一种基于发动机转速的主动降噪装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术车内主动降噪技术，具体的说是一种基于发动机转速的主动降噪装置及方法。该装置包括信号获取、处理装置和声音播放装置；其降噪方法为：一、预先建立发动机转速与机械噪声、进排气噪声的对应关系，将标定的噪声信号作为参考噪声信号存储；二、利用总线信号读取设备获得发动机转速信号，通过转速与噪声的对应关系，得到参考噪声信号；三、根据参考噪声信号，利用LMS自适应滤波器得到次级噪声信号；四、通过声音播放装置播放次级噪声信号，以抵消车厢内的发动机机械噪声和进排气噪声；本发明专利技术克服现有主动降噪技术存在的声反馈问题，是一种基于发动机转速的自适应主动降噪方法及装置，该方法可以有效降低车内发动机噪声，提高行车舒适性。

Active noise reduction device and method based on engine speed

The invention relates to an active noise reduction technique in an automobile, in particular to an active noise reduction device and a method based on the engine speed. The device comprises a signal acquisition and processing device and sound playing device; the noise reduction method for the corresponding relationship between a pre established, engine speed and mechanical noise, the exhaust noise, the noise signal is calibrated as the reference noise signal storage; two, the use of bus signal reading device for engine speed signal, corresponding to the relationship between the speed and the the noise, get the noise signal; three, according to the reference noise signal, get the secondary noise signal by LMS adaptive filter; four, through the sound playing device for playing the secondary noise signal to offset car engine mechanical noise and the exhaust noise; the invention overcomes the existing active noise reduction technology of acoustic feedback is a problem. The engine speed adaptive active noise reduction method and device based on this method can effectively reduce the car engine Noise, improve driving comfort.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于车内主动降噪技术，具体的说是一种基于发动机转速的主动降噪装置及方法。
技术介绍
研究表明：发动机噪声、进排气噪声和传动系噪声是机动车辆室内噪声的主要来源。对车内噪声进行频谱分析可见：车内噪声的频率成分中，发动机的燃烧频率及其各阶次谐波占了很大的份量。也就是说，发动机产生的低频周期噪声是机动车辆室内噪声的最主要来源。传统的车内降噪方法虽然对高频噪声的控制比较有效，但恰恰对低频噪声的控制比较乏力。主动降噪全称噪声主动控制(ANC)，是在指定区域内人为地、有目的地产生一个次级声信号去控制初级声信号的方法。根据两个声波相消干涉条件，如果利用人为附加的次级声源产生与初级声源声波幅值相等、相位相反的声波，则两声波将在空间发生相干性叠加，形成消声“静区”，从而达到降噪的目的。主动降噪方法使噪声控制更有针对性，在处理低频噪声时具有很好的降噪效果。目前关于主动降噪技术的研究逐渐成为降低噪声的主要研究方向，随着被动降噪技术的研究已趋于完善，主动降噪技术在汽车上的应用也受到越来越多的关注。关于主动降噪技术在汽车降噪上的应用这方面的专利存在不少，如专利公告号为CN103557043A，公告日为2014年2月5号，专利技术名称为“一种发动机降噪控制器”。该专利所述的降噪器中，声音传感器在采集初级噪声信号的同时，会引入麦克风发出的次级噪声信号，造成声反馈，这种声反馈问题会在很大程度上影响主动降噪系统的降噪效果。专利公告号为CN105244016A，公告日为2016年1月13号，专利技术名称为“主动降噪系统和方法”。