CN105593928B - 引擎谐波消除系统余辉减轻 - Google Patents

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Abstract

一种被配置成操作用于机动车辆的主动降噪系统的设备和方法，其中，存在与车辆引擎转速有关的主动降噪系统输入信号，并且其中主动降噪系统包括一个或多个自适应滤波器，该一个或多个自适应滤波器使用滤波器系数来修改噪声消除参照信号的幅度和/或相位、并且输出用来驱动它们的输出旨在减少引擎噪声的一个或多个换能器的降噪信号，其中，该系数的值与自适应滤波器泄漏因子有关。基于与车辆引擎操作有关的输入信号监测引擎转速的改变。响应于引擎转速的改变，临时修改自适应滤波器泄漏因子。

Description

引擎谐波消除系统余辉减轻
技术领域
本公开涉及主动减少机动车辆中的引擎噪声。
背景技术
引擎谐波消除(EHC)系统是在机动车辆中(例如，在舱室或消声器组件中)用来减少或消除引擎谐波噪声的主动降噪系统。EHC系统使用一个或多个麦克风作为输入换能器。与要消除的噪声有关的信号还被输入到自适应滤波器。自适应滤波器的输出被施加到产生声音的一个或多个换能器(即，扬声器)。声音在声学上与要消除的不期望的引擎声音相对。自适应滤波器可以更改输入信号的幅度和/或相位。该系统的目的是要通过使用声音换能器消除处于正弦引擎噪声的频率或多个频率的麦克风信号来输出频率和幅度相同但是相位相反(180度偏移)的正弦。
在某些情况下，这些EHC系统可以使被设计成消除引擎噪声的扬声器声音输出水平大于要消除的噪声水平。这可以导致不期望的可听噪声伪像(也称为“余辉(afterglow)”)。当引擎负载突然减小(例如，当存在变速器向上换挡或向下换挡)并且因而舱室中的引擎噪声水平突然减小而EHC输出短暂地保持在噪声减小之前的声压水平时，可以发生余辉。EHC系统必须重新适应新的较低的引擎噪声水平以恢复其噪声消除，并且这个过程往往比必要的更慢，以避免临时噪声增益。
发明内容
本公开的系统、设备和方法有效地最小化或清除由于当引擎噪声水平突然减小时，保持很高的EHC输出水平而导致的听觉伪像，其通常当自动变速器向上换档时或当手动变速器的离合器被推入时发生。当引擎RPM突然减小时，通过减小自适应滤波器泄漏因子的值，在这些情况下，可以完成EHC输出的快速减少。因此，当引擎噪声突然下降时，引擎谐波消除系统输出音调也下降，以使整体噪声保持很低。
下文所提及的所有示例和特征均可以以任何技术上可能的方式组合。
在一个方面中，一种被配置成操作用于机动车辆的主动降噪系统的方法，其中，存在与车辆引擎转速(例如，RPM)有关的主动降噪系统输入信号，并且其中，主动降噪系统包括一个或多个自适应滤波器，该一个或多个自适应滤波器使用滤波器系数来修改噪声消除参照信号的幅度和/或相位、并且输出用来驱动它们的输出旨在减少引擎噪声的一个或多个换能器的降噪信号，其中，系数的值与自适应滤波器泄漏因子有关，该方法包括：基于与车辆引擎操作有关的输入信号监测引擎转速的改变，并且响应于引擎转速的改变，临时修改自适应滤波器泄漏因子的值。
实施例可以包括以下特征中的一个或它们的任意组合。可以响应于减小引擎转速来减小泄漏因子。可以响应于减小引擎转速来将泄漏因子减少到零。只在引擎转速的减小在给定的时间周期中超过引擎转速的阈值减小之后，才可能减小泄漏因子。可以减少泄漏因子至少直至输出低于引擎噪声的估计水平。可以从引擎负载估计引擎噪声的水平。可以从引擎扭矩估计引擎噪声的水平。可以基于引擎操作与不同引擎操作下的先前所测量的噪声水平的比较来估计引擎噪声水平。
