CN111656803A - 用于主动噪声管理***的虚拟测试环境 - Google Patents

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Abstract

一种用于评估车辆的噪声管理模块的***包括控制器，所述控制器被编程为使用可听化模型对来自所述噪声管理模块的扬声器信号进行滤波，以产生可听化的声音信号，从而创建空间效果，以在所述车辆内与和由所述噪声管理模块使用的传声器相对应的位置不同的预定位置处对所述车辆中的声音进行仿真。

Description

用于主动噪声管理***的虚拟测试环境
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年12月20日提交的美国临时申请序列号62/608,275的权益，该临时申请的公开内容在此通过引用以其整体并入本文。
技术领域
本申请总体上涉及用于车辆主动噪声管理***的硬件在环(HIL)***。
背景技术
为了在车辆中创建安静的车厢环境，已经进行了很多努力。车辆设计的一个典型目标是将车厢中的可听噪声降至最低。消费者希望与道路噪声、动力传动***噪声和其他不想要的噪声源隔离。车辆可以在车厢和产生噪声的部件之间包括各种绝缘材料。然而，绝缘材料可能是昂贵的并且增加了车辆的重量。一些现代车辆包括主动噪声管理***，以减少车厢中的可听噪声。
主动噪声管理***可以通过使用传声器和扬声器试图抵消不想要的噪声来进行操作。主动噪声管理***可以经由传声器检测噪声信号。可以处理传声器信号，并且可以生成抵消噪声的扬声器输出信号。例如，扬声器可能在传声器定位处生成与不想要的噪声信号相比相位相差180度的抵消信号。效果是形成消除不想要的噪声的抵消噪声。
主动噪声管理***的开发需要在实际车辆环境中进行广泛的测试。调谐和校准需要反复试验和调节，以便达到***的有效校准集。在车辆开发期间，由于存在许多在开发中争夺车辆时间的***，因此可能难以获得车辆时间。一旦获得车辆，车辆和环境状况可能会影响测试过程。例如，风、天气、空气温度、部件温度和路况在测试之间可能不同。因此，充分复制测试可能需要额外的测试时间和精力。
发明内容
一种用于与主动噪声管理***对接的硬件在环(HIL)***包括被配置为将传声器信号输出到主动噪声管理***的控制器。控制器还被配置为从主动噪声管理***接收扬声器信号。控制器还被配置为通过传递函数来处理扬声器信号，所述传递函数对从扬声器到传声器的声音响应进行建模。控制器被配置为基于扬声器信号和噪声信号来生成传声器信号。控制器还被配置为使用双声道信息(例如，添加可听化效果)来渲染空间声场。HIL***可以被配置为使用可听化来评估车厢内的声场。
一种用于评估车辆的噪声管理模块的***，所述***包括被编程为从噪声管理模块接收扬声器信号并将传声器信号传输到噪声管理模块的控制器。控制器还被编程为利用车辆声学模型对扬声器信号进行滤波，以在与车辆中与噪声管理模块相关联的传声器的定位相对应的位置处生成由扬声器信号引起的声音信号。控制器还被编程为将声音曲线(profile)和声音信号组合以生成传声器信号。控制器还被编程为利用可听化模型对扬声器信号进行滤波，以产生渲染的声音信号，从而创建空间收听效果，以在车辆内与和传声器的定位相对应的位置不同的预定位置处对由扬声器信号引起的声音进行仿真。
预定位置可以与车辆内的就座位置以及就座于所述就座位置的车辆乘员的头部的预期定位相关联。可以从来自车辆的实际扬声器数据和来自放置在车辆中的预定位置附近的评估传声器的实际传声器数据中得出可听化模型。控制器还可以被编程为将渲染的声音信号与声音曲线组合以生成评估声音信号。控制器还可以被编程为将评估声音信号输出到音频输出装置。可听化模型可以表示车辆的声学环境，并且可以定义由扬声器信号引起的声音和预定位置处的声音之间的传递函数。车辆声学模型可以从来自车辆的先前记录的扬声器数据和来自车辆中的与噪声管理模块相关联的传声器的先前记录的数据中得出。声音曲线可以包括先前记录在车辆中的声音信号。声音曲线可以包括合成的声音数据。控制器还可以被编程为将与声音曲线相对应并与声音曲线同步的总线通信数据和传感器信号传输到噪声管理模块。
一种用于对车辆的噪声管理模块的性能进行仿真并在控制器中实现的方法包括从噪声管理模块接收扬声器信号并生成声音曲线。所述方法还包括基于声音曲线和车厢声学模型将声音信号输出到噪声管理模块的传声器输入，所述车厢声学模型定义扬声器信号和位于车辆中并与噪声管理模块相关联的传声器之间的车厢声学传递函数。所述方法还包括基于声音曲线和可听化模型将音频信号输出到音频输出装置，所述可听化模型定义扬声器信号和车辆内与和噪声管理模块的传声器相对应的定位不同的位置之间的可听化传递函数，用于渲染声音以创建空间收听效果，从而在所述位置处重新创建声音印象。
声音曲线可以包括先前记录在车辆中的声音信号。所述方法还可以包括将与声音曲线相关联的总线数据和传感器信号输出到噪声管理模块。所述方法还可以包括从来自车辆的实际扬声器数据和来自放置在所述位置附近的评估传声器的数据中生成可听化模型。所述位置可以与车辆内的就座位置以及就座于所述就座位置的车辆乘员的头部的预期定位相关联。
一种体现在非暂时性计算机可读介质中的计算机程序产品(其被编程用于对车辆的噪声管理模块的性能进行仿真)包括用于以下各项的指令：从噪声管理模块接收扬声器信号，将传声器信号传送到噪声管理模块，以及生成声音曲线。所述计算机程序产品还包括基于声音曲线和车厢声学模型经由传声器接口输出传声器信号的指令，所述车厢声学模型定义扬声器信号和位于车辆中并与噪声管理模块相关联的传声器之间的车厢声学传递函数。所述计算机程序产品还包括基于声音曲线和可听化模型将音频信号输出到音频输出装置的指令，所述可听化模型定义扬声器信号和车辆内与和传声器相对应的定位不同的位置之间的可听化传递函数，用于创建空间收听效果，从而在所述位置处重新创建声音印象。
