CN102046426A - 有源振动噪音控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种有源振动噪音控制装置，其具有多个抵消信号生成部，该多个抵消信号生成部生成的输出信号用于分别抵消由多个振动源所生成的噪音。在本发明的有源振动噪音控制装置中，可降低第1与第2抵消信号生成部(11、12)中一方动作的停止对另一方的影响。因为第2抵消信号生成部(12)根据第2抵消信号生成部(11)的工作状态(增益G1为0或1)来调整第2信号生成部(12)的第2模拟传递特性(C^)，所以第2抵消信号生成部(12)不会受第1抵消信号生成部(11)的动作状态变化的影响，从而，能够维持第2抵消信号生成部(12)的噪音控制性能。

Description

有源振动噪音控制装置
技术领域
本发明涉及一种有源振动噪音控制装置，其具有多个抵消信号生成部，该多个抵消信号生成部生成的输出信号用于分别抵消由多个振动源所生成的噪音，作为一个应用例，上述有源振动噪音控制装置特别适合作为车用型有源振动噪音控制装置以降低车辆车厢内的噪音。
背景技术
现有技术中有这样一种车用型有源振动噪音控制装置，其具有多个抵消信号生成部，由该信号生成部来降低因多种原因(例如引擎噪音、路面噪声、行驶风生成的噪音)而在车厢内生成的噪音(日本发明专利公开公报特开平7-104767)。
在该日本发明专利公开公报特开平7-104767所记载的技术中，控制引擎噪音的抵消信号生成部的工作条件为从低频到高频的整个频率区域。并且，在低频时，用于消除上述行驶风生成的噪音的抵消信号生成部不工作，而用于消除上述引擎噪音与路面噪声的抵消信号生成部工作；在高频时，用于消除上述路面噪声的抵消信号生成部不工作，而用于消除上述引擎噪音与上述行驶风生成的噪音的抵消信号生成部工作。
但是，如后面所述，在各个抵消信号生成部处于工作中的情况下，在切换某个抵消信号生成部的动作(工作状态)时，会影响其他处于工作中的抵消信号生成部的噪音控制。
然而，在上述日本发明专利公开公报特开平7-104767所记载的技术中，并没有任何关于某个抵消信号生成部的动作切换对其他工作中的抵消信号生成部的影响的记载。
实际上，在使某个抵消信号生成部停止工作时，其他还在工作的抵消信号生成部的动作会变得不稳定，或者造成系统的随动特性变差，最坏的情况是使噪音增加。
发明内容
考虑到上述问题，作出了本发明，本发明的目的在于，提供一种有源振动噪音控制装置，该有源振动噪音控制装置，在多个抵消信号生成部工作过程中，即使某个抵消信号生成部的动作状态发生变化，也能够降低或者消除对其他抵消信号生成部的动作的影响。
本发明的有源振动噪音控制装置包括第1抵消信号生成部与第2抵消信号生成部。第1抵消信号生成部生成频率与第1噪音事态的频率相关的第1基准信号。该第1抵消信号生成部具有第1传递特性，该第1传递特性是指，从所述第1抵消信号生成部自身输出的第1抵消信号经由音场并作为误差信号返回其自身的传递特性。所述第1抵消信号生成部根据模拟所述第1传递特性的第1模拟传递特性生成所述第1抵消信号。第2抵消信号生成部生成频率与第2噪音事态的频率相关的第2基准信号。所述第2抵消信号生成部具有第2传递特性，该第2传递特性是指，从所述第2抵消信号生成部自身输出的第2抵消信号经由上述音场并作为误差信号返回其自身的传递特性。所述第2抵消信号生成部根据模拟所述第2传递特性的第2模拟传递特性生成所述第2抵消信号。所述第2抵消信号生成部根据第1抵消信号生成部的动作状态调整第2模拟传递特性。
采用这样的本发明，因为第2抵消信号生成部根据第1抵消信号生成部的动作状态调整第2模拟传递特性，所以第2抵消信号生成部不会受第1抵消信号生成部的动作状态变化的影响，从而能够降低甚至消除第1抵消信号生成部的动作变化对还在工作中的第2抵消信号生成部的动作生成的影响。
作为一个例子，所述第2抵消信号生成部根据所述第1抵消信号生成部的动作的开始与停止来调整所述第2模拟传递特性。
