CN109948172B - 一种基于声品质运动感满意度模型的排气系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于声品质运动感满意度模型的排气系统及其方法，包括排气管、直排管路、信号采集装置和ECU，直排路径与排气管尾端连接，且直排管路与排气管连接处设有电磁阀；信号采集装置用于检测发动机转速信号和排气管出口处噪声信号；ECU将发动机转速信号与发动机转速预设值进行对比，当转速对比结果小于预设值，ECU控制电磁阀关闭；当转速对比结果大于预设值，控制电磁阀开启，并通过声品质运动感满意度模型评价得出运动感满意度，判断运动感满意度是否达到设定的最低阈值，并根据运动感满意度控制电磁阀的开度。本发明实现了智能化控制，而且在自动控制的过程中实时调整阀门开度以保证较好的满意度，使得用户听到的声音连贯又有较强的运动感。
Description
技术领域
本发明属于车辆排气系统研究领域，具体涉及一种基于声品质运动感满意度模型的排气系统及其方法。
背景技术
随着社会进步及汽车产业的发展，汽车已经不再是人们需要的简单的代步工具，人们对汽车各方面的性能提出了越来越高的要求。用户们除了关注汽车的经济性、安全性、操作稳定性外，汽车加速时的运动感和动力性能已然成为用户们选择条件以及各大车企所需要研究的方向。
众所周知，汽车在行驶过程中，尤其是当汽车低速起步时，需要足够大的扭矩，所以现在车企使用的排气系统会在尾段设置有内回压的尾鼓，作用一是能起到一定的消音作用；作用二是当排气不畅时，有一定的背压给发动机，增加发动机的扭力。而到了车辆完成起步后，用户追求加速时声音上的运动感，发动机转速较高，若排气继续走回压排气管路，内回压的排气尾鼓就变成了制约性能发挥的瓶颈，声品质上运动感会有很大的损失，缺少了加速时的声浪，同时会使得高转速下的功率不能被完全释放。
国内传统的可变阀门排气主要是手动控制阀门开关，该控制缺点在于：缺少智能化，无法实现自动的阀门开闭，需要驾驶员在驾驶过程中自己控制，这无疑增加了开车过程中的危险性。国外的可变阀门排气虽然已经智能化，但是只是通过检测发动机转速来进行控制，汽车加速过程中变速箱换挡会使得转速发生突变，这样会使得用户听到的声音会有波动缺少连贯性，声品质满意度较差。
发明内容
本发明针对上述问题提供一种基于声品质运动感满意度模型的排气系统及其方法，本发明利用GA-BP神经网络训练得到声品质运动感满意度模型，不仅替代了传统的手动控制方式，实现了智能化控制，而且在自动控制的过程中实时调整阀门开度以保证较好的满意度，使得用户听到的声音连贯又有较强的运动感，从而达到本发明的目的。
本发明还提出一种具有上述基于声品质运动感满意度模型的排气系统的车辆。
本发明的技术方案是：一种基于声品质运动感满意度模型的排气系统，包括
排气管；
直排管路，所述直排路径与排气管尾端连接，且直排管路与排气管连接处设有电磁阀；
信号采集装置，所述信号采集装置用于检测发动机转速信号和排气管出口处噪声信号；
和ECU，所述ECU分别与信号采集装置和电磁阀连接，所述ECU将发动机转速信号与发动机转速预设值进行对比，当转速对比结果小于预设值，ECU控制电磁阀关闭；当转速对比结果大于预设值，控制电磁阀开启，并通过声品质运动感满意度模型评价得出运动感满意度，判断运动感满意度是否达到设定的满意度最低阈值，并根据运动感满意度控制电磁阀的开度。
上述方案中，所述信号采集装置包括发动机转速传感器和声音采集传感器；
所述发动机转速传感器用于检测发动机转速信号；
所述声音采集传感器用于排气管出口处噪声信号。
上述方案中，所述ECU包括预处理模块、存储模块、评价模块和控制模块；
所述预处理模块用于将信号采集装置的噪声信号进行滤波处理和计算心理声学客观参量；
所述存储模块用于储存预处理模块处理后的数据和信号采集装置检测发动机转速信号；
