阅读说明：本技术 一种基于虚拟传感的列车驾驶室有源噪声控制系统 (Train cab active noise control system based on virtual sensing ) 是由 代海 李�荣 玉昊昕 张彦峰 吴凡 张亚洲 袁梦囝 李炎达 于 2020-08-05 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于虚拟传感的列车驾驶室有源噪声控制系统,涉及有源噪声控制技术领域,包括噪声采集模块、控制模块和降噪模块。本发明通过采集驾驶室内的实时噪声获取实时初级声信号,另外实时发出与所述初级噪声信号抵消的次级声信号,实现列车驾驶室的有源噪声控制,在不影响驾驶员正常活动的同时保证其头部区域控制效果最佳,而且在人头部活动或噪声环境改变的情况下,控制系统仍能保持良好的稳定性和消声性能,应用范围广,适应性强。(The invention discloses a train cab active noise control system based on virtual sensing, and relates to the technical field of active noise control. The invention acquires real-time primary sound signals by collecting real-time noise in the cab, and sends out secondary sound signals which are offset with the primary sound signals in real time, thereby realizing active noise control of the train cab, ensuring the optimal control effect of the head area of a driver without influencing the normal activity of the driver, and keeping good stability and noise elimination performance of a control system under the condition of human head activity or noise environment change, and having wide application range and strong adaptability.)

一种基于虚拟传感的列车驾驶室有源噪声控制系统

技术领域

本发明涉及有源噪声控制技术领域，具体来说，涉及一种基于虚拟传感的列车驾驶室有源噪声控制系统。

背景技术

列车行驶过程中，其轮轨区域产生的轨道噪声、发动机及其辅助设备产生的振动噪声，均会通过结构传播及空气传播传至车厢内部，对驾驶员的身心健康及操作准确性造成一定影响，各种噪声控制技术应运而生。

对于这种能量主要集中在低频段的列车噪声，目前采用有源噪声控制技术降低噪声，该技术控制目标为控制系统中误差传声器(一般布放在驾驶员操作台面或座椅靠背)所在位置，所以降噪量最高的并不是驾驶员头部区域。该技术应用过程中，只有将误差传声器布放在驾驶员耳部位置，才能确保驾驶员头部区域控制效果最佳，但这必将对驾驶员正常活动造成严重影响。总而言之，现有的有源噪声控制技术降噪效果最佳位置并非期望位置，要使期望位置降噪量最高，电声器件布局严重受限，无法在不影响驾驶员正常活动的同时保证其头部区域降噪效果最佳。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中的问题，本发明提出一种基于虚拟传感的列车驾驶室有源噪声控制系统，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于虚拟传感的列车驾驶室有源噪声控制系统，包括噪声采集模块、控制模块和降噪模块，其中；

所述噪声采集模块，用于采集驾驶室内的实时初级噪声信号并传输至所述控制模块；

所述控制模块，用于接收采集的实时初级噪声信号并进行处理计算获得次级声源实时输出信号；

所述降噪模块，用于与所述控制模块连接，实时发出与所述初级噪声信号抵消的次级声信号。

进一步的，进一步还包括建模调试模块和噪声估计模块，所述建模调试模块和所述噪声估计模块分别与所述控制模块电性连接，其中；

所述建模调试模块，用于实现物理次级通路H_p、虚拟次级通路H_v和物理虚拟通路H_pv的建模，并进行调试阶段驾驶员耳部位置的降噪性能监测；

所述噪声估计模块，用于通过物理误差点采集实时噪声信号估计驾驶员耳部位置的噪声信号。

进一步的，所述降噪模块电性连接音响模块和警报模块。

进一步的，所述噪声采集模块装配于驾驶员操作台面或座椅靠背等不影响驾驶员正常活动的位置。

进一步的，所述降噪模块装配于驾驶员座椅靠背头靠等不影响驾驶员正常活动的位置。

本发明的有益效果：

本发明基于虚拟传感的列车驾驶室有源噪声控制系统，通过采集驾驶室内的实时噪声获取实时初级声信号，另外实时发出与所述初级噪声信号抵消的次级声信号，实现列车驾驶室的有源噪声控制，不仅不影响驾驶员正常活动的同时保证其头部区域控制效果最佳，而且在人头部活动或噪声环境改变的情况下，控制系统仍能保持良好的稳定性和消声性能，应用范围广，适应性强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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是根据本发明实施例的一种基于虚拟传感的列车驾驶室有源噪声控制系统的原理框图；

图2是根据本发明实施例的一种基于虚拟传感的列车驾驶室有源噪声控制系统的系统结构示意图；

图3是根据本发明实施例的一种基于虚拟传感的列车驾驶室有源噪声控制系统的系统整体流程示意图；

图4是根据本发明实施例的一种基于虚拟传感的列车驾驶室有源噪声控制系统的建模后调试控制流程示意图。

图中：

1、噪声采集模块；2、控制模块；3、降噪模块；4、建模调试模块；5、噪声估计模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

