CN112151001B - 一种phev主动降噪方法及其系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种PHEV主动降噪方法及其系统，所述方法包括：获取发动机转速信号以及误差麦克风实际安装位置处的噪声信号；根据所述发动机转速信号确定初级噪声参考信号；根据所述误差麦克风实际安装位置处的噪声信号拟合乘员耳旁处误差噪声信号；根据所述初级噪声参考信号以及所述乘员耳旁处误差噪声信号调整车辆主动降噪系统的自适应滤波器的权系数；根据所述初级噪声参考信号以及调整后的自适应滤波器实时更新次级噪声信号，所述次级噪声信号用于抵消初级噪声信号。所述系统用于实现所述方法，实施本发明，能够提高ANC降噪效果和乘员舒适性。

Description

一种PHEV主动降噪方法及其系统
技术领域
本发明涉及插电式混合动力汽车(PHEV，plug in hybrid electric vehicle)技术领域，具体涉及一种PHEV主动降噪方法及其系统。
背景技术
随着PHEV和三缸机的普及，以及人们对乘坐舒适性要求的不断提高，此类车辆的发动机低频阶次噪声成为急需解决的问题，利用物理隔离(隔减振，
隔吸声)等被动噪声控制手段对于车内发动机低频阶次噪声降噪效果有限。而基于声波干涉理论的主动噪声控制技术正好可以弥补这些不足，采用“以声消声”的方法控制低频噪声，效果突出、占用空间小，为发动机低频阶次轰鸣声的控制提供了很好的解决方案。符合汽车舒适化、轻量化和智能化的趋势，已开始成为汽车NVH控制的重要发展方向之一。
其中，主动降噪系统(ANC，Active noise control)在PHEV中已经有应用，其控制算法一般是采用基于滤波型最小均方算法(FX-LMS)，在车辆的顶棚或者内饰板上布置误差麦克风，降低被误差麦克风包围区间的噪声，会考虑到开门、开窗时关闭ANC的控制方法，一般情况误差麦克风所处的位置降噪量最大，越远离误差麦克风降噪量越小，此时对于不同身高的乘员因为调整座椅前后高低的位置，ANC的感受不同。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下技术问题：
现有ANC方案没有将座椅所处的位置考虑到ANC的控制算法中，也没有将驾驶员耳旁噪声反馈至算法中，降噪效果会存在一定的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于针对上述技术问题，提出一种PHEV主动降噪方法及其系统、，以提高ANC降噪效果和乘员舒适性。
为了实现本发明目的，根据本发明第一方面，本发明实施例提供一种PHEV主动降噪方法，所述方法包括如下步骤：
获取发动机转速信号以及误差麦克风实际安装位置处的噪声信号；
根据所述发动机转速信号确定初级噪声参考信号；
根据所述误差麦克风实际安装位置处的噪声信号拟合乘员耳旁处误差噪声信号；
根据所述初级噪声参考信号以及所述乘员耳旁处误差噪声信号调整车辆主动降噪系统的自适应滤波器的权系数；
根据所述初级噪声参考信号以及调整后的自适应滤波器实时更新次级噪声信号，所述次级噪声信号用于抵消初级噪声信号。
优选地，所述根据所述实际噪声信号拟合乘员耳旁处误差噪声信号包括：
获取车内至少两个误差麦克风实际安装位置处的噪声信号；
根据所述车内至少两个误差麦克风实际安装位置处的噪声信号确定乘员耳旁处误差噪声信号。
优选地，其中，所述车内至少两个不同位置处的误差噪声信号包括第一安装位置处的第一误差噪声信号和第二安装位置处的第二误差噪声信号；
其中，根据车内两个误差麦克风实际安装位置处的噪声信号确定乘员耳旁处误差噪声信号具体如下公式所示：
乘员耳旁处误差噪声信号＝a×第一误差噪声信号+b×第二误差噪声信号；
其中，a和b均为预设常数。
优选地，所述方法还包括以下步骤：
获取乘员座椅状态信息，并根据所述乘员座椅状态信息确定a和b；其中，在不同乘员座椅状态下，a和b分别取不同的预设常数。
优选地，所述根据所述发动机转速信号确定初级噪声参考信号包括：
根据所述发动机转速确定阶次和频率；
根据所述阶次和频率构造一对频率幅值相同且相位相差90°的正弦信号作为初级噪声参考信号。
根据本发明第二方面，本发明实施例还提供一种PHEV主动降噪系统，包括：