该专利所述的降噪系统和方法中，利用支持向量机来实时预测环境中的噪声，避免了利用声音信号来生成参考噪声信号，造成声反馈问题，但是该装置需要在噪声源附近设置多个加速度传感器，增加了系统的复杂性，并且噪声信号的预测需要由支持向量机来完成，这也在一定程度上提高了该主动降噪系统的成本。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于发动机转速的自适应主动降噪装置及方法，该方法可以有效降低车内发动机噪声，提高行车舒适性，解决了现有降噪技术的上述不足。本专利技术技术方案结合附图说明如下：一种基于发动机转速的主动降噪装置，所述的主动降噪装置包括信号获取装置、信号处理装置和声音播放装置；所述的信号获取装置包括：声音采集装置，设置在发动机的一侧和车厢内需要降噪区域，用于采集发动机附近的发动机噪声信号X(n)和车厢内需要实现降噪区域的误差噪声信号e0(n)；总线信号读取设备，用于读取任一时刻发动机转速n，通过信号处理装置中存储的不同转速对应的参考噪声信号即发动机转速与参考噪声信号的对应关系，就能实现对发动机机械噪声、进排气噪声的准确反映；所述的信号处理装置包括：存储单元，用于在汽车出厂时，将发动机各转速下发动机的噪声信号和进排气噪声信号进行存储，根据发动机转速与发动机噪声和进排气噪声的频率之间的关系，建立发动机转速与发动机噪声频率与进排气噪声频率的对应关系，将这些信号作为参考噪声信号Y1(n)，并且能够储存更新的参考噪声信号；信号分析单元，用于消除发动机噪声信号X′(n)的声反馈效应，并提取出发动机在该转速下的机械噪声和进排气噪声Y(n)；并从误差噪声信号e0(n)中提取出特定频率下的误差噪声信号e1(n)，所述的特定频率为该时刻发动机转速对应的进排气噪声信号及机械噪声基频和倍频；还能根据最小均方算法更新滤波器权系数向量W(n)；比较单元，用于将提取出发动机在该转速下的机械噪声和进排气噪声Y(n)与存储单元中相同转速下发动机的参考噪声信号Y1(n)进行比较，完成参考噪声信号的更新；生成单元，用于根据参考噪声信号Y1(n)生成次级噪声信号u(n)并且用来抵消车厢内的发动机噪声；所述的声音播放装置，用于将信号处理装置中生成单元的数字信号转化为声信号，在车厢内播放次级噪声信号，以抵消车厢内发动机噪声；所述的声音采集装置与信号分析单元相连；所述的总线信号读取设备与存储单元相连；所述的信号分析单元与比较单元相连；所述的比较单元与存储单元相连；所述的存储单元与信号分析单元相连；所述的信号分析单元与生成单元相连；所述的生成单元与声音播放装置相连。一种基于发动机转速的主动降噪方法，该方法包括以下步骤：步骤一、预先建立发动机转速与发动机噪声的对应关系，将标定的噪声信号作为参考噪声信号Y1(n)存储；所述的发动机噪声包括发动机机械噪声和进排气噪声；步骤二、当确认发动机启动时，利用总线信号读取设备获得发动机转速信号，通过转速与噪声的对应关系，得到参考噪声信号Y1(n)；步骤三、根据步骤二中的参考噪声信号Y1(n)，利用LMS自适应滤波器得到次级噪声信号u(n)；步骤四、通过声音播放装置播放次级噪声信号u(n)，以抵消车厢内的发动机机噪声。所述的步骤一的具体方法为：在汽车出厂前，工厂对汽车在不同转速下的汽车发动机的机械噪声和进排气噪声进行标定，建立发动机转速与发动机机械噪声和进排气噪声的对应关系，并将发动机各转速对应的发动机的机械噪声和进排气噪声信号作为初始参考噪声信号存储于信号处理装置的存储单元。所述的步骤三的具体方法为：根据参考噪声信号Y1(n)经过次级声通道函数估计S(z)处理得到f(n)；对误差噪声信号e0(n)进行过滤，提取该转速下发动机噪声信号频率对应的误差噪声信号e1(n)；通过f(n)与e1(n)，利用最小均方算法来建立滤波器权向量系数W(n)，参考噪声信号Y1(n)经过自适应LMS滤波器处理后，得到次级噪声信号u(n)。所述的步骤一中的参考噪声信号Y1(n)会在发动机每次启动后3-5分钟内会进行校验更新。所述的参考噪声信号Y1(n)的校验更新具体包括以下步骤：步骤11、利用置于发动机附近的声音采集装置采集噪声信号；步骤12、运用信号分析单元对初始噪声信号进行分析处理，消除次级噪声信号的声反馈，并对噪声信号进行过滤得到发动机在该转速下的机械噪声、进排气噪声信号；步骤13、将信号分析单元获得的噪声信号与相同转速下的参考噪声信号作比较，确定是否更新参考噪声信号；步骤14、对参考噪声信号进行更新，将其存储于存储单元。所述的步骤11中的噪声信号包括了发动机噪声信号、次级声反馈噪声信号以及外部噪声。所述的步骤12的具体方法为：通过次级声反馈函数估计F′(z)，消除次级声反馈信号；通过发动机噪声信号滤波通道W1(z)得到该转速下特定频率的噪声信号值，当频率为机械噪声和进排气噪声的基频和倍频时，获得的噪声信号Y(n)即为发动机在该转速下的发动机机械噪声和进排气噪声。所述的步骤13的具体方法为：对信号分析单元获得的噪声信号与相同转速下的参考噪声信号的相似度设定一个阈值，当步骤12中所获得的噪声信号Y(n)与存储单元预存的参考噪声信号Y1(n)的相似度超过所设定的阈值时，则不对该参考噪声信号进行更新；当Y(n)与Y1(n)的相似度小于所设定的阈值时，则对参考噪声信号进行更新，将Y(n)赋予Y1(n)。