CN106143369B - 一种增程式电动汽车用噪声主动控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种增程式电动汽车用噪声主动控制装置，包括信号采集与处理系统、参考信号生成系统、自适应主动控制系统、次级声源发生系统、误差信号采集系统及增程器工作模式判定系统，所述的信号采集与处理系统包括频率辨识单元，用于辨识需要控制的噪声频率，所述的参考信号生成系统根据增程器工作模式判定系统输出的信号选择需要进行控制的噪声频率并生成参考信号。与现有技术相比，本发明具有更好的噪声抑制效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种噪声主动控制装置，尤其是涉及一种增程式电动汽车用噪声主动控制装置。
背景技术
汽车车内噪声主要有发动机、电机等动力传动系统噪声，轮胎、路面噪声，空气噪声等，目前汽车上使用的噪声控制方法主要有被动控制和主动控制。被动控制主要是采用隔声、吸声等的原理实现，但是在对乘坐舒适性要求越来越高的今天，噪声被动控制往往并不能达到客户的需求，因此，车内噪声主动控制方法越来越受到关注。而增程式电动汽车相对于传统汽车在动力传动系统上有很大变化，传统车内噪声主动控制技术没有考虑增程式电动汽车动力传动系统的结构特点、工作模式，其控制效果并不理想。目前还没有专门针对增程式电动汽车噪声特点的车内噪声主动控制方法。
目前，车内噪声主动控制方法主要是通过采集噪声源信号以构建出参考信号，对参考信号进行处理后利用扬声器发出次级补偿噪声以抵消原有噪声。目前对动力传动系统产生于车内的噪声的控制技术所采集的噪声源信号大多为发动机转速信号。美国专利申请公开US20080240456A1公布了一种车内噪声主动控制方法：通过发动机转速信号来构建参考信号，输入到LMS算法处理器和自适应滤波陷波器中产生次级声源，利用误差传感器检测次级声源声音与原有噪声的叠加结果并反馈的控制器重，以此来控制车内噪声。该专利公布的控制方法是建立在区分发动机、变速器类型，车门类型和驱动模式等信息的基础上的，但方法过于复杂，未能结合增程式电动汽车工作特点进行主动降噪。
申请号为200910066967.9的专利公布了一种车内声品质自适应主动控制系统和方法，通过检测发动机和汽车车身的振动信号来构建参考信号，输入到自适应主动控制装置中产生次级声信号，以抵消原有噪声信号。但这种主动控制方法加速度 传感器过多，算法复杂，并且忽视了与动力传动系统转速相关的噪声信号，参考信号的构成不能反映增程式电动汽车噪声特点，控制效果并不理想。
发明内容
本发明的目的就是为了克服现有车内噪声主动控制技术的参考信号构成单一，控制算法复杂，在增程式电动汽车车内噪声控制效果不尽理想的缺陷而提供一种降噪效果明显的增程式电动汽车用噪声主动控制装置，用于对增程式电动汽车车厢内由发动机、电机等动力传动系统产生的噪声进行主动控制。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种增程式电动汽车用噪声主动控制装置，包括信号采集与处理系统、参考信号生成系统、自适应主动控制系统、次级声源发生系统及误差信号采集系统，还包括增程器工作模式判定系统，所述的信号采集与处理系统包括频率辨识单元，用于辨识需要控制的噪声频率，所述的参考信号生成系统根据增程器工作模式判定系统输出的信号选择需要进行控制的噪声频率并生成参考信号，
工作时，所述的参考信号送入自适应主动控制系统中，次级声源发生系统根据自适应主动控制系统输出的信号发出次级声信号，误差信号采集系统根据次级声信号与噪声信号合成误差信号，并与自适应主动控制系统输入端连接形成闭环系统，控制车内噪声。
所述的信号采集与处理系统同时采集增程式电动汽车的发动机转速信号、发电机转速信号和发电机振动加速度信号，以及驱动电机转速信号和驱动电机振动加速度信号。
所述的次级声源发生系统包括依次连接的D/A转换器、功率放大器及扬声器，所述的D/A转换器的输入端与所述的自适应主动控制系统的输出端连接，所述的扬声器与位于两侧车门内的汽车音响共用扬声器，或者放置在汽车两侧车门内。D/A转换器用于对次级声源信号进行D/A转换；功率放大器用于对D/A转换后的信号进行放大；扬声器用于发出次级声信号。
