, pressure, the effects of chemically active components of the gas-air environment, masking interference from other acoustic sources, vibration and other factors. The use of
При работе устройства сигнал от датчика частоты работы двигателя 1 подается на блок управления системы формирования компенсирующих сигналов. Информация об уровнях нежелательного виброакустического излучения передается от датчиков звука и вибрации к многоканальной системе формирования антишумовых и антивибрационных компенсирующих сигналов (причем количество датчиков звука и вибрации может быть равным количеству каналов системы формирования), где шум и вибрация каждого нежелательного источника могут быть разложены на ряд гармонических составляющих разной частоты. В системе происходит формирование компенсирующих виброакустических сигналов с требуемыми амплитудно-фазовыми характеристиками, которые затем через адаптивный фильтр и преобразователь передаются на источники антишума и антивибрации, излучающие компенсирующие сигналы в область компенсации.When the device is operating, the signal from the
Информация о частоте работы двигателя позволяет учитывать когерентное излучение шума свободными срезами воздухозаборного патрубка воздухоочистителя и хвостовой трубы глушителя системы выхлопа и подавать одновременно компенсирующие виброакустические сигналы к излучающим срезам как воздухозаборного патрубка, так и хвостовой выхлопной трубы, обеспечивая, таким образом, одновременное активное подавление шума впуска и выхлопа, а также любых других источников нежелательного аэродинамического шума, генерируемых DBC.Information on the engine speed allows you to take into account coherent noise emission by free sections of the air intake pipe of the air cleaner and the tail pipe of the exhaust silencer and to simultaneously provide compensating vibroacoustic signals to the radiating sections of both the air intake pipe and the tail pipe, thus ensuring simultaneous active suppression of intake noise and exhaust, as well as any other sources of unwanted aerodynamic noise generated by the DBC.
При работе ДВС генерируется также структурный шум, который может обуславливать достаточно интенсивное акустическое излучение в окружающую среду. Для снижения этой составляющей (составляющих) в системе формирования компенсирующего сигнала (сигналов) предусмотрен контур II, образуемый каналами, соединенными с источниками антишума и с источниками антивибрации - гасителями структурного шума и вибрации, передающихся от корпуса, опор и других элементов двигателя в окружающую среду.During the operation of the internal combustion engine, structural noise is also generated, which can cause quite intense acoustic radiation into the environment. To reduce this component (s), a compensation circuit (s) is provided in the compensation system (s), which is formed by channels connected to anti-noise sources and anti-vibration sources - structural noise and vibration dampers transmitted from the body, bearings and other engine elements to the environment.
Механизм генерации компенсирующего сигнала (сигналов) в основном сходен с вышеописанным для аэродинамического шума и базируется на формировании противофазных и близких по амплитуде звуковых или вибрационных сигналов компенсирующего источника, позволяющих достичь эффективной компенсации нежелательного виброакустического излучения за счет явлений интерференции и суперпозиции во всех необходимых путях передачи.The mechanism for generating a compensating signal (s) is basically similar to that described above for aerodynamic noise and is based on the formation of antiphase and close in amplitude sound or vibration signals from a compensating source, which allow achieving effective compensation of unwanted vibro-acoustic radiation due to interference and superposition phenomena in all necessary transmission paths.
Аэродинамический и структурный шум, генерируемый ДВС, может также передаваться в пассажирский салон транспортного средства, вызывая значительный виброакустический дискомфорт водителя и пассажиров транспортного средства.Aerodynamic and structural noise generated by the internal combustion engine can also be transmitted to the passenger compartment of the vehicle, causing significant vibro-acoustic discomfort to the driver and passengers of the vehicle.
Порядок определения путей передачи структурного шума в пассажирский салон транспортного средства можно разбить на два этапа:The procedure for determining the transmission of structural noise to the passenger compartment of a vehicle can be divided into two stages:
а) Оценка действующих сил в каждом пути передачи N (и в каждом направлении).a) Assessment of the forces in each transmission path N (and in each direction).
