CN107415870B - 用于控制反映发动机振动和驾驶状况的发动机噪声的设备 - Google Patents

Abstract

一种用于控制反映发动机振动以及驾驶状况的发动机噪声的设备，其包括生成强化噪声以增强非线性发动机噪声的声音发生器。设备包括测量作为发动机噪声源的发动机振动的振动传感器，实时接收振动传感器的信号并控制声音发生器以使发动机噪声可保持线性的信号处理控制器，以及接收并随后放大信号处理控制器的控制信号以向声音发生器传输放大的控制信号的放大器。

Description

用于控制反映发动机振动和驾驶状况的发动机噪声的设备

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年5月16日向韩国知识产权局提交的申请号为10-2016-0059655的韩国专利申请的优先权和权益，该专利申请通过引用被全部并入本申请。

技术领域

本公开涉及车辆发动机噪声，更具体地，涉及用于控制反映发动机振动以及驾驶状况的发动机噪声的设备。

背景技术

与车辆噪声相关的研究可划分为：针对如何从噪声源发出尽可能少的噪声的研究，针对使用吸声材料阻隔噪声的研究，以及针对通过主动噪声控制消除噪声的研究。更具体地，主动噪声控制技术可通过使用反相声源控制等于或小于异响带的噪声。并且，由于该技术能够最小化车辆噪声，因此当噪声产生时，该技术可通过使用声音设备生成与该噪声相反的声波来消除噪声。

上述技术中使用吸声材料的方法已显示出对于超过500Hz的高频噪声的有效性。然而，由于吸声材料的尺寸应增加至对低频噪声有效的程度，因此吸声技术提高了成本。进一步地，由于当例如用于飞机或车辆时需要减轻重量，因此吸声材料的使用变得更加困难或者材料可能需要被改变。

此外，由于近期的环境问题已经变得严重，车辆消耗更少的燃料以减少废气量的需求随之增加。作为这个问题的解决方案，需要减少车辆的重量并提高发动机在使用期间的效率。然而，这样的解决途径可能会不可避免地对车辆的振动以及噪声产生消极影响。

因此，近来，开发出了主动噪声控制技术和工艺。在传统的主动噪声控制中，如图1所示，在麦克风1处感测车辆的内部噪声并通过滤波器2对其滤波。随后通过模拟-数字(AD)转换器3将滤波后的噪声转换成数字信号并施加到控制器。控制器对输入的值使用多种算法以生成控制信号(即控制信号生成具有与感测到的噪声相反相位的控制噪声)，进而使当前的噪声值最小化。随后通过数字-模拟(DA)转换器将控制信号转换成模拟信号。之后将模拟控制信号施加到放大器4。此后，将经过放大器4放大之后的控制信号从扬声器6输出。

然而，该主动噪声控制技术仅用来减少车辆的内部噪声。该技术无法反映驾驶员对于动态的发动机噪声的需求。

主动声音设计(Active Sound Design，ASD)技术可以弥补上述缺陷。ASD技术被设计成通过预先记录虚拟噪声源，例如先进车辆的内部噪声，并在驾驶车辆时通过内部扬声器再生成声音源，以满足驾驶员的需求。换言之，如图2所示，传统的ASD系统可包括：作为用于噪声检测的传感器的麦克风10；用于根据由麦克风10感测到的噪声感测发动机RPM，APS信号等等20，并且生成用于整个RPM范围的预设的目标加速声音或驾驶声音的控制单元30；能够选择加速声音或驾驶声音的选择器40；以及通过控制单元30，向车辆内部发出加速声音或驾驶声音的扬声器50。

然而，现有的主动噪声控制以及主动声音设计技术和工艺使用麦克风测量噪声并使用扬声器生成用于与该噪声匹配的单独的噪声(通过控制信号或预先记录的虚拟声音源的噪声)，因此，这些技术和工艺具有这样的问题：扬声器控制延迟导致驾驶员可能会感觉或感受到区别或延迟。

此外，来自发动机室的发动机噪声的方位或源头，与通过扬声器生成的单独的噪声的方位或源头也彼此不同。在现有的主动噪声控制以及主动声音设计系统中，扬声器安装在车辆的内部。因此，驾驶员可能会再一次感觉到、听到、或感受到区别。

申请号为101081159的韩国专利(2011.11.01)公开了这样的现有技术。

上文仅旨在于帮助理解本公开的背景技术，而不是要表达本公开的范围落入了本领域普通技术人员已经知晓的相关领域的范围内。

发明内容

本公开致力于提供一种用于控制反映发动机振动特性的发动机噪声的设备。设备实时获取发动机振动的阶分量，以检测发动机的振动特性，基于发动机的振动特性保持发动机噪声的线性并控制目标声音特性，并且生成强化发动机噪声以便实现期望的发动机声音。