所述计算机程序产品还包括用于在控制器和噪声管理模块之间交换与声音曲线相关联的数据和传感器信号的指令。所述位置可以与车辆内的就座位置以及就座于所述就座位置的车辆乘员的头部的预期定位相关联。车厢声学模型可以从来自车辆的实际扬声器数据和来自车辆中的与噪声管理模块相关联的传声器的实际数据中得出，并且可听化模型可以从实际扬声器数据和来自放置在车辆中的所述位置附近的评估传声器的实际传声器数据中得出。音频输出装置可以是头戴式耳机。
附图说明
图1描绘了车辆环境内的主动噪声管理***。
图2描绘了主动噪声管理***与测试环境，该测试环境包括具有评估模块的硬件在环(HIL)***。
图3描绘了用于收集车辆数据的可能流程图。
图4描绘了用于操作主动噪声管理HIL***的可能流程图。
具体实施方式
按照要求，本文公开了本发明的详细实施方案；然而，应当理解的是，所公开的实施方案仅仅是可以以各种和替代形式体现的本发明的示例。附图不一定按比例绘制；一些特征可能被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文中公开的特定结构细节和功能细节不应被解释为是限制性的，而是仅仅解释为教导本领域技术人员以不同方式运用本发明的代表性基础。
本公开的实施方案通常提供多个电路或其他电气装置。对电路和其他电气装置以及它们各自提供的功能的所有引用不旨在限于仅包含本文中图示和描述的内容。尽管可以将特定的标签分配给所公开的各种电路或其他电气装置，但是这样的标签并不旨在限制电路和其他电气装置的操作范围。这样的电路和其他电气装置可以基于期望的电气实现的特定类型以任何方式彼此组合和/或分离。应当认识到，本文所公开的任何电路或其他电气装置可以包括任何数量的微处理器、集成电路、现场可编程门阵列(FPGA)、存储器装置(例如，闪存、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可编程只读存储器(EPROM)、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)或它们的其他合适的变体)和软件，其彼此协作以执行本文所公开的操作。另外，电装置中的任何一个或多个可以被配置为执行计算机程序，该计算机程序体现在非暂时性计算机可读介质中，其被编程为执行如本文所公开的任何数量的功能。
可以通过实施主动噪声管理***(NMS)硬件在环(HIL)测试***来改进对车辆主动噪声管理***的测试和校准。NMS-HIL***可以被配置为允许在虚拟环境中***并操作噪声管理模块。NMS-HIL可以被配置为对车辆噪声环境进行仿真，并向测试下的噪声管理模块提供信号。测试结果可以被监测和分析。可听化特征可以用于主观和客观地虚拟地评估结果。
图1描绘了包括噪声管理模块(NMM)102的车辆100。NMM 102可以耦合到各种输入和输出。NMM 102可以包括用于执行指令和程序的微处理器和易失性存储器。NMM 102可以包括用于存储程序和数据的易失性存储器。易失性存储器可以包括被配置为在电力周期之间保留数据的任何存储器。NMM 102可以包括一个或多个连接器106，其被配置为从车辆侧接收配合连接。NMM 102可以实现与车辆噪声管理有关的各种特征。例如，NMM 102可以实现发动机噪声抵消和道路噪声抵消算法。NMM 102还可以实现电子声音合成以在车厢内产生期望的噪声。
车辆100可以包括一个或多个传声器108，其经由连接器106电耦合到NMM 102。连接器106被描绘为单个连接器，但是取决于车辆配置，其可以是一个或多个连接器。传声器108可以位于车辆100内的各个位置。传声器108的放置可以被配置为最佳地表示车辆乘员可以就座的定位处的可听信号。传声器108可以与车厢的各种部件(例如，车顶内衬、车门饰件)集成在一起。传声器108可以提供表示该位置处的可听噪声的模拟信号。在一些配置中，传声器108可以将信号转换为数字信号并且以数字形式传递信号。
车辆100可以包括一个或多个扬声器104，其经由电连接器106电耦合到NMM 102。扬声器104可以是音频娱乐***的一部分。扬声器104中的一个或多个可以与音频娱乐***分开。NMM 102可以包括放大器，以将扬声器104驱动到期望的水平。扬声器104可以具有相关联的阻抗。扬声器104可以定位在车辆100的各个部分中。例如，扬声器104可以安装在各个定位中，包括车门、仪表板、车顶内衬、座椅、后舱盖和侧面板。某些扬声器可能在每个就坐位置附近放置在座椅头枕或每个座椅上方的车顶内衬中。
NMM 102可以与车辆网络112对接。车辆网络可以是NMM 102和车辆100内其他控制模块之间的数字通信链路。车辆网络112可以是控制器局域网(CAN)总线、本地互连网络(LIN)总线、面向媒体的***传输(MOST)总线、以太网和/或FlexRay总线。车辆网络112也可以包括专有总线架构。车辆网络112可以促进NMM 102和车辆100内其他模块之间的数据通信。例如，各种信号(诸如发动机转速、加速踏板位置、制动踏板位置、发动机扭矩、车辆速度和变速器挡位选择器位置)可以在车辆网络112上传输。可以在车辆网络112上接收指示动力传动***操作模式的信号(例如，经济或降低的气缸操作模式)。NMM 102可以利用从车辆网络112接收的信号来操作噪声管理功能。NMM 102还可以在车辆网络112上提供信号。
NMM 102可以与各种输入114对接。例如，输入114可以包括经由连接器106直接接线到NMM 102的任何信号。例如，输入114可以包括用于启用和禁用NMM 102的操作的开关输入。输入114可以包括发动机转速。输入114可以包括来自一个或多个加速度计的信号。输入114还可以包括附加的音频信号(例如，出于音乐补偿的目的)。输入114可以是参考信号。输入114的集合可以取决于车辆配置。输入114可以包括任何离散和/或模拟输入。NMM 102可以包括相关联的接口电路和软件驱动器，用于将输入114转换成数字形式以供基于微处理器的***使用。
