CN114333755A - 一种汽车行驶中车内噪声的智能监测与降噪装置和方法 - Google Patents

Abstract

本申请属于噪声监测技术领域，具体涉及一种汽车行驶中车内噪声的智能监测与降噪装置和方法，本装置包括噪声波获取模块、差值声波模块、抵消声波模块和降噪模块；噪声波获取模块获取噪声源方向的正向声波特征和反向声波特征；差值声波模块得到差值声波特征；抵消声波模块根据汽车的行驶状态，对差值声波特征进行调整，得到噪声源方向的抵消声波特征；降噪模块按照预设时延向噪声源方向发出抵消声波。本方法包括获取噪声源方向的正向声波特征和反向声波特征；获取差值声波特征；根据汽车的行驶状态，对差值声波特征进行调整，得到抵消声波特征；按照预设时延，向噪声源方向发出抵消声波。本申请能够实时监测车内噪声变化，有效针对噪声进行抑制。

Description

一种汽车行驶中车内噪声的智能监测与降噪装置和方法

技术领域

本申请属于噪声监测技术领域，具体涉及一种汽车行驶中车内噪声的智能监测与降噪装置和方法。

背景技术

随着汽车成为个人出行的主要交通工具之一，汽车越来越承载了乘客对于舒适性的更高期望。动力总成噪声、路噪，尤其是风噪成为了客户关注的重点。随着汽车技术的进步，主动降噪技术逐步发展起来，成为提升乘坐舒适度的一项重要手段。

当前主动降噪技术，主要是采集环境噪声，直接进行反向激励，达到降噪目的。但是这种降噪技术很粗糙，由于不能针对环境噪声做到有针对性的抑制，且反向激励还存在与噪声声波时间差，造成反向激励并不能有效的抑制噪声，甚至还成为了一个新的噪声源。

车内环境噪声有多个来源，不同的噪声源产生不同频率的噪声，如何对这些噪声做到有效抑制，需要针对不同的噪声源做到有的放矢，且保证同频反向的精度。

发明内容

本申请提出了一种汽车行驶中车内噪声的智能监测与降噪装置和方法，通过对不同方向的噪声进行处理，筛选出噪声源的噪声波特征，进一步的，根据车辆的行驶状态，对该噪声波特征进行预判的时延处理，消除声波特征处理过程中的时延问题。

