一种汽车发动机噪声主动控制方法及系统与流程
本申请涉及汽车降噪技术领域，特别涉及一种汽车发动机噪声主动控制方法及系统。
背景技术：
随着汽车用户对汽车品质要求的提高，对汽车噪声的控制对于汽车的用户体验具有较大影响。而汽车发动机噪声是汽车噪声的主要来源之一。
现有技术中，针对汽车发动机噪声，多是采用被动降噪方式，而被动降噪方式的消声频率主要在中高频，对于低频噪声的消除效果较差。而现有的主动降噪方法，前馈主动噪声控制参考信号是通过声传感器拾取，容易受外界干扰，导致参考信号的精度较低，进而导致消声效果不足。而且现有的主动降噪方法主要也是实现噪声强度的消减，无法改善发动机噪声的声品质，同时现有是控制算法收敛速度较低，收敛稳定性较低。进而导致消声效果不足，用户体验较低。
现有技术中至少存在如下问题：现有的主动降噪方法，前馈主动噪声控制参考信号是通过声传感器拾取，容易受外界干扰，导致参考信号的精度较低，进而导致消声效果不足。
现有的主动降噪方法主要是实现噪声强度的消减，无法改善发动机噪声的声品质，同时现有是控制算法收敛速度较低，收敛稳定性较低。这些都导致消声效果不足，进而导致汽车的用户体验较低。
技术实现要素：
本申请实施例的目的是提供一种汽车发动机噪声主动控制方法及系统，以有效控制发动机各阶次(频率)的噪声，有效改善发动机噪声的声品质，进而有效提高汽车的用户体验。
本申请实施例提供一种汽车发动机噪声主动控制方法及系统是这样实现的：
一种汽车发动机噪声主动控制方法，所述方法包括：
获取汽车发动机的转速信号，对所述转速信号进行分频积分，构造出发动机阶次噪声参考信号；
获取目标控制区域的噪声信号；
根据预设的声品质模型，结合所述目标控制区域的噪声信号，对所述参考信号进行分阶次控制，得到控制后的输出信号；
将所述输出信号进行功率放大后，得到扬声器激励信号；
将所述扬声器激励信号输入到扬声器，激励所述扬声器在所述目标控制区域生成次级声音信号，所述次级声音信号与所述目标控制区域的噪声信号叠加，得到满足所述声品质模型的声音信号。
优选实施例中，所述对所述参考信号进行分阶次控制，得到控制后的输出信号的方式，包括：
根据所述声品质模型，结合所述目标控制区域的噪声信号，确定所述参考信号的每个阶次对应的控制模式和增益因子；
对所述参考信号的每个阶次，分别采用对应的控制模式和增益因子，对所述参考信号的每个阶次进行计算，得到所述控制后的输出信号。
优选实施例中，所述对所述转速信号进行分频积分，构造出发动机阶次噪声参考信号的方式，包括采用下述表达式构造出所述发动机阶次噪声参考信号：
xij1(t)＝aijcos[θij(t)]
式中，xij1(t)表示第i个通道第j个控制阶次对应的参考信号；
aij表示参考信号的幅值；
其中，角度θij(t)包括采用下述表达式构造得到：
式中，r(t)表示发动机实时转速信号，单位为转/分钟；
(·)表示分频系数。
优选实施例中，所述控制模式包括：
增强、保持、消除、减弱。
优选实施例中，所述增益因子的确定方式包括：
根据所述声品质模型在所述每个阶次对应的声品质偏好性参数，确定所述每个阶次的增益因子。
一种汽车发动机噪声主动控制系统，所述系统包括：
转速信号获取模块，用于实时获取汽车发动机的转速信号；
参考信号构造模块，用于对所述转速信号进行分频积分，构造出发动机阶次噪声参考信号；
噪声信号获取模块，用于实时获取目标控制区域的噪声信号；
控制器模块，用于根据预设的声品质模型，结合所述目标控制区域的噪声信号，对所述参考信号进行分阶次控制，得到控制后的输出信号；
功率放大模块，用于将所述输出信号进行功率放大，得到扬声器激励信号，以及用于将所述扬声器激励信号传输至扬声器模块；
扬声器模块，用于在所述扬声器激励信号的激励下，在所述目标控制区域生成次级声音信号，与所述目标控制区域的噪声信号叠加，得到满足所述声品质模型的声音信号。
优选实施例中，所述控制器模块包括：
声品质模型输入模块，用于输入所述预设的声品质模型；
控制模式确定模块，用于根据所述声品质模型，结合所述目标控制区域的噪声信号，确定所述参考信号的每个阶次对应的控制模式和增益因子；
分阶次控制模块，用于采用所述每个阶次对应的控制模式和增益因子，分别对所述参考信号的所述每个阶次进行计算，得到所述控制后的输出信号。
优选实施例中，所述控制模式包括：
增强、保持、消除、减弱。
优选实施例中，所述增益因子的确定方式包括：
根据所述声品质模型在所述每个阶次对应的声品质偏好性参数，确定所述每个阶次的增益因子。
优选实施例中，所述参考信号构造模块，包括采用下述表达式构造出所述发动机阶次噪声参考信号：
xij1(t)＝aijcos[θij(t)]