NMM 102可以与经由连接器106直接接线到NMM 102的各种输出116对接。例如，输出116可以包括用于指示NMM 102的状态的状态灯。输出116可以包括意图用于其他模块的触发信号。触发信号可能意图触发接收模块中的特定功能。在其他示例中，缓冲的速度信号可以被传输通过输出116。输出116的集合可以取决于车辆配置。输出116可以包括任何离散和/或模拟输出。NMM 102可以包括相关联的接口电路和软件驱动器。
NMM 102可以经由连接器106与电源118对接。来自电源***118的电力和接地信号可以通过连接器106来路由。电源118可以是由电池和交流发电机供电的低压总线。例如，典型的汽车应用可以在12伏电源上操作。NMM 102可以从电源118接收电力。
在车辆100的操作期间，NMM 102可以处理来自传声器108的输入以生成输出到扬声器104的信号。该处理可以利用来自车辆网络112的其他信息。例如，在较高的发动机负载和/或在较高的车辆速度下，噪声通常会增加。NMM 102可以利用车辆速度信号来调节扬声器输出音量，以补偿噪声水平的预期增加。NMM 102可以实施噪声抵消算法以减少车辆100的乘员听到的不想要的噪声。NMM 102可以实施各种其他控制策略。
可以通过在车辆100中测试***来开发和校准NMM 102。正确的校准可能需要在统一的工况下进行重复的测试和校准周期。然而，在车辆100中复制统一的工况可能需要额外的测试时间和精力。例如，校准过程可以指定在指定路面上以固定速度进行的操作。在其他示例中，需要特定速度和/或加速度曲线的测试可能需要几次迭代才能准确且一致地再现。因此，需要用于开发和测试这种***的改进方法。
为了促进主动噪声管理***的开发和测试和评估，可以使用仿真器。该仿真器可以允许在实验室环境中在实验台上开发和测试主动噪声管理***。以这种方式，仿真器可以导致测试状况的可重复性提高。另外，需要更少的车辆时间，这使对实际测试车辆的需要最小化。仿真器可以被配置为使用从车辆100获取的实际数据。仿真器还可以被配置为使用预定义的测试脚本对各种车辆状况进行仿真，从而帮助对车厢内的声场进行虚拟和主观的评估。
车辆数据采集***(DAS)150可以安装在车辆100中以收集各种数据和信号。在一些配置中，由车辆DAS 150执行的功能可以在NMM 102中实现。例如，NMM 102可以包括用于车辆数据收集的可选择的操作模式。在此数据收集模式期间，可以禁用正常的噪声管理特征。在车辆DAS 150的操作期间，NMM 102可以被禁用或从车辆100移除。车辆DAS 150可以被配置为从传声器108和车辆网络112接收输入。车辆DAS 150也可以被配置为从其他输入114接收信号。可以在车辆DAS 150操作时指定并执行用于NMM 102的校准或测试过程。车辆DAS150可以被配置为收集和存储在测试过程期间被采样的信号。结果可以是NMM 102在各种车辆工况期间将预期接收的输入值的数据库。
车辆DAS 150可以包括用于执行指令和程序的微处理器和易失性存储器。车辆DAS150可以包括用于存储程序和数据的易失性存储器。易失性存储器可以包括被配置为在电力周期之间保留数据的任何存储器。易失性存储器可以包括闪速存储器、硬盘驱动器和USB驱动器。易失性存储器可以被配置成可移除的以促进数据的传输。车辆DAS 150可以包括用户界面，该用户界面允许用户控制和监视车辆DAS 150的操作。经由用户界面的通信可以是有线(例如，USB、以太网)和/或无线连接(例如，IEEE 802.11、蓝牙)。车辆DAS 150可以包括用于连接到车辆网络112的接口。
车辆DAS 150可以用于收集噪声和车辆数据以用于以后回放。例如，传声器信号可以与来自车辆网络112的数据一起被周期性地采样。可以以周期性间隔对数据进行采样，并将其存储在非易失性存储器中以供以后使用。可以将数据与时间戳一起存储以标识样本的相对时序，从而可以实现准确的回放。车辆DAS 150可以被配置为从车辆收集未补偿的数据。也就是说，可以在没有NMM 102修改车厢内的声音的操作的情况下收集数据。车辆DAS150可以收集包括各种速度和加速度曲线期间的发动机噪声的车辆噪声数据。可以开发用于收集数据的测试情境，以强调特定的噪声源。例如，可以设想不同测试情境和状况用于记录发动机噪声、风噪声、悬架噪声和道路噪声。可以配置测试情境，使得一种类型的噪声占主导地位，以便隔离特定的噪声源。
车辆DAS 150可以被配置有与连接器106兼容的连接器。在这个配置中，车辆DAS150可以代替NMM 102而***车辆100。在这个配置中，不需要改变任何车辆接线。在一些配置中，由车辆DAS 150执行的功能可以在NMM 102中实现。NMM 102可以包括可以通过诊断命令或其他触发进入的数据采集模式。
车辆DAS 150还可以被配置为捕获用于生成车厢声学模型的信号。车辆DAS 150可以电耦合到扬声器104。车辆DAS 150可以被配置为向扬声器104输出信号并记录来自传声器108的输入。对于一些测试，车辆DAS 150可以一次仅驱动扬声器104之一。扬声器信号可以被配置为促进车厢声学模型的表征。也就是说，传声器对扬声器104提供的声音的响应。扬声器输出信号可以处于预定频率和预定振幅。例如，车辆DAS 150可以将一系列正弦波形输出到扬声器104。波形的频率和振幅可以改变。通过扫过一定范围的可听频率，可以表征车厢环境。可以以合适的采样率对传声器信号进行采样，以捕获声波的动态内容(例如，最高预期频率的至少两倍)。
车辆DAS 150可以包括一个或多个评估传声器152。评估传声器152可以用于从车厢内部收集双声道声音信息以用于可听化目的。可以由车辆DAS 150记录来自评估传声器152的信号，以从车厢收集与车辆传声器信号分开的双声道信息。为此，在评估传声器152与车辆DAS 150之间可能需要附加的接线连接。评估传声器152可以用于捕获车厢的每个座椅中的头部相关传递函数(HRTF)的测量。评估传声器152可以放置在车辆中在乘员的头部通常可以处于的位置。评估传声器152的位置可以是预定位置。预定位置可以由诸如距扬声器104之一或传声器108之一的三维距离之类的坐标来定义。如先前所述，车辆DAS 150可以被配置为将预定信号输出到扬声器104并记录从评估传声器152接收的输入。数据可以用于表征在乘员附近的声音响应。
