CN112061046A - 一种模拟燃油车噪声分解及合成系统 - Google Patents

一种模拟燃油车噪声分解及合成系统 Download PDF

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Abstract

本发明具体涉及一种模拟燃油车噪声分解及合成系统，包括噪声分解系统和噪声合成系统，以及两者之间衔接的噪声存储模块；所述噪声分解系统包括噪声采集模块、数据分析模块以及CAN通信模块，CAN通信模块上连接车身CAN总线；所述噪声合成系统包括实时监测整车工作状态的整车传感器、接收整车工作状态信号的整车控制器、整车控制器信号连接的噪声控制器，以及噪声控制器连接的噪声播放器。本系统借用各品牌系列的传统手动档汽油车车身，方便快捷地采集车身内噪音，然后进行提取、分析和存储，然后根据学院实际操作的动作进行解析，对应模拟出燃油汽车的噪声，从而需要精确地噪声模拟。

Description

一种模拟燃油车噪声分解及合成系统
技术领域
本发明属于电动汽车领域，具体涉及电动教练车挡位检测设备的改进。
背景技术
现有的市面上，电动教练用汽车并没有得到普及，主要原因在于，燃油教练车和电动教练车的体感和声感具有较大的区别，现有汽车噪声模拟系统主要一般是由相应控制器控制扬声器直接播放固定的噪声；噪声的声学信息(声强、声色、频率)不会发生变化。现有的电动教练车不能模拟燃油教练车的噪声，不能够帮助学车的学员提高学员的在燃油车和电动车的操作上的统一性。
现有的电动汽车噪音模拟器采用电动机噪音放大直接输出，与传统发动机没有对标点：例如某品牌电动汽车的噪声模拟，从声音上判断不出是哪款发动机。
发明内容
本发明的目的是提供一种模拟燃油车噪声分解及合成系统，将对各种品牌发动机噪声实现全校模拟，为学员提供接近真实的燃油汽车噪声，提高操作训练准确性。
为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：一种模拟燃油车噪声分解及合成系统，包括噪声分解系统和噪声合成系统，以及两者之间衔接的噪声存储模块；所述噪声分解系统包括噪声采集模块、数据分析模块以及CAN通信模块，CAN通信模块上连接车身CAN总线；所述噪声合成系统包括实时监测整车工作状态的整车传感器、接收整车工作状态信号的整车控制器、整车控制器信号连接的噪声控制器，以及噪声控制器连接的噪声播放器；所述噪声存储模块一端连接噪声分解系统上的数据分析模块，另一端连接噪声合成系统上的噪声控制器。
优选的：所述的整车传感器监测并将信号传输给整车控制器，整车控制器即VCU，VCU通过CAN总线连接并控制噪声控制器，噪声控制器读取噪声存储模块的噪声信并连接控制噪声播放器工作。
优选的：所述的噪声采集模块与CAN通信模块信号双向传输，噪声采集模块向数据分析模块数据单向传输，数据分析模块向声音合成模块数据单向传输；所述噪声采集模块包括噪声采集传感器及其连接的采集控制单元，所述数据分析模块包括数据分析处理计算机及其内的原声存储模块和原声提取模块。
优选的：所述噪声采集传感器包括设置在车身各个位置的麦克风及其上的通信装置；所示采集控制单元为与麦克风连接的声音采集处理板卡，以及声音采集处理板卡传输数据的移动电脑。
优选的：所述原声提取模块为数据分析处理计算机内的软件界面、数据处理、数据存储、数据模拟以及数据仿真等模块。
优选的：所述的噪声采集传感器的麦克风包括舱内麦克风、驾驶位麦克、副驾驶麦克以及后排麦克。
优选的：所述的整车传感器包括转速传感器、挡位传感器、油门传感器、刹车传感器以及离合传感器。
优选的：所述的油门传感器、刹车传感器和离合传感器为触发式传感器，分别设置在油门、刹车和离合的下方。
