CN112309363A - 工程机械及其降噪方法、装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种工程机械及其降噪方法、装置，涉及工程机械领域。该降噪方法包括：获取工程机械的当前振动信号；获取工程机械的振动噪声经验曲线，其中，振动噪声经验曲线为表征工程机械的振动与噪声对应关系的曲线；根据当前振动信号和振动噪声经验曲线，获得工程机械的当前噪声波；控制执行机构发出当前噪声波对应的当前抵消波，其中，当前抵消波与当前噪声波的幅值相等、相位相差180度。本发明实施例能够提高降噪效果，减少隔音材料的使用。

Description

工程机械及其降噪方法、装置
技术领域
本发明涉及工程机械领域，具体而言，涉及一种工程机械及其降噪方法、装置。
背景技术
目前，国内外工程建设项目的机械化作业得到大力发展，各种工程机械不断被应用到各个建设领域，在提高劳动效率的同时，也带来噪声污染，危害着机械作业范围内人员的身心健康。
常用的降噪方式主要是针对空气动力噪声，采用吸音材料，增加消音盲管等方法。该消音手段主要是集中在低频噪声波段，而对因振动产生的高频波段结构噪声难以取得较好的降噪效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工程机械的降噪方法、方法、装置和工程机械，其能够提高降噪效果，减少隔音材料的使用。
本发明的实施例是这样实现的：
第一方面，本发明实施例提供一种工程机械的降噪方法，用于对工程机械降噪，所述工程机械包括用于发出抵消波的执行机构，所述降噪方法包括：
获取所述工程机械的当前振动信号；
获取所述工程机械的振动噪声经验曲线，其中，所述振动噪声经验曲线为表征所述工程机械的振动与噪声对应关系的曲线；
根据所述当前振动信号和所述振动噪声经验曲线，获得所述工程机械的当前噪声波；
控制所述执行机构发出所述当前噪声波对应的当前抵消波，其中，所述当前抵消波与所述当前噪声波的幅值相等、相位相差180度。
在可选的实施方式中，所述获取所述工程机械的振动噪声经验曲线的步骤包括：
获取所述工程机械的噪声信号和振动信号；
根据所述噪声信号和所述振动信号，得出所述振动噪声经验曲线。
在可选的实施方式中，所述根据所述噪声信号和所述振动信号，计算出所述振动噪声经验曲线的步骤包括：
对所述噪声信号和所述振动信号进行频段提取，得到所述噪声信号和所述振动信号的多个频段；
对所述多个频段中的各频段进行曲线拟合，输出或更新所述振动噪声经验曲线。
在可选的实施方式中，在所述对所述噪声信号和所述振动信号进行频段提取，得到所述噪声信号和所述振动信号的多个频段的步骤中，通过傅里叶变换对所述噪声信号和所述振动信号进行频段提取。
在可选的实施方式中，在所述对所述多个频段中的各频段进行曲线拟合，输出或更新所述振动噪声经验曲线的步骤中，通过神经网络模型对所述多个频段中的各频段进行曲线拟合。
在可选的实施方式中，所述获取所述工程机械的振动噪声经验曲线的步骤包括：
发送经验曲线获取指令；
接收并存储与所述经验曲线获取指令对应的反馈信号，其中，所述反馈信号中搭载有所述振动噪声经验曲线。
在可选的实施方式中，在所述控制所述执行机构发出所述当前噪声波对应的当前抵消波的步骤后，所述降噪方法还包括：
获取所述工程机械的实际噪声信号；
根据所述实际噪声信号，调整所述执行机构的输出参数，其中，所述输出参数包括所述执行机构发出波的振幅和相位；和/或，根据所述实际噪声信号，修正所述振动噪声经验曲线。
第二方面，本发明实施例提供一种工程机械的降噪方法，用于对工程机械降噪，所述工程机械包括用于发出抵消波的执行机构，所述降噪方法包括：
获取所述工程机械的当前振动信号；
获取所述工程机械的振动噪声经验曲线，其中，所述振动噪声经验曲线为表征所述工程机械的振动与噪声对应关系的曲线；
根据所述当前振动信号和所述振动噪声经验曲线，获得所述工程机械的当前噪声波；
获取所述工程机械的实际噪声信号；
根据所述当前噪声波和所述实际噪声信号，控制所述执行机构发出抵消噪声的声波。
第三方面，本发明实施例提供一种工程机械的降噪装置，用于对工程机械降噪，所述工程机械包括用于发出抵消波的执行机构，所述降噪装置包括：
