一种新能源电动汽车的声音管理系统的制作方法

1.本发明涉及新能源电动汽车技术领域，特别涉及一种集成娱乐音、主动发声和主动降噪的新能源电动汽车声音管理系统。


背景技术：

2.目前新能源电动汽车已形成趋势，由于将传统的燃油发动机转变为电机，因此汽车减少了发动机的声音，虽然因此使得车辆变得更安静，但也因此使得驾驶人员减少了驾驶过程中的乐趣；而且电动汽车在行驶中会由于电机工作产生一些令人不适的噪声。
3.当前主动发声技术研究愈加成熟，应用在新能源电动汽车上，通过车内娱乐系统扬声器，模拟出燃油汽车行驶过程中的发动机声浪，给予驾驶人员如同传统燃油汽车般的运动感、舒适感以及换挡时的阶次感，从而提升电动汽车的驾驶乐趣；并且可以很好的掩盖因电机工作导致产生的噪声。另一方面，人们在另外一些驾驶场景下则需要更加静谧的车内声场环境，需要对电动车车内噪声进行控制。电动汽车车内声音以电机噪声、道路噪声和风噪为主，目前车内控制方法分为被动噪声控制和主动噪声控制两类方法。被动噪声控制方法通过在车上添加额外的声学材料实现隔声、吸声的目的，但是由于低频噪声波长较长，所以对低频噪声的控制效果并不理想，而且不利于车辆轻量化的发展趋势。
4.主动噪声控制方法通过车门扬声器输出与原始噪声幅值相同、相位相差180
°
的次级声音信号、在误差麦克风处与原始噪声叠加实现降噪的控制效果。由于车内噪声物理特性，主动控制方法对低频噪声的控制效果较好、不易降低中低频噪声，恰恰是被动控制方法的补充，并且不需要添加额外部件，符合车辆轻量化发展趋势，因此在车上的也应用越来越多。但现有汽车厂商在进行电动车车内声音管理系统开发时，往往在车内娱乐音的基础上，选择集成主动发声系统或者道路噪声主动降噪系统，只能满足车内乘客“富有运动感的驾驶乐趣”或者“极致的静谧体验”两者之一，并没有照顾到时刻变化的车内声场需求。


技术实现要素：

5.本技术提供一种新能源电动汽车的声音管理系统，以解决现有声音管理方法只满足车内乘客“富有运动感的驾驶乐趣”或者“极致的静谧体验”两者之一，并未照顾时刻变化的车内声场需求的技术问题。
6.本技术第一方面实施例提供一种新能源电动汽车的声音管理系统，包括：娱乐音模块、主动发声模块、主动降噪模块和声音主动控制模块，其中，所述娱乐音模块，用于接收六路平衡音频信号，将所述六路平衡音频信号传输给所述声音主动控制模块；所述主动发声模块，用于通过can收发器芯片读取车辆数据信息，并传输给所述声音主动控制模块；所述主动降噪模块，用于接收布置在车顶棚或预设位置的误差麦克风信号以及布置在车底盘悬架上的加速度传感器信号，并传输给所述声音主动控制模块；所述声音主动控制模块，用于对所述六路平衡音频信号进行调音，得到娱乐音频，并将所述娱乐音频输出至扬声器系统；还用于处理所述车辆数据信息计算发动机转速值，将所述发动机转速值合成发动机阶
次声音，并将所述发动机阶次声音输出至扬声器系统；还用于利用滤波参考lms算法对所述误差麦克风信号和所述加速度传感器信号进行降噪处理，得到次级信号，并将所述次级信号输出至扬声器系统。
7.进一步地，在本发明的一个实施例中，所述声音主动控制模块包括第一数字信号处理器、第二数字信号处理器和第三数字信号处理器。
8.进一步地，在本发明的一个实施例中，所述娱乐音模块具体用于：第一获取单元，用于获取车辆主机的多通道音频信号；第一转换单元，用于将所述多通道音频信号平衡输入第一a/d转换器，将所述多通道音频信号转换为六路平衡音频信号，并以tdm格式输出给所述声音主动控制模块的第一数字信号处理器。
9.进一步地，在本发明的一个实施例中，当所述声音主动控制模块接收到所述六路平衡音频信号，则利用第一数字信号处理器对所述六路平衡音频信号进行音效调音，以tdm格式输出给第二数字信号处理器，利用所述第二数字信号处理器进行数字音频混音处理，得到所述娱乐音频，并分配扬声器系统的通道。
10.进一步地，在本发明的一个实施例中，所述主动发声模块具体用于：第二获取单元，用于将所述can收发器芯片连接车辆obd接口，获取所述车辆数据信息，并将所述车辆数据信息传递给微控制单元mcu；传输单元，用于利用所述微控制单元mcu以uart传输方式将所述车辆数据信息中的电机转速或车速输出给所述主动发声模块的第一数字信号处理器，其他车辆数据信息输出给所述主动发声模块的第二数字信号处理器。
