主动道路噪声控制的制作方法

本公开涉及主动道路噪声控制系统和方法(总体上称为“系统”)。

背景技术：

陆地车辆在道路和其他地面上行驶时生成称为道路噪声的噪声。即使在现代车辆中，车厢乘员也可能暴露于道路噪声，所述道路噪声穿过结构(例如轮胎-悬架-车身-车厢路径)并且穿过空气传播路径(例如轮胎-车身-车厢路径)传输到车厢。主动噪声、振动和声振粗糙度(nvh)控制技术(也称为主动道路噪声控制(rnc)系统)可用于减少这些噪声分量，而无需像主动振动技术那样修改车辆的结构。然而，主动道路噪声控制技术可在整个车辆结构中采用复杂的噪声传感器布置，以便适当地观察与道路噪声有关的信号，特别是与源自移动部件(诸如滚动的车轮)的道路噪声有关的信号。希望更有效地减少车厢乘员所经历的道路噪声。

技术实现要素：

一种用于车辆的主动道路噪声控制系统包括：噪声感测传声器阵列，所述噪声感测传声器阵列在所述车辆中或所述车辆上的多个位置处并且被配置成生成代表源自所述车辆中或所述车辆处的道路噪声源的道路噪声的多个噪声感测信号，所述噪声感测传声器阵列包括设置在所述车辆中或所述车辆上的多个位置处的多个传声器；以及波束形成器，所述波束形成器被配置成处理所述多个噪声感测信号以生成参考信号并且结合所述噪声感测传声器阵列提供包括指向所述道路噪声源的主瓣的灵敏度特性。所述系统还包括：主动道路噪声控制滤波器，所述主动道路噪声控制滤波器被配置成迭代地且自适应地处理所述参考信号以提供降噪信号；以及扬声器布置，所述扬声器布置设置在所述车辆的内部中，并且被配置成根据所述降噪信号在所述车辆的所述内部中的听音位置处生成降噪声音，所述扬声器布置包括一个或多个扬声器。

一种用于车辆的主动道路噪声控制方法包括：在所述车辆中或所述车辆上的多个位置处拾取噪声，并且生成代表源自所述车辆中或所述车辆处的道路噪声源的道路噪声的多个噪声感测信号；以及根据波束形成方案处理所述多个噪声感测信号以生成参考信号并且提供用于拾取所述噪声的灵敏度特性，所述灵敏度特性包括指向所述道路噪声源的主瓣。所述方法还包括：迭代地且自适应地处理所述参考信号以提供降噪信号；以及在所述车辆的内部中的一个或多个位置处根据所述降噪信号在所述车辆的所述内部中的听音位置处生成降噪声音。

在查阅以下详细描述和附图后，其他系统、方法、特征和优点将对本领域的技术人员显而易见。所有此类附加的系统、方法、特征和优点旨在包括在本说明书内，在本发明的范围内，并且由所附权利要求书保护。