实施例可以包括以下附加特征中的一个或它们的任意组合。针对可以是变量的时间量，可以修改泄漏因子。时间量可以取决于引擎操作中的改变。该方法可以进一步包括：监测引擎负载的改变，并且其中，基于对引擎转速和引擎负载的一者或两者的改变来修改自适应滤波器泄漏因子。自适应滤波器系数的值可以进一步与自适应滤波器自适应率有关，并且其中，响应于引擎转速的改变，自适应率被修改。只在泄漏因子被减小之后，可以修改自适应率，或者自适应率的修改可以独立于泄漏因子。可能临时出现自适应率的修改。响应于引擎转速的改变，自适应率和泄漏因子的一者或两者可以被修改，其中，这样的修改的量和这样的修改的持续时间的一者或两者取决于引擎转速是否增加或减小、这种增加或减小的程度、和/或这样的增加或减小的持续时间。
在另一方面中，一种用于操作用于机动车辆的主动降噪系统的方法，其中，存在与车辆引擎转速有关的主动降噪系统输入信号，并且其中，主动降噪系统包括一个或多个自适应滤波器，该一个或多个自适应滤波器使用滤波器系数来修改噪声消除参照信号的幅度和/或相位、并且输出用来驱动它们的输出旨在减少引擎噪声的一个或多个换能器的降噪信号，其中，系数的值与自适应滤波器泄漏因子有关，该方法包括：基于与车辆引擎操作有关的输入信号监测引擎转速的改变，并且响应于引擎转速的改变，修改(例如，减少)自适应滤波器泄漏因子。其中，只在引擎转速的改变在给定的时间周期中超过引擎转速的阈值改变之后，自适应滤波器泄漏因子才被修改，其中，修改自适应滤波器泄漏因子至少直至输出低于引擎噪声的估计水平为止，并且其中，从引擎负载估计引擎噪声的水平。
实施例可以包括以下特征中的一个或它们的任意组合。可以响应于引擎转速的减小将泄漏因子减少到零。自适应滤波器系数的值还可以与自适应滤波器自适应率有关，并且其中，响应于引擎转速的改变，自适应率被临时修改。响应于引擎转速的改变，自适应率和泄漏因子的一者或两者可能会被修改，其中，这样的修改的量和这样的修改的持续时间的一者或两者取决于引擎转速是否增加或减小、这种增加或减小的程度、和/或这样的增加或减小的持续时间。
在另一方面中，一种被配置成控制用于机动车辆的主动降噪系统的操作的设备，其中，存在与车辆引擎转速有关的主动降噪系统输入信号，并且其中，主动降噪系统包括使用滤波器系数来修改噪声消除参照信号的幅度和/或相位、并且输出用于驱动它们的输出旨在减少引擎噪声的一个或多个换能器的降噪信号的一个或多个自适应滤波器，其中，系数的值与自适应滤波器泄漏因子有关，该设备包括处理器，该处理器被配置成基于与车辆引擎操作有关的输入信号来监测引擎转速的改变、并且响应于引擎转速的改变来修改自适应滤波器泄漏因子。
附图说明
图1是可以用来完成本创新的系统、设备和方法的引擎谐波消除系统的示意性框图。
图2图示了引擎谐波消除系统余辉。
图3图示了引擎谐波消除系统余辉的减轻。
具体实施方式
附图中的图1的元件被示出并且被描述为框图中的离散元件。这些可以被实现为模拟电路或数字电路的一个或多个。可替代地或附加地，它们可以以执行软件指令的一个或多个微处理器来实现；自适应滤波器可以用处理器(诸如数字信号处理器)来完成。软件指令可以包括数字信号处理指令。操作可以由模拟电路或由执行软件的微处理器来执行，该软件执行模拟操作的等同物。信号线可以被实现为离散模拟或数字信号线、具有能够处理分离信号的适当信号处理的离散数字信号线、和/或无线通信系统的元件。
当在框图中表示或暗示过程时，步骤可以由一个元件或多个元件执行。步骤可以一起或在不同时间执行。执行活动的元件可以在物理上相同或彼此接近，或者可以在物理上分离。一个元件可以执行一个以上的框图的动作。音频信号可以被编码或没有，并且可以以数字或模拟形式传送。在一些情况下，在图中省略了常规的音频信号处理设备和操作。
