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专利号: 2018105403312
申请人: 重庆交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 基本电子电路
更新日期:2024-04-03
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种车辆主动减振降噪系统,其特征在于:包括用于采集并处理发动机振动位移信号的参考采集处理模块、用于采集并处理车身内部振动噪声信号的振动噪声采集处理模块、用于产生与车身振动噪声信号相反的抵消噪声信号的控制源、用于采集和处理抵消噪声信号的误差采集处理模块和控制模块;

所述控制模块的输入端与参考采集模块的输出端连接,用于接收发动机振动信号,产生激励信号;

所述控制模块的输出端与控制源的输入端连接,用于向控制源发出激励信号,使控制源产生与车身振动噪声信号相反的抵消噪声信号;

参考采集处理模块包括位移传感器Ⅰ、低通滤波器Ⅰ、A/D转换器Ⅰ和TD滤波器;

所述位移传感器Ⅰ固定安装在发动机支架上,用于采集发动机转动产生的发动机振动位移信号并发送发动机振动位移信号到低通滤波器Ⅰ;所述发动机振动位移信号依次通过低通滤波器Ⅰ、A/D转换器Ⅰ和TD滤波器的处理,得到参考输入信号X1(n);

所述振动噪声采集处理模块包括:位移传感器Ⅲ、低通滤波器Ⅲ和A/D转换器Ⅲ;所述位移传感器Ⅲ设置在车身内部的振动处,用于采集车身内部振动噪声信号;所述振动噪声信号依次通过低通滤波器Ⅲ和A/D转换器Ⅲ的处理得到信号D(n);

所述控制源上还固定安装有位移传感器Ⅱ,所述位移传感器Ⅱ用于采集抵消噪声信号;还包括A/D转换器Ⅱ,所述A/D转换器Ⅱ输入端与位移传感器Ⅱ的输出端连接,用于对抵消噪声信号进行A/D转换,得到信号ε(n);

所述控制模块包括内置有自适应滤波器Ⅰ的DSP控制芯片Ⅰ、和在线建模单元;

所述在线建模单元包括内置有自适应滤波器Ⅱ和自适应滤波器Ⅲ的DSP控制芯片Ⅱ、和误差传感器Ⅴ;

所述自适应滤波器Ⅱ和自适应滤波器Ⅲ均为FxLMS算法的自适应滤波器;

所述自适应滤波器Ⅱ对主通道进行在线建模,得到主通道的估计模型 所述自适应滤波器Ⅱ接收参考输入信号X1(n)、激励信号y(n)和信号e5(n),对自适应滤波器Ⅱ的时域系数向量 进行更新;

所述自适应滤波器Ⅲ对控制通道进行在线建模,得到控制通道的估计模型 所述自适应滤波器Ⅲ接收参考输入信号X1(n)、激励信号y(n)和信号e5(n),对自适应滤波器Ⅱ的时域系数向量 进行更新;

所述误差传感器Ⅴ接收误差采集处理模块输出的信号e3(n)、信号 和信号并对信号e3(n)、信号 和信号 进行叠加得到信号e5(n);

所述信号 由信号X1(n)经主通道的估计模型 传递后得到;

所述信号 由激励信号y(n)经控制通道的估计模型 传递后得到,上标T是转置符号;

所述自适应滤波器Ⅰ接收信号X1'(n),并利用FxLMS算法对X1'(n)进行处理后输出信号y”(n);

所述信号X1'(n)由信号X1(n)经控制通道的估计模型 传递后得到;

所述自适应滤波器Ⅰ的输入端与TD滤波器的输出端连接,用于接收参考输入信号X1(n),并根据FxLMS算法对X1(n)进行处理得到激励信号y(n);

所述自适应滤波器Ⅰ与误差采集处理模块连接,用于接收误差采集处理模块输出的信号e4(n),并根据信号e4(n)和X1'(n),对自适应波器Ⅰ时域系数向量W(n)进行更新;

所述自适应滤波器Ⅰ为FxLMS算法的自适应滤波器。

2.根据权利要求1所述车辆主动减振降噪系统,其特征在于:抵消噪声信号的控制源为压电陶瓷作动器。

3.根据权利要求1所述车辆主动减振降噪系统,其特征在于:所述控制模块的输出端与控制源的输入端之间还设置有激励信号传输模块,所述激励信号传输模块包括D/A转换器、重构滤波器、功率放大器和传递函数建立辨识单元;

