CN110998712B - 主动道路噪声控制 - Google Patents

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Abstract

一种用于车辆的主动道路噪声控制系统和方法包括：生成表示在所述车辆的轮室中或在所述轮室处发生的道路噪声的传声器感测信号，以及迭代地且自适应地处理所述传声器感测信号以提供降噪信号。所述系统和方法还包括：利用设置在所述车辆内部的头枕中的头枕扬声器布置依据所述降噪信号在所述车辆内部的收听位置处生成降噪声音。

Description

主动道路噪声控制
技术领域
本公开涉及主动道路噪声控制系统和方法(通常被称为“系统”)。
背景技术
陆基车辆在道路和其他表面上行驶时生成被称为道路噪声的噪声。即使在现代车辆中，舱室乘员也可能暴露于通过例如轮胎-悬架-车身-舱室路径的结构并通过空气传播路径(例如，轮胎-车身-舱室路径)传输到舱室的道路噪声。主动噪声、振动和声振粗糙度(NVH)控制技术(也被称为主动道路噪声控制(RNC)系统)可以用于减少这些噪声分量而不像主动振动技术中那样修改车辆结构。然而，主动道路噪声控制技术可以在整个车辆结构中采用复杂的噪声传感器布置，以便适当地观察道路噪声相关信号，特别是与源自诸如滚动车轮的移动零件的道路噪声有关的信号。更有效地减少舱室乘员所经历的道路噪声是合意的。
发明内容
一种用于车辆的主动道路噪声控制系统包括：传声器布置，其被配置为生成表示在所述车辆的轮室中或在所述轮室处发生的道路噪声的传声器感测信号；以及主动道路噪声控制滤波器布置，其被配置为迭代地且自适应地处理所述传声器感测信号以提供降噪信号。所述系统还包括头枕扬声器布置，所述头枕扬声器布置被设置在所述车辆内部的头枕中并且被配置为依据所述降噪信号在所述车辆内部的收听位置处生成降噪声音。
一种用于车辆的主动道路噪声控制方法包括：生成表示在所述车辆的轮室中或在所述轮室处发生的道路噪声的传声器感测信号，以及迭代地且自适应地处理所述传声器感测信号以提供降噪信号。所述方法还包括：利用设置在所述车辆内部的头枕中的头枕扬声器布置依据所述降噪信号在所述车辆内部的收听位置处生成降噪声音。
在查阅以下详细描述和随附附图后，其他系统、方法、特征和优点将对所属领域技术人员显而易见。期望所有此类附加系统、方法、特征以及优点都应当包括在本说明内、在本发明的范围内并且受所附权利要求的保护。
附图说明
通过阅读以下非限制性实施例对附图的描述可以更好地理解本公开，在附图中用类似的附图标记指代类似的元件，其中以下是：
图1是示出在特定位置处利用噪声感测传声器的示例性多通道主动道路噪声控制系统的示意图；
图2是示出另一种示例性多通道主动道路噪声控制系统的示意图；
图3是示出用于放置噪声感测传声器的可选或附加位置的示意图；
图4是示例性主动道路噪声控制方法的流程图；
图5是示例性头枕的示意图，其中传声器和扬声器并排集成在头枕的前表面中，传声器朝向头枕的中心布置，而扬声器朝向头枕的外围布置；
图6是示例性头枕的示意图，其中传声器和扬声器并排集成在头枕的前表面中，传声器朝向头枕的外围布置，而扬声器朝向头枕的中心布置；
图7是示例性头枕的示意图，其中传声器和扬声器集成在头枕的凹状圆形前表面中，传声器朝向头枕的中心布置，而扬声器朝向头枕的外围布置并且相对于传声器升高；并且
图8是示例性头枕的示意图，其中传声器和扬声器集成在头枕的凹状圆形前表面中，扬声器朝向头枕的中心布置，而传声器朝向头枕的外围布置并且相对于扬声器升高。
具体实施方式
噪声和振动传感器向主动道路噪声控制(RNC)系统提供参考输入，所述RNC系统可以包括一个或多个前馈主动道路噪声控制通道作为用于生成减少或甚至消除道路噪声的抗噪声的基础。噪声和振动传感器可以包括加速度传感器，诸如加速度计、测力计、测压元件等。例如，加速度计是测量固有加速度的装置。固有加速度与坐标加速度不同，所述坐标加速度是速度的变化率。加速度计的单轴和多轴模型可用于检测固有加速度的大小和方向，并且可以用于感测定向、坐标加速度、运动、振动和冲击。