根据本公开的旨在于实现上述目的的用于控制反映发动机振动以及驾驶状况的发动机噪声的设备可包括：声音发生器100，用于生成强化噪声以增强非线性发动机噪声；振动传感器200，用于测量作为发动机噪声源的发动机振动；信号处理控制器300，用于实时接收振动传感器200的信号，并控制声音发生器100，从而使发动机噪声可保持线性；以及放大器400，接收并随后放大信号处理控制器300的控制信号，以将放大后的控制信号传输至声音发生器100。

声音发生器100可安装在发动机室内。

用于控制反映发动机振动以及驾驶状况的发动机噪声的设备可进一步包括：传感器500，其用于感测车辆的驾驶状况，并随后将代表驾驶状况的信号或信息传输至信号处理控制器300。

传感器500可包括发动机转速检测单元510、挡位检测单元520或加速器踏板的开度检测单元530中的任意一个或多个。

用于控制反映发动机振动以及驾驶状况的发动机噪声的设备可进一步包括：麦克风600，其用于感测被强化发动机噪声增强从而保持线性的发动机噪声。

用于控制反映发动机振动以及驾驶状况的发动机噪声的设备可进一步包括：PID控制器700，其用于控制声音发生器100，以使由麦克风600测量的发动机噪声可与预设的目标发动机噪声图谱对应。

信号处理控制器300可控制声音发生器100保持阶分量的线性，以基于发动机的一个或多个预设的阶根据在发动机噪声或阶分量中的发动机振动的变化而防止生成阶分量的中断。

发动机的阶可以是发动机的转速数值与发动机曲轴频率的比例常数，且一个或多个预设的发动机阶可包括多个阶分量的第二阶分量、第四阶分量或第八阶分量中的任意一个或多个。

与基于发动机振动的发动机噪声相关的声音图谱可作为数据储存在信号处理控制器300中，且信号处理控制器300可控制声音发生器100以使发动机噪声可与声音图谱对应。

储存在信号处理控制器300内的声音图谱可以是多个，且可使用多个声音图谱中的任意一个声音图谱。

信号处理控制器300可控制声音发生器100以使多个阶分量中的任意一个或多个阶分量可保持线性，并且可单独地控制多个阶分量。

信号处理控制器300可实时控制声音发生器100，从而放大或调制多个阶分量中的任意一个或多个阶分量。

根据如上文所述的本公开，该设备能实现反映成为发动机噪声的声音源的发动机振动特性的即时且自然的发动机噪声(发动机声音)。

此外，即使由于车辆劣化增加了噪声，设备也能通过使用麦克风以及PID控制器进行反映，从而保持发动机噪声(发动机声音)的初始状态。

附图说明

在下文中，通过结合附图进行详细的描述，将会更清楚地理解本公开的上述以及其他目的、特征和优点，其中：

图1示出现有技术系统的简化示意图；

图2示出现有技术系统的框图；

图3示出基于本公开的用于控制反映发动机振动以及驾驶状况的发动机噪声的设备的框图；

图4(a)和图4(b)示出本公开的效果示意图；

图5示出将本公开应用于车辆的状态图。

具体实施方式

在本说明书和权利要求中使用的术语和词语不一定被解释为一般或字典含义。相反，基于本发明人可以将本公开适当地定义为术语的概念以便描述其公开内容的原则，术语和词语可以被解释为满足本公开的技术思想的含义和概念。因此，本公开的实施例和附图中描述的配置仅仅是示例实施例，而不代表本公开的所有技术精神。因此，本公开应当被解释为包括在提交本申请时包括在本公开的精神和范围内的所有改变、等同物和替代物。另外，如果确定本领域中可能公知的技术的详细描述，并且其包括可能不必要地模糊本公开的概念，那么在此省略其详细描述。以下将参照附图详细描述本公开的实施例。

图3为根据本公开的用于控制反映发动机振动以及驾驶条件的发动机噪声的设备的框图。参照图3，根据本公开的用于控制反映发动机振动以及驾驶状况的发动机噪声的设备可包括声音发生器100、振动传感器200、信号处理控制器300、放大器400、传感器500、麦克风以及比例-积分-微分机制或PID控制器700，即控制环路反馈控制器。

声音发生器100可起到生成强化噪声的作用，以增强非线性发动机噪声。声音发生器100可以是扬声器，但并不仅限于此，并且因此可以根据设计者的意图由能起到相同作用的其他组件替换。关于这点，将在下文中仔细描述非线性发动机噪声。