图1是体现所公开的创新的引擎谐波消除系统10的简化示意图。系统10使用自适应滤波器20，该自适应滤波器20向一个或多个输出换能器14供应信号，一个或多个输出换能器14的输出被引入车辆舱室12中。如由舱室传递函数16修改的换能器的输出由输入换能器(例如，麦克风)18拾取。车辆舱室中的引擎噪声还被输入换能器18拾取。现有的车辆引擎控制系统28供应与车辆引擎操作有关的一个或多个输入信号。示例包括RPM、扭矩、油门踏板位置、以及歧管绝对压力(MAP)。自适应滤波器系数控制30被输入与车辆引擎操作有关的来自引擎控制系统28的信号，包括但不一定局限于引擎RPM。如下文进一步所解释的，控制器30响应于引擎RPM的改变来修改自适应滤波器20的泄漏因子。
正弦波发生器25向自适应滤波器20提供降噪参照信号，该降噪参照信号包括要使用自适应滤波器20消除的引擎频率的谐波。自适应滤波器20包括处理器。正弦波发生器25的输出(被称为“x信号，”)也被提供给建模的舱室传递函数24，以产生滤波x信号。滤波x信号和麦克风输出信号一起乘以26，并且作为控制输入提供给自适应滤波器20。自适应前馈谐波噪声消除系统的操作由本领域技术人员所理解。在其中使用滤波x自适应算法的本情况下，该算法系数的变量包括自适应率和泄漏。在美国专利8,194,873；8,204,242；8,355,512和8,306,240中公开自适应算法中的自适应率和泄漏，其公开在此通过引用并入本文。
滤波器系数控制30向自适应滤波器20提供有效的基于引擎RPM的改变以限制换能器14的输出的信号。结果是，该系统被配置成输出不大于车辆舱室12中的引擎噪声的估计水平的声音水平。控制器30可以通过使自适应滤波器20响应于引擎RPM的改变而至少修改算法的泄漏因子来完成这一目标。控制器30还可以使得能够修改滤波器的自适应率。
自适应滤波器系数的值直接与滤波器的泄漏因子有关。如果泄漏因子的值减少，则针对滤波器自适应的每次迭代减少系数并且减少EHC输出音调的水平。由于自适应滤波器花费有限时间量来改变EHC输出音调，对自适应滤波器输出的改变可能滞后于对引擎噪声的突然改变。可以基于从引擎控制系统接收到的信号通过直接控制EHC输出来减少该延迟。引擎转速(例如，每分钟的转数或RPM)是引擎噪声的幅度的指标。如果引擎转速突然改变，则引擎噪声会突然改变。噪声水平可以比自适应滤波器下降更快，在其正常操作中，可以降低EHC输出音调的水平。如果发生这种情况，则EHC输出会临时比引擎噪声响亮，从而创建人可感知的噪声伪像，被称为“余辉”。
系统10可以基于经由引擎控制系统30接收的突然RPM改变通过使自适应滤波器20减少EHC输出音调的水平来减少或清除余辉。这样一来，EHC系统可以在正常的前馈操作中比它反应更快。EHC输出音调的水平可以通过使用控制器30快速降低以使自适应滤波器20减少其泄漏因子。在一个非限制性示例中，泄漏可以被减少到零以使EHC输出音调的水平尽可能地快速下降。泄漏的减少可以继续，直至EHC输出音调水平不大于在其中噪声被消除的位置(例如，车辆舱室)中所估计的引擎噪声水平。当实现这种情形时，滤波器操作可以回到正常。
在机动车辆运转的同时，引擎RPM通常有所不同。系统10应该考虑到这点以免导致没有获准的EHC输出改变。因此，控制器30可以适于使泄漏因子仅当引擎RPM改变很快时改变。例如，至少一个阈值绝对或相对量在预定时间段的改变可以指示需要经由控制器30来抵消的RPM的“突然”改变。作为具体的非限制性的示例，当其变速器向上从第3档转换到第4档时，考虑引擎的RPM。在60mph的第3档中，引擎的RPM大约3500。在向上转换到第4档之后，RPM将下降到2600RPM。几分之一秒中900RPM的突然下降是变速器向上换挡和引擎噪声水平的显著临时下降的有力指示。
本主题创新的一个结果是减少或清除由于略微滞后于由于引擎RPM的突然改变而导致的舱室引擎噪声减少的消除系统输出而导致的人类可检测的噪声伪像。