式中，xij1(t)表示第i个通道第j个控制阶次对应的参考信号；
aij表示参考信号的幅值；
其中，角度θij(t)包括采用下述表达式构造得到：
式中，r(t)表示发动机实时转速信号，单位为转/分钟；
(·)表示分频系数。
利用本申请实施例提供的一种汽车发动机噪声主动控制方法，利用发动机转速构造出发动机阶次噪声参考信号，可以避免外界环境对参考信号的干扰，有效保证所述参考信号的准确性。同时，根据预设的声品质模型，确定所述参考信号的每个阶次的控制模式和增益因子，不仅可以有效控制各个阶次(包括低频)噪声，还可以有效控制噪声的声品质，而不是单纯地消减噪声的强度。可以有效提高用户体验。利用本申请实施例提供的一种汽车发动机噪声控制系统，可以自动执行所述控制方法，有效提高发动机噪声的控制效果，有效提高用户体验。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请一个实施例提供的一种汽车发动机噪声主动控制方法的方法流程示意图；
图2是本申请一个实施例提供的一种汽车发动机噪声主动控制系统的模块结构示意图；
图3是本申请一个实例中提供的双通道分阶次控制的第一通道控制算法框图；
图4是图3所述实例中提供的双通道分阶次控制的第二通道控制算法框图；
图5是本申请一个实例中提供的双通道输出信号与噪声信号的声场叠加的示意图；
图6(a)是本申请一个实例中提供的控制前初级噪声信号的时频图；
图6(b)是图6(a)所述实例中提供的控制后的误差信号的时频图；
图7是本申请一个实施例中提供的控制器模块的模块结构示意图。
具体实施方式
本申请实施例提供一种汽车发动机噪声主动控制方法。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
图1是本申请所述一种汽车发动机噪声主动控制方法一种实施例的方法流程示意图。虽然本申请提供了如下述实施例或附图所示的方法操作步骤或装置结构，但基于常规或者无需创造性的劳动在所述方法或装置中可以包括更多或者更少的操作步骤或模块单元。在逻辑性上不存在必要因果关系的步骤或结构中，这些步骤的执行顺序或装置的模块结构不限于本申请实施例或附图所示的执行顺序或模块结构。所述的方法或模块结构的在实际中的装置或终端产品应用时，可以按照实施例或者附图所示的方法或模块结构进行顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境、甚至包括分布式处理的实施环境)。
具体的如图1所述，本申请提供的一种汽车发动机噪声主动控制方法的一种实施例可以包括：
s1：获取汽车发动机的转速信号，对所述转速信号进行分频积分，构造出发动机阶次噪声参考信号。
s2：获取目标控制区域的噪声信号。
其中，所述目标控制区域，本申请不作限定，一般的，所述目标控制区域可以是座椅靠枕附近区域。
s3：根据预设的声品质模型，结合所述目标控制区域的噪声信号，对所述参考信号进行分阶次控制，得到控制后的输出信号。
其中所述预设的声品质模型，实施人员可以根据用户的实际需求自行选择确定，具体的，本申请不作限定。
s4：将所述输出信号进行功率放大后，得到扬声器激励信号。
s5：将所述扬声器激励信号输入到扬声器，激励所述扬声器在所述目标控制区域生成次级声音信号，所述次级声音信号与所述目标控制区域的噪声信号叠加，得到满足所述声品质模型的声音信号。
本申请一个实施例中，所述对所述转速信号进行分频积分，构造出发动机阶次噪声参考信号的方式，可以包括采用下述表达式构造出所述发动机阶次噪声参考信号：
xij1(t)＝aijcos[θij(t)]
式中，xij1(t)表示第i个通道第j个控制阶次对应的参考信号；
aij表示参考信号的幅值；
其中，角度θij(t)包括采用下述表达式构造得到：
式中，r(t)表示发动机实时转速信号，单位为转/分钟；
(·)表示分频系数。
利用发动机转速构造发动机阶次噪声参考信号，可以避免外界环境的干扰，保证参考信号的准确性。
本申请一个实施例中，所述对所述参考信号进行分阶次控制，得到控制后的输出信号的方式，可以包括：
根据所述声品质模型，结合所述目标控制区域的噪声信号，确定所述参考信号的每个阶次对应的控制模式和增益因子；
对所述参考信号的每个阶次，分别采用对应的控制模式和增益因子，对所述参考信号的每个阶次进行计算，得到所述控制后的输出信号。
本例中，所述控制模式可以包括：增强、保持、消除、减弱等。
本例中，所述增益因子的确定方式可以包括：
根据所述声品质模型在所述每个阶次对应的声品质偏好性参数，确定所述每个阶次的增益因子。
