一種車內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)主動(dòng)降噪系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種車內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)主動(dòng)降噪系統(tǒng)，其包括兩個(gè)誤差麥克風(fēng)、五個(gè)次級(jí)聲源揚(yáng)聲器和一個(gè)自適應(yīng)主動(dòng)控制器，所述兩個(gè)誤差麥克風(fēng)分別布置在汽車前、后排對(duì)應(yīng)的車頂棚位置；所述五個(gè)次級(jí)聲源揚(yáng)聲器由四個(gè)車門側(cè)的車載音響和一個(gè)布置在后排隔板處的次級(jí)聲源構(gòu)成；所述自適應(yīng)主動(dòng)控制器包括DSP主控芯片、音頻解碼芯片、片外存儲(chǔ)單元、CAN總線控制器、功率放大器、誤差麥克風(fēng)信號(hào)接收模塊、次級(jí)聲源輸出模塊和電源模塊。本發(fā)明還涉及一種車內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)主動(dòng)降噪方法。本發(fā)明使主動(dòng)降噪中的誤差噪聲信號(hào)在不斷的降噪控制中達(dá)到極小值，使誤差噪聲信號(hào)帶來的噪音影響基本可以忽略不計(jì)，能夠快速達(dá)到預(yù)期的降噪效果。
【專利說明】
一種車內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)主動(dòng)降噪系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及汽車降噪技術(shù)，具體是一種車內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)主動(dòng)降噪系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 日前汽車車內(nèi)的噪聲控制主要采用的是傳統(tǒng)的通過隔聲、隔振、消聲、吸聲等被動(dòng) 降噪技術(shù)進(jìn)行降噪，這些技術(shù)對(duì)降低車內(nèi)中、高頻噪聲效果明顯，但對(duì)于低頻噪聲就不甚理 想。而主動(dòng)降噪技術(shù)由于其能有效地降低低頻噪聲的特點(diǎn)，受到了人們的重視，在降低低頻 噪聲中逐漸被應(yīng)用。主動(dòng)降噪原理是通過一個(gè)電聲系統(tǒng)，產(chǎn)生一個(gè)與源噪聲極性反相、強(qiáng)度 相等的新聲源信號(hào)，用該信號(hào)與源噪聲信號(hào)疊加，實(shí)現(xiàn)源噪聲的抵消。
[0003] 如CN 102982798 B公開的一種發(fā)電機(jī)的降噪系統(tǒng)，包括發(fā)電機(jī)，所述發(fā)電機(jī)的電 路中設(shè)有電信號(hào)采集單元，電信號(hào)采集單元通過信號(hào)線束依次連接信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置、電子控 制單元和聲音輸出設(shè)備，發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電信號(hào)采集單元采集發(fā)電機(jī)的電信號(hào)，并將發(fā)電機(jī) 的電信號(hào)發(fā)送至信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置，信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置將電信號(hào)采集單元傳輸?shù)碾娦盘?hào)轉(zhuǎn)換為發(fā)電 機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)，并將發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)發(fā)送至電子控制單元，電子控制單元可以輸出控制 信號(hào)驅(qū)動(dòng)聲音輸出設(shè)備發(fā)出聲波，所述聲波與發(fā)電機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的噪聲相位相反、振幅 相同，這樣發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的聲波與聲音輸出設(shè)備發(fā)出的反相聲波相抵消，進(jìn)而降低發(fā)電機(jī)運(yùn) 轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的噪聲。
