本發(fā)明涉及噪聲控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種用于車(chē)輛的主動(dòng)降噪方法及裝置。

背景技術(shù)：

噪聲、振動(dòng)與聲振粗糙度(noise、vibration、harshness,nvh)是衡量車(chē)輛制造質(zhì)量的一個(gè)綜合性問(wèn)題。車(chē)輛的nvh問(wèn)題是國(guó)際汽車(chē)業(yè)各大整車(chē)制造企業(yè)和零部件企業(yè)關(guān)注的問(wèn)題之一。然而，在車(chē)輛的nvh問(wèn)題中，研發(fā)人員基本上只關(guān)注車(chē)輛在關(guān)窗狀態(tài)下的車(chē)內(nèi)外nvh性能。這是由于在開(kāi)窗后車(chē)內(nèi)聲場(chǎng)結(jié)構(gòu)遭到破壞，噪聲會(huì)嚴(yán)重惡化，并且玻璃升降器的起升幅度、車(chē)速等會(huì)直接影響車(chē)內(nèi)噪聲，因此，開(kāi)窗狀態(tài)的車(chē)內(nèi)噪聲一般不被列入nvh的開(kāi)發(fā)流程中。

然而在實(shí)際行車(chē)過(guò)程中，開(kāi)窗是一項(xiàng)使用率非常高的開(kāi)車(chē)習(xí)慣，因?yàn)樵谔鞖膺m宜的情況下，相較于空調(diào)，車(chē)主更傾向于自然通風(fēng)。但是，在汽車(chē)開(kāi)啟側(cè)窗或天窗的時(shí)候，車(chē)內(nèi)噪聲的明顯惡化成為了令車(chē)主煩惱的事情?，F(xiàn)有技術(shù)中存在著利用主動(dòng)噪聲控制(activenoisecontrol,anc)來(lái)降低車(chē)內(nèi)的噪聲。anc是利用聲波疊加原理，針對(duì)信號(hào)源(主波)，產(chǎn)生一個(gè)與其幅值相同、相位相反的參考源(次波)，兩個(gè)聲波相互疊加，達(dá)到消聲的目的。

目前anc在汽車(chē)行業(yè)已有較大范圍的應(yīng)用，比如思鉑睿、凱迪拉克xts等。以xts為例，它是通過(guò)位于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和車(chē)艙內(nèi)的麥克風(fēng)來(lái)判定并收集環(huán)境噪音，同時(shí)通過(guò)音響來(lái)發(fā)出相反的波抵消，原理類(lèi)似于現(xiàn)有的主動(dòng)降噪耳機(jī)。但是，這種車(chē)載anc主要針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)二諧次噪聲，無(wú)法對(duì)開(kāi)窗噪聲進(jìn)行降噪。在建筑降噪中，開(kāi)窗噪聲主動(dòng)控制已有報(bào)道，即在開(kāi)窗狀態(tài)下，研發(fā)人員采用16個(gè)揚(yáng)聲器進(jìn)行噪聲的主動(dòng)控制，并在每個(gè)揚(yáng)聲器前布置一個(gè)誤差傳感器，但是由于揚(yáng)聲器和傳感器過(guò)多，可應(yīng)用性不高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個(gè)目的是要提供一種用于車(chē)輛的主動(dòng)降噪方法，采用傳聲器檢測(cè)窗口的噪聲特性后，通過(guò)聲源的主動(dòng)調(diào)整，降低窗口的噪聲特性，使得駕駛員和乘客耳旁的聲壓級(jí)減小，實(shí)現(xiàn)開(kāi)窗狀態(tài)的車(chē)內(nèi)噪聲主動(dòng)控制，提升車(chē)主的行車(chē)舒適性。

本發(fā)明的用于車(chē)輛的主動(dòng)降噪方法，用于利用前饋anc控制方法來(lái)降低所述車(chē)輛在開(kāi)窗狀態(tài)下的噪聲，包括如下步驟：