附图说明

通过阅读以下对附图的非限制性实施方案的描述可更好地理解本公开，其中相似的元件用相似的附图标号指示，在附图中：

图1是示出在特定位置处利用一个噪声感测传声器阵列的示例性多通道主动道路噪声控制系统的简化示意图；

图2是示出在另一特定位置处利用一个噪声感测传声器阵列的示例性双通道主动道路噪声控制系统的详细示意图；

图3是示出可应用于图1和图2所示的系统的示例性延迟求和波束形成器的示意图；

图4是示出具有设置在围绕车轮的轮拱处的两个噪声感测传声器阵列的示例性布置的示意图；

图5是示例性头枕的示意图，其中传声器和扬声器并排集成在头枕的前表面中，传声器朝向头枕的中心布置，并且扬声器朝向头枕的外围布置；

图6是示例性头枕的示意图，其中传声器和扬声器并排集成在头枕的前表面中，传声器朝向头枕的外围布置，并且扬声器朝向头枕的中心布置；

图7是示例性头枕的示意图，其中传声器和扬声器集成在头枕的凹形圆形前表面中，传声器朝向头枕的中心布置，并且扬声器朝向头枕的外围布置并且相对于传声器升高；并且

图8是示例性头枕的示意图，其中传声器和扬声器集成在头枕的凹形圆形前表面中，扬声器朝向头枕的中心布置，并且传声器朝向头枕的外围布置并且相对于传声器升高。

具体实施方式

参考图1，在用于例如汽车(未示出)的车辆的示例性道路噪声控制系统100中，利用声传感器或声传感器阵列(本文也称为噪声感测阵列或噪声感测传声器阵列)监测来自一个或多个道路噪声源101的空气传播道路噪声，所述声传感器阵列诸如像一个或多个噪声感测传声器阵列102，每个阵列拾取空气传播道路噪声并且生成对应的噪声感测信号。例如利用单通道或多通道波束形成器103对噪声感测信号进行预处理，并且噪声感测信号在预处理后充当用于道路噪声控制件104的一个或多个参考信号。此外，可紧邻车辆内部的听音位置放置具有一个或多个误差传声器105的(任选的)布置，以为道路噪声控制件104另外提供一个或多个误差信号。在具有一个或多个误差传声器105的布置中，通过一个或多个主路径106传递的来自道路噪声源101的空气传播道路噪声干扰通过一个或多个次路径107传递的来自噪声控制件104的降噪声音(两者相加)。主动道路噪声控制件104可包括例如在前馈噪声控制结构中或在包括前馈噪声控制结构的结构中采用的一个或多个降噪滤波器，并且可迭代地且自适应地处理一个或多个参考信号以及(任选地)一个或多个误差信号，以向扬声器布置提供降噪信号，所述扬声器布置包括在车辆内部的用于生成降噪声音的一个或多个扬声器。可迭代地且自适应地调谐降噪滤波器以实现最大程度的降噪或噪声消除，使得在具有一个或多个误差传声器105的布置处，通过一个或多个主路径106传递的来自道路噪声源101的空气传播道路噪声与通过一个或多个次路径107传递的来自噪声控制件104的降噪声音相消地叠加。

对由(至少一个)噪声感测阵列(即，其噪声感测传声器)输出的噪声感测信号进行预处理，以便实现(至少一个)噪声感测阵列的输出信号与在听音位置处出现的声音(例如由一个或多个误差传声器所输出的一个或多个误差信号表示)之间的最大相干性。如果信号具有相同的频率并且相对于彼此保持恒定的相位偏移，则它们是相干的。(至少一个)噪声感测传声器阵列可具有平面结构，例如八角形或任何其他规则结构，使得能够捕获轮胎噪声的复杂辐射图案。

如上文已经概述的，空气传播道路噪声的主动控制采用特定的信号预处理技术结合声传感器阵列，以便捕获来自滚动的车轮(例如其轮胎)的辐射噪声图案。例如，可使用声波束形成技术进行预处理，以更准确地捕获来自车轮的道路噪声，使得可增加一个或多个参考信号与在听音位置处出现的声音(由一个或多个误差信号表示)之间的相干性，从而改善道路噪声控制性能，尤其是在准确度和/或频率范围方面。示例性主动道路噪声控制还针对与一个或多个次路径有关的信号采用特定的信号处理，这允许在一个(例如，乘客的头部)或多个(例如，乘客的耳朵)听音位置周围创建一个或多个安静区域。

任选地，系统(以及由所述系统执行的方法)还可包括利用头枕扬声器布置(即，设置在车辆内部的头枕中的一个或多个扬声器)来辐射降噪信号以在一个或多个听音位置处生成降噪声音，以便进一步加强主动道路噪声控制。通过利用一个或多个噪声感测阵列拾取在车辆的一个或多个轮舱(轮拱)中或一个或多个轮舱(轮拱)处出现的道路噪声并且通过特定的预处理(例如，借助于一种或多种波束形成方案)来生成降噪信号。

参考图2，在车辆200中实现示例性双通道前馈主动道路噪声控制系统。车辆200在路面(未示出)上移动时源自车辆200的车轮201的噪声(例如源自车轮201与道路之间的边界(第一道路噪声源)的噪声)由直线状(示出的)或平面(未示出)噪声感测传声器阵列202-204拾取，所述噪声感测传声器阵列可包括三个(或任何其他数量的)传声器202、203和204并且可在轮拱205的涵盖车轮201的上部的上部位置处布置在一条直线(一个平面)中。噪声感测传声器阵列202-104输出噪声感测信号x1(n)、x2(n)和x3(n)，其表示所拾取的道路噪声并且或多或少地与在车辆200的内部206中可听到的道路噪声相对应。此外，表示存在于内部206中的噪声的误差信号e(n)由声传感器(例如在内部206中布置在座椅(例如，驾驶员的座椅)的头枕208中的误差传声器207)拾取。座椅，特别是其头枕208，限定了内部206中的听音位置。源自轮毂209的道路噪声根据传递特性ph(z)通过空气传播主路径以声学方式传递到误差传声器207。源自车轮(轮胎)与道路之间的边界210的道路噪声根据传递特性pr(z)通过另一空气传播主路径以声学方式传递到误差传声器207。

