汽车噪声与振动-理论与应用
汽车NVH领域的经典入门读物，引领进入汽车振动噪声研究的最佳选择。第一章管道声学(1.12)时,声压幅值达到最大,反节点的位子是:(1.13)驻波是由频率相同的向右传播的入射波和向左传播的反射波迭加而成。驻波并不是运动的波,而是静止的,这是“驻”波名称的由来。波表示管道中的声音的模态。对於长度一定的管道来说,由于有许多频率的波,因此也就有很多驻波。这里所提到的驻波是假设管壁刚硬,所冇声波遇到管壁时全部被反射回来。可是实际上,管端壁不是完全刚性,因此反射波的声压不完全等於入射波声压,因此在节点处,入射波和反射波不可能完全抵消。但是这些点处的声压大部分被抵消,声压最低。第二节管道声阻抗阻抗是指当对媒质受到压力或者搾动力时,媒质会对传播产生阻碍。管道中的声学阻抗Z,定义声压与质点体积速度的比值,即(1.14)式中,u,U和S分别是管道中的速度,体积速度和截面积。体积速度与质点速度的关系为:L=SL。声吝在管道內传播,当管道的截面积发生变化的时候,声阻抗也发生变化。图1.3是截面积变化的管道,在变截面的地方,由于阻抗发生变化,一部分入射波就会被发射回原来的管道而另一部分入射波会在新的截面管道中继续传播。抗性消音器的工作原就是基于这种阻抗的变化。声波从发动机出来并在进气或者排气系统中传播,当遇到消音元件或者截面积变化时,入射声波被反射回发动机声源,从而抑制声音的传播。进排气系统中声阻抗不匹配的情况主要有截面积变化,主管道中插入了其他管道(如旁支消音器等),管道开口通往大气等等图1.3截面积变化的管道进排气系统中管道的长度都是有限的。图1.4表小一个长度为L的管道。假改管道两端的声阻抗分别已知,即在=处,声阻抗为,在=处,声阻抗为由公式(1.6)和(1.9),可以得到管道中仟一点的声阻抗为管道声学图1.4长度为L的管道将=代入公式(1.15)中,得到该处的声阻抗为:将三代入公式(1.15)中,得到该处的声阻抗:公式(17)可以重新写成下面的形式18将方程(1.16)代入到方程(1.18中,消除和,就得到输入声阻抗和输出声阻抗的关系,如下第一章管道声学(1.20第三节管口封闭与管口敞廾声波从管道入口端发射出来,传播到尾端。管道尾端通常有两种情况,一种是开口的,如进气管口,排气尾管口;另一种是封口的,如四分之一波长管。下面就来分析这两种尾端的声学特征。1.开∏-封闭管道图1.5表示管道尾端封闭状况。声音在管道里问石传播,当声波碰到刚性的封闭端时,声波被全部反弹冋来,再向左传播管口封闭图1.5开凵封闭管道对一个刚性的封闭口来说,其声阻抗为无穷大,即>0,根据公式(1.19),得到:1.21)声阻抗可以写成下面的形式:(1.22)式中R和粉别是阻抗的实部和虚部,R为声阻,称为声抗。声阻取决于结构的材料特性,而声抗则取决」结构的儿何特性。当声抗为零的时候,结构就发生共振。公式(1.21)中的声阻抗也可以写成公式(1.22)那样的形式,为(1.23)上式如果满足下亩的条件:(1.24)即,那么这个开口-封闭管道就发生共振,其固有频率为:(1.25)当n-=1,2,3,.,时,分别对应著管道第·阶、第二阶、第三阶,,.,等阶次频率图1.6是管道声波的第一阶和第阶模态。这个声波在封闭端时,声压达大最大值,然后发射第一章管道声学到入口处,使得入口端的声压为零,即在开口端形成驻波节点。四分之一波长管就是应用这个原理来工作的。图1.6管道声波的第一阶模态(A)和第二阶模态(B)公式(1.25)可以转变为管道长度与波长的关系,表达如下1.26)当n=1时,管道的长度是波长的四分之,即:。所以这种开∏封闭的管道通常叫著四分之一泼长管2.开口开口答道图1.7为一个尾端开口的管」。声波从入口端向右传播进入开口端时,声音与大气产生声耦合。大气的辐射声阻抗会将一部分声波返回管口敞开图1.7开口-开口管道声波在尾端的声阻抗为周围坏境的声阻抗,也就是说这个声阻抗不为零。