一种汽车噪声控制装置及其控制方法与流程

本发明涉及噪声消除技术领域，特别是涉及一种汽车噪声控制装置及其控制方法。

背景技术：

随着汽车成为个人出行的主要交通工具之一，人们对汽车乘坐舒适性要求的提高、环保意识的加强以及汽车工业的发展，汽车的噪声控制日益受到人们的重视。噪音的危害是多方面的，噪音不仅对人们正常生活和工作造成极大干扰，影响人们交谈、思考，影响人的睡眠，使人产生烦躁、反应迟钝，工作效率降低，分散注意力，引起工作事故，更严重的情况是噪音可使人的听力和健康受到损害。噪音的强度愈大，频率愈高、作用时间愈长、个人耐力愈小，则危害愈严重。统计资料表明，80db(a)以下的噪音不会引起噪音性耳聋；80db(a)～85db(a)的噪音会造成轻微的听力损伤；85db(a)～100db(a)的噪音会造成一定数量的噪音性耳聋；而在100db(a)以上时，会造成相当大数量的噪音性耳聋。

现有的噪声控制方法多为被动控制，依靠修改结构设计、增加阻尼材料等来降低噪声，这些技术对降低中高频(高于500hz)噪声非常有效，是汽车行业目前使用的主流技术，但被动噪声控制技术存在以下缺陷：第一，在低频段控制效果差、控制频带窄、且附加质量大；第二，被动噪声控制效果对调校要求较高，在某一频率下调校好的设计也许对其它频率的噪声并不适用，例如，对于混合动力汽车和可变缸汽车来讲，在某一动力源或者某个缸数下调校好的系统，当动力源改变或气缸数变化时，原来调校好的系统有可能失效；第三、被动噪声控制技术往往需要经过多次迭代才能实现设计的声学目标，设计周期长，时间成本高；第四、被动噪声控制一致性差，同一型号的汽车噪声水平相差较大；第五、不同年龄段、不同种族的人对车内声音的感知也不尽相同，如果使用被动方法调校同一款车以满足不同市场客户对车内声音的期望，成本将大幅提高。

随着电子技术、控制技术的发展，有源消声技术在车内噪声控制方面得到了广泛的应用，但其难以有针对性地对车内噪声进行控制。

因此，目前亟需一种成本低、能够有针对性地对车内噪声进行全面控制的装置。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种汽车噪声控制装置及其控制方法，以解决现有技术中存在的技术问题，能够有效提高车内降噪效果，同时降低汽车噪声控制装置的成本。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种汽车噪声控制装置，包括中央控制系统、噪声采集系统、车速检测系统、误差检测系统、噪声控制系统；所述中央控制系统分别与所述噪声采集系统、车速检测系统、误差检测系统、噪声控制系统相连接；

所述噪声采集系统用于汽车内若干种噪声信号的采集，并将所采集的噪声信号传送至所述中央控制系统；

所述车速检测系统用于实时采集汽车的车速信号，并将所采集的车速信号传送至所述中央控制系统；

所述误差检测系统用于实时采集汽车内的噪声数据，并将所采集的噪声数据传送至所述中央控制系统；

所述噪声控制系统用于根据所述中央控制系统发送的控制信号对所述噪声信号进行消除；

所述中央控制系统用于构建噪声识别模型，所述噪声识别模型基于车速信号对主噪声源进行识别，并根据主噪声源的识别结果控制所述噪声采集系统进行相应噪声信号的采集，基于噪声信号的频率和振幅发送控制信号至所述噪声控制系统，完成所述主噪声源所对应噪声信号的消除；所述中央控制系统还用于对所述误差检测系统所采集的汽车内的噪声数据进行分贝值的识别，并在噪声数据的分贝值大于预设阈值的情况下对所述噪声识别模型的参数进行更新。

优选地，所述噪声采集系统包括噪声采集系统包括动力系统噪声信号采集模块、底盘震动信号采集模块、风噪信号采集模块，所述动力系统噪声信号采集模块设置在汽车的发动机舱内，用于采集动力系统噪声信号；所述底盘震动信号采集模块设置在汽车的底盘上，用于采集路面-轮胎噪声信号；所述风噪信号采集模块设置在汽车的驾驶舱内，用于采集风噪信号。

优选地，所述噪声控制系统包括振动控制系统和若干个声波发生器；

所述振动控制系统安装在汽车的底盘上，用于根据所述中央控制系统所发送的控制信号，完成所述路面-轮胎噪声的消除；

所述声波发生器包括设置在汽车发动机舱内的第一声波发生器、设置在汽车驾驶舱内的第二声波发生器；所述第一声波发生器、第二声波发生器分别根据所述中央控制系统所发送的控制信号，发出与相应噪声信号振幅大小相等、相位相差180度的声波信号，完成动力系统噪声信号、风噪信号的消除。