[0004] 上述專利提出的降噪系統(tǒng)雖然公開了實(shí)現(xiàn)主動(dòng)降噪的系統(tǒng)框架，但聲音輸出設(shè)備 發(fā)出的聲波傳遞至車內(nèi)乘員耳中的通路涉及到車體結(jié)構(gòu)、空氣流態(tài)等因素，因此上述專利 的聲波在理想條件下才能與發(fā)電機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的噪聲相位相反、振幅相同。而實(shí)際上，由 于聲波在車內(nèi)的通路涉及參數(shù)繁多，無法準(zhǔn)確定量計(jì)算，因而聲音輸出設(shè)備發(fā)出的聲波與 發(fā)電機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的噪聲存在相位差，無法完全抵消，導(dǎo)致降噪效果不理想。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種車內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)主動(dòng)降噪系統(tǒng)及方法，其能夠解決現(xiàn)有技 術(shù)中主動(dòng)降噪效果不理想的問題。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0007] -種車內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)主動(dòng)降噪系統(tǒng)，其包括兩個(gè)誤差麥克風(fēng)、五個(gè)次級(jí)聲源揚(yáng)聲器和 一個(gè)自適應(yīng)主動(dòng)控制器，所述兩個(gè)誤差麥克風(fēng)分別布置在汽車前、后排對(duì)應(yīng)的車頂棚位置； 所述五個(gè)次級(jí)聲源揚(yáng)聲器由四個(gè)車門側(cè)的車載音響和一個(gè)布置在后排隔板處的次級(jí)聲源 構(gòu)成;所述自適應(yīng)主動(dòng)控制器包括DSP主控芯片、音頻解碼芯片、片外存儲(chǔ)單元、CAN總線控 制器、功率放大器、誤差麥克風(fēng)信號(hào)接收模塊、次級(jí)聲源輸出模塊和電源模塊。所述誤差麥 克風(fēng)通過誤差麥克風(fēng)信號(hào)接收模塊與音頻解碼芯片連接，誤差麥克風(fēng)實(shí)時(shí)采集發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲 與次級(jí)聲源揚(yáng)聲器發(fā)出的噪聲相疊加后的誤差噪聲，音頻解碼芯片將誤差噪聲解碼。所述 DSP主控芯片分別連接音頻解碼芯片、片外存儲(chǔ)單元和CAN總線控制器，DSP主控芯片獲取來 自音頻解碼芯片的誤差噪聲信號(hào)和通過CAN總線控制器采集CAN總線上發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)的轉(zhuǎn)速 信號(hào);DSP主控芯片內(nèi)置自適應(yīng)濾波器，其通過自適應(yīng)濾波模塊的濾波權(quán)向量與發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn) 速信號(hào)的計(jì)算，輸出次級(jí)聲信號(hào)。所述次級(jí)聲源輸出模塊通過功率放大器與次級(jí)聲源揚(yáng)聲 器連接，次級(jí)聲源輸出模塊接收來自DSP主控芯片的次級(jí)聲信號(hào)，并對(duì)該次級(jí)聲信號(hào)進(jìn)行D/ A轉(zhuǎn)換和抗混疊濾波處理后輸出至功率放大器，功率放大器對(duì)該次級(jí)聲信號(hào)進(jìn)行功率放大 后通過次級(jí)聲源揚(yáng)聲器輸出。
[0008] -種車內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)主動(dòng)降噪方法，其包括：
[0009] 步驟a、通過車內(nèi)聲場特性與聲壓聲勢能分析，將誤差麥克風(fēng)及次級(jí)聲源揚(yáng)聲器布 置在車內(nèi)。
[0010]步驟b、采集發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)的轉(zhuǎn)速信號(hào)，并將該信號(hào)輸送至一自適應(yīng)主動(dòng)控制器。 [0011]步驟c、自適應(yīng)主動(dòng)控制器通過濾波權(quán)向量和發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)計(jì)算次級(jí)聲信號(hào)。
[0012] 步驟d、通過次級(jí)聲源揚(yáng)聲器輸出次級(jí)聲信號(hào)從而發(fā)出噪聲。
[0013] 步驟e、誤差麥克風(fēng)實(shí)時(shí)采集發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲與次級(jí)聲源揚(yáng)聲器發(fā)出的噪聲相疊加后 的誤差噪聲。