б) Определение парциальных звуковых давлений PN1 путем умножения оцененных действующих сил fN на механико-акустическую передаточную функцию P1/HN:b) Determination of partial sound pressures P N1 by multiplying the estimated effective forces f N by the mechanical-acoustic transfer function P 1 / H N :
где:Where:
fN - оцененные действующие силы для пути передачи N:f N - estimated effective forces for the transmission path N:
P1/HN - механико-акустическая передаточная функция между контрольным звуковым давлением в положении микрофона 1 и возбуждением силы от пути передачи N.P 1 / H N - mechanical-acoustic transfer function between the control sound pressure in the position of the
Снижение составляющих структурного шума и вибрации в пассажирском салоне транспортного средства достигается с помощью вышеупомянутого контура II, содержащего каналы, соединенные с антивибраторами - гасителями структурного шума и вибрации, передающихся от корпуса, опор и других элементов двигателя в пассажирский салон; и контура III, образуемого каналами, соединенными с источниками антишума и антивибрации - гасителями структурного шума и вибрации в пассажирском салоне. Механизм генерации компенсирующего сигнала (сигналов) сходен с вышеописанными и основан на подавлении нежелательного звука (или механического колебания) с помощью дополнительного акустического или вибрационного источника, имеющего ту же амплитуду, но противоположного по фазе.Reducing the components of structural noise and vibration in the passenger compartment of the vehicle is achieved using the aforementioned circuit II, containing channels connected to anti-vibration absorbers - structural noise and vibration dampers transmitted from the body, bearings and other engine elements to the passenger compartment; and circuit III, formed by channels connected to sources of anti-noise and anti-vibration - absorbers of structural noise and vibration in the passenger compartment. The mechanism for generating a compensating signal (s) is similar to the above and is based on the suppression of unwanted sound (or mechanical vibration) using an additional acoustic or vibration source having the same amplitude but opposite in phase.
В состав контуров могут входить приемники звукового поля или механических колебаний (микрофоны, виброприемники), датчики (измерители); источники активной компенсации звука и вибрации (громкоговорители, вибраторы), усилители, преобразователи, а также другие элементы, как описано, например, в [Борьба с шумом на производстве. Справочник под общей ред. Е.Я.Юдина. М., Машиностроение, 1985, с.337-344].The structure of the circuits may include sound field receivers or mechanical vibrations (microphones, vibration receivers), sensors (meters); sources of active compensation of sound and vibration (loudspeakers, vibrators), amplifiers, converters, as well as other elements, as described, for example, in [Combating noise in production. The reference book under the general ed. E.Ya. Yudina. M., Mechanical Engineering, 1985, p.337-344].
Однако следует иметь в виду, что для эффективного снижения шума и вибрации в пассажирском салоне транспортного средства подавления (компенсации) только структурного шума и вибрации, генерируемых ДВС, недостаточно. Это подтверждает и тот факт, что в этом случае теоретические расчеты находятся в недостаточном соответствии с экспериментальными результатами. Поэтому необходимо также учитывать аэродинамическую составляющую шума, генерируемого ДВС и передающегося в пассажирский салон, см. формулу (1) и рис.1.However, it should be borne in mind that to effectively reduce noise and vibration in the passenger compartment of a vehicle, suppressing (compensating) only structural noise and vibration generated by the internal combustion engine is not enough. This is also confirmed by the fact that in this case the theoretical calculations are in insufficient agreement with the experimental results. Therefore, it is also necessary to take into account the aerodynamic component of the noise generated by the internal combustion engine and transmitted to the passenger compartment, see formula (1) and Fig. 1.
Общий уровень аэродинамического шума (пути передачи D аэродинамического шума выхлопа в пассажирский салон транспортного средства и аэродинамического шума двигателя Y из моторного отсека автомобиля) может быть представлен в виде суммы парциальных давлений РDсал и РY, представляющих вклад различных путей передачи аэродинамического шума, генерируемого ДВС.The total level of aerodynamic noise (transmission path D of aerodynamic exhaust noise to the passenger compartment of the vehicle and aerodynamic noise of engine Y from the engine compartment of the car) can be represented as the sum of the partial pressures P Dsal and P Y representing the contribution of the various transmission paths of aerodynamic noise generated by ICE .
Подобно рассмотренному выше определению путей передачи структурного шума в случае аэродинамического шума мы можем также выделить два этапа идентификации:Similar to the definition of structural noise transmission paths discussed above in the case of aerodynamic noise, we can also distinguish two stages of identification:
а) Оценка объемных скоростей для каждого участка;a) Estimation of space velocities for each section;
б) Определение парциальных звуковых давлений РDсал1 и PY путем умножения оцененных действующих объемных скоростей VDсал и VY на акустические передаточные функции Р1/ХDсал и P1/XY:b) Determination of partial sound pressures P Dsal1 and P Y by multiplying the estimated effective volumetric velocities V Dsal and V Y by the acoustic transfer functions P 1 / X Dsal and P 1 / X Y :
где VDсал и VY - оцененные объемные скорости в областях D и Y;where V Dsal and V Y are the estimated space velocities in regions D and Y;
Р1/ХDсал и P1/XY - акустические передаточные функции между уровнем звукового давления у положения микрофона 1 и акустическими источниками в областях D и Y.P 1 / X Dsal and P 1 / X Y are the acoustic transfer functions between the sound pressure level at the position of
Для снижения аэродинамических составляющих низкочастотного шума в контуре II имеются каналы, соединенные с источниками антишума, для компенсации аэродинамического низкочастотного шума, передающегося от систем впуска, выпуска, а также от корпуса, опор и других элементов двигателя в пассажирский салон автотранспортного средства; а в контуре III имеются каналы, соединенные с источниками антишума (например, громкоговорителями), размещенными определенным образом в пассажирском салоне.To reduce the aerodynamic components of low-frequency noise in circuit II, there are channels connected to sources of anti-noise to compensate for aerodynamic low-frequency noise transmitted from intake and exhaust systems, as well as from the body, bearings and other engine components to the passenger compartment of a vehicle; and in circuit III there are channels connected to sources of anti-noise (for example, loudspeakers) placed in a certain way in the passenger compartment.
