CN116434743A - 汽车内部声音分区域控制***及控制方法 - Google Patents

汽车内部声音分区域控制***及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种汽车内部声音分区域控制***及控制方法。控制***包括核心控制器、声音识别模块、麦克风传感器组、扬声器组。核心控制器包括智能交互控制器和噪声主动控制器。扬声器组包括全场扬声器组和定向扬声器组，麦克风传感器组用于实时收集车内的声音信号，声音识别模块对声音信号进行识别。智能交互控制器对非噪声信号进行声源区域定位和语义识别，并据此控制定向扬声器组的定向播放；噪声主动控制器基于噪声信号控制扬声器组发出与车内噪声相位相同、幅值相反的声波，以抵消噪声。构建多个独立声音区域，噪声主动控制器对各独立声音区域之间进行声音隔离，再结合定向扬声器组的定向播放，构建声音私密空间。

Description

汽车内部声音分区域控制***及控制方法
技术领域
本发明涉及汽车控制技术领域，具体涉及一种汽车内部声音分区域控制***及控制方法。
背景技术
随着电动汽车的逐渐发展，越来越多的用户对电动汽车舒适性有了新的期待和要求，汽车将不仅仅是代步工具，更是集休闲、办公、娱乐的地方。声音作为影响汽车舒适性的重要因素，用户对声音智能座舱需求越来越高。
声音智能座舱主要是指：降低车内干扰噪声、车内语音识别、分区域功能控制以及声音分区，增加用户乘车舒适性、智能性以及隐私性，是未来智能汽车的发展方向。
电动汽车在正常行驶的过程中，会有各种声音，例如：轮胎噪声、风噪、导航声音、收音机声音、车内报警声音、蓝牙电话声音等，不同区域场景对声音的要求存在差异，驾驶位置更关注导航声音，后部位置可能需要安静的环境休息，或者正在通蓝牙电话。不同区域对声音的要求差异，各区域需要一个相对独立的声音空间，因此如何将车内声音区域进行划分，形成独立隐私空间，是目前亟待解决的问题。
鉴于上述问题，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种汽车内部声音分区域控制***及控制方法，从而将车内声音区域进行划分，形成独立隐私空间。
本发明采用的技术方案在于：
一方面一种汽车内部声音分区域控制***，包括核心控制器、声音识别模块、麦克风传感器组、扬声器组；
所述核心控制器包括智能交互控制器和噪声主动控制器；
所述扬声器组包括安装在汽车座舱内的全场扬声器组和安装于各乘员耳侧位置附近的定向扬声器组；
所述麦克风传感器组用于实时收集车内的声音信号，并将声音信号传输给所述声音识别模块；
所述声音识别模块对所述声音信号进行识别，将噪声信号传输给所述噪声主动控制器，将非噪声信号传输给所述智能交互控制器；
所述智能交互控制器对所述非噪声信号进行声源区域定位和语义识别，并据此控制所述定向扬声器组的定向播放；所述噪声主动控制器基于所述噪声信号控制所述扬声器组发出与车内噪声相位相同、幅值相反的声波，以抵消噪声；
根据乘员位置在汽车座舱内部构建多个独立声音区域，所述噪声主动控制器控制所述扬声器组对各独立声音区域之间进行声音隔离，以阻隔各声音区域之间的声音传播，再结合所述定向扬声器组的定向播放，构建各个独立声音区域的声音私密空间。
进一步地，所述麦克风传感器组包括分别设置于座舱内的前侧、后侧以及各乘员区域内的麦克风传感器。
进一步地，设置于各乘员区域内的麦克风传感器具***于靠近乘员耳侧的位置。
进一步地，所述全场扬声器组包括设置于前挡风玻璃两侧A柱的前扬声器、设置于各车门位置处的车门扬声器、设置于座舱后部的后扬声器；所述定向扬声器组包括集成于座舱内各座椅靠背上的定向扬声器。
进一步地，还包括车辆主机***，所述智能交互控制器基于所述非噪声信号生成针对声源区域的功能指令，并将所述功能指令传输给所述车辆主机***，所述车辆主机***根据所述功能指令控制车辆完成针对声源区域的对应功能。
进一步地，所述噪声信号包括路面滚动噪声信号和风噪噪声信号。
