CN105374365A - 用于控制车辆噪声的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种噪声控制系统和方法。该方法包括通过控制器接收与噪声对应的参考信号和与残余噪声对应的误差信号。基于参考信号产生用于消除噪声的控制信号。此外，控制器根据控制信号输出振动以产生用于消除噪声的消除信号。参考信号的相位延迟通过控制器得到补偿，并且基于经过路径补偿滤波器的参考信号和误差信号更新自适应滤波器的滤波值。

Description

用于控制车辆噪声的系统和方法

相关申请的交叉引用

根据35U.S.C.§119(a)，本申请要求2014年8月11日提交的韩国专利申请第10-2014-0103941号的权益，其全部内容引入本文以供参考。

技术领域

本发明涉及用于控制噪声的系统和方法，且更特别地，涉及减少车内噪声的用于主动控制噪声的系统和方法。

背景技术

通常，使用吸音材料、隔音材料等的被动方法被用作减少车内噪声的方法。然而，这种被动噪声减少方法是受限的。近来，已开发出通过使用声音输出装置例如音频扬声器来产生与噪声具有相反相位的信号，从而减少噪声的有源噪声控制技术。行驶中可能产生各种噪声，包括来自车辆发动机的噪声和通过轮胎与弯路面之间的摩擦产生的噪声等。近来，为了改善驾驶者乘坐舒适性，已经进行了应用有源噪声控制技术的研究，以减少车内噪声。

然而，当声音输出装置例如扬声器被用于减少车内噪声时，所得声音可能使使用者感觉是人造的或不自然的。此外，采用从音频扬声器输出的相反相位信号的有源噪声控制技术具有一些问题，包括不能有效地移除低频噪声，例如发动机的轰鸣声。

上述在该背景技术部分公开的信息仅用于增强对本发明背景的理解，因此其可能含有不构成在该国本领域普通技术人员已经知晓的现有技术的信息。

发明内容

本发明提供了一种用于控制运行车辆内的噪声的系统和方法。

根据本发明的示例性实施方式，用于控制噪声的系统可包括：存储器，配置成存储程序指令；以及处理器，配置成执行程序指令，该程序指令在执行时配置成：接收与由噪声源产生的声音或振动对应的参考信号；接收与来自声音或振动的残余噪声对应的误差信号；基于参考信号产生用于消除噪声源的噪声的控制信号；补偿参考信号的相位延迟；基于经过路径补偿滤波器的参考信号和误差信号，更新自适应滤波器的滤波值；以及根据控制信号输出振动，以产生用于消除噪声的消除信号。

本发明的另一个示例性实施方式提供一种通过噪声控制系统控制噪声的方法，其可包括：通过控制器，接收与由噪声源产生的声音或振动对应的参考信号；通过控制器，基于经过自适应滤波器的参考信号，产生用于消除噪声源的噪声的控制信号；通过控制器，根据控制信号使振动发生器振动，以产生用于消除噪声的消除信号；通过控制器，补偿参考信号的相位延迟；以及通过控制器，基于参考信号和误差信号，更新自适应滤波器的滤波值，其中滤波值的相位延迟得到补偿；以及通过控制器，接收与残余噪声对应的误差信号。自适应操作可包括：补偿参考信号的相位延迟；以及基于相位信号得到补偿的参考信号和误差信号来更新自适应滤波器的滤波值。

本发明的又一个示例性实施方式提供一种包含由控制器执行的程序指令的非暂时性计算机可读介质，用于执行本发明的控制噪声的方法。根据本发明的示例性实施方式，可以有效地移除因振动而产生的室内噪声。此外，通过防止噪声控制信号发散，可以更稳定地控制噪声。

附图说明

图1是示出根据本发明的示例性实施方式的噪声控制系统的示例性图；

图2是示出根据本发明的示例性实施方式的振动产生单元的示例性图；

图3是示出根据本发明的示例性实施方式的误差信号获取单元的示例性图；

图4和5示出根据本发明的示例性实施方式的噪声控制系统可安装在车内的示例性例子；

图6是示出根据本发明的示例性实施方式的控制器的示例性图；

图7是描述根据本发明的示例性实施方式的控制器的操作的示例性图；

图8是示出根据本发明的示例性实施方式的噪声控制方法的示例性流程图；

图9是示出根据本发明的示例性实施方式的噪声控制系统的自适应控制方法的示例性流程图。

附图标记说明：

1：发动机；10：噪声控制系统；11：参考信号获取单元；12：振动产生单元；13：误差信号获取单元；14：自适应控制器；121：数字模拟(DA)转换器；122：低通滤波器(LPF)；123：驱动放大器；124：振动发生器；131：误差传感器；132：信号调节器；133：低通滤波器(LPF)；134：模拟数字(AD)转换器；138：加速计；139：扩音器；141：路径补偿滤波器；142：振动计算单元；143：步长计算单元；145：下采样单元；147：上采样单元；148：自适应滤波器。