信号获取单元，用于获取发动机转速信号以及误差麦克风实际安装位置处的实际噪声信号；
第一信号处理单元，用于根据所述发动机转速信号确定初级噪声参考信号；
第二信号处理单元，用于根据所述实际噪声信号拟合乘员耳旁处误差噪声信号；
第三信号处理单元，用于根据所述初级噪声参考信号以及所述乘员耳旁处误差噪声信号调整车辆主动降噪系统的自适应滤波器的权系数；
第四信号处理单元，用于根据所述初级噪声参考信号以及调整后的自适应滤波器实时更新次级噪声信号，所述次级噪声信号用于抵消初级噪声信号。
优选地，所述信号获取单元包括发动机信号获取模块、以及至少两个误差麦克风；所述发动机信号获取模块用于获取发动机转速信号；所述至少两个误差麦克风分别安装于车内不同位置，所述至少两个误差麦克风用于获取车内至少两个误差麦克风实际安装位置处的误差噪声信号；
其中，所述第二信号处理单元用于根据所述车内至少两个误差麦克风实际安装位置处的噪声信号拟合乘员耳旁处误差噪声信号。
优选地，所述至少两个误差麦克风包括第一误差麦克风和第二误差麦克风；所述第一误差麦克风安装于车内第一位置，其用于获取车内第一位置处的第一误差噪声信号，所述第二误差麦克风安装于车内第二位置，其用于获取车内第二位置处的第二误差噪声信号；
其中，所述第二信号处理单元用于根据所述第一误差噪声信号和第二误差噪声信号计算乘员耳旁处误差噪声信号，计算公式如下：
乘员耳旁处误差噪声信号＝a×第一误差噪声信号+b×第二误差噪声信号；
其中，a和b均为预设常数。
优选地，所述信号获取单元包括座椅信号获取模块，所述座椅信号获取模块用于获取乘员座椅状态信息，所述第二信号处理单元用于根据所述乘员座椅状态信息确定a和b的值；其中，在不同乘员座椅状态下，a和b分别取不同的预设常数。
优选地，所述第一信号处理单元包括第一子模块和第二子模块，所述第一子模块用于根据所述发动机转速确定阶次和频率；所述第二子模块用于根据所述阶次和频率构造一对频率幅值相同且相位相差90°的正弦信号作为初级噪声参考信号。
本发明实施例具有以下有益效果：
本实施例提出的方法及其系统通过设置在车内的不同位置分别设置至少两个误差麦克风，利用误差麦克风实际安装位置处的噪声信号以及虚拟麦克风算法拟合出乘员耳旁处误差噪声信号；根据所述发动机转速信号确定初级噪声参考信号；并根据乘员耳旁处误差噪声信号以及初级噪声参考信号调整自适应滤波器的权系数；最后，通过经权系数调整后的自适应滤波器对初级噪声参考信号进行处理得到一个与所述初级噪声信号(发动机噪声信号)幅值相等、相位相反的次级噪声信号，这个次级噪声信号用于对所述初级噪声信号进行降噪。进一步地，还根据乘员座椅状态对虚拟麦克风算法进行调整，将座椅所处的位置考虑到ANC的控制算法中，大大提高ANC降噪效果和乘员舒适性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一中一种PHEV主动降噪方法流程图。
图2为本发明实施例一中声波干涉原理示意图。
图3为本发明实施例一中根据第一噪声信号和第二噪声信号确定乘员耳旁处误差噪声信号原理图。
图4为本发明实施例一中自适应噪声主动控制系统原理图。
图5为本发明实施例二中一种PHEV主动降噪系统示意图。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施例中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的手段未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。
如图1所示，本发明实施例一提供一种PHEV主动降噪方法，所述方法包括如下步骤：
S1、获取发动机转速信号以及误差麦克风实际安装位置处的噪声信号；
S2、根据所述发动机转速信号确定初级噪声参考信号；
S3、根据所述误差麦克风实际安装位置处的噪声信号拟合乘员耳旁处误差噪声信号；
S4、根据所述初级噪声参考信号以及所述乘员耳旁处误差噪声信号调整车辆主动降噪系统(ANC)的自适应滤波器的权系数；
S5、根据所述初级噪声参考信号以及调整后的自适应滤波器实时更新次级噪声信号，所述次级噪声信号用于抵消初级噪声信号。
