CN108422956A - 汽车车内噪声的主动控制降噪方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车车内噪声的主动控制降噪方法及系统，该系统包括：车辆信息识别系统、车内环境监测系统、车辆振动采集系统、主动控制系统。本发明利用主动控制方法有效地降低了由于发动机激励和路面激励引起的结构噪声对于车内乘客的干扰，大大提升了汽车车内声品质，为乘客提供了更为舒适的乘坐环境。

Description

汽车车内噪声的主动控制降噪方法及系统

技术领域

本发明涉及汽车主动降噪技术领域，尤其是涉及一种汽车车内噪声的主动控制降噪方法及系统。

背景技术

随着汽车成为个人出行的主要交通工具之一，汽车越来越承载了乘客对于舒适性的更高期望。动力总成噪声、路噪，尤其是风噪成为了客户关注的重点。在当前汽车设计过程中，主动控制成为了一种降低车内噪声最新技术汽车，将车内噪声进行了进一步提升成为了可能。

当前主动降噪技术，重点集中于发动机噪声对于车内噪声的贡献，而对于路噪、风噪等引起的整车车内噪声，尚无法进行消除。专利公告号CN106089361，公告日2016.11.9，名为“一种车内发动机主动降噪系统及方法”，其通过提取发动机的转速来降低由发动机产生的车内噪声，而无法一同降低来自由路面激励产生的汽车结构噪声、车身表面空气流动产生的风噪等，无法实现车内噪声全方位的有效消减。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种汽车车内噪声的主动控制降噪方法及系统，其针对当前主动降噪的控制目标的局限性，利用主动控制方法降低由于发动机振动激励和路面的振动激励共同引起的车内结构噪声，实现车内结构噪声的全面降低，提升车内声品质。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种汽车车内噪声的主动控制降噪方法，该方法包括：步骤一，车辆信息识别系统接收整车CAN网络通信中各系统信号，判断车辆状态，完成初始化检测，同时将ANC启动信号传递至主动控制系统；步骤二，利用车内环境监测系统监测车内各关键点的声能量，实时监测车内噪声情况；步骤三，车辆振动采集系统采集车身关键点的振动信号，将采集的振动信号输入至主动控制系统，以此作为主动控制的参考输入；步骤四，主动控制系统接收到车辆信息识别系统及车辆振动采集系统的动信号后，进行实时自适应控制计算，向汽车扬声器系统发出多路控制信号，控制扬声器发出相应频率、相位和能量的声波，实现车内的主动控制消声。

与现有技术相比，本发明提供的汽车车内噪声的主动控制降噪方法有效地降低了由于发动机激励和路面激励引起的结构噪声对于车内乘客的干扰，大大提升了汽车车内声品质，为乘客提供了更为舒适的乘坐环境。

进一步，该方法还包括：

步骤五，当车内环境监测系统监测到噪声信号是连续，则主动控制系统正常工作；

当参考信号与标定信号超出容差范围，则经过判定后，主动控制系统开展自诊断功能，主动控制系统中断工作；同时主动控制系统启动自修复功能，修复成功后，主动控制系统重新工作；否则待下一次汽车重新点火启动后，整个主动控制系统重新初始化，准备工作。

进一步，步骤三中，车身关键点的振动信号通过布置于发动机悬置、悬架衬套的3轴加速度传感器采集。

进一步，输入ANC控制器的振动信号大于等于6路。

进一步，主动控制降噪方法如下：

第一步，AD采集得到6路振动加速度信号和1路麦克风声音信号，并将6路振动加速度信号分别放到参考输入向量x1到x6的最前面；

第二步，将更新后的6个参考输入向量x1到x6分别和其对应的权值向量w1到w6做卷积分后加和得到当前的输出y；

第三步，将计算得到的输出y转换成电压数值并通过DA转换后输出给扬声器发声；

第四步，分别将参考输入向量x1到x6和传函c向量做卷积得到向量x1′到x6′，计算公式如下：

第五步，分别将向量x1′到x6′右移一位，然后分别将计算得到的x1′(n)到x6′(n)放到对应向量的开头形成更新后的向量；

第六步，分别将x1′到x6′带入公式：

w_mi(n+1)＝w_mi(n)-μe(n)x_m'(n-i)m＝1,2,…6

调整权值向量w1到w6；

第七步，分别将参考输入x1到x6向量右移一个数据，一个计算循环结束，为下一轮计算做准备；

不断优化迭代后，得到控制后的噪声，控制了扬声器发出反向声波，实现对于车内原有噪声的抵消。

一种汽车车内噪声的主动控制降噪系统，其包括：

车辆信息识别系统，用于接收整车CAN网络通信中各系统信号，判断车辆状态，完成初始化检测，同时将ANC启动信号传递至主动控制系统；

车内环境监测系统，用于监测车内各关键点的声能量，实时监测车内噪声情况；

车辆振动采集系统，用于采集车身关键点的振动信号，将采集的振动信号输入至主动控制系统，以此作为主动控制的参考输入；

主动控制系统，用于接收到车辆信息识别系统及车辆振动采集系统的动信号后，进行实时自适应控制计算，向汽车扬声器系统发出多路控制信号，控制扬声器发出相应频率、相位和能量的声波，实现车内的主动控制消声。