11.进一步地，在本发明的一个实施例中，当所述声音主动控制模块接收到所述车辆数据信息，则在所述第一数字信号处理器中对所述电机转速或车速进行主动发声处理，再以tdm格式输出给第二数字信号处理器，由所述第二数字信号处理器对所述发动机转速值和所述其他车辆数据进行数字音频混音处理，得到所述发动机阶次声音，并分配扬声器系统的通道。
12.进一步地，在本发明的一个实施例中，所述主动降噪模块具体用于：
13.分别通过第二a/d转换器和第三a/d转换器将所述误差麦克风信号和所述加速度传感器信号转化为误差麦克风数字信号和加速度传感器数字信号，再将其输出给所述主动发声模块的第二数字信号处理器和第三数据信号处理器中。
14.进一步地，在本发明的一个实施例中，当所述声音主动控制模块接收到所述误差麦克风数字信号和所述加速度传感器数字信号，则对所述误差麦克风数字信号进行主动降噪处理，同时将所述加速度传感器数字信号输出给第三数据信号处理器将其转化为tdm数据传输格式，再传输给第二数字信号处理器；由所述第二数字信号处理器进行数字音频混音处理，得到所述发动机阶次声音，并分配扬声器系统的通道。
15.本技术第二方面实施例提供一种车辆，包括：至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被设置为用于执行如上述实施例所述的新能源电动汽车的声音管理系统。
16.本技术第三方面实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行如上述实施例所述的新能源电动汽车的声音管理系统。
17.本发明的技术方案，至少实现了如下有益的技术效果：
18.通过准确评估各算法所占用运行空间及算力，将上述算法处理分别放在两个dsp芯片中进行运算，并且合理安排了算法运行结构和顺序，从而优化了芯片算力利用率，提高了系统集成计算效率，在保证功能实现的前提下，尽可能的降低了集成开发成本，同时也使得驾驶员和乘客在不同的驾驶场景需求下都可以实现极致的声学品质，改进车辆音质水平，提升车辆价值与品质；另外，主要部件的选型方案，使得该系统更加接近量产化和工程化，提高系统的可行性和应用场景。由此，解决了现有声音管理方案解决现有声音管理方案只满足车内乘客“富有运动感的驾驶乐趣”或者“极致的静谧体验”两者之一，并未照顾时刻变化的车内声场需求的技术问题。
19.本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
20.本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
21.图1是本发明实施例所提供的一种新能源电动汽车的声音管理系统的结构示意图；
22.图2是本发明实施例所提供的声音管理系统控制器框图；
23.图3是本发明实施例所提供的娱乐音模块执行示意图；
24.图4是本发明实施例所提供的主动发声模块执行示意图；
25.图5是本发明实施例所提供的主动降噪模块执行示意图；
26.图6是本发明实施例所提供的自适应噪声主动控制前馈系统简化框图(离散域)；
27.图7是本发明实施例所提供的声音管理系统集成示意图；
28.图8是本发明实施例所提供的车辆的结构示意图。
具体实施方式
29.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
30.下面参照附图描述根据本发明实施例提出的新能源电动汽车的声音管理系统。针对上述背景技术中提到的现有声音管理方案只满足车内乘客“富有运动感的驾驶乐趣”或者“极致的静谧体验”两者之一，并未照顾时刻变化的车内声场需求的的问题，本发明提供了一种新能源电动汽车的声音管理系统，在该系统中，对主动发声系统和主动降噪系统进行整合，使得驾驶员和乘客在不同的驾驶场景需求下都可以实现极致的声学品质。由此，解决了上述技术问题。
31.具体而言，图1是本发明实施例所提供的一种新能源电动汽车的声音管理系统的结构示意图。
32.如图1所示，该新能源电动汽车的声音管理系统10包括：娱乐音模块100、主动发声模块200、主动降噪模块300和声音主动控制模块400。
33.其中，娱乐音模块100，用于接收六路平衡音频信号，将六路平衡音频信号传输给