所述评价模块将发动机转速信号与发动机转速预设值进行对比，当对比结果小于预设值，所述控制模块控制电磁阀关闭，当对比结果大于预设值则判断需要运动感，所述控制模块控制电磁阀开启，评价模块通过声品质运动感满意度模型评价得出运动感满意度，判断运动感满意度是否达到设定的满意度最低阈值，并根据运动感满意度控制电磁阀的开度。
一种车辆，包括所述基于声品质运动感满意度模型的排气系统。
一种根据所述基于声品质模型的排气系统的控制方法，包括以下步骤：
信号采集：所述信号采集装置检测发动机转速信号和排气管出口处噪声信号并传送到 ECU；
发动机转速判定：所述ECU将发动机转速信号与发动机转速预设值进行对比，当转速对比结果小于预设值，ECU控制电磁阀关闭，当转速对比结果大于预设值，控制电磁阀开启；
噪声信号预处理：所述ECU将采集装置的噪声信号进行滤波处理和计算心理声学客观参量；
运动满意度判定：所述ECU根据所述心理声学客观参量通过声品质运动感满意度模型评价得出运动感满意度，并判断运动感满意度是否达到设定的满意度最低阈值；
电磁阀开度控制：所述ECU根据根据运动感满意度控制电磁阀的开度。
上述方案中，所述发动机转速判定具体为：
所述ECU将发动机转速信号与发动机转速预设值进行对比，当发动机转速小于预设值时，判定此时为匀速行驶，驾驶员不追求运动感，ECU控制电磁阀关闭，排气按照原排气管进行排气；
当发动机转速大于预设值时，判定驾驶员追求运动感，ECU控制电磁阀开启。
上述方案中，所述噪声信号预处理中心理声学客观参量包括排气噪声的响度、尖锐度、粗糙度、波动度和A声压级。
上述方案中，所述运动满意度判定具体为：
所述ECU将心理声学客观参量作为声品质运动感满意度模型的输入，计算得出运动感满意度；
当满意度大于设定的满意度最低阈值，判定此时汽车排气噪声声品质满足驾驶员的运动感满意度，电磁阀开度保持，增加尾气的直排，同时保证发动机的排气效率、扭力输出；
当满意度小于设定的满意度最低阈值，判定此时汽车排气噪声声品质不满足驾驶员的运动感满意度，ECU对电磁阀开度进行调整，直到运动感满意度大于最低阈值。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明在通过检测发动机转速和利用声品质运动感满意度模型，使得阀门开度可调的排气系统变得更加自动化，减少驾驶员驾驶过程中的操作，提高驾驶的安全性，并获得较好的运动感满意度。
2.本发明加入声品质运动感满意度模型，能有效规避汽车加速过程中，变速箱换挡时转速降低，仅用转速判定机制，可能会出现阀门突然关闭，引起排气突变，车辆会出现前后抽动的问题。
3.本发明声品质运动感满意度模型的阀门开度可调的排气系统，具有实用性，汽车起步阶段或低转速阶段，利用回压排气可以拉动每个气缸的排气效率，让发动机工作更为流畅；在高转速时，电动阀门开启，增加直通排气，提升汽车加速工况下排气噪声的运动感同时提高发动机工作效率。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明一实施方式的排气系统控制框图；
图2是本发明一实施方式的气系统的排气结构示意图；
图3是本发明一实施方式的
图4是本发明一实施方式的
图中：1.电磁阀；2.回压鼓包；3.排气管；4.直排管路。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“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一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，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，或一体地连接；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。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。
实施例1
图1所示为本发明所述基于声品质运动感满意度模型的排气系统的一种实施方式，所述基于声品质运动感满意度模型的排气系统，包括排气管3、直排管路4、信号采集装置、电磁阀1和ECU；
