CN111354331B - 降低道路噪声消除系统中传感器本底噪声的可听性 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种道路噪声消除(RNC)系统可包括用于降低由所述系统的振动传感器造成的本底噪声的可听性的控制器和衰减器。可估计乘客车厢中的位置处可归因于所述传感器本底噪声的抗噪声的水平。可测量或估计所述乘客车厢中的实际声音水平，其中所述传感器本底噪声分量在算法上被去除。可将水平差与预定阈值进行比较，以确定将应用于抗噪声信号来降低可听性的衰减量，如果存在的话。

Description

降低道路噪声消除系统中传感器本底噪声的可听性

技术领域

本公开涉及道路噪声消除，并且更具体地，涉及降低道路噪声消除系统中传感器本底噪声的可听性。

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误差传声器的信号两者来连续地调整W滤波器。车辆中的RNC系统易受来自振动传感器或传声器的不期望地增加乘客车厢内的总噪声的本底噪声的影响。本底噪声是信号中的背景噪声的水平，或由系统引入的噪声水平，所捕获的信号低于所述水平时无法与噪声分离。例如，振动传感器(诸如加速度计)的本底噪声是其在未经受任何输入振动的情况下所具有的输出信号。理想的加速度计在经受零道路输入振动时将具有零振幅的输出信号。在此情况下，真实加速度计输出信号将不是零，但将具有极小的振幅。由于大部分RNC系统是前馈系统，因此来自振动传感器和/或传声器的非零本底噪声信号由扬声器放大并作为空气传播的抗噪声辐射到乘客车厢中。在某些道路上某些速度下(例如，在平滑道路上低速下)，传感器本底噪声在具有低车厢内本底噪声的车辆内部可听，这使乘客烦恼。

发明内容

本公开的各种方面涉及降低道路噪声消除(RNC)系统中传感器本底噪声的可听性。在一个或多个说明性实施方案中，提供一种用于降低前馈RNC系统中传感器本底噪声的可听性的方法。所述方法可包括：估计传感器本底噪声抗噪声(SNFAN)水平，所述SNFAN水平表示车辆的乘客车厢中的位置处由于至少一个传感器的本底噪声所致的抗噪声的量；确定所述乘客车厢中的车厢内声音水平；以及基于所述车厢内声音水平与所述SNFAN水平的比较来调整将由至少一个扬声器辐射到所述乘客车厢中的抗噪声信号的衰减水平。

实现方式可包括以下特征中的一者或多者。所述SNFAN水平和所述车厢内声音水平可以是声压水平。可替代地，所述SNFAN水平和所述车厢内声音水平可以是在一个或多个频带中计算出的声音参数。估计所述SNFAN水平可包括：对于所述RNC系统中的至少一个扬声器，将所述至少一个传感器的所述本底噪声乘以与所述至少一个扬声器相关联的W滤波器系数；对所述本底噪声与所述W滤波器的乘积求和；以及将所述和乘以所述至少一个扬声器与所述乘客车厢中的所述位置之间的所估计次级路径S'(z)。所述车厢内声音水平可以是基于所述乘客车厢中的传声器对声压的直接测量。可替代地，所述车厢内声音水平可基于来自车厢内声音生成系统的输入来估计。

确定所述乘客车厢中的车厢内声音水平可包括：使用所述乘客车厢中的传声器来测量声压水平；以及去除所述声压水平的归因于由所述至少一个扬声器辐射的抗噪声的分量。调整抗噪声信号的衰减水平可包括：计算所述车厢内声音水平与所述SNFAN水平之间的差；以及基于所述差选择所述衰减水平。基于所述差选择所述衰减水平可包括：基于所述差从查找表选择所述衰减水平。当所述差超过预定阈值时，所述衰减水平可被设定为零。

本公开的一个或多个另外的实施方案涉及一种用于车辆的RNC系统。所述RNC系统可包括：至少一个传感器，所述至少一个传感器被配置为响应于输入而生成噪声信号，所述传感器具有本底噪声；以及控制器，所述控制器包括处理器和存储器。所述控制器可被编程为：估计传感器本底噪声抗噪声(SNFAN)水平，所述SNFAN水平表示所述车辆的乘客车厢中的位置处由于所述至少一个传感器的所述本底噪声所致的抗噪声的量；确定所述乘客车厢中的车厢内声音水平；以及基于所述车厢内声音水平与所述SNFAN水平的比较来设定衰减水平。所述RNC系统还可包括衰减器，所述衰减器被配置为从可控滤波器接收抗噪声信号并且生成将由至少一个扬声器基于所述衰减水平作为抗噪声辐射到所述乘客车厢中的经衰减抗噪声信号。