为了使问题简化起见,我们先假设这个阻抗为零,然后再对所得到的结构进行修正。如果在x=处的声阻抗为零,那么由公式(1.19)可以得到下式(1.27)同样,当这个声阻抗中的声抗为零的吋候,管道就发生共振,这时必须满足:即:这时,开口-开口管道的共振频率为:当n=1,2,3,,时,分别对应著管道第一阶、第二阶、第三阶,.,等阶次频率第一章管道声学图1.8是开口-开口管道声波的第一阶和第二阶模态。图1.8开口-开口管道的第一阶模态(A)和第二阶模态(B)公式(1.30)可以转变为管道长度与波长的关系,衣达如下(1.31)3.开口管道的修正在推导尾端廾口公式时,我们假设了出口周围坯境的声阻抗为零,但是实际上这个阻抗不为零,因此必须对公式(1.27-1.31)的结论做修止。对图1.9这样的开∏终端,被称为自由自由开口。该开口处的声阻抗为:等效管图1.9自山开口-开口修正管道山于管道的直径非常小,因此和都远远小于1。山公式(1.27)和(1.32)得到:(1.33)这样,管道内的频率为34)管道长度与波长的关系为(1.35这样管道的长度比声阻抗为零的时候要短些,也就是说好像有一根等效的延长管与原来的管道相连接。管道的计算长度就是实际管子长度加上等效延长管长度△即第一章管道声学(1.36有时侯,在出口管处还会加类似与法兰的结构,如图1.10所示。这时,有效延长管的长度为△实际管子的长度为:△式中是管子的计算长度发等效管图1.10法兰开口-开口修正管道第四节四端网终分析进气系统或者排气系统都是有很多管道和消音元件组成。分析整个系统往往是非常复杂的,但是如果将系统分解到一些小的段落,那么分析起来就相对容易些。得到了每个段落或者是每个部件的分析结果,然后将之合成起来就得到了整个系统的结果。四端网络分析就是这种分析方法,在管道声学分析中得到了广泛的应用。对於管道中一小段质量(如图1.11)来说,动力方程可以写成如下:(1.39)式中,S是管道的截面积,是这个小质量段的长度,和分别是质量端两边的压力图1.11管道中一小段质量的受力分析公式(1.39)可以表达为(1.40)第一章管道声学对这一小段质量来说,假设两边的速度是相等的,即将这公式(1.40)和(1.41)写成矩阵形式,得到:(1.42)公式(1.42)建立起这段小质量块两边的压力和速度的关系。管道中小段质量块后端的压力和速度可以用它前端的压力和速度来表示。也就是说质量块后端与前端之间建立起来一种传递关系。同样对一个长度为L的管道(如图1.4所示)也可以得到管道两端的传递关系。在=处的压力和速度可以通过公式(1.6)和(1.9)分别求得(1.13)由以上两式可以得到和,如下:45(1.46根据公式(6)和(9),在处的压力和速度分别为将公式(1.45)和(1.46)中和的表达式代入公式(1.47)和(1.48)之中,就得到管道入冂与出∏之间声压和速度之间的关系,为:+49将公式(1.49)和(1.50)写成如下的矩阵形式第一章管道声学这样就得到了管道两边的压力和速度的传递关系。公式(1.51)可以简单地写成如下形式式中,被称为传递矩阵。如果管道的传递矩阵知道,那么只要知道管道端的压力和速度,就可以通过传递矩阵算出另一端的压力和速度。在传递矩阵两边分别是两个输入参数和两个输出参数。这四个参数的关系由传递矩阵来确定,因此这种表达方式称为四端网络法。上面介绍了小段质量和长度为L的管道的传递矩阵表达方法。这种方法可以推广到任何一个声学元件,其输入端和输出端的声压和速度都可以用四端网络米表示。图1.12代表某个声学元件i。图1.12一个管道元件的四端网终图这个元件两边的压力和速度关系为式中是传递矩阵,是传递矩阵系数。汽车的进气系统包括进气管道、空气过滤器、赫耳姆兹消音器、四分之波长管等。排气系统包括排气多支管、催化器、谐振器、消音器和管道等。一个系统如果由N个元件组成。而且每个元件的传递矩阵都知道,那么出声口的声压和速度就可以用声源的声压和速度来表示如下形式:(1.54)式中的L1是系统的传递矩阵,如下形式(1.55)
