汽车智能分区主动降噪控制系统及方法与流程

1.本发明涉及汽车降噪技术领域，尤其是汽车智能分区主动降噪控制系统及方法。


背景技术：

2.当前汽车已经是生活中不可或缺的组成部分，顾客对汽车的驾乘感知要求越来越高，同时伴随政府法规严苛，市场竞争加剧，设计技术提升等因素的影响，汽车nvh性能水平已成为各汽车公司技术实力展现和品牌性能展示的重要方向。
3.汽车主动降噪技术是基于声波叠加原理，利用车载扬声器产生一个与已存声波频率相同、幅值相同、相位相反的声波，两声波相互叠加，达到降低甚至消除已存噪声的目的。当前汽车搭载的主动降噪装置均采用汽车车厢全局降噪技术，该技术经过多年的研究发展，越来越多的汽车品牌开始应用。
4.现有主动降噪装置通常由主动降噪控制器、误差麦克信号传感器、降噪参考信号传感器(必要时添加)、降噪算法、车载扬声器等组成，如图1所示。该系统由车载电源供电，降噪参考信号传感器和can总线实时识别汽车外部激励信息及汽车运行工况信息，误差麦克信号传感器实时监测汽车车厢内部噪声，主动降噪控制器基于降噪参考信号、误差麦克信号、can总线信号，运用主动降噪算法构建出与已存噪声频率相等、峰值相同、相位相反的声波信号，并通过车载扬声器播放该声波，构建声波与已存噪声叠加抵消，实现汽车主动降噪功能。
5.自适应降噪算法逻辑是根据不同座位处(误差麦克风近处)需求的降噪效果合理分配权重系数，所有误差麦克风的权重系数之和为100％，如某一误差麦克风分配的权重系数越大，则该处的降噪效果越好。现有主动降噪装置的通用目标是实现汽车车厢全局降噪，需要根据不同误差麦克风位置处的降噪效果得到合理兼顾，在匹配过程中通常牺牲部分位置良好的降噪效果，弥补部分位置稍差的降噪效果，即车内所有误差麦克风和车载扬声器同时配合工作以降低车内所有座位处的噪声。
6.在当前车辆的实际使用过程中，满员情况少之甚少，经常出现驾驶员、驾驶员 副驾驶、驾驶员 后排等情况，现有主动降噪装置的全局降噪效果，会牺牲部分位置良好的降噪效果(举例：车辆上只有驾驶员，如驾驶员位置误差麦克风的权重系统为100％，则得到最好的降噪效果，而采用现有主动降噪装置，驾驶员位置误差麦克风的权重系数无法达到100％，则无法获得最好的降噪效果。)，同时采用全局降噪时车内所有误差麦克风和车载扬声器同时配合工作，额外消耗汽车更多能量。


技术实现要素：

7.本发明针对现有主动降噪装置上述弱点，提出智能分区主动降噪控制装置，可以根据驾乘人员位置信息自动调整降噪模式，智能选择参与降噪的误差麦克风和车载扬声器，智能匹配降噪权重系数及其他参数，实现根据驾乘人员位置信息的智能分区主动降噪控制，以获得车辆在不同驾乘人员情况下的最优主动降噪效果，同时大幅降低汽车能耗，提
升产品耐久性。
8.本发明的技术方案：
9.汽车智能分区主动降噪控制系统，包括输入部分、系统部分及输出部分三个部分组成：
10.输入部分包括车载电源、can总线、降噪参考信号、误差麦克信号和位置信息识别装置；
11.其中：
12.车载电源用于为系统部分供电；
13.can总线为系统传递车辆信息，包括车辆发动机转速、车速、车门状态、车窗状态等；
14.降噪参考信号通过加速度传感器为系统提供车内噪声激励源信息，包括发动机激励和路面激励，加速度传感器实时监测激励源信息，布置在与车内噪声强相关的位置，如悬置、轴头、摆臂、悬架、拉杆等(不同车型位置不同)；
15.误差麦克信号通过声音传感器为系统提供车内噪声信息，实时监测车内各种工况的噪声状态，前排误差麦克风布置在门把手附近、遮阳镜附近或头顶车棚位置，后排麦克风布置在门把手附近或座椅上方位置(不同车型位置不同)；
16.位置信息识别装置，用于为系统部分提供车辆驾乘人员位置信息，选择合适的降噪模式。
17.所述位置信息识别装置，包括安全约束系统提醒装置、多媒体控制主机以及红外传感、激光雷达、摄图成像中的一种或多种，向系统部分提供车辆驾乘人员位置信息。其中：安全约束系统提醒装置，通过座椅设置重量传感器或者在安全带锁紧装置内布置感应器提醒提供车辆驾乘人员位置信息；多媒体控制主机，通过多媒体技术向降噪控制系统提供车内驾乘人员位置信息，同时由多媒体触摸屏提供车辆驾乘人员手动调节功能；其他识别方式，包括红外传感、激光雷达、摄图成像等识别方式，向系统提供车辆驾乘人员位置信息。系统部分包括主动降噪控制器，接收输入部分输入的所有支持和信息，对所述支持和信息进行处理和甄别，所述支持和信息包括发动机转速信号、车速信号、档位信号、降噪参考信号、误差麦克信号，通过自适应智能分区降噪算法，以车辆当前驾乘人员位置为降噪目标，调整不同位置的主动降噪权重系数(驾乘人员位置权重占比高，非驾乘人员位置权重占比低，具体权重系数需根据不同车辆开展匹配设计)，优化驾乘人员位置的主动降噪收敛系数(保证降噪收敛速度和收敛效果，具体收敛系数需根据不同车辆开展匹配设计)，产生与车内噪声频率相同、幅值相同、相位相反的降噪声波信号，并提供给输出部分。