实现方式可包括以下特征中的一者或多者。所述SNFAN水平和所述车厢内声音水平可以是声压水平。可替代地，所述SNFAN水平和所述车厢内声音水平可以是在一个或多个频带中计算出的声音参数。被编程为估计所述SNFAN水平的所述控制器可包括被编程为进行以下的所述控制器：对于所述RNC系统中的所述至少一个扬声器，将所述至少一个传感器的所述本底噪声乘以与所述至少一个扬声器相关联的W滤波器系数；对所述本底噪声与W滤波器系数的乘积求和；并且将所述和乘以所述至少一个扬声器与所述乘客车厢中的所述位置之间的所估计次级路径S'(z)。所述本底噪声可从来自所述至少一个传感器的实际输出信号获得。可替代地，所述本底噪声可以是编程值。由所述控制器设定的所述衰减水平可以基于所述车厢内声音水平与所述SNFAN水平之间的差。

本公开的一个或多个另外的实施方案涉及一种体现在被编程用于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的指令：从至少一个传感器接收噪声信号；将所述噪声信号与指示所述至少一个传感器的传感器本底噪声的估计值的所存储本底噪声值进行比较；以及基于所述噪声信号与所述所存储本底噪声值的比较来调整将由至少一个扬声器辐射到所述乘客车厢中的抗噪声信号的衰减水平。

实现方式可包括以下特征中的一者或多者。用于将所述噪声信号与所存储本底噪声值进行比较的所述指令可包括：计算所述噪声信号与所述所存储本底噪声值之间的差；以及将所述差与预定阈值进行比较。用于调整抗噪声信号的衰减水平的所述指令可包括：当所述差不超过所述预定阈值时选择所述衰减水平，其中所述衰减水平基于所述差。

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3示出由安装在以各种速度行进在相对新的平滑路面上的车辆的副车架上的加速度计输出的时间数据频谱；

图4是表示根据本公开的一个或多个实施方案的包括控制器和衰减器的RNC系统的示意性框图；

图5是根据本公开的一个或多个实施方案的图4中的控制器的示例性框图；并且

图6是描绘根据本公开的一个或多个实施方案的用于降低RNC系统中的传感器本底噪声的可听性的方法的流程图。

具体实施方式

根据需要，本文中公开了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，本文公开的特定结构细节和功能细节不应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、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)、扬声器124(例如，4至8个)以及传声器112(例如，4至6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，加速度计是输出信号振幅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的自适应传递特性W(z)可由自适应滤波器控制器120控制，所述自适应滤波器控制器120可根据已知最小均方(LMS)算法基于由滤波器122通过模型化传递特性S'(z)进行滤波的误差信号e(n)和噪声信号X(n)来操作。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(SPL)处道路噪声诱发声压水平的降低。在某些实施方案中，RNC系统100可从乘客车厢内的其他声学传感器(诸如声学能量传感器、声学强度传感器或者声学粒子速度或加速度计传感器)接收传感器信号，以生成误差线号e(n)。

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任选的W滤波器、加速度计或传声器频谱或时间相依信号、以及发动机SPL对扭矩和RPM、以及一个或多个加速度计的本底噪声。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个误差传声器、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224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)]和来自扬声器224的L个扬声器信号[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滤波器输出相加，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个加速度计信号相加，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)。

如先前所述，车辆中的RNC系统可易受来自前馈振动传感器或传声器的不期望地增加乘客车厢内的总噪声的本底噪声的影响。这是因为最低传感器输出信号振幅不是零。振动传感器(诸如加速度计)的本底噪声是其在未经受任何输入振动的情况下所具有的输出信号的水平。理想的加速度计在未经受振动时将具有为零的输出信号振幅。在此情况下，真实加速度计输出信号将不是零，但将具有极小的振幅。此外，在真实RNC系统中，某些极小振幅道路振动并不具有足以产生相比加速度计本底噪声更高振幅信号的振幅。类似地，传声器本底噪声是当传声器未经受任何声压时输出的信号。