所述激励信号y(n)依次通过D/A转换器、重构滤波器、功率放大器的处理后得到信号y1(n),所述信号y1(n)通过传递函数建立辨识单元的传递函数T(n)的传递后得到信号所述信号 输入控制源,控制控制源产生与车身振动噪声信号相反的抵消噪声信号;其中, 为传递函数T(n)的系数向量,上标T是转置符号;

所述传递函数建立辨识单元包括电压信号发生器、编码器、误差传感器Ⅵ、A/D转换器Ⅳ和自适应滤波器Ⅳ;

所述电压信号发生器的输出端与压电陶瓷作动器的输入端连接,用于产生电压信号驱动压电陶瓷作动器产生位移;

所述编码器的输入端与压电陶瓷作动器的输出端连接,用于将压电陶瓷作动器的输出位移信号转换为电信号v(n);

所述误差传感器Ⅵ接收电信号v(n)和自适应滤波器Ⅳ的输出信号c(n),并计算v(n)和c(n)的差值,得到并输出信号e6(n);

所述自适应滤波器Ⅳ对传递函数T(n)进行离线建模,得到传递函数T(n)的模型,所述自适应滤波器Ⅳ接收信号u(n)和信号e6(n),根据信号u(n)和信号e6(n)对自适应滤波器Ⅳ时域系数向量 进行更新确定;所述自适应滤波器Ⅳ时域系数向量即为传递函数T(n)的系数向量;

所述信号u(n)由电压信号发生器产生的电压信号经A/D转换器Ⅳ转换处理后得到。

4.根据权利要求3所述车辆主动减振降噪系统,其特征在于:所述误差采集处理模块包括误差传感器Ⅰ、误差传感器Ⅱ、误差传感器Ⅲ和误差传感器Ⅳ;

所述误差传感器Ⅰ对期望信号d(n)和信号y'(n)进行叠加,得到抵消残留信号e1(n);

所述期望信号d(n)由信号D(n)通过主通道P(n)传输后得到,并由误差传感器Ⅰ采集期望信号d(n);

所述信号y'(n)由信号ε(n)通过控制通道S(n)传输后得到,并由误差传感器Ⅰ直接采集信号y'(n);

所述激励信号y(n)经控制通道的估计模型 后得到信号 所述误差传感器Ⅱ接收抵消残留信号e1(n)和信号 并求抵消残留信号e1(n)和信号 的差值,得到信号e2(n);

所述误差传感器Ⅲ接收信号e2(n)和信号y”(n),并对信号e2(n)和信号y”(n)进行叠加,得到并输出信号e3(n);

所述误差传感器Ⅳ接收信号y”(n)和信号d'(n),并对y”(n)和d'(n)进行叠加,得到并输出信号e4(n);

所述信号d'(n)由信号D(n)经主通道的估计模型 传递后得到。

5.一种车辆主动减振降噪方法,其特征在于:包括步骤T

S1:FxLMS算法的自适应滤波器Ⅰ接收参考输入信号X1(n),根据公式y(n)=X1 (n)·W(n)得到自适应滤波器Ⅰ输出的激励信号y(n);其中,W(n)是自适应滤波器Ⅰ的时域系数向量;上标T是转置符号;

所述参考输入信号X1(n)由采集到的发动机振动位移信号依次经低通滤波器Ⅰ、A/D转换器Ⅰ和TD滤波器的处理后得到;

S2:离线建立传递函数T(n),将激励信号y(n)依次通过D/A转换器、重构滤波器的处理后得到信号y1(n),所述信号y1(n)通过传递函数T(n)传递后得到信号 所述信号输入控制源,控制控制源发出抵消噪声信号;然后,采集抵消噪声信号并将抵消噪声信号经A/D转换处理后得到信号ε(n),将信号ε(n)通过控制通道S(n)传输后得到信号y'(n); 为传递函数T(n)的系数向量;

S3:采集车身内部振动噪声信号,并将车身内部振动噪声信号依次经过低通滤波器Ⅲ和A/D转换器Ⅲ处理,得到信号D(n),信号D(n)通过主通道P(z)传输后得到的期望信号d(n);

S4:对期望信号d(n)和信号y'(n)进行叠加,得到抵消残留信号e1(n);计算残留信号e1(n)和信号 的差,得到信号e2(n);

所述e1(n)的计算公式为e1(n)=d(n)+y'(n);

所述e2(n)的计算公式为

所述信号 由激励信号y(n)经控制通道的估计模型 传递后得到;