噪声和振动传感器监测空气传播和结构传播的噪声源，以便在0Hz至1kHz之间提供最高可能的道路噪声降低性能。例如，用作输入噪声和振动传感器的加速度传感器可以被遍布车辆设置来监测悬架和车辆的其他车桥部件的结构行为以进行全局道路噪声控制。在高于500Hz或更高的频率时，可以采用声学传感器(诸如噪声感测传声器)来拾取空气传播的道路噪声并生成一个或多个对应的参考输入信号以进行道路噪声控制。
此外，可以将一个或多个误差传声器放置成紧邻乘客的耳朵，例如在车辆内部的座椅的头枕中，以另外提供一个或多个误差信号用于进行道路噪声控制。可以包括在前馈结构中采用的噪声消除滤波器的主动道路噪声控制滤波器布置可以根据误差信号迭代地且自适应地处理一个或多个参考输入信号，以向系统扬声器布置提供降噪信号，所述系统扬声器布置包括一个或多个扬声器，所述扬声器被设置在车辆的车身元件中，诸如设置在车门、行李厢、仪表板、车顶等。可以迭代地且自适应地调谐噪声消除滤波器以实现最大程度的降噪。
已经发现，可选地或另外，利用诸如传声器的一个或多个声学传感器来拾取发生在车辆的一个或多个轮室中或一个或多个轮室处的道路噪声并利用被设置在头枕中的一个或多个扬声器来发出已经基于在一个或多个轮室中或一个或多个轮室处拾取的声音而生成的降噪声音可以显著地提高常见的主动道路噪声控制系统和方法的性能。
如图1中所示，可以实施双通道前馈主动道路噪声控制系统。加速度传感器(例如，加速度计103)检测源自于在路面(未示出)上行驶的车辆100的车轮101的振动，加速度计103可以与汽车100的悬架装置102(例如，保险杠、弹簧、保险杠悬架、弹簧悬架等)机械联接并且输出加速度计感测信号xA1(n)，所述加速度计感测信号表示检测到的振动，因此与在车辆100的内部104中可听到的道路噪声相关。此外，布置在内部104中的座椅107(例如，驾驶员座椅)的头枕106中的声学传感器(例如，误差传声器105)检测表示存在于车辆100的内部104中的噪声的误差信号e(n)。座椅107(特别是其头枕106)限定了内部104中的收听位置。源自于车轮101的道路噪声根据传递特性P(z)(部分地)经由车身机械地和/或(部分地)经由空气声学地通过一(主要)路径传递到误差传声器105。
可控滤波器108的传递特性WA(z)由自适应滤波器控制器109控制，所述自适应滤波器控制器可以根据已知的最小均方(LMS)算法基于误差信号e(n)并基于由选用的滤波器110利用传递特性F'A(z)滤波的加速度计感测信号xA(n)进行操作，其中WA(z)＝-P(z)/F'A(z)。传递函数F'A(z)对表示系统扬声器布置111与误差传声器105之间的(次级)路径的传递特性的传递函数FA(z)进行建模(即，理想地等于或至少近似)。系统扬声器布置111包括被设置在车辆100的车身元件中的一个或多个扬声器。
降噪信号yA(n)是由主动道路噪声控制滤波器布置基于所识别的传递特性WA(z)和加速度计感测信号xA1(n)而生成，所述降噪信号反向对应于在内部104中的收听位置处可听到的道路噪声，所述主动道路噪声控制滤波器布置包括至少可控滤波器108和滤波器控制器109。理论上与在收听位置处可听到的道路噪声成反比的声音是依据降噪信号yA(n)而生成并且由系统扬声器布置111发出，以在收听位置处与道路噪声相消地叠加。
此外，源自于车轮101的噪声也被噪声感测传声器布置拾取，所述噪声感测传声器布置可以包括一个或多个传声器，例如，三个噪声感测传声器112、113和114，所述一个或多个传声器被设置在车辆100的轮室115中某处或轮室115处(例如，周围)某处。三个噪声感测传声器112、113和114输出传声器感测信号xM1(n)、xM2(n)和xM3(n)，所述传声器感测信号表示所拾取的噪声，因此也与在车辆100的内部104中可听到的道路噪声相关。例如，传声器113可以被设置为靠近悬架装置102，而传声器112和114可以被设置在轮室115的相对侧上并靠近车辆100的底板116。可选地或另外，噪声感测传声器117可以被设置在车辆100的行李厢等中靠近轮室115或另一个轮室处，或者被设置在行李厢与轮室之间的区域中。
