CN114822478A - 一种具有车内道路噪声主动降噪系统、振动信号采集装置的汽车以及系统开发方法 - Google Patents
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Abstract
一种具有车内道路噪声主动降噪系统、振动信号采集装置的汽车以及系统开发方法，属于乘用车内NVH技术领域。本发明解决了现有车内路噪主动降噪功能没有明确统一的量产开发方法的技术问题。所述方法包括以下步骤：步骤S1，待开发车辆进行路噪摸底测试，将测试信号进行相干性分析，选取相干性系数大于0.8的测试信号采集位置作为加速度传感器预留位置；步骤S2，每个预留位置的加速度传感器进行主动降噪效果测试，根据测试结果，确定加速度传感器的最终位置与数量；步骤S3，确认麦克风位置后，对主动降噪功能分别进行第一轮、第二轮的调试，确定降噪程序与音频功能已融合、降噪程序参数已锁定。提出一种新的车内路噪主动降噪功能，明确统一量产开发方法。
Description
技术领域
本发明涉及乘用车内NVH技术领域，具体涉及具有车内道路噪声主动降噪系统、振动信号采集装置的汽车以及系统开发方法。
背景技术
新能源车型在市场的趋势越发明显，新能源车没有发动机工作的声音，车内路噪显得更加突出。虽然，乘用车NVH的发展日趋完善，但传统NVH吸声隔声技术主要是对高频噪声有很好的过滤效果，车内路噪是车辆在粗糙路面行驶，路面的随机激励会引起车内低频噪声，这种主要通过底盘结构传递到车内的声音频率低穿透性强，这种低频声音令人感到烦躁不舒服。因此，车内低频噪声对车内乘客的影响是十分明显的，NVH工程师致力于控制乃至消除这种声音。由于低频声波的相位变化较慢，主动降噪技术可以利用扬声器发出反向声波抵消低频噪声，所以主动降噪技术对低频噪声控制有明显的优势，尤其是电动化趋势下，车内道路噪声主动降噪技术是十分有必要的。
目前，车内道路噪声主动降噪功能已经朝着量产化趋势发展。该功能的量产的过程必然是要随着整车开发流程共同进行的。影响路噪主动降噪的效果的因素有很多，包括硬件性能设计、底盘振动传感器的位置选择、降噪麦克布置、整车扬声器频响性能、声传函建模、降噪算法参数等。量产过程涉及车企内多部门协调，目前车企还没有明确统一的量产开发方法。
综上因素，虽然车内道路噪声主动降噪功能已经朝着量产化趋势发展，但量产过程涉及车企内多部门协调，目前车企还没有明确统一的量产开发方法。
因此，在现有技术中，针对车内道路噪声主动降噪功能并没有明确统一的量产开发方法，例如：专利文献CN107644635A公开了“车内主动降噪系统”，通过对转速传感器、主动降噪控制器、混音器、功率放大器、误差麦克风、车载扬声器、车载音频处理模块、汽车CAN接口、顶棚走线和地毯走线的连接与布置，最大程度地降低了对原车的改造，主动降噪系统硬件连接与布置简单，方便实施。该专利文献所述技术方案仅仅能够降低了对原车的改造，对车内道路噪声主动降噪功能并没有提出的量产开发方法。专利文献CN105513585A公开了“一种汽车主动降噪方法及系统”，采用汽车音响系统进行主动降噪，有效降低车厢内人员乘坐位置的噪声，提高了乘坐品质。该专利文献有效降低车厢内人员乘坐位置的噪声，其技术手段也不能够给出针对车内道路噪声主动降噪功能提出的量产开发方法。
发明内容
本发明解决了现有的车内路噪主动降噪功能没有明确统一的量产开发方法的技术问题。
本发明所述的一种车内道路噪声主动降噪系统开发方法，包括以下步骤：
步骤S1，待开发车辆进行路噪摸底测试，将测试信号进行相干性分析，选取相干性系数大于0.8的测试信号采集位置作为加速度传感器预留位置；
步骤S2，每个预留位置的加速度传感器进行主动降噪效果测试，根据测试结果，确定加速度传感器的最终数量与位置；