参照图2和图3图示了其中创新可以操作的方式的非限制性示例。图2图示了余辉。车辆舱室中的引擎噪声的二阶声压水平(SPL)由曲线图52(实线)图示。在时间60，由于加速器踏板的突然释放，或可能由于其它动作(诸如变速器向上换挡)，所以引擎噪声迅速下降。EHC系统输出由曲线图54(虚线)图示。在时间60之前，EHC输出正常，并且遵循引擎噪声。然而，仅仅在时间60之后并且直至时间61为止，EHC输出(曲线图54的区域56)大于引擎噪声：这是余辉。如由曲线图54的区域57所示，EHC系统最终会自我校正，并且恢复到正常水平。
图3图示了系统10的操作，其中，控制器30使自适应滤波器泄漏因子减少以便更迅速地减小EHC音调的水平。仅在时间60之后，区域56a中的EHC输出曲线54现在快速下降，如此之快使得减少或消除余辉。如曲线54的区域57a所指示的，正常操作也更快地恢复。只要系统10能够使EHC音调水平下降低于小于人类听觉的感知极限的引擎噪声，就很少有或没有明显的余辉。
可以通过使泄漏因子值减少到零来更快地减少EHC输出音调水平。然而，期望EHC系统快速回到正常操作而非泄漏保持为零，或者保持人为抑制太久。操作可以回到正常如下(如由曲线图54的区域57a所指示的)。一种方式是要使用控制器30减少泄漏只有等到EHC音调的水平小于引擎噪声的水平。引擎噪声可以用换能器测量。如果实际噪声水平未知，则可以估计引擎噪声。其中可以估计引擎噪声的一种方式可以基于指示引擎噪声的来自引擎控制系统28的(多个)信号。一个这样的信号可以是转矩；控制器30可以从转矩信号估算引擎噪声，并且一旦EHC输出达到或此低于该估计，就停止人为抑制泄漏。当消除时，EHC输出的SPL大约与目标引擎噪声的SPL匹配。作为泄漏因子和时间的函数的SPL下降可以被近似。因此，如果由于升档而导致的引擎噪声SPL的下降已知，则所需的泄漏因子的量和持续时间可以被系统10运算并且使用。备选可能是可以在系统设计期间(例如，当针对机动车辆的特定模型，调整EHC系统时)测量在各种操作条件(例如，各种RPM和引擎负载)下的引擎噪声，并且记录下来。这些值可以存储在与系统10相关联的存储器中。作为估计引擎噪声和比较EHC输出和这个估计的方式，可以在操作期间查询该存储器以与当前引擎操作条件比较。
自适应滤波器自适应率影响EHC输出如何快速响应改变。还可以通过使自适应率增加来加速其中输出有效消除引擎噪声的EHC操作回到正常。该增加可以通过控制器30完成。优选地，任何这样的增加应该是临时的，对于EHC系统，只要足够长久能够回到正常操作。一旦EHC输出低于目标引擎水平，通常这种增长就会发生，而且会继续下去，直至EHC系统恢复正常消除操作。由于自适应率确定自适应滤波器20如何快速调整其输出到目标引擎噪声水平，所以控制器30可以对于预定的和调整的时间量通过调整量来临时增加自适应率，以使自适应被加速到其最佳噪声消除状态。
控制器30还可以响应于引擎转速的增加。RPM的突然增加可能导致引擎噪声SPL的突然增加。EHC系统可能滞后于这种增加，其可能导致由占有者听到的引擎噪声临时增加。EHC系统滞后可以通过使用控制器30来最小化或有效地清除，以使在不大于一个给定的时间段内检测到RPM至少一个给定的量的增加时，临时改变泄漏因子以及如果需要时还有自适应率。例如，与先前示例相反，在从第4档到第3档的变速器向下换挡期间，引擎RPM将从2600RPM增加到3500RPM。对于在向下换档期间很短的时间，当变速器脱离以便改变档位时，引擎负载将下降。在该时间期间，引擎噪声水平将下降，因而有益的是，降低泄漏因子以迅速减少EHC输出。在EHC输出处于或低于目标引擎噪声水平之后，有益的是，临时增加自适应率(在调整的时间量内，例如50ms，调整量，例如两倍)，以使EHC消除性能尽可能最快地恢复。由于引擎噪声行为在向上换档和向下换档之间不同，所以对于控制器30而言，有利的是当确定泄漏因子和自适应率时，在大的正RPM改变和大的负RPM改变之间进行区分。
