CN110015253A - 一种车辆主动降噪控制方法及其系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种车辆主动降噪控制方法及其系统。该控制方法包括以下步骤：1)读取目标位置处的噪声信号；2)根据发动机转速信号计算发动机噪声的频率参数，并依据该频率参数从所述噪声信号中提取出发动机噪声的相位参数；3)根据发动机转速信号、车辆油门信号获取发动机噪声的幅值参数；4)根据发动机噪声的频率参数、相位参数和幅值参数生成发动机的降噪信号；5)利用步骤4)中降噪信号对目标位置处进行降噪。本发明从噪声信号中提取出发动机噪声的相位参数，发动机幅值参数根据发动机转速信号和车辆油门信号获取，这样可以大大简化逻辑算法，缩短反应时间，可保证降噪信号与噪声信号之间无时间差，有效保证了本发明主动降噪的效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种车辆主动降噪控制方法及其系统，属于车辆主动降噪技术领域。
背景技术
汽车乘坐舒适性是影响整车性能的重要指标之一，其中整车车内噪声大小的控制是提升汽车品牌效应的重要途径。对于客车来说，行驶过程中车内的主要噪声源为发动机噪声和驱动桥齿轮噪声，其对车内噪声的影响占到80％以上，对于纯电动客车来说，因电机噪声较小，驱动桥噪声成为影响纯电动客车的主要因素，因此对于传动客车和纯电动客车来说，降低发动机噪声和驱动桥齿轮噪声能够明显改善车内噪声水平，提升整车舒适性。
常规的汽车降噪措施常常是通过优化发动机本体噪声、提升整车吸隔声性能、衰减底盘振动等方式来实现，这些均属于被动降噪方式，其降噪的程度有限，已无法满足客户的高需求。主动降噪技术是指在人耳附近产生一个与该处噪声信号大小相等、方向相反的信号，使其与噪声信号相互抵消，达到降噪的目的。
在现有技术中就公开了基于主动降噪技术的主动降噪装置，例如公告号为CN206299429U的中国专利文献“一种基于发动机转速的主动阵噪装置”，该装置包括信号获取、处理装置和声音播放装置，其对应的降噪方法为：一、预先建立发动机转速与机械噪声、进排气噪声的对应关系，将标定的噪声信号作为参考噪声信号存储；二、利用总线信号读取设备获得发动机转速信号，通过转速与噪声的对应关系，得到参考噪声信号Y1(n)；三、根据参考噪声信号Y1(n)，利用LMS自适应滤波器得到次级噪声信号；四、通过声音播放装置播放次级噪声信号，以抵消车厢内的发动机机械噪声和进排气噪声。其中，次级噪声信号的具体求解过程为：根据参考噪声信号Y1(n)经过次级声通道估计函数S'(z)处理得到f(n)；对误差噪声信号e0(n)进行过滤，提取该转速下发动机噪声信号频率对应的误差噪声信号e1(n)；通过f(n)与e1(n)，利用最小均方算法来建立滤波器权系数向量W(n)，参考噪声信号Y1(n)经过自适应LMS滤波器处理后，得到次级噪声信号u(n)。
上述主动降噪装置中次级噪声信号的求解过程相对复杂，由扬声器发出的去噪信号将产生滞后，发出的信号与噪声信号即存在相位差，无法时时匹配读取的噪声信号，造成主动降噪效果差，甚至出现车内噪声增大的情况。
发明内容
本发明的目的在于提供一种车辆主动降噪控制方法及其系统，用于解决现有主动阵噪装置产生的去噪信号无法时时匹配读取的噪声信号的问题。
为实现上述目的，本发明的一种车辆主动降噪控制方法的技术方案，包括以下步骤：1)读取目标位置处的噪声信号；2)根据发动机转速信号计算发动机噪声的频率参数，并依据该频率参数从所述噪声信号中提取出发动机噪声的相位参数；3)根据发动机转速信号、车辆油门信号获取发动机噪声的幅值参数；4)根据发动机噪声的频率参数、相位参数和幅值参数生成发动机的降噪信号；5)利用步骤4)中降噪信号对目标位置处进行降噪。