[0014] 步驟f、自適應(yīng)主動(dòng)控制器根據(jù)步驟e中的誤差噪聲更新計(jì)算濾波權(quán)向量，返回步 驟b直至降噪結(jié)束。
[0015] 進(jìn)一步的，定義車內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)低頻噪聲為d(n)，次級(jí)聲源揚(yáng)聲器輸出信號(hào)為y(n)，則 車內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)低頻噪聲與次級(jí)聲源揚(yáng)聲器輸出噪聲的差值噪聲e(n)=d(n)-y(n)。
[0016] 定義次級(jí)聲源揚(yáng)聲器到誤差麥克風(fēng)之間的次級(jí)通路傳遞函數(shù)為s(n)，通過聲傳函 測試設(shè)備對(duì)次級(jí)通路傳遞函數(shù)進(jìn)行測試估計(jì)，并定義測試估計(jì)出的次級(jí)通路傳遞函數(shù)為 s(蛛
[0017] 定義發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速參考信號(hào)為向量X(n)，X(n)由經(jīng)過濾波器逐階時(shí)延的各項(xiàng)x(n)，x (n-1)，. . .，x(n-M+l)組成，x(n)為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速參考信號(hào)。
[0018] 定義一個(gè)與次級(jí)通路傳遞函數(shù)相同的附加通路來更新計(jì)算濾波權(quán)向量，則濾波信 號(hào)向量
[0019] 定義發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速參考信號(hào)到次級(jí)聲信號(hào)的濾波權(quán)向量為W(n)，設(shè)濾波器的長度為 M，第η時(shí)刻濾波器的權(quán)向量W(n) = [ ωι(η)，ω2(η)，. . .，ωΜ(η)]τ，第n時(shí)刻濾波器的參考輸 入信號(hào)的矢量以1〇 =匕(11)4(11-1)，...4(11-1+1)]7，其中，1-1為濾波階數(shù)，其中4(11)為 第η個(gè)采樣周期得到的參考輸入信號(hào)，r(n-l)為第n-1個(gè)采樣周期得到的濾波參考信號(hào)，其 余類推;計(jì)算
[0021] 定義更新后的濾波權(quán)向量為W(n+1)，則有公式①:sw(n+l)=w(n+l)-w(n)，使式① 所示增量的歐式范數(shù)最小化，并受制于約束條件公式②:W T(n+l)R(n) = d(n)。
[0022] 取目標(biāo)函數(shù)公式③：
[0023] (W(n+l)_W(n) )+Re[A*(d(n)_WT(n+l )r(n))]
[0024] 其中：λ為復(fù)數(shù)拉格朗日乘子，*表示復(fù)數(shù)共輒。Re[ ·]表示取實(shí)部運(yùn)算，I |SW(n+l) 12表示歐式范數(shù)的平方運(yùn)算；
，由最優(yōu)解得到更新后的濾波權(quán)向量w(n+l)的 迭代更新公式④：
[0026] 其中：W(n)為前一時(shí)刻的濾波權(quán)向量，R(n)為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速參考信號(hào)向量，，(η)為 誤差噪聲信號(hào)的復(fù)數(shù)共輒，I |R(n) | |2表示歐式范數(shù)的平方運(yùn)算，μ為正實(shí)數(shù)標(biāo)量因子。
[0027] 進(jìn)一步的，在汽車前、后排對(duì)應(yīng)的車頂棚位置各布置一個(gè)誤差麥克風(fēng);所述次級(jí)聲 源揚(yáng)聲器由四個(gè)車載音響和一個(gè)揚(yáng)聲器構(gòu)成，所述四個(gè)車載音響位于車門側(cè)，所述揚(yáng)聲器 位于后排隔板處。
[0028] 本發(fā)明的系統(tǒng)基于自適應(yīng)濾波計(jì)算，在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過車內(nèi)聲場特性與 聲壓聲勢能分析，確定誤差麥克風(fēng)及次級(jí)聲源揚(yáng)聲器的最優(yōu)降噪布置。自適應(yīng)主動(dòng)控制器 通過誤差麥克風(fēng)獲得當(dāng)前的降噪效果情況，引入誤差噪聲，構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，更新濾 波權(quán)向量算法，調(diào)節(jié)濾波器的傳遞函數(shù)，使誤差噪聲信號(hào)在不斷的降噪控制中達(dá)到極小值， 使誤差噪聲信號(hào)帶來的噪音影響基本可以忽略不計(jì)，能夠快速達(dá)到預(yù)期的降噪效果。