为实现上述目的，本申请提供了如下方案：

一种汽车行驶中车内噪声的智能监测与降噪装置，包括噪声波获取模块、差值声波模块、抵消声波模块和降噪模块；

所述噪声波获取模块用于获取噪声源方向的正向声波特征，以及获取与所述噪声源方向相反的反向声波特征；

所述差值声波模块用于获基于所述正向声波特征和所述反向声波特征，得到差值声波特征；

所述抵消声波模块用于根据汽车的行驶状态，对所述差值声波特征进行调整，得到所述噪声源方向的抵消声波特征；

所述降噪模块用于按照预设时延，根据所述抵消声波特征向所述噪声源方向发出抵消声波。

可选的，所述噪声波获取模块包括正向采集单元、正向特征单元、反向采集单元和反向特征单元；

所述正向采集单元用于获取噪声源方向的正向声波；

所述正向特征单元用于根据所述正向声波，得到所述正向声波特征；

所述反向采集单元用于获取与所述噪声源方向相反的反向声波；

所述反向特征单元用于根据所述反向声波，得到所述反向声波特征；

所述正向采集单元和所述反向采集单元连接在一起。

可选的，所述正向声波特征和反向声波特征均包括声波的频率、相位和幅值；

所述差值声波模块得到所述差值声波特征的方法包括：

所述差值声波模块根据所述正向声波特征中的幅值和所述反向声波特征中的幅值，对于超过预设幅值的部分，进行叠加对比，去除频率相同的部分后，得到所述差值声波特征。

可选的，所述行驶状态包括未行驶状态、均速行驶状态、加速行驶状态和减速行驶状态；

所述抵消声波模块得到所述抵消声波特征的方法包括：

所述抵消声波模块根据不同的所述行驶状态下所述正向声波的变化规律，对所述差值声波特征进行调频和相位反向处理，得到所述抵消声波特征。

另一方面，为实现上述目的，本申请还提供了一种汽车行驶中车内噪声的智能监测与降噪方法，包括如下步骤：

同时获取噪声源方向的正向声波特征，以及获取与所述噪声源方向相反的反向声波特征；

基于所述正向声波特征和所述反向声波特征，得到差值声波特征；

根据汽车的行驶状态，对所述差值声波特征进行调整，得到所述噪声源方向的抵消声波特征；

按照预设时延，根据所述抵消声波特征向所述噪声源方向发出抵消声波。

可选的，采集所述噪声源方向的正向声波，得到所述正向声波特征；

采集与所述噪声源方向相反的反向声波，得到所述反向声波特征；

所述正向声波特征和反向声波特征均包括声波的频率、相位和幅值。

可选的，得到所述差值声波特征的方法包括：

根据所述正向声波特征中的幅值和所述反向声波特征中的幅值，对于超过预设幅值的部分，进行叠加对比，去除频率相同的部分后，得到所述差值声波特征。

可选的，所述行驶状态包括未行驶状态、均速行驶状态、加速行驶状态和减速行驶状态；

得到所述抵消声波特征的方法包括：

根据不同的所述行驶状态下所述正向声波的变化规律，对所述差值声波特征进行调频和相位反向处理，得到所述抵消声波特征。

本申请的有益效果为：

本申请公开了一种汽车行驶中车内噪声的智能监测与降噪装置和方法，通过对噪声源方向和其反向的噪声实时监测，通过对声波特征进行去重处理，能够准确筛选出噪声源的噪声波特征，从而可以有效针对噪声源噪声进行抑制，解决了现有技术中噪声抑制缺乏针对性的问题；进一步的，根据汽车的行驶状态，对噪声源产生的噪声做出预判，从而对抵消声波进行预判和延时处理，实现了抵消声波对噪声源声波的有效抑制。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面对实施例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是本申请的一些实施例，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为本申请实施例一中的汽车行驶中车内噪声的智能监测与降噪装置结构示意图；

图2为本申请实施例二中的汽车行驶中车内噪声的智能监测与降噪方法流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。

众所周知的，汽车在行驶过程中，车内的噪声来源于多个不同的噪声源，主要以发动机噪声、风噪、胎噪为主，再混合一些其他的噪声，或者偶发性的噪声，由于这些噪声的频率完全不同，同时所有的噪声声波在车内经过不断的反射，给人以非常嘈杂的感觉。噪声的抑制，需要针对特定的噪声源，既监测噪声源方向混合有其他噪声的正向噪声，又要监测噪声源反方向没有混合噪声源噪声的反向噪声，才能从中准确筛选出主要噪声源的噪声特征，做到有的放矢，才能有效抑制特定噪声源的噪声。本实施例一和本实施例二，均以发动机噪声为监测和抑制的对象，对于风噪和胎噪的监测和抑制，可参考发动机噪声。

实施例一

如图1所示，为本申请实施例一中的汽车行驶中车内噪声的智能监测与降噪装置结构示意图，主要包括噪声波获取模块、差值声波模块、抵消声波模块和降噪模块。

具体的，噪声波获取模块用于获取噪声源方向的正向声波特征，以及获取与噪声源方向相反的反向声波特征。差值声波模块用于获取基于正向声波特征和反向声波特征，得到差值声波特征。抵消声波模块用于根据汽车的行驶状态，对差值声波特征进行调整，得到噪声源方向的抵消声波特征。降噪模块用于按照预设时延，根据抵消声波特征向噪声源方向发出抵消声波。

下面，具体介绍在本实施例一中，各个功能模块的结构组成和功能实现。

在本实施例一中，要在同样的位置同时采集噪声源方向的正向声波，即发动机方向传来的发动机噪声声波，以及采集与噪声源方向相反的反向声波，即背离发动机方向传来的环境噪声声波。众所周知的，对于绝大多数车型而言，汽车发动机安装在乘员舱前方，发动机舱与乘员舱之间设置有防火墙，用于隔音、隔热。因此，传入乘员舱的发动机噪声，已经经过了一次物理降噪处理，此次的声波采集，位于乘员舱前部，靠近防火墙的位置，从而较为直接、及时的采集发动机传入乘员舱的剩余噪音。正向声波，即发动机传入乘员舱的噪声声波，反向声波，即与正向声波方向相反的环境噪声声波。