所述的信号采集与处理系统还包括依次连接的信号采集模块、前置放大器及A/D转换器，所述的信号采集器、第一前置放大器、第一A/D转换器及频率辨识单元依次连接，所述的信号采集模块包括多个转速传感器和多个振动加速度传感器。
所述的需要控制的噪声频率包括：与发动机转速成阶次的频率、与发电机转速成阶次的频率、与驱动电机转速成阶次的频率，与发动机机体振动加速度、发电机机体振动加速度和驱动电机机体振动加速度主要频率成分相关的频率。
所述的频率控制单元根据发动机类型、发电机噪声特性及驱动电机噪声特性来确定对应的阶次值。
所述的参考信号生成系统的工作过程如下：
S1参考信号生成系统读取增程器工作模式判定系统的输出信号，确定增程式电动汽车的工作模式；
S2如果增程式电动汽车处于纯电动模式，则采用所述的与驱动电机转速成阶次的噪声频率和驱动电机机体振动加速度相关的噪声频率来生成参考信号，否则，采用所述的与发动机转速成阶次的噪声频率、与发电机转速成阶次的噪声频率、与驱动电机转速成阶次的噪声频率，与发动机机体振动加速度、发电机机体振动加速度和驱动电机机体振动加速度主要频率成份相关的噪声频率。
所述的自适应主动控制系统包括依次连接的次级通路传递函数、LMS算法处理器及自适应陷波滤波器。次级通路传递函数用于对次级声源信号从扬声器输出到误差信号传感器的传播路径传递函数进行估计，并输入到LMS算法处理器；LMS算法处理器用于根据所述的参考信号和由误差信号采集系统采集到的误差信号，生成权系数值；自适应陷波滤波器用于根据所述权系数初始值和参考信号，生成次级声源信号。
所述的误差信号采集系统包括依次连接的误差信号传感器、第二前置放大器及第二A/D转换器。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明根据增程式电动汽车不同工作模式特点对车内噪声进行主动控制，噪声控制针对性强，控制效果好。
(2)本发明同时采集发动机、发电机和驱动电机的转速信号和振动加速度信号，根据不同工作模式进行选择转速信号和振动加速度信号对应的需要控制的噪声频率，生成参考信号，失真度小，生成的参考信号与实际噪声信号相关性大，能实现更好的噪声控制效果。
(3)本发明次级声源发生系统的扬声器设置在车门内部，或者采用车门内的 汽车音响扬声器，节省空间。
(4)转速传感器可以利用发动机、发电机和驱动电机原有转速传感器，而不需要额外增加，节约成本。
附图说明
图1为本发明的系统连接框图；
图2为本发明应用实例示意图；
图3为图2的俯视图；
图4为本发明参考信号生成过程示意图；
图5为本发明自适应主动控制系统原理示意图；
图6为次级通路传递路径示意图。
图中标识为：11a驱动电机转速传感器，11b驱动电机机体振动加速度传感器，11c发动机机体振动加速度信号传感器，11d发动机转速信号传感器，11e发电机转速信号传感器，11f发电机机体振动加速度传感器，12第一前置放大器，13第二A/D转换器，14频率辨识单元，2工作模式判定系统，3参考信号生成系统，4自适应主动控制系统，51D/A转换器，52功率放大器，53a、53b、53c、53d均为放置于四个车门内的次级声源发生系统扬声器，61a、61b、61c、61d均为放置于车厢内顶棚上靠近车门位置的误差信号传感器，62第二前置放大器，63第二A/D转换器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
如图1所示，一种增程式电动汽车用噪声主动控制装置，包括信号采集与处理系统、参考信号生成系统3、自适应主动控制系统4、次级声源发生系统及误差信号采集系统，还包括增程器工作模式判定系统2，信号采集与处理系统包括频率辨识单元14，用于辨识需要控制的噪声频率，参考信号生成系统3根据增程器工作模式判定系统2输出的信号选择需要进行控制的噪声频率并生成参考信号，需要控制的噪声频率包括：与发动机转速成阶次的频率、与发电机转速成阶次的频率、与驱动电机转速成阶次的频率，与发动机机体振动加速度、发电机机体振动加速度和 驱动电机机体振动加速度主要频率成分相关的频率。
