CN112610377A - 汽车噪声减轻 - Google Patents

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Abstract

一种用于噪声消除的方法包括：对于当前操作点监视系统；对于预定干扰监视系统；以及响应于预定干扰，确定干扰处于瞬态或稳态响应周期中的一个。从包含预定噪声消除波形数据的数据库中选择与系统的当前操作点、干扰和响应周期相对应的数据集。基于选择的数据集将噪声消除波形输出到音频换能器。

Description

汽车噪声减轻
技术领域
本公开涉及乘用车内的有源噪声消除。
背景技术
车辆操作者和乘员习惯于车厢内的各种声音，这些声音是各种汽车系统和车辆操作的特征。这样的声音包括例如由进气和排气系统产生的发动机操作声音。这些声音是正常的、熟悉的，并且由车辆操作者和乘员预期。例如，在各种瞬时或暂时事件期间，可能会发生与预期声音的偏差。尽管这样的事件可能与希望的车辆操作相关，但声音偏差可能对操作者或乘员不利。因此，期望减轻这种声音偏差。
发明内容
在一示例性实施例中，一种噪声消除系统包括具有在汽车的车厢内产生噪声的当前操作点的汽车系统。该系统还包括具有处理器的噪声消除控制器，该处理器配置为确定对汽车系统的干扰是有源的，从包含预定噪声消除波形数据的数据库中选择与汽车系统的当前操作点和干扰相对应的数据集，并且基于选择的数据集将噪声消除波形输出到音频换能器。
除了本文所述的一个或多个特征之外，噪声消除系统包括具有内燃发动机系统的汽车系统。
除了本文所述的一个或多个特征之外，噪声消除系统包括内燃发动机系统，并且干扰包括排气再循环阀。
除了本文所述的一个或多个特征之外，噪声消除系统包括内燃发动机系统，其具有带有排气再循环阀的专用气缸排气再循环回路，其中，干扰包括排气再循环阀。
除了本文所述的一个或多个特征之外，噪声消除系统包括对汽车系统的干扰，其包括A/C离合器操作、燃料喷射器泵压力变化、选择性气缸停用、冷却风扇操作以及液压制动调制中的一个。
除了本文所述的一个或多个特征之外，噪声消除系统包括具有快速傅立叶变换系数的预定噪声消除波形数据。
除了本文所述的一个或多个特征之外，噪声消除系统包括具有内燃发动机系统的汽车系统，并且干扰包括专用气缸排气再循环回路内的排气再循环阀，并且当前操作点包括当前发动机rpm和扭矩对。
除了本文所述的一个或多个特征之外，噪声消除系统包括具有内燃发动机系统的汽车系统，干扰包括专用气缸排气再循环回路内的排气再循环阀，当前操作点包括当前发动机rpm和扭矩对，并且预定噪声消除波形数据包括快速傅立叶变换系数。
除了本文所述的一个或多个特征之外，噪声消除系统包括基于发动机曲柄角度调节的噪声消除波形相位。
除了本文所述的一个或多个特征之外，噪声消除系统包括处理器，其还配置为确定有源干扰处于瞬态响应周期，其中包含预定噪声消除波形数据的数据库包括瞬态校准数据表，并且其中对于预定持续时间输出噪声消除波形。
除了本文所述的一个或多个特征之外，噪声消除系统包括处理器，其还配置为确定有源干扰处于稳态响应周期，其中包含预定噪声消除波形数据的数据库包括稳态校准数据表，并且其中在干扰是有源的时，输出噪声消除波形并且连续更新汽车系统的当前操作点和相应的数据集。
除了本文所述的一个或多个特征之外，噪声消除系统包括具有快速傅立叶变换系数的预定噪声消除波形数据，其中包含预定噪声消除波形数据的数据库包括在离线过程中根据表示各自平均多个时域波形样本的未受干扰和受干扰曲线之间的相移差而开发的数据库。
在另一示例性实施例中，一种用于噪声消除的方法包括：对于当前操作点监视系统；对于预定干扰监视系统；以及响应于预定干扰，确定干扰处于瞬态或稳态响应周期中的一个，从包含预定噪声消除波形数据的数据库中选择与系统的当前操作点、干扰和响应周期相对应的数据集，并且基于选择的数据集将噪声消除波形输出到音频换能器。