声音主动控制模块。主动发声模块200，用于通过can收发器芯片读取车辆数据信息，并传输给声音主动控制模块。主动降噪模块300，用于接收布置在车顶棚或预设位置的误差麦克风信号以及布置在车底盘悬架上的加速度传感器信号，并传输给声音主动控制模块。声音主动控制模块400，用于对六路平衡音频信号进行调音，得到娱乐音频，并将娱乐音频输出至扬声器系统；还用于处理车辆数据信息计算发动机转速值，将发动机转速值合成发动机阶次声音，并将发动机阶次声音输出至扬声器系统；还用于利用滤波参考lms算法对误差麦克风信号和加速度传感器信号进行降噪处理，得到次级信号，并将次级信号输出至扬声器系统。
34.可选地，本发明实施例声音主动控制模块400可以包括第一数字信号处理器dsp1、第二数字信号处理器dsp2和第三数字信号处理器dsp3。
35.在一些实施例中，如图2所示，本发明实施例中的娱乐音模块100具体用于：第一获取单元，用于获取车辆主机的多通道音频信号；第一转换单元，用于将多通道音频信号平衡输入第一a/d转换器adc1，将多通道音频信号转换为六路平衡音频信号，并以tdm格式输出给声音主动控制模块的第一数字信号处理器dsp1。进一步地，当声音主动控制模块400接收到六路平衡音频信号，则利用第一数字信号处理器dsp1对六路平衡音频信号进行音效调音，以tdm格式输出给第二数字信号处理器dsp2，利用第二数字信号处理器dsp2进行数字音频混音处理，得到娱乐音频，并分配扬声器系统的通道。
36.也就是说，如图3所示，娱乐音模块100的具体工作过程为，接入主机输出的模拟差分信号(即多通道音频信号)，将多通道音频信号平衡输入通过adc1由模拟信号转换为六路平衡音频信号，然后以tdm格式输出给dsp1，在dsp1中进行音效算法处理，音效算法输出以tdm格式输出给dsp2，由dsp2进行数字音频混音处理，处理后输出给车上扬声器系统，将娱乐音频分别给车门扬声器、高音扬声器、中置扬声器、环绕扬声器和低音炮。
37.在一些实施例中，如图2所示，本发明实施例中的主动发声模块200具体用于：第二获取单元，用于将can收发器芯片连接车辆obd接口，获取车辆数据信息，并将车辆数据信息传递给微控制单元mcu；传输单元，用于利用微控制单元mcu以uart传输方式将车辆数据信息中的电机转速或车速输出给主动发声模块400的第一数字信号处理器dsp1，其他车辆数据信息输出给主动发声模块400的第二数字信号处理器dsp2。
38.进一步地，当声音主动控制模块400接收到车辆数据信息，则在第一数字信号处理器dsp1中对电机转速或车速进行主动发声处理，再以tdm格式输出给第二数字信号处理器dsp2，由第二数字信号处理器dsp2对发动机转速值和其他车辆数据进行数字音频混音处理，得到发动机阶次声音，并分配扬声器系统的通道。
39.其中，在新能源电动汽车上实现主动发声的控制方法是，根据当前电动车的电机转速或车速计算相对应的发动机转速值，从而根据计算的发动机转速值合成发动机阶次声音(基频值与谐频值的合值)。
40.根据车速计算发动机转速的计算方法是：
41.n
visual
＝a
×
v niꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
42.其中，n
visual
是要计算的虚拟发动机转速，v为当前车速；假设主动发声系统设定最高发声车速为140km/h，则单位车速虚拟发动机转速变化量a：
43.a＝(n
r-ni)/140
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
44.其中，nr为虚拟发动机额定转速，ni虚拟发动机怠速转速。
45.根据电动车电机转速计算虚拟发动机转速方法是：
46.n
visual
＝b
×
nm niꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
47.式中，n
visual
是要计算的虚拟发动机转速，b为单位电机转速虚拟发动机转速变化量，ni虚拟发动机怠速转速。并且有：
48.b＝(n
r-ni)/140
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