这样就可以实现对发动机阶次噪声各阶次的并列控制，可以灵活选择各阶次的控制模式和增益因子。
图3、图4是本申请一个实例中提供的双通道分阶次控制的算法框图，其中，图3对应的是第一通道分阶次控制的算法框图，图4对应的是第二通道分阶次控制的算法框图。图5是本实例中双通道输出信号与噪声信号的声场叠加的示意图。
如图3、图4、图5中所示的符号的定义如下：i(i＝1,2)表示通道序号，j(j＝1,2,…,n)代表频率序数，k(k＝1时对应余弦，k＝2时对应正弦)代表每个频率下的参考信号序数，l(l＝1,2)代表对应的次级通道序数。与单通道单频率ane系统不同的是，两通道多频ane系统每个自适应控制器需要有四个滤波参考信号和两个伪误差信号。图中xijk(n)代表第i个通道第j个控制频率的k参考信号；xijkl(n)代表第i个通道第j个控制频率第k个参考信号经过
(1)第i个通道次级扬声器激励信号的生成：
(2)第i个通道第j个频率第k个参考信号的滤波参考信号生成：
(3)第i个通道滤波次级扬声器激励信号生成：
y′1i(n)＝yi(n)*s1i(n)；y′2i(n)＝yi(n)*s2i(n)
(4)第i个通道误差信号生成：
ei(n)＝di(n)+[y′i1(n)+y′i2(n)]
(5)第i个通道第j个频率的伪误差信号生成：
(6)第i个通道第j个频率第k自适应滤波器权值系数更新：
wijk(n+1)＝wijk(n)-2μj[x′ijk1(n)e′1j(n)+x′ijk2(n)e′2j(n)]
上述步骤中的第3步、第4步不属于算法的编写内容，而是实际物理系统中信号传递和声场叠加的结果，控制算法中只需要完成1、2、5和6的编写。
表1中是采用本实例中图5所示的声场叠加后，得到的控制前和控制后的噪声信号的三个阶次噪声声压级的平均值。
表1
与表1相对应的，图6(a)是本实例中控制前初级噪声信号的时频图，图6(b)是本实例中控制后的误差信号的时频图。
从表1和图6(a)、图6(b)可以看出，利用本申请所述的方法，实现了噪声的分阶次均衡控制，其中，二阶噪声实现了消除模式，四阶噪声实现了保持模式，六阶噪声实现了增强模式。三个阶次的噪声能够实现预定的控制模式。
利用上述各实施例提供的所述汽车发动机噪声主动控制方法的实施方式，可以利用发动机转速构造出发动机阶次噪声参考信号，可以避免外界环境对参考信号的干扰，有效保证所述参考信号的准确性。同时，根据预设的声品质模型，确定所述参考信号的每个阶次的控制模式和增益因子，不仅可以有效控制各个阶次(包括低频)噪声，还可以有效控制噪声的声品质，而不是单纯地消减噪声的强度。可以有效提高用户体验。利用本申请实施例提供的一种汽车发动机噪声控制系统，可以自动执行所述控制方法，有效提高发动机噪声的控制效果，有效提高用户体验。
基于上述各实施例所述的汽车发动机噪声主动控制方法，本申请还提供一种汽车发动机噪声主动控制系统，所述系统可以自动进行噪声主动控制。图2是本申请一个实施例提供的一种汽车发动机噪声主动控制系统的模块结构示意图，具体的，如图2所述，所述系统可以包括：
转速信号获取模块101，可以用于实时获取汽车发动机的转速信号。
所述转速信号可以从车内obd端口直接读取，也可以通过转速测量仪或者速度测量仪测量得到。具体的所述转速信号的获取方式，本申请不作限定，实施人员可以根据实际条件获取所述转速信号。
参考信号构造模块102，可以用于对所述转速信号进行分频积分，构造出发动机阶次噪声参考信号。
噪声信号获取模块103，可以用于实时获取目标控制区域的噪声信号。
控制器模块104，可以用于根据预设的声品质模型，结合所述目标控制区域的噪声信号，对所述参考信号进行分阶次控制，得到控制后的输出信号。
功率放大模块105，可以用于将所述输出信号进行功率放大，得到扬声器激励信号，以及可以用于将所述扬声器激励信号传输至扬声器模块106。
扬声器模块106，可以用于在所述扬声器激励信号的激励下，在所述目标控制区域生成次级声音信号，与所述目标控制区域的噪声信号叠加，得到满足所述声品质模型的声音信号。
本申请一个实施例中，所述参考信号构造模块102，可以包括采用下述表达式构造出所述发动机阶次噪声参考信号：
xij1(t)＝aijcos[θij(t)]
式中，xij1(t)表示第i个通道第j个控制阶次对应的参考信号；
aij表示参考信号的幅值；
其中，角度θij(t)包括采用下述表达式构造得到：
式中，r(t)表示发动机实时转速信号，单位为转/分钟；
(·)表示分频系数。
图7是本申请一个实施例中提供的所述控制器模块104的模块结构示意图，所述控制器模块104可以包括：
