用于发动机谐波消除的系统和方法与流程

用于发动机谐波消除的系统和方法
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2020年12月31日提交的并且名称为“用于发动机谐波消除的系统和方法(systems and methods for engine harmonic cancellation)”的美国专利申请序列号17/139,263的优先权，其全部公开内容以引用方式并入本文。


背景技术：

3.本公开整体涉及用于消除发动机谐波的系统和方法。


技术实现要素：

4.下文提及的所有示例和特征均可以任何技术上可能的方式组合。
5.根据一个方面，一种发动机谐波消除系统，该发动机谐波消除系统包括：加速度计，该加速度计设置在车辆内以检测由该车辆的发动机产生的谐波并产生表示该谐波的谐波参考信号；控制器，该控制器被配置为产生谐波消除信号，当被转换成声学信号时，该谐波消除信号消除该车辆的舱室内至少一个消除区内的谐波，其中该谐波消除信号至少部分地基于将变换到基带的该谐波参考信号与从查找表输出的基带信号混合；以及扬声器，该扬声器设置在该舱室内，并且被配置为接收该谐波消除信号并将该谐波消除信号转换为声学谐波消除信号，使得该谐波在该消除区内被消除。
6.在一个示例中，该控制器实现下变换器，该下变换器被配置为接收该谐波参考信号并输出变换到基带的该谐波参考信号。
7.在一个示例中，该基带信号具有幅度和相位，其中，该幅度被选择为与变换到基带的该谐波参考信号的幅度成恒定比率，其中，该相位与变换到基带的该谐波参考信号的相位相加时等于该谐波消除信号的相位。
8.在一个示例中，该控制器实现乘法器，其中，该乘法器将变换到基带的该谐波参考信号与该查找表输出的该基带信号混合以输出基带谐波消除信号，其中，该控制器进一步实现上变换器，该上变换器被配置为接收该基带谐波消除信号并且被配置为将该基带谐波消除信号上变换以输出该谐波消除信号。
9.在一个示例中，该发动机谐波消除系统进一步包括误差传感器，该误差传感器被设置为产生表示该车辆的舱室内的剩余谐波的误差信号，其中，根据该误差信号来更新该查找表的值。
10.在一个示例中，该误差传感器设置在该消除区外部，其中，该控制器被进一步配置为实现投影滤波器，该投影滤波器被配置为估计该消除区内的该剩余谐波的值。
11.在一个示例中，该控制器实现乘法器，其中，该乘法器将变换到基带的该谐波参考信号与该查找表输出的该基带信号混合以输出中间基带谐波消除信号，其中，该控制器进一步实现第二查找表和第二乘法器，其中，该第二乘法器将该中间基带谐波消除信号与该第二查找表的输出进行混合以产生基带谐波消除信号。
12.在一个示例中，根据来自误差传感器的误差信号来更新该查找表的值和该第二查
找表的值，该误差信号表示该车辆舱室内的剩余谐波，其中，更新该第二查找表以比该查找表更快地适应该扬声器与该消除区之间的传递函数的变化。
13.在一个示例中，根据来自误差传感器的误差信号来更新该查找表的值和该第二查找表的值，该误差信号表示该车辆舱室内的剩余谐波，其中，更新该查找表以比该第二查找表更快地适应该扬声器与该消除区之间的传递函数的变化。
14.在一个示例中，该查找表被配置为在第一扭矩值处选择第一值，并在第二扭矩值处选择第二值。
15.根据一个方面，一种用于消除车辆舱室中的发动机谐波的方法，该用于消除车辆舱室中的发动机谐波的方法包括以下步骤：从设置在车辆内以检测谐波的加速度计接收表示由该车辆的发动机产生的该谐波的谐波参考信号；产生谐波消除信号，当被转换成声学信号时，该谐波消除信号消除该车辆的舱室内至少一个消除区内的谐波，其中该谐波消除信号至少部分地基于将变换到基带的该谐波参考信号与从查找表输出的基带信号混合；以及，向扬声器提供该谐波消除信号，该扬声器设置在该舱室内，并且被配置为接收该谐波消除信号以将该谐波消除信号转换为声学谐波消除信号，使得该谐波在该消除区内被消除。
16.在一个示例中，该方法进一步包括以下步骤：下变换该谐波参考信号以输出变换到基带的该谐波参考信号。
17.在一个示例中，该基带信号具有幅度和相位，其中，该幅度被选择为与变换到基带的该谐波参考信号的幅度成恒定比率，其中，该相位与变换到基带的该谐波参考信号的相位相加时等于该谐波消除信号的相位。