[0029] 本發(fā)明的方法采集發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速信號(hào)，并經(jīng)過自適應(yīng)主動(dòng)控制器濾波及次級(jí) 聲源揚(yáng)聲器輸出，產(chǎn)生與發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲等幅反向的次級(jí)聲信號(hào)，與車內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲進(jìn)行疊加 抵消。誤差麥克風(fēng)采集的信號(hào)持續(xù)反饋給自適應(yīng)主動(dòng)控制器，實(shí)現(xiàn)濾波權(quán)向量的更新，增強(qiáng) 降噪效果。本方法通過使用更穩(wěn)定有效的歸一化最小均方濾波算法，提高主動(dòng)降噪方法的 收斂速度和穩(wěn)定性。
[0030] 本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)怠速及低速勻速行駛工況下車內(nèi)主動(dòng)降噪，達(dá)到車內(nèi)低頻聲音3~ 5dB的降噪效果，其能夠在傳統(tǒng)被動(dòng)降噪技術(shù)降低高頻噪聲的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步降低車內(nèi)發(fā)動(dòng) 機(jī)低頻噪聲。
【附圖說明】
[0031] 圖1為本發(fā)明的方法控制原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
[0033]由楊氏干涉理論聲場的線性疊加原理可知，當(dāng)頻率相同，相位差恒定的聲波，疊加 后會(huì)產(chǎn)生相加性或相消性干涉，從而使聲能得到增強(qiáng)或減弱。大多數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)引起的低頻噪 聲的主要頻率直接與發(fā)動(dòng)機(jī)自身轉(zhuǎn)速相關(guān)，因此可通過采集發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速特征來產(chǎn)生與發(fā)動(dòng) 機(jī)噪聲頻率相同、幅值相等、相位相反的聲波，與發(fā)動(dòng)機(jī)低頻噪聲相抵消。
[0034] -種車內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)主動(dòng)降噪系統(tǒng)，其包括兩個(gè)誤差麥克風(fēng)、五個(gè)次級(jí)聲源揚(yáng)聲器和 一個(gè)自適應(yīng)主動(dòng)控制器。本系統(tǒng)的原件布置方式:誤差麥克風(fēng)共兩個(gè)，分別布置在汽車前后 排車頂棚位置;低頻輸出效果較好的次級(jí)聲源揚(yáng)聲器共五個(gè)，其中四個(gè)為車門側(cè)的車載音 響，第五個(gè)次級(jí)聲源揚(yáng)聲器布置在后排隔板處；自適應(yīng)主動(dòng)控制器代替原車載音響控制單 元。這些原件的布放位置是通過車內(nèi)聲場特性與聲壓聲勢能分析得出。對(duì)車內(nèi)聲腔模態(tài)分 布進(jìn)行有限元分析，分別對(duì)不同方案次級(jí)聲源布放位置，計(jì)算誤差麥克風(fēng)位置的場點(diǎn)聲壓 以及聲場的平均勢能，選擇降噪效果最好的方案為次級(jí)聲源揚(yáng)聲器布放位置。
[0035] 所述自適應(yīng)主動(dòng)控制器包括DSP主控芯片、音頻解碼芯片、片外存儲(chǔ)單元、CAN總線 控制器、功率放大器、誤差麥克風(fēng)信號(hào)接收模塊、次級(jí)聲源輸出模塊和電源模塊。所述誤差 麥克風(fēng)通過誤差麥克風(fēng)信號(hào)接收模塊與音頻解碼芯片連接，誤差麥克風(fēng)實(shí)時(shí)采集發(fā)動(dòng)機(jī)噪 聲與次級(jí)聲源揚(yáng)聲器發(fā)出的噪聲相疊加后的誤差噪聲，音頻解碼芯片將誤差噪聲解碼。所 述DSP主控芯片分別連接音頻解碼芯片、片外存儲(chǔ)單元和CAN總線控制器，DSP主控芯片獲取 來自音頻解碼芯片的誤差噪聲信號(hào)和通過CAN總線控制器采集CAN總線上發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)的轉(zhuǎn) 速信號(hào);DSP主控芯片內(nèi)置自適應(yīng)濾波器，其通過自適應(yīng)濾波模塊的濾波權(quán)向量與發(fā)動(dòng)機(jī)的 轉(zhuǎn)速信號(hào)的計(jì)算，輸出次級(jí)聲信號(hào)。所述次級(jí)聲源輸出模塊通過功率放大器與次級(jí)聲源揚(yáng) 聲器連接，次級(jí)聲源輸出模塊接收來自DSP主控芯片的次級(jí)聲信號(hào)，并對(duì)該次級(jí)聲信號(hào)進(jìn)行 D/A轉(zhuǎn)換和抗混疊濾波處理后輸出至功率放大器，功率放大器對(duì)該次級(jí)聲信號(hào)進(jìn)行功率放 大后通過次級(jí)聲源揚(yáng)聲器輸出。