所述 的计算公式为 其中, 表示控制通道的估计模型 的系数向量,上标T是转置符号;

S5:参考输入信号X1(n)经控制通道的估计模型 后得到信号X1'(n);FxLMS算法的自T

适应波器Ⅰ接收信号X1'(n)和信号e4(n);根据公式y”(n)=W (n)·X1'(n)得到自适应滤波器Ⅰ输出的信号y”(n);根据公式 对自适应波器Ⅰ时域系数向量W(n)进行更新,其中,μ1表示自适应波器Ⅰ的FxLMS算法的步长因子,上标T表示转置;

所述信号e4(n)的信号d'(n)和y”(n)叠加得到;

所述信号X1'(n)的计算公式为所述e4(n)的计算公式为e4(n)=d'(n)+y”(n);

所述d'(n)由信号D(n)经主通道的估计模型 传递后得到;

所述d'(n)的计算公式为 表示主通道的估计模型 的系数向量,上标T是转置符号;

S6:通过自适应波器Ⅱ在线建立主通道的估计模型为其中,k为自适应波器Ⅱ的阶数,ak为自适应波器Ⅱ的系数;自适应波器Ⅱ的时域系数向量 为[a0,a1,…,ak‑1],所述自适应波器Ⅱ的时域系数向量即为主通道的估计模型的系数向量;

通过自适应波器Ⅲ在线建立控制通道的估计模型为其中,m为自适应波器Ⅲ的阶数,bm为自适应波器Ⅲ的系数;自适应波器Ⅲ的时域系数向量 为[a0,a1,…,ak‑1],所述自适应波器Ⅲ的时域系数向量即为控制通道的估计模型的系数向量;

FxLMS算法的自适应波器Ⅱ接收参考输入信号X1(n)、激励信号y(n)和信号e5(n),并根据公式 对 进行更新;FxLMS算法的自适应波器Ⅲ接收参考输入信号X1(n)、激励信号y(n)和信号e5(n),并根据公式对 进行更新,其中,μsp表示自适应波器Ⅱ的FxLMS算法的步长因子;μsp'表示自适应波器Ⅲ的FxLMS算法的步长因子,上标T表示转置;

所述e5(n)由信号e3(n)、信号 和信号 进行叠加得到;

所述信号 由信号X1(n)经主通道的估计模型 传递后得到;

所述信号 由激励信号y(n)经控制通道的估计模型 传递后得到;

所述e5(n)的计算公式为 上标T表示转置;

所述e3(n)由信号e2(n)和信号y”(n)进行叠加得到;

所述e3(n)的计算公式为e3(n)=e2(n)+y”(n)。

6.根据权利要求5所述车辆主动减振降噪方法,其特征在于:所述步骤S2中的离线建立传递函数T(n)包括步骤:

S201:通过自适应波器Ⅳ离线建立传递函数T(n)的模型,所述T(n)的模型为‑1 i‑1

T(n)=g0+g1n +…+gi‑1n ,其中,i为自适应波器Ⅳ的阶数,gi为自适应波器Ⅳ的系数;自适应波器Ⅳ的时域系数向量 为[g0,g1,…,gi‑1],所述自适应波器Ⅳ的时域系数向量即为传递函数T(n)的系数向量;自适应波器Ⅳ为FxLMS算法的自适应滤波器;

S202:设定 的初始值为[1,0,0,…,0],即令g0=1,令除g0以外的其他自适应波器Ⅳ的系数为0,即g1=g2=…=gi‑1=0;设定电压信号发生器产生的初始电压信号为u0;

S203:利用电压信号发生器产生的当前电压信号驱动压电陶瓷作动器作动;编码器将压电陶瓷作动器作动产生的位移信号转换为电信号v(n),S204:将电压信号发生器产生的电压信号经A/D转换得到信号u(n);

S205:根据信号u(n)计算信号c(n);所述信号c(n)的计算公式为S206:计算信号v(n)和信号c(n)的差值,得到信号e6(n);

所述信号e6(n)的计算公式为e6(n)=v(n)‑c(n);

S207:根据信号e6(n)和电压信号u(n),更新 所述 的更新公式为其中,μ2为自适应波器Ⅳ的FxLMS算法的步长,上标T为转置符号;

S208:将电压信号发生器产生的电压信号增加△u,回到步骤S203,进行下一次迭代,迭代次数为t,完成对 的更新确定。