CN112788458A - 使用电动机的主动噪声消除装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种使用电动机的主动噪声消除装置，其可以包括：参考传感器，配置为检测车辆的噪声源；误差传感器，配置为检测与车辆内部噪声有关的信息；自适应控制电路，配置为基于来自参考传感器和误差传感器的检测信号来调节用于减小车辆内部噪声的滤波器值，并且通过应用调节后的滤波器值来生成用于驱动电动机的电流指令；电动机控制器，配置为控制电动机的驱动以遵循电流指令；以及辐射声音发生器，与电动机接合，并利用由电动机的驱动而产生的振动来产生用于抵消内部噪声的声音。

Description

使用电动机的主动噪声消除装置
技术领域
本发明涉及一种使用电动机的主动噪声消除装置，更具体地，涉及一种使用电动机的主动噪声消除装置，该装置能够通过不同地控制应用于车辆的电动机来主动地消除由车辆中的噪声源产生的噪声。
背景技术
近来，一种主动噪声消除技术被应用于车辆，该主动噪声消除技术使用布置在车辆内部的扬声器或布置在发动机悬置周围的电动执行器来产生可以消除发动机噪声或路面噪声的声音。
这种主动噪声消除技术需要多个扬声器、电动执行器和具有芯片组的外部放大器，该芯片组需要高水平的计算能力，因此存在车辆的制造成本和车身的重量增加的缺点。
本发明的背景技术部分中所包括的信息仅用于增强对本发明的一般背景的理解，而不应视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员已知的现有技术。
发明内容
本发明的各个方面旨在提供一种使用电动机的主动噪声消除装置，该装置能够通过出于特定目的控制设置在车辆中的电动机而生成结构传输声音，而无需另外的特定执行器或外部放大器，并且能够通过抵消车辆中产生的发动机噪声或路面噪声来主动消除噪声。
为了实现该目的，本发明的各个方面旨在提供一种使用电动机的主动噪声消除装置，该主动噪声消除装置配置为通过控制安装在车辆中的电动机来生成用于抵消车辆中的噪声的声音。该装置包括：参考传感器，配置为检测车辆的噪声源；误差传感器，配置为检测与车辆的内部噪声有关的信息；自适应控制电路，配置为基于来自参考传感器和误差传感器的检测信号来调节用于减少车辆的内部噪声的滤波器值，并通过应用调节后的滤波器值而生成用于驱动电动机的电流指令；电动机控制器，配置为控制电动机的驱动以遵循电流指令；以及辐射声音发生器，接合至电动机，并利用根据电动机的驱动而产生的振动来产生用于抵消内部噪声的声音。
在本发明的示例性实施例中，误差传感器可以检测并输出与由噪声源产生的噪声和由辐射声音发生器产生的声音之间的误差有关的信息。
在本发明的示例性实施例中，自适应控制电路可以包括：自适应控制滤波器，配置为通过对来自参考传感器的检测信号进行滤波来输出与电流指令相对应的信号；和最小均方(LMS)控制器，配置为基于由估计互补滤波器滤波的来自参考传感器的检测信号和来自误差传感器的检测信号来更新自适应控制滤波器的滤波器值，该估计互补滤波器配置为估计噪声源和误差传感器之间的声音传递函数。
在本发明的示例性实施例中，电动机控制器可以包括以下至少之一：d-q转换器，将由电流传感器测量的电动机的三相电流转换为d轴和q轴电流；d-q补偿器，补偿电动机的d轴和q轴反电动势；电压指令生成器，配置为基于从自适应控制电路输入的d轴或q轴电流指令值、通过d-q转换器转换的d轴和q轴实际电流值以及通过d-q补偿器获得的补偿值，生成用于驱动电动机的d轴或q轴电压指令；d-q逆变换器，将由电压指令生成器生成的电压指令信号转换为三相；以及PWM控制器，配置为基于由d-q逆变换器转换的三相电压指令信号来控制PWM信号。
在本发明的示例性实施例中，该装置可以进一步包括：位置传感器，配置为检测电动机的转子的位置；以及角速度提取器，基于检测到的转子的位置提取电动机的角速度，其中，d-q补偿器可以基于由角速度提取器提取的电动机的角速度、d轴和q轴电感、d轴和q轴电流指令值以及电动机的磁通量来补偿电动机的d轴和q轴反电动势。
在本发明的示例性实施例中，PWM控制器可以是空间矢量脉冲宽度调制(SVPWM)或正弦脉冲宽度调制(SPWM)。