进一步地，所述步骤3)中根据发动机转速信号、车辆油门信号获取发动机噪声的幅值参数包括：事先建立各运行工况下发动机转速信号、车辆油门信号与发动机噪声的幅值参数之间对应关系的数据库，根据发动机转速信号、车辆油门信号，在所述数据库中获取对应的发动机噪声的幅值参数。
进一步地，所述目标位置处为座椅上对应乘员耳部高度的位置。
进一步地，所述步骤2)还包括：根据车速信号计算驱动桥的频率参数，并依据该频率参数从所述噪声信号中提取出驱动桥噪声的相位参数；所述步骤3)还包括：根据车速信号、悬架压缩量信号获取驱动桥噪声的幅值参数；所述步骤4)还包括：根据驱动桥噪声的频率参数、相位参数和幅值参数生成驱动桥的降噪信号，并将所述发动机的降噪信号和驱动桥的降噪信号合成为降噪信号。
进一步地，所述步骤3)中根据车速信号、悬架压缩量信号获取驱动桥噪声的幅值参数包括：事先建立各运行工况下车速信号、悬架压缩量信号与驱动桥噪声的幅值参数之间对应关系的数据库，根据车速信号、悬架压缩量信号，在所述数据库中获取对应的驱动桥噪声的幅值参数。
本发明的一种车辆主动降噪系统的技术方案，包括声音采集装置、声音播放装置以及控制系统，所述控制系统包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：1)读取目标位置处的噪声信号；2)根据发动机转速信号计算发动机噪声的频率参数，并依据该频率参数从所述噪声信号中提取出发动机噪声的相位参数；3)根据发动机转速信号、车辆油门信号获取发动机噪声的幅值参数；4)根据发动机噪声的频率参数、相位参数和幅值参数生成发动机的降噪信号；5)利用步骤4)中降噪信号对目标位置处进行降噪。
进一步地，所述步骤3)中根据发动机转速信号、车辆油门信号获取发动机噪声的幅值参数包括：事先建立各运行工况下发动机转速信号、车辆油门信号与发动机噪声的幅值参数之间对应关系的数据库，根据发动机转速信号、车辆油门信号，在所述数据库中获取对应的发动机噪声的幅值参数。
进一步地，所述目标位置处为座椅上对应乘员耳部高度的位置。
进一步地，所述步骤2)还包括：根据车速信号计算驱动桥的频率参数，并依据该频率参数从所述噪声信号中提取出驱动桥噪声的相位参数；所述步骤3)还包括：根据车速信号、悬架压缩量信号获取驱动桥噪声的幅值参数；所述步骤4)还包括：根据驱动桥噪声的频率参数、相位参数和幅值参数生成驱动桥的降噪信号，并将所述发动机的降噪信号和驱动桥的降噪信号合成为降噪信号。
进一步地，所述步骤3)中根据车速信号、悬架压缩量信号获取驱动桥噪声的幅值参数包括：事先建立各运行工况下车速信号、悬架压缩量信号与驱动桥噪声的幅值参数之间对应关系的数据库，根据车速信号、悬架压缩量信号，在所述数据库中获取对应的驱动桥噪声的幅值参数。
本发明的有益效果是：采用本发明的技术方案，从噪声信号中提取出发动机噪声的相位参数，发动机幅值参数根据发动机转速信号和车辆油门信号获取，可以大大简化逻辑算法，极大地提升运行效率，缩短反应时间，可保证降噪信号与噪声信号之间无时间差，有效保证了本发明主动降噪的效果。
附图说明
图1为实施例1中车辆主动降噪系统的结构示意图；
图2为实施例1中车辆主动降噪控制方法的逻辑流程图；
图3为实施例1、2中整车车内发动机噪声幅值提取工况；
图4为实施例1、2中整车车内发动机噪声幅值数据库；
图5为实施例2中车辆主动降噪控制方法的逻辑流程图；
图6为实施例2中整车车内驱动桥噪声幅值提取工况；
图7为实施例2中整车车内驱动桥噪声幅值数据库；