工作时，参考信号送入自适应主动控制系统4中，次级声源发生系统根据自适应主动控制系统4输出的信号发出次级声信号，误差信号采集系统根据次级声信号与噪声信号合成误差信号，并与自适应主动控制系统4输入端连接形成闭环系统，控制车内噪声。
信号采集与处理系统还包括依次连接的信号采集模块、前置放大器12及第一A/D转换器13，信号采集器、第一前置放大器12、A/D转换器13及频率辨识单元14依次连接，信号采集模块包括多个转速传感器和多个振动加速度传感器。
信号采集与处理系统同时采集增程式电动汽车的发动机转速信号、发电机转速信号和发电机振动加速度信号，以及驱动电机转速信号和驱动电机振动加速度信号。
次级声源发生系统包括依次连接的D/A转换器51、功率放大器52及扬声器，D/A转换器51的输入端与自适应主动控制系统4的输出端连接，扬声器与位于两侧车门内的汽车音响共用扬声器，或者放置在汽车两侧车门内。D/A转换器51用于对次级声源信号进行D/A转换；功率放大器52用于对D/A转换后的信号进行放大；扬声器用于发出次级声信号。
频率控制单元根据发动机类型、发电机噪声特性及驱动电机噪声特性来确定对应的阶次值。
如图4所示，参考信号生成系统3的工作过程如下：
S1参考信号生成系统3读取增程器工作模式判定系统2的输出信号，确定增程式电动汽车的工作模式；
S2如果增程式电动汽车处于纯电动模式，则采用与驱动电机转速成阶次的噪声频率和驱动电机机体振动加速度相关的噪声频率来生成参考信号，否则，采用与发动机转速成阶次的噪声频率、与发电机转速成阶次的噪声频率、与驱动电机转速成阶次的噪声频率，与发动机机体振动加速度、发电机机体振动加速度和驱动电机机体振动加速度主要频率成份相关的噪声频率。
用表示参考信号，可以表示为：
其中，fi为需要控制的噪声频率，L表示共有L个需要控制的噪声频率值。
自适应主动控制系统4包括依次连接的次级通路传递函数、LMS算法处理器及自适应陷波滤波器。次级通路传递函数用于对次级声源信号从扬声器输出到误差信号传感器的传播路径传递函数进行估计，并输入到LMS算法处理器；LMS算法处理器用于根据参考信号和由误差信号采集系统采集到的误差信号，生成权系数值；自适应陷波滤波器用于根据所述权系数初始值和参考信号，生成次级声源信号。
如图5所示，自适应主动控制系统4首先对次级声源信号从扬声器发出后传递到误差信号传感器的传递路径进行传递函数估计，如图6所示；然后根据误差信号和参考信号自适应生成次级声源信号并输入到次级声源生成系统中。
如图6所示，传递路径估计可以把传递函数写成矩阵形式：
自适应主动控制系统4(4)输出到次级声源生成系统(5)的信号用yj表示：
其中，为权矢量，表示为：
误差信号采集系统包括依次连接的误差信号传感器、第二前置放大器62及第二A/D转换器63。
如图2和图3所示为本发明的应用实例，其中信号采集与处理系统含有三个转速传感器，分别为驱动电机转速传感器11a、发动机转速信号传感器11d及发电机转速信号传感器11e，分别安装在发动机输出端、发电机端和驱动电机上，可利用发动机、发电机和驱动电机原有的转速传感器，节约了成本；有三个振动加速度信号传感器分别为驱动电机机体振动加速度传感器11b、发动机机体振动加速度信号传感器11c及发电机机体振动加速度传感器11f，分别安装在发动机机体、发电机机体和驱动电机机体上，具体位置可以根据系统结构适当安装。
如图2和图3所示，53a、53b、53c、53d均为放置于四个车门内的次级声源发生系统扬声器，扬声器布置在汽车四个车内内部，与原本放置在汽车车门内的汽车音响共用扬声器，扬声器放置方向对着各自位置上方的误差信号传感器，误差信号传感器61a、61b、61c、61d均放置于车厢内顶棚上靠近车门位置。次级声源生 成系统接收到自适应主动控制系统4输出的次级声源信号后经过D/A转换和功率放大器52后由扬声器输出。
次级声源传递到误差信号传感器后信号变为：
Sk×1＝yk×1Hs
如图2所示，误差信号传感器采集到的误差信号表示为：
通过自适应主动控制算法，调整权矢量的值，使误差信号满足最小。由于次级声信号收到传递路径的影响，所以自适应主动控制算法中需要对传递函数进行估计，权矢量迭代表达式为：