第一获取模块：用于获取所述工程机械的当前振动信号；
第二获取模块：用于获取所述工程机械的振动噪声经验曲线，其中，所述振动噪声经验曲线为表征所述工程机械的振动与噪声对应关系的曲线；
计算模块：用于根据所述当前振动信号和所述振动噪声经验曲线，获得所述工程机械的当前噪声波；
控制模块：用于控制所述执行机构发出所述当前噪声波对应的当前抵消波，其中，所述当前抵消波与所述当前噪声波的幅值相等、相位相差180度。
在可选的实施例中，所述第二获取模块还用于：获取所述工程机械的噪声信号和振动信号；根据所述噪声信号和所述振动信号，得出所述振动噪声经验曲线。
在可选的实施例中，所述第二获取模块还用于：对所述噪声信号和所述振动信号进行频段提取，得到所述噪声信号和所述振动信号的多个频段；对多个频段中的各频段进行曲线拟合，输出或更新所述振动噪声经验曲线。
在可选的实施例中，所述第二获取模块还用于：发送经验曲线获取指令。接收并存储与所述经验曲线获取指令对应的反馈信号，其中，所述反馈信号中搭载有所述振动噪声经验曲线。
第四方面，本发明实施例提供一种工程机械，包括控制器和执行机构，所述控制器与所述执行机构连接，所述控制器上存储有降噪程序，所述降噪程序执行时，实现如前述实施方式中任一项所述的降噪方法。
本发明实施例的有益效果是：通过获取工程机械的当前振动信号，将该当前振动信号输入至振动噪声经验曲线，得到与该当前振动信号对应的当前噪声波，并控制执行机构发出与当前噪声波对应的当前抵消波，实现对当前噪声波的降噪。对于本发明实施例来说，通过分析工程机械的当前振动信号，并控制执行机构发出与之对应的抵消波，实现工程机械的有源降噪，一方面可以提高高频噪声的降噪效果，降低工程机械的使用噪声，另一方面也可以减少隔音材料的使用，降低物料成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本发明实施例提供的工程机械的结构示意框图；
图2为本发明实施例提供的工程机械的降噪方法的流程示意框图；
图3为图2中的步骤S200的子步骤的流程示意框图；
图4为图3中的子步骤S220的子步骤的流程示意框图；
图5为图2中的步骤S200可选的其他子步骤的流程示意框图；
图6为本发明实施例提供的工程机械的降噪方法的可选步骤流程示意框图；
图7为本发明其他实施例提供的工程机械的降噪方法的流程示意框图；
图8为图1中的工程机械的降噪装置的结构示意图框图。
图标：100-工程机械；110-工程机械的降噪装置；111-第一获取模块；112-第二获取模块；113-计算模块；114-控制模块；120-控制器；130-执行机构。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
请参阅图1，本发明的实施例提供了一种工程机械100，该工程机械100可以为挖掘机等；该工程机械100包括工程机械的降噪装置110、控制器120和执行机构130。所述工程机械的降噪装置110包括至少一个可以软件或固件(firmware)的形式存储于所述控制器120中或固化在服务器的操作系统(operating system，OS)中的软件功能模块。所述控制器120用于执行存储于其中的可执行模块，例如所述工程机械的降噪装置110所包括的软件功能模块及计算机程序等。控制器120在执行时，可以控制与之电连接的执行机构130，并控制执行机构130的输出参数。该执行机构130可以为扬声器，控制器120可以控制该扬声器发出设定幅值和相位的抵消波，从而达到良好的降噪效果。
控制器120可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的控制器120可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器。控制器120也可以是任何常规的处理器等。
控制器120上烧录有降噪程序，当控制器120接收到执行指令后，执行降噪程序。
请参阅图2，本发明实施例提供一种工程机械100的降噪方法，该降噪方法包括以下步骤。
步骤S100：获取工程机械100的当前振动信号。