具体实施方式

应理解，本文使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语包括通常的机动车，例如，包括多功能运动车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商务车的客车，包括各种船只和船舶的水运工具，飞行器等等，并且包括混合动力车、电动车、插入式混合电动车、氢动力车和其它代用燃料车(例如，来源于石油以外的资源的燃料)。如本文所提到的，混合动力车是具有两种或多种动力源的车辆，例如，具有汽油动力和电动力的车辆。

尽管示例性实施方式描述为使用多个单元来实施示例性操作，但可以理解的是，也可以通过一个或多个模块来实施示例性操作。此外，可以理解的是术语控制器是指包括存储器和处理器的硬件装置。存储器配置成储存模块，并且处理器具体配置成执行所述模块以实施以下进一步描述的一个或多个操作。

此外，本发明的控制逻辑可实施为含有通过处理器、控制器/控制单元等执行的可执行程序指令的非暂时性计算机可读介质。计算机可读介质的例子包括但不限于，ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、优盘、智能卡和光学数据存储装置。还能够在网络耦合的计算机系统中分布计算机可读记录介质，使得例如通过远程信息处理服务器或控制器局域网(CAN)以分散的方式存储并且执行计算机可读介质。

本文使用的术语仅仅是为了说明具体实施方式的目的而不是意在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一个、一种(a、an)”和“该(the)”也意在包括复数形式，除非上下文中清楚指明。还可以理解的是，在说明书中使用的术语“包括(comprises和/或comprising)”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其群组。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和所有组合。

除非特别说明或从上下文明显得到，否则本文所用的术语“约”理解为在本领域的正常容许范围内，例如在均值的2个标准偏差内。“约”可以理解为在所述数值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％内。除非另外从上下文清楚得到，本文提供的所有数值都由术语“约”修饰。

在下文，将参考示出本发明的示例性实施方式的附图更全面地描述本发明。如本领域技术人员将意识到的，所描述的示例性实施方式可以以各种不同的方式来修改，只要不偏离本发明的精神和范围即可。因此，附图和描述应被视作示例说明性的而不是限制性的。贯穿说明书，相同的附图标记表示相同的元件。

贯穿本说明书和所附权利要求书，当描述一个元件“连接”至另一元件时，元件可“直接连接”至另一元件或通过第三元件“电连接”至另一元件。

在下文，将参考附图描述根据本发明的示例性实施方式的噪声控制系统及其方法。在本发明的示例性实施方式中，噪声控制系统可以配置成，通过使用滤波-X最小均方(LMS)算法作为自适应控制算法来使滤波器自适应，其中滤波-X最小均方(LMS)算法是窄带前馈自适应控制算法。换句话说，噪声控制系统可配置成使用滤波-XLMS算法来自适应地更新用于产生控制信号的滤波值。LMS算法是使用目标响应与实际响应之间的差值(例如，误差信号)来自动调整滤波器的滤波值的算法，并且是用于更新滤波值以使误差信号的平方(即均方误差)的期望值最小化的算法。

图1是示出根据本发明的示例性实施方式的噪声控制系统的示例性配置图。图2是示出根据本发明的示例性实施方式的振动产生单元的示例性配置图，并且图3是示出根据本发明的示例性实施方式的误差信号获取单元的示例性配置图。此外，图4和5示出根据本发明的示例性实施方式的噪声控制系统安装在车内的示例性实施方式。此外，图6是示出根据本发明的示例性实施方式的控制器的示例性配置图，并且图7是描述根据本发明的示例性实施方式的控制器的操作的示例性图。

参考图1，根据本发明示例性实施方式的噪声控制系统10可包括参考信号获取单元11、振动产生单元12、误差信号获取单元13、自适应控制器14等，并且通常，控制器14执行其他所列单元。应注意，图1中示出的构成元件并不都是必要或限制性的，也就是，根据本发明的示例性实施方式的噪声控制系统10可设置成比所示出的包括更多或更少的构成元件。

参考信号获取单元11可配置成响应于由噪声源产生的振动或声音获取参考信号。参考信号是与作为消除目标(cancellationtarget)的噪声的声波特征对应的信号，且可包括多个频率分量。通过示例的方式，参考信号可包括同步化为作为消除目标的噪声的声波特征的多个余弦信号和正弦信号。车内有多种类型的引起噪声的声源。例如，声源可以是发动机旋转或弯路面引起的摩擦。

当声源是发动机旋转时，发动机噪声可同步化为发动机每分钟转数(RPM)。因此，参考信号获取单元11可配置成获取关于发动机RPM的信息，从而产生参考信号。此外，参考信号获取单元11可配置成基于发动机RPM获取引起发动机噪声的多个频率分量，并且产生与所获取的频率分量对应的包括正弦信号和余弦信号的参考信号。

参考信号获取单元11可配置成经控制器局域网(CAN)通信从车辆电子控制单元(ECU)接收关于发动机RPM的信息。此外，参考信号获取单元11可配置成从曲柄位置传感器接收脉冲信号，将所接收的脉冲信号转换为关于发动机RPM的信息，并且使用关于发动机RPM的信息，其中该曲柄位置传感器可配置成检测发动机曲柄轴的旋转角度或旋转位置。

