Главная » Все новости

Принципы системы активного шумоподавления – программно-ориентированный подход для автомобилей

04.02.2016

Любой автомобилист мечтает о том, чтобы его транспортное средство потребляло как можно меньше топлива. На самом же деле, определенные исследования доказывают, что именно показатель экономии топлива является определяющим при выборе и покупке автомобиля. Для удовлетворения данного запроса, наряду с законами и правилами, регулирующими топливную экономичность и выброс углерода, автопроизводителя постоянно внедряют целый ряд мер. Сюда можно отнести возможность управления цилиндрами (т.е. отключение цилиндров в условиях незначительной нагрузки двигателя), работа двигателя на низких оборотах, и сокращение объемов использования пассивных демпфирующих материалов, что позволит уменьшить вес автомобиля.

Хорошей новостью является то, что эти меры действительно помогут улучшить экономию топлива; плохая новость – такие изменения часто приводят к нежелательному шуму в автомобиле. Этот шум исходит из двигателя и активизирует низкочастотные сигналы в салоне (ниже 150 Гц), которые вызывают усталость водителя. Шум пропорционален скорости двигателя, и часто является причиной повышенной энергии колебаний из двигателя или трансмиссии, который трансформируется в акустическую энергию внутри кабины. Это происходит во время обычного ускорения или замедления, или при средней эксплуатационной скорости, когда цилиндры отключены. Снижение количества используемых пассивных материалов контроля шума только усугубляет проблему. Чтобы противодействовать этому шуму, автопроизводители применяют активные технологии шумоподавления (ANC), что является эффективным подходом к снижению шума двигателя в салоне авто, и может функционировать без осознания со стороны водителя и пассажиров транспортного средства.

Простота залог успеха

Для снижения нежелательного шума от двигателя в салоне, система ANC через динамики автомобиля распространяет синтезированный «анти-шум» с такой же амплитудой, но в противоположной фазе. Для эффективного выполнения системе необходимы данные с двигателя в режиме реального времени, особенно, данные RPM (число оборотов в минуту); также нужна информация о входе с одного или нескольких микрофонов, расположенных как можно ближе на уровне головы водителя и пассажиров. Данные с двигателя в режиме реального времени помогают определить, какие частоты нужно сократить, в то время как микрофоны позволяют системе непрерывно проводить мониторинг уровня шума в салоне, обнаруживать и адаптироваться к изменениям в акустических условиях.

В то время как ANC-система может показаться элементарной, достигнуть оптимальной производительности не так легко и просто. Начнем с того, что каждый интерьер автомобиля имеет уникальные акустические характеристики, на которые влияет расположение сидений, используемые отделочные материалы в салоне, локации и количества динамиков и микрофонов. Так как все эти факторы влияют на процесс, который выполняет ANC, система должна быть откалибрована и настроена под каждую модель авто. Также, она должна быстро адаптироваться к динамичным изменениям в акустике в кабине авто, что зависит, например, от изменений в локации сидений, открытия и закрытия окон. Кроме того, система должна быть надежной – качество звука в салоне должно быть стабильным и не должно ухудшаться, например, когда микрофон перестает работать.

Рекомендации и компромиссы

Большинство коммерческих ANC-систем используют специальный аппаратный модуль. Но при этом, автопроизводители начинают осознавать, что экономически эффективным решением для запуска ANC-системы, использующей программное обеспечение, является активный кремний, в головном устройстве или в усилителе аудио-системы. DSP и прикладные процессоры, используемые в современных информационно-развлекательных системах, могут выполнять широкий спектр задач, включая взаимодействие с ANC. Когда ANC-технология интегрирована в мультимедийную систему, различные функции работают друг с другом и обмениваются доступной информацией. В такой объединенной системе, приложение хоста, как правило, работающее на головном устройстве или усилителе, может оставаться под полным управлением цепи звуковой обработки, и, по мере необходимости, может задействовать программную библиотеку ANC для выполнения своих задач.

Принципы системы активного шумоподавления – программно-ориентированный подход для автомобилей

1. Шум двигателя
2. Технология «анти-шум»
3. Условия эксплуатации двигателя
4. DCA 
5. ADC
6. Аудио-система с головным устройством или усилителем
7. Верхняя локация
8. Нижняя локация
9. Сгенерированные исходные сигналы
10. Контрольные фильтры
11. Контрольный модуль
12. Программная библиотека

Рис. 1При интегрировании в аудио-систему автомобиля, ANC устраняет необходимость в специальном оборудовании.

Двигатели со звуковой и низкочастотной вибрацией (NVH) должны определять и оптимизировать качество звучания в автомобиле. При выборе количества микрофонов и динамиков, в компромиссе по стоимости, производительности и вычислительных ресурсов, ориентируйтесь на размер транспортного средства. Таким образом, система ANC должна предоставить различные варианты реализации, которые включают в себя возможность функционировать на различных процессорах или ЦСП (с или без ОС), гибкость для возможности различных локаций входов и выходов – от одного микрофона, до конфигураций с двумя динамиками и шестью микрофонами, шестью динамиками и т.д.