W2kL×1(n+1)＝W2kL×1(n)-2μR2kL×k(n)ek×1(n)
其中μ为收敛系数，R2kL×k是参考信号与传递路径的传递函数估计值卷积作用得到：
其中“*”表示卷积作用。
上述内容的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用此发明。但完全可以结合不同车型和其他需求做适当的修改和变动，比如：信号采集与处理系统所需要的转速传感器和振动加速度传感器数量和位置可以结合增程式电动汽车动力传动系统传感器做响应调整，扬声器和误差信号传感器的数量可以根据车门数量和控制区域的要求来确定，其放置位置可以按照不同需求确定。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种增程式电动汽车用噪声主动控制装置，包括信号采集与处理系统、参考信号生成系统、自适应主动控制系统、次级声源发生系统及误差信号采集系统，其特征在于，还包括增程器工作模式判定系统，所述的信号采集与处理系统包括频率辨识单元，用于辨识需要控制的噪声频率，所述的参考信号生成系统根据增程器工作模式判定系统输出的信号选择需要进行控制的噪声频率并生成参考信号，
工作时，所述的参考信号送入自适应主动控制系统中，次级声源发生系统根据自适应主动控制系统输出的信号发出次级声信号，误差信号采集系统根据次级声信号与噪声信号合成误差信号，并与自适应主动控制系统输入端连接形成闭环系统，控制车内噪声。
2.根据权利要求1所述的一种增程式电动汽车用噪声主动控制装置，其特征在于，所述的信号采集与处理系统同时采集增程式电动汽车的发动机转速信号、发电机转速信号和发电机振动加速度信号，以及驱动电机转速信号和驱动电机振动加速度信号。
3.根据权利要求1所述的一种增程式电动汽车用噪声主动控制装置，其特征在于，所述的次级声源发生系统包括依次连接的D/A转换器、功率放大器及扬声器，所述的D/A转换器的输入端与所述的自适应主动控制系统的输出端连接，所述的扬声器与位于两侧车门内的汽车音响共用扬声器，或者放置在汽车两侧车门内。
4.根据权利要求1所述的一种增程式电动汽车用噪声主动控制装置，其特征在于，所述的信号采集与处理系统还包括依次连接的信号采集模块、第一前置放大器及第一A/D转换器，所述的信号采集模块、第一前置放大器、第一A/D转换器及频率辨识单元依次连接，所述的信号采集模块包括多个转速传感器和多个振动加速度传感器。
5.根据权利要求1所述的一种增程式电动汽车用噪声主动控制装置，其特征在于，所述的需要控制的噪声频率包括：与发动机转速成阶次的频率、与发电机转速成阶次的频率、与驱动电机转速成阶次的频率，与发动机机体振动加速度、发电机机体振动加速度和驱动电机机体振动加速度主要频率成分相关的频率。
6.根据权利要求5所述的一种增程式电动汽车用噪声主动控制装置，其特征在于，所述的频率辨识单元根据发动机类型、发电机噪声特性及驱动电机噪声特性来确定对应的阶次值。
7.根据权利要求5所述的一种增程式电动汽车用噪声主动控制装置，其特征在于，所述的参考信号生成系统的工作过程如下：
S1参考信号生成系统读取增程器工作模式判定系统的输出信号，确定增程式电动汽车的工作模式；
S2如果增程式电动汽车处于纯电动模式，则采用所述的与驱动电机转速成阶次的噪声频率和与驱动电机机体振动加速度主要频率成分相关的噪声频率来生成参考信号，否则，采用所述的与发动机转速成阶次的噪声频率、与发电机转速成阶次的噪声频率、与驱动电机转速成阶次的噪声频率，与发动机机体振动加速度、发电机机体振动加速度和驱动电机机体振动加速度主要频率成份相关的噪声频率。
8.根据权利要求1所述的一种增程式电动汽车用噪声主动控制装置，其特征在于，所述的自适应主动控制系统包括依次连接的次级通路传递函数、LMS算法处理器及自适应陷波滤波器。
9.根据权利要求1所述的一种增程式电动汽车用噪声主动控制装置，其特征在于，所述的误差信号采集系统包括依次连接的误差信号传感器、第二前置放大器及第二A/D转换器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |