一种基于加速工况的实车主动降噪方法及系统与流程

技术特征：
1.一种基于加速工况的实车主动降噪方法，其特征在于，所述实车主动降噪方法包括以下步骤：s01：在车内布置误差麦克风、次级扬声器、can转速信号与anc控制器；s02：基于s01的车内布置，使anc控制器播放的扫频信号通过次级扬声器播放后再通过误差麦克风的采集再次传递给anc控制器；s03：基于s02扫频信号和误差麦克风采集信号，采用滤波器长度为128的fir滤波器，将输出的扫频信号与误差麦克风采集到的信号进行辨识得到次级通道传递函数；s04：基于s02扫频信号和误差麦克风采集信号，采用滤波器长度为1024的fir滤波器，将输出的扫频信号与误差麦克风采集到的信号进行辨识得到次级通道传递函数，用于计算收敛系数稳定性曲线；s05：将s03得到的次级通道传递函数和s04得到的收敛系数稳定性曲线集成到fxlms算法程序中，执行降噪程序对车辆内的噪声进行降低。2.根据权利要求1所述一种基于加速工况的实车主动降噪方法，其特征在于，所述s01具体为，将误差麦克风设置在车框上；将次级扬声器安放在车门内，将can转速信号连接在obd接口处，监测发动机转速；将anc控制器安装在车内。3.根据权利要求1所述一种基于加速工况的实车主动降噪方法，其特征在于，所述s02具体为，假设在多通道主动降噪系统中采用j个次级扬声器和k个误差麦克风，每个次级扬声器与每个误差麦克风之间都存在一条次级通道，整个系统的次级通道传函用hs(z)表示；x(n)为根据转速信号形成的参考信号，表示系统的次级通道估计，共有j
×
k条次级通道，参考信号x(n)及其90
°
相移信号分别与次级通道估计卷积后得到滤波参考信号r0(n)、r1(n)即j
×
k维矩阵，即有：多通道自适应陷波滤波系统中，滤波器权矢量w1和w2为两个j
×
1维向量，残余误差信号矢量e(n)为k
×
1维向量，y(n)为控制器输出的次级声音信号即j
×
1维向量，由fxlms算法得到两个自适应权重矢量的迭代公式为：所以，得到控制器输出次级声音信号有：y(n)＝x0(n)w0 x1(n)w1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)。4.根据权利要求3所述一种基于加速工况的实车主动降噪方法，其特征在于，所述s03将输出的扫频信号与误差麦克风采集到的信号进行辨识得到次级通道传递函数具体为，所述对次级通道进行辨识次级通道传递函数具体为，在次级通路辨识模型中，x(n)代表次级通路测试过程中的噪声激励，也就是控制器输出的激励信号；d(n)代表测试过程中控制器接收到的麦克风采集得到电压信号或声压信号；y(n)代表自适应滤波器输出，即噪声激励经过滤波器后的响应；e(n)代表控制器接受到的电压信号与滤波器输出响应叠加后的残余误差信号；在次级通路辨识过程中，自适应滤波器的权矢量根据lms算法不断进行更新迭代，使得残余误差信号e(n)不断逼近于0，也就是让滤波器输出响应y(n)不断逼近于控
制器接收到的电压信号；当系统收敛，残余误差信号接近于0时，自适应滤波器权矢量系数即可以等效于次级通路脉冲响应函数。5.根据权利要求1所述一种基于加速工况的实车主动降噪方法，其特征在于，所述s04计算收敛系数稳定性曲线具体为，假设有m个次级声源和l个误差麦克风，假设第l个误差信号在第n个谐波的复数成分记为e
l
(ω
n
)，第m个次级信号在这个谐波的复数成分记为w
m
(ω
n
)，则误差信号为其中d
l
(ω
n
)是初级声源造成的第l个复数误差信号，c
lm
(ω
n
)是第m个次级声源到第l个误差传感器在该频率下的复数响应，向量形式有e(ω
n
)＝d(ω
n
) c(ω
n
)w(ω
n
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)其中e(ω
n
)＝[e1(ω
n
),e2(ω
n
),...,e
l
(ω
n
)]
t
d(ω
n
)＝[d1(ω
n
),d2(ω
n
),...,d
l
(ω
n
)]
t
w(ω
n
)＝[w1(ω
n
),w2(ω
n
),...,w
m
(ω
n
)]
t
对于单频噪声来说目标函数写成j＝e
h
ae w
h
bw
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)其中上标h代表向量或矩阵的埃尔米特转置；e和w分别代表l
×
1的复数误差信号和m
×
1的复数次级声音信号，a和b分别是l
×
l和m
×
m的正定加权矩阵；式(6)也可以写成未加权误差信号模数平方和加上加权次级信号模数平方和：j＝e
h
e βw
h
w
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)结合式(5)目标函数可以写成变量w二次型的形式：j＝d
h
d w
h
c
h
d d
h
cw w
h
[c
h
c βi]w
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)目标函数对于w实部(w
r
)和虚部(w
i
)的导数都是实数，所以可以定义复数梯度向量为：由于g的实部虚部相互独立，让g＝0设置j对于w
r
和w
i
的微分等于0，得到最优控制信号向量：w
opt
＝-[c
h
c βi]-1
c
h
d