除了本文所述的一个或多个特征之外，用于噪声消除的方法包括具有内燃发动机系统的被监视的系统，并且当前操作点包括当前发动机rpm和扭矩对。
除了本文所述的一个或多个特征之外，噪声消除系统包括具有内燃发动机系统的被监视的系统，并且对被监视的系统的干扰包括A/C离合器操作、燃料喷射器泵压力变化、选择性气缸停用以及冷却风扇操作中的一个。
除了本文所述的一个或多个特征之外，噪声消除系统包括对汽车系统的干扰，其包括A/C离合器操作、燃料喷射器泵压力变化、选择性气缸停用、冷却风扇操作以及液压制动调制中的一个。
在另一示例性实施例中，一种用于乘用车的噪声消除系统包括控制器，其配置为对于操作点监视车辆系统，对于已知干扰监视车辆系统，基于操作点和已知干扰，从预定FFT系数数据库中选择FFT系数集，将选择的FFT系数集处理为模拟波形，并且将模拟波形输出到音频换能器。
除了本文所述的一个或多个特征之外，噪声消除系统包括控制器，其还配置为确定已知干扰处于瞬态响应周期，其中预定FFT系数数据库包括瞬态校准数据表，并且其中对于预定持续时间输出模拟波形。
除了本文所述的一个或多个特征之外，噪声消除系统包括控制器，其还配置为确定干扰处于稳态响应周期中，其中预定FFT系数数据库包括稳态校准数据表，并且其中当干扰处于稳态响应周期时，输出模拟波形并且连续更新操作点和选择的FFT系数集。
除了本文所述的一个或多个特征之外，噪声消除系统包括调节的模拟波形相位。
当结合附图考虑时，根据以下详细描述，本公开的以上特征和优点以及其他特征和优点将显而易见。
附图说明
其他特征、优点和细节仅通过示例的方式在下面的详细描述中出现，详细描述参考附图，其中：
图1示出了根据本公开的内燃发动机系统；
图2示出了根据本公开的在内燃发动机系统的受干扰和未受干扰操作期间的发动机进气和排气噪声；
图3示出了根据本公开的各种车厢声音曲线；
图4示出了根据本公开的用于确定性有源噪声消除系统中的校准数据表的离线开发；
图5示出了根据本公开的车辆内的有源噪声消除；
图6示出了根据本公开的瞬态有源噪声消除；
图7示出了根据本公开的稳态噪声消除；以及
图8示出了根据本公开的示例性有源噪声消除系统。
具体实施方式
以下描述本质上仅是示例性的，并且无意于限制本公开、其应用或用途。应当理解，在所有附图中，相应的附图标记表示相同或相应的部分和特征。
本公开描述了与内燃发动机和乘用车补充一起应用的某些示例性实施例。图1示出了包括发动机101、控制器5和用户界面13的内燃发动机系统100。发动机101包括多个气缸103A、103B、103C、103D。进气通过进气导管105和节气门107进入进气歧管109和进气流道111A、111B、111C、111D，以分配到气缸103。各种进气部件(包括例如空气箱、过滤器及其外壳)构成进气系统。多个排气流道113A、113B、113C、113D从气缸103接收排气。排气流道113B、113C、113D的子集将排气引导到排气歧管115中并通过排气导管123。各种排气部件(包括例如后处理装置和消音器)构成排气系统。至少一个排气流道113A将排气引导至阀117，其构造成可控制地将来自气缸103A的排气引导至排气歧管115和排气再循环(EGR)导管119中的一个或两者。EGR导管可以将排气从阀117引导到节气门107下游的进气歧管109中，如图所示，或者引导到节气门107上游的进气导管105中。这种EGR配置可称为专用气缸EGR回路。内燃发动机系统100还包括用于感测发动机RPM和曲轴角度的曲轴传感器121。