当噪声源是弯路面引起的摩擦时，因摩擦产生的噪声可同步化为与摩擦对应的车辆振动。因此，参考信号获取单元11可配置成获取关于与弯路面引起的摩擦对应的车辆振动的信息，从而产生参考信号。此外，参考信号获取单元11可配置成基于关于车辆振动的信息而获取构成噪声的多个频率分量，并且产生与所获得的频率分量对应的包括正弦信号和余弦信号的参考信号。

参考信号获取单元11可配置成使用加速计138获取关于与弯路面引起的摩擦对应的车辆振动的信息。加速计138可安装在与弯路面引起的摩擦对应的车辆振动被传送至车内的位置，并且检测与车辆振动对应的加速度改变，且输出关于车辆振动的信息。振动产生单元12可配置成基于下文描述的自适应控制器14的控制信号产生振动。

参考图2，振动产生单元12可包括数字模拟转换器(DA转换器)121、低通滤波器(LPF)122、驱动放大器123、振动发生器124等。当从下文描述的自适应控制器14输入控制信号(例如，数字信号)时，DA转换器121可以配置成将控制信号转换为模拟信号且输出该模拟信号。低通滤波器122可以是重构滤波器或反成像滤波器。低通滤波器122可配置成对从DA转换器121输出的控制信号执行滤波并因此从其中移除镜像。通常，数字信号可包括以每个采样频率重复的镜像。因此，低通滤波器122可配置成从控制信号中移除由一半或更多的采样频率的频率分量生成的镜像，并且输出镜像。当控制信号通过DA转换器121、低通滤波器122等且可被输入时，驱动放大器123可配置成放大控制信号以使用控制信号作为振动发生器124的驱动信号，且输出放大的控制信号。

振动发生器124可配置成响应于由驱动放大器123放大和输出的控制信号产生振动。振动发生器124可包括永磁体和线圈。当控制信号(例如，电流信号)从驱动放大器123输入时，振动发生器124的永磁体和线圈可配置成相对振动以产生振动输出。振动发生器124可以是电动型的，其中线圈相对于永磁体振动，从而产生振动输出。此外，振动发生器124可以是电磁型的，其中永磁体相对于线圈振动，从而产生振动输出。由振动发生器124产生的振动输出可被传送至仪表板(panel，未示出)，并且可以使仪表板振动以产生辐射声音。因仪表板的振动而产生的辐射声音可以作为噪声(其为移除目标)的消除信号工作。由振动发生器124产生的振动输出可被激励以包括作为消除目标的噪声的频率分量。

例如，作为消除目标的发动机噪声可对应于发动机RPM的第二/第四/第六分量或发动机RPM的第三/第六/第九分量。因此，当发动机RPM为大约1500～6000rpm时，作为消除目标的发动机噪声的频带可以是大约50～600Hz。为了消除发动机噪声，振动发生器124的振动输出可能需要在大约50～600Hz的频带内被激励。此外，根据这个例子，振动发生器124的振动的振幅可能需要被设定成使得仪表板的辐射声音的声压，也就是振幅，足够大以消除噪声。例如，当移除目标是发动机噪声时，为了产生消除最大噪声值的仪表板辐射声音，振动发生器124的振动输出是大约5N至30N。

如上所述，振动发生器124的安装位置(例如，激振位置)可布置于如下位置，在作为消除目标的噪声的频带中被充分激励，且具有足够的振幅以用于因激振力的传送所产生的仪表板的辐射声音的声压，从而消除最大的噪声值。

振动发生器124的激振位置可通过实验而被改善或优化。换句话说，检测振动输出的操作可通过改变振动发生器124的安装位置并且在产生最佳消除信号的位置处安装振动发生器124而执行。特别地，当振动传感器被用作下文描述的误差传感器131时，对车内行进噪声具有最大影响的传输路径(例如，发动机悬置的上/下侧，以及辊杆(rollrod)的前/后方向)可通过传输路径分析进行选择。在这样的分析中，可能需要测试具有可用于消除车内噪声的振幅的声压是否可通过将振动发生器124安装至所选的位置而产生，并且基于测试结果而优化振动发生器124的激振位置。当设定最佳激振位置时，振动发生器124可固定至车内仪表板，以防止振动发生器124由于旋转或与仪表板接触而产生接触声音(嘎嘎声)，即使可能产生大量的振动输出。

回头参考图1，误差信号获取单元13可配置成获取与预定位置处的声音或振动对应的误差信号。误差信号是由噪声源产生的噪声与因振动发生器124的振动而产生的消除信号之间的相消干涉的结果，其可以是对应于残余噪声的信号。噪声控制系统10可配置成通过由误差信号获取单元13持续获取误差信号，并且在误差信号变成最小值的方向上持续更新控制信号来主动减少噪声。