步骤S3，确认麦克风位置后，对主动降噪功能分别进行第一轮、第二轮的调试，确定降噪程序与音频功能已融合、降噪程序参数已锁定。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述步骤S1中，所述的测试信号为：
路噪摸底测试的加速度信号与车内噪声信号。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述步骤S2中，所述的根据测试结果为：
车内道路噪声在20Hz～500Hz的声压级降低至2～5dB。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述步骤S3中，所述的确认麦克风位置为：
在距离每个座椅头枕前侧中心点30～40cm处。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述步骤S3中，所述的对该主动降噪功能进行第一轮调试过程包括：
声传函标定与控制参数标定。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述的声传函标定需要测试3～5辆车。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述的控制参数标定需要根据开发车型的路噪水平特征，完成降噪效果调试。
本发明所述的一种车内道路噪声主动降噪系统的振动信号采集装置，所述振动信号采集装置包括多个加速度传感器，所述多个加速度传感器分布并固定在副车架、车身连接点上，每个加速度传感器的位置是采用上述方法所述的一种车内道路噪声主动降噪系统开发方法确定。
本发明所述的一种车内道路噪声主动降噪系统，该系统包括降噪控制装置，所述的主动降噪系统还包括振动信号采集装置、声音信号采集装置和信号处理装置，所述振动信号采集装置为采用上述方法所述的信号采集装置；
所述声音信号采集装置包括多个麦克风，所述多个麦克风固定在驾驶室内，每个麦克风的位置在距离座椅头枕30～40cm处；
信号处理装置，用于接收振动信号采集装置采集的振动信号，还用于接收声音信号采集装置采集的音频信号，并将采集的所有信号滤波之后、转换成数字信号发送给降噪控制装置。
本发明所述的一种汽车，所述汽车包括上述方法所述的振动信号采集装置。
本发明所述的一种汽车，该汽车内部设置有上述方法所述的降噪系统。
本发明解决了现有的车内路噪主动降噪功能没有明确统一的量产开发方法的技术问题。具体有益效果包括：
1、本发明提出一种新的道路噪声主动降噪功能的量产开发方法，明确说明了在车型开发过程的传感器位置选择、效果调试以及功能整合等方面具体开发方法。
2、本发明提出的一种车内道路噪声主动降噪系统开发方法，在车型开发初期首先进行了路噪摸底测试工作，该路噪摸底测试工作为加速度传感器提前预留位置，避免了后续工作需多次更改加速传感器位置而导致浪费时间的问题，从而缩短了车型开发周期。
3、本发明提出的一种车内道路噪声主动降噪系统开发方法，在达到噪声主动降噪效果的同时，因在开发阶段完成底盘零件的设计，后续不需额外对零件进行设计变更，达到了节省成本的效果。
本发明适用于乘用车NVH技术领域、车内音频领域，解决车内路噪主动降噪量产开发的技术问题，开发流程嵌入整车开发中，缩短由于设计变更带来的周期长和费用高的问题。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明所述的一种车内道路噪声主动降噪的系统开发方法的流程图。
图2是实施方式一所述的车辆底盘结构上布置加速度传感器道路行驶图。
