一种多通道解耦分列的汽车车厢噪声主动控制方法和系统转让专利
申请号 : CN202110570526.3
文献号 : CN113291248B
文献日 : 2022-03-18
发明人 : 郑旭 , 贾梓镔 , 邱毅 , 周全
申请人 : 浙江大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种多通道解耦分列的汽车车厢噪声主动控制方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)采集车轮轮毂内侧的多个振动加速度信号,生成第一参考信号矩阵xR(n);
(2)采集发动机转速信号和根据需要控制的发动机噪声阶次,生成第二参考信号矩阵xE(n);
(3)采集车内座椅头枕处经控制后的残余噪声信号,生成误差信号矩阵e(n);
(4)宽带自适应控制器WR(n)接收经滤波的第一参考信号矩阵RR(n)和经解耦的道路残余噪声矩阵eR(n)更新系数;窄带自适应控制器WE(n)接收经滤波的第二参考信号矩阵RE(n)和经解耦的发动机残余噪声矩阵eE(n)更新系数;所述的经解耦的道路残余噪声矩阵eR(n)为接收的误差信号矩阵e(n)减去基于发动机噪声控制产生的次级通道抵消信号;所述的经解耦的发动机残余噪声矩阵eE(n)为接收的误差信号矩阵e(n)减去基于道路噪声控制产生的次级通道抵消信号;
(5)更新基于道路噪声控制的次级扬声器控制信号矩阵uR(n)和基于发动机噪声控制的次级扬声器控制信号矩阵uE(n),生成次级扬声器总的控制信号矩阵uT(n),控制扬声器在误差传声器处发出次级信号y(n),与主级噪声d(n)进行抵消。
2.根据权利要求1所述的多通道解耦分列的汽车车厢噪声主动控制方法,其特征在于,宽带自适应控制器WR(n)的系数和窄带自适应控制器WE(n)的系数分别由FxLMS算法分列更新:
式中aR为宽带滤波器收敛因子,aE为窄带滤波器收敛因子。
3.一种多通道解耦分列的汽车车厢噪声主动控制系统,其特征在于,包括信号采集系统、信号前处理系统、自适应控制系统、信号后处理系统以及次级扬声器发声系统;
所述信号采集系统,用于采集车轮轮毂内侧的多个振动加速度信号、发动机转速信号、车内座椅头枕处经控制后的残余噪声信号;
所述信号前处理系统,对信号采集系统采集的信号进行前处理;
所述自适应控制系统,对经过信号前处理系统处理后的参考信号和误差信号进行运算,生成原始的次级声源控制信号输入信号后处理系统;
所述的自适应控制系统由DSP处理器组成;自适应控制系统对误差信号矩阵e(n)进行解耦获得道路残余噪声矩阵eR(n)和发动机残余噪声矩阵eE(n),自适应控制系统的宽带自适应控制器WR(n)接收经滤波的第一参考信号矩阵RR(n)和经解耦的道路残余噪声矩阵eR(n)更新系数,更新基于道路噪声控制的次级扬声器控制信号矩阵uR(n);自适应控制系统的窄带自适应控制器WE(n)接收经滤波的第二参考信号矩阵RE(n)和经解耦的发动机残余噪声矩阵eE(n)更新系数,更新基于发动机噪声控制的次级扬声器控制信号矩阵uE(n);次级扬声器的控制信号uR(n)和uE(n)组合后生成次级扬声器总的控制信号矩阵uT(n)输入信号后处理系统;其中DSP处理器和信号前处理系统、信号后处理系统之间通过SPI协议进行信号的传输;
所述信号后处理系统,对原始的次级声源控制信号进行升采样、低通滤波,将经低通滤波后的数字次级声源控制信号转换为模拟信号;
所述次级扬声器发声系统,根据信号后处理系统处理后的次级声源控制信号,发出次级声源。