49.当发动机转速为ne，对应发动机转速0.5阶频率为该发动机转速下的发动机声音基频，有
50.f1＝ne/(2
×
60)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
51.所以该发动机转速下对应的第p个谐波频率f
p
为：
52.f
p
＝ne×
p/(2
×
60)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
53.结合上面，发动机阶次声音计算方法可以表达为：
[0054][0055]
其中，x(ne)为发动机转速是ne时对应的阶次声音，a
p
为第p个发动机阶次成分声音的瞬时幅值，φ
p
为第p个发动机阶次成分声音的瞬时相位，p为有效的发动机阶次成分个数。
[0056]
也就是说，如图4所示，主动发声模块200的具体过程为：通过can收发器芯片连接obd接口，从车辆can收发器芯片中读取电机转速、车速、扭矩等相关信息，处理得到车辆相关数据信息传递给mcu，mcu处理相关信息通过uart传输方式把电机转速等重要信息输出给dsp1，在dsp1中进行主动发声算法处理，然后同样以tdm格式输出给dsp2，由dsp2进行数字音频混音处理，得到发动机阶次声音，输出给车上扬声器系统，将娱乐音频分别给车门扬声器、高音扬声器、中置扬声器、环绕扬声器和低音炮，从而模拟出燃油汽车行驶过程中的发动机声浪，给予驾驶人员如同传统燃油汽车般的运动感、舒适感以及换挡时的阶次感。
[0057]
可以理解的是，主动降噪技术通过车门扬声器输出与原始噪声幅值相同、相位相差180
°
的次级声音信号、在误差麦克风处与原始噪声叠加实现降噪的控制效果。
[0058]
在一些实施例中，如图2所示，新能源电动车上没有了发动机噪声，故本发明实施例中的主动降噪模块300应用于道路噪声，具体用于：分别通过第二a/d转换器adc2和第三a/d转换器adc3将误差麦克风信号和加速度传感器信号转化为误差麦克风数字信号和加速度传感器数字信号，再将其输出给主动发声模块的第二数字信号处理器dsp2和第三数据信号处理器dsp3中。
[0059]
进一步地，当声音主动控制模块400接收到误差麦克风数字信号和加速度传感器数字信号，则对误差麦克风数字信号进行主动降噪处理，同时将加速度传感器数字信号输出给第三数据信号处理器将其转化为tdm数据传输格式，再传输给第二数字信号处理器dsp2；由第二数字信号处理器dsp2进行数字音频混音处理，得到发动机阶次声音，并分配扬声器系统的通道。
[0060]
其中，在新能源电动汽车上实现道路噪声主动降噪的方法是：
[0061]
令
[0062]hr
(ω)＝h
pr
(ω)mr(ω)n1(ω)
[0063]hp
(ω)＝h
pe
(ω)me(ω)
[0064]hs
(ω)＝h
se
(ω)ls(ω)me(ω)n2(ω)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0065]
式中，传递函数hr(ω)、h
p
(ω)和hs(ω)表示的通路分别被称为参考通路、初级通路和次级通路，相应它们的脉冲响应分别为hr(t)、h
p
(t)和hs(t)。自适应主动控制系统运用数字系统实现，为分析问题方便将系统框图转换到离散域，如图5所示，上述通路分别变成了hr(z)、h
p
(z)和hs(z)，相应的脉冲响应分别为hr(n)、h
p
(n)和hs(n)。
[0066]
由图5可知，在误差传感器位置处的次级信号s(n)有如下关系式，
[0067]
s(n)＝y(n)*hs(n)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)
[0068]
式中，s(n)为自适应滤波器的输出y(n)经过次级通路后的响应，是在误差传感器位置的“抵消信号”。自适应滤波器的输出可由参考信号计算得出，
[0069][0070]
整理得到：
[0071][0072]
式中r(n)为滤波参考(filtered-x)信号，r(n)为滤波参考信号矢量，有
[0073]
r(n)＝[r(n),r(n-1),r(n-2),l,r(n-l 1)]
t
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)