18.在一个示例中，该方法进一步包括以下步骤：将变换到基带的该谐波参考信号与该查找表输出的该基带信号混合以输出基带谐波消除信号；以及，将该基带谐波消除信号上变换以输出该谐波消除信号。
19.在一个示例中，该方法进一步包括以下步骤：根据从误差传感器接收的误差信号来更新该查找表的值，该误差传感器被设置为产生表示该车辆舱室内剩余谐波的误差信号。
20.在一个示例中，该方法进一步包括以下步骤：估计该消除区内的该剩余谐波的值，其中，该误差传感器设置在该消除区外部。
21.在一个示例中，该方法进一步包括以下步骤：将变换到基带的该谐波参考信号与该查找表输出的该基带信号混合以输出中间基带谐波消除信号，将该中间基带谐波参考信号与该第二查找表的输出进行混合以产生基带谐波参考信号。
22.在一个示例中，该方法进一步包括以下步骤：根据来自误差传感器的误差信号来更新该查找表的值和该第二查找表的值，该误差信号表示该车辆舱室内的剩余谐波，其中，更新该第二查找表以比该查找表更快地适应该扬声器与该消除区之间的传递函数的变化。
23.在一个示例中，该方法进一步包括以下步骤：根据来自误差传感器的误差信号来更新该查找表的值和该第二查找表的值，该误差信号表示该车辆舱室内的剩余谐波，其中，更新该查找表以比该第二查找表更快地适应该扬声器与该消除区之间的传递函数的变化。
24.在一个示例中，该查找表被配置为在第一扭矩值处选择第一值，并在第二扭矩值处选择第二值。
25.一个或多个具体实施的细节在附图和以下描述中论述。其他特征、对象和优点在
说明书、附图和权利要求书中将是显而易见的。
附图说明
26.在附图中，在所有不同视图中，类似的参考符号通常是指相同的部件。此外，附图不一定按比例绘制，重点通常放在说明各个方面的原理上。
27.图1描绘了根据一个示例的在车辆中实施的发动机谐波消除系统的示意图。
28.图2描绘了根据一个示例的发动机谐波消除系统的框图。
29.图3描绘了根据一个示例的发动机谐波消除系统的框图。
30.图4a描绘了根据一个示例的用于消除发动机谐波的方法。
31.图4b描绘了根据一个示例的用于消除发动机谐波的方法。
32.图4c描绘了根据一个示例的用于消除发动机谐波的方法。
具体实施方式
33.通常，由于该发动机内各种元件(诸如曲轴)的旋转，车辆发动机(包括内燃机和电动机)在运行过程中会产生明显的谐波(以基频的整数倍发出的声音)。
34.道路噪声消除系统没有很好地适应消除发动机谐波，因为当该车辆在运动时，道路噪声往往相对该发动机谐波占主导，因而道路噪声消除系统将倾向于适应占主导的道路噪声而使该发动机谐波未被消除。而且，有限脉冲响应滤波器(诸如典型地用于道路噪声消除系统的滤波器)通常无法捕获发动机谐波的快速变化，诸如发动机加快转速时发生的谐波的快速变化。
35.另外，之前的发动机谐波消除系统往往依赖于使用设置在舱室内的麦克风来检测要消除的该发动机谐波。但这些系统依赖于误差传感器(诸如麦克风)的反馈信号来检测舱室声效以及谐波的幅度和相位，这限制了此类系统的适应性和准确性。
36.图1是示例性发动机谐波消除系统100的示意图。发动机谐波消除系统100可以被配置为与预定义体积104(诸如车辆舱室)内的至少一个消除区102中的非期望发动机谐波进行相消干涉。在高电平下，发动机谐波消除系统100的一个示例可包括参考传感器106、误差传感器108、扬声器110和控制器112。
37.在一个示例中，参考传感器106被配置为生成表示预定义体积104内的非期望声音或非期望声音的来源的参考信号114。例如，如图1所示，参考传感器106可以是一个加速度计或多个加速度计，其被定位成检测发动机产生的谐波。在各种示例中，该参考传感器106可位于发动机舱、车辆舱室、车辆底盘或任何其他适合检测发动机谐波的位置。
38.扬声器110可例如是分布在围绕预定义体积104的周边的离散位置的一个或多个扬声器。(也被称为致动器，扬声器是被配置为接收电信号并将其转换成声学信号的任何设备。)在一个示例中，可将四个或更多个扬声器设置在车辆车厢内，该四个扬声器中的每个扬声器位于该车辆的相应门内并且被配置为将声音投射到车辆车厢内。在另选的示例中，扬声器可位于头枕内或车辆车厢内的其他位置。