优选地，所述中央控制系统包括噪声识别模块、误差识别模块和输出控制模块；所述噪声识别模块与所述噪声采集系统、车速检测系统相连接，所述误差识别模块与所述误差检测系统相连接，所述输出控制模块分别与所述噪声采集系统、所述噪声控制系统相连接；

所述噪声识别模块用于基于模糊控制理论构建噪声识别模型，所述噪声识别模型基于车速信号对主噪声源进行识别；

所述误差识别模块用于根据所述误差检测系统所采集的汽车内的噪声数据进行分贝值的识别，所述噪声数据的分贝值包括动力系统噪声、路面-轮胎噪声和风噪声的总分贝值；

所述输出控制模块用于根据所述噪声识别模块中主噪声源的识别结果控制所述噪声采集系统进行相应噪声信号的采集，基于噪声信号的频率和振幅发送控制信号至所述噪声控制系统，完成所述主噪声源所对应噪声信号的消除；所述输出控制模块还用于在所述误差识别模块所获取的噪声数据分贝值大于预设阈值时，对所述噪声识别模型的参数进行更新。

优选地，所述误差识别模块根据所述动力系统噪声、路面-轮胎噪声和风噪声的频率对其进行分贝识别。

本发明还提供一种汽车噪声控制方法，包括如下步骤：

基于模糊控制理论构建噪声识别模型，并基于噪声信号、车速信号对所构建的噪声识别模型进行训练；所述噪声信号包括：动力系统噪声、路面-轮胎噪声和风噪声；

实时采集汽车的车速信号，并将所采集的车速信号输入至训练好的噪声识别模型，输出主噪声源；

基于主噪声源，采集其相应的噪声信号；

基于主噪声源所对应的噪声信号进行噪声控制；

实时采集汽车驾驶舱内动力系统噪声、路面-轮胎噪声和风噪声的总分贝值，所述总分贝值大于预设阈值的情况下，对所述噪声识别模型进行参数的更新，完成汽车噪声的控制。

本发明公开了以下技术效果：

(1)本发明汽车噪声控制装置采用主动式控制方法，能够适用于任何车型，无需调校，极大降低了汽车噪声控制装置的成本。

(2)本发明巧妙引入车速信号，基于模糊控制理论构建车速与车内主噪声源的对应关系，并基于车速信号进行主噪声源的识别，从而能够有针对性对车内噪声进行消除，有效提高了车内降噪效果，且避免了不必要能源的消耗。

(3)本发明通过误差检测系统对驾驶舱内的噪声信号进行实时监测，在驾驶舱内的噪声信号分贝值大于预设阈值的情况下，能够及时对噪声识别模型进行参数调整，有效保证了降噪效果及汽车噪声控制装置的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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为本发明汽车噪声控制装置结构示意图；

图2为本发明汽车噪声控制方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参照图1所示，本实施例提供一种汽车噪声控制装置，包括：中央控制系统、噪声采集系统、车速检测系统、误差检测系统、噪声控制系统；所述中央控制系统分别与所述噪声采集系统、车速检测系统、误差检测系统、噪声控制系统相连接；

通过研究车内噪声来源主要有三种：动力系统噪声、路面-轮胎噪声和风噪声，三个主要声源对车内噪声的贡献量是随着车速、外部环境(如风速、天气等)和路况变化的。汽车在怠速和低速行驶时，车内主要噪声来自发动机和其它动力辅助系统(如进气系统和排气系统)；当车速达到50km/h时，路面-轮胎噪声增加并随车速的提高而升高；当车速超过80km/h时，路面-轮胎噪声比动力系统噪声大，甚至掩蔽动力系统噪声，成为主要噪声源，特别是在粗糙路面上，路面-轮胎噪声更加突出；当车速达到100km/h时，风噪就开始出现，当车速达到120km/h时，风噪成为汽车的主要噪声源，当车速进一步提高时，风噪将完全掩盖动力系统噪声和路面-轮胎噪声。

所述噪声采集系统用于噪声信号的采集，针对车内噪声来源，以及各车速范围内的主要噪声源，本实施例噪声采集系统包括动力系统噪声信号采集模块、底盘震动信号采集模块、风噪信号采集模块，其中所述动力系统噪声信号采集模块设置在汽车的发动机舱内，用于采集动力系统噪声信号；所述底盘震动信号采集模块设置在汽车的底盘上，用于采集路面-轮胎噪声信号；所述风噪信号采集模块设置在汽车的驾驶舱内，用于采集风噪信号。所述动力系统噪声信号采集模块、底盘震动信号采集模块、风噪信号采集模块所采集的噪声信号包括振幅、相位、频率，并将所采集的噪声信号传送至所述中央控制系统。

