本發(fā)明涉及車輛噪聲控制，具體地指一種基于主動(dòng)噪聲控制的電動(dòng)車avas車內(nèi)降噪系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
1、為應(yīng)對(duì)電動(dòng)汽車在低速行駛時(shí)因動(dòng)力系統(tǒng)噪聲過小而可能對(duì)行人（特別是視障人士）造成的安全隱患，全球主要汽車市場(chǎng)均出臺(tái)法規(guī)，要求強(qiáng)制在車外安裝聲學(xué)車輛警報(bào)系統(tǒng)（avas）。該系統(tǒng)應(yīng)用于電動(dòng)汽車（ev）和混合動(dòng)力汽車（hev），在車輛低速（通常低于20km/h）行駛或倒車時(shí)，向車外發(fā)出特定的警示音（通常包含模擬電機(jī)聲、特定頻率的蜂鳴聲或合成音效），以提示行人車輛的存在。
2、然而，現(xiàn)有的avas系統(tǒng)在警示行人的同時(shí)，其發(fā)出的聲音不可避免地會(huì)通過車身結(jié)構(gòu)、空氣等路徑傳入車內(nèi)。由于電動(dòng)車在低速下非常安靜，這種外部導(dǎo)入的人工警示音反而會(huì)成為座艙內(nèi)一種新的、令人不悅的噪聲源，尤其是在汽車頻繁啟停的工況下，持續(xù)或間歇的警示音會(huì)嚴(yán)重破壞座艙的靜謐性，影響駕乘舒適度。
3、目前，針對(duì)車內(nèi)噪聲的控制主要采用被動(dòng)隔聲（如增加隔音材料）和主動(dòng)噪聲控制（anc）技術(shù)。但是，傳統(tǒng)的隔聲方法會(huì)增加車重和成本，且對(duì)低頻噪聲效果有限；而現(xiàn)有的車載anc技術(shù)主要用于抑制發(fā)動(dòng)機(jī)階次噪聲、路噪和風(fēng)噪等寬帶或窄帶噪聲，其參考信號(hào)通常來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器或振動(dòng)加速度計(jì)。
4、針對(duì)avas噪聲具有的特殊性（①其聲源明確且信號(hào)已知，來(lái)自車外avas控制器；②其產(chǎn)生和傳播路徑與傳統(tǒng)動(dòng)力系統(tǒng)噪聲不同；③需要在抑制其車內(nèi)干擾的同時(shí)，嚴(yán)格保證其在車外的聲學(xué)性能符合法規(guī)），現(xiàn)有技術(shù)中，未設(shè)計(jì)出在不影響車外行人警示功能的前提下，有效隔絕或消除avas噪聲對(duì)車內(nèi)干擾的解決方案。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種基于主動(dòng)噪聲控制的電動(dòng)車avas車內(nèi)降噪系統(tǒng)及方法，不僅能夠智能、動(dòng)態(tài)地對(duì)傳入車內(nèi)的avas警示音噪聲進(jìn)行針對(duì)性的主動(dòng)抵消，而且能夠在車外維持甚至優(yōu)化警示音效，從而達(dá)到“車內(nèi)靜謐，車外警示”的雙重目標(biāo)。
2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的一種基于主動(dòng)噪聲控制的電動(dòng)車avas車內(nèi)降噪系統(tǒng)，其特別之處在于：包括avas控制器、多源信號(hào)采集模塊、動(dòng)態(tài)增益調(diào)整模塊、自適應(yīng)濾波與處理模塊、車內(nèi)降噪執(zhí)行模塊、車外警示補(bǔ)償模塊、誤差傳感模塊、以及中央控制單元；
3、所述avas控制器用于在滿足觸發(fā)條件時(shí)，生成符合法規(guī)要求的原始avas警示音信號(hào)；
4、所述多源信號(hào)采集模塊用于實(shí)時(shí)獲取原始avas警示音信號(hào)、車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)、以及降噪目標(biāo)點(diǎn)處的誤差信號(hào)；
5、所述動(dòng)態(tài)增益調(diào)整模塊用于根據(jù)實(shí)時(shí)車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)，動(dòng)態(tài)調(diào)整原始avas警示音信號(hào)的增益，輸出調(diào)整后的avas參考信號(hào)；
6、所述自適應(yīng)濾波與處理模塊用于將avas參考信號(hào)和誤差信號(hào)輸入寬窄帶混合anc算法；