扬声器输出信号可以是波形的组合，这些波形被配置为充分激发预期传递函数的动态特性，以允许准确识别。扬声器输出信号可以被配置为具有足够的频率和振幅含量，以正确地激发***动态特性。传声器108和评估传声器152的对应响应可以被记录。所收集的数据可以存储在非易失性存储器中，以用于以后的处理。
可以从由车辆DAS 150收集的数据中生成车厢或车辆声学模型。可以开发从每个扬声器输出到每个传声器输入的传递函数，从而得到一组传递函数。离线处理单元可以被配置为处理传声器和扬声器数据以生成表示车厢声学模型的传递函数。各种技术可用于从***的输入和输出中得出传递函数。例如，可以选择模型结构，然后可以使用***识别方法来处理传声器和扬声器数据，以定义模型结构的参数。例如，最小二乘估计算法可以用于估计参数。在其他示例中，可以将基于时域中卷积的解卷积技术与指数正弦扫描扬声器输出信号一起使用。
车辆声学模型可以在频域中来表达。可以使用离散傅立叶变换来处理传声器和扬声器数据。可以使用离散傅立叶变换将传声器和扬声器数据转换到频域。可以从频域传声器和扬声器数据计算频域传递函数的参数。可以执行估计算法以生成传递函数的频域参数。可以通过计算频域传递函数的傅立叶逆变换来得出时域传递函数。在其他配置中，可以通过计算时域传递函数的傅立叶变换来得出频域传递函数。
HRTF也可以在频域中来表达。可以使用离散傅立叶变换来处理评估传声器和扬声器数据。可以使用离散傅立叶变换将评估传声器和扬声器数据转换到频域。可以从频域评估传声器和扬声器数据计算频域传递函数的参数。可以执行估计算法以生成HRTF的频域参数。可以通过计算频域传递函数的傅立叶逆变换来得出时域传递函数。在其他配置中，可以通过计算时域传递函数的傅立叶变换来得出频域传递函数。
图2描绘了耦合到用于对车辆环境进行仿真的硬件在环(HIL)***200的NMM 102。HIL***200可以被配置为向NMM 102提供信号，使得NMM 102如其在车辆100中一样起作用。另外，HIL***200以与车辆100相同的方式接受来自NMM 102的输出。HIL***200允许NMM102如同其在车辆100中一样操作。HIL***200可以被配置为从NMM 102接收信号并且向NMM102提供信号以对车厢的听觉环境进行仿真。该仿真可以利用本文先前描述的从实际车辆数据中得出的传递函数。以这种方式，HIL***200可以提供车辆环境的准确仿真以用于测试和校准NMM 102。HIL***200还可以提供虚拟环境，该虚拟环境增加了用于主观和客观地评估车辆内声场的可听化能力。
可听化是一种技术，其通过诸如头戴式耳机或扬声器阵列之类的回放装置渲染声场，以创建空间效果。该技术用于为收听者创建外部声音图像，将音景重建为3D印象。在记录和回放过程两者中，可听化都可能需要特殊处理。
在记录期间，可以将传声器(例如，评估传声器152)直接放置在收听者(或人体模型)的两只耳朵上(双声道记录)，或以特定模式(例如，圆形)放置在收听者(或人体模型)的头部周围，以捕获在发生声音事件时收听者(或人体模型)的头部和躯干与声场的交互。例如，在数据收集期间，可以将评估传声器152定位在乘员的头部预期所在的定位。数据收集可以包括将评估传声器152移动到不同的定位。例如，可以将座椅位置调节到各种位置，以改变评估传声器152相对于扬声器104的相对定位。
在回放期间，双声道记录可以通过经校准的头戴式耳机或双声道扬声器向同一收听者回放。不同收听者的个人头部相关传递函数(HRTF)可以用于补偿头部和躯干的差异，然后与源信号进行卷积以得到渲染的可听化的效果。
可听化的效果是产生声场，该声场如车辆内特定就坐位置中的人听到那样。也就是说，声音可以听起来像从不同的方向发出。通过一组头戴式耳机或双声道扬声器产生声音，可听化可以提供这种效果。虚拟环境的用户可以将头戴式耳机放置在他们的耳部上以接收声音。HIL***200可以被配置为对车辆内各种就坐位置的响应进行仿真。就坐位置可以是可由操作员选择的。
HIL***200可以包括用于执行指令和程序的微处理器和易失性存储器。HIL***200可以包括用于存储程序和数据的易失性存储器。易失性存储器可以包括被配置为在电力周期之间保留数据的任何存储器。易失性存储器可以包括闪速存储器、硬盘驱动器和USB驱动器。易失性存储器可以被配置成可移除的以促进数据传输到其他计算平台。HIL***200中描绘的模块可以被实现为硬件、软件或其某种组合。
HIL***200可以包括与NMM连接器106兼容的HIL连接器206。如果NMM连接器106由多个连接器组成，则HIL连接器206也可以由多个兼容连接器组成。HIL连接器206可以***NMM连接器106。NMM连接器106如同其连接车辆100一样***HIL连接器206。
HIL***200可以包括NMM接口216。NMM接口216可以包括电路以向NMM 102提供兼容信号。另外，NMM接口216可以包括被配置为在NMM 102和HIL***200之间传输信号的硬件和软件特征。NMM接口216可以被配置为为每个连接提供指定的阻抗。NMM接口216可以被配置为选择性地将电力或接地连接耦合和去耦合NMM 102，以测试NMM 102对连接丢失或通电状况的响应。选择性耦合和去耦合可以在微处理器的控制下。在一些配置中，可以使用开关来手动执行选择性耦合和去耦合。