39.谐波消除信号118可由控制器112生成并提供给预定义体积104中的一个或多个扬声器110，该一个或多个扬声器将谐波消除信号118转换为声能(即，声波)。由于谐波消除信号118所产生的声能与消除区102内的非期望发动机谐波大约180
°
(即，180
°±
10
°
)异相，并
且因此与该非期望发动机谐波进行相消干涉。从该噪声消除信号118生成的声波与预定义体积中的非期望谐波的组合带来非期望谐波的消除，这由消除区中的收听者所感知。
40.由于谐波消除无法在整个预定义体积中相等，因此谐波消除系统100被配置为在该预定义体积内的一个或多个预定义消除区102内产生最大谐波消除。消除区102内的谐波消除可使得非期望谐波减少大约3db或更多(尽管在不同示例中，可能发生不同的谐波消除量)。因此，应当理解，在本公开中使用的“消除”不是指完全消除，而是指减少消除区102中非期望的发动机谐波。在某些示例中，可以将发动机谐波减少到目标值。在其他示例中，非期望的发动机谐波可以减少到可能的程度。在消除区内保持未消除的发动机谐波的部分在本公开中称为“剩余”或“未消除”谐波。
41.设置在预定义体积内的误差传感器108生成表示剩余谐波的误差信号120，该剩余谐波由从谐波消除信号118生成的声波和消除区102中的非期望谐波的组合产生。该误差信号120作为反馈提供给控制器112，误差信号120表示未被谐波消除信号消除的剩余谐波。误差传感器108可以是例如安装在车辆车厢内(例如，车顶、头枕、支柱或车厢内的其他位置)的至少一个麦克风。
42.应当指出的是，消除区可远离误差传感器108定位。在这种情况下，如下文将讨论的，该误差信号120可被滤波以表示对消除区中的剩余噪声的估计。在任一种情况下，误差信号将被理解为表示消除区中的剩余非期望谐波。
43.在一个示例中，控制器112可以包括非暂态存储介质122和处理器124。在一个示例中，非暂态存储介质122可以存储程序代码，该程序代码在由处理器124执行时实现下文描述的各种滤波器、模块、组件和算法。例如，控制器可包括这样编程的sharc浮点dsp处理器。然而，应该理解，控制器112可包括任何合适的处理器、fpga、asic或其他合适的硬件，其包括多个处理器/硬件的组合。
44.图2描绘了发送机谐波消除系统100的框图，该发动机谐波消除系统包括由控制器112实现的多个组件。如图所示，参考信号114可在下变换器126处接收。参考信号114的谐波内容的简化表达式可以在时域中用复指数表示为以下公式：
[0045][0046]
其中，a为幅度，ω0为角频率，为谐波内容的相位。在该公式中没有表示为信号提供某一带宽的某种调制；然而，该公式对于说明目的是有用的。而且，应当理解，发动机噪声和参考信号114将在单个时间点包含多个频率(即，各种谐波数)的谐波。本文所述的系统和方法可以对每个这样的谐波频率重复。实际上，应当理解，本公开中给出的公式仅为说明目的而以简化形式给出，并且不应被视为排他性或限制性的。
[0047]
下变换器126将参考信号114变换为基带。在所示示例中，下变换器126包括乘法器128和低通滤波器130。乘法器128将参考信号114乘以一个值，以将参考信号114频率ω0向下移至基带。更具体地，乘法器128接收复值振荡器132输出o的复共轭o*，产生的输出可以数学建模为：
[0048][0049]
其中ω0再次是参考信号114的谐波内容的角频率，θ表示由复值振荡器引入的相
位(该相位将在稍后的上变换时去除)。根据发动机和车辆的状态信息，选择振荡器信号o的角频率ω0。例如，车辆发动机的每分钟转数(rpm)与发动机噪声的谐波内容有关。例如，一般谐波内容的频率随rpm的增加而增加。因此，可使用车辆发动机的rpm来选择目标谐波频率ω0。另外，其他因素(诸如发动机产生的扭矩)可改变在特定rpm下产生的谐波频率。例如，怠速运转的发动机与负载运转的发动机相比会产生不同的谐波频率，尽管在这两种情况下发动机的rpm相同。因此，可用扭矩确定谐波阶数，并据此确定合适的目标角频率ω0。(根据发动机或车辆的状态(例如，rpm和/或扭矩等)，可采用查找表选择振荡器信号o的适当角频率ω0)
[0050]
由复共轭模块134求出振荡器信号o的复共轭，可建模为：