图8为实施例2中车内噪声主动降噪前后对比效果图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
具体实施例如下：
实施例1
如图1所示，本实施例中车辆主动降噪系统包括麦克风1、扬声器2、控制系统3，麦克风1和扬声器2布置在座椅4的人耳处，并通过线束与控制系统3连接，控制系统3包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时可以实现本实施例中的车辆主动降噪控制逻辑。
本实施例中控制系统3主要由音频分析模块31、噪声数据模块32、信号生成模块33构成，其中音频分析模块31主要确认由麦克风1读取噪声信号的相位参数，噪声数据模块32用于存储整车正常运行工况下发动机的噪声幅值参数，信号生成模块33主要依据音频分析模块31传递过来的发动机相位参数和噪声数据模块32中的发动机幅值参数产生匹配的发动机降噪信号，并通过扬声器2发出，抵消车内人耳处发动机噪声。
该实施例中控制方法的具体运行步骤如图2所示：
①依据整车车内发动机噪声的各个运行工况，如图3所示，测试并获取车内发动机噪声的幅值参数，并通过数据差分方式形成车内发动机噪声的幅值数据库，如图4所示；将车内发动机噪声幅值数据库标定至控制系统3中的噪声数据模块32；
②将麦克风1和扬声器2安装布置到车内座椅4上人耳位置处，控制系统3通过线路与麦克风1、扬声器2、整车控制器5连接；
③麦克风1实时读取座椅处噪声信号，并反馈至控制系统3中的音频分析模块31；
④控制系统3中的信号生成模块33读取整车控制器5中发动机转速信号、油门开合度信号，其依据发动机转速信号计算出发动机噪声的阶次频率成分c，音频分析模块31依据此时发动机噪声的阶次频率成分，确定此时座椅处发动机噪声的相位参数a；信号生成模块33依据发动机转速信号、油门开合度信号从噪声数据模块32中的发动机噪声幅值库中提取出此状态发动机噪声的幅值大小d，通过此时获取的发动机噪声的相位参数a、发动机噪声的阶次频率成分c、发动机噪声的幅值大小d产生发动机降噪信号α(t)。
⑤控制系统3中的信号生成模块33将发动机降噪信号α(t)传输至扬声器2，并通过扬声器2发出，此时发动机降噪信号α(t)与发动机的噪声信号幅值相同、相位相反，可有效减弱发动机在座椅人耳处的噪声大小。
实际应用过程中，可以根据具体需求仅计算出发动机噪声的主阶次频率，并以此主阶次频率来确定发动机噪声对应的相位参数；当然，也可以根据具体需求计算出发动机噪声的主阶次频率、二阶次频率…N阶次频率，并以这些阶次频率成分来确定发动机噪声对应的相位参数。
本实施例中声音采集装置采用麦克风，作为其他实施方式，也可以采用其他声音采集装置。
本实施例中声音播放装置采用扬声器，作为其他实施方式，也可以采用其他声音播放装置，如喇叭。
本实施例中麦克风和扬声器均设置在座椅上对应乘员耳部高度的位置，作为其他实施方式，也可以根据需求将其设置在其他较合适的位置，如设置在靠近乘员的车厢内壁上。
本实施例中是通过建立数据库的方式来通过发动机转速信号、油门信号获得的发动机噪声幅值参数，作为其他实施方式，也可以通过构建特定的函数表达式的方式来通过发动机转速信号、油门信号获得发动机噪声幅值参数。
采用本实施例的技术方案，从噪声信号中提取出发动机噪声的相位参数，发动机幅值参数根据发动机转速信号、车辆油门信号获取，可以大大简化逻辑算法，极大地提升运行效率，缩短反应时间，可保证降噪信号与噪声信号之间无时间差，有效保证了主动降噪的效果。
实施例2
本实施例与实施例1的不同之处在于，本实施例还包括降低驱动桥噪声的过程。