声品质模型输入模块1041，可以用于输入所述预设的声品质模型。
控制模式确定模块1042，可以用于根据所述声品质模型，结合所述目标控制区域的噪声信号，确定所述参考信号的每个阶次对应的控制模式和增益因子。
其中，所述控制模式可以包括：增强、保持、消除、减弱等。所述增益因子的确定方式可以包括：
根据所述声品质模型在所述每个阶次对应的声品质偏好性参数，确定所述每个阶次的增益因子。
分阶次控制模块1043，可以用于采用所述每个阶次对应的控制模式和增益因子，分别对所述参考信号的所述每个阶次进行计算，得到所述控制后的输出信号。
利用上述各实施例提供的所述汽车发动机噪声主动控制系统，可以自动执行所述控制方法，有效提高发动机噪声的控制效果，有效提高用户体验。
尽管本申请内容中提到不同的汽车发动机噪声主动控制方式，从获取构造出发动机阶次噪声参考信号、获取目标控制区域的噪声信号、对所述参考信号进行分阶次控制、将所述输出信号进行功率放大到所述次级声音信号与所述目标控制区域的噪声信号叠加的各种时序方式、信号获取/处理/输出方式等的描述，但是，本申请并不局限于必须是行业标准或实施例所描述的情况等，某些行业标准或者使用自定义方式或实施例描述的实施基础上略加修改后的实施方案也可以实现上述实施例相同、等同或相近、或变形后可预料的实施效果。应用这些修改或变形后的数据获取、处理、输出、判断方式等的实施例，仍然可以属于本申请的可选实施方案范围之内。
虽然本申请提供了如实施例或流程图所述的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的手段可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。在实际中的装置或客户端产品执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境，甚至为分布式数据处理环境)。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、产品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、产品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，并不排除在包括所述要素的过程、方法、产品或者设备中还存在另外的相同或等同要素。
上述实施例阐明的装置或模块等，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本申请时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现，也可以将实现同一功能的模块由多个子模块的组合实现等。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。
本领域技术人员也知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现控制器以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得控制器以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器等的形式来实现相同功能。因此这种控制器可以被认为是一种硬件部件，而对其内部包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构。或者甚至，可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
本申请可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构、类等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，移动终端，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
本说明书中的各个实施例采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
虽然通过实施例描绘了本申请，本领域普通技术人员知道，本申请有许多变形和变化而不脱离本申请的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本申请的精神。
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