优选的：所述挡位传感器为感应式传感器，挡位传感器设置在各个挡位槽内的电磁感应检测探头，与铁质档杆配合工作。
本发明具有以下有益效果：本系统借用各品牌系列的传统手动档汽油车车身，方便快捷地采集车身内噪音，然后进行提取、分析和存储，然后根据学院实际操作的动作进行解析，对应模拟出燃油汽车的噪声，从而需要精确地噪声模拟，本系统从特定品牌发动机提取不同工况时对应的噪声频谱进行计算机分析，得到不同工况对应的频率、声强、音色等信息，使学员有更好的实车感受。
附图说明
图1为本发明的整体模块框图；
图2为本发明的噪声分解系统优选实施方式的模块框图；
图3为本发明的声音采集分解步骤的工作流程图；
图4为本发明中声音合成步骤的工作流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1、图2所示的，及合成系统，包括噪声分解系统和噪声合成系统，以及两者之间衔接的噪声存储模块；所述噪声分解系统包括噪声采集模块、数据分析模块以及CAN通信模块，CAN通信模块上连接车身CAN总线；所述噪声合成系统包括实时监测整车工作状态的整车传感器、接收整车工作状态信号的整车控制器、整车控制器信号连接的噪声控制器，以及噪声控制器连接的噪声播放器；所述噪声存储模块一端连接噪声分解系统上的数据分析模块，另一端连接噪声合成系统上的噪声控制器。
优选的：所述的整车传感器监测并将信号传输给整车控制器，整车控制器即VCU，VCU通过CAN总线连接并控制噪声控制器，噪声控制器读取噪声存储模块的噪声信并连接控制噪声播放器工作。
优选的：所述的噪声采集模块与CAN通信模块信号双向传输，噪声采集模块向数据分析模块数据单向传输，数据分析模块向声音合成模块数据单向传输；所述噪声采集模块包括噪声采集传感器及其连接的采集控制单元，所述数据分析模块包括数据分析处理计算机及其内的原声存储模块和原声提取模块。
优选的：所述噪声采集传感器包括设置在车身各个位置的麦克风及其上的通信装置；所示采集控制单元为与麦克风连接的声音采集处理板卡，以及声音采集处理板卡传输数据的移动电脑。
所述的采噪声采集模块中的移动电脑为安装有采集软件的工控机或笔记本。
优选的：所述原声提取模块为数据分析处理计算机内的软件界面、数据处理、数据存储、数据模拟以及数据仿真等模块。
优选的：所述的噪声采集传感器的麦克风包括舱内麦克风、驾驶位麦克、副驾驶麦克以及后排麦克。
所述的舱内麦克风设置在发动机舱内采集发动机噪音，驾驶位麦克、副驾驶麦克和后排麦克分别采集车内各个对应座位的噪音。
优选的：所述的整车传感器包括转速传感器、挡位传感器、油门传感器、刹车传感器以及离合传感器。
优选的：所述的油门传感器、刹车传感器和离合传感器为触发式传感器，分别设置在油门、刹车和离合的下方。
优选的：所述挡位传感器为感应式传感器，挡位传感器设置在各个挡位槽内的电磁感应检测探头，与铁质档杆配合工作。
声音数据的采集与处理：发动机舱及车内布置好传感器，连接好车身CAN总线，启动发动机，按预设条件(油门、转速、挡位、刹车、离合等)进行操作，系统开始采集声音信息，并且同步从CAN总线得到预设条件的实时信息，记录到媒介(U盘，硬盘等)。
采集数据完成后，在固定工位，通过专业计算机及软件进行数据预处理，并且通过数据模拟移动仿真软硬件在固定工位进行模拟，通过对比进行数据的修正处理，反复迭代。
如图3所示：利用多个声音传感器、采集汽车驾驶舱内多个点的声音，在不同操作(加速、怠速、挂档)状态下的声音特点；然后储存，将储存的声音输入到计算机，由计算机对杂音进行过滤，然后将录入的原始声音进行分解，输入信息与声学信息的对应表，输入信息包括：发动机转速、挡位信息、油门位置信息、刹车位置信息、离合器位置信息等；声学信息包括：声强、音色、频率。从而实现对燃油车驾驶环境的精确模拟。
