[发明专利]排气噪音的有源设计

说明书

用于具有内燃机(6)的车辆(8)的有源噪音控制系统(9)的发声器(1)被公开。发声器(1)包括第一壳体(10)，其具有至少一个排气入口(11)和不同于所述至少一个排气入口(11)的至少一个排气出口(12)；以及根据电控信号产生噪音的至少一个电‑声变换器(20)。至少一个电‑声变换器(20)位于第一壳体(10)内或被直接附接到第一壳体(10)。另外，包括上述发声器(1)的有源噪音控制系统(9)和包括该有源噪音控制系统的车辆也被公开。

技术领域

本发明涉及由内燃机操作的车辆的排气噪音的有源设计。内燃机可以是混合驱动单元的一部分。本发明具体涉及排气噪音的总体声学模式的影响。

背景技术

内燃机的运行，不考虑它们的具体设计，比如往复式发动机、无活塞旋转发动机或自由活塞发动机，发生在重复的冲程中，在每个冲程中执行某些过程，比如燃料与空气混合物的吸入与压缩、燃烧、以及排出燃烧后的燃料空气混合物，等等。由此所产生的噪音一部分地作为固体传声通过发动机直接传播。所产生噪音的另一部分随着燃气通过发动机排气系统作为空气传声离开。在排气系统的排气管道中，该空气传声与燃气的流动噪声叠加。这种叠加所产生的噪音被称为排气噪音。最后，所产生噪音的其余部分通过发动机进气系统离开发动机。

作为固体传声经内燃机传播的噪音基本上能被车辆的发动机舱内的合适的隔音材料所隔离。

为了减少随排气离开的噪音排放，吸音装置通常被布置在排气管道内。所述吸音装置被称为消音器。消音器能按照例如吸收和/或反射的原理运行。另外，已知提供带有被和谐调制的谐振腔的消音器以导致相反声波相互抵消的破坏性干涉。

上述系统的缺点是增加了排气系统中排气流动的背压，从而降低了燃烧发动机的效率。该系统的另一个缺点是，尤其是在现代的柴油车辆中以及在具有混合驱动系统的车辆中，用户并不在意实际上离开排气系统的噪音。

所以，有源噪音系统被研发出来用于车辆的排气系统中，通过它能模拟地产生排气噪音。相应的系统具有通过连接器件被连接到内燃机排气管的电-声变换器，从而在发动机燃烧过程所产生的声波或排气系统中排气流动所产生的声波上叠加电-声变换器生成的声波。通过这种方式，车辆的排气噪音被刻意地减轻。变换器的电输入信号由控制器产生，作为所谓的控制信号，考虑发动机参数的当前值，比如发动机速度或点火顺序。电-声变换器由与排气管道隔开的壳体收纳，所以需要在车辆底盘上的额外空间。

有源噪音系统被用作抗噪声系统，例如也作为消音器的替代或补充。抗噪音系统在由内燃机生成并经排气系统传播的空气传播噪音上叠加电-声生成抗噪音。各个抗噪音系统使用所谓的滤波-X最小均方(FxLMS)算法通过至少一个扬声器输出噪音试图使经排气系统传播的空气传播噪音下降至零(在噪音抵消的情况下)或者下降到预设的阈值(在影响噪音的情况下)。抗噪音系统的扬声器通常与排气系统流体连通。为了实现经排气系统传播的空气传声和扬声器产生的抗噪音的声波之间的彻底相消干扰(destructiveinterference)，扬声器产生的声波必须与经排气系统传播的声波在振幅和频率上匹配且带有180度的相对相移。如果经排气系统传播的空气传播噪音的声波与扬声器产生的抗噪音声波在频率上匹配且具有180度的相对相移，但在振幅上不匹配，那么只会导致经排气系统传播的空气传播噪音的声波衰减。抗噪音可以使用FxLMS算法通过确定两个正在关于彼此漂移90度的正弦振动的正确频率和相位以及通过计算这些正弦振动所需要的振幅针对经排气管传播的空气传播噪音的每个频率带被独立计算。各个系统例如从以下文献中被获知：US4177874，US5229556，US5233137，US5343533，US5336856，US5432857，US5600106，US5619020，EP0373188，EP0674097，EP0755045，EP0916817，EP1055804，EP1627996，DE19751596，DE102006042224，DE102008018085以及DE102009031848。