具体而言，本实施例中所述初级噪声信号指的是需要被抵消的噪声，例如发动机阶次噪声。
其中，实际应用中不方便在乘员耳旁处安装误差麦克风，因此难以检测乘员耳旁处误差噪声信号，由于噪声信号在传递过程中，不同位置处的噪声信号之间存在特定关系，因此本实施例方法提出根据其他位置的至少两个误差噪声信号以及它们之间的特定关系来确定乘员耳旁处误差噪声信号；具体地，不同位置处的噪声信号之间存在特定关系可以通过多次试验得到。
其中，所述次级噪声信号为与所述初级噪声信号幅值相等、相位相反。
其中，初级噪声信号和次级噪声信号这两个声波信号在空间相干性叠加，形成消声“静区”，从而消除指定空间内的低频噪声，其对应的技术原理图可参阅图2。
假设初级噪声信号为：
Pp(x,t)＝P0cos(ωt-kx)
式中：k为波数；ω为角频率；P0为初级噪声信号声压振幅；t为时间；x为位置坐标。
其平均声能量密度为：
式中：ρ0为介质密度；c0为声音在空气中的传播速度。
同样假设次级噪声信号为：
Ps(x,t)＝P1cos(ωt-kx+β)
P1为次级噪声信号声压振幅；β为相位差。
则两个噪声信号叠加后平均声能量密度为：
式中：α为P0/P1为两个噪声信号的幅值比。
当振幅相等α＝1，相位相反β＝π时，表明初级噪声信号被次级噪声信号抵消了。
在一实施例中，所述根据所述实际噪声信号拟合乘员耳旁处误差噪声信号包括：
获取车内至少两个误差麦克风实际安装位置处的噪声信号；
根据所述车内至少两个误差麦克风实际安装位置处的噪声信号确定乘员耳旁处误差噪声信号。
在一实施例中，所述车内至少两个不同位置处的误差噪声信号包括第一安装位置处的第一误差噪声信号和第二安装位置处的第二误差噪声信号；
其中，根据车内两个误差麦克风实际安装位置处的噪声信号确定乘员耳旁处误差噪声信号具体如下公式所示：
乘员耳旁处误差噪声信号＝a×第一误差噪声信号+b×第二误差噪声信号；
其中，a和b均为预设常数。
具体而言，如图3所示，P1，P2分别为第一参考麦克风和第二参考麦克风实际安装位置的噪声信号，P3为乘员耳旁需要预测的噪声信号。
假设P3g＝P1×a+P2×b，同时测试这三个点的噪声，利用自适应算法得到权值系数a、b使得P3g等于P3，由此将实际安装位置误差麦克风噪声信号映射至乘员耳旁。
在一实施例中，所述方法还包括以下步骤：
获取乘员座椅状态信息，并根据所述乘员座椅状态信息确定a和b；其中，在不同乘员座椅状态下，a和b分别取不同的预设常数。
具体而言，通过标定座椅滑动到不同位置时的权值系数a和b，以确保座椅滑动到任何位置都能得到最佳的虚拟麦克风噪声，以此可保证最好的降噪效果。
在一实施例中，所述根据所述发动机转速信号确定初级噪声参考信号包括：
根据所述发动机转速确定阶次和频率；
根据所述阶次和频率构造一对频率幅值相同且相位相差90°的正弦信号作为初级噪声参考信号。
具体而言，本实施例中采用自适应陷波算法进行主动降噪，其中，车内噪声各主要峰值频率与发动机燃烧基频及其各阶谐量密切相关，且车内低频噪声的主要来源是发动机激励产生的噪声，通常，对于装备四缸四冲程发动机的汽车而言，其二阶不平衡惯性力所激励的噪声是车内低频噪声的主要来源。车内低频峰值噪声的频率与发动机转速之间的关系可以表示为：
fi＝niη/60τ
其中，i为发动机缸数，对于四缸机而言，i＝4，τ为冲程系数，对于四冲程发动机，τ＝2；η为谐波阶数。
由此，可以看出车内噪声与发动机噪声具有强相关性，根据车内噪声的上述特点，车内噪声主动控制系统的次级声源参考信号可以通过人工方法合成产生。本实施例中应用自适应陷波滤波算法根据非声信号(发动机转速信号)获取主噪声的频率成分，采用具有同等频率的正弦波作为参考输入信号来构造与初级噪声信号(发动机噪声信号)相关的次级声源信号。具体地，根据发动机转速求得发动机的阶次和频率，根据发动机的阶次和频率再构造一对频率幅值相同且相位相差90°的正弦信号作为参考信号，如下公式所示：
X0(n)＝Ccos(2πfin△t+ψ)
X1(n)＝Csin(2πfin△t+ψ)
其中，n为阶次，fi为频率，C为预设常数，△t为预设时间周期，ψ为预设角度。
如图4所示为本实施例中车内噪声主动控制系统原理图，其原理具体如下：
X0(n)和X1(n)经自适应滤波器滤波后得到次级噪声信号u(n)：