NMM接口216可以被配置为经由传声器接口212向NMM 102提供传声器数据。传声器接口212可以包括一个或多个被配置为将数字信号转换为模拟信号的数模转换器(DAC)。另外，传声器接口212可以被配置为输出表示车辆传声器108的传声器信号的模拟信号。传声器接口212的响应可以被配置为匹配车辆传声器108的参数。例如，传声器接口212可以具有与车辆传声器108类似的阻抗。以这种方式，NMM 102可能无法识别传声器接口212和实际车辆传声器108所提供的信号之间的任何差异。传声器接口212可以对传声器的动态响应进行仿真，并且可以包括硬件或软件滤波器以实现结果。
NMM接口216可以包括车辆网络接口210，该车辆网络接口210被配置为将数据传输到NMM 102的车辆网络终端。车辆网络接口210可以包括硬件和软件驱动器，以通过车辆网络终端与NMM 102通信。HIL***200还可以包括车辆网络管理器218，其被配置为提供由NMM102使用的车辆网络信号。车辆网络管理器218可以包括硬件和软件驱动器的组合。车辆网络管理器218可以生成信号和消息，以通过车辆网络接口210传输到NMM 102。车辆网络管理器218还可以转换由NMM 102传送的信号和消息以供在HIL***200内使用。车辆网络管理器218可以提供足够的信号和消息以无误地对车辆环境进行仿真。车辆网络管理器218可以被配置为选择性地改变消息或信号数据以对车辆100中的各种状况进行仿真。例如，车辆网络管理器可以被配置为改变信号以对车辆模块中的错误状况进行仿真，以测试NMM 102对错误状况的响应。
NMM接口216可以包括NMM输出接口208。NMM输出接口208可以被配置为向HIL***200提供从NMM 102输出的信号。NMM输出接口208可以包括硬件和软件驱动器，以向HIL***200提供信号。例如，从NMM 102输出的模拟信号可以被滤波并转换为数字信号。
NMM接口216可以包括NMM输入接口204。NMM输入接口204可以被配置为向NMM 102提供来自HIL***200的信号。NMM输入接口204可以包括硬件和软件驱动器，以向NMM 102提供信号。例如，NMM输入接口204可以将由HIL***200生成的数字信号转换为与NMM 102的输入规范兼容的模拟信号。NMM输入接口204可以被配置为向NMM 102提供参考信号和输入。例如，可以经由NMM输入接口204提供可以由NMM 102使用的任何模拟信号(例如，发动机转速信号)。例如，在道路噪声抵消应用中，NMM 102可以接收加速度计信号作为模拟输入。NMM输入接口204可以被配置为以NMM 102可接受的格式输出加速度计信号。
NMM接口216可以包括电力管理接口214。电力管理接口214可以被配置为向NMM102提供电力和接地信号。电力管理接口214可以由HIL***200控制，以促进NMM 102的电力循环。电力管理接口214可以被配置为向NMM 102提供电压和电流。HIL***200可以被配置为选择性地控制从电力管理接口214输出的电压和电流。例如，HIL***200可能能够改变电压电平以测试NMM 102对各种电源电压电平的响应。
NMM接口216可以包括扬声器接口202，以向HIL***200提供扬声器数据。扬声器接口202可以包括用于将由NMM 102输出的扬声器信号转换成可以由HIL***200处理的信号的硬件和软件驱动器。例如，扬声器接口可以包括一个或多个被配置为将模拟扬声器信号转换为数字值的模数转换器(ADC)。扬声器接口可以包括电路以为NMM 102提供兼容电路。例如，扬声器接口202的阻抗可以是可选择的以对各种扬声器进行仿真。例如，扬声器接口202可以为可配置的以选择性地提供4欧姆、8欧姆或16欧姆的阻抗以对扬声器的电特性进行仿真。
NMM接口216的部件可以被配置为容易地改变或更新。例如，可以在单独的***式电路板上实现NMM接口216的部件，以允许在改变设计时改变功能。在一些配置中，NMM接口216的部件可以包括可以容易地***和移除的软件模块。这样的特征可以使HIL***200能够针对不同的车辆配置快速更新。
HIL***200可以包括输入-输出(I/O)管理模块220。I/O管理模块220可以被配置为生成用于在NMM 102和HIL***200之间传输的信号。I/O管理模块220可以与NMM输出接口208对接以向NMM 102提供信号。I/O管理模块220可以与NMM输入接口204对接以从NMM 102接收信号。
HIL***200可以包括回放模块222。回放模块222可以被配置为输出先前记录的车辆数据，其可以包括来自车辆传声器108和评估传声器152的数据，并且在HIL***200内生成信号以检查NMM 102对先前记录的数据集的响应。回放模块222还可以从车辆网络管理器218接收输入。来自车辆网络管理器218的信号可以用于选择回放参数和特征以正确地对对应的车辆或环境状况进行仿真。例如，先前记录的数据可以包括来自车辆测试周期的传声器和车辆网络数据。回放模块222可以从先前记录的数据提取信号，并将所述信号输出到NMM 102和HIL***200。回放模块222可以以与记录数据相同的时序来输出信号。回放模块222可以包括在HIL 200处回放任何所记录的传声器数据或NMM 102的输出以表示在耳部定位处的车辆声场的能力。例如，回放模块222可以输出在车辆测试周期期间记录的传声器信号。传声器数据可以被传输到NMM 102。NMM 102可以处理传声器数据并作为响应生成扬声器输出。回放模块222可以包括第一输出242，该第一输出242是来自车辆传声器108的信号。回放模块222可以包括第二输出244，该第二输出244是来自评估传声器152的信号。回放模块222可以与I/O管理模块220对接，以将模拟和/或数字信号传输到NMM 102。回放模块222可以被配置为将先前记录的模拟信号(例如，加速度计信号)传输到NMM 102。模拟信号和声音信号可以以与原始记录相同的时序来输出。