参考图3，误差信号获取单元13可包括误差传感器131、信号调节器132、低通滤波器133、模拟数字转换器(AD转换器)134等。误差传感器131可配置成检测与特定位置处的残余噪声对应的声音或振动，且输出与所检测的声音或振动对应的误差信号。误差传感器131可包括声音传感器(未示出)，例如扩音器。参考图4，当误差传感器131包括扩音器时，扩音器139可布置在车内的特定位置，从而获取相应位置处的声音信号。因此，这样的输出参考信号可对应于声音信号。误差传感器131还可包括振动传感器(未示出)，例如加速计138。参考图5，当误差传感器131包括加速计138时，加速计138可安装至车内的仪表板，从而获取相应位置处的振动信号。因此，这样的输出参考信号可对应于仪表板中检测的振动信号。

信号调节器132可配置成根据误差传感器131的特性来处理从误差传感器131输出的误差信号，并且输出所处理的误差信号。低通滤波器133可以是抗混叠滤波器，且可配置成对通过信号调节器132输入的误差信号进行滤波，以防止误差信号的混叠，并且输出经滤波的误差信号。在将模拟信号转换至数字信号的操作中，为了防止混叠的产生，采样频率可以是作为采样目标的信号的最大频率的最少两倍或更大。因此，低通滤波器133可配置成从误差信号移除大于采样频率的一半的频率分量，且输出误差信号，以使误差信号中包括的频率分量为下文描述的AD转换器134的采样频率的一半或更少。当经过低通滤波器133的误差信号被输入时，AD转换器134可配置成将所输入的误差信号转换为数字信号，且将所转换的数字信号输出至自适应控制器14。

回头参考图1，自适应控制器14可配置成基于通过参考信号获取单元11获取的参考信号，产生用于噪声消除的控制信号。此外，自适应控制器14可配置成将所产生的控制信号输出至振动产生单元12，以调整振动发生器124的振动输出。此外，自适应控制器14可配置成基于通过误差信号获取单元13获取的误差信号，在使均方误差最小化的方向上执行使产生控制信号中所使用的滤波器自适应的自适应控制。

参考图4，自适应控制器14可包括自适应滤波器141、路径补偿滤波器142、振动计算单元143、步长计算单元144、平均值计算单元145、下采样单元146、滤波值更新单元147、上采样单元148等。自适应滤波器141可配置成基于从参考信号获取单元11输入的参考信号，产生作为将被消除的噪声或振动的反相信号的控制信号。自适应滤波器141可配置成使用无限冲激响应(IIR)或有限冲激响应(FIR)传递函数，从而基于参考信号产生控制信号，并且传递函数的滤波值可通过自适应算法而更新，其将在下文描述。

下式1表示通过自适应滤波器141基于参考信号(x(n))产生控制信号(y)的方法。

式1

y(n)＝w^T(k-1)x(n)

其中，n是采样度，并且k是块(block)的数目。此外，w^T(k-1)是由每个频率分量的滤波值构成的传递函数。传递函数(w^T(k-1))的每个滤波值可通过前述自适应算法而更新。在本发明的示例性实施方式中，滤波值以块(k)单位更新，且当前应用的滤波值是在前一块(k-1)中计算的滤波值。

路径补偿滤波器142可配置成对从参考信号获取单元11输出的参考信号进行路径补偿，且输出经路径补偿的参考信号。换句话说，路径补偿滤波器142可配置成补偿参考信号的相位延迟且输出经补偿的参考信号。

用于通过路径补偿滤波器142来补偿参考信号的相位延迟的传递函数可通过直到振动发生器124的激振力被误差传感器131检测为止的次级路径(secondarypath)中测量的传递特性来确定。换句话说，传递函数可以是通过测量传递特性而获取的振动传递函数，因为振动发生器124的激振力可以以振动或声波形式在从振动发生器124的安装位置到误差传感器131的安装位置的路径中传递。

根据本发明的示例性实施方式，噪声控制系统10可配置成使用振动发生器124的振动输出作为噪声控制信号。换句话说，噪声控制系统10可配置成通过振动发生器124使仪表板振动，产生用于消除噪声的辐射声音。特别地，车内噪声可通过使用因仪表板的振动所产生的结构噪声而得到控制，从而与通过使用空气噪声来控制车内噪声的相关技术相比，使用振动-声音传递函数(例如，结构传递函数)作为路径传递函数。路径补偿滤波器142可配置成使用冲激响应传递函数作为用于补偿路径的传递函数。

用于补偿路径的冲激响应传递函数可根据所使用的误差传感器131的类型而不同地设置。当误差传感器131是声音传感器时，用于路径补偿滤波器142的冲激响应传递函数可由下式2表达。

式2

A/F＝(V/F)×(A/V)

其中，A是车内声压且可以是通过误差传感器131检测的声音信号的声压，F是激振力且对应于振动发生器124的激振力，V是仪表板的振动加速度且可通过单独的振动传感器测量。

当使用式2的路径补偿滤波器142时，冲激响应传递函数的计算可基于通过分别测量振动发生器124的激振力(F)以及因振动发生器124的激振力产生的声音的由误差传感器131检测的声压(A)而获得的振动发生器124的激振力(F)和声压(A)。此外，如式1所表达的，冲激响应传递函数可通过分别测量仪表板振动加速度(V)与振动发生器124的激振力(F)之比，以及室内声压(A)与仪表板的振动加速度(V)之比来进行计算。在后一情形中，可能需要测量振动加速度与激振力之比以及室内声压与振动加速度之比，以根据激振力考虑振动加速度和车内声压，从而允许优化激振位置。