接收参考信号xbr(n)并对其进行滤波的可控滤波器211的传递特性wr(z)由自适应滤波器控制器212控制，所述自适应滤波器控制器212可基于误差信号e(n)并且基于利用传递特性f'r(z)由滤波器213进行任选滤波之后的参考信号xbr(n)根据已知的最小均方(lms)算法进行操作，其中wr(z)＝-pr(z)/f'r(z)。传递函数f'r(z)对表示扬声器布置214与误差传声器207之间的传递特性的传递函数fr(z)进行建模(即，理想地等于或至少近似)。扬声器布置214包括设置在头枕(或内部的其他地方)中的一个或多个扬声器。

基于所识别的传递特性wr(z)和参考信号xbr(n)，由至少包括可控滤波器211和滤波器控制器212的主动道路噪声控制滤波器布置生成与来自车轮-道路边界的在内部206中的听音位置处可听到的噪声反向对应的降噪信号yr(n)。根据降噪信号yr(n)，生成与源自车轮(轮胎)与道路的边界(210)并且在听音位置处可听到的道路噪声理想地相反的声音，以通过头枕扬声器布置214辐射以用于与在听音位置处可听到的道路噪声相消地叠加。

此外，源自车轮201处的其他地方的声音，例如源自轮毂209(第二道路噪声源)的声音，可由包括噪声感测传声器212、213和214的噪声感测传声器布置(如图所示)或设置在其他地方的另一噪声感测传声器布置(未显示)拾取。可控滤波器216的传递特性wh(z)由自适应滤波器控制器217控制，所述自适应滤波器控制器217可基于误差信号e(n)并且基于利用传递特性f'h(z)由任选的滤波器218进行滤波的参考信号xbh(n)根据已知的最小均方(lms)算法进行操作，其中wh(z)＝-ph(z)/f'h(z)。传递函数f'm(z)对表示扬声器布置219与误差传声器207之间的传递特性的传递函数fh(z)进行建模(即，理想地等于或至少近似)。扬声器布置219包括一个或多个扬声器，并且设置在内部206中的某处，例如，仪表板、门、行李箱、后窗台板等或头枕208。

基于所识别的传递特性wh(z)和参考信号xbh(n)，由至少包括可控滤波器216和滤波器控制器217的主动道路噪声控制滤波器布置生成与来自轮毂的在内部206中的听音位置处可听到的噪声反向对应的降噪信号yh(n)。根据降噪信号yh(n)，生成与源自轮毂并且在听音位置处可听见的道路噪声理想地相反的声音，以通过扬声器布置219辐射以用于与听音位置处的道路噪声相消地叠加。

借助于波束形成器215或可替代地通过两个分离的波束形成器(未示出)从噪声感测信号x1(n)、x2(n)和x3(n)得出参考信号xbr(n)和xbh(n)，所述波束形成器215或两个分离的波束形成器两者均被提供有噪声感测信号x1(n)、x2(n)和x3(n)或被提供有来自两个分离的噪声感测阵列(未示出)的两组噪声感测信号。在所示的示例中，波束形成器215处理噪声感测信号x1(n)、x2(n)和x3(n)以结合噪声感测阵列生成(空间)灵敏度特性的两个可单独转向的波束，也称为主瓣。声音传感器或声音感测系统的灵敏度是输出信号与输入声压的比。因此，与表现出较低灵敏度的旁瓣相对照，主瓣是这种传感器或系统的表现出最高灵敏度的方向性图案。如果如图2所示采用任选的滤波器213、218，则将实现双通道前馈滤波xlms控制结构，但是也可使用其他控制结构，例如，任何单通道结构或具有附加通道、附加传声器和附加扬声器的任何其他多通道结构。