在本发明的示例性实施例中，该装置可以进一步包括逆变器，逆变器包括多个开关元件，并且通过响应于从PWM控制器输出的PWM信号接通或断开多个开关元件来向电动机提供AC电力而驱动电动机。
在本发明的示例性实施例中，电动机可以是电动机驱动动力转向(MDPS)电动机，其连接至安装在车辆中的方向盘轴并且辅助方向盘转向。
在本发明的示例性实施例中，辐射声音发生器可以包括：电动机支撑结构，连接至电动机并传递由电动机产生的振动；安装支架，固定电动机支撑结构；以及辐射声音生成板，利用通过安装支架传递的电动机的振动来产生声音。
在本发明的示例性实施例中，辐射声音发生器可以进一步包括频率调谐结构，该频率调谐结构安装至辐射声音生成板并调节从辐射声音生成板产生的声音的频率。
根据使用电动机的主动噪声消除装置，可以通过控制预先设置在车辆中的电动机来主动地消除噪声，而无需添加用于消除车辆中的噪声的特定的执行器和外部放大器，并因此，可以减少车辆的整体重量和制造成本。
本发明的方法和装置具有其他特征和优点，这些特征和优点从结合在本文中的附图和以下具体实施方式中将会显而易见或在其中得以更详细地阐明，附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。
本发明的效果不限于上述效果，并且根据下文的描述，本领域技术人员可以清楚地理解其他效果。
附图说明
图1是示出根据本发明示例性实施例的使用电动机的主动噪声消除装置的示意框图。
图2是示出根据本发明示例性实施例的使用电动机的主动噪声消除装置中的自适应控制电路的信号输入/输出关系的示意图；
图3是示出根据本发明示例性实施例的使用电动机的主动噪声消除装置中应用于自适应控制电路的自适应控制算法的示例的框图；
图4是示出根据本发明示例性实施例的使用电动机的主动噪声消除装置中的电动机控制器的详细配置的框图；
图5是根据本发明示例性实施例的使用电动机的主动噪声消除装置的辐射声音发生器的立体图；
图6是根据本发明示例性实施例的使用电动机的主动噪声消除装置的辐射声音发生器的剖视图；以及
图7、图8、图9和图10是示出用于检查根据本发明示例性实施例的使用电动机的主动噪声消除装置的噪声消除效果的测试结果的曲线图。
应当理解的是，附图不一定按比例绘制，而是呈现出说明本发明的基本原理的各种特征的有所简化的表示。如本文所公开的包括例如具体尺寸、方向、位置和形状的本发明的具体设计特征，将部分地由预期的应用和使用环境来确定。
在附图中，贯穿附图的多幅图形中，附图标记表示本发明的相同或等效的部件。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的各种实施例，其示例在附图中示出并在以下予以说明。虽然将结合本发明的示例性实施例说明本发明，但是应当理解的是，本说明并非旨在将本发明限制于这些示例性实施例。相反，本发明旨在不仅涵盖本发明的这些示例性实施例，而且涵盖可包括在由所附权利要求所限定的本发明的思想和范围内的各种替代形式、修改、等同物和其他实施例。
在下文中，将参考附图详细说明根据本发明的各个实施例的使用电动机的主动噪声消除装置。
参考附图详细描述本发明。在本发明的示例性实施例和权利要求中使用的术语和词语不应被解释为限于典型的含义或词典释义，而是应当基于规则理解为具有与本发明的技术范围相关的含义和概念，根据该规则发明人可以适当地定义术语的概念以最适当地描述他或她所知道的用于实施本发明的最佳方法。
因此，在本发明的示例性实施例和附图中描述的配置仅是最优选的实施例，而并不代表本发明的全部技术精神。因此，在提交本申请时，本发明可以被解释为包括本发明的精神和范围内包括的所有改变、等同物和替代物。
图1是示出根据本发明示例性实施例的使用电动机的主动噪声消除装置的示意框图，以及图2是示出根据本发明示例性实施例的使用电动机的主动噪声消除装置中的自适应控制电路的信号输入/输出关系的示意图。
参照图1和图2，根据本发明示例性实施例的使用电动机的主动噪声消除装置可以包括参考传感器11、误差传感器12、自适应控制电路100、电流传感器200、电动机控制器300、逆变器400、电动机500、辐射声音发生器600。