4.根据权利要求3所述的多通道解耦分列的汽车车厢噪声主动控制系统,其特征在于所述的信号采集系统由光电式转速传感器、多个三轴式振动加速度传感器、误差传声器组成;布置于正时皮带轮附近的光电式转速传感器,实时探测正时皮带轮的转速并采集TTL信号;布置在四个车轮轮毂内侧的三轴式振动加速度传感器采集由道路激励产生的实时车轮振动加速度信号;布置于车内五个座椅头枕处的传声器采集乘员人耳附近噪声控制后的实时残余噪声。
5.根据权利要求3所述的多通道解耦分列的汽车车厢噪声主动控制系统,其特征在于,所述的信号前处理系统由TTL信号调理器、A/D转换器、降采样模块、数字高通滤波器、抗混叠滤波器组成;TTL信号调理器,对光电式转速传感器采集得到的TTL信号进行调理和整形,以得到发动机的准确转速信号;A/D转换器,以44K Hz的采样频率将采集的实时振动加速度信号和误差信号转换为数字信号;抗混叠滤波器,对采集的振动和误差信号进行500Hz低通滤波;降采样模块,对经低通滤波后的振动和误差信号进行降采样至2k Hz;数字高通滤波器,对降采样后的数字信号进行30Hz的高通滤波,以消除轮胎和结构共振产生的低频成分对系统带来的干扰。
6.根据权利要求3所述的多通道解耦分列的汽车车厢噪声主动控制系统,其特征在于,所述的信号后处理系统由升采样模块、重构滤波器、D/A转换器组成;升采样模块,对原始的次级声源控制信号进行升采样至44k Hz;重构滤波器,对升采样后的次级声源控制信号进行500Hz低通滤波;D/A转换器,将经低通滤波后的数字次级声源控制信号转换为模拟信号。
7.根据权利要求3所述的多通道解耦分列的汽车车厢噪声主动控制系统,其特征在于,所述的次级扬声器发声系统由全频车门扬声器、低频扬声器、功放组成;信号后处理系统处理后的次级声源控制信号,通过功放,控制四个全频车门扬声器和置于汽车后部的一个低频扬声器发出次级声源,对误差传声器处噪声进行抵消。
说明书 :
一种多通道解耦分列的汽车车厢噪声主动控制方法和系统
技术领域
背景技术
车车身材料结构阻尼、在车厢内布置吸声材料等,但是随着近年来汽车厂商对经济性和轻
量化的要求不断提高,被动控制的方法饱受诟病。噪声主动控制则是利用次级声源来实现
对车内噪声的控制,越来越受到厂商的关注,同时由于近年来计算机技术、信号处理技术、
电子技术的发展,为主动控制的实现解除了硬件系统的制约,使得噪声主动控制技术得到
了极大的发展,促进了后续研究工作的开展。
或头枕扬声器,针对发动机的阶次噪声进行消除。道路噪声主动控制系统采集的参考信号
一般为车轮或悬架处的振动加速度信号,由单轴或三轴式振动加速度传感器采集,利用前
馈式算法设计滤波器,针对道路宽频噪声进行消除。
有效控制,往往需要对发动机的阶次噪声和道路噪声同步进行控制。申请号为
201680059242.5的专利公布了一种发动机阶次和道路噪声控制的系统,根据从车辆结构元
件获取的路噪信息生成第一感测信号,根据检测的发动机谐波信息生成第二感测信号,将
两组信号组合输入宽频的自适应控制器中产生次级信号,以抵消两种噪声。但这种噪声主
动控制算法,假设道路噪声和发动机噪声到误差麦克风处的传递函数一样,新的感测信号
是由发动机阶次和道路噪声感测信号组合后生成的,因此两种噪声控制过程中存在着耦
合。在自适应控制算法,针对阶次噪声、道路噪声通常需要选择不同的收敛系数,因此上述
系统中两种噪声同步控制下的耦合关系,将影响到整个控制系统的降噪性能。
发明内容
的分列控制。
根据需要控制的发动机噪声阶次,生成第二参考信号矢量xE(n);采集车内座椅头枕处经控
制后的残余噪声信号,生成误差信号矩阵e(n);宽带自适应控制器WR(n)接收经滤波的第一