U(n)＝W0(n)X0(n)+W1(n)X1(n)
其中，W0(n)和W1(n)为自适应滤波器的权重系数。
其中，次级噪声信号U(n)驱动次级扬声器进行噪声主动控制，次级噪声信号U(n)经第二声通道S(Z)传至乘员耳旁得到信号V(n)，初级噪声信号X(n)经第一声通道P(Z)传至乘员耳旁得到信号d(n)，信号d(n)和信号V(n)叠加相抵消后得到误差信号e(n)。
其中，根据次级通路辨识得到的S0(Z)系数计算出补偿后的参考输入信号X0f(n)和X1f(n)。
其中，更新自适应滤波器的权系数过程如下公式所示：
Wi(n+1)＝Wi(n)-μe(n)Xif(n)
其中i＝0,1；Wi(n+1)为更新后的第i个权系数，Wi(n)为更新前的第i个权系数，μ为迭代步长。
如图5所示，本发明实施例二提供一种PHEV主动降噪系统，包括：
信号获取单元1，用于获取发动机转速信号以及误差麦克风实际安装位置处的实际噪声信号；
第一信号处理单元2，用于根据所述发动机转速信号确定初级噪声参考信号；
第二信号处理单元3，用于根据所述实际噪声信号拟合乘员耳旁处误差噪声信号；
第三信号处理单元4，用于根据所述初级噪声参考信号以及所述乘员耳旁处误差噪声信号调整车辆主动降噪系统的自适应滤波器的权系数；
第四信号处理单元5，用于根据所述初级噪声参考信号以及调整后的自适应滤波器实时更新次级噪声信号，所述次级噪声信号用于抵消初级噪声信号。
在一实施例中，所述信号获取单元1包括发动机信号获取模块11、以及至少两个误差麦克风；所述发动机信号获取模块11用于获取发动机转速信号；所述至少两个误差麦克风分别安装于车内不同位置，所述至少两个误差麦克风用于获取车内至少两个误差麦克风实际安装位置处的误差噪声信号；
其中，所述第二信号处理单元2用于根据所述车内至少两个误差麦克风实际安装位置处的噪声信号拟合乘员耳旁处误差噪声信号。
在一实施例中，所述至少两个误差麦克风包括第一误差麦克风12和第二误差麦克风13；所述第一误差麦克风12安装于车内第一位置，其用于获取车内第一位置处的第一误差噪声信号，所述第二误差麦克风13安装于车内第二位置，其用于获取车内第二位置处的第二误差噪声信号；
其中，所述第二信号处理单元2用于根据所述第一误差噪声信号和第二误差噪声信号计算乘员耳旁处误差噪声信号，计算公式如下：
乘员耳旁处误差噪声信号＝a×第一误差噪声信号+b×第二误差噪声信号；
其中，a和b均为预设常数。
在一实施例中，所述信号获取单元包括座椅信号获取模块14，所述第二信号处理单元2，所述座椅信号获取模块14用于获取乘员座椅状态信息，所述第二信号信号处理单元2还用于根据所述乘员座椅状态信息确定a和b的值；其中，在不同乘员座椅状态下，a和b分别取不同的预设常数。
在一实施例中，所述第一信号处理单元2包括第一子模块21和第二子模块22，所述第一子模块21用于根据所述发动机转速确定阶次和频率；所述第二子模块22用于根据所述阶次和频率构造一对频率幅值相同且相位相差90°的正弦信号作为初级噪声参考信号。
需说明的是，本实施例二所述系统与实施例一所述方法对应，因此，本实施例二所述系统未详述的部分内容可以参阅实施例一所述方法得到，此处不再赘述。
通过以上实施例的描述可知，本实施例提出的方法及其系统通过设置在车内的不同位置分别设置至少两个误差麦克风，利用误差麦克风实际安装位置处的噪声信号以及虚拟麦克风算法拟合出乘员耳旁处误差噪声信号；根据所述发动机转速信号确定初级噪声参考信号；并根据乘员耳旁处误差噪声信号以及初级噪声参考信号调整自适应滤波器的权系数；最后，通过经权系数调整后的自适应滤波器对初级噪声参考信号进行处理得到一个与所述初级噪声信号(发动机噪声信号)幅值相等、相位相反的次级噪声信号，这个次级噪声信号用于对所述初级噪声信号进行降噪。进一步地，还根据乘员座椅状态对虚拟麦克风算法进行调整，将座椅所处的位置考虑到ANC的控制算法中，大大提高ANC降噪效果和乘员舒适性。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (10)

1.一种PHEV主动降噪方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