声音发生器100可安装在车辆的发动机室内。换言之，声音发生器100可安装在发动机噪声源头的位置处，即在发动机室内。由于在所有现有的主动噪声控制以及主动声音设计系统中，扬声器安装在车辆的内部，因此由扬声器生成的单独的噪声不同于声音发生器100将要生成的声音。因此，对于这些现有的系统，由于实际的发动机噪声以及扬声器生成的声音的噪声生成位置的不同，驾驶员可能会感觉到、听到或感受到区别，由此降低车辆的感知质量。

与此相比，在本公开中，通过将所公开的声音发生器100安装在发动机室内，由声音发生器100生成的强化噪声自然地增强了非线性发动机噪声，以使驾驶员可识别发动机噪声的线性。由此，声音发生器100能向驾驶员提供动态的发动机噪声(发动机声音)，因而提高车辆的感知质量。

振动传感器200可起到测量作为发动机噪声的噪声源的发动机振动的作用。与之相反，现有的主动噪声控制以及主动声音设计系统通过使用安装在车辆内部的麦克风测量车辆内部噪声，并最终通过扬声器生成单独的噪声(根据控制信号或记录的虚拟声源产生的噪声)。这产生了潜在的问题，即在扬声器控制发生之前存在延迟，由此驾驶员会再一次感觉到、听到、或感受到延迟或不同。更详细地说，即使作为发动机噪声源的发动机振动改变，现有技术系统仍然通过车辆内部中的麦克风测量发动机噪声。然后，这样的系统分析所测量的发动机噪声并产生单独的噪声(由控制信号或记录的虚拟声源产生的噪声)，以对应于发动机噪声的变化。因此，对于与麦克风同时识别发动机噪声的驾驶员，驾驶员可以识别出单独的噪声(由控制信号或记录的虚拟声源产生的噪声)不同步地产生，使得驾驶员可感觉到、听到、或感受到延迟或不同。由此，在驾驶员的印象中，车辆的感知质量降低了。

与这些现有技术系统相比，本公开包括振动传感器200，使得实时测量作为发动机噪声声源的发动机振动变成可能，由此振动传感器能够反映作为发动机噪声源头的发动机振动的特点，从而实现即时且自然的发动机噪声(发动机声音)。

信号处理控制器300可实时地接收振动传感器200的信号。信号处理控制器300随后可起到控制声音发生器100的作用，以便发动机噪声可保持线性。更详细地说，信号处理控制器300被配置和设置成控制声音发生器100，以保持发动机噪声的阶分量的线性。这样做是为了基于发动机的一个或多个预设的阶根据发动机噪声(阶分量)内的发动机振动的变化防止生成阶分量。

在这方面，发动机的阶是转速(rpm)和曲轴频率的比例常数。发动机的一个或多个预设的阶可以包括第二阶分量、第四阶分量或第八阶分量中的至少任意一个。也就是说，发动机的阶是表示曲轴每秒旋转多少次的指数，并且可以由以下方程1表示。

【方程1】

阶＝曲轴旋转频率/(发动机RPM/60秒)

进一步地，第二阶分量是由于当曲轴旋转两周时的阶的发动机噪声。同样，第四阶分量是由于当曲轴旋转四周时的阶的发动机噪声，且第八阶分量是由于当曲轴旋转八周时的阶产生的发动机噪声。如上文所述，发动机的一个或多个预设的阶分量包括第二阶分量、第四阶分量以及第八阶分量的原因是由于第二阶分量、第四阶分量以及第八阶分量将处于低频范围，且将因此对发动机噪声产生重要影响。

也就是说，由驾驶员识别的发动机噪声是各种阶分量的调和噪声。因此，本公开将第二阶分量、第四阶分量和第八阶分量视为在各种阶分量中具有较大影响的低频分量。然而，本公开不局限于此，并且可根据设计者的意图等进一步包括多种阶分量。

此外，信号处理控制器300可实时地控制确定发动机噪声或声音特性的阶分量的组合(即，由阶分量调和的发动机噪声)。

换言之，信号处理控制器300能够控制声音发生器100以单独地控制多个阶分量，使得在该多个阶分量之中的任意一个或多个阶分量(尤其是对确定发动机声音特性具有较大影响的低频分量)可保持发动机噪声的线性。也就是说，信号处理控制器300被配置和设置成控制声音发生器100，以放大或调制该多个阶分量中的任意一个或多个阶分量。