下面参考图3描述波束形成器215的示例性实现方式，其中由多个(i个)传声器301(诸如像在图2所示的系统中使用的传声器202、203、204)的阵列记录道路噪声，以提供多个(i个)噪声感测信号x1(n)、x2(n)、…、xi(n)，i是构成波束形成基础的传声器数量。借助于多个(i个)前置放大器302利用多个(i个)增益a1、a2、...、ai对噪声感测信号x1(n)、x2(n)、…、xi(n)进行放大，并且借助于延迟303将其延迟多个(i个)延迟时间τ1、τ2、...、τi。借助于将多个(i个)系数c1、c2、…、ci(用来使波束(例如主瓣)转向)应用于相应输入信号(例如噪声感测信号x1(n)、x2(n)和x3(n))的系数元件304对经过放大和延迟的噪声感测信号x1(n)、x2(n)、…、xi(n)进行加权，并且最后借助于加法器305对其求和，所述加法器305提供参考信号xb(n)。

参考信号xb(n)可在上文结合图2所描述的示例中用作参考信号xbr(n)或参考信号xbh(n)。但是，例如，通过采用具有相同传声器阵列或不同传声器阵列的两个波束形成器，或者提供针对每个经过放大和延迟的噪声感测信号x1(n)、x2(n)和x3(n)的附加系数元件以及附加的加法器，也可同时生成两个参考信号xbr(n)和xbh(n)。

在图3所示的延迟求和波束形成器中，经过波束形成的信号xb(n)是根据xb(n)＝(a1·c1·x1(n-τ1)+a2·c2·x2(n-τ2)+…+ai·ci·xi(n-τi))/i生成，其中i是构成波束形成基础的传声器数量，a1、a2、...、ai是用来均衡i个传声器的增益差异的前置放大器的增益，τ1、τ2、...、τi是信号延迟时间，并且c1、c2、…、ci是可用来使波束转向的系数。代替前置放大器和/或延迟，可使用固定滤波器来合成参考信号。然而，如已经提到的，可使用其他波束形成算法和方法来生成参考信号xb(n)、xbr(n)和xbh(n)。

如上文结合图2所描述，在波束形成器215中根据允许分离复杂的非相干车轮噪声源的波束形成方案(例如，算法、过程、方法等)处理噪声感测信号x1(n)、x2(n)、…、xi(n)。使用可采用如上所述的延迟求和波束形成方案、广义旁瓣消除方案或任何其他合适的方案的波束形成器215来生成参考信号xbr(n)和xbh(n)。因此，通过适当的处理(例如，波束形成)去除了由于复杂的车轮辐射图案而生成的交叉项的抵消，并且相应地增加了参考信号与一个或多个听音位置(例如，乘客的头部或耳朵)处的误差信号之间的相干性。

参考图4，噪声感测传声器阵列401结合波束形成器布置(未示出)可提供包括主瓣402和多个旁瓣403的灵敏度特性。主瓣402指向一个噪声源，例如，车轮405的轮毂404。另一噪声感测传声器阵列406结合另一波束形成器布置(未示出)可提供包括主瓣407和多个旁瓣408的灵敏度特性。主瓣407可指向另一噪声源，例如，车轮405(即，其轮胎)与路面409之间的边界409。两个噪声感测传声器阵列401和407(例如，线或平面阵列)可设置在轮拱411处或周围。例如，噪声感测传声器阵列401可设置在车轮405的正上方，并且噪声感测传声器阵列407可设置在车轮405的后面。

现在参考图5，其以截面图描绘了示例性头枕501。头枕501可具有盖子和形成头枕主体502的一个或多个结构元件。头枕501可包括与车辆座椅(未示出)的顶部接合的一对支撑柱(未示出)，并且可借助于集成到座椅中的机构上下移动。头枕主体502具有支撑用户的头部504的前表面503，从而限定用户的耳朵507和508的优先位置505和506。优先位置是指在预期使用过程中的大部分时间(>50％)相应耳朵在此特定位置处或附近，并且可形成所需的听音位置，在所述位置处将建立例如安静区域。