图3是实施方式一所述的车辆底盘结构上布置加速度传感器图；(a)前悬加速度传感器布点图；A左弹簧被动端；B左下摆臂前端；C右下摆臂前端；D右弹簧被动端；E右下摆臂后端；F左下摆臂后端；(b)后悬加速度传感器布点图；1左前安装点被动端；2左前安装点主动端；3右前安装点主动端；4右前安装点被动端；5右后阻尼杆被动端；6右后弹簧安装点；7右下摆臂被动端；8左下摆臂被动端；9左后弹簧安装点；10左后阻尼杆被动端。
图4是实施方式二所述的测试麦克风安装位置图。
图5是实施方式二所述的路噪摸底测试的加速度信号与车内噪声信号相干性系数图。
图6是实施方式二所述的后悬架加速度传感器预留位置图；M左前；N右后。
具体实施方式
下面结合附图将对本发明的多种实施方式进行清楚、完整地描述。通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
实施方式一、本实施方式所述的一种车内道路噪声主动降噪系统开发方法，参照图1可以更好理解本实施方式，包括以下步骤：
步骤S1，待开发车辆进行路噪摸底测试，将测试信号进行相干性分析，选取相干性系数大于0.8的测试信号采集位置作为加速度传感器预留位置；
步骤S2，每个预留位置的加速度传感器进行主动降噪效果测试，根据测试结果，确定加速度传感器的最终位置与数量；
步骤S3，确认麦克风位置后，对主动降噪功能分别进行第一轮、第二轮的调试，确定降噪程序与音频功能已融合、降噪程序参数已锁定。
本实施方式中，在步骤S1中，待开发车辆进行路噪摸底测试前，需对旧款车型或对标车进行路噪摸底测试。
具体地，获取的加速度信号作为前馈参考信号输入降噪算法进行路噪控制。路噪摸底测试可以为加速度传感器的布置位置提供有力依据。这一步实施的具体情况需要根据是否是全新车型分别阐述。
图2车辆底盘结构上布置加速度传感器道路行驶图，第一种，对于改款或换代等车型来说，由于车辆底盘结构相近，新车型的路噪水平、路噪主要传递路径可用旧款车型的作为直接参考，开展路噪摸底测试，从而分析得出底盘振动传感器的预留位置。第二种，对于全新开发的车型来说，由于没有上一代车型作为参考，需要寻找1～2辆底盘悬架结构相似的对标车，进行路噪摸底测试，分析结果作为设计底盘振动传感器的预留位置的依据。
如图3所示，在底盘布置若干个加速度传感器，对旧款车型或对标车进行路噪摸底测试。
实施方式二、本实施方式是对实施方式一所述的一种车内道路噪声主动降噪系统开发方法进一步限定，本实施方式中，所述步骤S1中，所述的测试信号为：
路噪摸底测试的加速度信号与车内噪声信号。
本实施方式中，现采用现有的路噪摸底测试方法进行加速度信号的测试，从整车开发的流程看，底盘零件的开发是整车开发过程最早锁定的部分，并且设计变更难度大、成本高。所以需要在有平台样车阶段之前，预留出加速度传感器的位置，避免后期出现位置干涉、空间不足的问题。
具体地，加速度传感器获取的路噪摸底加速度信号作为前馈参考信号输入降噪算法进行路噪控制。路噪摸底测试可以为加速度传感器的布置位置提供有力依据。图4测试麦克风安装位置，麦克风获取的车内噪声信号与加速度传感器获取的路噪摸底测试的加速度信号进行相干性分析。
选取多个路噪的主要峰值频率作为目标频率，判断依据为目标频率处相干性大于0.8的加速度传感器对主动降噪算法是有利的。综合有利的频率数量及峰值覆盖程度，制定加速度传感器位置预留的初步方案。待开发车辆预留的加速度传感器为8～10个位置。
例如，如图5所示，采用多重相干分析的方法，得到路噪的主要特征峰值的频率与车内噪声的相干系数，通常选择相干性大于0.8，也可以按照相关部门需求选择相干性大于0.9。