Устройство может содержать также другие контуры, необходимые для повышения эффективности комплексного снижения низкочастотного шума транспортного средства.The device may also contain other circuits necessary to increase the efficiency of the integrated reduction of low-frequency noise of the vehicle.
При эксплуатации заявляемого устройства в реальных дорожных условиях элементы системы формирования компенсирующего сигнала (датчики звука и вибрации, адаптивный фильтр (или фильтры), преобразователи, источники антишума и антивибрациии др.) могут подвергаться интенсивным внешним воздействиям, например высокой температуры, вибрации, электромагнитных полей, маскирующих источников шума, химически активных элементов, значительно снижающих эффективность его работы и срок службы.When operating the inventive device in real road conditions, elements of the system for generating a compensating signal (sound and vibration sensors, adaptive filter (or filters), converters, sources of anti-noise and anti-vibration, etc.) can be subjected to intense external influences, such as high temperature, vibration, electromagnetic fields, masking noise sources, chemically active elements, significantly reducing its efficiency and service life.
Поэтому вышеуказанные элементы необходимо установить в зонах наименьшего воздействия внешних факторов. Например, датчик звука (приемник звукового давления, генерируемого системой впуска ДВС) может быть установлен в воздухоочистителе в зоне слабых акустических помех, датчик вибрации, передающейся от двигателя внутреннего сгорания в пассажирский салон, - внутри пассажирского салона 5 вблизи от опор двигателя и др.Therefore, the above elements must be installed in areas of least exposure to external factors. For example, a sound sensor (a receiver of sound pressure generated by an internal combustion engine intake system) can be installed in an air cleaner in the zone of weak acoustic noise, a vibration sensor transmitted from an internal combustion engine to a passenger compartment inside the
Для снижения шума в средне- и высокочастотном диапазоне в устройстве дополнительно предусмотрено использование звуковибропоглощающих и звуковиброизолирующих материалов, размещенных таким образом, чтобы обеспечить максимальный эффект снижения шума в моторном отсеке и в пассажирском салоне транспортного средства. Также дополнительно может быть установлен резонатор (резонаторы) для сглаживания резонансных явлений в характеристиках активных излучателей звука.To reduce noise in the mid- and high-frequency range, the device additionally provides for the use of sound-absorbing and sound-insulating materials placed in such a way as to provide the maximum effect of noise reduction in the engine compartment and in the passenger compartment of the vehicle. Additionally, a resonator (s) can be installed to smooth out resonance phenomena in the characteristics of active sound emitters.
Таким образом, заявляемые способ и устройство позволяют обеспечить одновременное (комплексное) снижение внешнего и внутреннего шума транспортного средства, генерируемого двигателем внутреннего сгорания. Схематические варианты формирования активного компенсирующего сигнала и расположения конструктивных элементов блока управления системы формирования компенсирующего сигнала показаны на фиг.3 (а и б).Thus, the claimed method and device can provide simultaneous (comprehensive) reduction of external and internal noise of a vehicle generated by an internal combustion engine. Schematic options for the formation of an active compensating signal and the location of the structural elements of the control unit of the system for generating a compensating signal are shown in Fig. 3 (a and b).
Амплитуда A1 и фаза φ компенсирующего сигнала, подаваемого к источникам 8 антишума или антивибрации, подбираются экспериментально для различных режимов работы двигателя, т.е. для различных значений частоты работы двигателя, и вводятся в формирования антишумовых и антивибрационных компенсирующих сигналов.The amplitude A 1 and the phase φ of the compensating signal supplied to the
При формировании компенсирующих антишумовых и антивибрационных сигналов может учитываться угол открытия α дроссельной заслонки двигателя. Наиболее интенсивная генерация двигателем внутреннего сгорания нежелательного виброакустического излучения происходит при работе двигателя в режиме разгона при полностью или почти полностью открытой дроссельной заслонке. При этом система формирования компенсирующих сигналов может работать при полностью или почти полностью открытой дроссельной заслонке, а при других условиях отключаться, что позволяет достичь значительной экономии электрической энергии, расходуемой на формирование компенсирующего сигнала.When generating compensating anti-noise and anti-vibration signals, the opening angle α of the engine throttle can be taken into account. The most intense generation of unwanted vibroacoustic radiation by the internal combustion engine occurs when the engine is in acceleration mode with a fully or almost completely open throttle. At the same time, the system for generating compensating signals can operate with a fully or almost completely open throttle, and can be switched off under other conditions, which allows one to achieve significant savings in electrical energy spent on the formation of a compensating signal.