回放模块222还可以被配置为包括合成数据的回放。自定义回放数据可以离线手动生成，或可以通过仿真生成。可以执行离线仿真以生成用于要测试的各种情境的噪声数据。在难以获得车辆数据的情况下，合成数据可以是有用的。例如，可以使用合成数据来产生需要极限车辆速度的情境。回放模块222还可以被配置为提供车辆数据和合成数据的组合。例如，为了对未在车辆数据中捕获的噪声状况进行仿真，可以将附加的噪声信号添加到数据中。
回放模块222还可以被配置为提供附加的声音。例如，回放模块222可以包括类似于车辆立体声***的播放音乐的能力。回放模块222可以包括播放来自各种车辆***的公告的能力。例如，回放模块222可以并入有从导航***输出的声音。这种能力允许HIL***200测试NMM 102对典型车辆声音的响应，以确保这样的声音不会降级。回放模块222可以包括可以以各种组合来播放以对***操作进行仿真的这种车辆声音的库。
HIL***200可以实现车辆声学模型224。车辆声学模型224可以被实现为程序或应用。车辆声学模型224可以利用离线确定的车厢声学模型。车辆声学模型224可以在频域或时域中来表达。车辆声学模型224的参数可以从实际车辆测试数据中得出。车辆声学模型224可以是一个或多个传递函数或脉冲响应的形式。车辆声学模型224可以经由扬声器接口202接收扬声器数据和/或信号。车辆声学模型224可以使用传递函数来处理扬声器信号以生成传声器信号。传声器信号可以是在车厢内的车辆传声器108的定位处预期的声音信号。车辆声学模型224还可以从I/O管理模块220接收输入。车辆声学模型224还可以从车辆网络管理器218接收输入。例如，车窗状态信号可以由车辆网络管理器218提供。来自车辆网络管理器218的信号可以用于选择声学模型和/或参数以正确地对车辆或环境状况进行仿真。
车辆声学模型224可以输出表示在每个车辆传声器108处预期的声音信号的时域信号。传递函数可以表达为时域函数(例如，脉冲响应)。车辆声学模型224可以实现一个或多个卷积函数以处理扬声器输入信号。将时域传递函数与扬声器输入信号进行卷积可以提供指示相关联传声器定位处的声音的时域信号。车辆声学模型224还可以被实现为一个或多个滤波器或频域传递函数。滤波器或频域传递函数的参数可以被转换为对应的离散时间传递函数，以处理经采样的扬声器信号。车辆声学模型224可以被实现和/或包括使由于计算等待时间而导致的信号中的任何延迟最小化的特征。
车辆声学模型224可以输出指示由NMM 102生成的扬声器输出引起的在每个传声器的定位处的声音的信号。该信号可以与回放模块222生成的声音信号(例如，第一输出242)合并或组合。车辆声学模型224和回放模块222的输出可以被路由到组合器226。组合器226可以是加法器，其被配置为将信号加在一起。例如，回放模块222在传声器108处提供表示车辆测试期间的实际噪声的声音信号。车辆声学模型224在传声器108处提供表示由NMM102生成的声音的声音信号以抵消噪声。可以将两个信号组合，以表示传声器处的包括回放信号和补偿信号的所得到的声音信号。组合器226的输出可以被提供给传声器接口212以用于传输到NMM 102。
HIL***200还可以包括可听化模型248。评估传声器152可以用于得出在每个座椅中的乘客耳部定位处的传递函数数据或脉冲响应数据，这也可以称为双声道信息。可听化模型248可以输出时域信号，该时域信号表示在车辆中给定定位处的乘员的耳部处预期的声音信号。传递函数可以表达为时域函数(例如，脉冲响应)。可听化模型248可以实现卷积函数以处理来自扬声器输入信号的信号。将时域传递函数与扬声器输入信号进行卷积可以提供指示乘员耳部处的声音的时域信号。该卷积过程包括从头部相关传递函数得出并由评估传声器152记录的车厢声学特性。可听化模型248还可以被实现为滤波器或频域传递函数。滤波器或频域传递函数的参数可以被转换为离散时间传递函数，以处理经采样的扬声器输出信号。可听化模型248可以被实现和/或包括使由于计算等待时间而导致的信号中的任何延迟最小化的特征。
可听化模型248可以输出指示由NMM 102生成的扬声器输出引起的在每个评估传声器152的定位处的声音的信号。该信号可以与回放模块222生成的声音信号(例如，第二输出244)合并或组合。可听化模型248和回放模块222的输出可以被路由到第二组合器246。第二组合器246可以是加法器，其被配置为将信号加在一起。例如，回放模块222在评估传声器152处提供表示车辆测试期间的实际噪声的声音信号。可听化模型248在评估传声器152处提供表示由NMM 102生成的声音的声音信号以抵消噪声。可以将两个信号组合，以表示评估传声器152处的包括回放信号和补偿信号的所得到的声音信号。组合器246的输出可以被提供给评估模块228，并且可以被输出到头戴式耳机234和/或双声道扬声器236。
以这种方式，HIL***200对车辆内部进行仿真并允许对NMM 102进行测试和校准。HIL***200对车辆声音***对由NMM 102提供的控制信号的响应进行仿真。HIL***200还可以包括评估模块228。评估模块228可以处理由回放模块222提供的原始车辆传声器信号和由组合器226提供的补偿声音。评估模块228可以处理由回放模块222提供的原始评估传声器信号和由组合器246提供的补偿声音。评估模块228可以被编程为使信号的分析自动化。例如，评估模块228可以提供关于降噪水平的统计。可以将评估模块228的输出保存并存储在非易失性存储器中，以用于以后的比较。评估模块228可以允许比较由NMM 102实现的不同控制策略。另外，评估模块228可以实现对NMM 102参数变化的比较。评估模块228还可以记录和分析由车辆网络管理器218、NMM输入接口204和NMM输出接口208提供的信号。评估模块228还可以检查回放信号和补偿信号的频谱以评估***的有效性。例如，评估模块228可以对信号执行傅立叶变换以生成频率含量。
