CN111261136A - 道路噪声消除系统的噪声减轻 - Google Patents

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Abstract

一种道路噪声消除(RNC)系统可包括噪声控制器，所述噪声控制器用于基于具有显著不同于稳态道路噪声的频谱特征的传感器信号来检测诸如物体撞击振动传感器的非平稳事件。在检测到物体撞击时，可停用所述RNC系统或可将某些扬声器静音。可替代地，所述RNC系统可修改所述传感器信号以屏蔽所述非平稳事件，从而阻止所述RNC系统基于所述物体撞击生成抗噪声。

Description

道路噪声消除系统的噪声减轻
技术领域
本公开涉及道路噪声消除，并且更具体地，涉及减轻道路噪声消除系统中诸如对加速度计的物体撞击的非平稳事件的影响。
背景技术
有源噪声控制(ANC)系统使用前馈结构和反馈结构来使非期望噪声衰减，以自适应地去除收听环境(诸如车辆车厢内)内的非期望噪声。ANC系统通常通过产生消除声波破坏性地干扰不需要的可听噪声来消除或减少不需要的噪声。当噪声和“抗噪声”(其与噪声在量值上大致相同但在相位上相反)相结合来降低某个位置处的声压水平(SPL)时，就会产生破坏性干扰。在车辆车厢收听环境中，非期望噪声的潜在来源来自发动机、车辆轮胎与车辆正在其上行进的路面之间的相互作用和/或车辆其他部分的振动所辐射的声音。因此，不需要的噪声随着车辆的速度、道路状况和操作状态而变化。
道路噪声消除(RNC)系统是在车辆上实施以便使车辆车厢内部的非期望道路噪声最小化的特定ANC系统。RNC系统使用振动传感器来感测由轮胎和道路界面生成的导致不希望的可听道路噪声的道路诱发振动。然后，通过使用扬声器生成声波来消除或减少车厢内部这种不希望的道路噪声的水平，理想地，所述声波与有待在一个或多个收听者耳朵的典型位置处减少的噪声在相位上相反而在量值上相同。消除这种道路噪声可为车辆乘客带来更愉悦的乘用体验，并使汽车制造商能够使用轻质材料，从而降低能耗并减少排放。
RNC系统通常是最小均方(LMS)自适应前馈系统，所述系统基于来自位于车辆悬架系统、副车架和车身周围各种位置中的振动传感器的加速度输入以及位于车辆车厢内部各种位置中的传声器的信号两者来连续地调整W滤波器。RNC系统易受来自传感器的增加乘客车厢内的总噪声的寄生噪声的影响。由于RNC系统通常是前馈系统，因此振动传感器输出由LMS W滤波器进行均衡，然后被放大并直接发送到扬声器，在扬声器处成为空中传播抗噪声信号。因此，由振动传感器(通常为加速度计)输出的所有信号都辐射到乘客车厢中，在乘客车厢处由车辆乘员听到。这也意味着，由加速度计感测到的任何寄生脉冲噪声都会被放大并辐射到车辆车厢中，在车辆车厢处变得可由车辆乘客听到。在具有RNC的车辆中，当岩石直接撞击加速度计时，高振幅信号从加速度计的一个或多个定向输出通道输出，然后通过W滤波器进行滤波，放大并辐射到乘客车厢中。这产生另外的过大脉冲噪声，而不是产生较安静的车内噪声水平。
发明内容
本公开的各个方面涉及防止或减轻由岩石撞击振动传感器(例如，加速度计)导致的乘客车厢内的极响和脉冲噪声，所述振动传感器附接到具有道路噪声消除(RNC)的车辆的车身底部。公开了防止这种脉冲噪声辐射到所述乘客车厢中从而干扰所述乘客的若干检测和减轻系统和/或方法。
在一个或多个说明性实施方案中，提供一种用于减轻道路噪声消除(RNC)系统中的非平稳事件的影响的方法。所述方法可包括：从振动传感器接收噪声信号并部分地基于所述噪声信号生成抗噪声信号，所述抗噪声信号有待由扬声器作为抗噪声在车辆的车厢内辐射。所述方法还可包括：基于根据所述噪声信号的帧的样本计算出的参数来检测对所述振动传感器的物体撞击的发生并且修改所述抗噪声信号以减小所述物体撞击的所述发生对所述抗噪声的影响。
实现方式可包括以下特征中的一个或多个。根据所述噪声信号的所述帧的样本计算出的所述参数是所述帧的振幅和所述帧的能量值中的一者。检测对所述振动传感器的物体撞击的发生可包括：将所述噪声信号的当前帧的参数与阈值进行比较并且当所述参数超过所述阈值时检测对所述振动传感器的所述物体撞击的所述发生。将所述噪声信号的当前帧的参数与阈值进行比较可包括：将所述当前帧变换到频域；计算所述当前帧中的一个或多个频率范围的水平；以及将所述水平与所述阈值进行比较。所述阈值可以是被编程用于所述RNC系统的预定静态阈值。所述阈值可以是根据对根据所述噪声信号的一个或多个先前帧中的样本计算出的所述参数的统计分析计算出的动态阈值。例如，所述阈值可以是从多个先前帧获取的参数的平均值乘以增益因数。