所述排气管3上设有回压鼓包2；所述直排路径4与排气管3尾端连接，且直排管路4与排气管3连接处设有电磁阀1，以控制直排气管3的流量，改善声品质。
所述信号采集装置用于检测发动机转速信号和排气管出口处噪声信号；
所述ECU分别与信号采集装置和电磁阀1连接，所述ECU将发动机转速信号与发动机转速预设值进行对比，当转速对比结果小于预设值，ECU控制电磁阀1关闭；当转速对比结果大于预设值则判断需要运动感，控制电磁阀1开启，并通过声品质运动感满意度模型评价得出运动感满意度，判断运动感满意度是否达到设定的满意度最低阈值，并根据运动感满意度控制电磁阀1的开度。
所述信号采集装置包括发动机转速传感器和声音采集传感器；所述发动机转速传感器可以安装于发动机气缸体的左侧靠近飞轮处，用于采集发动机的实时转速信号；
所述声音采集传感器可以设置在排气管路出口处，以采集需要进行声品质预测的原噪声信号；
所述ECU包括预处理模块、存储模块、评价模块和控制模块；
所述预处理模块用于将信号采集装置的噪声信号进行滤波处理和计算心理声学客观参量；
所述存储模块用于储存预处理模块处理后的数据和信号采集装置检测发动机转速信号；
所述评价模块将发动机转速信号与发动机转速预设值进行对比，当对比结果小于预设值，所述控制模块控制电磁阀1关闭，当对比结果大于预设值则判断需要运动感，所述控制模块控制电磁阀1开启，评价模块通过声品质运动感满意度模型评价得出运动感满意度，判断运动感满意度是否达到设定的满意度最低阈值，并根据运动感满意度控制电磁阀1的开度。
本实施例中，所述发动机转速传感器采集发动机转速，将采集到的转速信号交给ECU判断，当发动机转速小于预设值，预设值优选为2000r/min时，判定此时为匀速行驶，驾驶员不追求运动感，电磁阀1关闭，排气按照原路径通过排气管3的回压鼓包2排气；当发动机转速大于预设值2000r/min时，判定驾驶员追求运动感，电磁阀1开启，此时安装在排气管路尾部出口处的信号采集装置声音采集传感器开始工作，声音采集传感器获取排气噪声信号，为保证噪声数据的真实性准确性，采样频率优选的设置为8192HZ以上，采集时间5S，然后声音采集传感器关闭。
所述ECU的预处理模块对采集到的噪声信号进行滤波处理，优选的，采用巴氏高通滤波器对20Hz以下频率进行滤波以消除不必要的次声波的影响，并计算排气噪声的响度、尖锐度、粗糙度、波动度、A声压级，存储模块保存数据。
如图3所示，BP神经网络是一种多层前向型神经网络，信号前输的同时修正差值相反传播，信息按照图4所示，由输入层-隐含层-输出层向前输送，同层神经元之间无影响，但影响下一层神经元。通过修正差值反馈，若输出层误差没有满足设定值要求，则将误差信号沿着原来的传播路径反向传播，调整各层神经元连接权值，直到满足期望要求。但是BP神经网络自身有着对初始权值选取非常敏感且易于陷入局部极小值等不足，故引入遗传算法GA，根据自然界生物的生存法则及进化原理，先将待优化群体进行编码，并根据相应的适应度函数对个体进行筛选，结合一系列的遗传操作(选择、交叉、变异)，适应度高的个体保留，组成新的群体且个体适应度不断增高，直至达到极限条件，此时群体中适应度最高的个体即为优化参数的最优解，从而可以使神经网络具有自进化性，提高BP网络的自适应能力，从而构造出具有全局搜索能力的神经网络。
如图4所示，所述评价模块利用GA-BP神经网络声品质运动感满意度模型，GA-BP神经网络声品质运动感满意度模型包括输入层、隐含层和输出层；将预处理模块计算的排气噪声的响度、尖锐度、粗糙度、波动度、A声压级作为模型的输入，计算输出运动感满意度，并将其归一化进行评定。当满意度大于设定的满意度最低阈值，优选的，G＝0.6，判定此时汽车排气噪声声品质满足驾驶员的运动感满意度，电磁阀1开度保持，增加尾气的直排管路4，同时保证发动机的排气效率、扭力输出；当满意度小于设定的满意度最低阈值0.6，判定此时汽车排气噪声声品质不满足驾驶员的运动感满意度，ECU对电磁阀1开度进行调整，重复上述步骤，进行再判断，直到运动感满意度大于最低阈值。