[0036] 發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)為發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火主階次不平衡往復(fù)慣性力，經(jīng)過空氣及車身、底盤等 初級(jí)傳遞路徑傳遞至車內(nèi)，產(chǎn)生低頻發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲。通過車內(nèi)CAN總線接口采集發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn) 速信號(hào)，發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速信號(hào)經(jīng)過自適應(yīng)主動(dòng)控制器中濾波權(quán)向量運(yùn)算，產(chǎn)生與發(fā)動(dòng)機(jī)噪 聲幅值相等、相位相反的次級(jí)聲信號(hào)，通過次級(jí)聲源揚(yáng)聲器輸出。因初始時(shí)刻車內(nèi)次級(jí)聲信 號(hào)與發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲幅值相位存在一定誤差，未能立即達(dá)到最優(yōu)降噪效果，則誤差噪聲信號(hào)反 饋給自適應(yīng)主動(dòng)控制器，自適應(yīng)主動(dòng)控制器通過歸一化最小均方算法計(jì)算出更優(yōu)的濾波權(quán) 向量，更新后的濾波權(quán)向量與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)運(yùn)算，產(chǎn)生出在下一時(shí)刻效果更好的次級(jí)噪 聲與發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲相抵消。
[0037] 本系統(tǒng)通過CCS軟件編寫支持系統(tǒng)運(yùn)行的匯編及C++程序，程序模塊功能包括驅(qū)動(dòng) 誤差麥克風(fēng)音頻信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換、CAN總線發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速信號(hào)采集、DSP主控芯片濾波運(yùn) 算、以及次級(jí)揚(yáng)聲器音頻信號(hào)的D/A轉(zhuǎn)換。將完成調(diào)試后的程序燒寫入DSP芯片中，開啟主動(dòng) 降噪功能，次級(jí)聲源快速穩(wěn)定輸出與發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲等幅反向的聲信號(hào)，完成車內(nèi)駕駛員人耳 區(qū)域的主動(dòng)降噪。
[0038] 本發(fā)明的車內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)主動(dòng)降噪方法，其包括：
[0039] 步驟a、通過車內(nèi)聲場特性與聲壓聲勢能分析，將誤差麥克風(fēng)及次級(jí)聲源揚(yáng)聲器布 置在車內(nèi)。
[0040] 步驟b、采集發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)的轉(zhuǎn)速信號(hào)，并將該信號(hào)輸送至一自適應(yīng)主動(dòng)控制器。
[0041 ]步驟c、自適應(yīng)主動(dòng)控制器通過濾波權(quán)向量和發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)計(jì)算次級(jí)聲信號(hào)。
[0042] 步驟d、通過次級(jí)聲源揚(yáng)聲器輸出次級(jí)聲信號(hào)從而發(fā)出噪聲。
[0043] 步驟e、誤差麥克風(fēng)實(shí)時(shí)采集發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲與次級(jí)聲源揚(yáng)聲器發(fā)出的噪聲相疊加后 的誤差噪聲。
[0044] 步驟f、自適應(yīng)主動(dòng)控制器根據(jù)步驟e中的誤差噪聲更新計(jì)算濾波權(quán)向量，返回步 驟b直至降噪結(jié)束。