控制器5通过通信链路15信号地且可操作地链接到发动机系统100中的各种致动器和传感器，以监视和控制发动机101的操作。曲轴传感器121优选地包括编码器，从其可以推导出绝对曲轴角度和发动机rpm。节气门107包括节气门位置传感器，并且可以包括用于将节气门位置控制到来自控制器5的指令节气门位置的节气门致动器或者用于机械地控制节气门位置的机械连杆机构，比如通过节气门踏板和巡航控制连杆机构。控制器5执行例程来控制致动器以满足与燃料经济性、排放、性能和驾驶性能等有关的控制目标。控制器5从发动机rpm和节气门位置确定发动机扭矩。发动机rpm和扭矩对限定发动机操作点。车辆操作者通过包括例如加速踏板、制动踏板、变速范围选择器和车速巡航控制的多个装置13来引导和命令发动机101的操作。通信链路15可以实现各种控制模块和部件之间的结构化通信。通信链路15和适当的协议提供了控制器和部件之间的牢固消息传递和多控制模块接口。通信链路可以包括控制器局域网或直接通信链路。通信链路也可以使用无线通信来实现。
控制模块、模块、控制、控制器、控制单元、处理器和类似术语是指专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序或例程的中央处理单元(优选是微处理器)和相关内存和存储器(只读、可编程只读、随机访问、硬盘驱动等)、组合逻辑电路、输入/输出电路和设备、适当的信号调理和缓冲电路以及提供所述功能的其他部件中的任何一个或者一个或多个的各种组合。软件、固件、程序、指令、例程、代码、算法和类似术语是指包括校准和查找表的任何控制器可执行指令集。例程比如由中央处理单元执行，并且可操作成监视来自感测设备和其他联网控制模块的输入，并执行控制和诊断例程以控制致动器的操作。例程可以在正在进行的发动机和车辆操作期间以规则间隔执行。可替代地，可以响应于事件的发生而执行例程。
在正常的发动机操作期间，即没有干扰的发动机操作，发动机系统100产生车辆操作者和乘员可感知的特征声音。这些声音主要是由进气和排气系统产生的，通常会对进气和排气系统进行调整以提供期望的声音。然而，声音可能来自发动机系统、动力总成、底盘、配件等的其他区域。这些声音在整个发动机操作范围内可能会变化，但它们是可重复的。这样，这些特征声音可以映射到发动机系统的操作点，例如通过发动机rpm和扭矩来表示。当出现发动机干扰时，由发动机系统产生的声音将与没有此类干扰时产生的特征声音有所不同。如果干扰本身是可预测和可重复的，那么由受干扰发动机产生的声音也将是可预测和可重复的。而且，就像在未受干扰发动机操作的情况下一样，在这种可预测和可重复的干扰期间产生的声音也可能会映射到发动机系统的操作点。
参照图2，示出了在对于示例性四冲程四缸内燃发动机的特定发动机操作点处收集的各种声波。发动机操作点对应于以约1500rpm和约1000kPa的制动平均有效压力(BMEP)进行的发动机操作。上组声波201对应于进气声音，而下组声波203对应于排气声音。两组声波分别沿水平轴对曲柄角度和沿竖直轴对动态压力绘制。实线所示的声波207和209对应于未受干扰发动机操作。虚线所示的声波205和211对应于受周期性干扰发动机操作。沿公共水平轴绘制各个未受干扰/受干扰声波对(207,205)和(209,211)，其中每个单独声波已在对应于各个不受干扰和受干扰发动机操作的不同时间收集。在该示例中，干扰在约150度(从绝对零曲柄角度)到510度之间有效。在本实施例中，干扰是通过EGR阀117将气缸103A排气流路从排气歧管115经由EGR导管119切换到进气歧管109引入的。如从图2理解，干扰基本上表现为缺少的排气脉冲225和初始增加的振幅以及连续时间延迟的进气脉冲227。