在所述車(chē)輛的側(cè)圍處設(shè)置至少一個(gè)參考傳聲器，利用所述參考傳聲器采集車(chē)窗的窗口噪聲；

在所述車(chē)窗的窗框處設(shè)置至少一個(gè)控制聲源，利用所述控制聲源發(fā)出用于抵消所述窗口噪聲的聲音信號(hào)；

根據(jù)所述參考傳聲器采集的所述窗口噪聲獲取參考信號(hào)；

將所述參考信號(hào)和所述控制聲源發(fā)出的所述聲音信號(hào)相互疊加，通過(guò)求解所述前饋anc控制的控制增益，使得所述疊加后的聲音信號(hào)的聲功率最小化。

進(jìn)一步地，所述參考傳感器與所述車(chē)窗具有預(yù)設(shè)距離。

進(jìn)一步地，根據(jù)所述參考傳聲器采集的所述窗口噪聲獲取參考信號(hào)，包括如下步驟：

按照以下公式估算出所述參考信號(hào)

其中，表示第i個(gè)參考傳感器所采集的窗口噪聲的聲音信號(hào)，n表示參考傳感器的數(shù)量，τi表示車(chē)外噪聲從第i個(gè)參考傳感器傳導(dǎo)到車(chē)窗中心的傳導(dǎo)時(shí)間，t表示時(shí)間。

進(jìn)一步地，通過(guò)求解所述前饋anc控制的控制增益，使得所述疊加后的聲音信號(hào)的聲功率最小化，包括如下步驟：

定義以下?lián)p失函數(shù)j(ω)，以評(píng)價(jià)車(chē)外噪聲通過(guò)車(chē)窗傳遞到車(chē)內(nèi)的聲功率，

其中，pn表示開(kāi)窗形成的噪聲源的聲壓，表示第i個(gè)控制聲源發(fā)出的聲音信號(hào)的聲壓，ρ0表示空氣密度，c表示聲速，m表示控制聲源的數(shù)量，ω表示圓頻率；

按照以下公式計(jì)算得到第i個(gè)控制聲源發(fā)出的聲音信號(hào)的聲壓

其中，ki表示第i個(gè)控制聲源針對(duì)某一頻率的控制增益；g表示自由聲場(chǎng)格林函數(shù)，其中表示第i個(gè)控制聲源的位置；q0表示控制聲源的參考強(qiáng)度，其與噪聲源的入射聲波的幅值相關(guān)；

求解所述ki(ω)的平均數(shù)k0(ω)，以使得所述損失函數(shù)j(ω)最小化，從而使得所述疊加后的聲音信號(hào)的聲功率最小化。

進(jìn)一步地，按照以下公式求解所述k0(ω)，

k0(ω)＝-(∫sg^h·g|ωρ0q0|²ds)^-1(∫sg^h(jωρ0q0)^hpnds)

其中，上標(biāo)t和h分別表示向量的轉(zhuǎn)置和共軛。

進(jìn)一步地，按照以下公式求解開(kāi)窗形成的噪聲源的聲壓pn，

其中，j表示虛部單位；r表示車(chē)窗內(nèi)表面上某點(diǎn)到半球面上某點(diǎn)的距離；dt表示玻璃厚度；sw表示車(chē)窗開(kāi)口面積；uz表示z向的速度分布；

其中，所述半球面能夠包覆所述車(chē)窗。

進(jìn)一步地，將所述噪聲源的入射波簡(jiǎn)化為平面波，并以任意角度到達(dá)車(chē)窗表面，按照以下公式求解z向的速度分布uz，

其中，kx、ky和kz分別表示x、y和z向的波數(shù)，kx、ky和kz的值與入射聲波的入射方向有關(guān)；p0表示坐標(biāo)系(x,y,z)原點(diǎn)的入射平面波幅值。