更详细地说，信号处理控制器300可单独地控制多个阶分量，从而向驾驶员提供与车辆特性对应的发动机声音。例如，本公开可实时单独地控制多个阶分量，以便只有该多个阶分量中的第二阶分量可保持线性。在这样的实施例中，即使发生其它阶分量(第四阶分量、第八阶分量等)的中断，信号处理控制器300也可不进行任何额外的控制。

下文将参照图4(a)、图4(b)和图5描述非线性发动机噪声以及线性发动机噪声的增强。参照图4(a)和4(b)，分别示出了第二阶分量、第四阶分量和第八阶分量。如将看到的，中断发生在图4(a)中的各阶分量中。

更具体地，在图4(a)中，在启动(区域1)之后紧接着示出了中断出现的区域。还示出了在启动后并经过一定时间后，中断出现的区域(区域2)。还示出了经过一定时间后，然后启动或加速后，中断出现的区域(区域3)。

中断可以在作为发动机噪声声源的发动机振动的突然变化时发生。突然变化可以由诸如换挡、快速加速等的车辆的驾驶状况的变化引起。此外，如果发生中断，则被驾驶员识别的调和发动机噪声(与第二，第四和第八阶分量调和的发动机噪声)也快速改变，从而对驾驶员造成不适。

为了防止这种情况，信号处理控制器300可实时地接收振动传感器200的信号，并且识别发动机的振动是否突然改变。此外，识别到发动机振动的上述变化时，信号处理控制器300可控制声音发生器100生成强化噪声。在这点上，所生成的噪声可被配置为起到填充发生上述中断的区域的作用。通过这样做，信号处理控制器300被配置为基于一个或多个预设的发动机阶根据发动机噪声(阶分量)内的发动机振动的变化防止生成阶分量的中断。换言之，信号处理控制器300可起到控制声音发生器100的作用，以便调和发动机噪声(与第二，第四和第八阶分量调和的发动机噪声)可以保持线性。

此外，可将声音图谱(与通过发动机振动的发动机噪声相关)作为数据储存在信号处理控制器300中。信号处理控制器300可以控制声音发生器100，以便发动机噪声可对应于声音图谱的储存的数据。

也就是说，声音图谱包括为了对应于车辆的类型(例如，跑车或轿车)而预先储存和设置的数据。因此，在如上所述的发动机噪声保持与预先储存的数据以及设置的声音图谱不对应即不匹配或不对照的线性的情况下，可控制声音发生器100生成额外的强化噪声，由此增加驾驶员对发动机声音的满意度，进而提高车辆的感知质量。

声音图谱包括各种供选择的声音图谱，例如动态声音图谱(例如，用于跑车的声音图谱)以及静态声音图谱(例如：豪华轿车的声音图谱)等。然而，该一个或多个储存的数据集或声音图谱不限于这些或任意其它特定示例，并且可由设计者另外设置。此外，可将声音图谱储存在信号处理控制器300中，并且根据设计者对于车辆类型的意向，设置将使用的声音图谱中的任一声音图谱。

因此，无论车辆类型如何，均可使用并安装用于控制反映发动机振动以及驾驶状况的发动机噪声的设备。根据在交付车辆之前的车辆类型，设备可被配置或设置成使用任意一个声音图谱。

放大器400可起到接收和放大信号处理控制器300的控制信号的作用，以便将放大的控制信号传输到声音发生器100。

传感器500可以检测车辆的驾驶状况，然后将驾驶状况信息传输到信号处理控制器300。传感器500可包括发动机转速检测单元510、挡位检测单元520或用于检测加速器踏板的位置或移动的开度检测单元530中的任意一个或多个。换言之，传感器500可检测诸如发动机转速或RPM、挡位状态或加速器踏板的开度的车辆的驾驶状况，然后将与这些检测到的驾驶状况相对应的信号或信息传输到信号处理控制器300。

因此，信号处理控制器300可以通过考虑车辆的例如经由振动传感器200的发动机振动、发动机转速或RPM状态、挡位状态和/或变化或加速器踏板的开度的驾驶状况而更准确地防止产生阶分量的中断。

麦克风600可安装在车辆内部，并且起到检测如在车辆内部感知到的并且通过强化发动机噪声而被增强的发动机噪声的作用，以便保持线性。PID控制器700可起到控制声音发生器100的作用，以便从麦克风600测量到的并且如在车辆内部感知到的发动机噪声可与预设的目标发动机声音图谱相对应，即相匹配或相对照。