HIL***200还可以被配置为测试NMM 102的噪声合成能力。NMM 102可以包括电子声音合成算法。例如，NMM 102可以被配置为在加速事件期间生成仿真的发动机噪声。评估模块228可以被配置为评估由电子声音合成***生成的噪声。回放模块222可以包括用于测试NMM 102的噪声生成能力的仿真数据。例如，NMM 102可以被配置为在某些加速事件期间生成发动机噪声声音曲线。回放模块222可以被配置有各种加速事件。可以使用加速事件执行测试，以确定是否获得了正确的响应。
HIL***200可以被配置有外部接口模块232。外部接口模块232可以被配置为与外部计算***230对接。外部接口模块232可以包括通用串行总线(USB)、以太网和/或无线网络接口。外部接口模块232可以允许外部计算***230访问HIL***200。例如，外部计算***230可以用于监测HIL***200并更新HIL***200的参数。外部计算***230可以经由外部接口模块232将配置数据传输到HIL***200。此外，可以经由外部接口模块232对HIL***200重新编程。例如，外部计算***230可以被配置为对车辆声学模型和可听化模型重新编程并且修改模型的参数。外部接口模块232可以允许HIL***200向外部计算***230报告数据。外部接口模块232还可以允许HIL***200的操作由外部计算装置230控制和监视。
外部接口模块232可以被配置为与其他装置对接。外部接口模块232可以包括用于头戴式耳机234的接口，该头戴式耳机234可以连接到HIL***200。头戴式耳机234可以向收听者提供立体声输出。外部接口模块232还可以包括用于一个或多个扬声器236的接口。例如，双声道扬声器可以连接到HIL***200。双声道扬声器***可以包括左扬声器和右扬声器，并且被配置为使左源和右源之间的串扰最小化。外部接口模块232还可以被配置为包括用于虚拟现实(VR)***238的接口。例如，VR***238可以包括到仿真用户的音频和视觉反馈。外部接口模块232还可以包括到驾驶仿真器240的接口。驾驶仿真器240可以允许用户对各种驾驶状况进行仿真。例如，驾驶仿真器240可以用于向HIL***200提供速度和加速度曲线。
外部计算***230可以被配置为向回放模块222提供输入。例如，外部计算***230的操作员可以选择要执行的测试或请求预定测试模式的回放。
HIL***200还可以包括用于与操作员对接的显示器。该显示器可以是触摸屏显示器。另外，HIL***200可以包括输入装置，诸如键盘或鼠标，以允许来自操作员的输入。HIL***200可以包括用于提供操作员接口的硬件和软件驱动器。
HIL***200可以利用可听化方法在车厢中每个座椅的耳部定位处渲染声场。HIL***200可以包括一套头戴式耳机234或双声道扬声器236，以实现虚拟地对车厢的内部声音质量的主观评估。HIL***200可以被扩展以对***有头部跟踪装置的头戴式耳机234的输出提供反馈，从而随着头部的运动在每个座椅中提供完整的车辆内声场表示。操作员可以选择各种声音信号以通过头戴式耳机234播放。例如，操作员可以选择收听原始的车辆传声器数据和经补偿的传声器数据。操作员还可以选择在应用了可听化模型的情况下收听原始的评估传声器数据或经补偿的评估传声器数据。
图3描绘了用于生成噪声曲线和车辆数据的可能流程图。在操作302，可以记录车辆操作数据。例如，可以以各种速度和加速度曲线来操作车辆。每个传声器108和评估传声器152处的信号可以被采样并存储在车辆数据数据库308中以供以后使用。另外，可以记录来自车辆网络112的信息。车辆操作数据可以被周期性地采样并且与时间戳数据一起存储。记录可以由操作员手动触发。记录还可以基于车辆的工况而自动化。
在操作304，可以操作车辆音频***以提供用于对车辆声学和可听环境进行建模的数据。例如，预定的扬声器输出信号可以被生成并通过扬声器104播放。可以记录由传声器108和评估传声器152响应于扬声器输出而生成的信号，并将其存储在车辆数据数据库308中，以用于以后的处理。
在操作306，可以根据从操作304存储的数据来开发车辆声学模型。扬声器和传声器数据可以用于在扬声器104和传声器108之间构建一个或多个传递函数。传递函数可以定义传声器108对扬声器104的输出的响应。可以将描述传递函数的参数保存在车辆声学模型数据库310中以供以后使用。可以将参数传输到HIL***200。
在操作312，可以根据从操作304存储的数据来开发可听化模型。扬声器和评估传声器数据可以用于在扬声器104和评估传声器152之间构建一个或多个可听化传递函数。可听化传递函数可以定义评估传声器152对扬声器104的输出的响应。可以将描述传递函数的参数保存在可听化模型数据库314中以供以后使用。可以将参数传输到HIL***200。
图4描绘了用于实现HIL***200的可能的操作序列的流程图。在操作402，可以选择测试周期。该选择可以是自动化选择，其中控制器通过预定的一组测试周期进行排序。在某些配置中，操作员可以选择测试周期。在操作404，控制器可以被配置为从预记录的数据(例如，从车辆数据数据库308)回放噪声信号。噪声信号可以作为传声器信号输出到NMM102。在操作406，可以从NMM 102接收扬声器信号。NMM 102可以处理传声器数据并生成扬声器数据。在操作408，可以通过车辆声学模型224来处理扬声器信号。例如，可以对扬声器信号和车辆声学模型224的一个或多个时域传递函数执行实时卷积。在操作410，可以将车辆声学模型224的输出与回放噪声信号组合以得出传声器信号。组合的信号可以表示在应用了噪声补偿信号后的传声器数据。在操作412，可以将组合的信号输出到传声器接口212。
在操作416，可以将可听化模型248应用于扬声器信号。例如，可以对扬声器信号和可听化模型248的一个或多个时域传递函数执行实时卷积。在操作418，可以将可听化模型248的输出与回放噪声信号组合以得出声音输出信号。组合的信号可以表示在应用了噪声补偿信号后的评估传声器数据。在操作420，可以向收听者的头戴式耳机234提供组合的输出。在操作414，可以存储或处理噪声、补偿噪声信号和可听化模型输出以用于进一步分析。所描绘的操作不必顺序地执行，并且操作可以并行地执行。此外，操作序列可以是迭代的，并且可以以预定间隔重复该序列。