[0045] 本方法考慮到自適應(yīng)主動(dòng)控制器中電路硬件次級(jí)通路特性將會(huì)使誤差噪聲信號(hào) 產(chǎn)生延時(shí)，使誤差噪聲信號(hào)與發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)的轉(zhuǎn)速信號(hào)在時(shí)序上不能正確對(duì)齊。因此在自適 應(yīng)主動(dòng)控制器中使發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)的轉(zhuǎn)速信號(hào)通過一個(gè)與次級(jí)通路傳遞函數(shù)相同的估計(jì)函數(shù)， 使誤差噪聲信號(hào)與發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)的轉(zhuǎn)速信號(hào)時(shí)序?qū)R，增強(qiáng)算法穩(wěn)定性。上述步驟在主動(dòng)降 噪過程中重復(fù)循環(huán)，到達(dá)最優(yōu)降噪效果。
[0046] 考慮發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)經(jīng)過空氣及車身、底盤等傳遞路徑到車內(nèi)的傳輸特性，結(jié)合圖1所 示，定義發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)為P(n)。定義發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)到車內(nèi)誤差麥克風(fēng)位置的初級(jí)通路傳遞函數(shù) 為Σ_+Σ?^。發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)經(jīng)過初級(jí)通路傳遞函數(shù)，在車內(nèi)產(chǎn)生具有低頻特性的發(fā)動(dòng)機(jī)噪 聲。
[0047] 在汽車前后排車頂棚位置各布置一個(gè)誤差麥克風(fēng)，該麥克風(fēng)實(shí)時(shí)采集駕駛員感知 到的噪聲。結(jié)合圖1中所示，當(dāng)主動(dòng)降噪系統(tǒng)不工作，所測噪聲定義為車內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)低頻噪聲 響應(yīng)為d(n);當(dāng)主動(dòng)降噪系統(tǒng)工作時(shí)，所測噪聲即為車內(nèi)原始噪聲與次級(jí)噪聲的差值噪聲e (η)。次級(jí)聲源揚(yáng)聲器輸出信號(hào)為y(n)，貝lj有e(n) =d(n)-y(n)。
[0048] 考慮控制信號(hào)經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器、抗混疊濾波器、聲功率放大器、揚(yáng)聲器、聲場空間等 到誤差傳感器的傳輸特性，結(jié)合圖1所示，定義次級(jí)聲源揚(yáng)聲器到誤差麥克風(fēng)之間的次級(jí)通 路傳遞函數(shù)為s(n)，通過聲傳函測試設(shè)備對(duì)次級(jí)通路傳遞函數(shù)進(jìn)行測試估計(jì)，并定義測試 估計(jì)出的次級(jí)通路傳遞函數(shù)為
[0049] 采集車輛CAN總線中的發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速信號(hào)。定義發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速參考信號(hào)為向量X (η)，X(n)由經(jīng)過濾波器逐階時(shí)延的各項(xiàng)x(n)，x(n-l)，. . .，x(n-M+l)組成，x(n)為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn) 速參考信號(hào)。考慮次級(jí)通路傳輸特性將會(huì)使噪聲誤差信號(hào)產(chǎn)生延時(shí)，使噪聲誤差信號(hào)與發(fā) 動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速參考信號(hào)在時(shí)序上正確對(duì)齊，增強(qiáng)算法穩(wěn)定性。因此使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速參考信號(hào)通過 一個(gè)與次級(jí)通路傳函相同的附加通路，更新計(jì)算濾波權(quán)向量。則濾波信號(hào)向量為：
[0050] 定義發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速參考信號(hào)到次級(jí)聲信號(hào)的濾波權(quán)向量為W(n)。濾波器通過自適應(yīng) 算法自動(dòng)調(diào)節(jié)自身的傳遞函數(shù)，以使誤差噪聲信號(hào)主動(dòng)控制系統(tǒng)中達(dá)到極小值。設(shè)定濾波 器長度為M，第η時(shí)刻濾波器的權(quán)向量W(n) = [ ωι(η)，ω2(η)，. . .，ωΜ(η)]τ，第n時(shí)刻濾波器 的參考輸入信號(hào)的矢量以1〇 =匕(11)4(11-1)，...4(11-1+1)]\其中，1-1為濾波階數(shù)，其 中，r(n)為第η個(gè)采樣周期得到的參考輸入信號(hào)，r(n-l)為第η-1個(gè)采樣周期得到的濾波參 考信號(hào)，其余類推;計(jì)算
