CN108847212A - 一种汽车主动降噪方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种汽车主动降噪方法，涉及防止或减小噪声技术领域，解决了如何提高降噪效果的稳定性的技术问题。包括如下步骤：S1，接收噪音源拾音器采集的由噪音源发生部产生并在汽车本体中传导的噪音源；S2，接收误差拾音器采集的在驾驶室的周向侧壁中传导的驾驶室噪音；S3，对所述驾驶室噪音和所述噪音源处理后形成驱动信号驱动所述机械波发生器向所述驾驶室的周向侧壁发出主动降噪机械波；S4，循环步骤S1至S3，直到所述驾驶室的周向侧壁中所述主动降噪机械波发出处无所述噪音源到达时停止。
Description
技术领域
本发明涉及防止或减小噪声技术领域，尤其是涉及一种汽车主动降噪方法。
背景技术
主动降噪是降噪技术的一种。主动降噪功能的实现是通过降噪系统产生与噪音频率、振幅相同而相位相反的声波，并将产生的声波叠加到原噪声后可将原噪音部分抵消甚至抵消，从而实现降噪的效果。它的原理是所有的声音都由一定的频谱组成，如果可以找到一种声音，其频谱与所要消除的噪声完全一样，只是相位刚好相反就可以将这噪声完全抵消掉。
主动降噪技术的原理看似简单，但目前却很难在大空间范围内实现，仅常见于降噪耳机和手机通话降噪。其技术难点在于在开放空间内，声场的分布是一个非常复杂的和三个空间坐标相关的分布函数(各种物体都会对声音传播产生影响)。原则上来说，如果要“完美”的实现空间降噪，需要每隔几厘米就放置一个麦克风和扬声器，并且通过超强的计算能力对空间声场进行抵消。而之所以能应用于降噪耳机是因为在耳道这样小于声音波长的封闭空间内，声学特征是一个时间参数就可以描述的集中参数。
2013年，美国通用公司推出了具备驾驶室内主动降噪的凯迪拉克XTS，降噪效果明显。后来也有一些高端车型配备此功能，但是车型屈指可数。这么好的技术为何并没有大面积的推广和使用，其根本原因并不是成本问题，而是实现难度大，技术要求高。并且他们的降噪策略全部是在驾驶室内进行主动降噪，也就是说对已经进入驾驶室内的噪声进行干涉消除(在驾驶室的空间内进行)。
由于驾驶室空间大，布局结构复杂、装饰材质多样，实际乘坐人员数量、乘坐位置车窗开启程度等不确定因素致使很难形成固定的数学模型，提前预置的各项降噪参数可能也就失效。比如少了一位乘客或是开启了某扇车窗，车内的声学环境就会发生相当大的变化。这时可能不仅无法达到降噪的目的，甚至局部还会有主动降噪波形与噪音波形相位相同，产生噪音增强的情况。并且越是频率高的声音其波长越短，越难做到整个空间降噪效果的均匀性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种汽车主动降噪方法，以解决现有技术中存在的提高降噪效果的稳定性的技术问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。
为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
本发明提供的一种汽车主动降噪方法，包括如下步骤：S1，接收噪音源拾音器采集的由噪音源发生部产生并在汽车本体中传导的噪音源；S2，接收误差拾音器采集的在驾驶室的周向侧壁中传导的驾驶室噪音；S3，对所述驾驶室噪音和所述噪音源处理后形成驱动信号驱动所述机械波发生器向所述驾驶室的周向侧壁发出主动降噪机械波；S4，循环步骤S1至S3，直到所述驾驶室的周向侧壁中所述主动降噪机械波发出处无所述噪音源到达时停止。
本发明的有益效果是通过步骤S1至S4，通过接收噪音源和驾驶室噪音后驱动机械波发生器发出主动降噪机械波。由于噪音源、主动降噪机械波和驾驶室噪音都是在驾驶室的周向侧壁中传导，其传导波长在相同频率下较在空气中更长，从而更有利于波形的叠加，而不需要过多的考虑驾驶室的周向侧壁以外的不确定因素。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步的，所述的汽车主动降噪方法，步骤S1中所述噪音源发生部包括发动机或轮毂，或发动机和轮毂。