工作流程如图4所示：开始后，根据驾驶员的需求选择静音模式或者噪音模式，对于不需要模拟噪音的司机就开静音模式，对需要模拟环境的就开启噪声系统，整车参数(转速、离合、刹车、挡位和油门的信息)即时发送到噪声系统中，噪声系统根据各个部位的信息进行整合，选择噪声生成文件，发送到噪声播放器，模拟出噪声。
主要输入：油门、转速，即同一油门。由于挡位不同，刹车力度不同对应不同转速，会有不同的声学特征；同样的，对于同一转速，不同油门也会有不同的声学特征。本申请从这两个基本参数入手，尽量多的分段采集发动机声学信息，然后采用计算机软件将信息提取，共后续的噪声模拟系统采用；
Vout(频率、声强、音色)＝F(油门、转速)
即：本系统对应多输入、多输出；在采集时表现为尽量多的离散段，本专利现有的噪声采集基本信息如表所示：
油门开度 转速
15％ 怠速
30％ 1000
50％ 1500
80％ 3000
100％ 4500
表中列举了油门，转速各五种状态，根据排列组合得到的所有实际工况噪声都得到了信息提取，然后再后续的噪声模拟中采用插值的计算方法得到各个实时的实际状态信息，发出噪声，以尽量达到实际状态。
例如但不限于如下状态：
30％油门，空档，离合到底，则转速会达到空载4000-4500转的状态，此事的噪声是迅速的，情况的噪声；
80％油门，原地挂五档，刹车踩死，此时转速会降低到接近怠速，低沉，抖动，直至熄火；
如上所示：这些过程的噪声都是本系统需要采集的对象。
有效解决电动教练汽车噪声模拟对标不明确问题，能够根据后续专利形成一整套的，完整的，有效的解决方案；从根本上解决了电动教练车噪声模拟技术问题，为推广电动教练车解决了一个有效保障。
整车传感器根据整车的状态(包括车速、转速、离合器位置、油门位置、刹车位置、挡位等信息)，发送给VCU，VCU进行综合查表，插值计算出需要发出的噪声信息，控制噪声控制器；噪声控制器根据VCU的指令，分别读取噪声存储模块中的声学信息(声强、声色、频率)，按照设定的规律合成噪声，并播放。噪声模拟系统利用上述单元采集到的基本信息，并根据学员操作的基本动作(离合、油门、刹车、挡位、转速)合成实际噪声，使得电动汽车能够具有像燃油气的驾驶体验，以此能够为学员提供接近真实的换挡噪声时机，提高操作训练准确性。
即：学员的操作将会引起如下两个基本变化：油门、转速；油门是学员的主动操作，但转速是学员操作附带的后果(离合、刹车、挡位决定了转速应该的状态)，那么噪声模拟系统根据油门以及当前转速，可以通过查表，插值完成噪声基本要素(频率、声强、音色)的产生；从而通过播放器发出接近实际车型发动机的噪声；
有的电动汽车噪音模拟器采用电动机噪音放大直接输出，与传统发动机没有对标点：例如某品牌电动汽车的噪声模拟，从声音上判断不出是哪款发动机；
本专利采集真实发动机转速频谱；提供真实的品牌发动机噪声；能够离线收集不同牌号发动机噪声；根据VCU指令信息(转速，油门，车速)产生于实际噪声基本吻合的噪声模拟；采用的技术将对标品牌发动机噪声通过人工智能采集、分析、分解，再现后实现全转速阶段的频率、声强、音色的全校模拟；从而为学员提供类似真实的发动机噪声环境。
有效解决电动教练汽车噪声模拟对标不明确问题，能够根据后续专利形成一整套的，完整的，有效的解决方案；从根本上解决了电动教练车噪声模拟技术问题，为推广电动教练车解决了一个有效保障。
声学分析仪器软件：Audio precision美国产分析仪及计算机软件；1:噪声计算是一个多从查找表的过程