参考传感器11是安装在噪声源中的传感器，该噪声源产生传播到车辆10内部的噪声，并且参考传感器检测与该噪声源有关的操作信息。例如，对于发动机噪声，参考传感器11可以是检测发动机700的转速(rpm)的rpm传感器。作为本发明的示例性实施例，对于路面噪声，参考传感器11可以是检测车轮的悬架的加速度信号的加速度传感器。
误差传感器12是直接检测车辆内的噪声的传感器，其可以是检测车辆内的声压信号的麦克风。由误差传感器12检测到的信息可以对应于从噪声源传播到车辆内部的噪声与由辐射声音发生器600产生的声音之间的误差，该辐射声音发生器600利用通过控制电动机500而产生的振动来产生声音以消除噪声。
自适应控制电路100可以从参考传感器11和误差传感器12接收传感器信号，并且可以使用接收到的传感器信号，通过应用预先存储的自适应控制算法来更新自适应控制滤波器的滤波器值，并且可以向电动机控制器300提供电流指令信号，该电动机控制器300利用来自自适应控制滤波器的更新后的滤波器值控制电动机500。换言之，自适应控制电路100可以包括用于使用自适应控制滤波器和传感器信号来更新自适应控制滤波器的滤波器值的自适应控制算法。
参照图2，在自适应控制电路100的信号输入/输出过程中，首先，由误差传感器12(例如，安装在车辆内的麦克风)测得的信号e(n)可以通过信号调节器14和模拟/数字(A/D)转换器15输入到自适应控制电路100。此外，由布置在发动机700上的参考传感器11检测到的发动机700的rpm信号通过正弦波发生器13转换成与发动机700的rpm相对应的正弦波参考信号x(n)，并随后输入到自适应控制电路100。
自适应控制电路100使用其中的自适应控制算法(下文将描述通过自适应控制算法的计算方法)执行用于主动噪声消除的一系列计算，随后通过数字/模拟(D/A)转换器16将计算结果作为d轴电流指令和q轴电流指令提供给电动机控制器300。电动机控制器300使用d轴电流指令和q轴电流指令来驱动逆变器400和电动机500。
当驱动电动机500时，电动机500产生d轴振动或q轴振动，并且通过该振动而从辐射声音发生器600产生主动声音。在主动声音消除现有的发动机声音的同时传递到内部，误差传感器12检测消除后剩余分量，并将其传递回自适应控制电路100，并且自适应控制电路100通过针对每次采样重复上述过程来逐渐降低在车辆的内部检测到的发动机噪声。
可以从d轴和q轴中选择用于产生和使用电动机500的振动来进行主动噪声控制的轴。d轴和q轴分别是指电动机500的离心力方向和旋转方向的轴，并且被设置为将三相逆变器的三相转换并控制为两个正交坐标轴，该三相逆变器向电动机500施加驱动力。通常，由于q轴需要通过控制电动机转矩来使用电动机的固有功能，因此，为了通过产生振动来产生声音，优选使用d轴。但是，q轴也可以用来通过产生振动来产生声音。
图3是示出根据本发明示例性实施例的应用于使用电动机的主动噪声消除装置中的自适应控制电路的自适应控制算法的示例的框图。
可以应用于自适应控制电路100的自适应控制算法包括例如滤波输入最小均方(FxLMS)、滤波输入归一化最小均方(FxNLMS)、滤波输入递归最小二乘(FxRLS)、以及滤波输入归一化的最小二乘(FxNRLS)的各种算法，图3中示出的示例是用于降低发动机噪声的窄带FxLMS算法。
参考信号x(n)可以通过rpm传感器获得，rpm传感器是布置在发动机700上的参考传感器11。如图2所述，可以通过将正弦波发生器13应用于由rpm传感器检测到的信号来产生正弦波参考信号x(n)。
参考信号x(n)通过电动机和误差传感器12之间的传递函数的估计互补滤波器
Figure BDA0002501780950000061
110输入到LMS控制器120。此外，对应于从发动机700传播到车辆内部的声音与由辐射声音发生器600产生的主动声音y'(n)之间的误差的误差信号e(n)也被输入到LMS控制器120。
随后，LMS控制器120更新自适应控制滤波器W(z)130的滤波器值，使得自适应控制滤波器W(z)130确定并输出与电流指令值相对应的信号y(n)，并且输出信号通过D/A转换器16输入到电动机控制器300。在这种情况下，由LMS控制器120执行的滤波器值更新公式如下。