由于大部分RNC系统是前馈系统，因此任何噪声信号(包括本底噪声)由LMS适配的W滤波器进行滤波或均衡，以便当RNC活动时生成抗噪声信号。然后将抗噪声信号放大并直接发送到扬声器，在扬声器处其变为空气传播的抗噪声。当传感器本底噪声主导由传感器感测的其他输入时，停用RNC系统可防止传感器本底噪声被放大并在乘客车厢内变得可听。例如，当车辆静止时，停用RNC系统可防止传感器本底噪声在乘客车厢内生成可听噪声。即使在非零速度下，例如，当车辆以相对低的速度在平滑路面上行进时，传感器本底噪声仍可在乘客车厢内可听。相比之下，当车辆以相同的低速度在粗糙路面上行进时，传感器背景噪声可能不可听，因为道路诱发振动在所有频率下相比传感器本底噪声具有更高振幅。在这种粗糙道路上，更安静的车厢内体验可由活动的RNC系统提供。因此，仅基于车速阈值来激活RNC可能是在抑制经放大传感器本底噪声的同时提供最佳RNC体验的不恰当方式。

为了防止本底噪声作为可听噪声在乘客车厢内放大和辐射，可采用智能的道路诱发振动相依水平的RNC开启。根据一个或多个实施方案，可利用应用于单个加速度计输出信号的量值阈值，可能结合基于速度的阈值来利用。作为实例，在粗糙路面类型(即，具有相对高的加速度计输出信号振幅的那些)上，RNC可在5mph以下开启。在较平滑路面类型(即，具有相对低的加速度计输出信号振幅的那些)上，RNC可在10至20mph下开启。一些RNC算法以1.5kHz采样率运行，这意指抗混叠滤波器将频率范围限制到750Hz。此范围的上1.2倍频程(即，325Hz至750Hz)中的传感器本底噪声通常在车辆中是特别可听的。对不同加速度计的不同路面类型运算的具有不同采样率的不同RNC算法可具有其他频率范围，其中前馈传感器本底噪声在某些速度下在车辆内部中可听。

为了示出典型情况，图3示出由安装在以各种速度行进在相对新的平滑路面上的车辆的副车架上的加速度计输出的时间数据频谱300，在下文中称为频率响应。信号305描绘当车辆关闭时振动传感器的频率响应。信号310描绘当车辆怠速时的频率响应。信号315描绘当车辆在3mph下行进时的频率响应。信号320描绘当车辆在5mph下行进时的频率响应。信号325描绘当车辆在13mph下行进时的频率响应。最后，信号330描绘当车辆在18mph下行进时的频率响应。感兴趣的是，18mph下的加速度计输出信号330在300-600Hz倍频程(这是加速度计本底噪声在乘客车厢中最可听的频率范围)中仅超过如信号305所指示本底噪声大约6dB。比较而言，在典型道路上45mph下，道路诱发加速度计信号可超过加速度计背景噪声水平40dB或更多。注意，这些线并不始终彼此偏移，如在一些频率范围中，它们交叉。在一个实施方案中，可使用较长的时间平均来达成对频率响应的更准确的估计。

图4是表示根据本公开的一个或多个实施方案的RNC系统400的示意性框图。类似于RNC系统100，RNC系统400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408、410、412、418、420、422和424。图4还出于说明目的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400还可包括控制器438。控制器438可包括被编程为防止传感器本底噪声在乘客车厢中可听的处理器和存储器(未示出)，诸如处理器128和存储装置130。