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)结合式(5)，复数梯度向量可写成：g＝2[c
h
e βw]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)以与梯度向量反比的方向调整复数次级信号的实部和虚部，得到最速下降算法：w(k 1)＝(1-αβ)w(k)-αc
h
e(k)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)其中，α表示收敛系数；结合式(5)和式(10)迭代公式(12)写成：
(w(k 1)-w
opt
)＝[i-α(c
h
c βi)](w(k)-w
opt
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(13)假设w(0)＝0，重复应用式(13)得到w(k)-w
opt
＝-[i-α(c
h
c βi)]
k
w
opt
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(14)如果复数海塞矩阵写成复数酉矩阵的形式，标准化特征向量q和特征值对角矩阵，λ＝diag(λ1,λ2,...,λ
m
)，其中特征值都是实数，所以c
h
c βi＝qλq
h
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(15)定义控制系统的主坐标为v(k)＝q
h
(w(k)-w
opt
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(16)所以式(14)写成v(k)＝[1-αλ]
k
v(0)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(17)因为λ是对角矩阵，控制系统主坐标的收敛是独立的，v(k)的第m个成分写成其中上述方程有效时需要保证-1＜1-αλ
m
＜1，得到基于收敛系数的稳定性条件：对于所有的m，0＜α＜2/λ
m
；通过以上推导过程，结合式(15)和式(18)可以看到，在确定收敛系数α的值时，可通过次级通道传递函数矩阵计算收敛系数稳定性边界曲线；在汽车发动机转速变化时，阶次噪声频率也在变化，所以在该转速下满足系统稳定性的收敛系数限值也不同，即收敛系数稳定性边界值随发动机转速的变化而变化。6.根据权利要求1所述一种基于加速工况的实车主动降噪方法，其特征在于，所述s05具体为，验证不同滤波器长度的fir滤波器辨识次级通道效果具体为，辨识次级通道用于算法集成时fir滤波器长度选择128；基于收敛系数稳定性边界曲线的频率分辨率与fir滤波器长度的选择有关；用于计算稳定性边界曲线的次级通道长度越长，相对应的，相同频率带宽范围内稳定性边界曲线的谱线越多，频率分辨率越精细，其关系写成：df＝fs/length_of_fir
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(19)其中，df为稳定性边界曲线的频率分辨率，fs为次级通道辨识使用的采样率，length_of_fir为次级通道辨识采用的fir滤波器长度；与用于算法集成不同，计算收敛系数稳定性边界曲线所使用的次级通道不涉及算法运算量，相对来说，使用较长的滤波器长度对于提高稳定性边界曲线精确性具有较大帮助，滤波器长度如果较短会因为分辨率原因造成某些频率范围内系统不稳定的现象；本发明使用滤波器长度为1024的fir滤波器辨识次级通道用于计算收敛系数稳定性边界曲线；所以基于系统稳态误差，将曲线收敛系数变化曲线为稳定性边界曲线的1/5。7.根据权利要求1所述一种基于加速工况的实车主动降噪系统，其特征在于，所述降噪系统包括误差麦克风：用来采集误差信号并给到anc控制器进行算法计算；次级扬声器：anc控制器算运行得到输出信号经功放给到次级扬声器；can总线：采集发动机转速来构造主动降噪系统的参考信号；anc控制器：anc控制器用来执行fxlms算法程序。8.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在
于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-6中任一项所述方法的步骤。9.一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-6中任一项所述的方法的步骤。

技术总结
在处理本发明公开了一种基于加速工况的实车主动降噪方法及系统。基于车内布置，使ANC控制器播放的扫频信号通过次级扬声器播放后再通过误差麦克风的采集再次传递给ANC控制器；基于扫频信号和误差麦克风采集信号，将输出的扫频信号与误差麦克风采集到的信号进行辨识得到次级通道传递函数；基于扫频信号和误差麦克风采集信号，将输出的扫频信号与误差麦克风采集到的信号进行辨识得到次级通道传递函数，用于计算收敛系数稳定性曲线；将次级通道传递函数和收敛系数稳定性曲线集成到FxLMS算法程序中，执行降噪程序对车辆内的噪声进行降低。本发明解决加速工况下主动降噪系统的系统调试和效果优化的问题。统调试和效果优化的问题。统调试和效果优化的问题。


技术研发人员：张士强 张程鹏 李浩 李允 曹蕴涛 王石 罗柏成
受保护的技术使用者：中国第一汽车股份有限公司
技术研发日：2022.02.14
技术公布日：2022/6/28