[0051][0052]
将复共轭o*输入乘法器128，该乘法器输出下变换信号md。将参考信号114乘以振荡器信号o的复共轭o*，从而有效地将参考信号114的ω0项下移至基带，并将-ω0项下移至-2jω0，使得下变换参考信号md可数学上表示为：
[0053][0054]
然后将下变换参考信号md输入到低通滤波器130，选择该低通滤波器的截止频率来过滤除-jθ项外的几乎所有内容，包括过滤-2jω0项。因此，从低通滤波器130(和从下变换器126)输出的基带参考信号r是具有幅度a等于参考信号114的目标谐波内容的幅度并且相位θ等于参考信号114与振荡器信号o的相位差的基带信号，可表示为：
[0055][0056]
因此，基带参考信号r可以被认为是dc信号，该dc信号的幅度为a，相位为参考信号114的相位与复值振荡器132的相位θ之和。
[0057]
因为该信号被向下混合到基带，所以它被表示为没有频率分量，因此被表示为只有幅度和相位的dc相量值。然而，应当理解，基带参考信号r可包括标称频率分量，诸如5hz或10hz(取决于lpf 130的截止频率)，以捕获参考信号中的波动和rpm的快速变化。为了进一步说明这一点，低通滤波器130的截止频率可取决于参数，诸如从样本到样本的rpm变化。换而言之，当rpm变化较大时，截止频率可调高，当rpm变化较小时，截止频率可调小。
[0058]
因此，下变换器126执行隔离加速度计信号的谐波内容和产生表示dc处谐波内容的值的双重功能，该值的变化相对而言非常缓慢。因此，发动机谐波消除系统100的其余部分(例如，乘法器136，lut 138，上变换器140等)可相应地以低于其他功能(诸如道路噪声消除系统(如果同时使用))的值作为时钟，而不会产生混叠。这提高了运行发动机谐波消除系统100的效率(例如，通过降低mips)，而不会牺牲性能。另外，通过下变换和操作在时域，而不是在频域，谐波频率可操作，而没有在频域进行类似的操作时将发生的连续性问题。
[0059]
下变换器126的输出基带参考信号r在乘法器136处与查找表(lut)138的基带输出混合。lut 138的基带输出被配置为使得：当与基带参考信号r混合并在上变换器140处混合到带通时，所得到的信号是谐波消除信号，当由扬声器110转换时，该谐波消除信号是声学信号，该声学信号消除了车辆舱室内(例如乘客耳朵处)消除区102处发动机噪声的谐波内
容。
[0060]
在本示例中可使用lut 138，而非fir滤波器，因为目标谐波是窄带的，而非rnc上下文中可能存在的宽带的。另外，使用lut进一步提供了更大的灵活性和更短的时间来响应发动机加快转速时可能发生的发动机谐波的快速变化，因为从lut中检索值通常比调整滤波器的系数要快得多。进一步，在该上下文中使用lut优于fir滤波器，因为lut在转换相位值时不会遇到与fir滤波器相同的诱发性(causality)问题。
[0061]
上变换器140输出(如下文所述)和输入扬声器110的带通谐波消除信号d可建模为：
[0062][0063]
其中，相位为参考信号114相位的必要相位变化，以消除消除区中的发动机谐波，由扬声器110到消除区的传递函数通知。
[0064]
因此，lut 138的输出可建模为：
[0065][0066]
使得lut 138的基带信号c与下变换器的输出混合得到基带谐波消除信号s，其可表示为
[0067][0068]
因此，在本示例中，引入幅度b和相位，该相位等于参考信号的相位lut 138引入的(并且消除消除区中的目标谐波所需的)相位变化和复值振荡器132的相位-θ之和。
[0069]
将该信号与上变换器140的乘法器142处的振荡器信号o混合得到
[0070][0071]
其实部由实值模块144求出，形成谐波消除信号d。因此，lut 138的作用是将下变换器126的输出转换为幅相值，该幅相值在上变换器140处混合到带通时得到谐波消除信号d。因此，将基带谐波消除信号s与复值振荡器132的输出o混合，这将基带参考信号移至目标谐波的角频率ω0，并去掉最初通过混合复共轭信号o*引入的相移θ，只产生参考信号114的相位和lut 138的相移
[0072]
