汽車噪聲控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

汽車噪聲是指汽車駛過的噪聲，即在汽車駛過時(shí)在其旁邊測得的噪聲，這個(gè)噪聲是汽車制造鑒定中一個(gè)重要的指標(biāo)，它是交通噪聲中最主要的一部分，對其影響非常大?，F(xiàn)代汽車的噪聲特性是衡量汽車質(zhì)量的重要標(biāo)志之一。汽車噪聲不僅造成周圍環(huán)境的污染，影響人們的生活和工作，而且車內(nèi)的噪聲與振動、溫度、濕度等環(huán)境因素相比是降低車輛舒適性的主要因素之一。為了提高車輛的舒適性，世界各大汽車公司都對車內(nèi)噪聲的控制作為重要的研究方向。特別是轎車，車內(nèi)噪聲狀況更是衡量轎車檔次的標(biāo)準(zhǔn)之一。噪聲控制為實(shí)時(shí)控制，需要較大的計(jì)算量，普通的單片機(jī)難以實(shí)現(xiàn)。20世紀(jì)80年代，數(shù)字信號處理（DSP）芯片的問世為信號的實(shí)時(shí)控制開辟了廣闊的發(fā)展空間。隨著芯片技術(shù)的不斷成熟和發(fā)展，DSP已成為現(xiàn)代智能控制器的核心部件。本文采用DSP芯片TMS320F2812設(shè)計(jì)了既可以脫機(jī)獨(dú)立自主運(yùn)行又可以通過USB接口在線仿真的智能控制器，并以該控制器為核心設(shè)計(jì)了汽車內(nèi)部噪聲主動智能控制系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：汽車噪聲、智能控制系統(tǒng)、電路設(shè)計(jì)AbstractAutomobilemeansamotorvehiclepassingnoiseisnoise,thatis,inthecarwhenpassingthroughinhisnexttothemeasurednoise,thenoiseidentificationofvehiclemanufacturersareanimportantindicator,itisthetraiiicnoiseinthemainpartofitsimpactonverylarge.HyundaiMotortomeasurethenoisecharacteristicsareanimportantindicatorofqualityautomotiveone.Carnoiseisnotonlythesurroundingenvironmentcausedbypollution,theimpactofpeople'slifeandwork,andvehiclenoiseandvibration,temperature,humidityandotherenvironmentalfactorsarelowercomparedtovehiclecomfortoneofthemainfactors.Vehiclesinordertoimprovecomfort,theworld'smajorcarcompaniesareonthevehiclenoisecontrolasanimportantresearchdirection.Inparticular,cars,vehiclenoiseisameasureofthesituationofmorecars,oneofthegradestandards.Noisecontrolforreal-timecontrol,requiredthecalculationofalargervolume,single-chipgeneraldifficulttoachieve.20thcentury80's,digitalsignalprocessing(DSP)chipforthesignaltheadventofreal-timecontrolhasopenedupabroadspacefordevelopment.Aschiptechnologycontinuestomatureanddevelop,DSPhasbecomethecoreofthemodernintelligentcontrollercomponents.Inthispaper,TMS320F2812designedDSPchipcanrunofflineindependencecanbeonlinethroughtheUSBinterfacesimulationintelligentcontrollerandthecontrollerasthecoredesignoftheinteriorofthemotorvehicleIntelligentactivenoisecontrolsystem.Keywords:carnoise、intelligentcontrolsystems>circuitdesign目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第一章汽車噪聲控制系統(tǒng)介紹 