18.输出部分包括车载扬声器，接收系统部分选定的降噪模式输出相应的降噪声波信号并发出声音。
19.其中：
20.汽车智能分区主动降噪控制方法，包括；
21.s1.装置上电，车辆启动后降噪控制系统上电开始工作；
22.s2.监测车辆状态，降噪控制系统实时与汽车开展信息交互，通过can线或其他方式监测车辆状态，其中包括监测车辆车门和车窗关闭状态，确认关闭后执行s3；；
23.s3.监测驾乘人员位置信息或手动选择降噪模式，安全约束系统提醒装置监测驾
乘人员位置信息或驾乘人员可通过汽车多媒体控制主机手动设定车辆驾乘人员位置信息，人为调整降噪模式；
24.s4.确定车辆降噪模式，降噪模式确定基本原则是与驾乘位置距离最小的误差麦克风为主要参与对象，可根据驾乘人员位置信息、误差麦克风个数、车载扬声器有效确定车辆不同驾乘人员的降噪模式；
25.s5.运行匹配的主动降噪算法，自适应智能降噪算法匹配适合该降噪模式的主动降噪收敛系数和各位置权重系数，产生与车内噪声频率相同、幅值相同、相位相反的降噪声波信号；
26.s6.执行降噪，车载扬声器播放上述降噪声波信号，构建声波与已存噪声叠加抵消，实现汽车主动降噪。
27.进一步地，在s3中，还可以是红外传感、激光雷达、摄图成像等识别方式提供有效的车内驾乘人员信息。
28.本发明的优点在于：可以根据驾乘人员位置信息自动调整降噪模式，智能选择参与降噪的误差麦克风和车载扬声器，智能匹配降噪权重系数及其他参数，实现根据驾乘人员位置信息的智能分区主动降噪控制，以获得车辆在不同驾乘人员情况下的最优主动降噪效果，同时大幅降低汽车能耗，提升产品耐久性。
附图说明
29.图1为现有技术中汽车主动降噪装置示意图。
30.图2为本发明的控制系统示意图。
31.图3为本发明汽车智能分区主动降噪控制方法流程图。
32.图4为本发明中实施例1误差麦克风和车载扬声器分布示意图。
33.图5为本发明中实施例2误差麦克风和车载扬声器分布示意图。
34.附图标记：1
‑
主动降噪控制器、2
‑
车载电源、3
‑
can总线、4
‑
降噪参考信号、5
‑
误差麦克信号、6
‑
车载扬声器、7
‑
安全约束系统提醒装置、8
‑
多媒体控制主机、9
‑
其他识别方式。
具体实施方式
35.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
36.实施例1
37.提供一种双排座位4个误差麦克风情况下的汽车智能分区主动降噪控制系统，如图4所示，包括：四个误差麦克风(误差麦克1
‑
4)，四个车载扬声器(扬声器1
‑
4)、主动降噪控制器、4
‑
降噪参考信号、位置信息识别装置，布置如下，所述四个车载扬声器分别布置在汽车前、后排对应的车门位置；所述四个误差麦克风(误差麦克1
‑
4)分别布置在汽车主驾左侧、副驾右侧、后排座位左侧和后排座位右侧，通过位置信息识别装置采集车内驾乘人员位置信息，从而确定主要降噪位置，选择降噪模式，根据降噪位置进一步确定参与主动降噪的误差麦克风(基本判断原则为与驾乘位置距离最小的误差麦克风为主要参与对象，在确定
误差麦克风基础上通过主动降噪控制器智能分区自适应降噪算法匹配主动降噪收敛系数和各位置权重系数，车载扬声器完成相应降噪操作。
38.所述主动降噪控制器1连接2
‑
车载电源和3
‑
can总线，4
‑
降噪参考信号与5
‑
误差麦克信号与3
‑
can总线相连，将采集到的发动机激励和路面激励引起的噪声信息经由3
‑
can总线传递至主动降噪控制器，主动降噪控制器1基于降噪参考信号、误差麦克信号、can总线信号，运用主动降噪算法构建出与已存噪声频率相等、峰值相同、相位相反的声波信号，并通过车载扬声器6播放该声波，构建声波与已存噪声叠加抵消，实现汽车主动降噪功能.