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基于PIC单片机的风光互补路灯照明控制器
基于PIC单片机的风光互补路灯照明控制器薛林,等基于PC单片机的风光互补路灯照明控制器成对蓄电池的充电。当光照较弱时,由于此时光DC-DC电路、实时时钟电路、充放电保护电路、伏板先将电能储存在电容,当电容的电压达到最路灯开关电路等组成;从控制器由液晶显示以及大功率点时再将电能转到蓄电池上,即只要光伏键盘组成(图3)。两个单片机之间通过RS232板产生电能,无论其电流多小都可以对蓄电池进DB9接口进行异步串行通信,即通过从控制器的行充电,最大限度地提取光伏板中的电流,充分键盘设置相关系统信息(主要包括日期设置、时利用光伏板。间设置、平均开灯时间设置、平均关灯时间设置3硬件电路时差设置、节能管理时数设置、蓄电池过充电压本文设计了一种新型的路灯控制器,其微处设置、蓄电池过放电压设置),然后传给主控制理器芯片均采用的是PC16F877。控制器包含主器。同时,在两个控制器相连时,主控制器的时间控制器和从控制器两个部分:主控制器主要由信息在从控制器的液晶上显示。NL ELtasRM4IAAnAAARWNF-I7 noa图3时钟及PWM产生电路Fig 3 Clock and the PWM generation circuit主控制器能够实现对蓄电池的充放电管理,DS12C887能够自动产生世纪、年、月、日、时、防止过充、过放。它有两路脉宽调制器(PWM)通分、秒等时间信息。DS12C887中自带有锂电道和8路可编程AD转换器通道,通过AD输池,外部掉电时,其内部时间信息还能够保持入口实现对蓄电池的采样测量,实现蓄电池的过10a。对于一天内的时间记录,有12h制和充、过放保护以及路灯光控开关。充电开关电路24h制两种模式,在12h制模式中,用AM和由两根控制线(光伏充电电路的PWM信号和风PM区分上午和下午。时间的表示方法有两机的PWM信号)与微处理器的PWM端口相连种:一种用二进制数表示,一种是用BCD码表接,实现PwM控制脉冲充电,能够极大地提高示。DS12C887中带有128字节RAM,其中有系统充电效率。放电开关电路也由两根控制线与11字节RAM用来存储时间信息,4个字节微处理器相连,控制开关动作,它能够实现光源RAM用来存储DS12C887的控制信息(称为控的开关和功耗调节。本控制器采用的节能管理方制寄存器),113字节通用RAM便于用户使式是在一个灯杆上安装两个灯,从天黑时到晚上用。另外,用户还可对DS12C887进行编程以节能管理时间之前两盏灯同时点亮,系统全功率实现多种方波输出,并可对其内部的3路中运行;到节能管理时数之后关掉其中一盏灯,系断,通过软件进行屏蔽。统半功率输出;为了延长路灯的使用寿命,采用基于时钟芯片Ds12C887,本文所设计的控两盏灯循环利用方式,即日期为偶数,在节能管制器是采用时空方式进行开关灯控制的,一年四理时间关掉A灯,日期为奇数,在节能管理时间季的开关灯时间变化如图4所示。可以通过在从关掉B灯。控制器上对当地的平均开关灯时间(即春分和秋本控制器采用的时钟芯片是 DALLAS公分时的开关灯时间)和时差进行设置,利用软件司生产的实时日历时钟芯片DS12C887,计算出当天的开关灯时间。可耳能骠2011,29(1)外,用户通过键盘对系统信息进行修改后,由从开灯时间控制器发送给主控制器进行处理。5结语本文介绍了一种用于风光互补路灯照明系关灯时间统的新型智能控制器。控制器由主控制器和从控制器组成,微处理器均采用PC16F877芯片。主控制器主要由DC-DC电路、实时时钟电路、充放春分夏至秋分冬至电保护电路、路灯开关电路等组成,从控制器由节气液晶显示以及键盘组成。