进一步地，还包括底盘振动传感器，设置于车辆底盘的前轴和/或后轴位置处，用于测量路面滚动噪声传导路径上的振动信号，并发送给所述噪声主动控制器作为参考信号。
进一步地，所述核心控制器设置于靠近车机的位置。
另一方面，提供一种汽车内部声音分区域控制方法：
根据乘员位置在汽车座舱内部构建多个独立声音区域，每个独立声音区域内均设有麦克风传感器和定向扬声器，汽车座舱内还设有全场扬声器；
通过麦克风传感器采集声音信号，按照声音能量，将独立声音区域分为声音明区域和声音暗区域，具体地，一个独立声音区域内的定向扬声器发声，则该区域为声音明区域，反之，则该区域为声音暗区域；
通过全场扬声器和定向扬声器的配合，消除声音暗区域内来自声音明区域的定向扬声器发出的声音以及路面滚动噪声和风噪噪声，使声音暗区域保持安静，构建各个独立声音区域的声音私密空间。
进一步地，所述全场扬声器和定向扬声器的配合发出与欲消除噪声相位相同、幅值相反的声波，以抵消噪声。
与现有技术比较本发明的有益效果在于：
本发明提供的汽车声音内部控制解决方案，主要包含智能声音座舱基本功能：语音识别功能、分区域控制功能、声音分区功能以及路面噪声、风噪噪声主动控制功能。结构上采用两块控制器，分区域控制，实现算法并行计算，提高了整体计算效率，并且将主动噪声控制、智能交互硬件共用，实现功能、硬件整合，降低整体开发成本。将主动降噪技术加入声音分区控制，在一定程度上增加区域的声音隔离效果，采用指向性扬声器与全向扬声器相结合的方式，通过明暗区分析，确定最佳组合方案。通过智能交互控制器与主动降噪控制器、指向性扬声器与全向性扬声器相结合的方式，构建“声音隔离墙”，创建更加私密、独立汽车空间。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本发明的实施方式的汽车内部声音分区域控制***的架构图；
图2示出了本发明的实施方式的汽车内部扬声器布置位置图；
图3示出了本发明的实施方式的定向扬声器布置方式示意图；
图4示出了本发明的实施方式的车内麦克风传感器及底盘振动传感器位置示意图；
图5示出了本发明的实施方式的独立声音区域分区控制示意图。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
如图1所示，汽车内部声音分区域控制***包括核心控制器、声音识别模块、麦克风传感器组、扬声器组。其中，核心控制器分为两个部分，分别是智能交互控制器、噪声主动控制器。麦克风传感器组用于实时收集车内的声音信号，并将声音信号传输给声音识别模块。声音识别模块对声音信号进行识别，将噪声信号传输给噪声主动控制器，将非噪声信号传输给智能交互控制器。智能交互控制器对非噪声信号进行声源区域定位和语义识别，并据此控制定向扬声器组的定向播放。噪声主动控制器基于噪声信号控制扬声器组发出与车内噪声相位相同、幅值相反的声波，以抵消噪声。
扬声器组包括安装在汽车座舱内的全场扬声器组和安装于各乘员耳侧位置附近的定向扬声器组。根据乘员位置在汽车座舱内部构建多个独立声音区域，噪声主动控制器控制扬声器组对各独立声音区域之间进行声音隔离，以阻隔各声音区域之间的声音传播，再结合定向扬声器组的定向播放，构建各个独立声音区域的声音私密空间。
在一个实施例中，非噪声信号具体为人声语音信号，语音传递给不同位置处麦克风，通过回声消除技术、语音增强技术，以获取纯净语音信息。智能交互控制器根据车内现有麦克风阵列，计算语音声源的角度和距离，进行位置确定及语义识别。
可以将路面滚动噪声信号、风噪噪声信号及想要去除的声音定义为一个整体噪声，有从低频到高频很多成分，路面滚动噪声和风噪噪声多处于低频段，扬声器发出的声音多处于高频段，因此低频段的噪声波长较长，可以通过车载全场扬声器抵消路面滚动噪声和风噪噪声，高频段波长较短，需要通过定向扬声器抵消噪声，原理是发出相位相同、幅值相反的声波，通过噪声主动控制器进行主动控制。