当误差传感器131是振动传感器时，用于路径补偿滤波器142的冲激响应传递函数可对应于振动-振动传递函数且可由下式3表达。

式3

V/F＝(A/F)×(A/V)^-1

其中，V是振动加速度且可通过振动传感器检测，F是激振力且对应于振动发生器124的激振力，且A是车内声压且可通过单独的声音传感器测量。

当使用式3的路径补偿滤波器142时，冲激响应传递函数的计算可基于通过分别测量振动发生器124的激振力以及因振动发生器124的激振力产生的振动加速度(V)而获得的振动发生器124的激振力和振动加速度(V)。此外，如式1所表达的，冲激响应传递函数可通过分别测量室内声压(A)与振动发生器124的激振力(F)之比，以及室内声压(A)与振动加速度(V)之比来进行计算。在后一情形中，可能需要测量室内声压与激振力之比以及室内声压与振动加速度之比，以根据激振力考虑各种振动加速度和室内声压，从而允许优化激振位置。

在本发明的示例性实施方式中，如上所述，参考信号的因次级路径引起的相位延迟可通过路径补偿滤波器142得到补偿，从而改善滤波值的收敛速度。经过路径补偿滤波器142的参考信号可被输出至变化计算单元143。变化计算单元143可配置成基于经过路径补偿滤波器142而被路径补偿的参考信号以及通过误差信号获取单元13获取的误差信号，计算滤波变化量(例如，滤波值的变化量)。

变化计算单元143可配置成计算参考信号(x(n))中包括的各个频率分量的滤波值，并且与各个频率分量对应的滤波值的变化量(f(n))可通过下式4来计算。

式4

f(n)＝x_hat(n)×e(n)×μ

其中，n是指示采样度的常数，x_hat(n)指示通过路径补偿滤波器142进行路径补偿的参考信号(x(n))，并且e(n)是通过误差信号获取单元13获取的误差信号。此外，μ指示步长，且可通过下文描述的步长计算单元144进行计算。

步长计算单元144可配置成根据在从振动发生器124至误差传感器131的次级路径中测量的频率响应函数计算步长(μ)。在LMS算法中，步长(μ)可以是用于确定滤波器收敛速度的参数。当步长很小(例如，小于预定大小)时，滤波值的收敛速度可能很慢(例如，低于预定速度)，因而使控制性能劣化。然而，当步长很大(例如，大于预定大小)时，滤波被发散，导致控制稳定性显著劣化。

在本发明的示例性实施方式中，针对各个频率分量不同地调整步长的基于频率的可变步长(μ(k))可通过下式5中表达的归一化LMS算法进行使用。

公式5

$\mathrm{\μ}\left(i\right)=\frac{{\mathrm{\μ}}_0}{S_{\mathrm{rr}}\left(i\right)}$

其中，i指示在次级路径中构成频率响应函数的各个频率分量，μ(i)指示与各个频率分量对应的步长，并且S_rr(i)指示与次级路径中的频率响应函数中的各个频率分量对应的功率谱。此外，在式5中，分子μ₀是常数，并且可通过测试选择为当在室内噪声最大的频带中控制很稳定时的值。

平均值计算单元145可配置成累积和叠加N块大小内由变化计算单元143计算的滤波值变化量，且可配置成根据累积和叠加的滤波值变化量计算滤波值变化量的平均值。

根据本发明的示例性实施方式，自适应控制器14可配置成累积滤波值变化量，而不是更新每个采样的滤波值。此外，当滤波值变化量在预定的块大小内累积时，自适应控制器14可配置成对累积的滤波值变化量求平均且计算滤波值变化量的平均值。自适应控制器14还可配置成使用所计算的平均值更新滤波值。

平均值计算单元145可配置成基于下式6响应于各个频率分量以块单位累积和叠加滤波值变化量，并且根据累积和叠加的滤波值变化量计算滤波值变化量的平均值(f_avr(k))，如式7所表达的。

式6

$f_{\mathrm{sum}}\left(k\right)=\mathrm{\μ}\underset{i=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{\mathrm{hat}}(\mathrm{kN}+i)\·e(\mathrm{kN}+i)$

式7

f_avr(k)＝f_sum(k)/N

在式6和7中，N是块大小，且k是块数目。此外，x_hat(kN+i)指示在第(kN+i)次采样期间由路径补偿滤波器142进行路径补偿的参考信号(x(kN+i))，且e(kN+i)是在第(kN+i)次采样期间由误差信号获取单元13获取的误差信号。此外，μ指示步长。

如上所述，当滤波值变化量的平均值以块单位计算，并且滤波值基于所计算的平均值而更新时，噪声控制系统10可配置成，与更新每个采样周期的滤波值的现有方法相比，不灵敏地响应干扰。因此，可减少发散可能性，从而执行稳定的自适应控制。在式6和7中，块大小N是在自适应控制期间用于确定控制性能和控制稳定性的主要参数。当块大小N小于预定大小时，可能增加噪声控制系统10对干扰的灵敏性，由此使控制稳定性劣化，而当块大小N大于预定大小时，可能降低噪声控制系统10的收敛速度，由此导致控制性能劣化。因此，可期望或需要基于噪声控制系统10的控制性能和控制稳定性设定合适的块大小N。作为示例说明的例子，块大小N可被设定为10。