进一步的，所述的汽车主动降噪方法，所述驾驶室的周向侧壁上形成距所述噪音源发生部不同间距的多个等距截面，任一所述等距截面上的任一位置距所述噪音源发生部间距相同；所述机械波发生器设置为多个，并分别安装于多个所述等距截面。
进一步的，所述的汽车主动降噪方法，步骤S3中所述机械波发生器向所述等距截面的噪音最强处发出主动降噪机械波。
进一步的，所述的汽车主动降噪方法，多个所述等距截面分别位于所述驾驶室的周向侧壁的前部和后部位置。
进一步的，所述的汽车主动降噪方法，步骤S3中所述噪音源到达所述驾驶室的周向侧壁中所述主动降噪机械波发出处，所述机械波发生器发出所述主动降噪机械波。
进一步的，所述的汽车主动降噪方法，步骤S1中所述噪音源具有多个，所述噪音源拾音器对每一所述噪音源单独采集。
进一步的，所述的汽车主动降噪方法，步骤S3中所述机械波发生器发出所述主动降噪机械波的时间为所述驾驶室的周向侧壁中多个所述噪音源在所述主动降噪机械波发出处的时间叠加。
进一步的，所述的汽车主动降噪方法，步骤S3中所述主动降噪机械波依据所述驾驶室噪音和所述噪音源实时调节振幅。
进一步的，所述的汽车主动降噪方法，步骤S2中所述误差拾音器采集所述驾驶室的顶壁中传导的驾驶室噪音，所述顶壁与座位对应。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一实施例中主动降噪系统安装于汽车的主视结构示意图；
图2是本发明一实施例中主动降噪系统安装于汽车的俯视结构示意图；
图3是本发明电性连接结构图。
图中1-噪音源拾音器，2-机械波发生器，3-误差拾音器，4-主动降噪控制器，10-发动机，20-轮毂，30-驾驶室，40-等距截面。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
本发明提供了一种汽车主动降噪方法，包括如下步骤：S1，接收噪音源拾音器1采集的由噪音源发生部产生并在汽车本体中传导的噪音源；S2接收误差拾音器3采集的在驾驶室30的周向侧壁中传导的驾驶室噪音；S3，对所述驾驶室噪音和所述噪音源处理后形成驱动信号驱动所述机械波发生器2向所述驾驶室30的周向侧壁发出主动降噪机械波；S4，循环步骤S1至S3，直到所述驾驶室30的周向侧壁中所述主动降噪机械波发出处无所述噪音源到达时停止。
具体的，如图1至图3所示，图1是本发明一实施例中主动降噪系统安装于汽车的主视结构示意图。图2是本发明一实施例中主动降噪系统安装于汽车的俯视结构示意图。图3是本发明电性连接结构图。
步骤S1中噪音源拾音器1用来采集在汽车本体结构上传导的噪音源作为用来主动降噪的噪音源。因为声音在金属中传播速度约为5200米/秒，而声音在空气中的传播速度约为330米/秒，即同样频率的声波在金属中波长更长(波长＝音速/频率)，从而有利于进行波形上的叠加和抵消。
步骤S2中驾驶室噪音为在驾驶室30的周向侧壁中传导的噪音，在初次实施时，也就是机械波发生器2未被驱动时，驾驶室噪音为噪音源传导至驾驶室30的周向侧壁时，误差拾音器3所采集的噪音。机械波发生器2被驱动后，驾驶室噪音为在驾驶室的周向侧壁中噪音源和主动降噪机械波叠加、抵消后的噪音。声音在汽车本体结构(也就是金属中)中传导时的波长更长，约为同等频率声波在空气中波长的16倍。噪音源和主动降噪机械波同处一条传导路径，也就是驾驶室30的周向侧壁，从而更加有利于声波波形的叠加，所以可以对声波波长更短、频率更高的噪音源进行主动降噪。而不需要过多的考虑驾驶室30内装饰材料、驾乘人员的数量、位置、体型，车窗开启程度等不确定因素。因为主动降噪机械波与噪音源同在汽车本体结构内传导。故，所有的外在变化对于主动降噪机械波和噪音源来说是完全对等的。