附图说明

图1为汽车车内噪声的主动控制降噪系统示意图；

图2为汽车车内噪声的主动控制降噪原理图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

一种汽车车内噪声的主动控制降噪系统，其包括：车辆信息识别系统，用于接收整车CAN网络通信中各系统信号，判断车辆状态，完成初始化检测，同时将ANC启动信号传递至主动控制系统；车内环境监测系统，用于监测车内各关键点的声能量，实时监测车内噪声情况；车辆振动采集系统，用于采集车身关键点的振动信号，将采集的振动信号输入至主动控制系统，以此作为主动控制的参考输入；主动控制系统，用于接收到车辆信息识别系统及车辆振动采集系统的动信号后，进行实时自适应控制计算，向汽车扬声器系统发出多路控制信号，控制扬声器发出相应频率、相位和能量的声波，实现车内的主动控制消声。

车辆上电后，主动控制降噪系统自动进入工作状态，监测车辆状态正常后，在车辆行驶过程中，纠错麦克风实时监测包括风噪、路噪、发动机噪声在内的车内噪声，控制车上扬声器发出反相声波，利用正向声波和反相声波的叠加原理实现车内噪声的消减，最大程度的改善车内声品质。

本发明的路噪消除采用多通道前馈算法，前馈的参考信号是各关键点的振动加速度，由振动加速度传感器获取，该系统结构参见图1，该图为汽车车内噪声的主动控制降噪系统示意图，该图中：

x1-x6代表加速度传感器信号(参考输入)；

y代表扬声器输出(消声音频)；

d代表外接噪音到麦克风处的信号；

e代表麦克风拾取到的总的噪声信号；

CZ代表从扬声器到麦克风路径的传递函数。

从图1可知，ANC控制器的输入包括6路振动加速度信号和一路麦克风采集到的声音信号，输出驱动扬声器，用于发出反相声波来消噪原有的车内噪声。

本发明能够全面消除由于发动机和轮胎的激励引起的车内结构噪声，实现了车内噪声的自适应控制，从而实现车内噪声的有效消减。

本发明中，路噪消除工作的整个过程如下：

1.在发动机悬置、悬架衬套等关键的振动传递点布置3轴加速度传感器，以固定车速(例如60公里/小时)在固定路面上行驶，以相同的采样频率同时采集关键点振动信号和车内噪声信号；

2.分析车身关键点振动信号和车内噪声信号的相关性，找出6路(也可以更多，取决于控制器的输入通道数及计算能力)相关性最强的振动信号接入ANC控制器；

3.辨识从各扬声器到各监测麦克风之间的传递函数CZ，作为主动降噪控制的输入；

4.车辆在路面行驶，开启主动控制模块的ANC控制开关，启动主动控制模块工作，控制扬声器发出反向声波，实现车内消声效果。

5.若监测麦克风监测到车内噪声出现异常，则反馈信息至主动控制模块，及时暂停主动控制模块工作，主动控制模块进行自诊断修复功能。修复成功后，主动控制系统重新工作；否则待下一次车子重新点火启动后，整个主动控制系统重新初始化，准备工作。

下面结合图1描述本发明的工作原理：

路噪消除工作的整个工作原理框图如2所示。

消声算法公式推导如下：

由图2可以得到：

E(z)＝D(z)+Y(z)C(z)

E(z)＝D(z)+[X1(z)W1(z)+X2(z)W2(z)+X3(z)W3(z)+X4(z)W4(z)+X5(z)W5(z)+X6(z)W6(z)]C(z)

控制目标为E(z)＝0，即噪声能被完全抵消。因此将麦克风采集的信号e(n)的平方对各个权值分别求偏导得到：

将上式离散化，并引入一个小于1的步长因子μ，按负梯度方向搜索，得到权值调整公式如下

W_mn(z)＝W_mn-1(z)–μE(z)X_m(z)C(z)m＝1,2,…6

上式就是6个参考输入的权值调整公式。

具体算法步骤如下：

第一步：AD采集得到6路振动加速度信号和1路麦克风声音信号，并将6路振动加速度信号分别放到参考输入向量x1到x6的最前面

第二步：将更新后的6个参考输入向量x1到x6分别和其对应的权值向量w1到w6做卷积后加和得到当前的输出y

第三步：将计算得到的输出y转换成电压数值并通过DA转换后输出给扬声器发声(反相声波信号)

