汽车多通道主动降噪方法研究

作     者：黄国勇 

作者单位：吉林大学 

学位级别：硕士

导师姓名：吕伟国

授予年度：2024年

学科分类：12[管理学] 083002[工学-环境工程] 1204[管理学-公共管理] 120402[管理学-社会医学与卫生事业管理(可授管理学、医学学位)] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 082304[工学-载运工具运用工程] 08[工学] 080204[工学-车辆工程] 0837[工学-安全科学与工程] 0802[工学-机械工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：主动噪声控制 发动机噪声 路噪 多通道 远程麦克风技术 

摘      要：NVH(Noise Vibration Harshness)是衡量汽车驾驶舒适性的重要指标,直接影响车内驾驶体验,左右消费者的购买意图。主动噪声控制(Active Noise Control,ANC)技术,由于对低频噪声有较好的降噪效果,现已经逐渐成为车内发动机噪声和路噪控制的首选方法。同时由于误差麦克风通常布置在头枕或者车顶,与人耳位置有一定的距离,导致主动噪声控制中人耳位置的降噪效果较弱。为在汽车车内四个驾乘位置实现对噪声的有效控制,本文针对某新能源汽车车内发动机噪声和路噪进行多通道主动噪声控制研究,并结合远程麦克风技术(Remote Microphone Technique,RMT)对主动控制算法进行改进,提高人耳位置的降噪量。 针对发动机噪声主动控制,采用多通道自适应陷波Fx LMS(Adaptive Notch Filtered-x Least Mean Square,ANF-Fx LMS)算法。采集实车四个驾乘位置的发动机噪声和估计实车的次级路径,以发动机转速计算参考频率进行ANC系统仿真模拟降噪;并搭建实验室平台,进行验证实验。仿真结果表明总声压级降低3.8-9.9d BA,实验室结果表明总声压级降低7.4-14.1d BA,证明了ANC系统的有效性。最后将算法集成到开发板并搭配车载音频系统进行实车试验,由于车内发动机噪声声场对比实验室声场,环境更加复杂,导致实车降噪量整体低于实验室降噪量,但多通道ANC系统仍然能够对四个驾乘位置的发动机噪声实现主动控制,最大降噪量为7.2d BA。 针对路噪主动控制,采用多通道时频域Fx LMS(Time-Frequency domain Fx LMS,TF-Fx LMS)算法。汽车车内路噪主动控制(Road Noise Control,RNC)系统的参考信号获取与ANC系统不同,需要布置加速度计来获取,并对其进行多重相干分析从而确认加速度计布置位置。在实验室考察RNC系统的降噪效果,降噪量为2.9-3.8d BA,实现了有效降噪,且在50-250Hz频段的降噪量明显高于较高频段的降噪量,这是因为低频噪声的波长更长,更容易实现对该噪声的相消性干涉。以不同速度匀速行驶在同一条沥青路面进行实车试验,结果表明RNC系统能够有效降低车内路噪,在速度为40kph时,最大降噪量为3.8d BA,人的主观感受明显。但随着车速提升,在普通沥青路面行驶所激发的路噪特征变得不明显,且风噪也在增加,导致降噪量在减小,但当速度提升到70kph时,最大降噪量也能达到1.9d BA。 RMT中估计初级声场在物理麦克风处响应到虚拟麦克风处响应的传递函数,并利用该传递函数在控制算法中由物理麦克风接收的信号计算虚拟麦克风信号,把估计的虚拟麦克风信号作为误差信号进行主动噪声控制,从而在虚拟麦克风位置产生一个安静区域。本文在多通道频域Fx LMS(Frequency domain Fx LMS,FDA)算法基础上提出了结合RMT的多通道频域Fx LMS(RMT-FDA)算法。在实验室模拟不同噪声环境,对比FDA算法和RMT-FDA算法在虚拟麦克风位置的降噪效果,验证了RMT-FDA算法的有效性。 控制噪声需要精准估计噪声的幅度和相位。在窄带噪声环境下,RMT-FDA算法中估计物理麦克风响应到虚拟麦克风响应的传递函数的精度随着物理麦克风到虚拟麦克风距离d值的增加而降低,导致虚拟麦克风位置降噪量也随着d值增加而减小。传递函数、物理次级路径和虚拟次级路径的估计存在误差,使计算的虚拟麦克风信号与真实值存在偏差,从而导致虚拟麦克风位置的降噪量低于FDA算法直接对物理麦克风位置降噪的降噪量,但仍比FDA算法降噪时虚拟麦克风位置的降噪量高8-17d BA,降噪量提升明显。在宽带噪声环境下,d值增加对RMT-FDA算法中虚拟麦克风位置降噪量影响较小。RMT-FDA算法降噪时虚拟麦克风位置的降噪量接近FDA算法直接对物理麦克风位置降噪的降噪量。 本文的研究工作对汽车多通道主动降噪方法的改进与优化提供了新思路,并且对汽车上实现远程麦克风技术有一定的参考价值。