这种情况下，所述第1抵消信号生成部中包括为规定所述第1抵消信号生成部的上述动作状态而设定增益的增益设定器，此时，所述第2抵消信号生成部根据所述增益设定器设定的增益来调整第2信号生成部的第2模拟传递特性。从而，用简单的结构即可维持包括处在工作中的第2抵消信号生成部的有源振动噪音控制装置的噪音控制性能。
想要切换上述第1抵消信号生成部的动作的开始与停止时，通过切换增益即可简单地实现。例如，想要切换为停止状态时，将增益切换为0，则可简单地将第1抵消信号生成部切换为停止状态。
采用上述的本发明，在多个抵消信号生成部工作过程中，当某个抵消信号生成部的动作状态发生变化时，调整其余的抵消信号生成部的传递特性的模拟传递特性，所以，其余的抵消信号生成部不会受到某个抵消信号生成部的动作状态变化的影响，能够降低甚至消除某个抵消信号生成部的动作状态变化对其余抵消信号生成部的动作的影响。
作为发明的效果，本发明中，某个抵消信号生成部的动作状态变化不会影响其余的抵消信号生成部，能够维持其余的抵消信号生成部的噪音控制性能。
附图说明
图1为表示本发明一个实施方式的车用有源振动噪音控制装置的结构的框图；
图2为形成第2抵消信号生成部的从输出端口到输入端口的传递特性(传递函数)的构成要素的说明图；
图3所示为第1抵消信号生成部动作状态为关闭(停止中)时的第2模拟传递特性C^的测定数值例；
图4所示为第1抵消信号生成部动作状态为打开(工作中)时的第2模拟传递特性C^的测定数值例；
图5为第1抵消信号生成部在打开与关闭时的第2模拟传递特性C^的矢量图；
图6为所示为，矢量的大小对应于第1抵消信号生成部的动作状态的变化特性；
图7所示为第1抵消信号生成部工作时与停止时的从输出端口到输入端口的振幅、频率特性；
图8所示为第1抵消信号生成部工作时与停止时的从输出端口到输入端口的相位、频率特性。
具体实施方式
下面参照附图对本发明的具体实施方式进行说明。
图1为表示本发明一个实施方式的车用有源振动噪音控制装置的结构的框图。
配置在车辆上的车用有源振动噪音控制装置10主要设置有第1抵消信号生成部11(路面噪声控制部)与第2抵消信号生成部12(引擎噪音控制部)。其中，第1抵消信号生成部11生成用于抵消路面噪声的抵消音的第1抵消信号Sc1，第2抵消信号生成部12生成用于抵消引擎噪音的抵消音的第2抵消信号Sc2。
第1及第2抵消信号生成部11、12包括计算机，其作为功能实现部(功能实现机构)，根据各输入信号由CPU运行存储在ROM等的存储器中的程序而实现各种功能。
在车厢内空间24中设置有麦克风(误差信号检测器)22，该麦克风22位于测试点(测试位置、听受点)，将由引擎噪音(引擎沉闷的振动声)、路面噪声与抵消音生成干涉后剩余的残余噪音检测出来并作为误差信号e。
在车内空间24中还设置有扬声器(抵消音输出器)26。通过加法器50相加且经由D/A变换器28而合成第1抵消信号Sc1与第2抵消信号Sc2的合成抵消信号Sc3(Sc3＝Sc1+sc2)，扬声器26基于该抵消信号Sc3将用于抵消上述路面噪声与(或)引擎噪音的上述抵消音输出至车内空间24。
从麦克风22输出的误差信号e被A/D变换器30变换为数字形式的误差信号e，并作为输入信号输入到第1抵消信号生成部11与第2抵消信号生成部12中。
第1抵消信号生成部11由具有带通滤波器功能的自适应陷波滤波器111与第1模拟传递特性部112构成。
自适应陷波滤波器111具有第1基准信号生成器31、第1自适应滤波器36、滤波系数刷新器(运算器)38。其中，第1基准信号生成器31生成与路面噪声频率fd(Hz)同步的第1基准信号Sr1(余弦波信号cos(2πfdt)与正弦波信号sin(2πfdt))，关于路面噪声频率fd，根据车辆型号的不同，例如为恒定的42Hz左右；第1自适应滤波器36基于第1基准信号Sr1在加法器33的减数输入端生成原第1抵消信号Sco1，该第1抵消信号Sco1的振幅及相位与误差信号e中的路面噪声成分的振幅与相位相同；从误差信号e中减去原第1抵消信号Sco1而得到的信号(e-Sco1)被单位采样时间延迟器35延迟后，与第1基准信号Sr1一起输送到滤波系数刷新器38中，该滤波系数刷新器38根据使该信号(e-Sco1)最小化的自适应控制算法(例如，为一种最陡下降法的LMS(Least Mean Square、最小均方算法)算法)来刷新第1自适应滤波器36的滤波系数W1，该第1自适应滤波器36为单抽头自适应滤波器。