1\o"CurrentDocument"第二章智能控制系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì) 2\o"CurrentDocument"第一節(jié) 設(shè)計(jì)過程及系統(tǒng)框圖 2\o"CurrentDocument"第二節(jié)電源與復(fù)位電路設(shè)計(jì) 3\o"CurrentDocument"第三節(jié) A/D、D/A電路設(shè)計(jì) 4\o"CurrentDocument"第四節(jié) 外部SRAM、FLASH擴(kuò)展電路設(shè)計(jì) 6\o"CurrentDocument"第三章汽車內(nèi)部噪聲主動控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7\o"CurrentDocument"第一節(jié)汽車被控系統(tǒng)模型 7\o"CurrentDocument"第二節(jié)外部聲源 8\o"CurrentDocument"第三節(jié)智能控制器 8\o"CurrentDocument"第四節(jié)信號監(jiān)視器 8結(jié)束語 9\o"CurrentDocument"謝辭 10參考文獻(xiàn) 11第一章汽車噪聲控制系統(tǒng)介紹從1970年到現(xiàn)在，想了許多辦法降低了汽車噪聲，如汽車尾氣排氣消聲、汽車發(fā)動機(jī)彈性支承、機(jī)械結(jié)構(gòu)改進(jìn)等，這些措施都用了。在此基礎(chǔ)上現(xiàn)在再要求降低4~5分貝，它比原來開始時(shí)降低10分貝還要難得多。汽車噪聲降到77分貝后，已沒有主要噪聲源，各部分都差不多。通過測試分析、仔細(xì)求出各部分噪聲，如機(jī)器噪聲、齒輪噪聲、排氣噪聲、傳動噪聲等等，到底各部分噪聲貢獻(xiàn)是多少，應(yīng)該降多少，以使整個(gè)汽車的噪聲能降低4~5分貝。目前國內(nèi)已頒布新的汽車加速行駛車外噪聲限值及測量方法（GB1495-2002）。而國內(nèi)Ml,M2型車的車外噪聲在80dBA，從2002年到2004年實(shí)現(xiàn)這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)還有很多工作要做。噪聲主動控制基本思想是由德國物理學(xué)家PaulLueg于1936年發(fā)明“電子消聲器”時(shí)首次提出的。噪聲主動控制技術(shù)相對傳統(tǒng)的被動控制，具有對中、低頻段噪聲控制效果明顯、系統(tǒng)輕巧、實(shí)時(shí)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，具有潛在的工程應(yīng)用價(jià)值。噪聲控制為實(shí)時(shí)控制，需要較大的計(jì)算量，普通的單片機(jī)難以實(shí)現(xiàn)。20世紀(jì)80年代，數(shù)字信號處理（DSP）芯片的問世為信號的實(shí)時(shí)控制開辟了廣闊的發(fā)展空間。隨著芯片技術(shù)的不斷成熟和發(fā)展，DSP已成為現(xiàn)代智能控制器的核心部件。本文采用DSP芯片TMS320F2812設(shè)計(jì)了既可以脫機(jī)獨(dú)立自主運(yùn)行又可以通過USB接口在線仿真的智能控制器，并以該控制器為核心設(shè)計(jì)了汽車內(nèi)部噪聲主動智能控制系統(tǒng)。

第二章智能控制系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)第一節(jié)設(shè)計(jì)過程及系統(tǒng)框圖汽車內(nèi)部噪聲智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程如圖2-1所示。圖2-1DSP智能控制器硬件設(shè)計(jì)流程圖在器件選型時(shí)，要考慮器件之間的相互匹配性，以及器件的供貨能力和技術(shù)支持等。本設(shè)計(jì)選用的DSP芯片TMS320F2812性能如下：采用高性能的靜態(tài)CMOS低功耗設(shè)計(jì)技術(shù)，主頻高達(dá)150MIPS（時(shí)鐘周期6.67ns）,支持JTAG邊界掃描接口；高效32位高精度CPU；并有最多可達(dá)128KX16的FLASH存儲器等。電路板的設(shè)計(jì)需要傳輸線理論知識以及布線工藝和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)知識，以保證信號的完整性，另外著重考慮電磁干擾和電磁兼容性問題。如圖2-2所示，智能控制器主要由模擬電路部分（包括數(shù)字信號采集電路和輸出信號處理電路）、DSP子系統(tǒng)（包括DSP芯片及外圍電路）、電源、時(shí)鐘及復(fù)位電路等構(gòu)成。下面將介紹幾個(gè)主要電路的設(shè)計(jì)。