类似复值振荡器132，lut 138接收作为输入的rpm和/或扭矩，或与发动机或车辆的状态相关的任何其他合适的输入，从中可确定角频率ω0。(另选地，lut 138可从复值振荡器或任何其他确定角频率ω0的过程中接收角频率ω0。)从该输入中，lut 138检索基带信号c的适当幅度b/a和相位值因此，lut 138有效地将输出基带信号与目标谐波的频率相关联。当参考传感器106检测到特定频率的谐波时，检索适当的基带信号并输出到乘法器136。基带信号c以及最终谐波消除信号d的相位为频率和致动器110到消除区的传递函数的函数。从致动器110到消除区的传递函数在运行期间典型地应该保持恒定，尽管它的变化通常会在lut 138的适应中被捕获，如下文所讨论的。lut 138以恒定的比率保持基带信号c的幅度b/a，由参考信号114(和下变换器输出c)的幅度a和谐波消除信号d的期望幅度b决定。
[0073]
车辆的加速或减速可改变消除区中的谐波的幅度和相位，从而改变谐波消除信号的幅度b和相位以消除消除区中的谐波。为此，扭矩值(或表示车辆加速或减速的任何其他值)可用于在lut之间进行选择，一个lut用于加速，另一个用于减速。例如，对于指示加速的正扭矩值，lut 138可实现一个lut，存储谐波频率ω0值与基带信号c的幅度和相移(例如，b1和)之间的关联；然而，对于指示减速的负扭矩值，lut 138可实现第二lut，该第二lut存储谐波频率ω0与基带信号c的不同幅度和相移(例如，b2和)之间的关联。另选地，lut 138可取决于接收到的扭矩值来输出在两个lut之间插值的基带信号c的幅度和相移值。然而，在使用多个加速度计(或其他参考传感器)的实例中，跨多个轴接收参考信号的能力通常避免了将扭矩作为输入和多个lut的需要。
[0074]
误差传感器108输出的误差信号120被lut自适应模块用于调整lut 138以更好地消除消除区中的谐波内容(即，调整b和的值)。在一个示例中，lut自适应模块146可根据以下更新公式来更新频率值k和n 1时刻的表值wk(即，给定频率k下输出信号c的幅度值和相位值，诸如角频率ω0)：
[0075][0076]
其中，r为频域参考信号r，m为致动器110处可见的误差信号120的下变换频率值，μk为步长，步长决定了自适应速率。因为一个角频率处的谐波被消除，只有该频率(例如，角频率ω0)的值需要更新，进一步提高了谐波消除系统100的效率。因为lut 138提供基带输出信号，误差信号120在由下变换器126输入到lut自适应模块146之前也被下变换。
[0077]
另外，如上所述，定位误差传感器108以检测车辆舱室内剩余谐波的幅度。在一个示例中，将误差传感器108定位在消除区102内(例如，在用户耳朵处的耳机中佩戴的麦克风中)。然而，通常很难将麦克风120定位在消除区102中。在这些情况下，误差信号e不会准确地表示谐波消除信号d的误差，因为误差传感器108不在消除区，而且发动机谐波的幅度在空间上变化。因此，误差信号指示误差传感器108处的误差，但不指示消除区102处的误差。这将导致不期望地更新lut 138以消除误差传感器108位置处的谐波，而不是消除区102处的谐波。
[0078]
为此，可对误差信号120进行滤波以估计消除区102中的剩余谐波。例如，如图2所示，投影滤波器148可估计消除区的剩余谐波。在各种示例中，投影滤波器148可包括基于误差传感器108的位置之间的声学关系的估计的第一滤波器。该滤波器接收误差信号120(变换到基带)并“投影”(即，估计)误差信号在消除区的值。投影滤波器148可进一步包括第二滤波器，该第二滤波器估计扬声器110与消除区之间的关系。第二滤波器接收谐波消除信号d，并估计谐波消除信号d在消除区处的值。通过对第一滤波器和第二滤波器的输出求和，可估计消除区处的误差(变换到基带)。这种投影滤波器在2020年4月21日颁布的并且名称为“使用麦克风投影进行噪声消除的系统和方法(systems and methods for noise-cancellation using microphone projection)”美国专利10,629,183号中有更详细的描述，出于所有目的将其全部公开内容以引用方式并入本文。然而，预期到可采用其他投射滤波器；实际上，任何适用于估计消除区处的剩余发动机谐波的投影滤波器都可使用。