7、所述寬窄帶混合anc算法包括首先將avas參考信號(hào)和誤差信號(hào)輸入線性預(yù)測(cè)濾波器，該線性預(yù)測(cè)濾波器分離出信號(hào)中包含的確定性窄帶成分和殘余的寬帶隨機(jī)成分，其中窄帶部分通過一個(gè)諧波合成器生成與avas基頻及諧波對(duì)應(yīng)的正弦波參考信號(hào)，再將正弦波參考信號(hào)送入基于fxlms算法的窄帶自適應(yīng)濾波器；寬帶部分直接利用avas參考信號(hào)或誤差信號(hào)作為隨機(jī)參考信號(hào)，再將隨機(jī)參考信號(hào)送入基于fxlms算法的寬帶自適應(yīng)濾波器；然后將窄帶自適應(yīng)濾波器輸出信號(hào)與寬帶自適應(yīng)濾波器 )輸出信號(hào)通過求和器求和；最終生成一個(gè)與傳入車內(nèi)的原始avas聲音幅值相等、相位相反的反相聲波控制信號(hào)；
8、所述車內(nèi)降噪執(zhí)行模塊用于接收反相聲波控制信號(hào)，并播放出來(lái)，使播放出的反相聲波與通過車身路徑傳入車內(nèi)的原始avas噪聲在乘客耳道位置附近產(chǎn)生聲學(xué)干涉并相互抵消；
9、所述中央控制單元與所有模塊通信連接，用于協(xié)調(diào)各模塊運(yùn)行，處理算法調(diào)度，并管理系統(tǒng)的啟停。
10、進(jìn)一步地，所述動(dòng)態(tài)增益調(diào)整模塊包括內(nèi)部設(shè)置的二維查找表和算法模型，所述二維查找表用于標(biāo)定不同車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)組合下，對(duì)原始avas警示音信號(hào)的建議增益系數(shù)；通過二維查找表確定原始avas警示音信號(hào)的增益系數(shù)，再通過算法模型輸出調(diào)整后的avas參考信號(hào)。
11、更進(jìn)一步地，所述動(dòng)態(tài)增益調(diào)整模塊中，算法模型通過下式表示
12、 x’(n)=g*x(n)
13、式中，
14、 x’(n)表示調(diào)整后的avas參考信號(hào)，
15、 g表示增益系數(shù)，
16、 x(n)表示原始avas警示音信號(hào)。
17、進(jìn)一步地，所述自適應(yīng)濾波與處理模塊中，所述寬窄帶混合anc算法還包括時(shí)頻掩蔽模塊，所述時(shí)頻掩蔽模塊通過對(duì)avas參考信號(hào)和誤差信號(hào)進(jìn)行短時(shí)傅里葉變換分析得到掩蔽系數(shù)，再通過掩蔽系數(shù)標(biāo)識(shí)出哪些時(shí)頻單元的能量主要來(lái)自avas噪聲。
18、更進(jìn)一步地，所述自適應(yīng)濾波與處理模塊中，所述寬窄帶混合anc算法還包括次級(jí)通路在線辨識(shí)模塊，所述次級(jí)通路在線辨識(shí)模塊在觸發(fā)時(shí)，中央控制單元控制自適應(yīng)濾波與處理模塊暫停自適應(yīng)，并向車內(nèi)降噪執(zhí)行模塊注入自噪聲作為辨識(shí)激勵(lì)信號(hào)；再將誤差傳感模塊采集到的響應(yīng)信號(hào)與激勵(lì)信號(hào)一起輸入，通過自適應(yīng)算法在線估計(jì)出當(dāng)前的次級(jí)通路脈沖響應(yīng)模型；辨識(shí)完成后，將更新后的次級(jí)通路脈沖響應(yīng)模型注入自適應(yīng)濾波與處理模塊的濾波器更新路徑中，替換原有的固定模型。
19、進(jìn)一步地，所述車外警示補(bǔ)償模塊用于根據(jù)車外聲學(xué)傳遞函數(shù)模型和當(dāng)前車速，對(duì)原始avas警示音信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波，并計(jì)算增益補(bǔ)償，輸出車外警示信號(hào)，使得由車外專用揚(yáng)聲器發(fā)出的警示音，在法規(guī)規(guī)定的測(cè)量點(diǎn)及關(guān)鍵車外頻段滿足聲壓級(jí)要求。
20、更進(jìn)一步地，所述誤差傳感模塊為誤差麥克風(fēng)陣列，用于采集誤差信號(hào)、響應(yīng)信號(hào)、以及降噪后的殘余噪聲 。
21、本發(fā)明還設(shè)計(jì)一種基于主動(dòng)噪聲控制的電動(dòng)車avas車內(nèi)降噪方法，其特別之處在于，包括如下步驟：
22、s101）系統(tǒng)自檢，加載預(yù)設(shè)參數(shù)；
