用于电动车主动声浪的发动机声音提取方法及系统与流程

本发明涉及车辆发动机噪音分析，尤其涉及一种用于电动车主动声浪的发动机声音提取方法及系统。

背景技术：

1、目前，纯电动车大量涌入市场，驱动电机替代了传统的发动机，车辆总体噪声有所下降，但纯电动汽车行驶时车内相对安静，无法给驾驶员带来反映车辆状态变化的声音反馈。为解决该问题，产生了车内主动发声技术，即通过识别出车辆行驶状态，在车内模拟发动机加速声音，用于给驾驶员提供驾驶反馈，同时增强运动感驾驶感受。

2、模拟发动机加速声音技术首先需要在传统燃油车上录制各个不同工况下真实的发动机声音作为声音样本，再根据车辆状态(车速、转速、扭矩变化等)在车内实时合成并通过车内音响系统播放出来。发动机声音一般可以分为机械噪声、燃烧噪声和空气动力性噪声(排气声)。其中燃烧噪声和空气动力性噪声能给人带来加速感和动力感，提升车内的声品质和听觉体验，是人们希望听到的声音，而机械噪声频率较高且杂乱，能够降低发动机声音品质，人们不希望听到。因此，在声音录制采集过程中，最理想的情况是只保留燃烧噪声和空气动力性噪声，而消除掉机械噪声。在现有技术下，声音采集常用方法是在道路或者带转鼓的整车半消声室内进行，只能把所有声音同时记录下来，无法实现机械噪声的消除。现有技术只能在后期使用声音编辑软件对采集到的声音样本进行人工调整，去除影响听感的频率成分。但是，对于大量不同工况的声音样本，人工调整不但工作量大，而且不同工况下声音频谱的一致性差，精度也难以保证，导致声音处理后听感不真实。

3、综上，急需一种方法，能够将发动机噪声中的机械噪声分离出来并消除掉，只保留燃烧噪声和空气动力性噪声。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于电动车主动声浪的发动机声音提取方法及系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于电动车主动声浪的发动机声音提取方法，包括：

3、设置发动机工作时的工况，在工况不变的条件下改变点火提前角使发动机的机械噪声声压以及发动机的传递函数不发生变化，确定机械噪声声压和传递函数；

4、获取时域缸压曲线，根据时域缸压曲线确定气缸压力，根据气缸压力确定缸压谱；

5、根据缸压谱和传递函数确定燃烧噪声谱；

6、根据燃烧噪声谱，对燃烧噪声进行识别以及与机械噪声分离。

7、进一步地，设置发动机工作时的工况，在工况不变的条件下改变点火提前角使发动机的机械噪声以及发动机的传递函数不发生变化，得到机械噪声和传递函数，还包括：

8、根据机械噪声声压，以及改变点火提前角之前以及改变点火提前角之后的发动机总噪声声压和气缸压力确定传递函数；

9、其中，发动机噪声对于每个频率成分公式：

10、p1＝pm+h×py1——公式(1)；

11、p2＝pm+h×py2——公式(2)；

12、燃烧噪声声压、气缸压力以及传递函数之间关系式：

13、pwc＝h×py——公式(3)；

14、式中：

15、p1、p2：分别为改变点火提前角之前以及改变点火提前角之后的发动机总噪声声压；

16、pm：机械噪声声压；

17、pwc：燃烧噪声声压；

18、py：气缸压力；

19、py1、py2：分别为改变点火提前角之前以及改变点火提前角之后的气缸压力；

20、h：气缸压力与燃烧噪声声压间的传递函数。

21、进一步地，包括：

22、获取改变点火提前角之前以及改变点火提前角之后的总声功率；

23、根据改变点火提前角之前以及改变点火提前角之后的总声功率和缸压谱，确定改变点火提前角之前的发动机燃烧噪声声功率以及改变点火提前角之后的发动机燃烧噪声声功率，以及机械噪声声功率。