下采样单元146可配置成响应于块大小降低噪声控制系统10的采样速度。为了基于以块单位计算的滤波值变化量更新滤波值，可需要根据块大小降低采样速度。在滤波值更新之后，通过下文描述的上采样单元148，可将降低的采样速度再次增加且恢复至原始状态。当通过平均值计算单元145以块单位计算滤波值变化量时，滤波值更新单元147可配置成基于所计算的滤波值变化量更新滤波值。滤波值更新单元147可配置成通过参考当前滤波值(w(k))更新滤波值，如下式8所表达的。

式8

w(k+1)＝(1-μγ)w(k)+f_avr(k)

其中，γ是泄漏常数(leakyconstant)，并且w(k)是当前滤波值。在更新滤波值从而使均方误差最小化的过程中，控制信号的输出可变得比预定大小更大，导致发散，并且可能需要限制控制信号的输出从而防止发散。

因此，在本发明的示例性实施方式中，如上所述，当使用泄漏常数(γ)更新滤波值时，可通过减少当前滤波值(w(k))的影响而防止或减少发散。当泄漏常数(γ)很大时，可防止发散，从而增加控制稳定性，但是收敛速度降低，导致控制稳定性劣化。因此，在考虑控制稳定性和控制性能的情况下，可能需要设置适于使用振动发生器124进行噪声控制的泄漏常数(γ)。例如，泄漏常数(γ)可被设定为具有大约0.0001至0.001的值。

上采样单元148可配置成把由下采样单元146降低的采样速度再次恢复，以将以块单位更新的滤波值反映至自适应滤波器141。此外，上采样单元148可配置成实施将采样数据保持至产生下一采样的时间的数据保持功能。

此外，在窄带前馈自适应控制算法中，自适应滤波器141可配置成更新构成控制信号的正弦波的相位和振幅，从而输出控制信号以减少误差信号。因此，自适应滤波器141可配置成更新参考信号中包括的多个余弦信号和正弦信号的每个的大小，并且叠加更新的余弦信号和正弦信号，以同时更新构成控制信号的正弦波的相位和振幅。

此外，参考信号获取单元11可配置成响应于构成噪声的各个频率分量，产生余弦函数和正弦函数集，如图5所示。此外，自适应控制器14可配置成通过对各个频率分量应用自适应控制算法来计算滤波值，将所计算的滤波值应用至与各个频率分量对应的余弦和正弦函数集，并且叠加结果值以产生控制信号。

图8是示出根据本发明的示例性实施方式的噪声控制方法的示例性流程图。参考图8，噪声控制系统可配置成使用参考信号获取单元11响应于由噪声源产生的振动和声音获取参考信号(S100)。参考信号可包括多个频率分量，且包括与各个频率分量对应的余弦信号和正弦信号。噪声控制系统10可进一步配置成经误差信号获取单元13获取与残余噪声对应的误差信号(S101)。在操作S101中，误差信号是由噪声源产生的噪声与因振动发生器124的振动而产生的消除信号之间的相消干涉的结果，并且可通过声音传感器或振动传感器而获取。在操作S101中，误差信号可通过声音传感器或振动传感器获取。噪声控制系统10可配置成经自适应控制器14执行自适应控制算法，以输出用于消除来自参考信号的噪声的控制信号(S102)。

在操作S102中，将参考图9详细描述执行自适应控制算法的方法。当使用自适应控制算法产生控制信号时，所产生的控制信号可被传送至振动产生单元12且作为用于振动发生器124的驱动信号而输入。因此，振动发生器124可配置成基于控制信号使仪表板振动，以产生用于消除噪声的辐射声音(S103)。

图9是示出根据本发明的示例性实施方式的通过噪声控制系统执行自适应控制算法的方法的示例性流程图。参考图6，噪声控制系统10可配置成通过使用路径补偿滤波器142补偿参考信号的相位延迟且输出经补偿的参考信号(S200)。在操作S200中，用于补偿路径的传递函数可以是在从振动发生器124至误差传感器131的次级路径中的传递函数，并且可以使用指示振动发生器124的激振力如何在次级路径中传递的振动传递函数。此外，噪声控制系统10的变化计算单元143可配置成基于通过操作S200进行路径补偿的参考信号、经误差信号获取单元13获取的误差信号、步长等计算滤波值变化量(S201)。在操作S201中，变化计算单元143可配置成计算各个采样周期的滤波值变化量。在操作S201中，可通过补偿计算单元144基于在次级路径中获得的频率响应函数的功率谱计算步长，以防止滤波值发散而不收敛。