此外，检测对所述振动传感器的物体撞击的发生可包括：将来自当前帧的参数与来自一个或多个先前帧的相同参数的平均值进行比较并且当来自所述当前帧的所述参数与来自所述一个或多个先前帧的所述平均值之间的差超过阈值时检测对所述振动传感器的所述物体撞击的发生。修改有待由扬声器作为抗噪声来辐射的抗噪声信号可包括：停用所述RNC系统，使得在所述帧的持续时间内不生成抗噪声信号。修改有待由扬声器作为抗噪声来辐射的抗噪声信号包括：将所述噪声信号的包含指示所述物体撞击的所述参数的所述帧归零，以生成所述帧的大致为零的经调整噪声信号。修改有待由扬声器作为抗噪声来辐射的抗噪声信号可包括：用来自所述噪声信号的先前帧替换所述噪声信号的包含指示所述物体撞击的所述参数的帧。
一个或多个另外的实施方案可涉及一种RNC系统，所述RNC系统包括适于响应于振动输入而生成噪声信号的振动传感器以及噪声控制器。所述噪声控制器可包括处理器和存储器，所述处理器和存储器被编程为：基于根据所述噪声信号的当前帧的样本计算出的参数来检测物体撞击所述振动传感器的发生；以及响应于检测到物体撞击所述振动传感器的所述发生而生成经调整噪声信号。
实现方式可包括以下特征中的一个或多个。所述RNC系统还可包括可控滤波器，所述可控滤波器被配置为基于所述经调整噪声信号和自适应传递特性来生成抗噪声信号。所述RNC系统还可包括自适应滤波器控制器，所述自适应滤波器控制器包括处理器和存储器，所述自适应滤波器控制器被配置为基于经滤波噪声信号和从位于车辆的车厢中的传声器接收的误差信号来控制所述控滤波器的所述自适应传递特性。所述RNC系统还可包括扩音器，所述扩音器适于响应于接收到所述抗噪声信号而在所述车辆的所述车厢内辐射抗噪声。所述经调整噪声信号可通过以下中的一者来生成：将所述噪声信号的包含指示所述物体撞击的所述参数的所述当前帧归零或用来自所述噪声信号的先前帧来替换所述噪声信号的包含指示所述物体撞击的所述参数的所述当前帧。
一个或多个另外的实施方案可涉及一种体现于被编程用于道路噪声消除(RNC)的非暂时性计算机可读介质中的计算机程序产品。所述计算机程序产品可包括用于以下操作的指令：分析从至少一个振动传感器接收的噪声信号；基于根据至少一个噪声信号的帧的样本计算出的参数来检测对所述至少一个振动传感器的物体撞击的发生；以及响应于检测到所述物体撞击的所述发生而修改有待由扬声器作为抗噪声在车辆的车厢内辐射的抗噪声信号，所述抗噪声信号部分地基于所述至少一个噪声信号。
实现方式可包括以下特征中的一个或多个。所述计算机程序产品，其中用于检测对所述至少一个振动传感器的物体撞击的发生的所述指令可包括：将所述噪声信号的当前帧的参数与阈值进行比较并且当所述参数超过所述阈值时检测对所述振动传感器的所述物体撞击的所述发生。所述计算机程序产品，其中用于检测对所述至少一个振动传感器的物体撞击的发生的所述指令可包括：将来自当前帧的参数与来自一个或多个先前帧的相同参数的平均值进行比较并且当来自所述当前帧的所述参数与来自所述一个或多个先前帧的所述平均值之间的差超过阈值时检测对所述至少一个振动传感器的所述物体撞击的发生。所述计算机程序产品，其中用于修改抗噪声信号的所述指令可包括：停用所述RNC系统，使得在所述帧的持续时间内不生成抗噪声信号。所述计算机程序产品，其中用于修改抗噪声信号的所述指令可包括：将所述噪声信号的包含指示所述物体撞击的所述参数的所述帧归零，以生成所述帧的大致为零的经调整噪声信号。所述计算机程序产品，其中用于修改抗噪声信号的所述指令可包括：用来自所述噪声信号的先前帧替换所述噪声信号的包含指示所述物体撞击的所述参数的帧。
附图说明
图1是根据本公开的一个或多个实施方案的具有道路噪声消除(RNC)系统的车辆的框图；
图2是展示RNC系统的相关位置的样本示意图，其被缩放为包括R加速度计信号和L扬声器信号；
图3A是表示根据本公开的一个或多个实施方案的包括非平稳噪声控制器的RNC系统的示意性框图；
图3B是表示图3A的RNC系统的可替代示意性框图；并且
图4是描述根据本公开的一个或多个实施方案的用于减轻RNC系统中诸如岩石撞击的非平稳事件的影响的方法的流程图。
具体实施方式
根据要求，本文中公开本发明的详细实施方案；然而应理解，所公开的实施方案仅仅是可以各种形式和替代形式体现的本发明的示例。附图不一定按比例绘制；一些特征可被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文公开的具体结构细节和功能细节不应当被解释为是限制性的，而是仅仅作为教导本领域技术人员以不同方式采用本发明的代表性基础。