圖2-2圖2-2智能控制器結(jié)構(gòu)框圖*西電電時(shí)-M.第二節(jié)電源與復(fù)位電路設(shè)計(jì)DSP系統(tǒng)對電源的性能（如紋波、上電順序等）要求較高，因此在本設(shè)計(jì)選用了線性調(diào)壓電路芯片TPS767D301。TPS767D301為雙輸出低漏電壓調(diào)整器，其特點(diǎn)如下：每個(gè)電源輸出都有單獨(dú)的復(fù)位和輸出使能控制；具有快速瞬態(tài)響應(yīng)功能；電壓輸出3.3V/1.8V可調(diào)。采用TPS767D301構(gòu)成的電源電路從外部穩(wěn)壓電源引入+5V電壓，+5V電壓經(jīng)TPS767D301后輸出電壓為1.8V和3.3V。為減小電源本身對DSP的干擾，在電路中增加了濾波網(wǎng)絡(luò)，如圖2-3所示。圖2-3電源和復(fù)位電路第三節(jié)A/D、D/A電路設(shè)計(jì)TMS320F2812芯片上有一個(gè)12位、轉(zhuǎn)換頻率為25MHz的ADC,其前端為兩個(gè)8選1的多路轉(zhuǎn)換器和兩路同時(shí)采樣/保持器。在要求不很高時(shí)，完全可利用其構(gòu)成同步順序采樣電路,或者增加外部采樣保持器后構(gòu)成同步采樣?？紤]到本系統(tǒng)對電量采集精度和速度的要求較高，采樣模塊中選用了外置的六通道16位ADCADS8364。該器件內(nèi)部包括6個(gè)高速采樣-保持放大器、6個(gè)高速ADC、一個(gè)參考電壓源及3個(gè)參考電壓緩沖器，可以提供250KSPS的同步采樣率，還可提供具有超低功耗（69mW/每通道）的所有6個(gè)輸入通道的轉(zhuǎn)換,這樣使得所有通道的單位成本均較低。6個(gè)通道的數(shù)據(jù)輸出接口電壓介于2.7?5.5V,便于與DSP直接接口，省去了中間的電平轉(zhuǎn)換。6個(gè)完全獨(dú)立的ADC可大大提高硬件整體的并行處理速度，在50kHz輸入信號下仍可保證大于80dB的卓越共模抑制能力，特別適合用于高干擾環(huán)境。圖2-4為ADS8364與TMS320F2812的接口電路。圖2-4ADS8364與TMS320F2812的接口電路為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制功能，D/A轉(zhuǎn)換電路中選用四路12位電壓輸出型DACTLV5614,它具有靈活的四線串行接口，可以與TMS320SPI、QSPI和Microwire串行口實(shí)現(xiàn)無縫連接。TLV5614的編程控制由16位串行字組成，即兩位DAC地址、兩個(gè)獨(dú)立的DAC控制位和12位的DAC輸入值。器件采用雙電源供電：一組為串行接口使用的數(shù)字電源，即DVDD和DGND；另一組為輸出緩沖器使用的模擬電源，即AVDD和AGND。兩組電源相互獨(dú)立且可為2.7?5.5V之間的任何值。雙電源應(yīng)用的好處是DAC使用5V電源工作，而DAC的數(shù)字部分使用2.7?5.5V電源，可以和多種接口連接。在設(shè)計(jì)中，D/A電路采用了2.5V的參考電壓，為了控制方便，在控制D/A時(shí)，使用TMS320F2812的GPIOB作為轉(zhuǎn)換芯片控制線，電路如圖2-5所示。DAREF25z'PWMI1"LDAC#PWM8(GP?OBQi DINPWM9(GPiOBOj SCLkPWM10(GPIOBO)-……FSP^11(GPIOSO) CS#33Y4.V0D

ooPWM7PWM日PWV9PWW1D；州聊J：DAREF25z'PWMI1"LDAC#PWM8(GP?OBQi DINPWM9(GPiOBOj SCLkPWM10(GPIOBO)-……FSP^11(GPIOSO) CS#33Y4.V0D

ooPWM7PWM日PWV9PWW1D；州聊J：DAPEF25+■LCSPDDVDDUDACL?NSCLKFSAVDD■OllTAOUTBREFrwaREFMDOUTCDGNDAGNOOITTU61211i5iODAC■?■?-?DAADA_ADA_ADA^A■WDDC4D口1UFC43C41JQuFAGJJDDAJC圖2-5TLV5614接口電路第四節(jié)外部SRAM、FLASH擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)由于該控制系統(tǒng)需要存儲大量的數(shù)據(jù)以備分析和利用，根據(jù)DSP與外部存儲器之間的“零等待”原則，采用IS61LV6416-12T擴(kuò)展F2812的外部存儲器，IS61LV6416-12T為64KX16高速CMOSSRAM,3.3V供電，其與TMS320F2812的接口電路如圖2-6所示。BE.b超aam韻器器爲(wèi)器餐BE.b超aam韻器器爲(wèi)器餐圖2-6外部存儲器擴(kuò)展電路第三章汽車內(nèi)部噪聲主動控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)本控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要由4部分組成：汽車被控系統(tǒng)模型（含執(zhí)行器）、外部聲源、控制器和信號監(jiān)視（含傳感器），如圖3-1所示?？窨偳?/p>