两个单片机之间通过图4开关灯时间变化图RS232DB9接口进行异步串行通信,即通过从控Fig4 Turnon and turn off time variation制器的键盘设置相关的系统信息(主要包括:日从控制器主要由液晶显示和键盘组成。显示期设置时间设置、平均开灯时间设置、平均关灯部分是人机对话的窗口,具有重要作用。根据用时间设置时差设置、节能管理时数设置蓄电池户需求,控制器要实现的显示功能有日期设置、过充电压设置、蓄电池过放电压设置),然后传给时间设置、平均开灯时间设置、平均关灯时间设主控制器。同时,在两个控制器相连时,将主控制置、时差设置、节能管理时数设置、蓄电池过充电器的时间信息在从控制器的液晶上显示。试验和压设置、蓄电池过放电压设置。从控制器使用运行结果表明,应用此智能控制器的照明系统,LCD12864-12液晶显示模块,这种字符型液晶模具有效率高、稳定性好的优点,并能长期自动运块是一种带汉字库的液晶显示模块,可以进行4行在免维护状态下,具有广阔的应用前景。行字符显示。模块允许单片机随时访问显示参考文献RAM并可进行位操作。用户通过键盘模块对充昊理博,赵争鸣刘建政用于太阳能照明系统的智放电各种参数进行设置,本控制器采用中断的方能控制器[J清华大学学报(自然科学版),2003,43式进行按键处理。由于PIC单片机的 PORTB各(9):1195-1198端口具有弱上拉功能,只要通过软件设置相应的[2]谢小英,阴文平黄成德,阀控式铅酸电池的研究现控制位即可。并且 PORTB端口的高四位,即状与展望[电池,2009,39(1):47-48RB4~RB7引脚的电平发生变化时会产生中断。 KirCHEV A, DELAILLE A, KAROUI F,etat, Studies用电平变化产生中断的方式可以大大提高效率。of the pulse charge of lead-acid batteries for PV applications (I), Factors influencing the mechanism of the4软件设计pulse charge of the positive plate[J]. J Power Sources,主控制器和从控制器之间会实时地进行通2008,177(1):217-225信,主控制器通过异步通信方式把从时钟芯片凹张月滨,王星博,任永乐,等,延长铅酸电池寿命保护DS12C877读取的时钟信息传送到从控制器,从装置的设计门电池,2007,37(3):226-228控制器将其在液晶模块12864上进行显示。另DOI】CNKI:21-1469/TK201101261721006一++十“+“m+m“+“太阳能产业将成新兴能源支柱产业太阳能是目前最具发展前景的新能源。近几年我国全国能源工作会议上表示,下一步将加强太阳能行业规t太阳能产业发展势头迅猛,2010年全国光伏发电装机规划和准入管理,引导产业健康发展,把它培养成为我国模约达到60万kW。但光伏行业也承受着产能过剩、高先进的装备制造产业和新兴能源支柱产业。在具体落实牦能、高污染的质疑。上,要继续推广利用太阳能热水器,加大对太阳能发电经过多年发展,我国已形成了比较完整的太阳能光技术研发的支持。建设国家级太阳能研发试验中心,增伏产业链,对国内太阳能光伏发电市场的评价是:启动加财政和企业的研发投入。要在太阳能资源丰富、具有有序,起步良好。当前的主要问题是太阳能光伏发电转荒漠和荒芜土地资源的地区,建设一批大型并网光伏示化效率较低,发电成本较高。范电站。在内蒙古、甘肃、青海、新疆、西藏的适宜地区,国家发展改革委副主任、国家能源局局长张国宝在开展太阳能热发电试点〈来源中国经济网〉·110
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