本发明属于噪声控制技术领域，尤其涉及一种基于混合反馈架构的路躁主动控制系统及方法。
背景技术：
路面噪声是汽车噪声的主要来源之一，其激励产生的原因是轮胎与路面的相互作用，路面噪声的传递路径主要有空气传播和结构传播，空气传播的噪声(>300hz声学成分)可以通过声学包装来隔绝，但是结构传播的噪声(<300hz声学成分)却不能被消除，尤其对于新能源车辆，由于没有了发动机噪声的掩蔽效应，通过结构传播的路噪变得愈加恼人。
基于以上原因，路面噪声的主动控制技术被提出，其基本原理就是通过扬声器播放与路面噪声信号等幅反相的声波，从而达到消除或减弱结构传播路噪的目的，针对不同的噪声信号特征，已经有多种主动控制算法和相应的系统被提出，主流的系统架构包括基于前反馈的主动控制系统和基于后反馈的主动控制系统，前反馈系统架构主要适用于参考输入信号与车内噪声强相关的控制问题，后反馈系统架构主要是适用于窄带信号控制问题。
但是低频路噪既有特征明显的窄带信号特征，同时又具有宽幅能量分布特征，当单独使用前反馈系统架构时，会出现非模态相关频率成分的衰减幅值较小的问题，当单独使用后反馈系统架构时，会出现路噪主成分识别精度较差的问题，使得路噪主动控制系统的降噪效果并不理想。
技术实现要素：
本发明的目的一能够提供立一种基于混合反馈架构的路噪主动控制系统，通过安装在轴头位置的加速度传感器实时获取来自路面的激励信号，安装在驾驶员及乘员耳旁的麦克风实时获取车内噪声信号，再将两路信号输入主动控制单元，主动控制单元通过对两路信号进行分析处理后，输出给扬声器一个与车内噪声等幅反相的声波，从而实现路面噪声的消除或抑止。
为了解决上述背景技术中的问题，本发明是通过以下技术方案来实现的：
一种基于混合反馈架构的路躁主动控制系统，包括多个加速度传感器、多个扬声器、多个麦克风及主动控制单元；
所述加速度传感器分别安装于前轴两端及后轴两端，用于获取由于路面激励导致的轴头加速度信号，作为前反馈信号x(n)；
所述麦克风分别安装于驾驶员或成员的头部位置，用于同步实时获取车内的噪声信号，作为残差信号e(n)；
每个车门上均安装有扬声器，同时，在商用车的驾驶室前部安装有多个扬声器，用于同步释放与路面噪声等幅反相的声波，该信号为y(n)。
作为发明的进一步说明：所述主动控制单元包括数据采集系统、dsp离散信号处理模块及滤波器单元，所述滤波器单元包括前反馈自适应滤波器a(z)和后反馈自适应滤波器c(z)，所述主动控制单元采用fxlms算法，该算法通过实时在线调整a(z)和c(z)的权数向量矩阵，使残差信号e(n)的平均势能最小。
作为发明的进一步说明：所述加速度传感器至麦克风之间的传递函数为p(z)，所述扬声器至麦克风之间的传递函数为s(z)，在所述前反馈部分及后反馈部分均安装有滤波器
作为发明的进一步说明：所述前反馈自适应滤波器a(z)的自适应调整采用lms算法，输入信号为前反馈参考信号
作为发明的进一步说明：所述后反馈自适应滤波器c(z)的自适应调整lms算法，输入信号为后反馈参考信号
本发明的目的二能够提供立一种基于混合反馈架构的路噪主动控制方法，联合采用前反馈和后反馈的系统架构实现对于低频路噪(<300hz声音成分)的消除和抑制。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
一种基于混合反馈架构的路躁主动控制方法，包括以下步骤：
步骤s1：加速度传感器拾取路面激励信号x(n)，将其输出至主动控制单元；
步骤s2：主动控制单元截取0-300hz频段范围内的信号；
步骤s3：将信号与
步骤s4：对前反馈自适应滤波器a(z)的权数向量矩阵进行更新；
步骤s5：将后反馈信号
步骤s6：对后反馈自适应滤波器c(z)的权数向量矩阵进行更新；
步骤s7：将参考信号x(n)与更新后的前反馈自适应滤波器a(z)进行卷积，后反馈信号
步骤s8：将反相声波输出y(n)与s(z)进行卷积，输入信号x(n)与p(z)进行卷积，同时将两者叠加获得残差信号e(n)，并且计算得出该残差信号的平均声势能。
作为发明的进一步说明：所述步骤s1至步骤s8为一个迭代循环完成，一次迭代的步长设置为0.5s，当步骤s6计算出的平均声势能达到最小值时，系统停止运作进入收敛状态，当路面激励发生变化后，系统重新运作，进行迭代循环，进行调整，使得平均声势能达到最小值，达到新的收敛状态。
作为发明的进一步说明：获取加速度传感器至麦克风之间的传递函数p(z)的步骤如下：
步骤s1：将轮胎总成拆下，同时在轴头位置使用激振器采用0-300hz的扫频信号进行激励；
步骤s2：在车内麦克风处拾取噪声信号，对两种信号进行处理，获得轴头到麦克风之间的频率响应函数frf；
步骤s3：逐个对多个车轮轴头位置进行激励；
步骤s4：获取一个的多阶frf函数矩阵，同时将其写入主动控制单元，作为传递函数p(z)的特性曲线。
作为发明的进一步说明：获取扬声器至麦克风之间的传递函数s(z)的步骤如下：
步骤s1：在扬声器附近安装中低频体积声源，同时采用0-300hz的声音信号进行扫频激励；
步骤s2：在车内麦克风处拾取噪声信号，对两种信号进行处理，获得扬声器到麦克风的频率响应函数frf；
步骤s3：逐个对多个扬声器位置进行激励；