[0052]定義更新后的濾波權(quán)向量為W(n+1)，則有公式①:SW(n+l)=W(n+l)-W(n)，使式① 所示增量的歐式范數(shù)最小化，并受制于約束條件公式@:11'(11+1)1?(11) = (1(11);
[0053]取目標(biāo)函數(shù)公式③：
[0054] (W(n+l)_W(n) )+Re[A*(d(n)_WT(n+l )r(n))]，
[0055] 其中：λ為復(fù)數(shù)拉格朗日乘子，*表示復(fù)數(shù)共輒。Re[ ·]表示取實(shí)部運(yùn)算，I |SW(n+l) 12表示歐式范數(shù)的平方運(yùn)算；
，由最優(yōu)解得到更新后的濾波權(quán)向量W(n+1)的 迭代更新公式④：
[0057]其中：W(n)為前一時(shí)刻的濾波權(quán)向量，R(n)為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速參考信號(hào)向量，，(η)為 誤差噪聲信號(hào)的復(fù)數(shù)共輒，I |R(n) | |2表示歐式范數(shù)的平方運(yùn)算，μ為正實(shí)數(shù)標(biāo)量因子。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種車內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)主動(dòng)降噪系統(tǒng)，其特征在于:包括兩個(gè)誤差麥克風(fēng)、五個(gè)次級(jí)聲源揚(yáng) 聲器和一個(gè)自適應(yīng)主動(dòng)控制器，所述兩個(gè)誤差麥克風(fēng)分別布置在汽車前、后排對(duì)應(yīng)的車頂 棚位置;所述五個(gè)次級(jí)聲源揚(yáng)聲器由四個(gè)車口側(cè)的車載音響和一個(gè)布置在后排隔板處的次 級(jí)聲源構(gòu)成;所述自適應(yīng)主動(dòng)控制器包括DSP主控忍片、音頻解碼忍片、片外存儲(chǔ)單元、CAN 總線控制器、功率放大器、誤差麥克風(fēng)信號(hào)接收模塊、次級(jí)聲源輸出模塊和電源模塊； 所述誤差麥克風(fēng)通過誤差麥克風(fēng)信號(hào)接收模塊與音頻解碼忍片連接，誤差麥克風(fēng)實(shí)時(shí) 采集發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲與次級(jí)聲源揚(yáng)聲器發(fā)出的噪聲相疊加后的誤差噪聲，音頻解碼忍片將誤差 噪聲解碼； 所述DSP主控忍片分別連接音頻解碼忍片、片外存儲(chǔ)單元和CAN總線控制器，DSP主控忍 片獲取來自音頻解碼忍片的誤差噪聲信號(hào)和通過CAN總線控制器采集CAN總線上發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí) 時(shí)的轉(zhuǎn)速信號(hào);DSP主控忍片內(nèi)置自適應(yīng)濾波器，其通過自適應(yīng)濾波模塊的濾波權(quán)向量與發(fā) 動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)的計(jì)算，輸出次級(jí)聲信號(hào)； 所述次級(jí)聲源輸出模塊通過功率放大器與次級(jí)聲源揚(yáng)聲器連接，次級(jí)聲源輸出模塊接 收來自DSP主控忍片的次級(jí)聲信號(hào)，并對(duì)該次級(jí)聲信號(hào)進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換和抗混疊濾波處理后輸 出至功率放大器，功率放大器對(duì)該次級(jí)聲信號(hào)進(jìn)行功率放大后通過次級(jí)聲源揚(yáng)聲器輸出。2. -種車內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)主動(dòng)降噪方法，其特征在于，包括： 步驟a、通過車內(nèi)聲場特性與聲壓聲勢能分析，將誤差麥克風(fēng)及次級(jí)聲源揚(yáng)聲器布置在 車內(nèi)； 步驟b、采集發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)的轉(zhuǎn)速信號(hào)，并將該信號(hào)輸送至一自適應(yīng)主動(dòng)控制器； 步驟C、自適應(yīng)主動(dòng)控制器通過濾波權(quán)向量和發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)計(jì)算次級(jí)聲信號(hào)； 步驟d、通過次級(jí)聲源揚(yáng)聲器輸出次級(jí)聲信號(hào)從而發(fā)出噪聲； 步驟e、誤差麥克風(fēng)實(shí)時(shí)采集發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲與次級(jí)聲源揚(yáng)聲器發(fā)出的噪聲相疊加后的誤 差噪聲； 步驟f、自適應(yīng)主動(dòng)控制器根據(jù)步驟e中的誤差噪聲更新計(jì)算濾波權(quán)向量，返回步驟b直 至降噪結(jié)束。