本文所述的控制器或装置中的任何一者或多者包括可编译或解译自使用多种编程语言和/或技术创建的计算机程序的计算机可执行指令。一般来说，处理器(诸如微处理器)例如从存储器、计算机可读介质等接收指令，并且执行指令。处理单元包括能够执行软件程序的指令的非暂时性计算机可读存储介质。计算机可读存储介质可以是但不限于电子存储装置、磁性存储装置、光学存储装置、电磁存储装置、半导体存储装置、或它们的任何合适的组合。
图1示出用于具有一个或多个振动传感器108的车辆102的道路噪声消除(RNC)系统100。振动传感器设置在整个车辆102上，以监测车辆的悬架和副车架以及其他车桥和底盘部件的振动行为。RNC系统100可与宽带前馈和反馈有源噪声控制(ANC)框架或系统104集成，所述框架或系统104通过使用一个或多个传声器112来对来自振动传感器108的信号进行自适应滤波来生成抗噪声。抗噪声信号然后可通过一个或多个扬声器124来播放。S(z)表示单个扬声器124与单个传声器112之间的传递函数。虽然仅为简单起见图1示出单个振动传感器108、传声器112和扬声器124，但应注意，典型的RNC系统使用多个振动传感器108(例如，10个或更多个)、传声器112(例如，4至6个)以及扬声器124(例如，4至8个)。
振动传感器108可包括但不限于加速度计、测力计、地震检波器、线性差动变压器、应变计和称重传感器。例如，加速度计是输出电压与加速度成比例的装置。很多种加速度计可用于RNC系统中。这些包括对在一个、两个和三个通常正交的方向上的振动敏感的加速度计。这些多轴加速度计通常具有其X方向、Y方向和Z方向上感测到的振动的单独电输出(或通道)。因此，单轴和多轴加速度计可用作振动传感器108来检测加速度的量值和相位，并且还可用于感测取向、运动和振动。
源自在路面150上移动的车轮106的噪声和振动可由机械地联接到车辆102的悬架装置110或底盘部件的振动传感器108中的一个或多个感测。振动传感器108可输出噪声信号X(n)，所述噪声信号X(n)是表示所检测道路诱发振动的振动信号。应注意，多个振动传感器也是可能的，并且它们的信号可单独地使用，或可以本领域技术人员已知的各种方式组合。在某些实施方案中，传声器可代替振动传感器用于输出指示根据车轮106与路面150的相互作用生成的噪声的噪声信号X(n)。噪声信号X(n)可用模型化传递特性S'(z)进行滤波，所述模型化传递特性S'(z)通过次级路径滤波器122估计次级路径(即，抗噪声扬声器124与误差传声器112之间的传递函数)。
源自车轮106与路面150的的相互作用的道路噪声也机械地和/或声学地传递到乘客车厢中，并且由车辆102内部的一个或多个传声器112接收。一个或多个传声器112可例如位于座椅116的扶手114中，如图1所示。可替代地，一个或多个传声器112可位于车辆102的车顶内饰或在某个其他合适的位置中以感测由车辆102内部的乘员听到的声学噪声场。源自路面150与车轮106的相互作用的道路噪声根据传递特性P(z)传递到传声器112，所述传递特性P(z)表示初级路径(即，实际噪声源与误差传声器之间的传递函数)。
传声器112可输出车厢表示由传声器112检测到的存在于车辆102的中的噪声的误差信号e(n)。在RNC系统100中，可控滤波器118的自适应传递函数W(z)可由自适应滤波器控制器120控制。自适应滤波器控制器120可根据已知最小均方(LMS)算法基于误差信号e(n)和噪声信号X(n)来操作，所述噪声信号X(n)任选地通过次级路径滤波器122用模型化传递特性S'(z)进行滤波。可控滤波器118通常称为W滤波器。抗噪声信号Y(n)可由可控滤波器118和自适应滤波器控制器120形成的自适应滤波器基于所标识传递特性W(z)和振动信号或振动信号的组合X(n)来生成。抗噪声信号Y(n)理想地具有这样的波形使得当通过扬声器124播放时，靠近乘员的耳朵和传声器112生成与车辆车厢的乘员可听的道路噪声基本上在相位上相反而在量值上相同的抗噪声。来自扬声器124的抗噪声可与靠近传声器112的车辆车厢中的道路噪声组合，从而导致此位置处道路噪声诱发声压水平的降低。