本专利技术的有益效果为：1、本专利技术所述的一种基于发动机转速的主动降噪方法及装置，所述参考噪声信号是通过噪声频率与发动机转速建立关系，当获取到发动机转速信号时，参考噪声信号也就能够获得，即通过转速信号就能得到相应的参考噪声信号。相较于通过布置加速度传感器来预测参考噪声信号，本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于发动机转速的主动降噪装置，其特征在于，所述的主动降噪装置包括信号获取装置、信号处理装置和声音播放装置；所述的信号获取装置包括：声音采集装置，设置在发动机的一侧和车厢内需要降噪区域，用于采集发动机附近的发动机噪声信号X′(n)和车厢内需要实现降噪区域的误差噪声信号e0(n)；总线信号读取设备，用于读取任一时刻发动机转速n，通过信号处理装置中存储的不同转速对应的参考噪声信号即发动机转速与参考噪声信号的对应关系，就能实现对发动机机械噪声、进排气噪声的准确反映；所述的信号处理装置包括：存储单元，用于在汽车出厂时，将发动机各转速下发动机的噪声信号和进排气噪声信号进行存储，根据发动机转速与发动机噪声和进排气噪声的频率之间的关系，建立发动机转速与发动机噪声频率与进排气噪声频率的对应关系，将这些信号作为参考噪声信号Y1(n)；，并且能够储存更新的参考噪声信号；信号分析单元，用于消除发动机噪声信号X′(n)的声反馈效应，并提取出发动机在该转速下的机械噪声和进排气噪声Y(n)；并从误差噪声信号e0(n)中提取出特定频率下的误差噪声信号e1(n)，所述的特定频率为该时刻发动机转速对应的进排气噪声信号及机械噪声基频和倍频；还能根据最小均方算法更新滤波器权系数向量W(n)；比较单元，用于将提取出发动机在该转速下的机械噪声和进排气噪声Y(n)与存储单元中相同转速下发动机的参考噪声信号Y1(n)进行比较，完成参考噪声信号的更新；生成单元，用于根据参考噪声信号Y1(n)生成次级噪声信号u(n)并且用来抵消车厢内的发动机噪声；所述的声音播放装置，用于将信号处理装置中生成单元的数字信号转化为声信号，在车厢内播放次级噪声信号，以抵消车厢内发动机噪声；所述的声音采集装置与信号分析单元相连；所述的总线信号读取设备与存储单元相连；所述的信号分析单元与比较单元相连；所述的比较单元与存储单元相连；所述的存储单元与信号分析单元相连；所述的信号分析单元与生成单元相连；所述的生成单元与声音播放装置相连。...

【技术特征摘要】
1.一种基于发动机转速的主动降噪装置，其特征在于，所述的主动降噪装置包括信号获取装置、信号处理装置和声音播放装置；所述的信号获取装置包括：声音采集装置，设置在发动机的一侧和车厢内需要降噪区域，用于采集发动机附近的发动机噪声信号X′(n)和车厢内需要实现降噪区域的误差噪声信号e0(n)；总线信号读取设备，用于读取任一时刻发动机转速n，通过信号处理装置中存储的不同转速对应的参考噪声信号即发动机转速与参考噪声信号的对应关系，就能实现对发动机机械噪声、进排气噪声的准确反映；所述的信号处理装置包括：存储单元，用于在汽车出厂时，将发动机各转速下发动机的噪声信号和进排气噪声信号进行存储，根据发动机转速与发动机噪声和进排气噪声的频率之间的关系，建立发动机转速与发动机噪声频率与进排气噪声频率的对应关系，将这些信号作为参考噪声信号Y1(n)；，并且能够储存更新的参考噪声信号；信号分析单元，用于消除发动机噪声信号X′(n)的声反馈效应，并提取出发动机在该转速下的机械噪声和进排气噪声Y(n)；并从误差噪声信号e0(n)中提取出特定频率下的误差噪声信号e1(n)，所述的特定频率为该时刻发动机转速对应的进排气噪声信号及机械噪声基频和倍频；还能根据最小均方算法更新滤波器权系数向量W(n)；比较单元，用于将提取出发动机在该转速下的机械噪声和进排气噪声Y(n)与存储单元中相同转速下发动机的参考噪声信号Y1(n)进行比较，完成参考噪声信号的更新；生成单元，用于根据参考噪声信号Y1(n)生成次级噪声信号u(n)并且用来抵消车厢内的发动机噪声；所述的声音播放装置，用于将信号处理装置中生成单元的数字信号转化为声信号，在车厢内播放次级噪声信号，以抵消车厢内发动机噪声；所述的声音采集装置与信号分析单元相连；所述的总线信号读取设备与存储单元相连；所述的信号分析单元与比较单元相连；所述的比较单元与存储单元相连；所述的存储单元与信号分析单元相连；所述的信号分析单元与生成单元相连；所述的生成单元与声音播放装置相连。2.根据权利要求1所述的一种基于发动机转速的主动降噪装置的主动降噪方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、预先建立发动机转速与发动机噪声的对应关系，将标定的噪声信号作为参考噪声信号Y1(n)存储；所述的发动机噪声包括发动机机械噪声和进排气噪声；步骤二、当确认发动机启动时，利用总线信号读取设备获得发动机转速信号，通过转速与噪声的对应关系，得到参考噪声信号Y1(n)；步骤三、根据步骤二中的参考噪声信号Y1(n)，利用LMS自适应滤波器得到次级噪声信号u(n)；步骤四、通过声音播放装置播放次级噪声信号u(n)，以抵消车厢内的发动机机噪声。3.根据权利要求2所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈书明，陈文海，朱文波，朱彤彤，宋世壮，贾纪昭，王业斌，王登峰，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22