進(jìn)一步地，在所述車(chē)輛的側(cè)圍處設(shè)置四個(gè)參考傳聲器，利用所述參考傳聲器采集車(chē)窗的窗口噪聲。

進(jìn)一步地，按照如下公式計(jì)算第i個(gè)參考傳感器傳導(dǎo)到車(chē)窗中心的傳導(dǎo)時(shí)間τi，

其中，θ和分別表示入射波的方位角和仰角，ds表示參考傳聲器到車(chē)窗的垂直距離。

特別地，本發(fā)明還提供了一種用于車(chē)輛的主動(dòng)降噪裝置，包括：

布置在所述車(chē)輛的側(cè)圍處的至少一個(gè)參考傳聲器，用于采集車(chē)窗的窗口噪聲；

布置在所述車(chē)輛的窗框處的至少一個(gè)控制聲源，用于發(fā)出能夠抵消所述窗口噪聲的聲音信號(hào)；

與所述參考傳聲器相連的接收器，用于接收所述參考傳聲器傳輸?shù)拇翱谠肼暤穆曇粜盘?hào)；

計(jì)算機(jī)，用于利用如上述的主動(dòng)降噪方法來(lái)求解前饋anc控制的控制增益；

與所述計(jì)算機(jī)相連的發(fā)聲器，用于根據(jù)所述控制增益經(jīng)由所述控制聲源發(fā)出能夠抵消所述窗口噪聲的聲音信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)開(kāi)窗狀態(tài)下的車(chē)內(nèi)噪聲的主動(dòng)控制。

與現(xiàn)有技術(shù)中主要針對(duì)關(guān)窗狀態(tài)下的發(fā)動(dòng)機(jī)二諧次噪聲的降噪方案相比，本發(fā)明的方案直接對(duì)開(kāi)窗狀態(tài)下的噪聲進(jìn)行降噪，降噪難度明顯增大，本發(fā)明方案的降噪方法能夠顯著降低開(kāi)窗狀態(tài)下的車(chē)內(nèi)噪聲，降低駕駛員和乘客耳邊的聲壓，提高了乘車(chē)體驗(yàn)以及行車(chē)舒適性。

此外，與現(xiàn)有技術(shù)中在每個(gè)揚(yáng)聲器前布置誤差傳感器的方案相比，利用本發(fā)明方法設(shè)置的降噪設(shè)備，其傳感器數(shù)量較少，設(shè)備組裝較為簡(jiǎn)單，且可應(yīng)用性較高。

根據(jù)下文結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明具體實(shí)施例的詳細(xì)描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)更加明了本發(fā)明的上述以及其他目的、優(yōu)點(diǎn)和特征。

附圖說(shuō)明

后文將參照附圖以示例性而非限制性的方式詳細(xì)描述本發(fā)明的一些具體實(shí)施例。附圖中相同的附圖標(biāo)記標(biāo)示了相同或類(lèi)似的部件或部分。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，這些附圖未必是按比例繪制的。附圖中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于車(chē)輛的主動(dòng)降噪方法的方法流程圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于車(chē)輛的主動(dòng)降噪設(shè)備示意性結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于車(chē)輛的主動(dòng)降噪設(shè)備示意性結(jié)構(gòu)圖。該主動(dòng)降噪設(shè)備一般性可以包括：至少一個(gè)參考傳聲器、至少一個(gè)控制聲源、接收器、計(jì)算機(jī)和發(fā)聲器。其中，該參考傳聲器布置在該車(chē)輛的側(cè)圍處，用于采集車(chē)窗的窗口噪聲。該控制聲源布置在該車(chē)輛的窗框處，該控制聲源的布置以不影響車(chē)窗開(kāi)啟和關(guān)閉為基礎(chǔ)，其用于發(fā)出能夠抵消該窗口噪聲的聲音信號(hào)。該接收器與該參考傳聲器相連，用于接收該參考傳聲器傳輸?shù)拇翱谠肼暤穆曇粜盘?hào)。該計(jì)算機(jī)，用于利用下述主動(dòng)降噪方法來(lái)求解前饋anc控制的控制增益。該發(fā)聲器與該計(jì)算機(jī)相連，用于根據(jù)該控制增益經(jīng)由該控制聲源發(fā)出能夠抵消該窗口噪聲的聲音信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)開(kāi)窗狀態(tài)下的車(chē)內(nèi)噪聲的主動(dòng)控制。在圖2所示的實(shí)施例中，示出了一半圓，該半圓實(shí)際上為半球面，該半球面的面積以能夠完全覆蓋一個(gè)車(chē)窗為標(biāo)準(zhǔn)。