为了降低机械波发生器2的功率，从而有利于汽车主动降噪系统节能。步骤S3中可以将机械波发生器2安装于驾驶室30的周向侧壁以便于向驾驶室30的周向侧壁发出主动降噪机械波。也就是将震动传导至驾驶室30的周向侧壁，将驾驶室30的周向侧壁作为扬声器。例，噪音源拾音器1安装于发动机10，发动机10产生的噪音源经汽车本体结构传导至驾驶室30的周向侧壁的过程中产生衰减。人处于驾驶室30内，驾驶室30的周向侧壁可以作为噪音源的传导末端，将机械波发生器2安装于驾驶室30的周向侧壁，从而机械波发生器2所需要发出的主动降噪机械波相对较弱，从而降低了汽车主动降噪系统所需的功率。并实现了主动降噪机械波在汽车本体结构中对噪音源进行干涉消除。
驾驶室30的周向侧壁包括环绕驾驶室30内人员四周的侧壁和驾驶室30的底壁。
步骤S4中循环步骤S1至S3，从而能够实时修正主动降噪机械波以降低驾驶室噪音。由于噪音源在驾驶室30的周向侧壁传导的过程中，噪音源距主动降噪机械波发出处有一定的距离，当噪音源停止产生时，此时的噪音源需经历一定的距离才能够达到主动降噪机械波发出处。故，主动降噪机械波发出处在无噪音源到达时才停止发出主动降噪机械波。
本发明的汽车主动降噪过程为，步骤S1至S4中，均由主动降噪控制器4来控制执行，在一实施例中，采用模拟电路实现对汽车主动降噪，主动降噪控制器4包括电性连接的主板和反向放大器。例噪音源拾音器1安装于发动机10。主板接收噪音源拾音器1采集的发动机10发出的传导至汽车本体中的噪音源，并接收误差拾音采集的在驾驶室30的周向侧壁中传导的驾驶室噪音；将噪音源信号和驾驶室噪音信号进行放大、滤波和选频处理形成中间信号，并将中间信号输送至反向放大器。反向放大器参考驾驶室噪音信号将中间信号放大形成驱动信号，驱动信号驱动机械波发生器2向驾驶室30的周向侧壁发出主动降噪机械波。依此循环，主板实时接收噪音源和驾驶室噪音，并依据噪音源和驾驶室噪音调整机械波发生器发出的主动降噪机械波以降低驾驶室30的周向侧壁中的驾驶室噪音，也就是降低或抵消汽车本体结构中传导的噪音源。
主动降噪控制器4可以采用现有技术中能够实现上述功能的结构，在此不再赘述。在对汽车主动降噪过程中，主动降噪控制器4可以采用模拟电路进行运算和控制，本领域技术人员还可以采用其他所知晓的技术来实现，在此不再赘述。
作为可选地实施方式，步骤S1中噪音源发生部包括发动机10或轮毂20，或发动机10和轮毂20。
具体的，如图1所示，汽车在驾驶过程中，主要的噪音源为发动机10震动产生的发动机噪音和轮毂20与地面滚动摩擦震动产生的路面噪音。发动机噪音和路面噪音经汽车本体结构传导至驾驶室30的周向侧壁及驾驶室30内部空间并对驾驶室30内的人员造成噪音损害。
为了对汽车进行主动降噪，噪音源拾音器1可以单独的安装于发动机10或轮毂20上，也可以安装于发动机10和轮毂20上；用于采集发动机10或轮毂20产生的噪音，或发动机10和轮毂20产生的噪音。
噪音源拾音器1和误差拾音器3可以均采用接触式拾音器。为了能够更好的采集发动机10或轮毂20所产生的在汽车本体结构内传导的噪音源，噪音源拾音器1采用接触式拾音器，从而能够直接采集汽车本体结构中传导的噪音源。为了能够更好的采集驾驶室噪音，误差拾音器3采用接触式拾音器，从而能够直接采集汽车本体结构中传导的驾驶室噪音。
作为可选地实施方式，驾驶室30的周向侧壁上形成距噪音源发生部不同间距的多个等距截面40。任一等距截面40上的任一位置距噪音源发生部间距相同。机械波发生器2设置为多个，并分别安装于多个等距截面40。
具体的，如图2所示，将机械波发生器2安装于等距截面40上，以确定机械波发生器2距噪音源具有相同的间距，从而在噪音源在驾驶室30的周向侧壁具有已知速度的情况下，能够确定机械波发生器2发出主动降噪机械波的时间。而位于同一等距截面40上的不同机械波发生器2可以同时发出主动降噪机械波以抵消或降低噪音源在驾驶室30的周向侧壁中的波动。为了达到更好的主动降噪效果，可以根据噪音源的位置设置多个等距截面40。等距截面40为一种虚拟截面，以确定机械波发生器2的安装位置。