需要说明的是，对于工程机械100来说，主要的噪声源来自于发动机，其包含低频段的空气动力噪声和高频段的结构噪声。对于挖掘机等工程机械100来说，目前的噪声问题主要由发动机工作循环中产生的振动引起，即结构噪声，故在步骤S100中采用与噪声存在强耦合关系的振动信号。
在获取工程机械100的当前振动信号时，可以通过在多个振动传感器分别采集发动机和挖掘机覆盖件等多处的振动信号，该振动信号可以通过进一步加权处理，作为步骤S100中的当前振动信号输入到控制器120。
步骤S200：获取工程机械100的振动噪声经验曲线。
需要说明的是，在本发明实施例中，振动噪声经验曲线为表征工程机械100的振动与噪声对应关系的曲线，在该曲线上，振动信号与振动噪声对应，即当振动信号确定时，与之对应的振动噪声可以通过振动噪声经验曲线获得。
请参阅图3，在可选的实施方式中，获取工程机械100的振动噪声经验曲线的步骤S200，可以包括以下子步骤。
子步骤S210：获取工程机械100的噪声信号和振动信号。
子步骤S220：根据噪声信号和振动信号，得出振动噪声经验曲线。
请参阅图4，在可选的实施方式中，根据噪声信号和振动信号，计算出振动噪声经验曲线的步骤S220，可以包括以下子步骤。
子步骤S221：对噪声信号和振动信号进行频段提取，得到噪声信号和振动信号的多个频段。
子步骤S222：对多个频段中的各频段进行曲线拟合，输出或更新振动噪声经验曲线。
可选地，在步骤S221中，可以通过傅里叶变换对噪声信号和振动信号进行频段提取。当然，并不仅限于此，在本发明的其他实施例中，也可以通过其他算法、模型对噪声信号和振动信号进行频段提取。
可选地，在对步骤S222中，可以通过神经网络模型对多个频段中的各频段进行曲线拟合。当然，并不仅限于此，在本发明的其他实施例中，也可以通过其他算法、模型对各频段进行曲线拟合。
此外，工程机械100也可以将获取的振动数据上传至远程的处理模块；此时，可以将多台工程机械100的振动数据、噪声数据均上传至该远程的处理模块，并由该模块通过频段提取、拟合，得到振动噪声经验曲线。各工程机械100在进行降噪运算时，可以向该处理模块发送经验曲线的获取指令；处理模块在接收到该获取指令后，再向对应的工程机械100发出振动噪声经验曲线。该工程机械100接收到搭载有振动噪声经验曲线的信号后，将经验曲线存储，便于调取使用。
即如图5所示，在可选的实施方式中，获取工程机械100的振动噪声经验曲线的步骤包括：子步骤S230：发送经验曲线获取指令。子步骤S240：接收并存储与经验曲线获取指令对应的反馈信号，其中，反馈信号中搭载有振动噪声经验曲线。
步骤S300：根据当前振动信号和振动噪声经验曲线，获得工程机械100的当前噪声波。在该步骤中，将当前振动信号的至带入到该振动噪声经验曲线中，得到与之对应的当前噪声波，即如果以该当前振动信号发声，与之对应的噪声参数。
步骤S400：控制执行机构130发出当前噪声波对应的当前抵消波，其中，当前抵消波与当前噪声波的幅值相等、相位相差180度，在当前抵消波与当前噪声波叠加后，两者基本能够相互抵消，从而实现良好的降噪效果。
可选地，该执行机构130为扬声器。
对于该降噪方法，还可以对经验曲线和抵消波的参数进行反馈修正。请参阅图6，在可选的实施例中，该降噪方法还可以包括：步骤S500：获取工程机械100的实际噪声信号；以及，步骤S600：根据实际噪声信号，调整执行机构130的输出参数，其中，输出参数包括执行机构130发出波的振幅和相位；和/或，根据实际噪声信号，修正振动噪声经验曲线。
也就是说，在执行该步骤S400后，执行机构130发出的当前抵消波能够对当前振动信号发出的噪声起到消噪作用。但由于各种情况的存在，可以通过步骤S500获取到工程机械100的实际噪声信号，即在步骤S400执行后的实际的降噪效果。再通过将该实际噪声信号输入到执行机构130和/或控制器120中，修正执行机构130发出的抵消波的参数，以及控制器120存储的振动噪声经验曲线。在将实际噪声信号输入到执行机构130时，可以通过在执行机构130前设置PID(PID，Proportional-Integral-Derivative Control的简称，中文为比例积分微分控制)，实现对执行机构130发出的抵消波参数进行修正、优化。
