本发明涉及了噪声主动控制系统技术，尤其是涉及了一种基于声品质控制的汽车路噪和发动机噪声混合控制方法和系统。
背景技术：
1、目前传统燃油车包括混动车内噪声主要由以下几个部分组成：a)发动机噪声，主要包括机械运动和燃烧产生的阶次噪声；b)路噪，主要包括结构振动引起的噪声；c)风噪声，当汽车在空气中高速行驶时，风噪声成为车内噪声的主要组成部分。
2、车内噪声控制按照控制手段划分，分为被动控制和主动控制。其中被动控制技术主要通过增大材料结构阻尼和大量使用吸声材料等方法实现，但是随着近年来汽车厂商对车辆轻量化要求不断提高，被动控制的方法已饱受诟病。主动控制技术则是利用次级声源对车内相关噪声进行抵消控制，越来越受到厂商的关注。
3、目前车内主动噪声控制技术主要针对于发动机噪声和路噪开展的，其中发动机噪声主动控制主要针对的是由发动机系统中旋转机械产生的阶次噪声，而路噪主动控制主要针对的是由道路激励通过车身传递到车内的宽频随机噪声。现有的发动机噪声控制系统和路噪控制系统大多数是独立运行的，当然为了实现两者噪声都得到最大程度的控制，就需要对他们进行同步混合控制。同时控制后的车内残余噪声对声学舒适性有较大的影响，而目前的方法尚未考虑到声品质控制在路噪和发动机噪声混合控制中的应用。
技术实现思路
1、本发明的目的是解决汽车路噪和发动机噪声同步主动控制下残余噪声的声品质问题，而设计的一种基于声品质控制的汽车路噪和发动机噪声混合控制方法和系统，满足乘员对更好车内声学舒适性的需求。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
2、本发明的技术方案包括：一种基于声品质控制的汽车路噪和发动机噪声混合控制方法，包括宽带控制子模型、窄带控制子模型、残余信号分离子模型、误差信号设计子模型。采集车身端上的多个振动加速度信号，生成宽带参考信号矩阵xr(n)；采集发动机转速信号和根据需要控制的发动机噪声阶次，生成窄带参考信号矩阵xn(n)；采集车内乘员头部位置经控制后的残余噪声信号，生成误差信号矩阵e(n)；残余信号分离子模型主要是对残余噪声信号的宽频路噪成分进行分离，生成经分离的残余路噪矩阵er(n)；残余信号设计子模型主要是对残余噪声信号的阶次成分进行设计，生成经设计的残余噪声矩阵ee(n)；宽带控制子模型主要针对路噪的控制，时域宽带自适应滤波器wr(n)由频域宽带自适应滤波器w'r通过ifft变换得到，与所述的信号矩阵xr(n)卷积后生成针对路噪的扬声器控制信号矩阵ur(n)，其中频域宽带自适应滤波器w'r接收经频域滤波的宽带参考信号矩阵r'r和分离的频域残余路噪矩阵e'r更新系数；窄带控制子模型主要针对发动机噪声的控制，接收经滤波的窄带参考信号矩阵re(n)和所述的经设计的残余噪声矩阵en(n)更新时域自适应滤波器we(n)，生成针对发动机噪声的扬声器控制信号矩阵ue(n)。所述的控制信号ue(n)，un(n)组合后生成次级扬声器总的控制信号矩阵ut(n)；次级扬声器在误差传声器处发出次级信号矩阵y(n),与主级噪声d(n)进行抵消。
3、可选的，所述的宽带参考信号矩阵xr(n)具体为：
4、xr(n)＝[xr1(n),xr1(n)…xrk(n)]t，其中k为采集的振动信号个数。
5、可选的，所述的窄带参考信号矩阵xn(n)具体为：
6、xn(n)＝[sin(2πf1n),cos(2πf1n)…sin(2πfzn),cos(2πfzn)]t，其中fz为实际要控制发动机阶次噪声对应的频率，z为要控制的阶次频率数目。
7、可选的，所述的误差信号矩阵e(n)具体为：
8、e(n)＝[e1(n),e2(n)…el(n)]t，其中l为采集的残余噪声信号个数。
9、可选的，所述的经频域滤波的宽带参考信号矩阵r'r，具体表示为：
10、rr∈cl×mk
11、其中rrl＝[rrl11,rrl12…rrl1k,rrl21…rrlmk]t，m为次级扬声器的个数，rrlmk由第k个振动信号经第m个次级传声器到第l个误差麦克风之间传递函数的估计值频域滤波得到：
12、
13、其中⊙表示为矩阵的哈达玛积，表示为第m个次级传声器到第l个误差麦克风之间传递函数的频域估计值，表示为第k个振动信号的时域矩阵。
14、可选的，所述的频域宽带自适应滤波器wr(n)系数的更新可以表示为：
15、
16、其中ar为宽带滤波器步长因子，e'r＝fft(er)为残余路噪矩阵的频域表示。