进一步的，步骤S3中机械波发生器2向等距截面40的噪音最强处发出主动降噪机械波。
具体的，由于噪音源在驾驶室30的周向侧壁传导过程中具有衰减性，同一等距截面40上的噪音源由于汽车本体结构的不同噪音强度也会不同，在实际实施过程中，可选择在等距截面40的噪音最强处安装多个机械波发生器2，从而达到更好的主动降噪效果。等距截面40的噪音最强处也可以是多个，如两个，并可在两个噪音最强处分别对应安装两个机械波发生器2。
进一步的，多个等距截面40分别位于驾驶室30的周向侧壁的前部和后部位置。
具体的，如图2所示，在噪音源从噪音源发生部进入驾驶室30并经过驾驶室30的周向侧壁的传导过程中，在驾驶室30的前部和后部位置分别形成等距截面40，并将机械波发生器2安装于驾驶室30的等距截面40处，从而使位于同一等距截面40上的机械波发生器2在噪音源到达时发出主动降噪机械波，随着噪音源的传导，位于不同等距截面40的机械波发生器2依据噪音源的到达依次发出主动降噪机械波，从而对在驾驶室30的周向侧壁中传导的噪音源主动降噪。具体的，等距截面40可以位于驾驶室30的前端侧壁处和后端侧壁处。为了扩大驾驶室30的主动降噪空间，在驾驶室30的左右门上安装有机械波发生器2。
作为可选地实施方式，步骤S3中噪音源到达驾驶室30的周向侧壁中主动降噪机械波发出处，机械波发生器2发出所述主动降噪机械波。
具体的，机械波发生器2可以安装于驾驶室30的周向侧壁中，为了使机械波发生器2发出的主动降噪机械波能够更好的主动降噪，在噪音源传导至机械波发生器2所在位置，也就是主动降噪机械波发出处时，机械波发生器2才产生主动降噪机械波。从而能够使主动降噪机械波对传导至机械波发生器2所在位置的噪音源进行抵消或削弱。机械波发生器2可以设置为安装于距噪音源不同间距的多个，并能够发出相同的主动降噪机械波，从而可以将驾驶室30的周向侧壁作为扬声器进行主动降噪。
在具体实施中，如图2所示，机械波发生器2可以采用多个，如八个。在驾驶室30的前端侧壁处和后端侧壁处的等距截面40处分别对应安装两个，在驾驶室30的左前后门、右前后门上分别对应安装两个。驱动信号根据每个机械波发生器2的布局位置进行分路延时，延时分组产生四组延时信号。产生的四组延时信号输送至驱动电路，驱动电路输出分别驱动驾驶室前端(两个)、前左右门(两个)、后左右门(两个)、驾驶室后端(两个)位置的机械波发生器2在噪音源到达时发出主动降噪机械波。
进一步的，步骤S1中噪音源具有多个，噪音源拾音器1对每一噪音源单独采集。
具体的，发动机10的噪音源安装位置可以是发动机底盘或/和发动机舱。轮毂20的噪音源安装位置可以是前轮毂或/和后轮毂。噪音源拾音器1设置为多个，并可以分别安装于对应的噪音源安装位置。
噪音源拾音器1可以采用多个，以有利于对应单独采集每一噪音源。从而能够对多个噪音源对应采集多个噪音信息并在主动降噪控制器4内进行运算，进而使主动降噪控制器4驱动机械波发生器2在多个噪音源到达机械波发生器2时产生主动降噪机械波。
进一步的，步骤S3中机械波发生器2发出主动降噪机械波的时间为驾驶室30的周向侧壁中多个噪音源在主动降噪机械波发出处的时间叠加。
具体的，机械波发生器2可以安装于驾驶室30的周向侧壁中。由于多个噪音源与机械波发生器2之间的间距不同，故多个噪音源传导至机械波发生器2所在位置，也就是主动降噪机械波发出处的时间也不同，机械波发生器2产生主动降噪机械波的时间也不同。只要噪音源在机械波发生器2所在位置，机械波发生器2便产生主动降噪机械波以抵消或降低噪音源。
作为可选地实施方式，步骤S3中主动降噪机械波依据驾驶室噪音和噪音源实时调节振幅。