转到图3，并且再次相对于对应于以约1500rpm和约1000kPa的BMEP进行的发动机操作的发动机操作点，示出了三条曲线或波形。沿着相对于零基线的竖直轴并且沿着相对于发动机曲柄角度的水平轴绘制车厢声压。曲线301对应于在特定发动机操作点的不受干扰发动机操作，其中EGR阀将排气从气缸103A引导到排气歧管115中。曲线303对应于在特定发动机操作点的受干扰发动机操作，其中EGR阀将排气从气缸103A经由EGR导管119引导到进气歧管109中。从干扰声音曲线303减去未干扰声音曲线301返回声压差307。该差值309的反向返回噪声消除曲线305，如果将其与受干扰声音曲线303相加，则得出未受干扰声音曲线301。图3的示例性曲线对应于与图1的专用EGR配置有关的本示例性实施例，考虑到了如上所述的EGR切换对车厢噪声的影响。在这样的示例中，干扰是由EGR阀的激活(或停用)引起的。其他干扰可导致类似于示例性受干扰曲线303的替代受干扰声音曲线。此类干扰例如可归因于其他致动器，其操作可能导致与未受干扰声音曲线301的明显偏差。此类替代受干扰声音曲线可能源自其他汽车系统的操作和干扰源，例如包括A/C离合器操作干扰、燃料喷射器泵压力变化干扰、选择性气缸停用干扰、冷却风扇操作干扰、液压制动调制等。
图4示出了根据本公开的用于确定性有源噪声消除系统的校准数据表的离线开发400。离线开发在生产或生产意图车辆中执行，作为有源噪声消除校准的一部分。相对于限定操作空间的变量，以初始相对较细的粒度来定义感兴趣的车辆系统的整个操作空间的车辆系统操作点。系统操作空间可以由定义一个操作点的一个或多个操作参数来定义。关于与发动机系统和专用气缸EGR干扰有关的本实施例，发动机系统100操作空间由rpm对扭矩(BMEP)操作点二维地限定401。针对每个操作点开发未受干扰、受干扰和消除曲线403。优选地，每个未受干扰和受干扰曲线代表在车厢内获取的各自平均多个时域波形样本和参考或索引到发动机曲轴角度的相位。然后，根据受干扰曲线和未受干扰曲线以及反相或相移180度之间的差异来合成每个操作点的消除曲线。可替代地，可以，从多个相应成对未受干扰和受干扰时域波形样本中的每对合成每个操作点的多个消除曲线，并且将其平均以提供每个操作点的相应最终消除曲线。任何干扰源，尽管是暂时的，都可以根据对受干扰系统的瞬态和稳态影响来表征。瞬态响应基本始于干扰开始，达一定持续时间或循环，其可能会随系统的特定操作点而变化并且可以在校准开发过程中被客观地或主观地确定。在本示例性实施例中，当EGR阀将来自气缸103A的排气通过EGR导管119引导到进气系统中时，瞬态响应开始。稳态响应开始于瞬态响应的确定结束处，并且只要EGR阀将来自气缸103A的排气通过EGR导管119引导到进气系统中其就持续进行。瞬态持续时间例如以时间或循环来量化，并且与发动机操作点相关或关联405。因此，优选地在干扰持续时间内完成在403中开发的消除曲线，该干扰持续时间充分地捕获干扰的瞬态和稳态响应。
根据优选实施例，校准数据表的开发400优选地包括减少用于应用实施的数据集。这优选地包括开发用于瞬态响应423的一组校准数据表和用于稳态响应421的一组校准数据表。在多个消除曲线中可能存在在rpm对扭矩矩阵内的某些带或范围，该rpm对扭矩矩阵限定了在瞬态持续时间范围内共享共同或相似特征的操作空间。因此，可以将代表性的瞬态消除曲线与这种带内的所有这样的操作点相关或建立索引407。例如，可以将这样的瞬态消除曲线定义为针对在该范围内的每个相应操作点的所有单独确定的消除曲线中的简单平均。在定义瞬态消除曲线时，涉及更多的技术可能包括统计和回归方法。在校准数据表的离线开发400中的此位置，每个瞬态消除曲线都经过快速傅立叶变换(FFT)，以确定相应的FFT系数集409。最后，最终确定包含针对操作点范围索引的FFT系数和瞬态持续时间数据的一个或多个瞬态校准数据表411。