更详细地说，流入车辆的发动机噪声可能由于车辆的老化等增加。只要非线性发动机噪声未被增强，则驾驶员可因为发动机噪声本身的增加而感到不快，从而降低车辆的感知质量。

因此，在本公开中，通过使用安装在车辆内部的麦克风600检测车辆内部的发动机噪声，PID控制器700可控制声音发生器100，以便发动机噪声可与预设的目标发动机声音图谱对应。例如，为了抵消发动机噪声，可控制声音发生器100，以生成具有与发动机噪声相反相位的强化噪声。

图4(a)和图4(b)是用于解释本公开的效果的示图。图5示出将本公开用于车辆的状态图。参照图4(a)，能够确认的是，在车辆没用应用本公开的情况下，中断会出现在各阶分量中。因此，驾驶员识别的发动机噪声(与第二、第四及第八阶分量调和的发动机噪声)快速改变，进而导致不适使得驾驶员不快。

与此相比，如图4(b)所示，在车辆应用本公开的情况下，由于增强了噪声，各阶分量发生中断的区域被增强的噪声填充。结果，能够确认的是，驾驶员识别的发动机噪声(与第二、第四和第八阶分量调和的发动机噪声)保持线性。因此，本公开可以向驾驶员提供动态的发动机噪声(发动机声音)，从而提高车辆的感知质量。

如上所述的实施例仅仅是一个示例实施例，其可以使具有本公开所属技术领域的典型知识的本领域普通技术人员(在下文中被称为“相关技术领域的技术人员”)执行本公开。然而，本公开不限于上述实施例和附图，因此，所公开的实施例不会导致对本公开权利范围的限制。因此，对相关技术领域的技术人员显而易见的是，在本公开的范围内，置换、变换以及改变是可能的，并且对相关技术领域的技术人员显而易见的是，这样的改变也包括在本公开的权利范围内。

Claims (11)

1.一种用于控制反映发动机振动以及驾驶状况的发动机噪声的设备，其包括：

声音发生器（ 100） ，其生成强化噪声以增强非线性发动机噪声；

振动传感器（ 200） ，其测量作为发动机噪声的噪声源的发动机振动；

信号处理控制器（ 300） ，其实时接收所述振动传感器（ 200） 的信号，并控制所述声音发生器（ 100） 以使发动机噪声保持线性；以及

放大器（ 400） ，其接收并随后放大所述信号处理控制器（ 300） 的控制信号，并随后将所述控制信号传输到所述声音发生器（ 100） ，

其中所述信号处理控制器（ 300） 控制所述声音发生器（ 100） 以保持发动机噪声的阶分量的线性，从而基于发动机的一个或多个预设的阶根据在发动机噪声或阶分量中的发动机振动的变化而防止生成阶分量的中断。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述声音发生器( 100) 安装在发动机室内。

3.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括传感器( 500) ，所述传感器( 500) 感测车辆的驾驶状况并随后将代表所述驾驶状况的信息传输到所述信号处理控制器( 300) 。

4.根据权利要求3所述的设备，其中所述传感器( 500) 包括发动机转速检测单元(510) 、挡位检测单元( 520) 或加速器踏板的开度检测单元( 530) 中的任意一个或多个。

5.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括麦克风( 600) ，所述麦克风( 600) 感测由强化发动机噪声增强的发动机噪声以保持线性。

6.根据权利要求5所述的设备，其进一步包括PID控制器( 700) ，所述PID控制器(700) 控制所述声音发生器( 100) 以便通过所述麦克风( 600) 测量的发动机噪声与预设的目标发动机噪声图谱对应。

7.根据权利要求1所述的设备，其中所述发动机的阶是发动机的转速数值与发动机曲轴频率的比例常数，且一个或多个预设的发动机阶分量包括第二阶分量、第四阶分量或第八阶分量中的任意一个或多个。

8.根据权利要求1所述的设备，其中与基于发动机振动的发动机噪声相关的声音图谱作为数据储存在所述信号处理控制器( 300) 中，且所述信号处理控制器( 300) 控制所述声音发生器( 100) 以使发动机噪声与所述声音图谱对应。

9.根据权利要求8所述的设备，其中储存在所述信号处理控制器( 300) 内的所述声音图谱包括多个不同的声音图谱，并且使用多个不同的声音图谱中的任意一个声音图谱。

10.根据权利要求1所述的设备，其中所述信号处理控制器( 300) 控制所述声音发生器( 100) 以使多个阶分量中的任意一个或多个阶分量保持线性，并且单独地控制所述多个阶分量。

11.根据权利要求10所述的设备，其中所述信号处理控制器( 300) 实时控制所述声音发生器( 100) ，从而放大或调制所述多个阶分量中的任意一个或多个阶分量。

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