[0079]
至lut自适应模块146的反馈回路中的投影滤波器148的输出也输入到td′c滤波器
150，该滤波器实现了驱动器与消除区之间的传递函数的转置(时间翻转版本)，有效地抵消了(backing out)扬声器110与消除区之间的时间延迟。在另选的示例中，取代t
d’c
滤波器150，可在mimo示例中采用实现伪逆的滤波器(即，多个输入参考信号和多个谐波消除信号输出到多个换能器)。在任何一种情况下，上述与公式10相关的变量m表示反馈回路至lut自适应模块146的输出，该输出是去除从消除区到扬声器的延迟后消除区处剩余发动机谐波的下变换估计。
[0080]
在一个示例中，可省略lut自适应模块146及其反馈回路，在lut 138运行期间不改变查找表的值。然而，该示例将无法应对(account for)扬声器110与消除区之间的传递函数的变化，也无法减轻剩余发动机谐波随时间的误差。
[0081]
如上所述，lut 138将适应扬声器110与消除区之间的传递函数中发生的变化。然而，它不会应对快速变化，诸如乘客打开车辆的窗户。为了应对这种快速变化，图3描绘了发动机谐波消除系统100的另选的示例，其中采用了第二lut，示为lut-fb 152。(虽然加速度计106、下变换器126、振荡器132和复共轭模块134已从图3的视图中排除，但应当理解，图3中的发动机谐波消除系统100与谐波消除系统100相同，不同之处在于包括lut-fb 152、乘法器154和lut-fb自适应模块156。)
[0082]
如图3所示，将乘法器136的输出s1输入到乘法器154，然后后者将输出s1与lut-fb 152的输出c2相乘。lut-fb自适应模块156根据以下更新公式对lut-fb 152进行更新：
[0083][0084]
其中λ是遗忘因子。同样，将lut 138的更新公式修改如下，以包括遗忘因子λ：
[0085][0086]
因此，对lut 138的更新将趋向于零，但对lut-fb 152的更新公式将趋向于1。因此，当lut 138仍在更新时，扬声器110与消除区之间的传递函数的快速变化将被lut-fb 152捕获。传递函数的长期变化将被lut 138捕获，因为lut-fb 152趋向于值1(因此不影响输出)。因此，在该示例中，lut 138和lut-fb 152的组合产生基带谐波消除信号s2。应当理解，lut 138和lut-fb 152的顺序可互换，而不改变谐波消除系统100的功能(例如，lut-fb 152的输出c2可先与基带参考信号r混合，而不改变谐波消除系统100的操作)。
[0087]
虽然已经为单个参考传感器106、扬声器110、误差传感器108和谐波消除区102提供了图1至图3的示例，但是应当理解，在应用中，典型地利用或创建多个这样的传感器、扬声器和消除区。通常，查找表的数量等于参考传感器的数量(m)乘以扬声器的数量(n)。对每个参考传感器进行下变换和混合n次，然后获得每个扬声器信号为m个信号的总和。这可在车辆舱室内的每个期望的消除区重复。还应当理解，在下文结合图4a至图4c描述的方法中，可利用或创建多个参考传感器、误差传感器、扬声器和谐波消除区。
[0088]
除道路噪声消除系统外，还可采用谐波消除系统100。例如，可将道路噪声消除系统的输出与每个扬声器处的谐波消除系统100的输出相加，以便在车辆舱室104的消除区内同时消除道路噪声和发动机谐波。
[0089]
图4描绘了用于估计消除车辆舱室内发动机谐波的方法400的流程图。如上所述，
该方法可以由计算设备诸如控制器112来实现。一般来讲，计算机实现方法的步骤存储在非暂态存储介质中并且由计算设备的处理器执行。然而，至少一些步骤可以在硬件中而非由软件来执行。
[0090]
在步骤402处，从设置在车辆内以检测谐波的参考传感器接收表示由该车辆的发动机产生的该谐波的谐波参考信号。参考传感器可以为例如参考传感器106，该参考传感器可以为加速度计，尽管可使用任何适合检测发动机产生的谐波的其他传感器。参考传感器可放置在适合检测发动机谐波的位置，诸如发动机舱、车辆舱室或车辆底盘上的其他位置。
[0091]