39.所述位置信息识别装置采用7
‑
安全约束系统提醒装置或8
‑
多媒体控制主机或其他识别方式。当位置信息识别装置为7
‑
安全约束系统提醒装置时，可通过在座椅底部设置重量传感器或者在安全带锁紧装置内布置感应器，用于采集车辆驾乘人员的位置信息；当位置信息识别装置为多媒体控制主机8时，可通过在车内设置声音识别器或电子眼、投影仪等多媒体技术采集车内驾乘人员位置信息，同时可通过多媒体触摸屏手动选择降噪模式；所述位置信息识别装置还可以是红外传感、激光雷达、摄图成像等其他识别方式，向系统部分提供车辆驾乘人员位置信息。
40.实施例1：双排座位车辆布置4个降噪参考麦克风，其智能分区降噪模式详解如表1所示，共包含8种降噪模式：
41.表1双排座位4个麦克风车辆降噪模式组合表
[0042][0043]
其中，
[0044]
模式一为主驾模式：车内为主驾人员，主驾位置的误差麦克风1参与工作，主动降噪系统匹配主动降噪收敛系数和权重因子，车载扬声器工作数量根据不同车辆的声学特点进行调整；
[0045]
模式二为主驾/副驾模式：车内为主驾和副驾人员，主驾位置的误差麦克风1和副驾位置的误差麦克风2参与工作，主动降噪系统匹配主动降噪收敛系数和权重因子，车载扬声器工作数量根据不同车辆的声学特点进行调整；
[0046]
模式三为主驾/左后模式：车内为主驾和左后人员，主驾位置的误差麦克风1和左后位置的误差麦克风3参与工作，主动降噪系统匹配主动降噪收敛系数和权重因子，车载扬声器工作数量根据不同车辆的声学特点进行调整；
[0047]
模式四为主驾/中后模式：车内为主驾和中后人员，主驾位置的误差麦克风1和中
后位置的误差麦克风3、误差麦克风4参与工作，主动降噪系统匹配主动降噪收敛系数和权重因子，车载扬声器工作数量根据不同车辆的声学特点进行调整；
[0048]
模式五为主驾/右后模式：车内为主驾和右后人员，主驾位置的误差麦克风1和右后位置的误差麦克风4参与工作，主动降噪系统匹配主动降噪收敛系数和权重因子，车载扬声器工作数量根据不同车辆的声学特点进行调整；
[0049]
模式六为前排/左后模式：车内为主驾、副驾和左后人员，主驾位置的误差麦克风1、副驾位置的误差麦克风2和左后位置的误差麦克风3参与工作，主动降噪系统匹配主动降噪收敛系数和权重因子，车载扬声器工作数量根据不同车辆的声学特点进行调整；
[0050]
模式七为前排/右后模式：车内为主驾、副驾和右后人员，主驾位置的误差麦克风1、副驾位置的误差麦克风2和右后位置的误差麦克风4参与工作，主动降噪系统匹配主动降噪收敛系数和权重因子，车载扬声器工作数量根据不同车辆的声学特点进行调整；
[0051]
模式八为全局模式：除上述7种车辆驾乘位置以外，该装置执行全局模式，即所有误差麦克风均参与工作，主动降噪系统匹配主动降噪收敛系数和权重因子，车载扬声器工作数量根据不同车辆的声学特点进行调整(通常该模式所有车载扬声器均参与工作)。
[0052]
实施例2
[0053]
提供一种双排座位3个误差麦克风情况下的汽车智能分区主动降噪控制系统，如图5所示，包括：三个误差麦克风(误差麦克1
‑
3)，四个车载扬声器(扬声器1
‑
4)、主动降噪控制器、4
‑
降噪参考信号、位置信息识别装置，布置如下，所述四个车载扬声器分别布置在汽车前、后排对应的车门位置；所述三个误差麦克风(误差麦克1
‑
3)分别布置在汽车主驾左侧、副驾右侧、汽车顶棚位置，通过位置信息识别装置采集车内驾乘人员位置信息，从而确定主要降噪位置，选择降噪模式，根据降噪位置进一步确定参与主动降噪的误差麦克风(基本判断原则为与驾乘位置距离最小的误差麦克风为主要参与对象，在确定误差麦克风基础上通过主动降噪控制器智能分区自适应降噪算法匹配主动降噪收敛系数和各位置权重系数，车载扬声器完成相应降噪操作，其余同实施例1。
[0054]
实施例2：双排座位车辆布置3个降噪参考麦克风，其智能分区降噪模式详解如表2所示，共包含4种降噪模式：：
[0055]