23、s102）實(shí)時(shí)信號(hào)采集；
24、s103）判斷avas是否激活且車速低于設(shè)定閾值；若是，則進(jìn)入降噪主循環(huán)s104）~s110）；若否，則系統(tǒng)待機(jī)，返回s102）；
25、s104）根據(jù)當(dāng)前車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)，查詢二維查找表，計(jì)算并應(yīng)用增益系數(shù)g，得到適合anc處理的avas參考信號(hào) x’(n)；
26、s105）將avas參考信號(hào) x’(n)和誤差信號(hào) e(n)輸入寬窄帶混合anc算法，計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻的最優(yōu)反相聲波控制信號(hào) y(n)；
27、s106）將反相聲波控制信號(hào) y(n)經(jīng)d/a轉(zhuǎn)換和功率放大后，驅(qū)動(dòng)車內(nèi)揚(yáng)聲器播放；
28、s107）對(duì)原始avas警示音信號(hào) x(n)進(jìn)行濾波和增益補(bǔ)償，生成車外警示信號(hào) x ext (n)并播放；
29、s108）采集降噪后的殘余噪聲 e new (n)；
30、s109）判斷誤差信號(hào)能量是否在預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)持續(xù)高于閾值，或是否達(dá)到周期性辨識(shí)時(shí)間；若是，則進(jìn)入s110）進(jìn)行次級(jí)通路在線辨識(shí)；若否，則直接用殘余噪聲 e new (n)更新下一時(shí)刻的濾波器權(quán)系數(shù)，并返回s102）進(jìn)入下一循環(huán)；
31、s110）暫停主降噪循環(huán)，注入辨識(shí)信號(hào)，采集響應(yīng)信號(hào)，更新次級(jí)通路脈沖響應(yīng)模型；
32、s111）更新濾波器權(quán)系數(shù)，完成后，返回主降噪循環(huán)繼續(xù)降噪。
33、本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
34、1、精準(zhǔn)降噪，提升靜謐性：本發(fā)明直接針對(duì)avas這一特定噪聲源，利用其信號(hào)已知的特性，結(jié)合anc技術(shù)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)、主動(dòng)抵消，可顯著降低avas噪聲在車內(nèi)的可感知度，有效提升低速行駛時(shí)的座艙靜謐性與乘坐舒適性；
35、2、安全保障，符合法規(guī)：本發(fā)明通過獨(dú)立的車外警示補(bǔ)償通道，系統(tǒng)能夠確保在任何工況下，車外警示音的聲壓級(jí)和頻率特性均滿足各國(guó)法規(guī)要求，絲毫不削弱其對(duì)行人的安全警示功能，實(shí)現(xiàn)了安全與舒適的統(tǒng)一；
36、3、智能適應(yīng)，魯棒性強(qiáng)：本發(fā)明通過多源信號(hào)融合（車輛參數(shù)、參考信號(hào)、誤差信號(hào)）和動(dòng)態(tài)增益調(diào)整，能夠適應(yīng)車輛不同運(yùn)行狀態(tài)（如加速、減速、倒車）下avas音量和頻率的變化，次級(jí)通路在線辨識(shí)功能進(jìn)一步增強(qiáng)了系統(tǒng)對(duì)車內(nèi)聲學(xué)環(huán)境變化的魯棒性；
37、4、成本優(yōu)化，易于集成：本發(fā)明充分利用現(xiàn)有車輛已配備的硬件，如avas控制器、車載音響揚(yáng)聲器（部分用于降噪）、can總線、以及部分中高端車型已有的anc系統(tǒng)誤差麥克風(fēng)和處理器，通過軟件升級(jí)和算法集成即可實(shí)現(xiàn)主要功能，新增硬件成本低，便于在現(xiàn)有車型平臺(tái)上推廣。
38、本發(fā)明基于主動(dòng)噪聲控制的電動(dòng)車avas車內(nèi)降噪系統(tǒng)及方法，不僅能夠智能、動(dòng)態(tài)地對(duì)傳入車內(nèi)的avas警示音噪聲進(jìn)行針對(duì)性的主動(dòng)抵消，而且能夠在車外維持甚至優(yōu)化警示音效，從而達(dá)到“車內(nèi)靜謐，車外警示”的雙重目標(biāo)。