本发明的声音分区域控制方案主要利用智能交互***，以定向扬声器的声音定向传播功能为主，以噪声主动控制算法为辅，搭建车内不同区域的声音明暗区域，构建每个区域的独立的声音私密空间。
如图2所示，全向扬声器采用汽车内部车载扬声器，耳侧扬声器采用定向扬声器，全场扬声器组包括设置于前挡风玻璃两侧A柱的前扬声器1、2，优选的为高频扬声器。设置于前车门位置处的扬声器3、4，设置于后门位置处的扬声器5、6。设置于座舱后部的后扬声器7，优选的为低频扬声器。定向扬声器8为设置在耳畔处的指向性扬声器。其中，全向扬声器受噪声主动控制器控制，主要控制低频区域，降低车内的路面滚动噪声和风噪噪声。定向扬声器8由于其指向性特性，用于定向传播及控制高频区域噪声，营造私密空间。
如图3所示，在一具体的实施例中，定向扬声器8集成在座椅内部，具体为集成于座舱内各座椅靠背100上的人员200双耳侧。
参看图1，在一实施例中，智能交互控制器与车辆主机***通信连接，智能交互控制器基于非噪声信号生成针对声源区域的功能指令，并将功能指令传输给车辆主机***，车辆主机***根据功能指令控制车辆完成针对声源区域的对应功能。例如，后排右侧乘客说：打开车窗，当语音传递给不同位置处麦克风时，通过回声消除技术、语音增强技术，获取纯净语音信息；智能交互控制器根据车内现有麦克风阵列，计算语音声源的角度和距离，进行位置确定及语义识别，将识别到的位置信息与语义传递给车辆主机***，车辆主机***控制车辆后排右侧车门的车窗打开。
在一实施例中，车辆的底盘上设置有底盘振动传感器，用于测量路面滚动噪声传导路径上的振动信号，并发送给噪声主动控制器作为参考信号。由于麦克风接受的是实时信号，路面滚动噪声变化快，增加振动传感器可加快算法达到稳定的时间，麦克风传感器结合底盘振动传感器达到算法收敛整体稳定。
在一具体的实施例中，噪声主动控制器部分需要控制路面噪声主动降噪控制、风噪噪声主动抑制控制，通过底盘传感器布置的参考传感器，通过噪声主动控制器中集成的FxLMS算法，通过汽车内部的扬声器，发出与车内路面噪声、风噪相位相同、幅值相反的声波，从而达到相应区域主动降噪的目的。FxLMS算法为有源噪声控制的常用算法，实现简单且运算量小。可以理解的也可以选用其他算法。
如图4所示，麦克风传感器组包括分别设置于座舱内的前侧、后侧以及各乘员区域内的麦克风传感器11，主要用于智能交互的语音识别确定发声位置以及主动降噪的车内噪声收集，麦克风位置接近人耳处，使用户在座椅处有更好的降噪效果。底盘振动传感器9主要为轮胎主动降噪提供参考信号，由于滚动噪声由轮胎产生，经由底盘传递到座舱内，因此布置位置为前轴、后轴底盘位置处，左右可以不对称，具***置根据不同车型，摸底模态测试后确定位置。核心控制器11优选的设置于靠近车机的位置，便于与车机进行通信，放到其他位置也是可以的。
如图5所示，图5示出了本发明的实施方式的独立声音区域分区控制示意图，根据乘员位置在汽车座舱内部构建多个独立声音区域A、B、C、D，每个独立声音区域内均设有麦克风传感器和定向扬声器，汽车座舱内还设有全场扬声器。通过麦克风传感器采集声音信号，按照声音能量，将独立声音区域分为声音明区域和声音暗区域，具体地，一个独立声音区域内的定向扬声器发声，则该区域为声音明区域，反之，则该区域为声音暗区域；通过全场扬声器和定向扬声器的配合，消除声音暗区域内来自声音明区域的定向扬声器发出的声音以及路面滚动噪声和风噪噪声，使声音暗区域保持安静，构建各个独立声音区域的声音私密空间。例如：A区域在听广播，B区域在听导航，C、D两区域保持安静，在A、B两区域采用定向扬声器发声，使两个区域处于声音明区，C、D两区域定向扬声器不发声，且通过主动控制算法，消除A、B区域传递到C、D区域的声音，营造更为安静的环境。
本发明的方案搭建一套智能声音座舱***，通过车内定向扬声器、全向扬声器、麦克风以及底盘参考振动传感器，构建一套具有车内噪声主动控制、语音识别以及座舱声音分区功能的座舱声音***。通过硬件共用、音频分频、智能算法处理等技术，降低单一功能硬件成本，且可移植性高，具有量产可能。