获取发动机转速信号以及误差麦克风实际安装位置处的噪声信号；
根据所述发动机转速信号确定初级噪声参考信号；
根据所述误差麦克风实际安装位置处的噪声信号拟合乘员耳旁处误差噪声信号；
根据所述初级噪声参考信号以及所述乘员耳旁处误差噪声信号调整车辆主动降噪系统的自适应滤波器的权系数；
根据所述初级噪声参考信号以及调整后的自适应滤波器实时更新次级噪声信号，所述次级噪声信号用于抵消初级噪声信号。
2.如权利要求1所述的PHEV主动降噪方法，其特征在于，所述根据所述误差麦克风实际安装位置处的噪声信号拟合乘员耳旁处误差噪声信号包括：
获取车内至少两个误差麦克风实际安装位置处的噪声信号；
根据所述车内至少两个误差麦克风实际安装位置处的噪声信号确定乘员耳旁处误差噪声信号。
3.如权利要求2所述的PHEV主动降噪方法，其特征在于，其中，所述车内至少两个不同位置处的误差噪声信号包括第一安装位置处的第一误差噪声信号和第二安装位置处的第二误差噪声信号；
其中，根据车内两个误差麦克风实际安装位置处的噪声信号确定乘员耳旁处误差噪声信号具体如下公式所示：
乘员耳旁处误差噪声信号=a×第一误差噪声信号+b×第二误差噪声信号；
其中，a和b均为预设常数。
4.如权利要求3所述的PHEV主动降噪方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：
获取乘员座椅状态信息，并根据所述乘员座椅状态信息确定a和b；其中，在不同乘员座椅状态下，a和b分别取不同的预设常数。
5.如权利要求1所述的PHEV主动降噪方法，其特征在于，所述根据所述发动机转速信号确定初级噪声参考信号包括：
根据所述发动机转速确定阶次和频率；
根据所述阶次和频率构造一对频率幅值相同且相位相差90°的正弦信号作为初级噪声参考信号。
6.一种PHEV主动降噪系统，其特征在于，包括：
信号获取单元，用于获取发动机转速信号以及误差麦克风实际安装位置处的实际噪声信号；
第一信号处理单元，用于根据所述发动机转速信号确定初级噪声参考信号；
第二信号处理单元，用于根据所述实际噪声信号拟合乘员耳旁处误差噪声信号；
第三信号处理单元，用于根据所述初级噪声参考信号以及所述乘员耳旁处误差噪声信号调整车辆主动降噪系统的自适应滤波器的权系数；
第四信号处理单元，用于根据所述初级噪声参考信号以及调整后的自适应滤波器实时更新次级噪声信号，所述次级噪声信号用于抵消初级噪声信号。
7.如权利要求6所述的PHEV主动降噪系统，其特征在于，所述信号获取单元包括发动机信号获取模块、以及至少两个误差麦克风；所述发动机信号获取模块用于获取发动机转速信号；所述至少两个误差麦克风分别安装于车内不同位置，所述至少两个误差麦克风用于获取车内至少两个误差麦克风实际安装位置处的误差噪声信号；
其中，所述第二信号处理单元用于根据所述车内至少两个误差麦克风实际安装位置处的噪声信号拟合乘员耳旁处误差噪声信号。
8.如权利要求7所述的PHEV主动降噪系统，其特征在于，所述至少两个误差麦克风包括第一误差麦克风和第二误差麦克风；所述第一误差麦克风安装于车内第一位置，其用于获取车内第一位置处的第一误差噪声信号，所述第二误差麦克风安装于车内第二位置，其用于获取车内第二位置处的第二误差噪声信号；
其中，所述第二信号处理单元用于根据所述第一误差噪声信号和第二误差噪声信号计算乘员耳旁处误差噪声信号，计算公式如下：
乘员耳旁处误差噪声信号=a×第一误差噪声信号+b×第二误差噪声信号；
其中，a和b均为预设常数。
9.如权利要求8所述的PHEV主动降噪系统，其特征在于，所述信号获取单元包括座椅信号获取模块，所述座椅信号获取模块用于获取乘员座椅状态信息，所述第二信号处理单元还用于根据所述乘员座椅状态信息确定a和b的值；其中，在不同乘员座椅状态下，a和b分别取不同的预设常数。
10.如权利要求9所述的PHEV主动降噪系统，其特征在于，所述第一信号处理单元包括第一子模块和第二子模块，所述第一子模块用于根据所述发动机转速确定阶次和频率；所述第二子模块用于根据所述阶次和频率构造一对频率幅值相同且相位相差90°的正弦信号作为初级噪声参考信号。
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