车内集群式多通道主动噪声控制系统研究

doi:10.19562/j.chinasae.qcgc.2025.05.017

摘要/Abstract

摘要：

为解决油电混合动力汽车充放电时发动机间歇介入工作，导致车内轰鸣声的问题，本文基于传统多通道主动噪声控制（active noise control，ANC）系统，通过融合集中式控制策略与分散式控制策略的优点，提出了一种综合性能较优的半耦合式集群式控制策略。集群式控制策略较集中式控制策略计算量降低50%左右，且保持着与其相当的噪声衰减性能；较分散式控制策略稳定性明显更优，降噪效果突出。基于MATLAB仿真平台对提出的车内多种集群式控制策略及传统控制策略进行了对比分析，同时基于某增程式电动车在其常用工况下开展了实车路试实验验证。结果表明集群式控制策略可较好地应用于车内多通道主动噪声控制系统，2、4、6阶增程器噪声在4个座椅头枕位置处的平均降噪量分别可达15.9、10.6和5.7 dB（A），表现出了良好的降噪效果及稳定性。研究成果可推广应用于有人舱室的噪声控制如飞机、潜艇等领域，有重要的科学意义和工程价值。

关键词: 车内噪声, 多通道主动噪声控制, 集群式控制策略, 低计算复杂度, 高稳定性

Abstract:

In order to solve the problem of roaring sound inside the vehicle caused by intermittent engine intervention during charging and discharging of diesel-electric hybrid vehicles， in this paper a semi-coupled cluster control strategy with better comprehensive performance is proposed based on the traditional multi-channel active noise control （ANC） system by combining the advantages of the centralized control strategy and decentralized control strategy. Compared with the centralized control strategy， the computational cost of the cluster control strategy is reduced by about 50%， and the noise attenuation performance is comparable to that of the centralized control strategy. Compared with the decentralized control strategy， the stability is obviously better， and the noise reduction effect is outstanding. Based on the MATLAB simulation platform， a variety of cluster control strategies and traditional control strategies in the vehicle are compared and analyzed， and the road test experiments of a range-extended electric vehicle are carried out under its common working conditions. The results show that the cluster control strategy can be well applied to the multi-channel active noise control system in the vehicle， and the average noise reduction amount of the second-， fourth-， and sixth-order range extender noise at the four seat headrest positions can reach 15.9， 10.6 and 5.7 dB（A）， respectively， showing good noise reduction effect and stability. The research results can be applied to the noise control of manned cabins， such as aircraft， submarines and other fields， which has important scientific significance and engineering value.

Key words: vehicle interior noise, multi-channel active noise control, clustered control strategy, low computational complexity, high stability

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参考文献 18

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项目	集中式	分散式	集群式
生成控制信号	8K	8K	8K
生成滤波参考信号	32KI	8KI	16KI
更新权系数	40K	16K	24K
总计算量	32KI+48K	8KI+24K	16KI+32K

K	I	集中式	分散式	集群式
3	64	6 288	1 608	3 168
3	128	12 432	3 144	6 240
3	256	24 270	6 216	12 384
9	64	18 864	4 824	9 504
9	128	37 296	9 432	18 720
9	256	74 160	18 648	37 152

控制方式	位置	2阶降噪量	4阶降噪量	6阶降噪量
12/34	主驾	25.9	13.9	4.2
	副驾	14	13.4	2.6
	左后	15.2	16.8	16.1
	右后	13.7	4.4	11.6
13/24	主驾	1.6	-6.4	6
	副驾	1.6	4.6	5.7
	左后	1	4.5	8.2
	右后	2	-9.4	1.6
14/23	主驾	2.7	5.2	0.9
	副驾	2.6	10.8	2.5
	左后	0.8	10.9	8.2
	右后	1.4	1.8	3.8

控制方式	位置	2阶降噪量	4阶降噪量	6阶降噪量
集中式	主驾	24.7	-2.6	5
	副驾	20.1	15.9	12.9
	左后	14.6	7.5	10.1
	右后	10.8	3.2	10.7
分散式	主驾	5	5.2	3
	副驾	4	5.4	7.2
	左后	1.8	15.3	19.2
	右后	3	16	10.7
集群式	主驾	25.9	13.9	4.2
	副驾	14	13.4	2.6
	左后	15.2	16.8	16.1
	右后	13.7	4.4	11.6

序号	设备名称	规格型号	主要参数
1	实时控制器	CompactRIO 9040	处理器：Intel Atom E3930；SSD：4GB；可重配置FPGA： Xilinx Kintex-77K70T
2	信号输入模块	NI 9231	通道数目：8；采样率：51.2 kS/s/通道
3	信号输出模块	NI 9269	通道数目：4；采样率：100 kS/s/通道
4	传声器	GRAS-46AE	动态范围：17 ~138 dB（A），灵敏度：50 mV/Pa
5	数据采集系统	SCADAS-XS-12	通道数量：12；采样频率：51.2 kHz/通道