类似地，在校准数据表的开发400中，在多个消除曲线中可能存在在rpm对扭矩矩阵内的某些带或范围，该rpm对扭矩矩阵限定了共享用于稳态操作的共同或相似特征的操作空间。因此，可以将代表性的稳态消除曲线与这种带内的所有这样的操作点相关或建立索引413。可以以上面关于瞬态消除曲线所讨论的方式来定义这种稳态消除曲线。在校准数据表的离线开发400中的此位置，每个稳态消除曲线都经过快速傅立叶变换(FFT)，以确定相应的FFT系数集415。最后，最终确定包含针对操作点范围索引的FFT系数的一个或多个稳态校准数据表417。
因此，可以理解的是，通过实践校准数据表的离线开发400，避免了在依赖于模拟声波的数字采样、包括频域转换的实时信号处理、噪声消除波形的算法确定、时间域转换等的已知实时有源噪声消除系统中所需的显著吞吐量和处理能力。通过减少数据集可获得更多优势，从而实现高效的数据存储和检索。有利地，利用根据本公开实践的本有源噪声消除方法和系统，很大程度上避免了通常与实时有源噪声消除硬件相关的大量费用。
根据本公开的一实施例并参照图5，利用本文描述的校准数据表来实施车辆内的有源噪声消除500。监视预定干扰源以确定干扰是否是有源的。在专用气缸EGR回路的示例性应用中，比如通过位置感测或其他直接或间接技术501来监视EGR阀状态。未受干扰系统不需要进一步动作，并且相对于所监视的干扰源(即EGR阀)，没有实施有源噪声消除503。然而，例如通过持续时间或系统循环，确定受干扰系统处于瞬态或稳态响应周期507。在干扰处于瞬态响应周期的情况下，实施瞬态有源噪声消除509。在干扰处于稳态响应周期的情况下，实施稳态有源噪声消除511。
图6和7分别示出了根据示例性实施例的瞬态有源噪声消除和稳态噪声消除。瞬态有源噪声消除例程600通过监视通信链路15上的发动机操作点并且基于发动机操作点rpm和扭矩607引用在601的瞬态校准数据表开始。在601的瞬态校准数据表返回预定FFT系数集，用于在车厢内产生模拟噪声消除波形。在601的瞬态噪声消除表还可以返回持续时间，例如时间或发动机循环，以实施模拟噪声消除。在603，有源噪声消除系统将FFT系数处理为期望的瞬态噪声消除波形的原始数字时域表示。基于发动机曲柄角度609确定期望的瞬态噪声消除波形的时移或相位611。在605，通过有源噪声消除系统将该时移相位应用于经过数模转换的期望瞬态噪声消除波形的原始数字时域表示。对于根据瞬态噪声消除的期望持续时间的持续时间，有源噪声消除系统将相位调节的期望瞬态噪声消除波形输出到音频换能器，比如存在于车辆娱乐系统613中或补充其的那些。稳态有源噪声消除例程700通过监视通信链路15上的发动机操作点并且基于通信链路15上可用的发动机操作点rpm和扭矩707引用在701的稳态校准数据表开始。稳态校准数据表返回预定FFT系数集，用于在车厢内生成模拟噪声消除波形。在703，有源噪声消除系统将FFT系数处理为期望的稳态噪声消除波形的原始数字时域表示。基于发动机曲柄角度709确定期望的稳态噪声消除波形的时移或相位711。在705，通过有源噪声消除系统将该时移相位应用于经过数模转换的期望稳态噪声消除波形的原始数字时域表示。有源噪声消除系统将相位调节的期望稳态噪声消除波形输出到音频换能器，比如存在于车辆娱乐系统713中或补充其的那些。只要干扰源保持有源，此例程就会持续更新715。