更一般地，可以根据引擎转速改变的快速性、以及该改变是增加还是降低引擎转速来指定泄漏减少的量、和/或自适应率增加的量、和/或(多个)这样的修改的持续时间。例如，引擎噪声下降的量和持续时间根据变速器向上换档还是向下换档是不同的，所以可调整的滤波器参数应当容纳差别。自适应率和/或泄漏因子可以被修改。这样的修改的量和这样的修改的持续时间的一者或两者可以取决于引擎转速是增加还是减小、这种增加或减小的程度、和/或这样的增加或减小的持续时间。
上述相对于车辆舱室的噪声消除进行描述。然而，本公开还适用于其它车辆位置中的噪声消除。一个附加的示例是系统可以被设计成消除消声器组件中的噪声。如本领域中已知的，这样的噪声可能是引擎谐波噪声，但还可以是其它引擎操作相关的噪声(例如，空调压缩机)。
上文所描述的设备、系统和方法的实施例包括计算机部件和对于本领域技术人员显而易见的计算机实施的步骤。例如，本领域技术人员应当理解，计算机实施的步骤可以被存储为计算机可读介质上的计算机可执行指令(诸如例如，软盘、硬盘、光盘、闪存ROM、非易失性ROM和RAM)。更进一步地，本领域技术人员应当理解，计算机可执行指令可以在多种处理器(诸如例如，微处理器、数字信号处理器、门阵列等)上执行。为了便于说明，并非上文中所描述的系统和方法的每个步骤和元件在本文中被描述为计算机系统的一部分，但是本领域技术人员将认识到，每个步骤或元件可以具有对应的计算机系统或软件部件。因此，这样的计算机系统和/或软件部件通过描述其对应的步骤或元件(即，它们的功能性)而被实现，并且在本公开的范围之内。
本公开的各种特征可以以与本文所描述的那些不同的方式来实现，并且可以以除本文所描述的那些之外的其它方式进行组合。已经描述了若干种实现方式。然而，应当理解，可以在不脱离本文中所描述的发明概念的范围的情况下做出附加的修改，并且相应地，其它实施例在以下权利要求的范围之内。

Claims (19)

1.一种用于操作用于机动车辆的主动降噪系统的方法，其中，存在与车辆引擎转速有关的主动降噪系统输入信号，并且其中所述主动降噪系统包括一个或多个自适应滤波器，所述一个或多个自适应滤波器使用滤波器系数来修改噪声消除参照信号的幅度和/或相位、并且输出用来驱动它们的输出旨在减少引擎噪声的一个或多个换能器的降噪信号，其中，所述系数的值与自适应滤波器泄漏因子有关，所述方法包括：
基于与所述车辆引擎操作有关的所述输入信号监测所述引擎转速的改变；以及
响应于所述引擎转速的改变，修改所述自适应滤波器泄漏因子，
其中响应于所述引擎转速的减小，减小所述自适应滤波器泄漏因子。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，响应于所述引擎转速的减小，将所述自适应滤波器泄漏因子减少到零。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，只在所述引擎转速的所述减小在给定的时间段内超过引擎转速的阈值减小之后，减小所述自适应过滤器泄漏因子。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，减少所述自适应滤波器泄漏因子至少直至输出低于引擎噪声的估计水平。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，从引擎负载估计所述引擎噪声的水平。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，从引擎扭矩估计所述引擎噪声的水平。
7.根据权利要求4所述的方法，其中，基于所述引擎操作与不同引擎操作下的先前所测量的噪声水平的比较来估计所述引擎噪声的水平。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，针对时间量，修改所述自适应滤波器泄漏因子。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述时间量是变量。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述时间量取决于所述引擎操作的改变。