道路噪声主动降噪功能在主机厂内通常是NVH部门负责性能开发，加速度传感器、麦克风、线束等都有对应负责的设计师，加速度传感器的位置预留涉及总布置、底盘、车身、线束等相关部门。这一步工作是多部门专业人员根据加速度传感器位置预留的初步方案共同识别风险，讨论具体的执行方案。保证预留位置在平台样车阶段实现加速度传感器安装，进行主动降噪效果粗调。
如图6所示，各部门总体结论是待开发车辆目前定下了预留位置为6个，前悬架预留3个位置，后悬架预留3个位置。
实施方式三、本实施方式是对实施方式一所述的一种车内道路噪声主动降噪系统开发方法进一步限定，本实施方式中，所述步骤S2中，所述的根据测试结果为：
车内道路噪声在20Hz～500Hz的声压级降低至2～5dB。
本实施方式中，道路噪声主动降噪主要针对路噪的主要峰值进行控制，其中<200Hz的结构声和200Hz附近的轮胎空腔声是主要贡献。根据加速度传感器预留位置布置方案，采用单独的控制器对每一种布置方案分别调试效果，通过测试结果选择路噪主要峰值频率均有较明显降低的方案为最佳方案。
具体地，通过这一步的工作确定加速度传感器的最终方案，待开发车辆从预留的8～10个位置中确定4个位置作为量产方案的加速度传感器安装点。
实施方式四、本实施方式是对实施方式一所述的一种车内道路噪声主动降噪系统开发方法进一步限定，本实施方式中，所述步骤S3中，所述的确认麦克风位置为：
在距离每个座椅头枕前侧中心点30～40cm处。
本实施方式中，麦克风提供误差反馈信号，是降噪算法的输入之一。车内是以乘客人耳处为降噪目标区域，故麦克风布置以离座椅头枕近为最佳。通常在30～40cm位置，在主机厂是由负责零件的设计师进行布置，布置原则与发动机主动降噪的要求一致。
例如，车型的麦克风通常布置在顶棚或顶棚侧面，每个座位附近布置一个麦克风。
实施方式五、本实施方式是对实施方式一所述的一种车内道路噪声主动降噪系统开发方法进一步限定，本实施方式中，所述步骤S3中，所述的对该主动降噪功能进行第一轮调试过程包括：
声传函标定与控制参数标定。
本实施方式中，道路噪声主动降噪的硬件控制器目前分为独立控制器或整合在功率放大器内两种形式。此阶段的整车音响系统调音尚未完成，故采用独立进行第一轮效果调试，在试生产阶段进行降噪程序与音频功能的融合。
实施方式六、本实施方式是对实施方式五所述的一种车内道路噪声主动降噪系统开发方法进一步限定，本实施方式中，所述的声传函标定需要测试3～5辆车。
本实施方式中，声传函标定过程应测试3～5辆车，避免个体性差异。通过大量的测试，使得主动降噪的效果达到最佳。
实施方式七、本实施方式是对实施方式五所述的一种车内道路噪声主动降噪系统开发方法进一步限定，本实施方式中，所述的控制参数标定需要根据开发车型的路噪水平特征，完成降噪效果调试。
本实施方式中，控制参数标定过程需要NVH工程师根据开发车型的路噪水平特征，与相关供应商配合完成降噪效果调试，通过大量的测试，使得主动降噪的效果达到最佳。
试生产阶段的样车改进了OTS阶段出现的一些问题，其中底盘结构、衬套、悬置的调整会带来路面激励传递路径的变化。故在试生产阶段进行道路噪声主动降噪第二轮调试，由于变化程度不大，降噪控制程序的参数进行细微调整确认即可，调试完毕后锁定软件参数。
实施方式八、一种车内道路噪声主动降噪系统的振动信号采集装置，所述振动信号采集装置包括多个加速度传感器，本实施方式中，所述多个加速度传感器分布并固定在副车架、车身连接点上，每个加速度传感器的位置是采用实施方式一所述的一种车内道路噪声主动降噪系统开发方法确定。
实施方式九、一种车内道路噪声主动降噪系统，该系统包括降噪控制装置，本实施方式中，所述的主动降噪系统还包括振动信号采集装置、声音信号采集装置和信号处理装置，所述振动信号采集装置为实施方式八所述的信号采集装置；
所述声音信号采集装置包括多个麦克风，所述多个麦克风固定在驾驶室内，每个麦克风的位置在距离座椅头枕30～40cm处；