在车辆102处于操作下时，处理器128可收集并任选地处理来自振动传感器108和传声器112的数据，以构建包含有待由车辆102使用的数据和/或参数的数据库或地图。所收集的数据可在本地存储在存储装置130处或云中，以供车辆102在未来使用。可用于在本地存储在存储装置130处的与RNC系统100相关的数据类型的实例包括但不限于加速度计或传声器频谱或时间相依信号、包括频率和时间相依性质的其他加速度特性。此外，处理器128可分析振动传感器数据并提取关键特征来确定有待应用于RNC系统100的一组关键参数。所述一组关键参数可在被事件触发时进行选择。在一个或多个实施方案中，处理器128和存储装置130可与诸如自适应滤波器控制器120的一个或多个RNC系统控制器集成。
如先前所述，典型的RNC系统可使用若干振动传感器、传声器和扬声器来感测车辆的结构传播的振动行为并生成抗噪声。振动传感器可以是具有多个输出通道的多轴加速度计。例如，三轴加速度计通常具有其X方向、Y方向和Z方向上感测到的振动的单独电输出。RNC系统的典型配置可具有例如6个传声器、6个扬声器和来自4个三轴加速度计或6个双轴加速度计的加速度信号的12个通道。因此，RNC系统还将包括多个S'(z)滤波器(即，次级路径滤波器122)和多个W(z)滤波器(即，可控滤波器118)。
图1中示意性地描绘的简化RNC系统示出每个扬声器124与每个传声器112之间的由S(z)表示的一个次级路径。如先前所提及，RNC系统通常具有多个扬声器、传声器和振动传感器。因此，6扬声器6传声器RNC系统将具有共计36个次级路径(即，6×6)。相应地，6扬声器6传声器RNC系统可同样具有估计每个次级路径的传递函数的36个S'(z)滤波器(即，次级路径滤波器122)。如图1所示，RNC系统还将具有位于来自振动传感器(即，加速度计)108的每个噪声信号X(n)与每个扬声器124之间的一个W(z)滤波器(即，可控滤波器118)。因此，12加速度计信号6扬声器RNC系统可具有72个W(z)滤波器。加速度计信号、扬声器和W(z)滤波器的数目之间的关系在图2中示出。
图2是展示被缩放为包括来自加速度计208的R个加速度计信号[X1(n)、X2(n)、…、XR(n)]和扬声器224的L个抗噪声扬声器信号[Y1(n)、Y2(n)、…、YL(n)]的RNC系统200的相关部分的样本示意图。因此，RNC系统200可包括位于加速度计信号中的每一个与扬声器中的每一个之间的R×L个可控滤波器(或W滤波器)218。例如，具有12个加速度计输出(即，R＝12)的RNC系统可采用6个双轴加速度计或4个三轴加速度计。在相同实例中，因此，具有用于再生抗噪声的6个扬声器(即，L＝6)的车辆可使用总共72个W滤波器。在L个扬声器中的每一个处，R个W滤波器输出被累加，以产生扬声器的抗噪声信号Y(n)。L个扬声器的中的每一个可包括放大器(未示出)。在一个或多个实施方案中，由R个W滤波器进行滤波的R个加速度计信号被累加，以产生电气抗噪声信号y(n)，所述电气抗噪声信号y(n)被馈送到放大器以生成被发送到扬声器的经放大抗噪声信号Y(n)。
在具有RNC的车辆中，当诸如岩石的物体撞击加速度计时，高振幅信号从加速度计X、Y和Z方向输出通道中的一个或多个输出，然后被放大并辐射到乘客车厢中。由于由岩石撞击加速度计造成的极少空气传播或结构传播的噪声实际上进入乘客车厢，因此此抗噪声并不导致噪声消除，而是它在乘客车厢中产生另外的极大脉冲噪声。相比之下，当车辆在道路上的冲力特征(诸如铁路轨道或地面深穴)上行驶时，一些空气传播或结构传播的噪声进入乘客车厢。在RNC停用的情况下，在铁路轨道上行驶的车辆产生可在乘客车厢内部听到的噪声，而物体撞击加速度计通常将不在乘客车厢内产生过大声音。因此，在RNC激活的情况下，基于物体撞击使抗噪声辐射到乘客车厢中可具有在乘客车厢内产生更多噪声的效果。本公开中所述的RNC系统可通过在物体撞击时检测此类寄生事件并修改所得抗噪声信号来降低进入乘客车厢中的非平稳抗噪声的辐射频率或消除所述辐射。
为了检测诸如物体直接撞击加速度计中的一个的非平稳事件，可评估来自RNC系统中的一个或多个加速度计的一个或多个噪声信号X(n)输出。每个加速度计通道的噪声信号X(n)可以是模拟或数字信号。对这些输出信号的时间历史的评估可在物体撞击发生时对其进行标识。例如，岩石撞击将导致在加速度计输出信号中出现极高振幅(即，可能全尺寸)的短持续时间脉冲。可能的是，此高振幅的短持续时间信号将出现在加速度计的X、Y和Z方向输出通道中的多于一者上。还可能的是，RNC系统中的两个加速度计将经历同时的岩石撞击，从而使得检测岩石撞击更容易。