此外，噪声控制单元10可通过控制器执行，且可配置成通过平均值计算单元145累积和叠加块大小内由变化计算单元143针对每个采样周期计算的滤波值变化量。此外，累积和叠加的滤波值变化值可以除以块大小，以计算滤波值变化量的平均值(S202)。当计算平均值时，噪声控制系统10可配置成通过滤波值更新单元147更新滤波值(S203)。在操作S203中，滤波值更新单元147可基于当前滤波值和操作S202中计算的平均值来更新滤波值。滤波值更新单元147可配置成使用泄漏常数减少当前滤波值对更新的滤波值的影响，从而防止滤波值发散而不收敛。

当更新滤波值时，噪声控制系统10可配置成将改变的滤波值应用至自适应滤波器141，且通过自适应滤波器141基于参考信号产生控制信号(S204)。所产生的控制信号可被传送至振动发生器124，以用于释放用于消除噪声的振动输出。此外，噪声控制系统10可配置成额外地执行用于降低采样速度的下采样从而更新平均值，该平均值可在操作S203之前以块单位计算。此外，为了针对每个采样周期应用可以以块单位更新的滤波值，可在操作S204之后额外执行用于将降低的采样周期恢复至原始状态的上采样。

由于使用声音输出装置例如扬声器的噪声控制系统在相关技术中使用空气噪声来控制噪声，因此次级路径(例如，在声音输出装置与误差传感器之间的路径)的响应时间很短，并且该路径具有一致性，使得噪声控制系统适于应用自适应控制算法。然而，这样的现有技术系统具有至少一个缺点，即，使用这样的声音输出装置的噪声控制系统可能无法有效地控制低频声音，例如发动机的轰鸣声，从而给使用者带来不自然和人工的感觉。相比之下，根据本发明的示例性实施方式的噪声控制系统10可通过振动发生器124使仪表板振动，且通过使用因仪表板的振动而产生的辐射声音来移除噪声，从而有效地控制低频噪声，以使使用者可经受更自然的体验。

然而，次级路径(从振动发生器至误差传感器的路径)的响应时间很长，并且噪声控制系统10由于使用结构噪声来控制周围噪声，对于任何干扰是灵敏的。根据本发明的示例性实施方式的噪声控制系统10可配置成使用通过测量振动发生器124的激振力如何经过次级路径中的结构传递而获得的传递函数，来执行用于参考函数的路径补偿。此外，可基于在使用的次级路径中测量的频率响应函数来计算自适应控制算法的步长，并且滤波值可以以块单位更新，从而通过降低对干扰的灵敏性来防止控制信号发散而不收敛。换句话说，可以改善噪声控制系统10的控制稳定性。

根据本发明的示例性实施方式的噪声控制方法可使用软件执行。当使用软件执行噪声控制方法时，本发明的构成装置可实施为用于执行操作的代码段。程序或代码段可被存储在计算机可读功能介质中，或在传输介质或通信网络中通过与载波组合的计算机数据信号进行传输。

本发明的附图和具体实施方式仅是本发明的例子，其用于描述本发明的目的，但并不用于限制权利要求书中描述的本发明的含义或范围。因此，本领域技术人员将意识到，多种修改和等效的其它示例性实施方式是可能的。此外，本领域技术人员在不使性能劣化的情况下可以省略在本说明书中描述的构成元件，或增加用于改善性能的构成元件。此外，本领域技术人员可根据操作环境或设备而改变在本说明书中描述的方法的操作的次序。因此，本发明的范围将由权利要求书及其等效方式确定，而不由描述的示例性实施方式确定。

Claims (23)

1.一种用于控制噪声的系统，包括：

存储器，配置成存储程序指令；以及

处理器，配置成执行所述程序指令，所述程序指令在执行时配置成：

接收与由噪声源产生的噪声对应的参考信号；

接收与残余噪声对应的误差信号；

基于所述参考信号产生用于消除所述噪声的控制信号；

补偿所述参考信号的相位延迟；

基于经过路径补偿滤波器的参考信号和所述误差信号，更新自适应滤波器的滤波值；以及

根据所述控制信号输出振动，以产生用于消除所述噪声的消除信号。

2.如权利要求1所述的系统，其中从声音传感器接收所述误差信号，并且基于从输出振动的激振位置到所述误差信号的检测位置的路径中的振动-声音传递函数，补偿所述参考信号的相位延迟。

3.如权利要求2所述的系统，其中通过所述输出振动的激振力以及因所述激振力而产生且由所述声音传感器检测的声音的声压，确定所述振动-声音传递函数。

4.如权利要求2所述的系统，其中通过配置成因激振力而振动的仪表板的振动加速度与所述输出振动的激振力之比，以及因所述仪表板的振动而产生且由所述声音传感器检测的声音的声压与所述仪表板的振动加速度之比，确定所述振动-声音传递函数。

5.如权利要求1所述的系统，其中从振动传感器接收所述误差信号，并且基于从所述输出振动的激振位置到所述误差信号的检测位置的路径中的振动-振动传递函数，补偿所述参考信号的相位延迟。