與現(xiàn)有技術(shù)中在每個(gè)揚(yáng)聲器前布置誤差傳感器的方案相比，利用本發(fā)明方法設(shè)置的降噪設(shè)備，其傳感器數(shù)量較少，設(shè)備組裝較為簡(jiǎn)單，且可應(yīng)用性較高。

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于車(chē)輛的主動(dòng)降噪方法的方法流程圖，其用于利用前饋anc控制方法來(lái)降低該車(chē)輛在開(kāi)窗狀態(tài)下的噪聲。如圖1所示，本發(fā)明的用于車(chē)輛的主動(dòng)降噪方法，包括如下步驟：

s100、在該車(chē)輛的側(cè)圍處設(shè)置至少一個(gè)參考傳聲器，利用該參考傳聲器采集車(chē)窗的窗口噪聲；

s200、在該車(chē)窗的窗框處設(shè)置至少一個(gè)控制聲源，利用該控制聲源發(fā)出用于抵消該窗口噪聲的聲音信號(hào)；

s300、根據(jù)該參考傳聲器采集的該窗口噪聲獲取參考信號(hào)；

s400、將該參考信號(hào)和該控制聲源發(fā)出的該聲音信號(hào)相互疊加，通過(guò)求解該前饋anc控制的控制增益，使得該疊加后的聲音信號(hào)的聲功率最小化。

由于車(chē)外噪聲通過(guò)開(kāi)啟的車(chē)窗進(jìn)入車(chē)內(nèi)，因此相對(duì)于車(chē)內(nèi)聲場(chǎng)，車(chē)窗可以視作是一個(gè)新的聲源，該新聲源由兩部分疊加而成，一是開(kāi)窗引起的噪聲源，二是anc系統(tǒng)的控制聲源?；谶@個(gè)分析思路，通過(guò)求解anc前饋控制的控制增益，使得上述新聲源的聲功率最小化，即可達(dá)到開(kāi)窗噪聲主動(dòng)控制的目的。

為了獲取該控制增益，需要定義一損失函數(shù)j(ω)，以評(píng)價(jià)車(chē)外噪聲通過(guò)車(chē)窗傳遞到車(chē)內(nèi)的聲功率，該損失函數(shù)為：

j(ω)＝∫sitotal(x，y，z，w)ds

其中，i表示遠(yuǎn)場(chǎng)聲強(qiáng)，s表示圖2所示的半球面的面積，其中球面半徑為r，坐標(biāo)系(x,y,z)的原點(diǎn)在車(chē)窗的中心。

從聲學(xué)原理可知，遠(yuǎn)場(chǎng)聲強(qiáng)可以通過(guò)聲壓的平方來(lái)表示，因此，損失函數(shù)j(ω)可以轉(zhuǎn)化為：

其中，pn表示開(kāi)窗形成的噪聲源的聲壓，表示第i個(gè)控制聲源發(fā)出的聲音信號(hào)的聲壓，ρ0表示空氣密度，c表示聲速，m表示控制聲源的數(shù)量，ω表示圓頻率。

其中，pn可以通過(guò)rayleigh積分方程求解：

其中，j表示虛部單位；r表示車(chē)窗內(nèi)表面上某點(diǎn)到半球面上某點(diǎn)的距離；dt表示玻璃厚度；sw表示車(chē)窗開(kāi)口面積；uz表示z向的速度分布。

將所述噪聲源的入射波簡(jiǎn)化為平面波，并以任意角度到達(dá)車(chē)窗表面，因此，車(chē)窗外表面(z＝0)z向的速度分布可以表示為：

其中，kx、ky和kz分別表示x、y和z向的波數(shù)，kx、ky和kz的值與入射聲波的入射方向有關(guān)；p0表示坐標(biāo)系(x,y,z)原點(diǎn)的入射平面波幅值。