在步骤404处，将谐波参考信号下变换以输出变换到基带的谐波参考信号。从参考传感器输出的谐波参考信号可由下变换器进行下变换，该下变换器诸如为下变换器126，其包括乘法器和低通滤波器。乘法器接收复值振荡器(诸如振荡器132)的复共轭输出。复值振荡器输出频率等于目标谐波频率的信号，使得当谐波参考信号在乘法器处乘以振荡器的复共轭时，谐波参考信号的目标谐波被向下混合至基带。例如，根据车辆发动机的rpm来选择振荡器的频率，这典型地与目标谐波的频率相关联。但是，在另选的示例中，与发动机或车辆状态相关的其他有用指标(诸如扭矩)可用于确定目标谐波的适当频率。附加的电位输入可包括谐波数，以在任何时间点从发动机产生的其他谐波区分所针对的特定谐波。
[0092]
低通滤波器的作用是排除除基带谐波参考信号以外的几乎所有信号。在一个示例中，低通滤波器可允许基带谐波参考信号的小带宽(例如，5hz至10hz)，以应对由于发动机的rpm快速变化而导致的谐波参考信号和带宽的波动。在一个示例中，截止频率可按照样本之间rpm的变化而改变(即，变化越大，截止频率越高)。
[0093]
在步骤406处，将变换到基带的谐波参考信号与查找表输出的基带信号混合以输出基带谐波消除信号。在一个示例中，基带谐波参考信号在乘法器(诸如，乘法器136)处与lut(诸如，lut 138)的输出混合。lut被配置为输出一个基带信号，该基带信号在与基带谐波参考信号混合时将该基带谐波参考信号的相位和幅度转换为一个值，当该值上变换为带通后由车辆舱室中的扬声器进行转换，并且将消除消除区内的谐波(如以上公式(7)和公式(8)中所表示)。lut有效地将输出基带信号与目标谐波的频率相关联。当参考传感器检测到特定频率的谐波时，检索适当的基带信号并输出到乘法器。类似复值振荡器，lut依赖于与发动机或车辆状态相关的指标(诸如rpm、扭矩、谐波数等)以从lut确定与基带谐波参考信号混合的适当值。在另选的示例中，lut可简单地检索与为复值振荡器确定的频率相关联的值。
[0094]
在步骤408处，将基带谐波消除信号上变换到基带以输出谐波消除信号。这可以通过上变换器(诸如，上变换器140)来执行，该上变换器包括乘法器，该乘法器接收复值振荡器的输出以将信号返回到具有目标谐波频率的频率(但相位和幅度由基带谐波参考信号与lut的输出混合来确定)的信号。该步骤还涉及取带通谐波消除信号的实部(诸如，用实值模块144)将谐波消除信号置于扬声器110转换的位置。
[0095]
在步骤410处，提供该谐波消除信号给设置在舱室内的扬声器，以将该谐波消除信号转换为声学谐波消除信号，使得谐波在该消除区内被消除。例如，谐波消除信号可提供给设置在车辆舱室内的扬声器110，以将消除车辆舱室内的消除区中的目标谐波的方式产生声学谐波信号。
[0096]
在该步骤之后，该方法可返回到步骤402以接收来自参考传感器的新样本，从而在
循环中运行，以持续跟踪和消除运行期间的发动机谐波。
[0097]
另外，在图4b所示的步骤412处，根据从误差传感器接收的误差信号来更新该查找表的值，该误差传感器被设置为产生表示该车辆舱室内剩余谐波的误差信号。该信号可被下变换，使得适当更新lut以产生与基带谐波参考信号混合的基带信号。进一步，可以对来自误差传感器的误差信号进行滤波，诸如，在误差传感器位于消除区之外的实例中，使用投影滤波器148对消除区内的误差传感器的值进行估计。进一步，可以将误差传感器信号输入到滤波器(诸如，滤波器150)，该滤波器是扬声器与消除区之间的传递函数的转置，以便抵消扬声器与消除区之间的延迟。lut可根据诸如为公式(10)的更新公式来更新，该更新公式也依赖于基带谐波参考信号；但是，预期到可使用其他更新公式。为了提高效率，通常使用误差信号来更新与目标谐波频率相关联存储的基带信号，而不是更新lut的每个值。
[0098]
图5c描绘了可替代步骤406的一组步骤(414和416)以及附加步骤418。在步骤414处，将变换到基带的谐波参考信号与查找表输出的基带信号混合以输出中间基带谐波消除信号。这基本上遵循步骤404，除了输出不是基带谐波消除信号，因为它在步骤416再次混合以到达基带谐波消除信号。
[0099]