图8示出了根据本公开的用于减轻不期望声音偏差的示例性有源噪声消除系统800。乘客/驾驶员850可以听到由预定干扰源引起的车厢内的声音偏差801。有源噪声消除系统800可以包括有源噪声消除模块815，其配置为生成模仿稳态和瞬态消除曲线的噪声消除波形820，以通过破坏性地干扰和有效地消除声音偏差801来减少声音偏差801。有源噪声消除模块815通过通信链路15与其他控制器通信，这些控制器共享数据，包括发动机控制数据和参数，例如发动机rpm、曲柄角度和扭矩，用于根据本公开的有源噪声消除。诸如存在于车辆娱乐系统870中或补充其的那些的音频换能器880在乘客/驾驶员850的车厢内投射噪声消除波形820。
除非明确地描述为“直接的”，否则在以上公开中描述第一和第二元件之间的关系时，该关系可以是在第一和第二元件之间不存在其他中间元件的直接关系，而且也可以是在第一和第二元件之间存在(在空间上或功能上)一个或多个中间元件的间接关系。
应当理解，在不改变本公开的原理的情况下，可以以不同的顺序(或同时)执行方法内的一个或多个步骤。此外，尽管以上将每个实施例描述为具有某些特征，但关于本公开的任何实施例描述的那些特征中的任何一个或多个可以在任何其他实施例中实施和/或与任何其他实施例的特征组合，即使该组合没有明确描述。换句话说，所描述的实施例不是互相排斥的，并且一个或多个实施例彼此的置换仍在本公开的范围内。
尽管已经参考示例性实施例描述了以上公开，但本领域技术人员将理解，在不脱离其范围的情况下，可以进行各种改变并且可以用等同物代替其元件。另外，在不脱离本公开的实质范围的情况下，可以做出许多修改以使特定情况或材料适应本公开的教导。因此，意图是本公开不限于所公开的特定实施例，而是将包括落入其范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种噪声消除系统，包括：
具有在汽车的车厢内产生噪声的当前操作点的汽车系统；以及
包括处理器的噪声消除控制器，该处理器配置为确定对汽车系统的干扰是有源的，从包含预定噪声消除波形数据的数据库中选择与汽车系统的当前操作点和所述干扰相对应的数据集，并且基于所述选择的数据集将噪声消除波形输出到音频换能器。
2.根据权利要求1所述的噪声消除系统，其中，所述汽车系统包括内燃发动机系统。
3.根据权利要求1所述的噪声消除系统，其中，所述汽车系统包括内燃发动机系统，并且所述干扰包括排气再循环阀。
4.根据权利要求3所述的噪声消除系统，其中，所述内燃发动机系统包括具有所述排气再循环阀的专用气缸排气再循环回路。
5.根据权利要求1所述的噪声消除系统，其中，所述预定噪声消除波形数据包括快速傅立叶变换系数。
6.根据权利要求1所述的噪声消除系统，其中，所述处理器还配置为确定所述有源干扰处于瞬态响应周期，其中，包含预定噪声消除波形数据的所述数据库包括瞬态校准数据表，并且其中，对于预定持续时间输出所述噪声消除波形。
7.根据权利要求1所述的噪声消除系统，其中，所述处理器还配置为确定所述有源干扰处于稳态响应周期，其中，包含预定噪声消除波形数据的所述数据库包括稳态校准数据表，并且其中，当干扰是有源的时，输出所述噪声消除波形并且连续更新汽车系统的当前操作点和相应的数据集。
8.一种用于噪声消除的方法，包括：
对于当前操作点监视系统；
对于预定干扰监视系统；以及
响应于预定干扰，确定干扰处于瞬态或稳态响应周期中的一个，从包含预定噪声消除波形数据的数据库中选择与系统的当前操作点、所述干扰和所述响应周期相对应的数据集，并且基于所述选择的数据集将噪声消除波形输出到音频换能器。
9.根据权利要求8所述的用于消除噪声的方法，其中，被监视的系统包括内燃发动机系统，并且所述当前操作点包括当前发动机rpm和扭矩对。
10.根据权利要求8所述的用于噪声消除的方法，其中，被监视的系统包括内燃发动机系统，并且对被监视的系统的干扰包括A/C离合器操作、燃料喷射器泵压力变化、选择性气缸停用以及冷却风扇操作中的一个。
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