可控滤波器118的传递特性WM(z)由自适应滤波器控制器119控制，所述自适应滤波器控制器可以根据已知的最小均方(LMS)算法基于误差信号e(n)并基于由选用的滤波器120利用传递特性F'M(z)滤波的加速度计感测信号xa(n)进行操作，其中WM(z)＝-P(z)/F'M(z)。传递函数F'M(z)对表示扬声器布置121与误差传声器105之间的(次级)路径的传递特性的传递函数FM(z)进行建模(即，理想地等于或至少近似)。扬声器布置121包括被设置在头枕106中的一个或多个扬声器。
降噪信号yM(n)是由主动道路噪声控制滤波器布置基于所识别的传递特性WM(z)和传声器感测信号xM(n)而生成，所述降噪信号反向对应于在内部104中的收听位置处可听到的道路噪声，所述主动道路噪声控制滤波器布置包括至少可控滤波器118和滤波器控制器119。然后理论上与在收听位置处可听到的道路噪声成反比的声音是依据降噪信号yM(n)而生成并且由扬声器布置121发出，以在收听位置处与道路噪声相消地叠加。
传声器感测信号xM(n)可以从传声器感测信号xM1(n)、xM2(n)和xM3(n)中的一者或者其中组合有所有传声器感测信号xM1(n)、xM1(n)和xM3(n)(例如由求和器122进行求和)的其任意组合(如图1中所示)推导出。从传声器感测信号xM1(n)、xM2(n)和xM3(n)产生的信号可以由高通滤波器123进行高通滤波以提供传声器感测信号xM(n)。
类似地，加速度计感测信号xA(n)可以从加速度计感测信号xA1(n)、或加速度感测信号xA2(n)和xA3(n)中的一者、或者其中组合有所有加速度计感测信号xA1(n)、xA1(n)和xA3(n)(例如由求和器124进行求和)的其任意组合(如图1中所示)推导出。从加速度计感测信号xA1(n)、xA1(n)和xA3(n)产生的信号可以由低通滤波器125进行低通滤波以提供传声器感测信号xA(n)。加速度计感测信号xA2(n)和xA3(n)可以由加速度计126和127提供，所述加速度计可以被设置在车辆100的车身部分中或所述车身部分上，诸如在任何轮室的相对侧上并靠近车辆100的底板116。
利用传声器来感测道路噪声的噪声控制结构(其包括至少可控滤波器118和滤波器控制器119)可以独立地操作，或者与利用加速度计来感测道路噪声的噪声控制结构(其包括至少可控滤波器108和滤波器控制器109)组合操作。当组合使用时，利用传声器的噪声控制结构可以仅与扬声器布置121一起操作，而利用加速度计的噪声控制结构可以仅与系统扬声器布置111一起操作。然而，如图1中所示，利用加速度计的控制结构可以与系统扬声器布置111和头枕扬声器布置121两者一起操作。为此，求和器128将降噪信号yA(n)和yM(n)求和并且将和信号供应给扬声器布置121，而系统扬声器布置111仅被供应有降噪信号yA(n)。
高通滤波器123和低通滤波器125可以具有相同或类似的截止频率，使得它们可以形成分裂滤波器布置。所述分裂滤波器布置将频率范围划分为低于相互分裂频率的较低子范围和高于分裂频率的较高子范围，其中较低子范围用于对加速度计感测信号进行滤波，而较高子范围用于对传声器感测信号进行滤波。分裂频率可以在100Hz至1000Hz之间的某处，例如处于500Hz。
此外，如果如图1中所示采用选用的滤波器110、120，则实施经双通道前馈滤波的xLMS控制结构，但是下文结合图2可以应用和描述其他控制结构，例如，任何单通道结构或具有附加通道、附加加速度计、附加传声器和附加扬声器的任何多通道结构。