噪声波获取模块包括正向采集单元、正向特征单元、反向采集单元和反向特征单元。

其中，正向采集单元用于获取噪声源方向的正向声波，然后由正向特征单元对正向声波进行分析，得到正向声波特征。反向采集单元用于获取与噪声源方向相反的反向声波，然后由反向特征单元对反向声波进行分析，得到反向声波特征。两种声波特征都包括声波的频率、相位和幅值。分析过程均采用现有的声波分析技术，只要能够得到声波的频率、相位和幅值即可。

在本实施例一中，正向采集单元和反向采集单元采用常用的单向话筒，以背靠背的方式连接在一起，中间加设吸音板，安装于乘员舱前部，靠近防火墙的位置，正向采集单元面对发动机方向，反向采集单元面向发动机的反方向。

如前所述，由于发动机噪声在经过防火墙传入乘员舱的同时，已经混合了环境噪声在防火墙处的反射声波，故正向声波是一种混合声波，发动机噪声混在其中，若要对发动机噪声进行抑制，单单只监测正向噪声，是没办法准确产生与发动机噪声相位相反、频率相同的抑制声波的，而这，也正是现有技术在噪声抑制中所欠缺的技术内容。

为此，本申请不仅仅只监测发动机方向传来的混合噪声，同时监测背离发动机方向的环境噪声。在本实施例一中，由于声波的采集位置很靠近防火墙位置，所以，正向声波中混合有发动机噪声和环境噪声，而反向声波中还没有来得及混合同一时刻的发送机噪声，所以，正向声波特征和反向声波特征存在差别，本申请正是利用这个差别分辨出较为纯净的发动机噪声。

但是，由于环境噪声中同时掺杂着大量其他微弱的噪声，而本实施例一又以发动机噪声为例进行技术阐述，目的在于抑制发动机噪声，所以，本申请并不直接对两个声波特征进行对比处理，而是在差值声波模块中预设了声波幅值限值，对于低于该幅值限值的噪声，本实施例一认为其影响较小，不做单独的抑制，特别的，如果发动机的噪声也小于这个幅值限制，则说明此时发动机噪声轻微。但是，多数情况下，在发动机持续工作过程中，发动机的噪声幅值均会超过该幅值限值，这样，只对超过预设幅值的部分声波进行处理，既不会因为一些轻微的噪声干扰而降低声波分析效率，也不会漏掉主要的噪声源声波。根据正向声波特征中的幅值和反向声波特征中的幅值，差值声波模块只对超过预设幅值的部分噪声，进行叠加对比，去除频率相同的部分后，得到差值声波特征。

在现有技术中，几乎全部都是一边监测噪声，一边对噪声进行频率识别和相位反向，然后发出抑制声波，但是这个处理过程是需要时间的，就会造成发出抑制声波时，噪声的频率已经发生改变，造成抑制失效，或达不到预期效果。特别是在汽车的行驶状态发生改变的时候，噪声的频率也在发生改变，如果不能针对时刻变化的噪声产生有针对性的抑制声波，那么噪声抑制也就无从谈起。

为此，在本申请的实施例一中，抵消声波模块同时采集汽车的行驶状态，包括未行驶状态、均速行驶状态、加速行驶状态和减速行驶状态。由于本实施例以发动机噪声为例，故采集的是发动机的工作状态，相对应的，为怠速工作状态、加速工作状态、匀速工作状态和减速工作状态。

不同行驶状态下，发动机的工作状态也不一样，发动机噪声的变化也相应发生改变，根据不同的行驶状态下发动机噪声的变化规律，对差值声波特征进行预判的调频和相位反向处理，得到抵消声波特征。在本实施例一中，预判的延时时间根据声波特征处理效率设定，本实施例一设定为0.2秒，即抵消声波特征针对的是0.2秒后的发动机噪声。