[公式1]
e(n)＝d(n)-y′(n)
W(n+1)＝W(n)+μ·e(n)·x′(n)
y(n)＝W(n)*x(n)
在公式1中，“μ”是步长，“*”是卷积之和，以及“y”是控制输出。
另一方面，在上述自适应控制算法中，对估计电动机和误差传感器之间的传递函数(S(z))的互补滤波器
Figure BDA0002501780950000071
110进行建模的技术如下。
当使用车辆内部的麦克风作为误差传感器12时，需要通过估计次级路径来对互补滤波器进行建模，由电动机500生成的激振力通过次级路径产生辐射声音发生器600的振动，并且该振动作为噪声通过车辆的结构和空气传递到误差传感器12，并且为此，需要获得“内部声压A/电动机的激振力F”。如果将加速度计用作误差传感器12，则可以将“辐射声音产生结构的振动V/电动机的激振力F”用作次级路径传递函数互补滤波器。
同时，在上述两种情况下都需要对作为输出t/输入t的脉冲响应函数的h(t)进行建模，并且有多种对其进行建模的方法。
首先，能够获得输入和输出的频率响应函数，然后可以通过快速傅立叶变换(FFT)逆变换获得h(t)。在这种情况下，根据输入和输出中的哪一个具有很大的噪声分量，可以通过几个公式得出输入和输出的频率响应函数。
除了这些方法之外，可以通过将输入和输出的传递函数的分子和分母表达为多项式函数，在假设极点和零点的数目的情况下进行曲线拟合，然后执行FFT逆变换来获得h(t)。
因此，这些方法用于消除输入和输出的噪声并进行建模以最好地解释***的实际物理现象，并且可以通过由工程师在相应领域中选择和建模适当的方法来实现。
电流传感器200检测电动机500的相的电流。此外，通过将由电流传感器200检测到的相的电流输入到d-q转换器310中，可以将其转换为d轴电流和q轴电流。
电动机控制器300可以基于由自适应控制电路100生成的电流指令、由电流传感器200检测到的与电动机500相关的实际电流信息以及电动机500的反电动势补偿值来产生用于驱动电动机500的电压指令，从而产生声音，并且可以控制电动机500的驱动。
图4是示出根据本发明示例性实施例的使用电动机的主动噪声消除装置中的电动机控制器的详细配置的框图。
参照图1和图4，电动机控制器300可以包括d-q转换器310、d-q补偿器320、电压指令生成器330、d-q逆变换器340和脉宽调制(PWM)控制器350中的至少一个。电动机控制器300还可以包括位置传感器360以及角速度提取器370，位置传感器360检测电动机500的转子的位置，角速度提取器370基于检测到的转子的位置来提取电动机500的角速度。根据实施例，霍尔传感器、编码器或分解器可以用作检测转子的位置的位置传感器360。
更详细地，d-q转换器310将由电流传感器200测量的电动机500的三相电流转换成d轴和q轴电流。由于电动机500的三相电流转换成d轴电流和q轴电流的相位转换是公知的技术，因此将省略其详细说明。
d-q补偿器320补偿电动机500的d轴和q轴反电动势。具体地，d-q补偿器320可以基于由角速度提取器370提取的电动机500的角速度、d轴和q轴电感、d轴和q轴电流指令值以及电动机的磁通量来补偿电动机500的d轴和q轴反电动势。
详细地，d-q补偿器320可以作为前馈补偿器补偿电动机500的d轴和q轴反电动势。在当前情况下，d-q补偿器320可以包括d轴补偿器321和q轴补偿器322。更具体地，可以根据以下公式2确定电动机的d轴和q轴反电动势补偿值。
[公式2]
Vd_ref_ff＝-ωr Lq iq_ref
Vq_ref_ff＝ωr(Ld id_ref+Ψpm)
其中，Vd_ref_ff是d轴前馈补偿器的电压指令值，Vq_ref_ff是q轴前馈补偿器的电压指令值，ωr是电动机的角速度，Lq和Ld分别是q轴电感和d轴电感，iq_ref和id_ref分别是q轴电流指令值和d轴电流指令值，以及Ψpm是电动机的磁通量。