6.如权利要求5所述的系统，其中通过所述输出振动的激振力以及由所述振动传感器对应于所述激振力而检测的振动加速度，确定所述振动-振动传递函数。

7.如权利要求5所述的系统，其中通过因激振力而产生的声音的声压与所述输出振动的激振力之比，以及由所述振动传感器对应于所述激振力而检测的振动加速度与所述声压之比，确定所述振动-振动传递函数。

8.如权利要求1所述的系统，其中所述程序指令在执行时进一步配置成：

基于经过所述路径补偿滤波器的参考信号和所述误差信号，计算滤波值变化量；

以具有预定大小的块为单位，计算所述滤波值变化量的平均值，并且

基于所述平均值和当前滤波值更新所述自适应滤波器。

9.如权利要求8所述的系统，其中所述程序指令在执行时进一步配置成：

基于在从所述输出振动的激振位置到所述误差信号的检测位置的路径中获得的频率响应函数的功率谱来计算步长；并且

基于所述步长计算所述滤波值变化量。

10.如权利要求8所述的系统，其中所述程序指令在执行时进一步配置成：

在更新滤波值的同时通过使用泄漏常数来减少所述当前滤波值的影响。

11.一种通过噪声控制系统控制噪声的方法，包括以下步骤：

通过控制器，接收与由噪声源产生的噪声对应的参考信号；

通过所述控制器，经由自适应滤波器基于所述参考信号产生用于消除所述噪声源的噪声的控制信号；

通过所述控制器，根据所述控制信号使振动发生器振动，以产生用于消除所述噪声的消除信号；

通过所述控制器，补偿所述参考信号的相位延迟；

通过所述控制器，基于所述参考信号和所述误差信号，更新所述自适应滤波器的滤波值，其中所述滤波值的相位延迟得到补偿；以及

通过所述控制器，接收与残余噪声对应的误差信号。

12.如权利要求11所述的方法，其中经由声音传感器接收所述误差信号，并且基于从输出振动的激振位置到所述误差信号的检测位置的路径中的振动-声音传递函数，补偿所述参考信号的相位延迟。

13.如权利要求12所述的方法，其中通过所述输出振动的激振力以及因所述激振力而产生且由所述声音传感器检测的声音的声压，确定所述振动-声音传递函数。

14.如权利要求12所述的方法，其中通过因激振力而振动的仪表板的振动加速度与所述输出振动的激振力之比，以及因所述仪表板的振动而产生且由所述声音传感器检测的声音的声压与所述仪表板的振动加速度之比，确定所述振动-声音传递函数。

15.如权利要求11所述的方法，其中通过振动传感器获得所述误差信号，并且补偿步骤包括基于从所述振动发生器的激振位置到所述误差信号的检测位置的路径中的振动-振动传递函数，补偿所述参考信号的相位延迟。

16.如权利要求15所述的方法，通过所述振动发生器的激振力以及由所述振动传感器对应于所述激振力而检测的振动加速度，确定所述振动-振动传递函数。

17.如权利要求15所述的方法，其中通过因激振力而产生的声音的声压与所述振动发生器的激振力之比，以及由所述振动传感器对应于所述激振力而检测的振动加速度与所述声压之比，确定所述振动-振动传递函数。

18.如权利要求11所述的方法，其中，更新所述滤波值的步骤包括：

基于所述参考信号和所述误差信号计算滤波值变化量，其中所述滤波值的相位延迟得到补偿；

以具有预定大小的块为单位，计算所述滤波值变化量的平均值，以及

基于所述平均值和当前滤波值更新所述自适应滤波器。

19.如权利要求18所述的方法，其中自适应控制步骤还包括：

基于在从所述振动发生器的激振位置到所述误差信号的检测位置的路径中获得的频率响应函数的功率谱来计算步长；以及

计算所述滤波值变化量的步骤包括基于所述步长计算所述滤波值变化量。

20.如权利要求18所述的方法，其中更新所述自适应滤波器的步骤包括将泄漏常数应用于所述当前滤波值。

21.一种包含由控制器执行的程序指令的非暂时性计算机可读介质，所述计算机可读介质包括：

接收与由噪声源产生的噪声对应的参考信号的程序指令；

基于经过自适应滤波器的参考信号产生用于消除所述噪声源的噪声的控制信号的程序指令；

根据所述控制信号使振动发生器振动以产生用于消除所述噪声的消除信号的程序指令；

补偿所述参考信号的相位延迟的程序指令；

基于所述参考信号和所述误差信号更新所述自适应滤波器的滤波值的程序指令，其中所述滤波值的相位延迟得到补偿；以及

接收与残余噪声对应的误差信号的程序指令。

22.如权利要求21所述的非暂时性计算机可读介质，其中所述程序指令在执行时进一步配置成：

基于经过路径补偿滤波器的参考信号和所述误差信号，计算滤波值变化量；

以具有预定大小的块为单位，计算所述滤波值变化量的平均值，并且

基于所述平均值和当前滤波值更新所述自适应滤波器。

23.如权利要求22所述的非暂时性计算机可读介质，其中所述程序指令在执行时进一步配置成：

基于在从输出振动的激振位置到所述误差信号的检测位置的路径中获得的频率响应函数的功率谱来计算步长；并且

基于所述步长计算所述滤波值变化量。