根据本发明的实施例，提供了一种基于虚拟传感的列车驾驶室有源噪声控制系统。

如图1所示，根据本发明实施例的基于虚拟传感的列车驾驶室有源噪声控制系统，包括噪声采集模块1、控制模块2和降噪模块3，其中；

所述噪声采集模块1，用于采集驾驶室内的实时初级噪声信号并传输至所述控制模块2；

所述控制模块2，用于接收采集的实时初级噪声信号并进行处理计算获得次级声源实时输出信号；

所述降噪模块3，用于与所述控制模块2连接，实时发出与所述初级噪声信号抵消的次级声信号。

其中，还包括建模调试模块4和噪声估计模块5，所述建模调试模块4和所述噪声估计模块5分别与所述控制模块2电性连接，其中；

所述建模调试模块4，用于实现物理次级通路H_p、虚拟次级通路H_v和物理虚拟通路H_pv的建模，并进行调试阶段驾驶员耳部位置的降噪性能监测；

所述噪声估计模块5，用于通过物理误差点采集实时噪声信号估计驾驶员耳部位置的噪声信号。

其中，所述降噪模块3电性连接音响模块和警报模块。

其中，所述噪声采集模块1装配于驾驶员操作台面或座椅靠背等不影响驾驶员正常活动的位置。

其中，所述降噪模块3装配于驾驶员座椅靠背头靠等不影响驾驶员正常活动的位置。

借助于上述技术方案，通过采集驾驶室内的实时噪声获取实时初级声信号，另外实时发出与所述初级噪声信号抵消的次级声信号，实现列车驾驶室的有源噪声控制，不仅不影响驾驶员正常活动的同时保证其头部区域控制效果最佳，而且在人头部活动或噪声环境改变的情况下，控制系统仍能保持良好的稳定性和消声性能，应用范围广，适应性强。

另外，如图2所示，具体的，主要结构组成包括次级声源、误差传声器和有源噪声控制器，其次级声源S用于产生次级声场，与初级声场叠加，达到降低噪声的目的；误差传声器包括物理误差传声器E和虚拟误差传声器Ev(虚拟误差传声器Ev仅在建模调试阶段布放在驾驶员耳部位置，物理误差传声器在建模阶段和控制阶段均布放在远离驾驶员耳部的位置)。H_p、H_v和H_pv分别表示物理次级通路、虚拟次级通路和物理虚拟通路(即次级声源至物理误差点、次级声源至虚拟误差点和物理误差点至虚拟误差点的传递函数)。

为了保证驾驶员耳部处的噪声得到有效衰减，即将静音区转移至驾驶员头部区域，就必须通过物理误差点的噪声信号估计虚拟误差点(即驾驶员耳部位置)的噪声信号。所以，建模调试阶段需要在驾驶员耳部位置布放真实的误差传声器，物理误差传声器E则分别放置在远离驾驶员耳部的位置，以便获取物理误差传声器至虚拟误差传声器的传递函数，并在调试阶段监测控制系统在驾驶员耳部位置的降噪性能。该系统工作原理是假设初级噪声为x(n)，由物理误差传声器E处的信号通过传递函数估计虚拟误差传声器(驾驶员耳部)处的噪声信号ev，送到有源噪声控制器中处理，发出控制信号y分别驱动左右两侧的次级声源，利用声波相消原理，在驾驶员耳部位置形成一定区域的静音区。

另外，具体的，如图3-图4所示，其建模调试阶段，表示为：

系统建模调试阶段，物理误差传声器和次级声源布放在不影响驾驶员正常活动的位置，驾驶员座位放置头肩模拟器，并在耳部位置(即虚拟误差点)布放真实传声器，上述电声器件均与有源噪声控制器连接。

系统正常连接后，首先进行次级通路建模，包括物理次级通路和虚拟次级通路。建模方法为次级声源依次播放“预设声源”，物理误差点和虚拟误差点位置的传声器同时接收信号，并通过上述数据完成次级声源至物理误差点和虚拟误差点的传递函数计算，即完成次级通路建模。

次级通路建模完成后，再进行物理虚拟通路建模。在列车正常行驶的情况下，同时通过物理误差点和虚拟误差点位置的传声器采集实时噪声信号，并通过上述数据完成物理误差点至虚拟误差点的传递函数计算，即完成物理虚拟通路建模。

系统建模完成后，进行系统效果调试。在列车正常行驶的情况下，物理误差点传声器采集获取初级声场噪声信号，结合物理虚拟通路完成虚拟误差点噪声信号估计，以虚拟误差点作为控制目标，控制器识别噪声的频率及幅值等信息，利用控制算法计算得到等幅反相的“反噪声”，再控制次级声源输出该“反噪声”，产生次级声场，与初级声场相互抵消，从而对目标点噪声进行衰减控制。此时，耳部位置传声器所测噪声信号不进入控制系统，仅对虚拟误差点的降噪效果进行监测，当虚拟误差点降噪量最优时，完成系统调试。

此外，其噪声控制阶段，表示为：

系统调试完成后，拆除虚拟误差点的真实传声器，进入该系统的噪声控制阶段，该阶段控制算法与调试阶段相同。即在列车正常行驶的情况下，物理误差点传声器采集获取初级声场噪声信号，结合物理虚拟通路完成虚拟误差点噪声信号估计，以虚拟误差点作为控制目标，控制器识别噪声的频率及幅值等信息，利用控制算法计算得到等幅反相的“反噪声”，再控制次级声源输出该“反噪声”，产生次级声场，与初级声场相互抵消，从而对目标点噪声进行衰减控制。此时，耳部位置未布放传声器，降噪量不进行实际测试，由驾驶员进行实际感受。

综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过采集驾驶室内的实时噪声获取实时初级声信号，另外实时发出与所述初级噪声信号抵消的次级声信号，实现列车驾驶室的有源噪声控制，不仅不影响驾驶员正常活动的同时保证其头部区域控制效果最佳，而且在人头部活动或噪声环境改变的情况下，控制系统仍能保持良好的稳定性和消声性能，应用范围广，适应性强。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。