在步骤416处，将中间信号与第二查找表的输出混合以输出基带谐波消除信号。例如，第二查找表可以为lut-fb 152。利用第二查找表，因为查找表根据不同的遗忘因子进行更新，如下面的步骤418所述。基带谐波消除信号在步骤406和步骤408处提供给上变换器和扬声器，以转换成声学谐波消除信号。
[0100]
在步骤418处，根据来自误差传感器的误差信号来更新第一查找表的值和第二查找表的值，该误差信号表示车辆舱室内的剩余谐波。这通常遵循上面描述的步骤412的更新(包括投影、下变换和抵消误差信号的延迟)，只是更新公式被修改，如公式(11)和公式(12)中的示例所示，以包括遗忘因子，并使得查找表随着时间的推移将趋向于零，而第二查找表将趋向于1。因此，第一查找表对从扬声器到消除区的传递函数的变化的响应较慢，而第二查找表对此类变化的响应很快，使得这些变化不会导致查找表更新时出现明显的谐波。应当理解，可互换查找表和第二查找表的顺序，使第二查找表在处理链中首先发生，并输出得到中间谐波消除信号的基带信号。
[0101]
如上所提及的，本公开中提供的数学公式仅为了说明各创造性方面的原理而进行了简化，不应以任何方式视为排他性或限制性的。而且，预期了在本公开的精神和范围内的数学公式中的变化。
[0102]
关于本文中符号的使用，大写字母(例如，h)通常表示频域或谱域中的项、信号或量，并且小写字母(例如，h)通常表示时域中的项、信号或量。时域和频域之间的关系通常是众所周知的，并且至少在傅里叶数学或分析的领域中进行描述，因此这里不再介绍。另外，可以以模拟或离散形式来操作、考虑或分析信号、传递函数或本文中由符号表示的其他项或量。在时域项或量的情况下，模拟时间指数(例如，t)和/或离散样本指数(例如，n)可在各种情况下互换或省略。同样地，在频域中，在大多数情况下省略模拟频率指数(例如，f)和离散频率指数(例如，k)。此外，如所属领域的技术人员将理解，本文所公开的关系和计算通常可在时域或频域中以及在模拟域或离散域中存在或执行。因此，本文没有给出用于说明时域或频域以及模拟域或离散域中的每个可能变化的各种示例。
[0103]
本文所述的功能或其部分、以及其各种修改(下文称为“功能”)可至少部分地经由
计算机程序产品实现，例如在信息载体中有形实施的计算机程序，诸如一个或多个非暂态机器可读介质或存储设备，用于执行，或控制一个或多个数据处理装置，例如可编程处理器、计算机、多个计算机和/或可编程逻辑部件的操作。
[0104]
计算机程序可以任何形式的编程语言被写入，包括编译或解释语言，并且它可以任何形式部署，包括作为独立程序或作为模块、部件、子例程或适于用在计算环境中的其他单元。计算机程序可被部署在一个计算机上或在一个站点或多个站点分布以及通过网络互联的多个计算机上执行。
[0105]
与实现全部或部分功能相关联的动作可由执行一个或多个计算机程序的一个或多个可编程处理器执行，以执行校准过程的功能。功能的全部或部分可被实现为专用目的逻辑电路，例如fpga和/或asic(专用集成电路)。
[0106]
适用于执行计算机程序的处理器例如包括通用微处理器和专用微处理器两者，以及任何类型的数字计算机的任何一个或多个处理器。一般来讲，处理器将接收来自只读存储器或随机存取存储器或两者的指令和数据。计算机的部件包括用于执行指令的处理器和用于存储指令和数据的一个或多个存储器设备。
[0107]
虽然本文已描述和示出了若干发明实施方案，但本领域的普通技术人员将易于设想用于执行本文所述的功能和/或获得本文所述的结果和/或优点中的一个或多个的多种其他装置和/或结构，并且此类变型和/或修改中的每一个被认为在本文所述的本发明实施方案的范围内。更一般地，本领域的技术人员将容易理解，本文所述的所有参数、尺寸、材料和构型旨在为示例性的，并且实际参数、尺寸、材料和/或构型将取决于使用本发明教导内容的一个或多个具体应用。本领域的技术人员将认识到或仅使用常规实验就能够确定本文所述的具体的发明实施方案的许多等同物。因此，应当理解，上述实施方案仅以举例的方式呈现，并且在所附权利要求及其等同物的范围内，可以不同于具体描述和要求保护的方式来实践发明实施方案。本公开的发明实施方案涉及本文所述的每个单独的特征、系统、制品、材料和/或方法。此外，如果此类特征、系统、制品、材料和/或方法不相互矛盾，则两个或更多个此类特征、系统、制品、材料和/或方法的任何组合包括在本公开的发明范围内。