В тех случаях, когда уровни нежелательного виброакустического излучения высоки (например, для транспортных средств военной техники, грузовых автомобилей и пр.), для создания компенсирующих сигналов с необходимыми для эффективной компенсации уровнями акустической мощности могут дополнительно использоваться генератор (или генераторы) сигналов.In cases where the levels of unwanted vibro-acoustic radiation are high (for example, for military vehicles, trucks, etc.), a signal generator (or generators) can be additionally used to create compensating signals with the necessary acoustic power levels for effective compensation.
Кроме того, дополнительное энергосбережение достигается тем, что излучение компенсирующих сигналов происходит через акустические волноводы 9 и 10 непосредственно в зоны компенсации (интерференции).In addition, additional energy saving is achieved by the fact that the radiation of the compensating signals occurs through the
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003103211/06A RU2275520C2 (en) | 2003-02-03 | 2003-02-03 | Method of and device for complex suppression of vehicle noise |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003103211/06A RU2275520C2 (en) | 2003-02-03 | 2003-02-03 | Method of and device for complex suppression of vehicle noise |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2003103211A RU2003103211A (en) | 2004-09-20 |
| RU2275520C2 true RU2275520C2 (en) | 2006-04-27 |
Family
ID=36655758
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003103211/06A RU2275520C2 (en) | 2003-02-03 | 2003-02-03 | Method of and device for complex suppression of vehicle noise |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2275520C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2472237C2 (en) * | 2010-01-30 | 2013-01-10 | Ман Трак Унд Бас Аг | Device for noise compensation in car |
| RU2709700C2 (en) * | 2015-04-08 | 2019-12-19 | ФОРД ГЛОУБАЛ ТЕКНОЛОДЖИЗ, ЭлЭлСи | Active noise reduction and vibration suppression system |
-
2003
- 2003-02-03 RU RU2003103211/06A patent/RU2275520C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2472237C2 (en) * | 2010-01-30 | 2013-01-10 | Ман Трак Унд Бас Аг | Device for noise compensation in car |
| RU2709700C2 (en) * | 2015-04-08 | 2019-12-19 | ФОРД ГЛОУБАЛ ТЕКНОЛОДЖИЗ, ЭлЭлСи | Active noise reduction and vibration suppression system |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8005235B2 (en) | Multi-chamber noise control system | |
| US5319165A (en) | Dual bandpass secondary source | |
| KR0137271B1 (en) | Active exhaust muffler | |
| EP0454341B1 (en) | An active noise cancellation apparatus | |
| US8144889B2 (en) | Noise control system using smart materials | |
| EP0674097A1 (en) | Active exhaust gas muffler | |
| US8184820B2 (en) | Indirect acoustic transfer control of noise | |
| CN101033702B (en) | Active silencer for an exhaust system | |
| RU2275520C2 (en) | Method of and device for complex suppression of vehicle noise | |
| JP2008115707A (en) | Speaker device and vehicle exhaust sound reducing device | |
| Vasilyev | Experience and perspectives of using active noise and vibration control for reduction of low frequency noise and vibration in gas guide systems of power plants | |
| KR100871480B1 (en) | Method and device for attenuating the noise generated at the outlet of an exhaust line | |
| JP3394770B2 (en) | Silencer | |
| JPH0659688A (en) | Method and device for active noise elimination and related active noise eliminating device for running vehicle | |
| Arnold et al. | Development of a prototype active muffler for the Detroit diesel 6V-92 TA industrial engine | |
| RU2003103211A (en) | METHOD AND DEVICE OF INTEGRATED REDUCTION OF LOW-FREQUENCY VEHICLE NOISE | |
| Baek et al. | Design of Filter Length of Order Filter and Its Application to Filtered-X Algorithm for Active Noise Cancellation of Interior Noise Inside an Excavator Cabin | |
| RU2445505C1 (en) | Silencer of active type for motor-and-tractor engines | |
| Vassiliev | Cairns• Australia 9-12 July, 2007 | |
| EP1162600B1 (en) | Active control of automotive induction noise | |
| Scheuren | Active Control of Sound and Vibrations | |
| Masa’id et al. | Noise Quality and Muffler Design of A Formula SAE Racecar | |
| US20010047903A1 (en) | Active dipole inlet using drone speaker driver | |
| RU2240427C2 (en) | Internal combustion engine intake and exhaust active suppression system | |
| JPH0566782A (en) | Active muffler for vehicle room |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080204 |