由于前馈传感器的本底噪声不与道路诱发振动相关，因此从噪声信号的本底噪声分量生成的任何抗噪声将不产生噪声消除，它将在乘客车厢内产生另外的噪声。从振动传感器本底噪声生成的抗噪声可称为传感器本底噪声抗噪声(SNFAN)。SNFAN水平可通过将振动传感器本底噪声乘以W滤波器然后通过估计从抗噪声扬声器(例如，扬声器424)到乘客车厢中的位置的次级路径S(z)来估计。防止传感器本底噪声导致SNFAN的产生的一个实施方案是将传感器本底噪声的估计值存储在控制器438中。可在一个或多个频率范围或频率仓中将噪声信号X(n)与所存储本底噪声值进行比较。例如，可将噪声信号X(n)与所存储本底噪声值之间的差与预定阈值进行比较。如果差不超过预定阈值(即，噪声信号X(n)的量值相较于所存储噪声本底值不够大)，则可采用RNC禁用或衰减方法来防止乘客车厢中SNFAN的这种产生，或降低其播放水平。

根据另一实施方案，控制器438可被配置为计算由于振动或产生噪声信号X(n)的其他传感器408的本底噪声所致的抗噪声。在RNC系统400停用的情况下，可在一个或多个频带中将SNFAN水平与车辆中的位置处由设置在乘客车厢周围的传声器412中的一者或多者测量的实际SPL进行比较。如果SNFAN与车厢内SPL之间的水平差小于预定阈值，则RNC系统可保持禁用。可替代地，可使抗噪声信号衰减。为此，RNC系统400还可包括防止来自传感器408的本底噪声在乘客车厢中可听的衰减器440。衰减器440可在适当水平下将衰减应用于振动传感器输出与扬声器输出之间，以不允许经放大传感器本底噪声使车厢内SPL增加超过预定量。如图4所示，衰减器440可使来自可控滤波器418(即，W滤波器)的抗噪声信号Y(n)输出衰减以生成经衰减抗噪声信号Y'(n)。在一个实施方案中，由衰减器440应用的相同衰减量可由另一衰减器(未示出)在误差信号e(n)进入自适应滤波器控制器420之前应用于所述误差信号，以实现对W滤波器418的最佳且稳定的LMS适应。在RNC活动的情况下，抗噪声信号由误差传声器412检测并且可任选地从误差信号e(n)中去掉，如图4所示，以达成对车厢内声压水平(IC SPL)的准确估计。

在替代实施方案中，可移动使抗噪声信号Y(n)衰减的衰减器440以使噪声信号X(n)衰减，或直接使滤波器系数W(z)衰减。这些信号或滤波器中任一者减小2dB对车辆中生成的抗噪声具有相同的净效应，即，2dB SPL的减小。

虽然这种衰减可防止传感器408的本底噪声在乘客车厢中可听，但它也将减少发送到扬声器424的抗噪声信号。这继而可减小一些频率范围中的道路噪声消除效应。在一个实施方案中，衰减可被选择为通过在频率范围中将SNFAN添加1.0dB来限制噪声增益。可应用多频带处理，使得SPL中由于SNFAN所致的这种增加可限制在一个或多个频带中。因此，每个频带可具有其自身的预定可听性阈值。如果使用多频带处理，则可将来自任何频带的最高量值衰减用作衰减器440中所有频带的单个衰减值。在替代实施方案中，在2个或更多个频带中的每一个中可应用不同的衰减量。然而，这种另外的滤波可增加时延或改变抗噪声相位，并且因此还可降低RNC效应。例如，可将300-600Hz倍频程中的频谱水平与背景噪声水平进行比较，并且可应用衰减，使得SPL由于存在从传感器本底噪声生成的抗噪声而在此频带中仅增加0.4dB。

相对于使用0mph的车速阈值，以前述方式将衰减应用于抗噪声信号y(n)可有效地延迟RNC系统400或其对应RNC算法的开启。类似地，将这种衰减应用于使车辆减速(即，当车厢内SPL与SNFAN水平之间的差超过阈值时)可有效地停用RNC。这是因为使输出抗噪声信号衰减可减少RNC的量。连续地增加衰减器440中的衰减水平可最终将RNC效应降低到无消除的程度，这具有停用RNC的可听效应。在替代实施方案中，随着接近并通过预定阈值，RNC可使用降低的衰减量缓慢地“开启”。这可提供迟滞并防止RNC系统的非期望且突然的开启-关闭-开启切换。最终结果可以是在速度的小增加范围中，车厢内SPL可在振幅上增长，使得车厢内SPL与SNFAN水平之间的差接近或增大到超过预定阈值，从而在应用W滤波器之后造成衰减的逐渐减小。作为实例，当车辆从13mph加速到20mph，车厢内SPL可在振幅上增加，使得应用于抗噪声信号的衰减量从5dB(即，某个衰减量)减小到0dB(即，无衰减)。这可具有由于车辆加速度或车速的增加RNC随着接近预定阈值逐渐地开启的感知效果。它还可具有由于车辆减速随着从另一方向接近预定阈值RNC逐渐地关闭的感知效果。