所述车速检测系统采用车速传感器，所述车速传感器设置于汽车的变速箱上，通过检测特定轴的转速来获取车速信号，并将所采集的车速信号传输至所述中央控制系统。

所述误差检测系统采用环境噪声测试仪，安装在汽车的驾驶舱内，用于实时检测汽车驾驶舱内的噪声数据，并传送至所述中央控制系统。

所述噪声控制系统用于根据所述中央控制系统发送的控制信号对所述噪声信号进行消除；所述噪声控制系统包括振动控制系统和若干个声波发生器；

所述振动控制系统安装在汽车的底盘上，包括激振器和振动能储存装置；所述振动能储存装置分别与汽车底盘和所述激振器相连接，所述激振器与所述中央控制系统相连接；所述振动能储存装置用于储存汽车底盘振动过程中所产生的振动能，所述激振器用于根据所述中央控制系统所发送的控制信号，激励所述振动能储存装置释放与所述汽车底盘振幅大小相等，相位相差180度的振动信号，完成所述路面-轮胎噪声的消除。

所述声波发生器包括设置在汽车发动机舱内的第一声波发生器、设置在汽车驾驶舱内的第二声波发生器；所述第一声波发生器、第二声波发生器分别根据所述中央控制系统所发送的控制信号，发出与相应噪声信号振幅大小相等、相位相差180度的声波信号，用于相应噪声信号的消除。

所述中央控制系统包括噪声识别模块、误差识别模块和输出控制模块；所述噪声识别模块与所述噪声采集系统、车速检测系统相连接，所述误差识别模块与所述误差检测系统相连接，所述输出控制模块分别与所述噪声采集系统、所述噪声控制系统相连接。

所述噪声识别模块用于对相应车速范围内的主要噪声源进行识别，具体包括如下步骤：

首先，基于模糊控制理论构建噪声识别模型；模糊控制是一种从行为上模仿人的模糊推理和决策过程的一种智能控制方法，能够根据实时采集的车速信号对主要噪声源进行准确识别。

其次，通过所述噪声采集系统在不同路况、不同车速范围内所采集的噪声信号，以及所述车速检测系统所采集的相对应的车速信号对所述噪声识别模型进行训练；由于不同类别的噪声其频率存在显著差异，动力系统噪声信号的基本频率为125-250hz，路面-轮胎噪声频率集中在700-1300hz，风噪主要能量成分集中在45hz左右，因此，通过所述噪声采集系统所采集的噪声的频率能够对噪声的类别进行准确识别；在相同时刻，将振幅最大的噪声信号作为主噪声源，从而得到车速范围内与主噪声源的对应关系。

再次，将所述车速检测系统实时采集的车速信息输入至所述噪声识别模型，输出主噪声源，并将主噪声源的识别结果输出至所述输出控制模块。

所述误差识别模块根据所述误差检测系统所采集的噪声数据，对汽车驾驶舱内动力系统噪声、路面-轮胎噪声和风噪声的总分贝进行识别，并将识别结果输出至所述输出控制模块。其中，所述误差识别模块根据所述动力系统噪声、路面-轮胎噪声和风噪声的频率对其进行分贝识别。

所述输出控制模块用于根据主噪声源识别结果，控制所述主噪声源对应的噪声采集模块进行噪声信号的采集，并根据所采集的噪声信号的振幅和频率，输出控制信号至所述噪声控制系统，从而实现对主噪声源进行有针对性的消除，不仅能够有效降低车内的噪声，而且能够有效避免所述噪声控制系统中的所有模块同时工作造成的能源耗费。所述输出控制模块还用于在所述误差识别模块所识别到的系统噪声、路面-轮胎噪声和风噪声的总分贝大于预设阈值的情况下，控制所述噪声识别模型进行参数的更新，本实施例中预设阈值采用40分贝。

参照图2所示，本实施例还提供一种汽车噪声控制方法，具体包括如下步骤：

步骤s1、基于模糊控制理论构建噪声识别模型，并基于噪声信号、车速信号对所构建的噪声识别模型进行训练；所述噪声信号包括：动力系统噪声、路面-轮胎噪声和风噪声；

步骤s2、实时采集汽车的车速信号，并将所采集的车速信号输入至训练好的噪声识别模型，输出主噪声源；

步骤s3、基于主噪声源，采集其相应的噪声信号；

步骤s4、基于主噪声源所对应的噪声信号进行噪声控制；

步骤s5、实时采集汽车驾驶舱内动力系统噪声、路面-轮胎噪声和风噪声的总分贝值，所述总分贝值大于预设阈值的情况下，对所述噪声识别模型进行参数的更新，完成汽车噪声的控制；本实施例中预设阈值设定为40分贝，有效保证了汽车驾驶舱内动力系统噪声、路面-轮胎噪声和风噪声的总分贝值低于40分贝。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

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