具体的，由于主动降噪机械波与噪音源在同一介质内传递，故其传导速度相同；机械波发生器2与噪音源拾音器1的相对位置固定，从而噪音源的一个完整波形到达机械波发生器2的时间相同。主动降噪机械波与噪音源的频谱相同。能够通过调节主动降噪机械波的振幅，也就是增大或减小主动降噪机械波的振幅来抵消或降低噪音源，以起到减小驾驶室噪音的目的。如在使用模拟电路的实施例中，可以通过负反馈电路实现对主动降噪机械波的振幅调整。
作为可选地实施方式，步骤S2中误差拾音器3采集驾驶室30的顶壁中传导的驾驶室噪音，顶壁与座位对应。
具体的，误差拾音器3用于采集驾驶室30的周向侧壁中传导的驾驶室噪音。而驾驶室噪音也会向驾驶室30内的空气中传导，为了降低座位上的乘坐人员接收到的噪音，将误差拾音器3安装于驾驶室30的顶壁并与座位对应。用来采集驾驶室30的顶壁中的驾驶室噪音，从而根据采集到的驾驶室噪音调整主动降噪机械波来降低与座位对应的驾驶室30的顶壁中传导的驾驶室噪音，进而降低传导至座位周围空气中的噪音，提高乘坐人员的舒适度。
这里首选需要说明的是，“向内”是朝向容置空间中央的方向，“向外”是远离容置空间中央的方向。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“横向”、“竖向”、“水平”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种汽车主动降噪方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，接收噪音源拾音器(1)采集的由噪音源发生部产生并在汽车本体中传导的噪音源；
S2，接收误差拾音器(3)采集的在驾驶室(30)的周向侧壁中传导的驾驶室噪音；
S3，对所述驾驶室噪音和所述噪音源处理后形成驱动信号驱动所述机械波发生器(2)向所述驾驶室(30)的周向侧壁发出主动降噪机械波；
S4，循环步骤S1至S3，直到所述驾驶室(30)的周向侧壁中所述主动降噪机械波发出处无所述噪音源到达时停止。
2.根据权利要求1所述的汽车主动降噪方法，其特征在于，步骤S1中所述噪音源发生部包括发动机(10)或轮毂(20)，或发动机(10)和轮毂(20)。
3.根据权利要求1所述的汽车主动降噪方法，其特征在于，所述驾驶室(30)的周向侧壁上形成距所述噪音源发生部不同间距的多个等距截面(40)，任一所述等距截面(40)上的任一位置距所述噪音源发生部间距相同；
所述机械波发生器(2)设置为多个，并分别安装于多个所述等距截面(40)。
4.根据权利要求3所述的汽车主动降噪方法，其特征在于，步骤S3中所述机械波发生器(2)向所述等距截面(40)的噪音最强处发出主动降噪机械波。
5.根据权利要求3所述的汽车主动降噪方法，其特征在于，多个所述等距截面(40)分别位于所述驾驶室(30)的周向侧壁的前部和后部位置。
6.根据权利要求1所述的汽车主动降噪方法，其特征在于，步骤S3中所述噪音源到达所述驾驶室(30)的周向侧壁中所述主动降噪机械波发出处，所述机械波发生器(2)发出所述主动降噪机械波。
7.根据权利要求1所述的汽车主动降噪方法，其特征在于，步骤S1中所述噪音源具有多个，所述噪音源拾音器(1)对每一所述噪音源单独采集。
8.根据权利要求7所述的汽车主动降噪方法，其特征在于，步骤S3中所述机械波发生器(2)发出所述主动降噪机械波的时间为所述驾驶室(30)的周向侧壁中多个所述噪音源在所述主动降噪机械波发出处的时间叠加。
9.根据权利要求1所述的汽车主动降噪方法，其特征在于，步骤S3中所述主动降噪机械波依据所述驾驶室噪音和所述噪音源实时调节振幅。
10.根据权利要求1至9任一项所述的汽车主动降噪方法，其特征在于，步骤S2中所述误差拾音器(3)采集所述驾驶室(30)的顶壁中传导的驾驶室噪音，所述顶壁与座位对应。
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