在第一实施方案中，控制器438可通过将传感器408的实际输出信号乘以W滤波器复系数(即，可控滤波器418的系数)来估计SNFAN水平(例如，SNFAN SPL)。如图2中的框图所示，此过程的结果可进行相加，并且和可乘以所估计次级路径S'(z)，以预测乘客车厢中的位置处的SPL。所述位置可以是任何位置，诸如传声器412的位置、乘客耳朵的位置、或乘客头部附近。控制器438可将SNFAN SPL与车厢内SPL进行比较。在一个实施方案中，车厢内SPL可以是由与所估计SNFAN SPL相同位置处的传声器412感测的实际SPL。替代实施方案可利用替代位置处的车厢内传声器的SPL。当RNC停用时，车厢内传声器412将不感测任何声学抗噪声，因为RNC系统400未在生成抗噪声。

当RNC激活时，车厢内传声器输出信号的一部分(即，误差信号e(n))将可归因于空气传播的抗噪声。在一个或多个实施方案中，可去除传声器误差信号的归因于空气传播的抗噪声的此部分，以形成对归因于其他来源(例如，道路噪声、发动机噪声、HVAC噪声、音乐等)的车厢内噪声水平的更佳估计。如图所示，当RNC激活时，可任选地去除由于空气传播抗噪声所致的传声器误差信号e(n)的分量以生成车厢内SPL(IC SPL)值。这产生未受SNFANSPL或其他抗噪声SPL的存在影响的SPL的估计值，从而允许由控制器438对两个值进行更贴切的比较。具体地，如图4所示，经衰减抗噪声信号Y'(n)可在从传声器误差信号e(n)去掉之前乘以所估计次级路径S'(z)，以生成未收空气传播抗噪声影响的车厢内SPL(其可包括SNFAN)的估计值。

图5是根据本公开的一个或多个实施方案的控制器438的示例性框图，其示出各种可能输入和输出。例如，控制器438可包括SNFAN水平估计器550、车厢内声音水平测量器或估计器552、以及用于将SNFAN水平与车厢内声音水平进行比较以确定将由衰减器440应用于抗噪声信号Y(n)的衰减水平的比较器554，如下文将关于图6更详细地描述。

图6是描绘用于防止传感器本底噪声在具有RNC系统的车辆的乘客车厢中可听的方法600的方法的流程图。所公开方法的各种步骤可由控制器438单独或与RNC系统400的其他部件结合地执行。在步骤610处，RNC系统400可接收传感器信号，诸如来自至少一个传感器408的噪声信号X(n)和/或来自至少一个传声器412的误差信号e(n)。例如，可接收来自传感器408和传声器412的输出通道的时间数据样本群组。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，来自传感器(即，传感器408或传声器412)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620处，控制器438可使用例如SNFAN水平估计器550来估计SNFAN的水平。如先前所述，SNFAN水平可以是由乘客车厢中的位置处的传感器本底噪声抗噪声造成的SPL的估计值。SNFAN SPL可通过将传感器本底噪声乘以W滤波器系数418，对乘积求和(如图2中的框图所示)，然后将和乘以所估计次级路径S'(z)来估计。不是单个SNFAN SPL，控制器438可在车辆内的不同位置处计算若干频率相依SNFAN水平。此外，使用例如W滤波器系数的替代值来计算SNFAN水平的估计值的各种替代方法是可能的。在一个实施方案中，由控制器438用于计算SNFAN SPL的W滤波器系数可以是用于在开启RNC系统400时初始化RNC性能的存储值。在另一实施方案中，W滤波器系数可以是在RNC系统400的前一操作期间适应的W滤波器值。在另一实施方案中，W滤波器系数可以是可控滤波器418中由LMS自适应滤波器控制器420主动地更新和适应的过程中的当前值。此外，用于计算SNFAN水平的W滤波器系数可选自与特定道路类型相关联的如可由调谐系统的工程师确定的所存储W滤波器值。在另一实施方案中，W滤波器系数可以是已知最坏情况下的最高量值的W滤波器值。因此，此类W滤波器值可反映在误差传声器处产生最大可实现SNFAN SPL的W滤波器值。在其他实施方案中，W滤波器系数可以是W滤波器的平均值或具有预定相加乘法复增益因数的W滤波器的平均值。