控制聲源可以簡(jiǎn)化為理想的點(diǎn)聲源，因此，第i個(gè)控制聲源發(fā)出的聲音信號(hào)的聲壓可以表示為：

其中，ki表示第i個(gè)控制聲源針對(duì)某一頻率的控制增益；g表示自由聲場(chǎng)格林函數(shù)，其中表示第i個(gè)控制聲源的位置；q0表示控制聲源的參考強(qiáng)度，其與噪聲源的入射聲波的幅值相關(guān)。

為了使某一頻率、某一入射角度的損失函數(shù)最小化，經(jīng)優(yōu)化的控制增益向量k0＝[k1k2…m]^t可以表示為：

k0(ω)＝-(∫sg^h·g|ωρ0q0|²ds)^-1(∫sg^h(jωρ0q0)^hpnds)

其中，上標(biāo)t和h分別表示向量的轉(zhuǎn)置和共軛。

由于最優(yōu)的控制增益與入射波的方向有關(guān)，而入射方向可以通過(guò)聲源定位方法確定。本專(zhuān)利基于參考傳感器并采用聲達(dá)時(shí)間差實(shí)現(xiàn)噪聲源的定位。

為了實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制，頻域內(nèi)的最優(yōu)控制增益需要基于傅里葉逆變換轉(zhuǎn)化為有限脈沖響應(yīng)(finiteimpulseresponse，fir)濾波器，此時(shí)要求參考傳感器距離車(chē)窗一定距離，這樣可以補(bǔ)償fir濾波器的時(shí)間差。

對(duì)一個(gè)特定方向的入射波而言，前饋控制信號(hào)可以通過(guò)參考傳感器和控制濾波器進(jìn)行計(jì)算。其中參考信號(hào)就是原點(diǎn)的聲壓信號(hào)，同時(shí)控制濾波器可以基于原點(diǎn)入射波的幅值獲取。盡管如此，若想采用傳聲器直接測(cè)試開(kāi)窗狀態(tài)下的原點(diǎn)聲壓是不現(xiàn)實(shí)的，因此，在入射平面波的假設(shè)下，參考信號(hào)可以基于車(chē)外參考傳感器的聲壓結(jié)果進(jìn)行估算：

其中，表示第i個(gè)參考傳感器所采集的窗口噪聲的聲音信號(hào)，n表示參考傳感器的數(shù)量，τi表示車(chē)外噪聲從第i個(gè)參考傳感器傳導(dǎo)到車(chē)窗中心的傳導(dǎo)時(shí)間，t表示時(shí)間。

在一個(gè)實(shí)施例中，在車(chē)輛的側(cè)圍處設(shè)置四個(gè)參考傳聲器，利用所述參考傳聲器采集車(chē)窗的窗口噪聲時(shí)，每一參考傳感器傳導(dǎo)到車(chē)窗中心的傳導(dǎo)時(shí)間分別為：

其中，θ和分別表示入射波的方位角和仰角，ds表示參考傳聲器到車(chē)窗的垂直距離。

與現(xiàn)有技術(shù)中主要針對(duì)關(guān)窗狀態(tài)下的發(fā)動(dòng)機(jī)二諧次噪聲的降噪方案相比，本發(fā)明的方案直接對(duì)開(kāi)窗狀態(tài)下的噪聲進(jìn)行降噪，降噪難度明顯增大，本發(fā)明方案的降噪方法能夠顯著降低開(kāi)窗狀態(tài)下的車(chē)內(nèi)噪聲，降低駕駛員和乘客耳邊的聲壓，提高了乘車(chē)體驗(yàn)以及行車(chē)舒適性。

至此，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到，雖然本文已詳盡示出和描述了本發(fā)明的多個(gè)示例性實(shí)施例，但是，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的情況下，仍可根據(jù)本發(fā)明公開(kāi)的內(nèi)容直接確定或推導(dǎo)出符合本發(fā)明原理的許多其他變型或修改。因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)被理解和認(rèn)定為覆蓋了所有這些其他變型或修改。