电压指令生成器330可以基于从自适应控制电路100输入的d轴或q轴电流指令值、通过d-q转换器310转换的d轴和q轴实际电流值以及通过d-q补偿器320获得的补偿值来产生d轴或q轴电压指令，以通过驱动电动机500来产生声音。
具体地，电压指令生成器330可以包括比例积分控制器331和332，其对从自适应控制电路100输入的d轴或q轴电流指令值以及通过d-q转换器310转换的d轴和q轴实际电流值进行比例积分控制。在当前情况下，电压指令生成器330可以分别包括用于d轴和q轴的比例积分控制器331和332。
此外，关于d轴，如图4所示，电压指令生成器330可以通过从d轴比例积分控制器331的输出值减去通过d-q补偿器320导出的d轴反电动势补偿值然后将结果值输入到电动机500的RL电路333来产生d轴电压指令信号，以通过驱动电动机500来产生声音。
此外，关于q轴，如图4所示，电压指令生成器330可以通过将q轴比例积分控制器331的输出值与通过d-q补偿器320导出的q轴反电动势补偿值相加然后通过将结果值输入到电动机500的RL电路333来产生q轴电压指令信号，以通过驱动电动机500来产生声音。
d-q逆变换器340将由电压指令生成器330产生的电压指令信号转换成三相。d-q逆变换器340可以将由电压指令生成器330生成的两相d轴或q轴电压指令信号逆转换为三相坐标系信号，以将其施加到电动机500。在当前情况下，将两相d轴和q轴信号转换为三相信号是公知的技术，因此将省略其详细说明。
PWM控制器350可以基于通过d-q逆变换器340转换的三相电压指令信号来控制PWM信号。
具体地，PWM控制器350可以基于从d-q逆变换器340输出的三相电压指令信号来产生和控制PWM信号，该PWM信号施加于下文将描述的逆变器400中包括的开关元件，以便使所需电流输入到电动机500。根据实施例，PWM控制器350可以是空间矢量脉冲宽度调制(SVPWM)或正弦脉冲宽度调制(SPWM)。在SVPWM或SPWM中产生和控制PWM信号是公知的技术，因此将省略其详细说明。
逆变器400包括多个开关元件，并且响应于从PWM控制器350输出的PWM信号来接通/断开开关元件，从而将AC电力提供给电动机500并且可以驱动电动机500。
作为永磁同步电动机(PMSM)的电动机500可以是连接至安装在车辆中的方向盘轴700并辅助方向盘转向的电动机。根据实施例，电动机500可以是电动机驱动动力转向(MDPS)电动机。
辐射声音发生器600通过由电动机控制器300驱动的电动机500产生的振动来产生声音。
本发明的若干实施例通过以下原理实现：电动机500生成激振力，该激振力通过支撑电动机500的安装件传递到辐射声音发生器600并放大辐射声音发生器600中的声音，然后通过将自适应控制算法(例如，FxLMS算法)应用于通过由自适应控制电路100检测内部噪声获得的信号来控制电动机的激振力，降低车辆的发动机噪声等。
在当前情况下，产生激振力的方向可以是电动机的旋转方向或离心方向，但是电动机的旋转方向需要用于电动机的固有功能，因此优选在电动机的离心方向上产生激振力。电动机500中生成的激振力引起结构声，并且可以通过结构声消除车辆内的噪声。
例如，在电动机驱动动力转向(MDPS)应用于车辆的转向柱上的情况下，空气传播声音的贡献较弱，可以将结构声的传递路径分为通过齿轮箱传递到齿轮箱安装结构的第一路径、通过转向柱传递到方向盘的第二路径、以及通过转向柱安装件传递到辐射声音产生结构的第三路径，通过测试发现第三路径的贡献最大。在本发明的示例性实施例中，辐射声音发生器600的结构可以被设计为能够使用第三路径而使结构声最大化。
图5是根据本发明示例性实施例的使用电动机的主动噪声消除装置的辐射声音发生器的立体图，以及图6是根据本发明示例性实施例的使用电动机的主动噪声消除装置的辐射声音发生器的剖视图。
参照图5和图6，辐射声音发生器600可以包括：电动机支撑结构630，其与电动机500连接并且传递由电动机500产生的振动；安装支架620，其固定电动机支撑结构630；以及辐射声音生成板610，其中安装支架620固定至辐射声音生成板610，并且辐射声音生成板610利用通过电动机支撑结构630和安装支架620传递的电动机500的振动产生辐射声音。