参考信号矩阵RR(n)和经解耦的道路残余噪声矩阵eR(n)更新系数,更新基于道路噪声控制
的次级扬声器控制信号矩阵uR(n);窄带自适应控制器WE(n)接收经滤波的第二参考信号矩
阵RE(n)和经解耦的发动机残余噪声矩阵eE(n)更新系数,更新基于发动机噪声控制的次级
扬声器控制信号矩阵uE(n);所述的次级扬声器的控制信号uR(n)和uE(n)组合后生成次级扬
声器总的控制信号矩阵uT(n);以及扬声器在误差传声器处发出次级信号y(n),与主级噪声
d(n)进行抵消。
数的估计值滤波得到:
消信号为发动机噪声控制信号uE(n)经估计的传递函数矩阵 滤波生成,可以表示为:
个误差麦克风估计的传递函数。 uE(n)∈C ,uEm(n)
包含了M个次级扬声器在当前及I‑1之前时刻的发动机噪声控制信号。
信号为道路噪声控制信号uR(n)经估计的传递函数矩阵 滤波生成,同理可以表示为:
统。所述信号采集系统,用于采集车轮轮毂内侧的多个振动加速度信号、发动机转速信号、
车内座椅头枕处经控制后的残余噪声信号;所述信号前处理系统,对信号采集系统采集的
信号进行前处理;所述自适应控制系统,对经过信号前处理系统处理后的参考信号和误差
信号进行运算,生成原始的次级声源控制信号输入信号后处理系统;所述信号后处理系统,
对原始的次级声源控制信号进行升采样、低通滤波,将经低通滤波后的数字次级声源控制
信号转换为模拟信号;所述次级扬声器发声系统,根据信号后处理系统处理后的次级声源
控制信号,发出次级声源。
正时皮带轮的转速并采集TTL信号;布置在四个车轮轮毂内侧的三轴式振动加速度传感器
采集由道路激励产生的实时车轮振动加速度信号;布置于车内五个座椅头枕处的误差传声
器采集乘员人耳附近噪声控制后的实时残余噪声。
进行调理和整形,以得到发动机的准确转速信号;A/D转换器,以44K Hz的采样频率将采集
的实时振动加速度信号和误差信号转换为数字信号;抗混叠滤波器,对采集的振动和误差
信号进行500Hz低通滤波;降采样模块,对经低通滤波后的振动和误差信号进行降采样至2k
Hz;数字高通滤波器,对降采样后的数字信号进行30Hz的高通滤波,以消除轮胎和结构共振
产生的低频成分对系统带来的干扰。具体的,信号前处理系统输出经前处理的第一参考信
号矩阵RR(n)、经前处理的第二参考信号矩阵RE(n)和经前处理的误差信号矩阵e(n)。
统的宽带自适应控制器WR(n)接收经滤波的第一参考信号矩阵RR(n)和经解耦的道路残余噪
声矩阵eR(n)更新系数,更新基于道路噪声控制的次级扬声器控制信号矩阵uR(n);自适应控
制系统的窄带自适应控制器WE(n)接收经滤波的第二参考信号矩阵RE(n)和经解耦的发动机
残余噪声矩阵eE(n)更新系数,更新基于发动机噪声控制的次级扬声器控制信号矩阵uE(n);
次级扬声器的控制信号uR(n)和uE(n)组合后生成次级扬声器总的控制信号矩阵uT(n)输入
信号后处理系统。其中DSP处理器和信号前处理系统、信号后处理系统之间通过SPI协议进
行信号的传输。
声源控制信号进行500Hz低通滤波;D/A转换器,将经低通滤波后的数字次级声源控制信号
转换为模拟信号。
汽车后部的一个低频扬声器发出次级声源,对误差传声器处噪声进行抵消。本发明提供的
技术方案具有如下有益效果:
个控制系统的降噪性能。
附图说明
枕处的误差传声器,6功放,7a、7b、7c、7d为四个全频车门扬声器,7e为置于汽车后部的一个
低频扬声器,8 A/D转换器,9抗混叠滤波器,10降采样模块,11数字高通滤波器,12TTL信号
调理器,13升采样模块、14重构滤波器、15 D/A转换器。
具体实施方式