在本实施例一中，差值声波模块和抵消声波模块均采用FPGA可编程控制器并搭配必需的运算类器件构成，FPGA可根据实际需要和实际的采集位置，对不同的声波特征进行相应的调整。

在本实施例一中，由于抵消声波特征针对的是0.2秒后的发动机噪声，故降噪模块根据抵消声波特征向发动机方向发出抵消声波的时刻也是在正向采集单元实时采集时刻的0.2秒后，由此，抵消声波与发动机噪声声波实现了同频率、相位相反，从而实现了有效抑制发动机噪声的目的。

实施例二

如图2所示，本申请实施例二中的汽车行驶中车内噪声的智能监测与降噪方法流程示意图，部分原理性内容，可直接参考实施例一中的内容。主要包括以下步骤：

S102.同时获取噪声源方向的正向声波特征，以及获取与噪声源方向相反的反向声波特征。

在本实施例二中，要在同样的位置同时采集噪声源方向的正向声波，即发动机方向传来的发动机噪声声波，以及采集与噪声源方向相反的反向声波，即背离发动机方向传来的环境噪声声波。

基于正向声波，即发动机传入乘员舱的噪声声波，分析得到正向声波特征，基于反向声波，即环境噪声声波，分析得到反向声波特征。两种声波特征都包括声波的频率、相位和幅值。分析过程均采用现有的声波分析技术，只要能够得到声波的频率、相位和幅值即可。

S104.获取基于正向声波特征和反向声波特征，得到差值声波特征。

如前所述，由于发动机噪声在经过防火墙传入乘员舱的同时，已经混合了环境噪声在防火墙处的反射声波，故正向声波是一种混合声波，发动机噪声混在其中，若要对发动机噪声进行抑制，单单只监测正向噪声，是没办法准确产生与发动机噪声相位相反、频率相同的抑制声波的。

为此，本申请不仅仅只监测发动机方向传来的混合噪声，同时监测背离发动机方向的环境噪声。在本实施例二中，由于声波的采集位置很靠近防火墙位置，所以，正向声波中混合有发动机噪声和环境噪声，而反向声波中还没有来得及混合同一时刻的发送机噪声，所以，正向声波特征和反向声波特征存在差别，本申请正是利用这个差别分辨出较为纯净的发动机噪声。

但是，由于环境噪声中同时掺杂着大量其他微弱的噪声，而本实施例二又以发动机噪声为例进行技术阐述，目的在于抑制发动机噪声，所以，本申请并不直接对两个声波特征进行对比处理，而是首先预设了一个声波幅值限值，对于低于该幅值限值的噪声，本实施例二认为其影响较小，不做单独的抑制，特别的，如果发动机的噪声也小于这个幅值限制，则说明此时发动机噪声轻微。这样，只对超过预设幅值的部分声波进行处理，既不会因为一些轻微的噪声干扰而降低声波分析效率，也不会漏掉主要的噪声源声波。在本实施例二中，对正向声波特征和反向声波特征进行叠加对比，去除频率相同的部分后，得到差值声波特征。

S106.根据汽车的行驶状态，对差值声波特征进行调整，得到噪声源方向的抵消声波特征。

众所周知的，汽车行驶状态发生改变的时候，噪声的频率也会发生改变，如果不能针对时刻变化的噪声产生有针对性的抑制声波，那么噪声抑制也就无从谈起。

为此，本申请特别的加入了行驶状态，包括未行驶状态、均速行驶状态、加速行驶状态和减速行驶状态，不同行驶状态下，发动机噪声的变化也是不一样的，根据不同的行驶状态下发动机噪声的变化规律，对差值声波特征进行预判的调频和相位反向处理，得到抵消声波特征。在本实施例二中，预判的延时时间根据声波特征处理效率设定，本实施例二设定为0.2秒，即抵消声波特征针对的是0.2秒后的发动机噪声。