优选的，所述信号采集装置由电容驻极式无指向性MIC将排气声波转换为电压信号后，通过由AD637为主要元器件组成的交直转化电路，将交流转化为脉动直流，然后进入由运放 LM324组成的运放电路进行信号放大，然后将放大后的信号送入由ADC0804组成的译码电路，产生译码信号，最终将采集到的信号输出到信号处理装置。
优选的，所述运动感满意度归一化计算公式如下：
其中，G为运动感满意度归一化函数，xi为得分值，xmin和xmax分别是数据库中运动感满意度的最小值和最大值；
当满意度归一化后数值大于0.6时，电磁阀1开度保持；当满意度归一化后数值小于0.6 时，ECU调节电磁阀1的开度。
实施例2
一种车辆，包括实施例1所述基于声品质运动感满意度模型的排气系统，因而具有实施例1所述的一切有益效果，此处不再赘述。
实施例3
如图1所示，一种根据实施例1所述基于声品质模型的排气系统的控制方法，包括以下步骤：
信号采集：所述信号采集装置检测发动机转速信号和排气管出口处噪声信号并传送到 ECU；
发动机转速判定：所述ECU将发动机转速信号与发动机转速预设值进行对比，当转速对比结果小于预设值，ECU控制电磁阀1关闭，当转速对比结果大于预设值，控制电磁阀1开启；
噪声信号预处理：所述ECU将采集装置的噪声信号进行滤波处理和计算心理声学客观参量；
运动满意度判定：所述ECU根据所述心理声学客观参量通过声品质运动感满意度模型评价得出运动感满意度，并判断运动感满意度是否达到设定的满意度最低阈值；
电磁阀1开度控制：所述ECU根据根据运动感满意度控制电磁阀1的开度。
优选的，所述发动机转速判定具体为：
所述ECU将发动机转速信号与发动机转速预设值进行对比，当发动机转速小于预设值时，预设值优选为2000r/min，判定此时为匀速行驶，驾驶员不追求运动感，ECU控制电磁阀1 关闭，排气按照原排气管3的回压鼓包2进行排气；
当发动机转速大于预设值2000r/min时，判定驾驶员追求运动感，ECU控制电磁阀1开启，增加直排管路4。
优选的，噪声信号预处理具体为：
声音采集传感器获取排气管路出口处原始噪声信号；
在预处理模块中，对采集到的噪声信号进行滤波处理，采用巴氏高通滤波器对20Hz以下频率进行滤波以消除不必要的次声波的影响，并计算心理声学客观参量包括排气噪声的响度、尖锐度、粗糙度、波动度、A声压级，储存模块保存数据；
将计算的排气噪声的响度、尖锐度、粗糙度、波动度、A声压级作为声品质运动感满意度模型的输入，计算输出运动感满意度，并进行判定；
优选的，所述运动满意度判定具体为：
所述ECU将心理声学客观参量作为声品质运动感满意度模型的输入，计算得出运动感满意度；
当满意度大于设定的满意度最低阈值0.6时，判定此时汽车排气噪声声品质满足驾驶员的运动感满意度，电磁阀1开度保持，增加尾气的直排管路4，同时保证发动机的排气效率、扭力输出；
当满意度小于设定的满意度最低阈值0.6时，判定此时汽车排气噪声声品质不满足驾驶员的运动感满意度，ECU对电磁阀1开度进行调整，直到运动感满意度大于最低阈值。
应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于声品质运动感满意度模型的排气系统，其特征在于，包括
排气管（3）；
直排管路（4），所述直排管路（4）与排气管（3）尾端连接，且直排管路（4）与排气管（3）连接处设有电磁阀（1）；
信号采集装置，所述信号采集装置用于检测发动机转速信号和排气管路出口处噪声信号；
和ECU，所述ECU分别与信号采集装置和电磁阀（1）连接，所述ECU将发动机转速信号与发动机转速预设值进行对比，当转速对比结果小于预设值，ECU控制电磁阀（1）关闭；当转速对比结果大于预设值，控制电磁阀（1）开启，并通过声品质运动感满意度模型评价得出运动感满意度，判断运动感满意度是否达到设定的满意度最低阈值，并根据运动感满意度控制电磁阀（1）的开度；