本发明实施例提供的工程机械100的降噪方法：通过获取工程机械100的当前振动信号，将该当前振动信号输入至振动噪声经验曲线，得到与该当前振动信号对应的当前噪声波，并控制执行机构130发出与当前噪声波对应的当前抵消波，实现对当前噪声波的降噪。对于本发明实施例来说，通过分析工程机械100的当前振动信号，并控制执行机构130发出与之对应的抵消波，实现工程机械100的有源降噪，一方面可以提高高频噪声的降噪效果，降低工程机械100的使用噪声，另一方面也可以减少隔音材料的使用，降低物料成本。
请参阅图7，对于本发明来说，其可以包括一种工程机械100的降噪方法，用于对工程机械100降噪，工程机械100包括用于发出抵消波的执行机构130，降噪方法包括：
步骤S100`：获取工程机械100的当前振动信号。
步骤S200`：获取工程机械100的振动噪声经验曲线，其中，振动噪声经验曲线为表征工程机械100的振动与噪声对应关系的曲线。
步骤S300`：根据当前振动信号和振动噪声经验曲线，计算工程机械100的当前噪声波。
步骤S400`：获取工程机械100的实际噪声信号。
步骤S500`：根据当前噪声波和实际噪声信号，控制执行机构130发出抵消噪声的声波。
应当理解的是，对于如图7所示的降噪方法，其根据当前振动信号和振动噪声经验曲线得到当前噪声波，并获取工程机械100的实际噪声信号，在根据当前噪声波和实际噪声信号控制执行结构发出抵消波，该降噪方法结合了上述图6中的方案，即综合了步骤S500和步骤S600。
请参阅图8，本发明实施例提供一种工程机械的降噪装置110，用于对工程机械100降噪，工程机械100包括用于发出抵消波的执行机构130，降噪装置包括：第一获取模块111、第二获取模块112、计算模块113和控制模块114。
第一获取模块111：用于获取工程机械100的当前振动信号。
在本发明实施例中，上述的步骤S100和步骤S100`由第一获取模块111执行。
第二获取模块112：用于获取工程机械100的振动噪声经验曲线，其中，振动噪声经验曲线为表征工程机械100的振动与噪声对应关系的曲线；
在本发明实施例中，上述的步骤S200和步骤S200`由第二获取模块112执行。
计算模块113：用于根据当前振动信号和振动噪声经验曲线，计算工程机械100的当前噪声波；
在本发明实施例中，上述的步骤S300和步骤S300`由计算模块113执行。
控制模块114：用于控制执行机构130发出当前噪声波对应的当前抵消波，其中，当前抵消波与当前噪声波的幅值相等、相位相差180度。
在本发明实施例中，上述的步骤S400和步骤S500`由控制模块114执行。
需要说明的是，对于上述图7中的降噪方法，其对应的降噪装置还可以包括第三获取模块，用于执行步骤S400`。
在可选的实施例中，第二获取模块112还用于：获取工程机械100的噪声信号和振动信号；根据噪声信号和振动信号，得出振动噪声经验曲线。
在本发明实施例中，上述的子步骤S210和子步骤S220由第二获取模块112执行。
在可选的实施例中，第二获取模块112还用于：对噪声信号和振动信号进行频段提取，得到噪声信号和振动信号的多个频段；对多个频段中的各频段进行曲线拟合，输出或更新振动噪声经验曲线。
在本发明实施例中，上述的子步骤S221和子步骤S222由第二获取模块112执行。
在可选的实施例中，第二获取模块112还用于：发送经验曲线获取指令。接收并存储与经验曲线获取指令对应的反馈信号，其中，反馈信号中搭载有振动噪声经验曲线。
在本发明实施例中，上述的子步骤S230和子步骤S240由第二获取模块112执行。