本实施例中噪声数据模块32还用于存储整车正常运行工况下驱动桥的噪声幅值参数；相应地，信号生成模块33依据音频模块31传递过来的发动机、驱动桥的相位参数和噪声数据模块32中的发动机、驱动桥的幅值参数产生匹配的发动机、驱动桥降噪信号，并通过扬声器2发出，抵消车内人耳处发动机和驱动桥的噪声。
本实施例中控制方法的具体运行步骤如图5所示：
①依据整车车内发动机噪声的各个运行工况，如图3所示，测试并获取车内发动机噪声的幅值参数，并通过数据差分方式形成车内发动机噪声的幅值数据库，如图4所示；依据整车车内驱动桥噪声的各个运行工况，如图6所示，测试并获取车内驱动桥噪声的幅值参数，通过数据差分方式形成车内驱动桥噪声的幅值数据库，如图7所示。将车内发动机噪声幅值数据库和驱动桥噪声幅值库标定至控制系统3中的噪声数据模块32。
②将麦克风1和扬声器2安装布置到车内座椅4上人耳位置处，控制系统3通过线路与麦克风1、扬声器2、整车控制器5连接；
③麦克风1实时读取座椅处噪声信号，并反馈至控制系统3中的音频分析模块31；
④控制系统3中的信号生成模块33读取整车控制器5中发动机转速信号、油门开合度信号、车速信号、悬架压缩量信号。其依据发动机转速信号计算出发动机噪声的阶次频率成分c，音频分析模块31依据此时发动机噪声的阶次频率成分确定此时座椅处发动机噪声的相位参数a；信号生成模块33依据发动机转速信号、油门开合度信号从噪声数据模块32中的发动机噪声幅值库中提取出此状态发动机噪声的幅值大小d，通过此时获取的发动机噪声的相位参数a、发动机噪声的阶次频率成分c、发动机噪声的幅值大小d产生发动机降噪信号α(t)；信号生成模块33依据车速信号计算出驱动桥噪声的阶次频率成分e,音频分析模块31依据此时驱动桥噪声的阶次频率成分确定驱动桥噪声的相位参数b；信号生成模块33依据车速信号、悬架压缩量信号从噪声数据模块32中的驱动桥噪声幅值库中提取出此状态驱动桥噪声的幅值大小f，通过此时获取的驱动桥噪声的相位参数b，驱动桥噪声的阶次频率成分e，驱动桥噪声的幅值大小f产生驱动桥降噪信号β(t)；将产生的发动机降噪信号α(t)和驱动桥降噪信号β(t)合成并产生合成信号γ(t)。
⑤控制系统3中的信号生成模块33将合成信号γ(t)传输至扬声器2，并通过扬声器2发出，此时合成信号γ(t)与发动机的噪声信号和驱动桥的噪声信号幅值相同、相位相反，可有效减弱发动机和驱动桥在座椅人耳处的噪声大小，如图8所示为该实施例整车运行过程中驾驶员耳旁噪声的改善效果。
本实施例中是通过建立数据库的方式来通过车速信号、悬架压缩量获得的驱动桥噪声幅值参数，作为其他实施方式，也可以通过构建特定的函数表达式的方式来通过车速信号、悬架压缩量获得驱动桥噪声幅值参数。
本实施中是将发动机的降噪信号与驱动桥的降噪信号进行合成，以降低车内发动机和驱动桥的噪声；作为其他实施方式，也可以将发动机的降噪信号与车辆其他部件(比如尾气)的降噪信号进行合成，也可以将发动机的降噪信号与驱动桥的降噪信号合成之后再与车辆其他部件的降噪信号进行合成，具体可以根据实际去噪需求进行组合。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而己，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明己以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容做出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种车辆主动降噪控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)读取目标位置处的噪声信号；