S108.按照预设时延，根据抵消声波特征向噪声源方向发出抵消声波。

如S106中所述，抵消声波特征针对的是0.2秒后的发动机噪声，则根据抵消声波特征向发动机方向发出抵消声波的时刻也为S102中声波实时采集时刻的0.2秒后，由此，抵消声波与发动机噪声声波实现了同频率、相位相反，从而实现了有效抑制发动机噪声的目的。

以上所述的实施例仅是对本申请优选方式进行的描述，并非对本申请的范围进行限定，在不脱离本申请设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本申请的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本申请权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种汽车行驶中车内噪声的智能监测与降噪装置，其特征在于，

包括噪声波获取模块、差值声波模块、抵消声波模块和降噪模块；

所述噪声波获取模块用于获取噪声源方向的正向声波特征，以及获取与所述噪声源方向相反的反向声波特征；

所述差值声波模块用于基于所述正向声波特征和所述反向声波特征，得到差值声波特征；

所述抵消声波模块用于根据汽车的行驶状态，对所述差值声波特征进行调整，得到所述噪声源方向的抵消声波特征；

所述降噪模块用于按照预设时延，根据所述抵消声波特征向所述噪声源方向发出抵消声波。

2.根据权利要求1所述的汽车行驶中车内噪声的智能监测与降噪装置，其特征在于，

所述噪声波获取模块包括正向采集单元、正向特征单元、反向采集单元和反向特征单元；

所述正向采集单元用于获取噪声源方向的正向声波；

所述正向特征单元用于根据所述正向声波，得到所述正向声波特征；

所述反向采集单元用于获取与所述噪声源方向相反的反向声波；

所述反向特征单元用于根据所述反向声波，得到所述反向声波特征；

所述正向采集单元和所述反向采集单元连接在一起。

3.根据权利要求1所述的汽车行驶中车内噪声的智能监测与降噪装置，其特征在于，

所述正向声波特征和反向声波特征均包括声波的频率、相位和幅值；

所述差值声波模块得到所述差值声波特征的方法包括：

所述差值声波模块根据所述正向声波特征中的幅值和所述反向声波特征中的幅值，对于超过预设幅值的部分，进行叠加对比，去除频率相同的部分后，得到所述差值声波特征。

4.根据权利要求1所述的汽车行驶中车内噪声的智能监测与降噪装置，其特征在于，

所述行驶状态包括未行驶状态、均速行驶状态、加速行驶状态和减速行驶状态；

所述抵消声波模块得到所述抵消声波特征的方法包括：

所述抵消声波模块根据不同的所述行驶状态下所述正向声波的变化规律，对所述差值声波特征进行调频和相位反向处理，得到所述抵消声波特征。

5.一种汽车行驶中车内噪声的智能监测与降噪方法，其特征在于，包括如下步骤：

同时获取噪声源方向的正向声波特征，以及获取与所述噪声源方向相反的反向声波特征；

基于所述正向声波特征和所述反向声波特征，得到差值声波特征；

根据汽车的行驶状态，对所述差值声波特征进行调整，得到所述噪声源方向的抵消声波特征；

按照预设时延，根据所述抵消声波特征向所述噪声源方向发出抵消声波。

6.根据权利要求5所述的汽车行驶中车内噪声的智能监测与降噪方法，其特征在于，

采集所述噪声源方向的正向声波，得到所述正向声波特征；

采集与所述噪声源方向相反的反向声波，得到所述反向声波特征；

所述正向声波特征和反向声波特征均包括声波的频率、相位和幅值。

7.根据权利要求6所述的汽车行驶中车内噪声的智能监测与降噪方法，其特征在于，

得到所述差值声波特征的方法包括：

根据所述正向声波特征中的幅值和所述反向声波特征中的幅值，对于超过预设幅值的部分，进行叠加对比，去除频率相同的部分后，得到所述差值声波特征。

8.根据权利要求7所述的汽车行驶中车内噪声的智能监测与降噪方法，其特征在于，

所述行驶状态包括未行驶状态、均速行驶状态、加速行驶状态和减速行驶状态；

得到所述抵消声波特征的方法包括：

根据不同的所述行驶状态下所述正向声波的变化规律，对所述差值声波特征进行调频和相位反向处理，得到所述抵消声波特征。

Images