首先，从转速信号、查找对应的基频信号；
Figure BDA0002663712810000071
2：用油门与转速的关系查表得到音色信息；即同一油门会对应不同转速，也就是负载情况在同一油门不同，以及同一转速不同油门，均会表现出不同的音色情况；
Figure BDA0002663712810000072
Figure BDA0002663712810000081
3：通过用门与速度信息再计算声强信息：
Figure BDA0002663712810000082
插值算法：例如：输入转速1200油门26％则计算:
先找到接近1200的位置取得18，然后计算1200对应的初步数值18+1200/1000；然后再补偿油门位置的数据26％/(40％-20％)
输出＝18+1200/(2000-1000)+26/20＝20.5
A:噪声采集位置。车前45度1米135度1米。舱内驾驶位；
扬声器在发动机舱，以及驾驶及副驾侧车门内；分部三个噪声扬声器。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种模拟燃油车噪声分解及合成系统，其特征在于：包括噪声分解系统和噪声合成系统，以及两者之间衔接的噪声存储模块；
所述噪声分解系统包括噪声采集模块、数据分析模块以及CAN通信模块，CAN通信模块上连接车身CAN总线；
所述噪声合成系统包括实时监测整车工作状态的整车传感器、接收整车工作状态信号的整车控制器、整车控制器信号连接的噪声控制器，以及噪声控制器连接的噪声播放器；
所述噪声存储模块一端连接噪声分解系统上的数据分析模块，另一端连接噪声合成系统上的噪声控制器。
2.根据权利要求1所述的一种模拟燃油车噪声分解及合成系统，其特征在于：所述的整车传感器监测并将信号传输给整车控制器，整车控制器即VCU，VCU通过CAN总线连接并控制噪声控制器，噪声控制器读取噪声存储模块的噪声信并连接控制噪声播放器工作。
3.根据权利要求1所述的一种模拟燃油车噪声分解及合成系统，其特征在于：所述的噪声采集模块与CAN通信模块信号双向传输，噪声采集模块向数据分析模块数据单向传输，数据分析模块向声音合成模块数据单向传输；所述噪声采集模块包括噪声采集传感器及其连接的采集控制单元，所述数据分析模块包括数据分析处理计算机及其内的原声存储模块和原声提取模块。
4.根据权利要求3所述的一种模拟燃油车噪声分解及合成系统，其特征在于：所述噪声采集传感器包括设置在车身各个位置的麦克风及其上的通信装置；所示采集控制单元为与麦克风连接的声音采集处理板卡，以及声音采集处理板卡传输数据的移动电脑。
5.根据权利要求3所述的一种模拟燃油车噪声分解及合成系统，其特征在于：所述原声提取模块为数据分析处理计算机内的软件界面、数据处理、数据存储、数据模拟以及数据仿真等模块。
6.根据权利要求3所述的一种模拟燃油车噪声分解及合成系统，其特征在于：所述的噪声采集传感器的麦克风包括舱内麦克风、驾驶位麦克、副驾驶麦克以及后排麦克。
7.根据权利要求2所述的一种模拟燃油车噪声分解及合成系统，其特征在于：所述的整车传感器包括转速传感器、挡位传感器、油门传感器、刹车传感器以及离合传感器。
8.根据权利要求7所述的一种模拟燃油车噪声分解及合成系统，其特征在于：所述的油门传感器、刹车传感器和离合传感器为触发式传感器，分别设置在油门、刹车和离合的下方。
9.根据权利要求7所述的一种模拟燃油车噪声分解及合成系统，其特征在于：所述挡位传感器为感应式传感器，挡位传感器设置在各个挡位槽内的电磁感应检测探头，与铁质档杆配合工作。
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