所述ECU包括预处理模块、存储模块、评价模块和控制模块；所述预处理模块用于将信号采集装置的噪声信号进行滤波处理和计算心理声学客观参量；所心理声学客观参量包括排气噪声的响度、尖锐度、粗糙度、波动度和A声压级；所述存储模块用于储存预处理模块处理后的数据和信号采集装置检测发动机转速信号；所述评价模块将发动机转速信号与发动机转速预设值进行对比，当对比结果小于预设值，所述控制模块控制电磁阀（1）关闭，当对比结果大于预设值则判断需要运动感，所述控制模块控制电磁阀（1）开启，评价模块通过声品质运动感满意度模型评价得出运动感满意度，判断运动感满意度是否达到设定的满意度最低阈值，并根据运动感满意度控制电磁阀（1）的开度；
所述运动感满意度归一化计算公式如下：
其中，G为运动感满意度归一化函数，xi为得分值，xmin和xmax分别是数据库中运动感满意度的最小值和最大值；
所述运动感满意度判定为：所述ECU将心理声学客观参量作为声品质运动感满意度模型的输入，计算得出运动感满意度；当满意度大于设定的满意度最低阈值，判定此时汽车排气噪声声品质满足驾驶员的运动感满意度，电磁阀（1）开度保持，增加尾气的直排，同时保证发动机的排气效率、扭力输出；当满意度小于设定的满意度最低阈值，判定此时汽车排气噪声声品质不满足驾驶员的运动感满意度，ECU对电磁阀（1）开度进行调整，直到运动感满意度大于最低阈值。
2.根据权利要求1所述的基于声品质运动感满意度模型的排气系统，其特征在于，所述信号采集装置包括发动机转速传感器和声音采集传感器；
所述发动机转速传感器用于检测发动机转速信号；
所述声音采集传感器用于排气管出口处噪声信号。
3.一种车辆，其特征在于，包括权利要求1-2任意一项所述基于声品质运动感满意度模型的排气系统。
4.一种根据权利要求1-2任意一项所述基于声品质运动感满意度模型的排气系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
信号采集：所述信号采集装置检测发动机转速信号和排气管出口处噪声信号并传送到ECU；
发动机转速判定：所述ECU将发动机转速信号与发动机转速预设值进行对比，当转速对比结果小于预设值， ECU控制电磁阀（1）关闭，当转速对比结果大于预设值，控制电磁阀（1）开启；
噪声信号预处理：所述ECU将采集装置的噪声信号进行滤波处理和计算心理声学客观参量；
运动感满意度判定：所述ECU根据所述心理声学客观参量通过声品质运动感满意度模型评价得出运动感满意度，并判断运动感满意度是否达到设定的满意度最低阈值；
电磁阀（1）开度控制：所述ECU根据根据运动感满意度控制电磁阀（1）的开度。
5.根据权利要求4所述基于声品质运动感满意度模型的排气系统的控制方法，其特征在于，所述发动机转速判定具体为：
所述ECU将发动机转速信号与发动机转速预设值进行对比，当发动机转速小于预设值时，判定此时为匀速行驶，驾驶员不追求运动感，ECU控制电磁阀（1）关闭，排气按照原排气管（3）的回压鼓包（2）进行排气；
当发动机转速大于预设值时，判定驾驶员追求运动感，ECU控制电磁阀（1）开启，增加直排管路（4）。
6.根据权利要求4所述基于声品质运动感满意度模型的排气系统的控制方法，其特征在于，所述噪声信号预处理中心理声学客观参量包括排气噪声的响度、尖锐度、粗糙度、波动度和A声压级。
7.根据权利要求4所述基于声品质运动感满意度模型的排气系统的控制方法，其特征在于，所述运动感满意度判定具体为：
所述ECU将心理声学客观参量作为声品质运动感满意度模型的输入，计算得出运动感满意度；
当满意度大于设定的满意度最低阈值，判定此时汽车排气噪声声品质满足驾驶员的运动感满意度，电磁阀（1）开度保持，增加尾气的直排，同时保证发动机的排气效率、扭力输出；
当满意度小于设定的满意度最低阈值，判定此时汽车排气噪声声品质不满足驾驶员的运动感满意度，ECU对电磁阀（1）开度进行调整，直到运动感满意度大于最低阈值。
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