除可用于W滤波器系数的各种值之外，用于计算SNFAN水平的估计值的传感器本底噪声可使用各种替代方法来提供。在一个实施方案中，传感器本底噪声可从来自传感器408的实际输出信号来获得。例如，一个或多个传感器408的本底噪声可由RNC系统400在预定时间处自动地测量。这种预定时间可包括当RNC系统400开启时、当已知车辆缺乏加速诱导的乘员和事件时、或刚好在车辆的发电机的激活之前。在替代实施方案中，传感器408中的一个或多个的本底噪声可被编程到RNC系统400中。

在步骤630处，控制器438可确定随后与SNFAN水平进行比较的车厢内声音水平。车厢内声音水平可指示车辆中传声器412中的一个或多个处的实际声音。在一个或多个实施方案中，车厢内声音水平可以是可与SNFAN SPL进行比较的车厢内SPL。可替代地，控制器438可确定乘客车厢内各种位置处的多个频率相依车厢内声音水平。可采用若干方法来确定车厢内声音水平。一种这样的方法包括在与所计算的SNFAN SPL相同的位置处的传声器418处直接测量车厢内SPL。替代实施方案可利用替代位置处的车厢内传声器。用于确定车厢内SPL的各种其他方法可包括预测或估计车厢内SPL，从而消除使用传声器对其进行直接测量的需要。例如，控制器438可被配置为访问存储器中所存储的典型SPL值对车速的查找表。控制器438可从网络总线(诸如控制器局域网(CAN)总线)接收指示车速的SPEED信号。车速对车厢内SPL的查找表可由工程师在RNC算法的调谐期间编程。此外，查找表值可以是频率相依的。

在另一实施方案中，控制器438可从其他车厢内声音生成系统(诸如音乐系统、HVAC系统)接收输入(车窗状态以及指示发电机噪声的发电机扭矩和或加速踏板位置)。控制器438可接收指示这些车厢内声音生成系统中的一者或多者的信号，以使用例如车厢内估计器552来产生车厢内SPL的估计值。在一个实施方案中，控制器438可接收表示车辆中的一个或多个车窗的当前设置或状态(例如，部分打开、完全打开、或关闭)的WINDOW信号。控制器438还可接收指示HVAC系统的当前设置(例如，除霜可/关、和空调风速等)的HVAC信号。控制器438还可接收指示车辆车厢中正在播放的音乐或在一些实施方案中的音量和风格、均衡、淡出等的AUDIO信号。例如，音乐风格设置可设定音乐的平均水平和波峰因数、四通道音量设置、和/或平衡和淡出设置。在一个或多个实施方案中，AUDIO信号可进行单个或分割频带分析，以确定其在每个频带中的有效信号振幅或能量，并且可将音量旋钮设置用作另外的引导信号。控制器438还可接收表示指示发电机噪声水平的加速踏板位置或发电机扭矩输出的TORQUE信号。这些信号(WINDOW、HVAC、AUDIO、TORQUE)可从CAN总线(未示出)获得。如上所述，对应于任选地去除空气传播的抗噪声分量的传声器误差信号e(n)的MIC信号还可由控制器438接收。使用这些信号(MIC、WINDOW、HVAC、AUDIO、TORQUE、SPEED)中的一者或多者，控制器438可估计车厢内声音水平。