图3A是表示根据本公开的一个或多个实施方案的RNC系统300的示意性框图。类似于RNC系统100，RNC系统300可包括分别与上文所论述元件108、110、112、118、120、122和124的操作一致的元件308、310、312、318、320、322和324。在一个或多个实施方案中，来自诸如主机单元(未示出)的音乐播放装置360的音乐信号M(n)可与有待放大并辐射到扬声器324的抗噪声信号Y(n)组合。图3A还以框的形式示出初级路径P(z)和次级路径S(z)，如关于图1所述。如图所示，RNC系统300还可包括沿着振动传感器308与可控滤波器318之间的路径设置的非平稳噪声控制器362。噪声控制器362可包括被编程为基于噪声信号X(n)来检测物体撞击振动传感器308的处理器和存储器(未示出)。这可包括通过分析来自噪声信号X(n)的帧的样本来计算参数。
响应于检测到物体撞击，噪声控制器362可生成经调整噪声信号X'(n)。因此，可控滤波器318可被配置为基于经调整噪声信号X'(n)和由LMS自适应滤波器控制器320控制的自适应传递特性W(z)来生成抗噪声信号Y(n)。经调整噪声信号X'(n)可以减小物体撞击对抗噪声的影响的方式修改有待由扬声器324作为抗噪声辐射的抗噪声信号Y(n)。如果未检测到物体撞击，则噪声控制器362可不调整噪声信号X(n)，使得噪声信号X(n)可传递到可控滤波器318。如将详细描述的，经调整噪声信号X'(n)可通过将噪声信号X(n)的包含指示物体撞击的参数的帧归零以提供帧的大致为零的输出来生成。作为替代方案，经调整噪声信号X'(n)可通过用来自噪声信号的先前帧替换噪声信号X(n)的包含指示物体撞击的参数的帧来生成。
噪声控制器362可以是用于检测非平稳信号(诸如由物体撞击诱发的那些)的专用控制器，或可与RNC系统中的另一控制器或处理器(诸如LMS控制器320)集成。可替代地，噪声控制器362可集成到车辆102内与RNC系统中的其他部件分开的另一控制器或处理器中。在替代实施方案中，如图3B所示，噪声控制器362’可沿着振动传感器308与可控滤波器318和次级路径滤波器322两者之间的路径设置，使得次级路径滤波器也接收经调整噪声信号X'(n)。
图4是描述用于减轻RNC系统中诸如岩石撞击的非平稳事件的影响的方法400的流程图。所公开方法的各种步骤可由噪声控制器362单独或与RNC系统的其他部件结合地执行。
在步骤410处，RNC系统300可从至少一个振动传感器308接收噪声信号X(n)。为此，可由噪声控制器362接收来自振动传感器308的输出通道的一组时间数据样本。所述组时间数据样本可形成一个数字信号处理(DSP)帧。在一个实施方案中，来自振动传感器的输出的128个时间样本可形成单个DSP帧。在替代实施方案中，更多或更少时间样本可构成单个帧。
在步骤420处，可执行对帧内的传感器数据的分析。在各种实施方案中，这种分析可包括计算、提取或以其他形式获得来自从噪声信号X(n)取样的每个传感器数据帧的一个或多个参数。在一个实例中，噪声控制器362可计算帧的快速傅里叶变换(FFT)以形成来自振动传感器308的所感测振动输入的频域表示。分析还可包括在一个或多个频率范围内或单个频率仓中评估FFT。例如，对振动传感器的岩石撞击是短持续时间脉冲，其在频域上是极宽带信号。因此，频域中的岩石撞击的加速度特征与稳态下道路的加速度特征大不相同。因此，获得并分析来自帧的参数(诸如一个或多个频率范围的水平)可实现对非平稳物体撞击事件的检测。在其他实例中，分析还可包括计算参数，诸如DSP帧内的总能量或者帧内所有时间样本的峰值或最高振幅。由于由岩石或其他物体撞击在振动传感器(诸如加速度计)上或附近产生的加速度信号的振幅具有远高于由横穿主流路面产生的加速度信号的振幅，因此分析这些参数还可实现检测。
步骤420还可包括存储当前帧的一个或多个参数或传感器数据以供在分析未来传感器数据帧时使用。在一个实施方案中，可存储来自就在当前帧之前的帧的一个或多个参数或传感器数据。在另一实施方案中，可对从多个先前传感器数据帧获得的参数执行统计分析(例如，以便确定阈值)。例如，可将从多个先前帧获得的参数的短期或长期平均值计算并存储为供步骤430中使用的其自身的参数，作为阈值或用于获得与当前帧的差以供与阈值进行比较。在这些实施方案中的某个中，可将预定增益裕量添加到从多个先前帧计算的平均值(或其他统计值)，以形成阈值。这可包括将20％、50％或100％的增益裕量添加到平均值或其他统计值。因此，来自多个先前帧的平均值可乘以增益因数(例如，120％、150％、200％等)，以获得阈值。在其他实施方案中，其他增益因数也是可能的。在另一实施方案中，阈值可使用来自RNC系统中的其他振动传感器的数据、使用前述阈值导出技术的任何组合来计算。另外，阈值可通过根据来自其他振动传感器的任何噪声信号或其任何组合分析当前传感器数据帧来导出。