17、可选的，时域宽带自适应滤波器wr(n)由频域宽带自适应滤波器w'r通过ifft变换得到，表示为：
18、wr(n)＝ifft(w'r)
19、可选的，经设计的残余噪声矩阵ee(n)，可以表示为：
20、ee(n)＝e(n)-ep(n)
21、其中ep(n)为期望残余信号矩阵。
22、可选的，所述的经滤波的窄带参考信号矩阵re(n)，可以表示为：
23、
24、其中rel(n)＝[rel11(n),rel12(n)…rel1(2z)(n),rel21(n)…rrim(2z)(n)]t，i为时域传递函数估计值的长度。
25、可选的，所述的时域窄带自适应滤波器we(n)系数的更新可以表示为：
26、
27、其中ae为窄带滤波器步长因子。
28、可选的，初始时刻时，次级扬声器控制信号矩阵ur(n)和ue(n)均为零矩阵。
29、可选的，所述的针对路噪的扬声器控制信号矩阵ur(n)更新可以表示为：
30、
31、其中矩阵由矩阵wr(n)分解变换得到，包含了在当前及i-1之前时刻全部宽带参考信号；
32、可选的，所述的针对发动机噪声的扬声器控制信号矩阵ue(n)更新同理可以表示为：
33、
34、其中矩阵由矩阵we(n)分解变换得到。包含了在当前及i-1之前时刻全部窄带参考信号；
35、可选的，所述的次级扬声器总的控制信号矩阵ut(n)，可以表示为：
36、ut(n)＝ur(n)+ue(n)
37、可选的，所述的次级信号矩阵y(n)可以表示为：
38、y(n)＝sm(n)ut(n)，y(n)∈cl×1
39、其中sm(n)为m个次级扬声器和l个误差麦克风之间真实的传递函数矩阵。可选的，所述的主级噪声d(n)为当次级扬声器不工作时，误差传声器测得的噪声信号。
40、本发明的技术方案包括：一种基于声品质控制的汽车路噪和发动机噪声混合控制系统：包括信号拾取系统、输入信号预处理系统、自适应处理系统、控制信号输出系统及次级发声系统。所述信号拾取系统，用于拾取车身端可表征路噪特征的多个振动信号，通过车辆高速can传输的发动机转速信号、车内各乘员头部位置的噪声信号；所述输入信号预处理系统，用于对信号拾取系统所发送的信号进行预处理工作；所述自适应处理系统，对输入信号预处理系统发送经解析处理的转速信号、振动信号、噪声信号进行自适应计算，输出各乘员头部位置噪声所符合的抵消信号；所述控制输出系统，接收自适应处理系统所输出的抵消信号，将其数字音频信号转换为次级声源可播放的模拟信号。所述次级发声系统，用于发出车内乘员头部位置噪声抵消的声音信号。
41、可选的，所述的信号拾取系统由车辆高速can模块实时提供发动机转速信息、多个三向振动传感器、多个误差传声器组成；其发动机转速由整车高速can直接发送can报文进行解析；其布置在车身的多个三向振动传感器拾取由路面激励经悬架传递至车身的振动信号；其布置在各乘员头部位置的多个传声器实时拾取车辆行驶过程中经抵消后的噪声信号。
42、可选的，所述的输入信号预处理系统由可支持can接收模块、can报文解析模块，以得到实时发动机转速信号；a2b信号传输模块，对拾取到48k hz采样率的振动和噪声信号降采样处理至2k hz，再对其进行25hz高通滤波，以降低底盘悬架所产生低频贡献的影响。
43、可选的，所述自适应处理系统对车声结构拾取到的振动信号，生成宽带参考信号矩阵xr(n)；对接收到解析后的发动机转速信号和根据需要控制的发动机噪声阶次，生成窄带参考信号矩阵xn(n)；拾取车内乘员头部位置经控制后的残余噪声信号，生成误差信号矩阵e(n)；对残余噪声信号的宽频路噪成分进行分离，生成经分离的残余路噪矩阵er(n)；对残余噪声信号的阶次成分进行设计，生成经设计的残余噪声矩阵ee(n)；时域宽带自适应滤波器wr(n)由频域宽带自适应滤波器w'r通过ifft变换得到，与所述的宽带参考信号矩阵xr(n)卷积后生成针对路噪的扬声器控制信号矩阵ur(n)，其中频域宽带自适应滤波器w'r接收经频域滤波的宽带参考信号矩阵r'r和分离的频域残余路噪矩阵e'r更新系数；接收经滤波的窄带参考信号矩阵re(n)和所述的经设计的残余噪声矩阵ee(n)更新时域窄带自适应滤波器we(n)，生成针对发动机噪声的扬声器控制信号矩阵ue(n)。所述的控制信号矩阵ur(n)，ue(n)组合后生成次级扬声器总的控制信号矩阵ut(n)；次级扬声器在车内乘员头部位置发出次级信号y(n),与主级噪声d(n)进行抵消。