尽管以上HIL***200是参考基于车辆的主动噪声管理***来描述的，但是HIL***200的使用不必限于汽车环境。HIL***200可以发现可用于其中可以使用主动噪声管理***的任何应用。在HIL***200中收集数据和重放数据的方法可以用于测试其他类型的主动噪声管理***。
HIL***200改进了车辆的噪声管理***的测试和校准。HIL***200还可以减少开发成本，因为可以在实验室条件下完成开发而不需要用于开发的车辆。HIL***200还允许车辆噪声环境的一致且准确的再现，这允许噪声管理***的更具成本效益的调谐和校准。
虽然以上描述示例性实施方案，但并不意味这些实施方案描述了本发明的所有可能形式。相反，说明书中所用的词语是描述性而非限制性词语，且应理解的是，可以在不背离本发明的精神和范围的情况下作出各种改变。另外，各个所实施的实施方案的特征可加以组合来形成本发明的其他实施方案。

Claims (20)

1.一种用于评估车辆的噪声管理模块的***，所述***包括：
控制器，所述控制器被编程为：
从所述噪声管理模块接收扬声器信号并将传声器信号传送到所述噪声管理模块；
用车辆声学模型对所述扬声器信号进行滤波，以在与所述车辆中与所述噪声管理模块相关联的传声器的定位相对应的位置处生成由所述扬声器信号引起的声音信号；
将声音曲线和所述声音信号组合以生成所述传声器信号；并且
用可听化模型对所述扬声器信号进行滤波，以产生渲染的声音信号，从而创建空间收听效果，以在所述车辆内与和所述传声器的所述定位相对应的所述位置不同的预定位置处对由所述扬声器信号引起的声音进行仿真。
2.如权利要求1所述的***，其中所述预定位置与所述车辆内的就座位置以及就座于所述就座位置的车辆乘员的头部的预期定位相关联。
3.如权利要求1所述的***，其中所述可听化模型从来自所述车辆的实际扬声器数据和来自放置在所述车辆中的所述预定位置附近的评估传声器的实际传声器数据中得出。
4.如权利要求1所述的***，其中所述控制器还被编程为将所述渲染的声音信号与所述声音曲线组合以生成评估声音信号。
5.如权利要求4所述的***，其中所述控制器还被编程为将所述评估声音信号输出到音频输出装置。
6.如权利要求1所述的***，其中所述可听化模型表示所述车辆的声学环境，并且定义由所述扬声器信号引起的声音和所述预定位置处的声音之间的传递函数。
7.如权利要求1所述的***，其中所述车辆声学模型从来自所述车辆的先前记录的扬声器数据和来自所述车辆中与所述噪声管理模块相关联的传声器的先前记录的数据中得出。
8.如权利要求1所述的***，其中所述声音曲线包括先前记录在所述车辆中的声音信号。
9.如权利要求1所述的***，其中所述声音曲线包括合成的声音数据。
10.如权利要求1所述的***，其中所述控制器还被编程为将与所述声音曲线相对应并与所述声音曲线同步的总线通信数据和传感器信号传输到所述噪声管理模块。
11.一种用于对车辆的噪声管理模块的性能进行仿真并在控制器中实施的方法，所述方法包括：
从所述噪声管理模块接收扬声器信号；
生成声音曲线；
基于所述声音曲线和车厢声学模型将声音信号输出到所述噪声管理模块的传声器输入，所述车厢声学模型定义所述扬声器信号和位于所述车辆中并与所述噪声管理模块相关联的传声器之间的车厢声学传递函数；以及
基于所述声音曲线和可听化模型将音频信号输出到音频输出装置，所述可听化模型定义所述扬声器信号和所述车辆内与和所述传声器相对应的定位不同的位置之间的可听化传递函数，用于渲染声音以创建空间收听效果，从而在所述位置处重新创建声音印象。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述声音曲线包括先前记录在所述车辆中的声音信号。
13.如权利要求11所述的方法，其还包括将与所述声音曲线相关联的总线数据和传感器信号输出到所述噪声管理模块。
14.如权利要求11所述的方法，其还包括从来自所述车辆的实际扬声器数据和来自放置在所述位置附近的评估传声器的数据中生成所述可听化模型。
15.如权利要求11所述的方法，其中所述位置与所述车辆内的就座位置以及就座于所述就座位置的车辆乘员的头部的预期定位相关联。
16.一种体现在非暂时性计算机可读介质中的计算机程序产品，所述计算机程序产品被编程用于对车辆的噪声管理模块的性能进行仿真，所述计算机程序产品包括用于以下各项的指令：
从所述噪声管理模块接收扬声器信号；
将传声器信号传送到所述噪声管理模块；
生成声音曲线；
基于所述声音曲线和车厢声学模型经由传声器接口输出传声器信号，所述车厢声学模型定义所述扬声器信号和位于所述车辆中并与所述噪声管理模块相关联的传声器之间的车厢声学传递函数；以及
基于所述声音曲线和可听化模型将音频信号输出到音频输出装置，所述可听化模型定义所述扬声器信号和所述车辆内与和所述传声器相对应的定位不同的位置之间的可听化传递函数，用于创建空间收听效果，从而在所述位置处重新创建声音印象。
17.如权利要求16所述的计算机程序产品，其还包括用于在控制器和所述噪声管理模块之间交换与所述声音曲线相关联的数据和传感器信号的指令。
18.如权利要求16所述的计算机程序产品，其中所述位置与所述车辆内的就座位置以及就座于所述就座位置的车辆乘员的头部的预期定位相关联。
19.如权利要求16所述的计算机程序产品，其中所述车厢声学模型从来自所述车辆的实际扬声器数据和来自所述车辆中的与所述噪声管理模块相关联的所述传声器的实际数据中得出，并且所述可听化模型从所述实际扬声器数据和来自放置在所述车辆中的所述位置附近的评估传声器的实际传声器数据中得出。
20.如权利要求16所述的计算机程序产品，其中所述音频输出装置是头戴式耳机。
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