在步骤430处，可将根据当前传感器数据帧计算出的参数与对应阈值直接进行比较。如果来自当前帧的参数超过阈值，则噪声控制器362可推断出已经检测到诸如发生物体撞击的非平稳事件。如果来自当前帧的参数不超过阈值，则噪声控制器362可推断出尚未发生物体撞击。例如，噪声控制器362可计算当前帧中的能量或当前帧的峰值振幅，并且将能量值或峰值振幅与对应阈值进行比较以确定是否已经发生物体撞击。
可替代地，根据传感器数据的当前帧计算出的参数可与来自从相同的噪声信号、来自其他振动传感器的一个或多个噪声信号或其任何组合获得的传感器数据的一个或多个先前帧的相同参数的统计值(例如，平均值)进行比较，如先前所述。然后可将当前帧的参数与统计值之前的差与阈值进行比较。如果差超过阈值，则噪声控制器362可推断出已经检测到物体撞击。如果差不超过阈值，则噪声控制器362可推断出尚未发生物体撞击。例如，在一个实施方案中，噪声控制器362可计算当前帧中的能量并将其与先前帧中的能量进行比较，注意，超过预定阈值的任何差可指示物体撞击。在另一实施方案中，从振动传感器输出的噪声信号的当前帧的FFT可被计算并与先前帧的FFT进行比较，注意一个或多个FFT仓的水平的变化超过预定阈值也可指示非平稳信号，诸如岩石撞击。
在一个或多个实施方案中，阈值可以是预定静态阈值集并且在对RNC系统及其对应算法的调谐期间由经训练工程师进行编程。在替代实施方案中，阈值可以是从对一个或多个先前帧中获得的参数的统计分析计算出的动态阈值，如上文关于步骤420所论述。例如，阈值可以是从多个先前帧获取的参数的短期或长期平均值。此外，如先前所论述，平均值可通过增益因数来增大，以确立动态阈值。在另一实施方案中，阈值可只是来自先前时间数据帧的参数的值，所述值也可乘以增益因数。
噪声控制器362还可结合步骤430处的振幅阈值转换的前述变体而应用时间阈值转换。例如，诸如岩石撞击的一些非平稳事件包括具有1ms至2ms的持续时间的高振幅输出信号。因此，时间阈值转换还可辅助对诸如岩石撞击的非平稳事件的检测。例如，当当前帧中的样本的振幅超过振幅阈值小于预定时间阈值时，可检测到岩石撞击。如果当前帧中的样本的振幅超过振幅阈值超过预定阈值，则可检测到诸如车辆在地面深穴上行驶的非平稳事件。
参考步骤440，当检测到诸如发生物体撞击的非平稳事件时，方法可前进到步骤450，其中可将减轻措施应用于噪声信号，以使生成抗噪声时当前帧的影响最小化。然而，当未检测到物体撞击的发生时，方法可跳过任何减轻措施，并返回到步骤410，使得过程可以新传感器数据帧重复。
在步骤450处，可将减轻应用于传感器数据帧。一种减轻技术可以是简单地将RNC停用或静音达当前DSP帧的持续时间，从而导致缺乏通向RNC系统300中的一些或所有扬声器324的抗噪声输出信号Y(n)。在某些实施方案中，可能的是，将具有用于特定噪声信号X(n)的中至高振幅可控滤波器318的某些扬声器静音。
由于RNC系统通常具有多个前馈振动传感器，因此更简单ANC系统不可用的响应选项，诸如耳机中采用的那些。例如，如果包含物体撞击或其他非平稳事件简单地归零，则没有与此脉冲事件相关的抗噪声将将辐射到乘客车厢中。同样，如果这是ANC耳机，完全没有抗噪声将在所述帧期间存在。这可导致非期望印象，即ANC暂时关闭(在所述帧的持续时间期间)，然后在所述帧之后恢复。在DSP帧的开始或结束处的突然不连续性也可产生来自扬声器的非期望嘀哒声的印象。DSP领域技术人员已知的时间平滑化的方法可应用于当前数据帧的开始和结束处的样本来防止这种情况。可替代地，刚好在当前DSP帧之前或之后对样本值进行平滑化或改变来防止可听嘀哒声。可能的是，将当前数据帧用接近零振幅的信号替换，以减少帧的开始和/或结束处的可听嘀哒声。在一个实施方案中，当前帧中的数据可由包含一个或多个先前帧的平均值的样本替换，这也消除或减少可听嘀哒声。