第1模拟特性传递部112由移相器37与增益设定器39构成。移相器37中预先设定一个相移量，该相移量使得原第1抵消信号Sco1的相位在麦克风22处变得与路面噪声的相位相反。增益设定器39中设定增益G1，该增益G1使得被移相器37转换相位后的原第1抵消信号Sco1的振幅在麦克风22处与路面噪声的振幅相比近似于相等。在麦克风22的位置处所接听到的路面噪声的大小(振幅)是随车速变化的，因此，所设定的增益G1为基于车速计41所得到的车速而预先获得的增益。在车辆停止时，因不存在路面噪声，所以增益G1设定为零。
另外，第2抵消信号生成部12为利用前馈式的filter d-X LMS算法的电路。
该第2抵消信号生成部12具有频率检测器(转动频率检测器)42、第2基准信号生成器32、第2自适应滤波器46、参照信号生成器(滤波器)44、滤波器系数刷新器(运算器)48。其中，频率检测器42由计数器构成，该计数器从由图中未示出的燃料喷射ECU(FIECU)传输来的引擎转动信号(引擎脉冲)中检测出引擎曲轴(转动体)的转动频率fe；第2基准信号生成器32生成频率与上述转动频率fe相同的第2基准信号Sr2(余弦波信号cos(2πfet)与正弦波信号sin(27πfet))；第2自适应滤波器46基于第2基准信号Sr2生成第2抵消信号Sc2；参照信号生成器44设定第2模拟传递特性C^并追随第2基准信号Sr2生成参照信号r2，其中，第2模拟传递特性C^模拟从第2自适应滤波器46的输出端经加法器50、D/A变换器28、扬声器26、车厢内空间24、麦克风22、A/D转换器30到第2抵消信号生成部12的输入端(滤波器系数刷新器48的输入端)的转动频率fe(因转动频率随引擎信号而变化所以此处指每一转动频率fe)的声音的传递特性；参照信号r2与误差信号e被输入到滤波器系数刷新器48中，该滤波器系数刷新器48根据使误差信号e最小化的自适应控制算法(例如，为一种最陡下降法的LMS(LeastMean Square)算法)来刷新第2自适应滤波器46的滤波系数W2，该第2自适应滤波器46为单抽头自适应滤波器。
采用如上的结构，因第2抵消信号Sc2在麦克风22位置处的相位与在麦克风22处所接听到的引擎噪音的相位相反，并且第2抵消信号Sc2在麦克风22位置处的振幅与麦克风22处所接听到的引擎噪音的振幅相同，所以能够在麦克风22的位置处消除引擎噪音。
另外，第1抵消信号Sc1与第2抵消信号Sc2被加法器50相加，并且通过D/A变换器28及扬声器26被麦克风22作为抵消音接听。
根据第1抵消信号生成部11的动作状态的不同，增益设定器39的增益G1发生改变，此时，必需调整第2抵消信号生成部12的参照信号生成器44的第2模拟传递特性C^，下面就此“必需调整”的理由(问题)参照图2进行说明。
图2比图1更详细地表示了车用有源振动噪音控制装置10的一部分。如图2中所示，在电子回路基板60上配备有第1及第2抵消信号生成部11、12。
该图2为说明形成第2抵消信号生成部12的从作为输出点的端口(输出端口)A(也可参照图1)到作为输入点的端口(输入端口)B(也可参照图1)的传递特性(传递函数)的构成要素的框图。
该传递特性为第2抵消信号Sc2从输出端口A输出到作为误差信号e返回输入端口B的经路的频率传递特性。
具体而言，从输出端口A，经由加法器50、D/A变换器28、低通滤波器(LPF)62、放大器(AMP)64、端子74、配线78、功率AMP66、扬声器26、形成音场特性的车厢内空间24、麦克风22、旁通滤波器(HPF)68、配线80、端子76、放大器70、LPF72、以及A/D变换器30，到生成误差信号e的输入端口B为一条经路，由该经路与从分叉点51(也可参照图1)经由第1抵消信号生成部11到加法器50的经路构成并列经路的传递特性即为上面所言的传递特性。