信号处理装置，用于接收振动信号采集装置采集的振动信号，还用于接收声音信号采集装置采集的音频信号，并将采集的所有信号滤波之后、转换成数字信号发送给降噪控制装置。
实施方式十、一种汽车，本实施方式中，所述汽车包括实施方式八所述的振动信号采集装置。
实施方式十一、一种汽车，本实施方式中，该汽车内部设置有实施方式九所述的降噪系统。
实施方式十二、本实施方式基于本发明所述的一种车内道路噪声主动降噪系统与系统开发方法，结合具体对象提供一种实际的实施方式：
根据主机厂的整车开发模式，车型的功能都来自于项目确定的装备定义，根据装备定义对主动降噪功能的要求，对应部门进行道路噪声主动降噪功能的目标制定，并在设计任务书中体现。
获取的加速度信号作为前馈参考信号输入降噪算法进行路噪控制。路噪摸底测试可以为加速度传感器的布置位置提供有力依据。这一步实施的具体情况需要根据是否是全新车型分别阐述。第一种，对于改款或换代等车型来说，由于车辆底盘结构相近，新车型的路噪水平、路噪主要传递路径可用旧款车型的作为直接参考，开展路噪摸底测试，从而分析得出底盘振动传感器的预留位置。第二种，对于全新开发的车型来说，由于没有上一代车型作为参考，需要寻找1～2辆底盘悬架结构相似的对标车，进行路噪摸底测试，分析结果作为设计底盘振动传感器的预留位置的依据。
从整车开发的流程看，底盘零件的开发是整车开发过程最早锁定的部分，并且设计变更难度大、成本高。所以需要在有平台样车阶段之前，预留出加速度传感器的位置，避免后期出现位置干涉、空间不足的问题。将路噪摸底测试的加速度信号与车内噪声信号进行相干性分析，选取多个路噪的主要峰值频率作为目标频率，判断依据为目标频率处相干性大于0.8的加速度传感器对主动降噪算法是有利的。综合有利的频率数量及峰值覆盖程度，制定加速度传感器位置预留的初步方案。
道路噪声主动降噪功能在主机厂内通常是NVH部门负责性能开发；加速度传感器、麦克风、线束等都有对应负责的设计师；加速度传感器的位置预留涉及总布置、底盘、车身、线束等相关部门。这一步工作是多部门专业人员根据加速度传感器布置的初步方案共同识别风险，讨论具体的执行方案。保证预留位置在平台样车阶段实现加速度传感器安装，进行主动降噪效果粗调。
在主机厂的平台样车(骡子车)出来后，进行路噪摸底测试，对预留的8～10个位置的加速度传感器的振动信号与车内噪声进行相干性分析，根据主要的峰值噪声频率的相干系数和峰值频率覆盖程度设计多种布置方案。
道路噪声主动降噪主要针对路噪的主要峰值进行控制，其中<200Hz的结构声和200Hz附近的轮胎空腔声是主要贡献。根据加速度传感器布置的初步方案，采用单独的控制器对每一种布置方案分别调试效果，通过测试结果选择路噪主要峰值频率均有较明显降低的方案为最佳方案。通过这一步的工作确定加速度传感器的最终方案。从预留的8～10个位置中确定4个位置作为量产方案的加速度传感器安装点。
底盘开发专业根据安装方案设计安装结构，在OTS样车阶段加速度传感器即可提供前馈振动信号，由降噪算法控制进行第一轮效果调试。
麦克风提供误差反馈信号，是降噪算法的输入之一。车内是以座椅靠背为降噪目标区域，故麦克风布置以离座椅靠背距离近为最佳。通常在30～40cm位置，在主机厂是由负责零件的设计师进行布置。
道路噪声主动降噪的硬件控制器目前分为独立控制器或整合在功率放大器内两种形式。此阶段的整车音响系统调音尚未完成，故采用独立进行第一轮效果调试，在试生产阶段进行降噪程序与音频功能的融合。第一轮调试过程包括声传函标定、控制参数标定。声传函标定过程应测试3～5辆车，避免个体性差异。控制参数标定过程需要NVH工程师根据开发车型的路噪水平特征，与相关供应商配合完成降噪效果调试，并组织主观评价与客观评价，完成调试报告。