如果来自一个振动传感器的前馈噪声信号X(n)的当前帧被归零，则RNC系统300可能不展现这种相同的非期望行为。这是因为从每个扬声器324辐射的抗噪声由来自多个振动传感器输出的信号构成。例如，在采用6个双轴加速度计或4个三轴加速度计的RNC系统中，将存在12个加速度计输出X(n)信号。在6个双轴加速度计的情况下，将包含指示物体撞击的参数的当前帧归零将导致创建从特定扬声器辐射的总抗噪声时使用的加速度计信号从12减少到10。因此，与帧的持续施加期间扬声器或所有扬声器的抗噪声的完全静音相比，这可导致抗噪声振幅降低1.5dB(即，10/12)。
在某些实施方案中，更复杂的减轻解决方案也是可能的，其中仅在物体撞击或非平稳事件的持续时间期间，将加速度信号归零。这可缩短减少的抗噪声的持续施加，这继而还可掩盖岩石撞击或非平稳事件。其他减轻技术也是可能的，诸如重复来自振动传感器的输出噪声信号的最后帧，而不是将其归零。在各种实施方案中，任何前述减轻技术或技术组合可伴随着当前帧的全部或一部分期间的降低的播放水平。这可通过减小任何W(z)滤波器振幅或其组合或者通过降低一个或多个X'(n)或Y(n)的水平的另外的衰减框(未示出)来实现。
因此，响应于检测到非平稳事件(诸如发生物体撞击)，基于根据噪声信号X(n)的帧的样本计算出的参数，可修改所得抗噪声信号Y(n)以减小物体撞击的发生对有待在车辆的车厢中辐射的抗噪声的影响。如上文所论述，抗噪声信号可以各种方式进行修改，包括将RNC系统停用或静音达事件或DSP帧的持续时间。可替代地，抗噪声信号Y(n)可通过生成经调整噪声信号X'(n)，例如，通过将噪声信号X(n)的包含指示物体撞击的参数的帧归零以提供帧的大致为零的输出或者通过用来自噪声信号的先前帧替换噪声信号X(n)的帧来修改。
在前述说明书中，已经参考特定示例性实施方案描述本发明主题。然而，在不脱离如权利要求中所陈述的本发明主题的范围的情况下，可做出各种修改和改变。本说明书和附图是说明性的，而不是限制性的，并且修改意图包括在本发明主题的范围内。因此，本发明主题的范围应由所附权利要求及其法定等效物确定，而不是仅由所述实例确定。
例如，任何方法或方法权利要求中所列举的步骤可按任何次序执行，并且不限于权利要中所呈现的特定次序。方程可通过滤波器来实现，以使信号噪声的影响最小化。另外，任何设备权利要求中所列举的部件和/或元件可按多种排列组装或以其他方式操作地配置，并且因此不限于权利要求中所列举的特定配置。
本领域普通技术人员应理解，功能上等效的处理步骤可以时域或频域进行。因此，虽然未针对附图中的每个信号处理框进行明确陈述，信号处理可以时域、频域或其组合发生。此外，虽然典型地就数字信号处理而言对各种处理步骤进行解释，但在不脱离本公开的范围的情况下，等效步骤可使用模拟信号处理来执行。
上文已经关于特定实施方案描述益处、其他优点和问题解决方案。然而，任何益处、优点、问题解决方案或可致使任何特定益处、优点或问题解决方案出现或变得更为显著的任何要素，都不应被理解为是任何或所有权利要求的关键、必需或必要特征或部分。
术语“包括(comprise)”、“包括(comprises)”、“包括(comprising)”、“具有(having)”、“包括(including)”、“包括(includes)”或其任何变型意图引用非排他性的包括，使得包括一系列要素的过程、方法、物品、组合物或设备不仅包括所列举的那些要素，而且还可包括未明确列出或这种过程、方法、物品、组合物或设备所固有的其他要素。在不脱离本发明主题的一般原理的情况下，除未具体列举的那些之外，用于实践本发明主题的上述结构、布置、应用、比例、元件、材料或部件的其他组合和/或修改可根据特定环境、制造规范、设计参数或其他操作要求来改变或以其他方式特别地适配。

Claims (20)

1.一种用于减轻道路噪声消除(RNC)系统中的非平稳事件的影响的方法，所述方法包括：
从传感器接收噪声信号；
部分地基于所述噪声信号生成抗噪声信号，所述抗噪声信号将由扬声器作为抗噪声在车辆的车厢内辐射；
基于根据所述噪声信号的帧的样本计算出的参数来检测对所述传感器的物体撞击的发生；以及
修改所述抗噪声信号以减小所述物体撞击的发生对所述抗噪声的影响。
2.如权利要求1所述的方法，其中根据所述噪声信号的所述帧的样本计算出的所述参数是所述帧的峰值振幅、所述帧的平均振幅和所述帧的能量值中的一者。
3.如权利要求1所述的方法，其中检测对所述传感器的物体撞击的发生包括：
将所述噪声信号的当前帧的参数与阈值进行比较；以及
当所述参数超过所述阈值时，检测对所述传感器的所述物体撞击的发生。
4.如权利要求3所述的方法，其中将所述噪声信号的当前帧的所述参数与阈值进行比较包括：