24、进一步地，还包括根据式公式(1)和(2)推导得出改变点火提前角之前以及改变点火提前角之后的发动机燃烧噪声声功率、总声功率、缸压谱之间的关系式：

25、

26、

27、式中：

28、lw1、lw2：分别为改变点火提前角之前以及改变点火提前角之后测得的总声功率；

29、lpy1、lpy2：分别为改变点火提前角之前以及改变点火提前角之后的缸压谱；

30、lwc1、lwc2：分别为改变点火提前角之前以及改变点火提前角之后的燃烧噪声声功率。

31、进一步地，包括：

32、根据改变点火提前角之前的发动机总声功率和发动机燃烧噪声声功率确定机械噪声声功率，并根据机械噪声声功率确定机械噪声压；

33、根据式公式(1)和(2)推导得出机械噪声声功率计算公式：

34、

35、式中：lwm：为机械噪声声功率。

36、进一步地，获取时域缸压曲线，根据时域缸压曲线确定气缸压力，根据气缸压力确定缸压谱，还包括：

37、时域缸压曲线经过快速傅里叶变换获得频域上的气缸压力；

38、确定参考声压，根据气缸压力以及参考声压获得缸压谱。

39、进一步地，包括改变点火提前角之前以及改变点火提前角之后的缸压谱计算公式：

40、

41、

42、式中：

43、lpy1、lpy2：分别为改变点火提前角之前以及改变点火提前角之后的缸压谱；

44、p0：参考声压，其值为2.0×10-5pa。

45、进一步地，还包括：

46、根据声功率和声压的关系以及改变点火提前角之前以及改变点火提前角之后的燃烧噪声声功率，确定改变点火提前角之前以及改变点火提前角之后的燃烧噪声声压；

47、根据声功率与声压的关系公式：

48、lwc1＝pwc12/(2*rou*c)         ——公式(9)；

49、lwc2＝pwc22/(2*rou*c)         ——公式(10)；

50、式中：

51、pwc1、pwc2：分别为改变点火提前角之前以及改变点火提前角之后的燃烧噪声声压；

52、rou：空气密度；

53、c：声速。

54、进一步地，包括：

55、根据改变点火提前角之前以及改变点火提前角之后的燃烧噪声声压和气缸压力获得传递函数；

56、根据改变点火提前角之前以及改变点火提前角之后的燃烧噪声声压和发动机总噪声声压获得机械噪声声压；

57、获取燃烧噪声每个频率的声压频谱图，经过傅里叶逆变换，得到燃烧噪声的时域音频信号。

58、另一方面，提供了一种用于电动车主动声浪的发动机声音提取系统，应用于上述任一项所述的用于电动车主动声浪的发动机声音提取方法，包括：

59、设置模块，设置发动机工作时的工况，使发动机在工况不变的条件下改变点火提前角使发动机的机械噪声声压以及发动机的传递函数不发生变化；

60、获取模块，用于获取时域缸压曲线，和改变点火提前角之前以及改变点火提前角之后的总声功率；

61、第一计算模块，通过设置模块设置的发动机工作时的工况和获取模块所获取的缸压曲线及总声功率，计算气缸压力与燃烧噪声声压间的传递函数和机械噪声声压；

62、第二计算模块，用于根据传递函数和气缸压力确定燃烧噪声声压，根据燃烧噪声声压获取燃烧噪声每个频率的声压频谱图，经过傅里叶逆变换，得到燃烧噪声的时域音频信号；

63、分析模块，用于根据燃烧噪声的时域音频信号以及机械噪声声压，对燃烧噪声进行识别以及与机械噪声分离。

64、与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提出了一种发动机声音分离提取方法，通过此方法，可以在原始发动机声音中分离并去掉机械噪声，从而只保留燃烧噪声和空气动力性噪声作为电动车主动声浪的声音样本，使声音样本更加纯净，声音品质更高；本发明噪声分离效率高，可通过编制程序自动实现；对于某款特定的发动机，发动机缸压和燃烧噪声的传递函数是固定的，一旦求出传递函数，通过测量缸压，可得出任何工况的燃烧噪声。噪声分离精度很高，分离噪声的a计权声功率级误差能够小于0.6db；频率一致性好，得到的声音更自然。