图2示出了能够抑制来自多个噪声(和振动)源的噪声的多通道主动道路噪声控制系统200。主动道路噪声控制系统200包括第一数量(≥1)的加速度计201、第二数量(≥1)的头枕扬声器202、第三数量(≥1)的噪声感测传声器203、第四数量(≥1)的系统扬声器204、第五数量的误差传声器205、(多通道)可控滤波器矩阵206和(多通道)自适应滤波器控件207，所述自适应滤波器控件操作以将来自加速度计的噪声(主要噪声)与来自扬声器202和204的噪声消除声音(二次噪声)之间的误差最小化。自适应滤波器控件207可以包括为每个扬声器202和204或其组以及选用的加速度计或其组提供的对应数量的道路噪声控制通道(未示出)，所述道路噪声控制通道生成消除信号以减少由相关噪声感测传声器或其组拾取的噪声。
在常规的主动道路噪声控制系统中，要减少的噪声的频率范围可以被限制在低频率范围。此外，尽管在这些系统中采用的自适应数字滤波器可能仅能够减少低频率噪声分量，但是期望在宽频率范围内进行处理。在本文所述的主动道路噪声控制系统中，声学传感器和选用的加速度计的仔细定位允许更好的降噪性能和更宽的工作频率范围。
如图3中所示，可以采用用于放置噪声感测传声器的可选或附加位置。例如，可以在至少一个前轮室115的后部周围设置多个(例如，五个)传声器301至305，其中传声器305可以设置成靠近底板116、在底板116中或在底板116处。选用地，多个(例如，三个)噪声感测传声器306至308可以定位在前轮室115与后轮室317之间，更靠近前轮室115，并且靠近底板116、在底板116中或在底板116处。可选地或另外，传声器309至316可以围绕后轮设置在后轮室317中或后轮室317处。例如，传声器309和310的位置可以在后轮的前面，并且传声器309和310的位置可以并排在后轮的前面。传声器314和315的位置可以并排在后轮的后面。传声器311的位置可以并排在车轮的顶部。
参考图4，可以在上文结合图1描述的系统中实施的示例性方法可以包括：生成表示在车辆的轮室中或在所述轮室处发生的道路噪声的传声器感测信号(401)，以及迭代地且自适应地处理传声器感测信号以提供降噪信号(402)。所述方法还包括：利用设置在车辆内部的座椅的头枕中的头枕扬声器布置依据降噪信号在车辆内部的收听位置处(例如，在座椅处)生成降噪声音(403)。
现在参考图5，图5以截面图示出了示例性头枕501。头枕501可以具有罩面和形成头枕主体502的一个或多个结构元件。头枕501可以包括一对支撑柱(未示出)，所述支撑柱与车辆座椅(未示出)的顶部接合并且可以通过集成在座椅中的机构上下移动。头枕主体502具有支撑用户头部504的前表面503，由此限定用户耳朵507和508的优先位置505和506。优先位置是在预期使用期间的大部分时间(>50％)相应耳朵处于或接近该特定位置的位置，并且可以形成期望的收听位置，例如在所述收听位置处将建立安静区。
两个单向(误差)传声器509和510(即，对来自主接收方向511和512的声音具有最大灵敏度的传声器)集成在头枕主体502的前表面503中，由此主接收方向511和512分别与乘客耳朵507和508的优先位置505和506中的一者相交。头枕501还包括集成在头枕主体502中的两个扬声器513和514。扬声器513和514各自具有主传输方向515、516，所述扬声器向所述主传输方向中发出最大声能。头枕501在其表面503处具有向内弯曲(凹入)形状，所述形状具有两个平面端部503a、503b和一平面中间部503c，其中所述端部分别向内折叠约30度的角度519和520，但是10度至50度之间的任何其他角度也是适用的。在每个端部中，定位有传声器509和510中的一者以及扬声器513和514中的一者。在图5中所示的头枕501中，扬声器513和514被布置为比传声器509和510更靠近表面503的外围。扬声器513和514被布置为使得它们的主传输方向515和516各自在优先位置505和506处相对于传声器509和510的相应主接收方向具有大于20度(例如，30度)的角度517和518中的一者。