一旦估计、测量或以其他方式确定SNFAN水平和车厢内声音水平，就可在步骤640处对它们进行处理和比较。例如，可将SNFAN水平与车厢内水平进行比较。所述比较可包括计算车厢内声音水平与SNFAN水平之间的差。控制器438可使用如图5所示的比较器554来执行此步骤。当在步骤640中计算并比较频率相依水平时，比较过程可在一个或多个频带或范围中发生。在步骤650处，可将车厢内声音水平与SNFAN水平之间的一个或多个所计算差与预定阈值进行比较。如果水平差不超过预定阈值，则在没有某个缓解措施的情况下，传感器本底噪声在乘客车厢中可听。至少，当水平差不超过预定阈值时，可关闭RNC系统400。可替代地，可使用所计算差来计算将由衰减器440应用于抗噪声信号Y(n)的衰减水平，如步骤660处提供的。衰减水平可基于SNFAN水平与车厢内声音水平之间的差的量值而变化。在某些情况下，将应用于抗噪声信号Y(n)的衰减量可具有与关闭RNC相同的效果。随着差增大，衰减水平可降低。衰减水平可基于车厢内声音水平与SNFAN水平之间的所计算差使用衰减值的查找表来确定。注意，在具有多个扬声器的RNC系统中，存在多个抗噪声信号Y(n)。在各种实施方案中，可将相同或不同的衰减水平应用于这些多个抗噪声信号Y(n)中的每一个，以降低SNFAN的可听性。

在一个实施方案中，衰减水平可被计算为使由扬声器424生成的抗噪声的添加仅使车厢内SPL增大0.5dB。如声学领域技术人员理解的，当添加不相关信号时，相同振幅的两个信号的添加导致SPL增大3dB，因为不相关信号的信号能量增加。还已知的是，相差9dB的不相关信号的添加使SPL增加0.5dB。因此，例如，66dB的SNFAN SPL在添加到75dB的车中SPL时产生75.5dB的水平。同样，在由于SNFAN造成的电平增加1dB是目标的一个实施方案中，69dB的SNFAN SPL在添加到75dB的车厢内声音水平时产生76dB的水平。注意，可接受噪声升高的其他阈值也是可能的。心理声学中熟知的是，噪声水平增加的可检测性取决于水平变化以及信号带宽和信号特征两者。

如果车厢内声音水平与SNFAN水平之间的一个或多个所计算差超过预定阈值，则由控制器438设定的衰减水平可以是0dB，如步骤670处所提供。这具有不将衰减应用于抗噪声信号Y(n)的效果。当车厢内声音水平足够大于SNFAN水平时，可能不需要衰减，因为传感器本底噪声将不可听。

如果计算衰减水平的前述过程是针对传入振动传感器数据的每个DSP帧进行的，则由于由衰减器440进行的衰减水平的量值的迅速变化而使RNC系统可能看起来频繁地激活和停用。为防止这种情况发生，可将平滑化或平均化应用于振动传感器和传声器数据的分析，或应用于计算出的衰减因数。此外，产生快速增大或缓慢减小衰减系数的平均化技术可用于进一步降低传感器本底噪声的可听性。另外，控制器438可利用两个不同的预定阈值来提供迟滞并防止RNC系统的频繁开/关切换。可将车厢内声音水平与SNFAN水平之间的差与第一阈值进行比较，以用于确定何时开启RNC系统，并且与第二阈值进行比较以用于确定何时关闭RNC系统。

为了降低传感器本底噪声的可听性，相对于采用基于非零速度激活的系统，RNC系统可有效地延迟车辆加速时的开启。类似地，相对于仅在车速为零时关闭的系统，本公开的RNC系统可在车辆减速时更快地停用。

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)

1.一种用于降低前馈道路噪声消除系统中传感器本底噪声的可听性的方法，所述方法包括：

估计传感器本底噪声抗噪声水平，所述传感器本底噪声抗噪声水平表示车辆的乘客车厢中的位置处由于至少一个传感器的本底噪声所致的抗噪声的量；

确定所述乘客车厢中的车厢内声音水平；以及

基于所述车厢内声音水平与所述传感器本底噪声抗噪声水平的比较来调整将由至少一个扬声器辐射到所述乘客车厢中的抗噪声信号的衰减水平。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述传感器本底噪声抗噪声水平和所述车厢内声音水平是声压水平。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述传感器本底噪声抗噪声水平和所述车厢内声音水平是在一个或多个频带中计算出的声音参数。