当电动机500的振动通过电动机支撑结构630和安装支架620传递时，辐射声音生成板610振动并产生较大的声音。此外，可以使用面板的厚度和安装至面板的频率调谐结构640来调谐辐射声音生成板610的频率，以增加特定频率下的振动-声音灵敏度。
随着所施加的重量增加，频率调谐结构640在低频率下增加辐射声音生成板的振动-声音灵敏度，并且当频率调谐结构640以肋状安装时，其增加了面板的刚性，从而能够在高频率下提高辐射声音生成板的振动-声音灵敏度。
此外，为了使辐射声音生成板610产生具有足够音量的声音以消除来自控制目标的噪声，需要将辐射声音产生结构的动态阻抗设计为低于传递振动的安装支架620。
通常，为了减少噪声和振动，需要增加在接收振动的部分的动态阻抗，但是在本发明的若干实施例中，由于需要产生大的噪声和振动，因此需要将在接收振动的部分的动态阻抗设计为低的，并且需要将辐射声音发生器600的表面辐射效率设计为高的，以使得辐射声音变大。为此，面板的厚度可以设计成小于安装支架620的厚度，并且可以使用质量较小但相对较硬的材料。此外，只要给定的布局允许可以将表面积设计为尽可能宽。
图7、图8、图9和图10是示出用于检查根据本发明示例性实施例的使用电动机的主动噪声消除装置的噪声消除效果的测试结果的曲线图。
执行以得出图7、图8、图9和图10中所示结果的测试是通过使用列安装式的电动机驱动动力转向(MDPS)电动机制造主动噪声消除装置而进行的测试，该电动机驱动动力转向(MDPS)电动机作为车辆中的电动机之一通过方向盘执行转向功能。
通过以下方式执行一种消除原始噪声的测试，即，通过将扬声器安装在与测试设备向后隔开的位置，产生预定噪声，在输入原始噪声的频率作为参考信号的同时通过设置在测试设备前方的麦克风接收误差信号，根据本发明示例性实施例使用自适应控制电路和电动机控制电路驱动MDPS电动机，并使用由MDPS电动机激励的振动从辐射声音发生器产生声音。在这种情况下，将原始噪声任意设置为50Hz的正弦波，将控制电路的采样频率设置为500Hz，并将自适应控制滤波器的数量设置为两个(W1和W2)以控制50Hz正弦波的幅度和相位。
图7所示的W1(n)和W2(n)、图8中所示的y(n)和图9中所示的e(n)的x轴对应于每次采样的次数，并且示出了总共执行一秒的控制时的结果。参照图7、图8、图9和图10所示的结果，可以看出，图7所示的滤波器值W1(n)和W2(n)每次均更新，然后在经过约200次采样后变化减小，图8所示的控制输出y(n)在大约200次采样之后的变化也减小，以及图9所示的误差信号e(n)从早期以大约为2的幅度逐渐减小，然后在大约200的采样次数后转换为0.2至0.6的值。确定由于除了来自控制目标噪声之外存在的其他噪声的影响，误差不再减小。此外，图10示出了使用FFT在控制早期和后期中转换50个误差信号e(n)的数据，然后在控制早期和后期对频域的误差信号进行比较的结果，其中已经示出，通过本发明的示例性实施例，作为控制目标噪声的50Hz的噪声幅度从1.26降低到0.44，降低了大约65％。
如上所述，根据本发明的若干实施例的使用电动机的主动噪声消除装置可以通过控制预装在车辆中的电动机来主动地消除噪声，而无需添加用于消除噪声的特定的执行器和外部放大器。因此，根据本发明的若干实施例的使用电动机的主动噪声消除装置可以在降低车辆的整体重量和制造成本的同时，主动消除车辆内的噪声。
为了在所附权利要求中方便说明和准确定义，使用术语“上部”、“下部”、“内”、“外”、“上”、“下”、“向上”、“向下”、“前”、“后”、“后方”、“内部”、“外部”、“向内”、“向外”、“内部的”、“外部的”、“内侧”、“外侧”、“向前”和“向后”，参照示例性实施例的特征在附图中所示的位置来描述这些特征。还将理解，术语“连接”或其派生词既指直接连接又指间接连接。
为了说明和描述的目的，已经给出了本发明的特定示例性实施例的前述描述。该说明并非旨在穷举或将本发明限制于所公开的确切形式，并且鉴于上述教导，显然多种修改和变形是可能的。选择和说明示例性实施例是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够实施和利用本发明的各种示例性实施例及其各种替代形式和变型。本发明的范围旨在由所附的权利要求书及其等同物来限定。