试生产阶段的样车改进了OTS阶段出现的一些问题，其中底盘结构、衬套、悬置的调整会带来路面激励传递路径的变化。故在试生产阶段进行道路噪声主动降噪第二轮调试，由于变化程度不大，降噪控制程序的参数进行细微调整确认即可。调试完毕后锁定软件参数。
以整合在功率放大器内的形式为例，将降噪算法程序与功放音频算法程序进行整合，发布量产版本程序，体现在试生产阶段样车。
根据主机厂的设计任务书目标，主机厂NVH工程师按照试验大纲进行测试，确认性能达标情况。
Claims (11)
1.一种车内道路噪声主动降噪系统开发方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，待开发车辆进行路噪摸底测试，将测试信号进行相干性分析，选取相干性系数大于0.8的测试信号采集位置作为加速度传感器预留位置；
步骤S2，每个预留位置的加速度传感器进行主动降噪效果测试，根据测试结果，确定加速度传感器的最终数量与位置；
步骤S3，确认麦克风位置后，对主动降噪功能分别进行第一轮、第二轮的调试，确定降噪程序与音频功能已融合、降噪程序参数已锁定。
2.根据权利要求1所述的一种车内道路噪声主动降噪系统开发方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述的测试信号为：
路噪摸底测试的加速度信号与车内噪声信号。
3.根据权利要求1所述的一种车内道路噪声主动降噪系统开发方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述的根据测试结果为：
车内道路噪声在20Hz～500Hz的声压级降低至2～5dB。
4.根据权利要求1所述的一种车内道路噪声主动降噪系统开发方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述的确认麦克风位置为：
在距离每个座椅头枕前侧中心点30～40cm处。
5.根据权利要求1所述的一种车内道路噪声主动降噪系统开发方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述的对该主动降噪功能进行第一轮调试过程包括：
声传函标定与控制参数标定。
6.根据权利要求5述的一种车内道路噪声主动降噪系统开发方法，其特征在于，所述的声传函标定需要测试3～5辆车。
7.根据权利要求5所述的一种车内道路噪声主动降噪系统开发方法，其特征在于，所述的控制参数标定需要根据开发车型的路噪水平特征，完成降噪效果调试。
8.一种车内道路噪声主动降噪系统的振动信号采集装置，所述振动信号采集装置包括多个加速度传感器，其特征在于，所述多个加速度传感器分布并固定在副车架、车身连接点上，每个加速度传感器的位置是采用权利要求1所述的一种车内道路噪声主动降噪系统开发方法确定。
9.一种车内道路噪声主动降噪系统，该系统包括降噪控制装置，其特征在于，所述的主动降噪系统还包括振动信号采集装置、声音信号采集装置和信号处理装置，所述振动信号采集装置为权利要求8所述的信号采集装置；
所述声音信号采集装置包括多个麦克风，所述多个麦克风固定在驾驶室内，每个麦克风的位置在距离座椅头枕30～40cm处；
信号处理装置，用于接收振动信号采集装置采集的振动信号，还用于接收声音信号采集装置采集的音频信号，并将采集的所有信号滤波之后、转换成数字信号发送给降噪控制装置。
10.一种汽车，其特征在于，所述汽车包括权利要求8所述的振动信号采集装置。
11.一种汽车，其特征在于，该汽车内部设置有权利要求9所述的降噪系统。
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