4.如权利要求1所述的方法，其中估计所述传感器本底噪声抗噪声水平包括：

对于所述前馈道路噪声消除系统中的至少一个扬声器，将所述至少一个传感器的所述本底噪声乘以与所述至少一个扬声器相关联的W滤波器系数；

对所述本底噪声与所述W滤波器系数的乘积求和；以及

将所述和乘以所述至少一个扬声器与所述乘客车厢中的所述位置之间的估计次级路径。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述车厢内声音水平是基于所述乘客车厢中的传声器对声压的直接测量。

6.如权利要求1所述的方法，其中基于来自车厢内声音生成系统的输入来估计所述车厢内声音水平。

7.如权利要求1所述的方法，其中确定所述乘客车厢中的车厢内声音水平包括：

使用所述乘客车厢中的传声器来测量声压水平；以及

去除所述声压水平的归因于由所述至少一个扬声器辐射的抗噪声的分量。

8.如权利要求1所述的方法，其中调整抗噪声信号的衰减水平包括：

计算所述车厢内声音水平与所述传感器本底噪声抗噪声水平之间的差；以及

基于所述差选择所述衰减水平。

9.如权利要求8所述的方法，其中基于所述差选择所述衰减水平包括：基于所述差从查找表选择所述衰减水平。

10.如权利要求8所述的方法，其中当所述差超过预定阈值时，所述衰减水平被设置为零。

11.一种用于车辆的道路噪声消除系统，其包括：

至少一个传感器，所述至少一个传感器被配置为响应于输入而生成噪声信号，所述传感器具有本底噪声；

控制器，所述控制器包括处理器和存储器，所述控制器被编程以：

估计传感器本底噪声抗噪声水平，所述传感器本底噪声抗噪声水平表示所述车辆的乘客车厢中的位置处由于所述至少一个传感器的所述本底噪声所致的抗噪声的量；

确定所述乘客车厢中的车厢内声音水平；并且

基于所述车厢内声音水平与所述传感器本底噪声抗噪声水平的比较来设定衰减水平；以及

衰减器，所述衰减器被配置为从可控滤波器接收抗噪声信号并且生成将由至少一个扬声器基于所述衰减水平作为抗噪声辐射到所述乘客车厢中的经衰减抗噪声信号。

12.如权利要求11所述的道路噪声消除系统，其中所述传感器本底噪声抗噪声水平和所述车厢内声音水平是声压水平。

13.如权利要求11所述的道路噪声消除系统，其中所述传感器本底噪声抗噪声水平和所述车厢内声音水平是在一个或多个频带中计算出的声音参数。

14.如权利要求11所述的道路噪声消除系统，其中所述控制器被编程为估计所述传感器本底噪声抗噪声水平包括所述控制器被编程为执行以下：

对于所述道路噪声消除系统中的至少一个扬声器，将所述至少一个传感器的所述本底噪声乘以与所述至少一个扬声器相关联的W滤波器系数；

对所述本底噪声与W滤波器系数的乘积求和；并且

将所述和乘以所述至少一个扬声器与所述乘客车厢中的位置之间的所估计次级路径。

15.如权利要求11所述的道路噪声消除系统，其中所述本底噪声从来自所述至少一个传感器的实际输出信号获得。

16.如权利要求11所述的道路噪声消除系统，其中所述本底噪声是编程值。

17.如权利要求11所述的道路噪声消除系统，其中由所述控制器设定的所述衰减水平基于所述车厢内声音水平与所述传感器本底噪声抗噪声水平之间的差。

18.一种体现在被编程用于道路噪声消除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以下的指令，以：

从至少一个传感器接收噪声信号；

将所述噪声信号与指示所述至少一个传感器的传感器本底噪声的估计值的所存储的本底噪声值进行比较；并且

基于所述噪声信号与所述所存储的本底噪声值的比较来调整将由至少一个扬声器辐射到乘客车厢中的抗噪声信号的衰减水平。

19.如权利要求18所述的计算机程序产品，其中用于将所述噪声信号与所存储的本底噪声值进行比较的指令包括：

计算所述噪声信号与所述所存储的本底噪声值之间的差；以及

将所述差与预定阈值进行比较。

20.如权利要求19所述的计算机程序产品，其中用于调整抗噪声信号的所述衰减水平的所述指令包括：

当所述差不超过所述预定阈值时选择所述衰减水平，其中所述衰减水平基于所述差。