汽车底盘主动式降噪减震结构的制作方法

1.本发明涉及主动降噪技术领域，具体涉及一种汽车底盘主动式降噪减震结构。


背景技术：

2.主动降噪(active noise cancellation),简称anc，通过喇叭播放出一种和噪音信号反相的声音信号，把空间噪音信号抵消掉，达到消除噪音的目的，这就是主动消噪技术。
3.主动消噪技术也被有限的应用到汽车座舱中，因为汽车内也是封闭的小空间，主动降噪技术可以在驾驶员和乘客头部位置有限的降低一些噪音。但是在全车内较大的空间内普遍的降低噪音，靠前述主动降噪技术成本很高，而且效果不佳。另一种汽车内主动降噪技术，是依靠主要点噪音源的信号采集，比如在引擎处放置拾音麦克，然后通过车内喇叭放出反相的噪音，来降低特定声源的噪音。同样的方法被应用到消除汽车里几个比较大的噪音来源，比如排气管，空调出口噪音等。
4.传统汽油车或者柴油车的噪音源比较复杂。主要噪音来源有引擎噪音，排气管噪音，引擎进气口噪音，空调出风口噪音，风噪，路噪。特别是汽车轮胎和路面摩擦产生的噪音，通过四轮减震器传导到汽车底盘，然后通过底盘传到进汽车内部。这就是所谓的路噪。由于这种路噪以低音为主，很难被汽车设计的被动隔音材料所阻绝。因此大部分都仍然会传导到汽车里面来，而且音量很大。虽然这种低频噪音不像中高频噪音那么刺耳，但是因为他们的音量要比中高频噪音大得多，形成一种轰鸣声。驾驶员可能对这种低频路噪习以为常，而忽视了其对听力和身体的损害。
5.但是当前发展最快的是新能源车。大多数都是电车。电车没有引擎，没有排气管，也没有进气口。所以减少了很大一部分汽车噪音。电动汽车很安静，因为电动机的声音很小。因此对电动车来说，轮胎和路面的摩擦导致的路噪就上升成为了第一噪音源。第二是风噪。路噪和风噪是电动车的主要噪音。
6.风噪可以通过优化空气动力的设计和隔音材料来改进。但是来自于汽车底盘的低频路噪却很难通过材料和设计来隔绝。
7.本发明就是要解决通过汽车底盘传导到车内的路噪，包括轮胎和里面产生的摩擦噪音的问题。
8.通常的主动降噪技术，都是通过喇叭在某个空间点放出反相噪音，用于抵消此空间点的噪音，达到在此空间点静音的效果。但是由于车内空间比较大，各个空间点的噪音各不相同，较难通过主动消噪方法消除噪音。传统的通过汽车喇叭的主动消噪方法往往事倍功半。