图6中所示的示例性头枕601类似于图5中所示的头枕501，然而，传声器位置和扬声器位置已经被颠倒，并且所有位置都已经被朝向前表面503的平面端部503a和503b的外围移位。扬声器513和514被布置为使得它们的主传输方向515和516在优先位置505和506处相对于传声器509和510的相应主接收方向具有大于30度的角度517和518。
图7中所示的示例性头枕701类似于图5中所示的头枕501，然而，头枕701的前表面503具有围绕头部504的纵向轴线更进一步延伸的向内弯曲的圆形形状，并且前表面503具有弯曲的端部503d和503e以及弯曲的中间部503f。扬声器513和514被布置在头枕501的外围部分503d和503e中，因此与前述示例相比，具有从表面503的中间部503f更加侧向突出的高度。传声器509和510几乎直接位于用户耳朵507和508的后面。因此，扬声器513和514被布置为使得它们的主传输方向515和516在优先位置505和506处相对于传声器509和510的相应主接收方向具有大于45度的角度517和518。
图8中所示的头枕801类似于图7中所示的头枕501，然而，传声器位置和扬声器位置被颠倒，并且传声器的位置已经被朝向前表面503的弯曲端部503d和503e的外围移位。在图5至图8中所示的示例中，在优先位置505和506周围建立两个安静区。
已经出于示出和描述的目的而呈现了对实施例的描述。可以根据以上描述执行或可以通过实践所述方法获得实施例的合适的修改和变化。例如，除非另外指出，否则所描述的方法中的一种或多种方法可以由合适的装置和/或装置组合来执行。所描述的相关联动作也可以按照除本申请中所描述的顺序之外的各种顺序执行、并行执行和/或同时执行。所述系统本质上是示例性的，并且可以包括附加的元件和/或省略元件。
如本申请中所使用的，以单数形式列举并且前面带有单词“一个(a、an)”的元件或步骤应当被理解为并不排除多个所述元件或步骤，除非指出这种排除情况。此外，对本公开的“一个实施例”或“一个示例”的参考并非意图解释为排除也包含所列举特征的附加实施例的存在。术语“第一”、“第二”和“第三”等只用作标签，而不意图对其宾语施加数字要求或特定位置顺序。
本公开的实施例总体上提供了多个电路、电气装置和/或至少一个控制器。对电路、至少一个控制器和其他电气装置以及由每个电路、控制器和电气装置提供的功能性的所有提及并不意图限于仅涵盖本文所示和所述的内容。尽管可以将特定标签分配给所公开的各种电路、一个或多个控制器和其他电气装置，但是此类标签并不意图限制各种电路、一个或多个控制器和其他电气装置的操作范围。这样的一个或多个电路、一个或多个控制器和其他电气装置可以基于所需的特定类型的电气实施方式彼此组合和/或以任何方式分离。
应认识到，如本文所公开的任何系统可以包括任何数量的微处理器、集成电路、存储器装置(例如，快闪存储器、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)或其他合适的变型)和软件，它们彼此协作以执行本文公开的一个或多个操作。另外，如本文所公开的任何系统可以利用任何一个或多个微处理器来执行体现在非暂时性计算机可读介质中的计算机程序，所述非暂时性计算机可读介质被编程为执行所公开的任何数量的功能。此外，如本文中提供的任何控制器包括壳体和不同数量的微处理器、集成电路和存储器装置(例如，快闪存储器、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM))。