11.根据权利要求1所述的方法，还包括：监测引擎负荷的改变，并且其中基于对所述引擎转速和所述引擎负载中的一者或两者的改变来修改所述自适应滤波器泄漏因子。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述自适应滤波器系数的所述值可以进一步与自适应滤波器自适应率有关，并且其中响应于引擎转速的改变，修改所述自适应率。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，临时出现所述自适应率的所述修改。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，响应于引擎转速的改变，修改所述自适应率和所述泄漏因子的一者或两者，其中，这样的修改的量和这样的修改的持续时间的一者或两者取决于所述引擎转速是增加还是减小、这样的增加或减小的程度、和/或这样的增加或减小的持续时间。
15.一种用于操作用于机动车辆的主动降噪系统的方法，其中，存在与车辆引擎转速有关的主动降噪系统输入信号，并且其中所述主动降噪系统包括一个或多个自适应滤波器，所述一个或多个自适应滤波器使用滤波器系数来修改噪声消除参照信号的幅度和/或相位、并且输出用来驱动它们的输出旨在减少引擎噪声的一个或多个换能器的降噪信号，其中所述系数的值与自适应滤波器泄漏因子有关，所述方法包括：
基于与所述车辆引擎操作有关的所述输入信号监测所述引擎转速的改变；以及
响应于所述引擎转速的改变，减小所述自适应滤波器泄漏因子，其中，只在所述引擎转速的所述改变在给定的时间段内超过引擎转速的阈值改变之后，减小所述自适应滤波器泄漏因子，其中减少所述自适应滤波器泄漏因子，至少直至输出低于引擎噪声的估计水平，并且其中从所述引擎负载中估计所述引擎噪声的水平，其中响应于所述引擎转速的减小，减小所述自适应滤波器泄漏因子。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，响应于所述引擎转速的改变，将所述自适应滤波器泄漏因子减少到零。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述自适应滤波器系数的值还与自适应滤波器自适应率有关，并且其中响应于引擎转速的改变，临时修改所述自适应率。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，响应于引擎转速的改变，修改所述自适应率和所述泄漏因子中的一者或两者，其中，这样的修改的量和这样的修改的持续时间中的一者或两者取决于所述引擎转速是增加还是减小、这样的增加或减小的程度、和/或这样的增加或减小的持续时间。
19.一种被配置成控制用于机动车辆的主动降噪系统的操作的设备，其中，存在与车辆引擎转速有关的主动降噪系统输入信号，并且其中，所述主动降噪系统包括一个或多个自适应滤波器，所述一个或多个自适应滤波器使用滤波器系数来修改噪声消除参照信号的幅度和/或相位、并且输出用来驱动它们的输出旨在减少引擎噪声的一个或多个换能器的降噪信号，其中，所述系数的值与自适应滤波器泄漏因子有关，所述设备包括：
处理器，其被配置成：基于与所述车辆引擎操作有关的所述输入信号监测所述引擎转速的改变；以及
响应于所述引擎转速的改变，修改所述自适应滤波器泄漏因子，
其中响应于所述引擎转速的减小，减小所述自适应滤波器泄漏因子。
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