两个单向(误差)传声器509和510(即，对来自主接收方向511和512的声音具有最大灵敏度的传声器)集成在头枕主体502的前表面503中，因此主接收方向511和512分别与乘客的耳朵507和508的优先位置505和506中的一个相交。头枕501还包括集成在头枕主体502中的两个扬声器513和514。扬声器513和514各自具有主传输方向515、516，扬声器513和514向主传输方向515、516中辐射最大声能。头枕501在其表面503处具有向内弯曲(凹入)的形状，这个形状具有两个平面末端部分503a、503b和平面中间部分503c，其中末端部分分别向内折叠大约30度的角度519和520，但10与50度之间的任何其他角度也适用。在末端部分中的每一个中，定位了传声器509和510中的一个以及扬声器513和514中的一个。在图5所示的头枕501中，扬声器513和514被布置成比传声器509和510更靠近表面503的外围。扬声器513和514被布置成使得它们的主传输方向515和516各自在优先位置505和506处相对于传声器509和510的相应主接收方向具有大于20度(例如30度)的角度517和518中的一个。

图6中示出的示例性头枕601类似于图5中示出的头枕501，然而，传声器位置和扬声器位置已经颠倒，并且所有位置都已经朝着前表面503的平面末端部分503a和503b的外围偏移。扬声器513和514被布置成使得它们的主传输方向515和516在优先位置505和506处相对于传声器509和510的相应主接收方向具有大于30度的的角度517和518。

图7中所示的示例性头枕701类似于图5中所示的头枕501，但是头枕701的前表面503具有向内弯曲的圆形形状，这个形状围绕头部504的纵向轴线更进一步延伸并且具有弯曲的末端部分503d和503e以及弯曲的中间部分503f。扬声器513和514布置在头枕501的外围部分503d和503e中，因此从表面503的中间部分503f横向突出的程度比先前的示例中更大。传声器509和510几乎直接定位在用户的耳朵507和508的后面。因此，扬声器513和514被布置成使得它们的主传输方向515和516在优先位置505和506处相对于传声器509和510的相应主接收方向具有大于45度的角度517和518。

图8所示的头枕801类似于图7所示的头枕501，但是传声器位置和扬声器位置颠倒，并且传声器的位置已经朝着前表面503的弯曲末端部分503d和503e的外围偏移。在图5至图8所示的示例中，在优先位置505和506周围建立了两个安静区域。

已经出于说明和描述的目的而呈现了对实施方案的描述。对实施方案的合适修改和变更可根据以上描述来执行或者可通过实践所述方法来获取。例如，除非另外指出，否则所描述方法中的一种或多种可由合适的装置和/或装置的组合来执行。所描述的相关联动作还可按照除了本申请中所描述的顺序之外的各种顺序、并行和/或同时执行。所描述的系统本质上是示例性的，并且可包括附加元件且/或省略元件。

如本申请中所使用的，以单数形式列举并且通过字词“一个(a/an)”引出的元件或步骤应理解为并不排除多个所述元件或步骤，除非陈述了这种排除情况。此外，对本公开的“一个实施方案”或“一个示例”的参考并不意图解释为排除也并入了所列举特征的附加实施方案的存在。术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标记且并不意图对其对象施加数字要求或特定位置顺序。

本发明的实施方案总体上提供了多个电路、电气装置和/或至少一个控制器。所有对电路、至少一个控制器和其他电气装置和由它们各自提供的功能的参考并不意图局限于仅涵盖本文中所示出和描述的内容。虽然特定标记可指派给所公开的各种电路、控制器和其他电气装置，但是这些标记并不意图限制各种电路、控制器和其他电气装置的操作范围。基于所期望的电气实现方式的特定类型，此类电路、传感器和其他电气装置可以任何方式彼此组合和/或分离。

应认识到，本文所公开的任何系统可包括任何数量的微处理器、集成电路、存储器装置(例如，闪存、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、电可编程只读存储器(eprom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)或上述存储器的其他合适的变体)以及软件，上述各者彼此合作来执行本文所公开的一个或多个操作。此外，所公开的任何系统可利用任何一个或多个微处理器来执行体现在非暂时性计算机可读介质中的计算机程序，所述计算机程序被编程来执行任何数量的所公开的功能。另外，本文提供的任何控制器包括外壳和各种数量的微处理器、集成电路和存储器装置(例如，闪存、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、电可编程只读存储器(eprom)和/或电可擦除可编程只读存储器(eeprom))。

虽然已描述了本发明的实施各种方案，但是对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，在本发明的范围内，更多的实施方案和实现方式是可能的。具体地讲，技术人员将认识到来自不同的实施方案的各种特征的可互换性。尽管这些技术和系统已经在某些实施方案和示例的上下文中公开，但应理解，这些技术和系统可超出具体公开的实施方案而扩展到其他实施方案和/或其用途和明显修改。