表2双排座位3个麦克风车辆降噪模式组合表
[0056][0057]
模式一为主驾模式：车内为主驾人员，主驾位置的误差麦克风1参与工作，主动降
噪系统匹配主动降噪收敛系数和权重因子，车载扬声器工作数量由实际调试结果决定；
[0058]
模式二为主驾/副驾模式：车内为主驾和副驾人员，主驾位置的误差麦克风1和副驾位置的误差麦克风2参与工作，主动降噪系统匹配主动降噪收敛系数和权重因子，车载扬声器工作数量由实际调试结果决定；
[0059]
模式三为主驾/后排模式：车内为主驾和后排人员，主驾位置的误差麦克风1参与工作，驾乘位置在左后或中后位置有人时误差麦克风3参与工作，主动降噪系统匹配主动降噪收敛系数和权重因子，车载扬声器工作数量由实际调试结果决定；
[0060]
模式四为全局模式：除上述3种车辆驾乘位置以外，该装置执行全局模式，即所有误差麦克风均参与工作，主动降噪系统匹配主动降噪收敛系数和权重因子，车载扬声器工作数量由实际调试结果决定(通常所有车载扬声器均参与工作)
[0061]
所述实施例1和实施例2为本发明其中的优选实施例，并不能用于局限本发明的保护范围，类似的降噪模式同样适用于单排座位、三排6座、三排7座等其他车辆。
[0062]
本发明提供汽车智能分区主动降噪控制方法，包括；
[0063]
步骤一、装置上电，车辆启动后降噪控制系统上电开始工作；
[0064]
步骤二、监测车辆状态，降噪控制系统实时与汽车开展信息交互，通过can线或其他方式监测车辆状态，其中包括监测车辆车门和车窗关闭状态，确认关闭后执行步骤三；
[0065]
步骤三、.监测驾乘人员位置信息或手动选择降噪模式，安全约束系统提醒装置监测驾乘人员位置信息或驾乘人员可通过汽车多媒体控制主机手动设定车辆驾乘人员位置信息，人为调整降噪模式；
[0066]
步骤四、确定车辆降噪模式，降噪模式确定基本原则是与驾乘位置距离最小的误差麦克风为主要参与对象，可根据驾乘人员位置信息、误差麦克风个数、车载扬声器有效确定车辆不同驾乘人员的降噪模式；
[0067]
步骤五、运行匹配的主动降噪算法，自适应智能降噪算法匹配适合该降噪模式的主动降噪收敛系数和各位置权重系数，产生与车内噪声频率相同、幅值相同、相位相反的降噪声波信号；
[0068]
步骤六、执行降噪，车载扬声器播放上述降噪声波信号，构建声波与已存噪声叠加抵消，实现汽车主动降噪。
[0069]
具体地，在s3中，还可以是红外传感、激光雷达、摄图成像等其他识别方式9，用于提供有效的车内驾乘人员信息。
[0070]
工作原理：
[0071]1‑
主动降噪控制器在车辆启动后由2
‑
车载电源供电运行，通过3
‑
can总线传递车辆车门和车窗关闭状态，经过7
‑
安全约束系统提醒装置识别车辆驾乘人员位置信息由3
‑
can总线传输至1
‑
主动降噪控制器，也可经过8
‑
多媒体控制主机识别车辆驾乘人员位置信息或手动设置车辆驾乘人员位置信息传输至1
‑
主动降噪控制器，也可经过其他识别方式(包括红外传感、激光雷达、摄图成像等识别方式)识别车辆驾乘人员位置信息传输至1
‑
主动降噪控制器，1
‑
主动降噪控制器可根据接收到的车辆驾乘人员位置信息，基于误差麦克风安装位置和车载扬声器安装位置确定最优的降噪模式(如主驾模式、主驾 副驾模式、全局模式等)，1
‑
主动降噪控制器分析发动机转速信号、车速信号、档位信号、降噪参考信号、误差麦克信号等，通过自适应智能分区降噪算法匹配适合该降噪模式的主动降噪收敛系数
和各位置权重系数，产生与车内噪声频率相同、幅值相同、相位相反的降噪声波信号，由6
‑
车载扬声器播放该信号，达成良好的降噪效果。同时由于该装置的智能分区功能，4
‑
降噪参考信号、5
‑
误差麦克信号、6
‑
车载扬声器在不同降噪模式下按照需求参与工作，相比现有主动降噪装置，大幅度降低汽车能耗。
[0072]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的保护范围由所附权利要求及其等同物限定。