通过优化硬件，采用定向扬声器和全向扬声器相结合的方式，降低扬声器数量，提高声音分区水平，构建更安静驾驶环境。
以上仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本发明中各部件的结构和连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种汽车内部声音分区域控制***，其特征在于，包括核心控制器、声音识别模块、麦克风传感器组、扬声器组；
所述核心控制器包括智能交互控制器和噪声主动控制器；
所述扬声器组包括安装在汽车座舱内的全场扬声器组和安装于各乘员耳侧位置附近的定向扬声器组；
所述麦克风传感器组用于实时收集车内的声音信号，并将声音信号传输给所述声音识别模块；
所述声音识别模块对所述声音信号进行识别，将噪声信号传输给所述噪声主动控制器，将非噪声信号传输给所述智能交互控制器；
所述智能交互控制器对所述非噪声信号进行声源区域定位和语义识别，并据此控制所述定向扬声器组的定向播放；所述噪声主动控制器基于所述噪声信号控制所述扬声器组发出与车内噪声相位相同、幅值相反的声波，以抵消噪声；
根据乘员位置在汽车座舱内部构建多个独立声音区域，所述噪声主动控制器控制所述扬声器组对各独立声音区域之间进行声音隔离，以阻隔各声音区域之间的声音传播，再结合所述定向扬声器组的定向播放，构建各个独立声音区域的声音私密空间。
2.如权利要求1所述的一种汽车内部声音分区域控制***，其特征在于，所述麦克风传感器组包括分别设置于座舱内的前侧、后侧以及各乘员区域内的麦克风传感器。
3.如权利要求2所述的一种汽车内部声音分区域控制***，其特征在于，设置于各乘员区域内的麦克风传感器具***于靠近乘员耳侧的位置。
4.如权利要求1所述的一种汽车内部声音分区域控制***，其特征在于，所述全场扬声器组包括设置于前挡风玻璃两侧A柱的前扬声器、设置于各车门位置处的车门扬声器、设置于座舱后部的后扬声器；所述定向扬声器组包括集成于座舱内各座椅靠背上的定向扬声器。
5.如权利要求1所述的一种汽车内部声音分区域控制***，其特征在于，还包括车辆主机***，所述智能交互控制器基于所述非噪声信号生成针对声源区域的功能指令，并将所述功能指令传输给所述车辆主机***，所述车辆主机***根据所述功能指令控制车辆完成针对声源区域的对应功能。
6.如权利要求1所述的一种汽车内部声音分区域控制***，其特征在于，所述噪声信号包括路面滚动噪声信号和风噪噪声信号。
7.如权利要求6所述的一种汽车内部声音分区域控制***，其特征在于，还包括底盘振动传感器，设置于车辆底盘的前轴和/或后轴位置处，用于测量路面滚动噪声传导路径上的振动信号，并发送给所述噪声主动控制器作为参考信号。
8.如权利要求1所述的一种汽车内部声音分区域控制***，其特征在于，所述核心控制器设置于靠近车机的位置。
9.一种汽车内部声音分区域控制方法，其特征在于，
根据乘员位置在汽车座舱内部构建多个独立声音区域，每个独立声音区域内均设有麦克风传感器和定向扬声器，汽车座舱内还设有全场扬声器；
通过麦克风传感器采集声音信号，按照声音能量，将独立声音区域分为声音明区域和声音暗区域，具体地，一个独立声音区域内的定向扬声器发声，则该区域为声音明区域，反之，则该区域为声音暗区域；
通过全场扬声器和定向扬声器的配合，消除声音暗区域内来自声音明区域的定向扬声器发出的声音以及路面滚动噪声和风噪噪声，使声音暗区域保持安静，构建各个独立声音区域的声音私密空间。
10.如权利要求9所述的一种汽车内部声音分区域控制方法，其特征在于，所述全场扬声器和定向扬声器的配合发出与欲消除噪声相位相同、幅值相反的声波，以抵消噪声。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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