Для обеспечения оптимального подбора и расстановки микрофонов и динамиков, мастер по NVH должен учитывать несколько факторов:

  • Частотная характеристика микрофона и динамиков должна быть относительно ровной, не должно быть нисхождения в пределах установленной частоты. Низкочастотная характеристика динамиков определяет наименьшую частоту, при которой система ANC может уменьшить шум двигателя.
  • Производственные изменения в работе микрофонов и динамиков должны быть достаточно последовательными, чтобы убедится, что система ведет себя одинаково во всех транспортных средствах одной и той же модели.
  • Динамики должны выдавать достаточную акустическую мощность, чтобы уменьшить шум двигателя в локациях прослушивании. Воспроизведение аудио (не ANC) обычно диктует максимальные требования к акустической выходной мощности.
  • Динамики не могут производить ощутимое нелинейное искажение при работе ANC; в противном случае, они будут сокращать пользу от использования ANC.
  • Сигналы с микрофонов не должны обрезаться в условиях высоких шумов.
  • Микрофоны должны действовать по всем направлениям и размещаться как можно ближе к каждой позиции прослушивания.


Как правило, микрофоны, предназначенные для громкой голосовой связи, не могут использоваться для активного контроля шума, потому что технические требования к эффективности в отношении двух функций различаются.

Оправдывает ли себя система ANC?

Чтобы ответить на этот вопрос, были проведены тесты для сравнения производительности шумоподавления программной библиотеки ANC с QNX Software Systems, которая активно использовалась в минивенах 2012г. Минивен с двигателем V-6 использует функцию отключения цилиндров для уменьшения расхода топлива и имеет специальный модуль ANC. Этот модуль использует 2 микрофона, один из которых расположен возле зеркала заднего вида, а второй – в центре потолка, в области 3го ряда. В системе используется до 4 динамиков на передних дверях с двух сторон и раздвижной двери, и один сабвуфер в багажнике.

В нашем тестировании не был предусмотрен прямой доступ к существующим микрофонам и динамикам, поэтому аналоги микрофонов устанавливались как можно ближе к уже существующим. Исключение составил передний микрофон, который размещен на уровне головы водителя. Для установки использовались: динамики на левой и правой передних дверях и сабвуфер. Данные собирались в разных условиях: при различной скорости движения на прямых и гладких трассах, при постепенном разгоне и снижении скорости до 50 м/ч, и приглушении двигателя в режиме холостого хода. Как и предполагалось, в автомобиле с деактивацией цилиндров, ANC имеет наибольший эффект при средней эксплуатационной круизной скорости, когда для экономии топлива автомобиль отключает половину своих цилиндров. 

Хотя обе ANC-системы одновременно могут ориентироваться более чем на одну частоту, результаты испытания доказали, что главный эффект восприятия возникает при уменьшении доминантно тона с двигателя транспортного средства. Частоты этого тона при различных скоростях измерении составляли 38 Гц (35 миль в час), 35 Гц (45 миль в час), 43 Гц (55 миль в час), и 50 Гц (65 миль в час).

По сравнению с серийной системой, комплекс программ ANC показал даже лучшие результаты шумоподавление при круизной скорости в диапазоне от 35 до 65 м/ч. На этих скоростях, серийная система достигает среднего значения шумоподавления 6 дБ на позиции водителя, в то время, как программное решение ANC достигает 11 дБ. При разрешенной установленной скорости в 65 м/ч, серийная система достигает улучшения на 1 дБ при активации ANC, а сама ANC-система имеет улучшение до 12 дБ. Рисунок 2 иллюстрирует ряд результатов ослабления шума при крейсерской скорости 65 м/ч.

Некоторые автомобили также используют систему установки двигателя с активным управлением (ACM) для уменьшения вибрации двигателя. В то время как ANC-система может работать в тандеме с ACM для отмены шума, который возникает в результате деактивации цилиндров, представленные результаты – это прямое сравнение ANC-технологий.

Принципы системы активного шумоподавления – программно-ориентированный подход для автомобилей

Рис.2 Измерение шумоподавления при крейсерской скорости 65 м/час показывает, как программное решение ANC может достичь уровня шумоподавления до 12 дБ преобладающего тона двигателя, определяя серийную систему на всех локациях измерения.

Принципы системы активного шумоподавления – программно-ориентированный подход для автомобилей


(Преобладающий тон двигателя)

Рис. 3 Измерение шумоподавления на скорости 65 м/ч при передней и задней позиции.


Повышение качества обслуживания пользователей

Восприятие пользователем общего качества звука в автомобиле зависит от качества звука внутри салона. Это восприятие включает в себя качество звонков на громкой связи и воспроизведение музыкальных файлов, а также внутреннее отсутствие шума от двигателя и дороги. Автопроизводители начинают все активнее применять технологии звукового менеджмента в различных частях автомобиля, и не только для удаления нежелательных звуков, но и для ввода желательных звуков в салон авто. Например, технология улучшения звука двигателя позволяет автопроизводителям создавать собственный звук, который синхронизируется с частотой вращения двигателя и излучается через динамики транспортного средства. Генерируемый звук также может передаваться наружу для предупреждения пешеходов о приближении автомобиля, особенно это актуально для электромобилей, которые ездят практически бесшумно. Новые технологии позволяют повышать пользовательский опыт, однако, все будет зависеть от стоимости и простоты интеграции в рамках существующих акустических систем.

Нравится новость? Расскажи друзьям:

Комментарии к этой записи в блоге

Написать свой комментарий

captcha

    Заказы онлайн

    Если Вы не уверены в выборе или сомневаетесь, то наши специалисты бесплатно проконсультируют Вас по любым вопросам, связанным с нашими предложениями

    Вы всегда можете задать вопрос по телефону:


    Рабочие дни: 10:00-19:00
    Выходные дни: 10:00-19:00


    +38 (067) 735-55-92

    +38 (061) 701-11-65

Мы принимаем к оплате