技术实现要素：

9.本发明的目的是提供一种汽车底盘主动式降噪减震结构。本项发明专利，是为了解决现代汽车内空间的消噪静音问题，用的方法是采取主动消噪(anc)的方法。汽车的隔音
消噪，一般可以通过采用隔声材料填充车体和内饰，阻断噪音穿透车体。这又叫被动消噪方法。这种车内吸音材料被动隔音的方法，一般对中高频噪音比较有效，对低频震动无效。因为低音隔音需要很厚很重的隔音材料，会增加汽车的重量和厚度。所以低音振动，特别是汽车轮胎和公路摩擦的声音，仍然会通过汽车底盘穿透进来。成为汽车内的第一大噪音源。
10.本发明针对汽车底盘的这一特点，利用主动降噪anc的方法，使用紧贴汽车金属底盘的震动和声音传感器感知噪音导致的底盘振动，然后用平板喇叭驱动器对金属底盘施加反相的声波，使汽车底盘的振动大幅度减弱，从而达到阻断噪音穿透汽车底盘的难题。
11.本项主动降噪方法，不同于传统的空间声场主动消噪。我们转换思路，找出道路噪音进入车内的源头，在漏音最大的汽车底盘上做anc，消除金属底盘的振动，从而达到阻绝噪音向车内传播的目的。
12.本发明通过如下技术方案实现上述目的：一种汽车底盘主动式降噪减震结构包括一个用于拾取汽车底盘震动信号的麦克单元或者震动感应器，所述麦克风或震动传感器放置在汽车底盘内侧；一个用于产主一个和震动信号相反相位的反噪音信号anc电路；至少一个用于将反噪音信号输出，反相作用到汽车底盘上的压电陶瓷平面喇叭驱动器，所述anc电路与麦克单元或者震动感应器连接，所述电路与压电陶瓷平面喇叭驱动器连接。
13.进一步的，所述压电陶瓷平面喇叭驱动器为多个，多个压电陶瓷平面喇叭驱动器安装在不同的底盘部位。
14.进一步的，靠近四个车轮的位置，或者驾驶员和乘客的座位的位置，需要安装更多的电陶瓷平面喇叭驱动器。
15.进一步的，所述电陶瓷平面喇叭驱动器也可安装于车窗玻璃或挡风玻璃。
16.进一步的，所述反馈anc电路使用数字信号处理器或者模拟电路。
17.进一步的，所述反馈anc电路使用线性滤波电路。
18.与现有技术相比，本发明一种汽车底盘主动式降噪减震结构的有益效果是：
19.1)隔音式车内可以安静的行驶，提高开车坐车的舒适度。
20.2)消除车内空间的噪声污染，隔绝最大的汽车噪音来源：道路轮胎噪音。
21.3)汽车底盘主动降噪比车内用喇叭的声学主动降噪技术更便宜，效果更好。
22.4)此技术最适合新能源电动汽车使用，进一步降低车内噪音，提高乘车的舒适度。
附图说明
23.图1是压电陶瓷平面喇叭驱动器的结构示意图。
24.图2是汽车底盘消噪原理图。
25.图3是反馈消噪的原理示意图。
具体实施方式
26.汽车底盘主动式降噪减震结构，在汽车底盘上设置主动式降噪减震结构，主动式降噪减震结构，包括：
27.一个麦克单元或者震动感应器，用于拾取汽车底盘震动信号；
28.一个anc电路，用于产主一个和震动信号相反相位的反噪音信号；
29.至少一个压电陶瓷平面喇叭驱动器，用于将反噪音信号输出，反相作用到汽车底
盘上。
30.这个anc电路可以由模拟电路实现，也可以由数字电路实现。假如由数字电路实现，整个系统的延迟必须很小，在微秒量级。
31.如图1，平面喇叭驱动器是一种高输出功率的，由压电陶瓷材料制成的驱动器，把这个驱动器紧贴在金属或者其他平板的表面，通过驱动器的振动，带动整个金属平面表面的震动，从而把整个平面变成一个喇叭的振膜，输出声音。这样整个平板(金属钢板或其他材质)就是一个喇叭。由于这个喇叭的振膜面积巨大，整个汽车底盘平面不同位置的噪音震动不一样，可能需要多个压电陶瓷平面喇叭驱动器安装在不同的底盘部位。特别是靠近四个车轮的位置，或者驾驶员和乘客的座位的位置，如图2所示。
32.本发明的原理是通过麦克风或者震动感应器拾取汽车底盘震动信号，通过反相滤波器产主一个和震动信号相反相位的反噪音信号，再通过平面喇叭驱动输出，反相作用到汽车底盘上，抵消掉因为噪音产生的汽车底盘震动，给汽车底盘“减震”“消噪”。这样汽车底盘就不会振动产生声音，也就阻绝了玻璃作为噪音漏进来的通道，使噪音消失在汽车底盘上，不让它传播到车内空间里来。
33.这种方法的好处，是不需要在车内空间，通过喇叭产生的反相声源进行空间声学消噪。因为车内空间比较大，很难在一个大空间里在所有的空间点上都通过反相声源主动消噪，而且在大空间里主动消噪喇叭的声场也不好控制。所以在大空间采取声场主动消噪的方法，是事倍功半的事。
34.相反，我们的方法是去寻找低频道路噪音传入车内的源头，汽车底盘，用主动消噪减震的方法抵消掉汽车底盘的震动，这样也就在噪音传入的入口处，就把噪音消灭掉了，不会让噪音传导进车内空间。
35.因为现在汽车都是用隔声的材料镶嵌在金属车体里，一般都有很好的隔声性能。特别是设计优秀的电动汽车，风噪和马达噪音很少能通过汽体传入车内。同时现代汽车的密封性比较好，一般漏风漏气的地方都被堵死了，也不会让风噪传导进来。所以一般汽车噪音只有低频道路噪音可以通过汽车的“开口”，底盘才会传入车内。这样我们只要在道路轮胎噪音的入口通过主动消噪，消除掉汽车底盘的震动，就可以把噪音屏蔽在汽车之外，让汽车底盘成为一个隔绝噪音的屏幕。
36.这个主动降噪装置应该在汽车底盘的多个地方，特别是离车轮近的地方，安装多个平面喇叭驱动，才能把整个汽车底盘的震动消除掉。同样，本发明装置也不局限于应用在汽车底盘上，也可以用在任何噪音容易进入的开口平面上，比如风噪易入的车窗玻璃，或者挡风玻璃上。
37.汽车底盘的噪音大多为低频噪音，适合采用反馈消噪，如图3所示。
38.麦克风或震动传感器24放置在汽车底盘21内侧提取噪音导致的汽车底盘震动。反馈anc电路23使用数字信号处理器(dsp)或专用anc处理硬件(一般是线性滤波电路)将反相震动信号通过平板喇叭驱动器播出来抵消汽车底盘的声波震动。因为反馈麦克风或震动传感器距离平面喇叭驱动器22的距离很短，反馈设计的处理时间也更少。因此，反馈anc对消除具有较长波长的低频噪音最为有效。
39.本技术发明的创新点：
40.1)通过汽车底盘实现车内大空间主动消噪，在道路噪音进汽车入口处薄弱环节消
噪，以此隔绝噪音的进入，从根本上解决车内低频路噪问题，而不是等到噪音已经进来了以后再进行声学主动消噪，那样的难度要大得多。我们这种主动消噪方法是创新点，没有人用过。
41.2)利用压电陶瓷做成平面喇叭驱动，用平面喇叭驱动来给汽车底盘减震。
42.3)汽车底盘主动消噪，本质上是一种隔音技术，阻断玻璃窗作为声音的传播口和路径。所以它不仅能让外面的声音穿不进来，也能让里面的声音传不出去。它就像一道无形的声幕，声幕开启以后声音就无法传播通过了。此技术不仅可以用于车内阻绝汽车路面噪音，也可以用于汽车玻璃上阻绝风噪。
43.4)针对新能源电动汽车设计的此项发明，更加细分主要噪音的类型，针对汽车的道路轮胎噪音，以往很难消除的低频底盘震动噪音，提供了新的解决方法，器件和系统算法方案。
44.本发明的有益效果包括：
45.1)隔音式车内可以安静的行驶，提高开车坐车的舒适度。
46.2)消除车内空间的噪声污染，隔绝最大的汽车噪音来源：道路轮胎噪音。
47.3)汽车底盘主动降噪比车内用喇叭的声学主动降噪技术更便宜，效果更好。
48.4)此技术最适合新能源电动汽车使用，进一步降低车内噪音，提高乘车的舒适度。
49.以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
50.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。