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種車內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)主動(dòng)降噪方法，其特征在于： 定義車內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)低頻噪聲為d(n)，次級(jí)聲源揚(yáng)聲器輸出信號(hào)為y(n)，則車內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)低 頻噪聲與次級(jí)聲源揚(yáng)聲器輸出噪聲的差值噪聲e(n) =d(n)-y(n); 定義次級(jí)聲源揚(yáng)聲器到誤差麥克風(fēng)之間的次級(jí)通路傳遞函數(shù)為s(n)，通過聲傳函測試 設(shè)備對(duì)次級(jí)通路傳遞函數(shù)進(jìn)行測試估計(jì)，并定義測試估計(jì)出的次級(jí)通路傳遞函數(shù)為S妓差； 定義發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速參考信號(hào)為向量X(n)，X(n)由經(jīng)過濾波器逐階時(shí)延的各項(xiàng)^(11)，^(11- 1)，. . .，x(n-M+l)組成，x(n)為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速參考信號(hào)； 定義一個(gè)與次級(jí)通路傳遞函數(shù)相同的附加通路來更新計(jì)算濾波權(quán)向量，則濾波信號(hào)向 量墳巧!\巧(請(qǐng). 定義發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速參考信號(hào)到次級(jí)聲信號(hào)的濾波權(quán)向量為W(n)，設(shè)濾波器的長度為M，第 η時(shí)刻濾波器的權(quán)向量W(n) = [ ωι(η)，ω2(η)，. . .，ωΜ(η)]τ，第η時(shí)刻濾波器的參考輸入信 號(hào)的矢量3(〇) = ^(11)^(11-1)，...^(11-1+1)^，其中，1-1為濾波階數(shù)，其中^(11)為第11個(gè) 采樣周期得到的參考輸入信號(hào)，r(n-l).為第η-1個(gè)采樣周期得到的濾波參考信號(hào)，其余類 推;計(jì)算定義更新后的濾波權(quán)向量為W(n+1)，貝賄公式①:SW(n+l)=W(n+l)-W(n)，使式①所示 增量的歐式范數(shù)最小化，并受制于約束條件公式②:wT(n+l)R(n) = d(n); 取目標(biāo)函數(shù)公式③： (W(n+1)-W(n) )+Re[A*(d(n)-w^(n+l)r(n))], 其中:λ為復(fù)數(shù)拉格朗日乘子，*表示復(fù)數(shù)共輛。Re[ ·]表示取實(shí)部運(yùn)算，MSW(n+l)M2表 示歐式范數(shù)的平方運(yùn)算;令自最優(yōu)解得到更新后的濾波權(quán)向量W(n+1)的迭代 更新公式④：其中:W(n)為前一時(shí)刻的濾波權(quán)向量，R(n)為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速參考信號(hào)向量，e^n)為誤差噪 聲信號(hào)的復(fù)數(shù)共輛，||R(n) II2表示歐式范數(shù)的平方運(yùn)算，μ為正實(shí)數(shù)標(biāo)量因子。4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種車內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)主動(dòng)降噪方法，其特征在于:在汽車前、后 排對(duì)應(yīng)的車頂棚位置各布置一個(gè)誤差麥克風(fēng);所述次級(jí)聲源揚(yáng)聲器由四個(gè)車載音響和一個(gè) 揚(yáng)聲器構(gòu)成，所述四個(gè)車載音響位于車口側(cè)，所述揚(yáng)聲器位于后排隔板處。
【文檔編號(hào)】F01N1/06GK106089361SQ201610511934
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月30日
【發(fā)明人】王輝, 楊憲武, 徐小敏, 李宏成, 王蘭軍, 唐禹
【申請(qǐng)人】重慶長安汽車股份有限公司