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曉生豊■UL.HI.吏.■璽 SL?*夕］邸直飆■nH■■Itnn■IrTXI秋舉杲統(tǒng)氏井拆圖3-1實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組成示意圖需要說明的一點(diǎn)是：在控制系統(tǒng)中，被控汽車模型包含多塊鋁板，在此為了表達(dá)方便，只畫出其中一塊。在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，采用外部揚(yáng)聲器模擬艙體從外部受到的激勵(lì)。揚(yáng)聲器發(fā)出的聲波迫使汽車模型的一個(gè)由鋁板構(gòu)成的面發(fā)生受迫振動，從而使汽車內(nèi)部出現(xiàn)較大的噪聲；當(dāng)放置在箱體內(nèi)部指定位置的聲壓傳感器檢測到該處的聲壓變化，就把最新的聲壓值向DSP控制器傳送，控制器根據(jù)此時(shí)系統(tǒng)的輸入和輸出情況，及時(shí)做出判斷，對系統(tǒng)施加控制，此控制功能是通過粘貼在封閉艙體薄鋁板壁上的PZT執(zhí)行器完成的，因?yàn)镻ZT在控制信號的作用下能夠產(chǎn)生振動能量，同樣使鋁板受迫振動，以此來降低汽車內(nèi)部指定位置的噪聲。第一節(jié)汽車被控系統(tǒng)模型由于本設(shè)計(jì)是針對汽車內(nèi)部噪聲展開的，為了研究方便，采用了粗略的轎車模型作為被控對象。該模型的四面由1mm的鋁板組成，在車身上和車身內(nèi)部安裝有控制傳感器，其中該控制系統(tǒng)的執(zhí)行器是PZT，對稱地安裝在模型上。由于壓電陶瓷具有把電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的能力，因此當(dāng)應(yīng)用系統(tǒng)通電給壓電陶瓷時(shí)，材料的自發(fā)偶極矩發(fā)生變化，從而使材料的尺寸發(fā)生改變，這種效應(yīng)可在20ms內(nèi)產(chǎn)生50“m的位移，響應(yīng)速度之快是其他材料無法比擬的，而且頻帶很寬，對溫度不敏感，隨著加壓次數(shù)的增加，性能趨于穩(wěn)定，并且容易集成，是高精度、高速驅(qū)動器所必須的材料。本設(shè)計(jì)選用了壓電材料PZT作為執(zhí)行器。第二節(jié)外部聲源實(shí)驗(yàn)中的外部聲源是由揚(yáng)聲器代替的，揚(yáng)聲器由信號發(fā)生器發(fā)出的信號經(jīng)過功率放大器后驅(qū)動。第三節(jié)智能控制器以TMS320F2812DSP芯片為核心的智能控制器既可以脫機(jī)獨(dú)立自主運(yùn)行又可以通過USB接口在線仿真。第四節(jié)信號監(jiān)視器為了能夠監(jiān)視箱內(nèi)的控制誤差信號和壓電片驅(qū)動信號并進(jìn)行信號處理，本控制系統(tǒng)的信號監(jiān)視器采用了自行開發(fā)的多功能信號采集和處理系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)所選用的座位傳感器的壓電材料為壓電薄膜PVDF，PVDF感知的信號作為系統(tǒng)的參考信號。PVDF很薄、柔軟、密度低且靈敏度很高，其機(jī)械柔韌性比壓電陶瓷高10倍。PVDF壓電材料的壓電性比石英高3?5倍，壓電系數(shù)更高，可貼在物體表面。結(jié)束語本論文主要論述了汽車噪聲控制技術(shù)與基本實(shí)施步驟，從工程應(yīng)用實(shí)例分析看，國內(nèi)各類車型的噪聲控制還有一定的空間，即國內(nèi)各類車型目前噪聲較大。只要控制噪聲方法得當(dāng)，正確地識別出聲源，采用基于試驗(yàn)分析技術(shù)和基于解析分析技術(shù)的汽車噪聲控制方法，是可以降低汽車噪聲。但隨著噪聲標(biāo)準(zhǔn)的提高，要降低汽車噪聲達(dá)到新的國標(biāo)困難就很大，必須在現(xiàn)有的技術(shù)的基礎(chǔ)上提高研究和檢測手段。從汽車振動與