第四步：分别将参考输入向量x1到x6和传函c向量做卷积得到向量x1'到x6'，计算公式如下：

第五步：分别将向量x1'到x6'右移一位，然后分别将计算得到的x1'(n)到x6'(n)放到对应向量的开头形成更新后的向量；

第六步：分别将x1’到x6’带入公式，

w_mi(n+1)＝w_mi(n)-μe(n)x_m'(n-i)m＝1,2,…6

调整权值向量w1到w6；

第七步：分别将参考输入x1到x6向量右移一个数据，一个计算循环结束，为下一轮计算做准备。

不断优化迭代后，得到控制后的噪声，控制了扬声器发出反向声波，实现对于车内原有噪声的抵消。

相较于现有技术，本发明在降低由发动机产生的车内噪声的同时，可以一同降低来自由路面激励产生的汽车结构噪声、车身表面空气流动产生的风噪等，实现车内噪声全方位的有效消减。

由车辆信息识别系统、车内环境监测系统、车辆振动采集系统、主动控制系统构成的汽车车内噪声的主动控制降噪系统的硬件可采用现有技术，在此不加以赘述。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (6)

1.一种汽车车内噪声的主动控制降噪方法，其特征在于，该方法包括：

步骤一，车辆信息识别系统接收整车CAN网络通信中各系统信号，判断车辆状态，完成初始化检测，同时将ANC启动信号传递至主动控制系统；

步骤二，利用车内环境监测系统监测车内各关键点的声能量，实时监测车内噪声情况；

步骤三，车辆振动采集系统采集车身关键点的振动信号，将采集的振动信号输入至主动控制系统，以此作为主动控制的参考输入；

步骤四，主动控制系统接收到车辆信息识别系统及车辆振动采集系统的动信号后，进行实时自适应控制计算，向汽车扬声器系统发出多路控制信号，控制扬声器发出相应频率、相位和能量的声波，实现车内的主动控制消声。

2.根据权利要求1所述的汽车车内噪声的主动控制降噪方法，其特征在于，该方法还包括：

步骤五，当车内环境监测系统监测到噪声信号是连续，则主动控制系统正常工作；

当参考信号与标定信号超出容差范围，则经过判定后，主动控制系统开展自诊断功能，主动控制系统中断工作；同时主动控制系统启动自修复功能，修复成功后，主动控制系统重新工作；否则待下一次汽车重新点火启动后，整个主动控制系统重新初始化，准备工作。

3.根据权利要求1所述的汽车车内噪声的主动控制降噪方法，其特征在于，步骤三中，车身关键点的振动信号通过布置于发动机悬置、悬架衬套的3轴加速度传感器采集。

4.根据权利要求1所述的汽车车内噪声的主动控制降噪方法，其特征在于，该方法中，输入ANC控制器的振动信号大于等于6路。

5.根据权利要求1所述的汽车车内噪声的主动控制降噪方法，其特征在于，主动控制降噪方法如下：

第一步，AD采集得到6路振动加速度信号和1路麦克风声音信号，并将6路振动加速度信号分别放到参考输入向量x1到x6的最前面；

第二步，将更新后的6个参考输入向量x1到x6分别和其对应的权值向量w1到w6做卷积分后加和得到当前的输出y；

第三步，将计算得到的输出y转换成电压数值并通过DA转换后输出给扬声器发声；

第四步，分别将参考输入向量x1到x6和传函c向量做卷积得到向量x1′到x6′，计算公式如下：

第五步，分别将向量x1′到x6′右移一位，然后分别将计算得到的x1′(n)到x6′(n)放到对应向量的开头形成更新后的向量；

第六步，分别将x1′到x6′带入公式：

w_mi(n+1)＝w_mi(n)-μe(n)x_m'(n-i)m＝1,2,…6

调整权值向量w1到w6；

第七步，分别将参考输入x1到x6向量右移一个数据，一个计算循环结束，为下一轮计算做准备；

不断优化迭代后，得到控制后的噪声，控制了扬声器发出反向声波，实现对于车内原有噪声的抵消。

6.一种汽车车内噪声的主动控制降噪系统，其特征在于，其包括：

车辆信息识别系统，用于接收整车CAN网络通信中各系统信号，判断车辆状态，完成初始化检测，同时将ANC启动信号传递至主动控制系统；

车内环境监测系统，用于监测车内各关键点的声能量，实时监测车内噪声情况；

车辆振动采集系统，用于采集车身关键点的振动信号，将采集的振动信号输入至主动控制系统，以此作为主动控制的参考输入；

主动控制系统，用于接收到车辆信息识别系统及车辆振动采集系统的动信号后，进行实时自适应控制计算，向汽车扬声器系统发出多路控制信号，控制扬声器发出相应频率、相位和能量的声波，实现车内的主动控制消声。