即，按照图2的内容所理解，在第2抵消信号生成部12的从输出端口A到输入端口B的具有传递特性的经路上，并联有第1抵消信号生成部11，因而导致，因第1抵消信号生成部11的动作状态(例如，开始动作(开)与停止(关))的变化，第2抵消信号生成部12的从输出端口A到输入端口B的传递特性也会发生变化。
即，在使第1及第2抵消信号生成部11、12都工作时，例如，当仅仅使降低路面噪声的第1抵消信号生成部11的动作停止时，降低引擎噪音的第2抵消信号生成部12的控制噪音的经路的传递特性(相应于频率的振幅与相位的传递特性)会发生变化。因而，会生成正在工作的第2抵消信号生成部12的振动噪音控制(此时，为对引擎噪音的控制)变得不能满足要求或者不稳定的问题。
为解决该问题，在本实施方式中，第2抵消信号生成部12，根据第1抵消信号生成部11的动作状态来调整构成第2抵消信号生成部12的参照信号生成器44的第2模拟传递特性C^。
根据第1抵消信号生成部的动作状态，预先检测出与第2模拟传递特性C^相对应的、从图2中端口A到端部B的经路的传递特性(相应于频率的振幅与相位的传递特性)。
另外，在去除第2抵消信号生成部12的状态下，在端口B处的相位与振幅相对于在端口A处的具有固定振幅的信号发生器的频率变化而生成变化，通过对此变化关系作出曲线即可得到从端口A到端口B的传递特性，虽然如此，但为了进行数字运算，需要测定并得出由实部与虚部构成的各频数的矢量值。
图3所示为第1抵消信号生成部11的动作状态为停止时(即，由车速计4得到的车速为零、增益设定器39设定的增益G1为零时)的第2模拟传递特性C^(G1＝0)的测定结果。
图4所示为第1抵消信号生成部11工作时(即，因车辆在行驶，所以车速计4得到的车速为特定数值、增益设定器39设定的增益G1大于零时)的第2模拟传递特性C^(G1＞0)的测定结果。为了便于理解，在下面所说明的情况中，将在特定车速下第1抵消信号生成部11处于工作中的增益G1规范为G1＝1。
例如，对于路面噪声频率fd＝42Hz的情况，在图4所示的第1抵消信号生成部11处于工作中的情况下的第2模拟传递特性C^(G1＝1)中，实部＝0.705、虚部＝0.473，而在图3所示的第1抵消信号生成部11为停止状态(G1＝0)下的第2模拟传递特性C^(G1＝1)中，则变为实部＝1.269、虚部＝0.855。
图5所示为上述情况的矢量图。关于矢量的大小，在G1＝1时，|C^|on＝0.720，在G1＝1时，|C^|off＝1.635。
图6所示为，在上述42Hz情况下的矢量的大小|C^|对应于第1抵消信号生成部11的动作状态(G1＝0～1)的变化特性90。
图7中分别用实线和虚线表示第1抵消信号生成部11工作时(on，G1＝1)与停止时(off，G1＝0)的从输出端口A到输入端口B的振幅、频率特性82、84(单位分别为“dB”与“Hz”)。
图8中分别用实线和虚线表示第1抵消信号生成部11工作时(on，G1＝1)与停止时(off，G1＝0)的从输出端口A到输入端口B的相位、频率特性86、88(单位分别为“°”与“Hz”)。
图7与图8中的特性82、84、86、88对应于图3、图4中的第2模拟传递特性C^(G1＝0)、C^(G1＝1)。