[0074]
滤波参考信号矢量由参考信号矢量与次级通路卷积得到，
[0075]
r(n)＝x(n)*hs(n)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(13)
[0076]
因此，在误差传感器位置处的残余误差信号可以表示为
[0077]
e(n)＝d(n) s(n)＝d(n) r
t
(n)w(n)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(14)
[0078]
与推导均方误差梯度方法类似，有
[0079][0080]
因此，得到自适应滤波器权矢量迭代公式如下式所示，
[0081]
w(n 1)＝w(n) 2μe(n)r(n)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(16)
[0082]
上述考虑次级通路的影响从而推导出自适应滤波器权矢量迭代公式的方法即滤波参考lms算法，应用滤波参考lms算法便实现道路噪声的主动控制。
[0083]
也就是说，如图6所示，声音主动控制模块400的具体过程为：获取布置在车上顶棚或其他位置的误差麦克风信号以及布置在车辆底盘悬架上的加速度传感器信号，麦克风输入和加速度传感器输入分别通过adc2和adc3把模拟信号转为数字信号，然后这些输入给到dsp2进行主动降噪算法处理，其中dsp3主要是将数据转为tdm数据传输格式。dsp2进行混音处理和通道分配后，通过dac转换成模拟输出信号，然后输出差分输出信号驱动扬声器。其中，在道路噪声主动降噪过程中，并没有使用到娱乐音系统的所有扬声器，由于道路噪声频率一般在300hz以内，所以使用4个车门扬声器作为道路噪声主动降噪的次级扬声器发声。
[0084]
举例而言，如下表1所示，本发明实施例中的mcu负责逻辑控制，以及通过i2c uart spi与各芯片通讯和读写数据。在主动发声和降噪系统中，需要与can收发器芯片通讯采集外面的can信息，做为算法的输入参数。其中，mcu可以选择mpc5604b，符合嵌入式
volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。
[0096]
如果存储器801、处理器802和通信接口803独立实现，则通信接口803、存储器801和处理器802可以通过总线相互连接并完成相互间的通信。总线可以是工业标准体系结构(industry standard architecture，简称为isa)总线、外部设备互连(peripheral component，简称为pci)总线或扩展工业标准体系结构(extended industry standard architecture，简称为eisa)总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图8中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
[0097]
可选的，在具体实现上，如果存储器801、处理器802及通信接口803，集成在一块芯片上实现，则存储器801、处理器802及通信接口803可以通过内部接口完成相互间的通信。
[0098]
处理器802可能是一个中央处理器(central processing unit，简称为cpu)，或者是特定集成电路(application specific integrated circuit，简称为asic)，或者是被配置成实施本技术实施例的一个或多个集成电路。
[0099]
本实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如上的新能源电动汽车的声音管理系统。
[0100]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0101]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0102]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。