尽管已描述了本发明的实施各种例，但是对于所属领域普通技术人员来说显而易见的是，在本发明的范围内，更多的实施例和实施方式是可能的。具体地，技术人员将认识到来自不同实施例的各种特征的可互换性。尽管在某些实施例和示例的背景中已公开了这些技术和系统，但是应当理解，这些技术和系统可以超出具体公开的实施例而扩展到其他实施例和/或用途以及其明显修改。

Claims (13)

1.一种用于车辆的主动道路噪声控制系统，所述系统包括：
传声器布置，其被配置为生成表示在所述车辆的轮室中或所述轮室处发生的道路噪声的传声器感测信号；
主动道路噪声控制滤波器，其被配置为迭代地且自适应地处理所述传声器感测信号以提供降噪信号；
头枕扬声器布置，其被设置在所述车辆内部的头枕中并且被配置为依据所述降噪信号在所述车辆内部的收听位置处生成降噪声音；以及
加速度计布置，所述加速度计布置被配置为生成加速度计感测信号，所述加速度计感测信号表示在所述车辆的车身部分上或所述车身部分中发生的加速、运动和振动中的至少一者，其中所述主动道路噪声控制滤波器还被配置为迭代地且自适应地处理所述传声器感测信号和所述加速度计感测信号以向所述头枕扬声器布置提供附加的降噪信号。
2.如权利要求1所述的系统，其还包括附加扬声器布置，所述附加扬声器布置被设置在所述头枕外部并且在所述车辆内，并且被配置为依据所述附加的降噪信号在所述收听位置处生成附加的降噪声音。
3.如权利要求1或2所述的系统，其还包括：
高通滤波器，其可操作地连接在所述传声器布置与所述主动道路噪声控制滤波器之间，所述高通滤波器布置被配置为对所述传声器感测信号进行高通滤波，以及
低通滤波器，其可操作地连接在所述加速度计布置与所述主动道路噪声控制滤波器之间，所述加速度计布置被配置为对所述加速度计感测信号进行低通滤波。
4.如权利要求1所述的系统，其中所述传声器布置包括被设置在车轮拱罩、保险杠和行李厢中的至少一者中的一个或多个传声器。
5.如权利要求1所述的系统，其还包括前馈处理结构，所述前馈处理结构包括所述主动道路噪声控制滤波器并且被配置为被供应有来自所述传声器布置的所述传声器感测信号。
6.如权利要求5所述的系统，其还包括误差信号处理结构，其中所述误差信号处理结构包括所述主动道路噪声控制滤波器并且被配置为被供应有来自被设置在所述头枕中或所述头枕上的附加传声器布置的误差信号。
7.一种用于车辆的主动道路噪声控制方法，所述方法包括：
生成表示在所述车辆的轮室中或所述轮室处发生的道路噪声的传声器感测信号；
迭代地且自适应地处理所述传声器感测信号以提供降噪信号；
利用设置在所述车辆内部的头枕中的头枕扬声器布置依据所述降噪信号在所述车辆内部的收听位置处生成降噪声音；
利用加速度计布置生成加速度计感测信号，所述加速度计感测信号表示在所述车辆的车身部分上或所述车身部分中发生的加速、运动和振动中的至少一者；以及
迭代地且自适应地处理所述传声器感测信号和所述加速度计感测信号以向所述头枕扬声器布置提供附加的降噪信号。
8.如权利要求7所述的方法，其还包括依据所述附加的降噪信号并利用被设置在所述头枕外部并且在所述车辆中的附加扬声器布置来在所述收听位置处生成附加的降噪声音。
9.如权利要求7或8所述的方法，其还包括对所述传声器感测信号进行高通滤波和对所述加速度计感测信号进行低通滤波。
10.如权利要求7所述的方法，其中生成传声器感测信号包括：利用被设置在车轮拱罩、保险杠和行李厢中的至少一者中的一个或多个传声器来拾取噪声。
11.如权利要求7所述的方法，其中迭代地且自适应地处理所述传声器感测信号包括前馈处理结构，所述前馈处理结构被供应有来自所述传声器布置的所述传声器感测信号。
12.如权利要求11所述的方法，其中迭代地且自适应地处理所述传声器感测信号包括误差信号处理结构，所述误差信号结构被供应有来自被设置在所述头枕中或所述头枕上的附加传声器布置的误差信号。
13.一种车辆，其包括权利要求1至6中任一项所述的主动道路噪声控制系统。
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