Claims (20)

1.一种使用电动机的噪声消除装置，用于通过控制安装在车辆中的电动机来产生用于抵消所述车辆中的噪声的声音，所述装置包括：
参考传感器，配置为检测所述车辆的噪声源；
误差传感器，配置为检测与所述车辆内部的噪声有关的信息；
自适应控制电路，连接至所述参考传感器和所述误差传感器，并且配置为基于来自所述参考传感器和所述误差传感器的检测信号来调节用于减少所述车辆的内部噪声的滤波器值，并通过应用调节后的滤波器值而生成用于驱动所述电动机的电流指令；
电动机控制器，连接至所述电动机和所述自适应控制电路，并配置为控制所述电动机的驱动以遵循所述电流指令；以及
辐射声音发生器，与所述电动机接合，并利用根据所述电动机的驱动而产生的振动来产生用于抵消所述内部噪声的声音。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述误差传感器配置为检测并输出与由所述噪声源产生的噪声和由所述辐射声音发生器产生的声音之间的误差有关的信息。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述自适应控制电路包括：
自适应控制滤波器，配置为通过对来自所述参考传感器的检测信号进行滤波来输出与所述电流指令相对应的信号；以及
最小均方(LMS)控制器，配置为基于由估计互补滤波器滤波的来自所述参考传感器的检测信号和来自所述误差传感器的检测信号来更新所述自适应控制滤波器的滤波器值，所述估计互补滤波器配置为估计所述噪声源和所述误差传感器之间的声音传递函数。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述电动机控制器包括以下至少之一：
d-q转换器，将由电流传感器测量的所述电动机的三相电流转换为d轴和q轴电流；
d-q补偿器，补偿所述电动机的d轴和q轴反电动势；
电压指令生成器，配置为基于从所述自适应控制电路输入的d轴或q轴电流指令值、通过所述d-q转换器转换的d轴和q轴实际电流值以及通过所述d-q补偿器获得的补偿值，生成用于驱动所述电动机的d轴或q轴电压指令；
d-q逆变换器，将由所述电压指令生成器生成的电压指令信号转换为三相；以及
脉冲宽度调制(PWM)控制器，配置为基于由所述d-q逆变换器转换的三相电压指令信号来控制PWM信号。
5.根据权利要求4所述的装置，进一步包括：
位置传感器，配置为检测所述电动机的转子的位置；以及
角速度提取器，基于检测到的转子的位置提取所述电动机的角速度，
其中，所述d-q补偿器配置为基于由所述角速度提取器提取的所述电动机的角速度、d轴和q轴电感、d轴和q轴电流指令值以及所述电动机的磁通量来补偿所述电动机的d轴和q轴反电动势。
6.根据权利要求4所述的装置，其中，所述PWM控制器是空间矢量脉冲宽度调制(SVPWM)或正弦脉冲宽度调制(SPWM)。
7.根据权利要求4所述的装置，进一步包括：
连接至所述PWM控制器的逆变器，所述逆变器包括多个开关元件，并且通过响应于从所述PWM控制器输出的PWM信号接通或断开所述多个开关元件来向所述电动机提供AC电力而驱动所述电动机。
8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述电动机是电动机驱动动力转向(MDPS)电动机，其连接至安装在所述车辆中的方向盘轴并且辅助方向盘转向。
9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述辐射声音发生器包括：
电动机支撑结构，连接至所述电动机并传递由所述电动机产生的振动；
安装支架，固定所述电动机支撑结构并接收由所述电动机产生的振动；以及
辐射声音生成板，结合至所述安装支架并利用通过所述安装支架传递的电动机的振动来产生声音。
10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述辐射声音发生器进一步包括频率调谐结构，所述频率调谐结构安装至所述辐射声音生成板并调节从所述辐射声音生成板产生的声音的频率。