xR(n)=[xR1(n),xR1(n)…xRK(n)];
信号矩阵,xE(n)=[sin(2πf1n),cos(2πf1n)…sin(2πfZn),cos(2πfZn)] ,其中fjz为要控制
的频率,主要是跟发动机转速相关的阶次频率,Z为要控制的单个频率数目;
e2(n)…eL(n)],其中L为采集的残余噪声信号个数;
滤波,生成基于发动机噪声控制、道路噪声控制产生的次级通道抵消信号。将接收的
误差信号矩阵e(n)减去基于发动机噪声控制产生的次级通道抵消信号,生成经解耦的道路
残余噪声矩阵eR(n)。将接收的误差信号矩阵e(n)减去基于道路噪声控制产生的次级通道
抵消信号,生成经解耦的发动机残余噪声矩阵eE(n)。
数的估计值滤波得到:
步骤S4生成的经滤波的发动机参考信号矩阵RE(n)和经解耦的发动机残余噪声矩阵eE(n)输
入自适应宽带滤波器中,利用FxLMS算法更新窄带滤波器WE(n)的系数。
矢量y(n),对主级噪声进行抵消;
实时探测正时皮带轮的转速并采集TTL信号;布置在四个车轮轮毂内侧的三轴式振动加速
度传感器(4a~4d)采集由道路激励产生的实时车轮振动加速度信号;布置于车内五个座椅
头枕处的误差传声器(5a~5e)采集乘员人耳附近噪声控制后的实时残余噪声。
得到的TTL信号进行调理和整形,以得到发动机的准确转速信号;A/D转换器8,以44K Hz的
采样频率将采集的实时振动加速度信号和误差信号转换为数字信号;抗混叠滤波器9,对采
集的振动和误差信号进行500Hz低通滤波;降采样模块10,对经低通滤波后的振动和误差信
号进行降采样至2k Hz;数字高通滤波器11,对降采样后的数字信号进行30Hz的高通滤波,
以消除轮胎和结构共振产生的低频成分对系统带来的干扰。
入信号后处理系统。其中DSP处理器和信号前处理系统、信号后处理系统之间通过SPI协议
进行信号的传输。具体的,自适应控制系统对误差信号矩阵e(n)进行解耦获得道路残余噪
声矩阵eR(n)和发动机残余噪声矩阵eE(n),自适应控制系统的宽带自适应控制器WR(n)接收
经滤波的第一参考信号矩阵RR(n)和经解耦的道路残余噪声矩阵eR(n)更新系数,更新基于
道路噪声控制的次级扬声器控制信号矩阵uR(n);自适应控制系统的窄带自适应控制器WE
(n)接收经滤波的第二参考信号矩阵RE(n)和经解耦的发动机残余噪声矩阵eE(n)更新系数,
更新基于发动机噪声控制的次级扬声器控制信号矩阵uE(n);次级扬声器的控制信号uR(n)
和uE(n)组合后生成次级扬声器总的控制信号矩阵uT(n)输入信号后处理系统。
后的次级声源控制信号进行500Hz低通滤波;D/A转换器15,将经低通滤波后的数字次级声
源控制信号转换为模拟信号。
门扬声器(7a~7d)和置于汽车后部的一个低频扬声器(7e)发出次级声源,对误差传声器处
噪声进行抵消。
制,观测某一座椅头枕处的降噪效果,如图5所示。其中横坐标为频率,纵坐标为声压级,黑
实线为原始噪声自功率谱,黑点划线为常规的多通道汽车发动机和道路噪声主动控制系统
降噪后的噪声频谱图,黑点细线为多通道解耦分列的汽车发动机和道路噪声主动控制系统
降噪后的噪声频谱图,可以发现本发明提出的方法和系统,针对单频的发动机阶次噪声和
宽频段的道路噪声,可以实现更好的降噪效果。
进行分列控制,避免了两种噪声同步控制下的耦合关系,可以对两种噪声进行针对性的控
制,优化了整个控制系统的降噪性能。
来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保
护范围。因此,本发明的保护范围应以所附权利要求为准。