步骤s4：获取一个多阶的frf函数矩阵，同时将其写入主动控制单元，作为传递函数s(z)和
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
1、联合采用前反馈和后反馈的系统架构实现对于低频路噪(<300hz声音成分)的消除和抑制，其中轴头位置的加速度信号作为前反馈系统的参考信号，车内麦克风获得的噪声信号作为后反馈的残差信号，将两路信号输入主动控制单元，主动控制单元通过对两路信号进行分析处理后，输出给扬声器一个与车内噪声等幅反相的声波，实现了对噪声的抑制。
2、引入了试验测试的手段获取的传递路径频响函数矩阵，解决由于系统特性导致的信号时延问题，从而提高了控制精度和降噪效果，并大大提高了主动控制系统对于不同车型的适配性。
附图说明
图1为本发明中主动控制系统的结构示意图；
图2为本发明的主动控制系统的控制框图；
图3为本发明中控制方法的流程图。
附图标记说明
1、麦克风；2、扬声器；3、主动控制单元；4、加速度传感器。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1及图2所示，一种基于混合反馈架构的路躁主动控制系统，包括多个加速度传感器4、多个扬声器2、多个麦克风1及主动控制单元3；
加速度传感器4分别安装于前轴两端及后轴两端，用于获取由于路面激励导致的轴头加速度信号，作为前反馈信号x(n)；麦克风1分别安装于驾驶员或成员的头部位置，用于同步实时获取车内的噪声信号，作为残差信号e(n)；每个车门上均安装有扬声器2，同时，在商用车的驾驶室前部安装有多个扬声器2，用于同步释放与路面噪声等幅反相的声波，该信号为y(n)。
具体的，主动控制单元3包括数据采集系统、dsp离散信号处理模块及滤波器单元，滤波器单元包括前反馈自适应滤波器a(z)和后反馈自适应滤波器c(z)，主动控制单元3采用fxlms算法，该算法通过实时在线调整a(z)和c(z)的权数向量矩阵，使残差信号e(n)的平均势能最小。
加速度传感器4至麦克风1之间的传递函数为p(z)，扬声器2至麦克风1之间的传递函数为s(z)，由于传递函数的存在，导致信号出现的时延问题，使得反相信号和噪声信号的相位偏移，为了解决该问题，保证两者同相位，在前反馈部分及后反馈部分均安装有滤波器，用于模拟传递路径s(z)带来的影响。
在其中，前反馈自适应滤波器a(z)的自适应调整采用lms算法，输入信号为前反馈参考信号
如图3所示：一种基于混合反馈架构的路躁主动控制方法，包括以下步骤：
步骤s1：加速度传感器4拾取路面激励信号x(n)，将其输出至主动控制单元3；
步骤s2：主动控制单元3截取0-300hz频段范围内的信号；
步骤s3：将信号与进行卷积，同时将其与麦克风1获取到的残差信号e(n)输出至前反馈部分的lms算法；
步骤s4：对前反馈自适应滤波器a(z)的权数向量矩阵进行更新；
步骤s5：将后反馈信号与进行卷积，同时将其与麦克风1获取到的残差信号e(n)输出至后反馈部分的lms算法；
步骤s6：对后反馈自适应滤波器c(z)的权数向量矩阵进行更新；
步骤s7：将参考信号x(n)与更新后的前反馈自适应滤波器a(z)进行卷积，后反馈信号与更新后的后反馈自适应滤波器c(z)进行卷积，同时对其两者进行叠加形成信号y(n)，将信号y(n)输入扬声器2，使扬声器2发出反相声波；
步骤s8：将反相声波输出y(n)与s(z)进行卷积，输入信号x(n)与p(z)进行卷积，同时将两者叠加获得残差信号e(n)，并且计算得出该残差信号的平均声势能。
由于车辆行驶过程中环境是实时变化的，因此，将步骤s1至步骤s8设置为一个迭代循环完成，一次迭代的步长设置为0.5s，当步骤s6计算出的平均声势能达到最小值时，系统停止运作进入收敛状态，当路面激励发生变化后，系统重新运作，进行迭代循环，进行调整，使得平均声势能达到最小值，达到新的收敛状态。
为了解决由于系统特性导致的信号时延问题，引入了试验测试的手段获取的传递路径频响函数矩阵，包括获取加速度传感器4至麦克风1之间的传递函数p(z)的步骤如下：
步骤s1：将轮胎总成拆下，同时在轴头位置使用激振器采用0-300hz的扫频信号进行激励；
步骤s2：在车内麦克风1处拾取噪声信号，对两种信号进行处理，获得轴头到麦克风1之间的频率响应函数frf；
步骤s3：逐个对多个车轮轴头位置进行激励；
步骤s4：获取一个的多阶frf函数矩阵，同时将其写入主动控制单元3，作为传递函数p(z)的特性曲线。
还包括获取扬声器2至麦克风1之间的传递函数s(z)的步骤如下：
步骤s1：在扬声器2附近安装中低频体积声源，同时采用0-300hz的声音信号进行扫频激励；
步骤s2：在车内麦克风1处拾取噪声信号，对两种信号进行处理，获得扬声器2到麦克风1的频率响应函数frf；
步骤s3：逐个对多个扬声器2位置进行激励；
步骤s4：获取一个多阶的frf函数矩阵，同时将其写入主动控制单元3，作为传递函数s(z)和的特性曲线。
以上给出的实施例是实现本发明较优的例子，本发明不限于上述实施例。本领域的技术人员根据本发明技术方案的技术特征所做出的任何非本质的添加、替换，均属于本发明的保护范围。
本文用于企业家、创业者技术爱好者查询，结果仅供参考。