44、可选的，所述控制输出系统由升采样模块、重构滤波、功放组成；升采样模块将自适应处理系统输出的控制信号升采样至48k hz；重构滤波对其升采样后的控制信号进行500hz低通滤波；将低通滤波后的控制信号输入功放模块。
45、可选的，所述次级发声系统由车门中低频扬声器和车载低音炮组成；接收控制输出系统信号发出与各乘员头部位置幅值相等相位相反的噪声进行抵消。
46、利用一种基于声品质控制的汽车路噪和发动机噪声混合控制系统，同时对车内单频噪声和宽带噪声进行控制，适用于各种动力系统的噪声控制，提升了系统的降噪性能，满足了客户对声音设计的要求，降低了项目开发成本。
1.一种基于声品质控制的汽车路噪和发动机噪声混合控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于声品质控制的汽车路噪和发动机噪声混合控制方法，其特征在于，所述的时域宽带自适应滤波器wr(n)由频域宽带自适应滤波器w′r通过ifft变换得到。
3.根据权利要求1所述的基于声品质控制的汽车路噪和发动机噪声混合控制方法，其特征在于，所述的频域残余路噪矩阵e′r为经分离的时域残余路噪矩阵er(n)的频域表示。
4.根据权利要求1所述的基于声品质控制的汽车路噪和发动机噪声混合控制方法，其特征在于，频域宽带自适应控制器w′r(n)的系数和时域窄带自适应控制器we(n)的系数分别由自适应算法分列更新：
5.一种基于声品质控制的汽车路噪和发动机噪声混合控制系统，其特征在于，包括信号拾取系统、输入信号预处理系统、自适应算法系统、控制信号输出系统以及次级发声系统；
6.根据权利要求5所述的一种基于声品质控制的汽车路噪和发动机噪声混合控制系统，其特征在于，所述的信号拾取系统由车辆高速can模块实时提供发动机转速信息、多个三向振动传感器、多个误差传声器组成；其发动机转速由整车高速can直接发送can报文进行解析；其布置在车身端的多个三向振动传感器拾取由路面激励经悬架传递至车身的振动信号；其布置在车内乘员头部位置的多个传声器实时拾取车辆行驶过程中经抵消后的噪声信号。
7.根据权利要求5所述的一种基于声品质控制的汽车路噪和发动机噪声混合控制系统，其特征在于，所述的输入信号预处理系统由可支持can接收模块、can报文解析模块，以得到实时发动机转速信号；a2b信号传输模块，对拾取到48k hz采样率的振动和噪声信号降采样处理至2k hz，再对其进行25hz高通滤波，以降低底盘悬架所产生低频贡献的影响。
8.根据权利要求5所述的一种基于声品质控制的汽车路噪和发动机噪声混合控制系统，其特征在于，所述自适应处理系统对车声结构拾取到的振动信号，生成宽带参考信号矩阵xr(n)；对接收到解析后的发动机转速信号和根据需要控制的发动机噪声阶次，生成窄带参考信号矩阵xn(n)；拾取车内乘员头部位置经控制后的残余噪声信号，生成误差信号矩阵e(n)；对残余噪声信号的宽频路噪成分进行分离，生成经分离的残余路噪矩阵er(n)；对残余噪声信号的阶次成分进行设计，生成经设计的残余噪声矩阵ee(n)；时域宽带自适应滤波器wr(n)由频域宽带自适应滤波器w′r通过ifft变换得到，与所述的宽带参考信号矩阵xr(n)卷积后生成针对路噪的扬声器控制信号矩阵ur(n)，其中频域宽带自适应滤波器w′r接收经频域滤波的宽带参考信号矩阵r'r和经分离的频域残余路噪矩阵e'r更新系数；接收经滤波的窄带参考信号矩阵re(n)和所述的经设计的残余噪声矩阵ee(n)更新时域自适应滤波器we(n)，生成针对发动机噪声的扬声器控制信号矩阵ue(n)。所述的控制信号ur(n)，ue(n)组合后生成次级扬声器总的控制信号矩阵ut(n)；以及扬声器在车内乘员头部位置产生信号y(n)，并与主级噪声d(n)进行抵消。
9.根据权利要求5所述的一种基于声品质控制的汽车路噪和发动机噪声混合控制系统，其特征在于，所述控制输出系统由升采样模块、重构滤波、功放组成；升采样模块将自适应处理系统输出的控制信号升采样至48k hz；重构滤波对其升采样后的控制信号进行500hz低通滤波；将低通滤波后的控制信号输入功放模块。
10.根据权利要求5所述的一种基于声品质控制的汽车路噪和发动机噪声混合控制系统，其特征在于，所述次级发声系统由车门中低频扬声器和车载低音炮组成；接收控制输出系统信号发出与车内乘员头部位置幅值相等相位相反的噪声进行抵消。