11.一种通过控制安装在车辆中的电动机来抵消车辆中的噪声的方法，所述方法包括以下步骤：
由参考传感器检测所述车辆的噪声源；
由误差传感器检测与所述车辆的内部噪声有关的信息；
由连接至所述参考传感器和所述误差传感器的自适应控制电路，基于来自所述参考传感器和所述误差传感器的检测信号来调节用于减少所述车辆的内部噪声的滤波器值，并通过应用调节后的滤波器值生成用于驱动所述电动机的电流指令；
由连接至所述自适应控制电路和所述电动机的电动机控制器来控制所述电动机的驱动以遵循所述电流指令；以及
由与所述电动机接合的辐射声音发生器利用根据所述电动机的驱动而产生的振动来产生用于抵消所述内部噪声的声音。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述误差传感器配置为检测并输出与由所述噪声源产生的噪声和由所述辐射声音发生器产生的声音之间的误差有关的信息。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述自适应控制电路包括：
自适应控制滤波器，配置为通过对来自所述参考传感器的检测信号进行滤波来输出与所述电流指令相对应的信号；以及
最小均方(LMS)控制器，配置为基于由估计互补滤波器滤波的来自所述参考传感器的检测信号和来自所述误差传感器的检测信号来更新所述自适应控制滤波器的滤波器值，所述估计互补滤波器配置为估计所述噪声源和所述误差传感器之间的声音传递函数。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，所述电动机控制器包括以下至少之一：
d-q转换器，将由电流传感器测量的所述电动机的三相电流转换为d轴和q轴电流；
d-q补偿器，补偿所述电动机的d轴和q轴反电动势；
电压指令生成器，配置为基于从所述自适应控制电路输入的d轴或q轴电流指令值、通过所述d-q转换器转换的d轴和q轴实际电流值以及通过所述d-q补偿器获得的补偿值，生成用于驱动所述电动机的d轴或q轴电压指令；
d-q逆变换器，将由所述电压指令生成器生成的电压指令信号转换为三相；以及
脉冲宽度调制(PWM)控制器，配置为基于由所述d-q逆变换器转换的三相电压指令信号来控制PWM信号。
15.根据权利要求14所述的方法，进一步包括：
位置传感器，配置为检测所述电动机的转子的位置；以及
角速度提取器，基于检测到的转子的位置提取所述电动机的角速度，
其中，所述d-q补偿器配置为基于由所述角速度提取器提取的所述电动机的角速度、d轴和q轴电感、d轴和q轴电流指令值以及所述电动机的磁通量来补偿所述电动机的d轴和q轴反电动势。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，所述PWM控制器是空间矢量脉冲宽度调制(SVPWM)或正弦脉冲宽度调制(SPWM)。
17.根据权利要求14所述的方法，进一步包括：
连接至所述PWM控制器的逆变器，所述逆变器包括多个开关元件，并且通过响应于从所述PWM控制器输出的PWM信号接通或断开所述多个开关元件来向所述电动机提供AC电力而驱动所述电动机。
18.根据权利要求11所述的方法，其中，所述电动机是电动机驱动动力转向(MDPS)电动机，其连接至安装在所述车辆中的方向盘轴并且辅助方向盘转向。
19.根据权利要求11所述的方法，其中，所述辐射声音发生器包括：
电动机支撑结构，连接至所述电动机并传递由所述电动机产生的振动；
安装支架，固定所述电动机支撑结构并接收由所述电动机产生的振动；以及
辐射声音生成板，结合至所述安装支架并利用通过所述安装支架传递的电动机的振动来产生声音。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述辐射声音发生器进一步包括频率调谐结构，所述频率调谐结构安装至所述辐射声音生成板并调节从所述辐射声音生成板产生的声音的频率。
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