本发明实施例提供的工程机械的降噪装置110：通过获取工程机械100的当前振动信号，将该当前振动信号输入至振动噪声经验曲线，得到与该当前振动信号对应的当前噪声波，并控制执行机构130发出与当前噪声波对应的当前抵消波，实现对当前噪声波的降噪。对于本发明实施例来说，通过分析工程机械100的当前振动信号，并控制执行机构130发出与之对应的抵消波，实现工程机械100的有源降噪，一方面可以提高高频噪声的降噪效果，降低工程机械100的使用噪声，另一方面也可以减少隔音材料的使用，降低物料成本。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器、随机存取存储器、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种工程机械的降噪方法，用于对工程机械降噪，所述工程机械包括用于发出抵消波的执行机构，其特征在于，所述降噪方法包括：
获取所述工程机械的当前振动信号；
获取所述工程机械的振动噪声经验曲线，其中，所述振动噪声经验曲线为表征所述工程机械的振动与噪声对应关系的曲线；
根据所述当前振动信号和所述振动噪声经验曲线，获得所述工程机械的当前噪声波；
控制所述执行机构发出所述当前噪声波对应的当前抵消波，其中，所述当前抵消波与所述当前噪声波的幅值相等、相位相差180度。
2.根据权利要求1所述的工程机械的降噪方法，其特征在于，所述获取所述工程机械的振动噪声经验曲线的步骤包括：
获取所述工程机械的噪声信号和振动信号；
根据所述噪声信号和所述振动信号，得出所述振动噪声经验曲线。
3.根据权利要求2所述的工程机械的降噪方法，其特征在于，所述根据所述噪声信号和所述振动信号，计算出所述振动噪声经验曲线的步骤包括：
对所述噪声信号和所述振动信号进行频段提取，得到所述噪声信号和所述振动信号的多个频段；
对所述多个频段中的各频段进行曲线拟合，输出或更新所述振动噪声经验曲线。
4.根据权利要求3所述的工程机械的降噪方法，其特征在于，在所述对所述噪声信号和所述振动信号进行频段提取，得到所述噪声信号和所述振动信号的多个频段的步骤中，通过傅里叶变换对所述噪声信号和所述振动信号进行频段提取。
5.根据权利要求3所述的工程机械的降噪方法，其特征在于，在所述对所述多个频段中的各频段进行曲线拟合，输出或更新所述振动噪声经验曲线的步骤中，通过神经网络模型对所述多个频段中的各频段进行曲线拟合。
6.根据权利要求1所述的工程机械的降噪方法，其特征在于，所述获取所述工程机械的振动噪声经验曲线的步骤包括：
发送经验曲线获取指令；
接收并存储与所述经验曲线获取指令对应的反馈信号，其中，所述反馈信号中搭载有所述振动噪声经验曲线。
7.根据权利要求1所述的工程机械的降噪方法，其特征在于，在所述控制所述执行机构发出所述当前噪声波对应的当前抵消波的步骤后，所述降噪方法还包括：
获取所述工程机械的实际噪声信号；
根据所述实际噪声信号，调整所述执行机构的输出参数，其中，所述输出参数包括所述执行机构发出波的振幅和相位；和/或，根据所述实际噪声信号，修正所述振动噪声经验曲线。
8.一种工程机械的降噪方法，用于对工程机械降噪，所述工程机械包括用于发出抵消波的执行机构，其特征在于，所述降噪方法包括：
获取所述工程机械的当前振动信号；
获取所述工程机械的振动噪声经验曲线，其中，所述振动噪声经验曲线为表征所述工程机械的振动与噪声对应关系的曲线；
根据所述当前振动信号和所述振动噪声经验曲线，获得所述工程机械的当前噪声波；
获取所述工程机械的实际噪声信号；
根据所述当前噪声波和所述实际噪声信号，控制所述执行机构发出抵消噪声的声波。
9.一种工程机械的降噪装置，用于对工程机械降噪，所述工程机械包括用于发出抵消波的执行机构，其特征在于，所述降噪装置包括：
第一获取模块：用于获取所述工程机械的当前振动信号；
第二获取模块：用于获取所述工程机械的振动噪声经验曲线，其中，所述振动噪声经验曲线为表征所述工程机械的振动与噪声对应关系的曲线；
计算模块：用于根据所述当前振动信号和所述振动噪声经验曲线，获得所述工程机械的当前噪声波；
控制模块：用于控制所述执行机构发出所述当前噪声波对应的当前抵消波，其中，所述当前抵消波与所述当前噪声波的幅值相等、相位相差180度。
10.一种工程机械，其特征在于，包括控制器和执行机构，所述控制器与所述执行机构连接，所述控制器上存储有降噪程序，所述降噪程序执行时，实现如权利要求1-8中任一项所述的降噪方法。
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