如上面所说明的，上述实施方式的有源振动噪音控制装置10具有第1抵消信号生成部11与第2抵消信号生成部12。第1抵消信号生成部11生成与作为第1噪音事态的路面噪声的频率相关的第1基准信号Sr1，并根据模拟其第1传递特性的第1模拟传递特性(第1模拟传递特性部112)生成第1抵消信号Sc1，其中，第1抵消信号生成部11的第1传递特性为，从第1抵消信号生成部11自身输出的第1抵消信号经由包括车厢内空间24在内的音场并作为误差信号e返回其自身的传递特性(大致从加法器50经由D/A变换器28、车厢内空间24(包括扬声器26与麦克风22的经路)、A/D转换器30到分叉点50的经路的传递特性)。第2抵消信号生成部12生成与作为第2噪音事态的引擎噪音的频率fe相关的第2基准信号Sr2，并根据模拟其第2传递特性的第2模拟传递特性C^生成第2抵消信号Sc2，其中，第2抵消信号生成部12的第2传递特性为，从第2抵消信号生成部12自身输出的第2抵消信号经由上述音场并作为误差信号e返回其自身的传递特性(大致从加法器50经由D/A变换器28、车厢内空间24(包括扬声器26与麦克风22的经路)、A/D转换器30到分叉点50的经路的传递特性)。而且，因为第2抵消信号生成部12根据第1抵消信号生成部11的动作状态调整第2模拟传递特性C^，所以第2抵消信号生成部12不会受第1抵消信号生成部11的动作状态变化的影响，从而能够降低甚至消除第1抵消信号生成部11的动作变化对还在工作中的第2抵消信号生成部12的动作生成的影响。
例如，第2抵消信号生成部12根据第1抵消信号生成部11的动作开始与停止来调整第2模拟传递特性C^。
这种情况下，如图1所示，第1模拟传递特性(第1模拟传递特性部112)中包含设定增益G1以规定第1抵消信号生成部11的上述动作状态的增益设定器39，在此情况下，第2抵消信号生成部12根据该增益设定器39设定的增益G1来调整第2信号生成部12的第2模拟传递特性，从而，用简单的结构即可维持包括处在工作中的第2抵消信号生成部12的有源振动噪音控制装置10的噪音控制性能。
想要切换上述第1抵消信号生成部11的动作的开始与停止时，通过切换增益G1即可简单地实现。例如，想要切换为停止状态时，将增益G1切换为G1＝0，则可简单地将第1抵消信号生成部11切换为停止状态。
不言而喻，在想要将处于动作状态的第1抵消信号生成部11置为关闭状态时，可以不通过使增益G1变为零的方式，而是通过切断电源对第1抵消信号生成部11的电力供应来实现。
另外，本发明不限于上述实施方式，例如，可以代替第1抵消信号生成部11，而设置用于抵消流过车身表面的行驶风生成的噪音的抵消信号生成部，此时，当然也能够适用说明书中所记载的例如“在停止时将增益设定为零”等的种种情况。

Claims (3)

1.一种有源振动噪音控制装置，
其包括第1抵消信号生成部(11)与第2抵消信号生成部(12)，
第1抵消信号生成部(11)生成频率与第1噪音事态的频率相关的第1基准信号(Sr1)，该第1抵消信号生成部(11)具有第1传递特性，该第1传递特性是指，从所述第1抵消信号生成部(11)自身输出的第1抵消信号(Sc1)经由音场并作为误差信号(e)返回其自身的传递特性，所述第1抵消信号生成部根据模拟所述第1传递特性的第1模拟传递特性生成所述第1抵消信号(Sc1)，
第2抵消信号生成部(12)生成频率与第2噪音事态的频率相关的第2基准信号(Sr2)，所述第2抵消信号生成部(12)具有第2传递特性，该第2传递特性是指，从所述第2抵消信号生成部(12)自身输出的第2抵消信号(Sc2)经由上述音场并作为误差信号(e)返回其自身的传递特性，所述第2抵消信号生成部(12)根据模拟所述第2传递特性的第2模拟传递特性(C^)生成所述第2抵消信号(Sc2)，
其特征在于，
所述第2抵消信号生成部(12)根据所述第1抵消信号生成部(11)的动作状态调整所述第2模拟传递特性(C^)。
2.根据权利要求1所述的有源振动噪音控制装置，其特征在于，
所述第2抵消信号生成部(12)根据所述第1抵消信号生成部(11)的动作的开始与停止来调整所述第2模拟传递特性(C^)。
3.根据权利要求1所述的有源振动噪音控制装置，其特征在于，
所述第1抵消信号生成部(11)中包括为规定所述第1抵消信号生成部(11)的上述动作状态而设定增益(G1)的增益设定器(39)，
所述第2抵消信号生成部(12)根据所述增益设定器(39)设定的增益来调整所述第2模拟传递特性(C^)。
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