2)根据发动机转速信号计算发动机噪声的频率参数，并依据该频率参数从所述噪声信号中提取出发动机噪声的相位参数；
3)根据发动机转速信号、车辆油门信号获取发动机噪声的幅值参数；
4)根据发动机噪声的频率参数、相位参数和幅值参数生成发动机的降噪信号；
5)利用步骤4)中降噪信号对目标位置处进行降噪。
2.根据权利要求1所述的车辆主动降噪控制方法，其特征在于，所述步骤3)中根据发动机转速信号、车辆油门信号获取发动机噪声的幅值参数包括：事先建立各运行工况下发动机转速信号、车辆油门信号与发动机噪声的幅值参数之间对应关系的数据库，根据发动机转速信号、车辆油门信号，在所述数据库中获取对应的发动机噪声的幅值参数。
3.根据权利要求1所述的车辆主动降噪控制方法，其特征在于，所述目标位置处为座椅上对应乘员耳部高度的位置。
4.根据权利要求1所述的车辆主动降噪控制方法，其特征在于，所述步骤2)还包括：根据车速信号计算驱动桥的频率参数，并依据该频率参数从所述噪声信号中提取出驱动桥噪声的相位参数；所述步骤3)还包括：根据车速信号、悬架压缩量信号获取驱动桥噪声的幅值参数；所述步骤4)还包括：根据驱动桥噪声的频率参数、相位参数和幅值参数生成驱动桥的降噪信号，并将所述发动机的降噪信号和驱动桥的降噪信号合成为降噪信号。
5.根据权利要求4所述的车辆主动降噪控制方法，其特征在于，所述步骤3)中根据车速信号、悬架压缩量信号获取驱动桥噪声的幅值参数包括：事先建立各运行工况下车速信号、悬架压缩量信号与驱动桥噪声的幅值参数之间对应关系的数据库，根据车速信号、悬架压缩量信号，在所述数据库中获取对应的驱动桥噪声的幅值参数。
6.一种车辆主动降噪系统，其特征在于，所述车辆主动降噪系统包括声音采集装置、声音播放装置以及控制系统，所述控制系统包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
1)读取目标位置处的噪声信号；
2)根据发动机转速信号计算发动机噪声的频率参数，并依据该频率参数从所述噪声信号中提取出发动机噪声的相位参数；
3)根据发动机转速信号、车辆油门信号获取发动机噪声的幅值参数；
4)根据发动机噪声的频率参数、相位参数和幅值参数生成发动机的降噪信号；
5)利用步骤4)中降噪信号对目标位置处进行降噪。
7.根据权利要求6所述的车辆主动降噪系统，其特征在于，所述步骤3)中根据发动机转速信号、车辆油门信号获取发动机噪声的幅值参数包括：事先建立各运行工况下发动机转速信号、车辆油门信号与发动机噪声的幅值参数之间对应关系的数据库，根据发动机转速信号、车辆油门信号，在所述数据库中获取对应的发动机噪声的幅值参数。
8.根据权利要求6所述的车辆主动降噪系统，其特征在于，所述目标位置处为座椅上对应乘员耳部高度的位置。
9.根据权利要求6所述的车辆主动降噪系统，其特征在于，所述步骤2)还包括：根据车速信号计算驱动桥的频率参数，并依据该频率参数从所述噪声信号中提取出驱动桥噪声的相位参数；所述步骤3)还包括：根据车速信号、悬架压缩量信号获取驱动桥噪声的幅值参数；所述步骤4)还包括：根据驱动桥噪声的频率参数、相位参数和幅值参数生成驱动桥的降噪信号，并将所述发动机的降噪信号和驱动桥的降噪信号合成为降噪信号。
10.根据权利要求9所述的车辆主动降噪系统，其特征在于，所述步骤3)中根据车速信号、悬架压缩量信号获取驱动桥噪声的幅值参数包括：事先建立各运行工况下车速信号、悬架压缩量信号与驱动桥噪声的幅值参数之间对应关系的数据库，根据车速信号、悬架压缩量信号，在所述数据库中获取对应的驱动桥噪声的幅值参数。
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