将所述当前帧变换到频域；
计算所述当前帧中的一个或多个频率范围的水平；以及
将所述水平与所述阈值进行比较。
5.如权利要求3所述的方法，其中所述阈值是被编程用于所述RNC系统的预定静态阈值。
6.如权利要求3所述的方法，其中所述阈值是根据对根据所述噪声信号的一个或多个先前帧中的样本计算出的参数的统计分析而计算出的动态阈值。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述阈值是从多个先前帧获取的所述参数的平均值乘以增益因数。
8.如权利要求1所述的方法，其中检测对所述传感器的物体撞击的发生包括：
将来自当前帧的参数与来自一个或多个先前帧的相同参数的平均值进行比较；以及
当来自所述当前帧的所述参数与来自所述一个或多个先前帧的所述平均值之间的差超过阈值时，检测对所述传感器的所述物体撞击的发生。
9.如权利要求1所述的方法，其中修改将由扬声器作为抗噪声来辐射的抗噪声信号包括：停用所述RNC系统，使得在所述帧的持续时间内不生成抗噪声信号。
10.如权利要求1所述的方法，其中修改将由扬声器作为抗噪声来辐射的抗噪声信号包括：将所述噪声信号的包含指示所述物体撞击的所述参数的所述帧归零，以生成所述帧的至少一部分的大致为零的经调整噪声信号。
11.如权利要求1所述的方法，其中修改将由扬声器作为抗噪声来辐射的抗噪声信号包括：用来自所述噪声信号的先前帧替换所述噪声信号的包含指示所述物体撞击的所述参数的所述帧。
12.一种道路噪声消除(RNC)系统，其包括：
传感器，所述传感器用于响应于声学输入或振动输入中的一者而生成噪声信号；以及
噪声控制器，所述噪声控制器包括处理器和存储器，所述处理器和存储器被编程为：
基于根据所述噪声信号的当前帧的样本计算出的参数来检测物体撞击所述传感器的发生；并且
响应于检测到物体撞击所述传感器的所述发生而生成经调整噪声信号。
13.如权利要求12所述的RNC系统，其还包括：
可控滤波器，所述可控滤波器被配置为基于所述经调整噪声信号和自适应传递特性来生成抗噪声信号；
自适应滤波器控制器，其包括处理器和存储器，所述自适应滤波器控制器被配置为基于经滤波噪声信号和从位于车辆的车厢中的传声器接收的误差信号来控制所述可控滤波器的所述自适应传递特性；以及
扩音器，所述扩音器适于响应于接收到所述抗噪声信号而在所述车辆的所述车厢内辐射抗噪声。
14.如权利要求12所述的RNC系统，其中经调整噪声信号通过以下中的一者来生成：将所述噪声信号的包含指示所述物体撞击的所述参数的所述当前帧归零或用来自所述噪声信号的先前帧来替换所述噪声信号的包含指示所述物体撞击的所述参数的所述当前帧。
15.一种体现在被编程用于道路噪声消除(RNC)的非暂时性计算机可读介质中的计算机程序产品，所述计算机程序产品包括用于以下的指令：
分析从至少一个传感器接收的噪声信号；
基于根据至少一个噪声信号的帧的样本计算出的参数来检测对所述至少一个传感器的物体撞击的发生；并且
响应于检测到所述物体撞击的所述发生而修改有待由扬声器作为抗噪声在车辆的车厢内辐射的抗噪声信号，所述抗噪声信号部分地基于所述至少一个噪声信号。
16.如权利要求15所述的计算机程序产品，其中用于检测对所述至少一个传感器的物体撞击的发生的所述指令包括：
将所述噪声信号的当前帧的参数与阈值进行比较；并且
当所述参数超过所述阈值时，检测对所述传感器的所述物体撞击的发生。
17.如权利要求15所述的计算机程序产品，其中用于检测对所述至少一个传感器的物体撞击的发生的所述指令包括：
将来自当前帧的参数与来自一个或多个先前帧的相同参数的平均值进行比较；并且
当来自所述当前帧的所述参数与来自所述一个或多个先前帧的所述平均值之间的差超过阈值时，检测对所述至少一个传感器的所述物体撞击的发生。
18.如权利要求15所述的计算机程序产品，其中用于修改抗噪声信号的所述指令包括：停用所述RNC系统，使得在所述帧的持续时间内不生成抗噪声信号。
19.如权利要求15所述的计算机程序产品，其中用于修改抗噪声信号的所述指令包括：将所述噪声信号的包含指示所述物体撞击的所述参数的所述帧归零，以生成所述帧的大致为零的经调整噪声信号。
20.如权利要求15所述的计算机程序产品，其中用于修改抗噪声信号的所述指令包括：用来自所述噪声信号的先前帧替换所述噪声信号的包含指示所述物体撞击的所述参数的所述帧。
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