路虎汽車主動(dòng)降噪系統(tǒng)(上)

◆文/北京 曹軍

一、路虎汽車主動(dòng)降噪系統(tǒng)概述

路虎汽車在2020款衛(wèi)士、2022款星脈、2022款新攬勝及之后的車上，配備了主動(dòng)降噪系統(tǒng)。這一系統(tǒng)還有可能在將來生產(chǎn)的更多車型中采用。主動(dòng)降噪基于不同的傳感器和音頻放大模塊(即功放AAM，在新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)EVA2中也稱聲音域控制器ADC)中已包含的車輛聲音相關(guān)軟件功能。在2022年上市的新款攬勝上，由AAM托管的功能(取決于規(guī)格)包括：

1.主動(dòng)聲浪模擬系統(tǒng)，包括：發(fā)動(dòng)機(jī)降噪、動(dòng)力總成系統(tǒng)音質(zhì)、主動(dòng)道路降噪；

2.后排娛樂系統(tǒng)音頻源；

3.電動(dòng)車的外部綜合發(fā)聲器(ESS)。

主動(dòng)降噪功能使用麥克風(fēng)和加速度傳感器測(cè)量外部頻率。然后，AAM通過車輛揚(yáng)聲器產(chǎn)生相反的頻率，這稱為“相消性干擾”。這與任何其他降噪功能的原理相同。在星脈和新款攬勝車上，本系統(tǒng)專為消除道路噪音進(jìn)行了顯著增強(qiáng)。

主動(dòng)道路噪音消除(ARNC)系統(tǒng)將會(huì)降低感知到的道路噪音并營造更加安靜的座艙環(huán)境。主動(dòng)道路噪音消除系統(tǒng)會(huì)近乎實(shí)時(shí)地測(cè)量和處理車輛噪音。因而音頻系統(tǒng)可以以前所未有的方式拾取和消除座艙內(nèi)不必要的聲音。道路噪音的捕獲是通過精確布置在車輛底盤周圍的多個(gè)加速度傳感器和高級(jí)麥克風(fēng)來完成的。然后，該系統(tǒng)將會(huì)處理這些聲音。接下來，系統(tǒng)將會(huì)通過揚(yáng)聲器輸出噪音消除頻率，從而打造更加安靜的座艙區(qū)域。ARNC也使用傳感器來確定哪些座椅上有人乘坐，以便只集中對(duì)車輛上的這些區(qū)域進(jìn)行噪音消除。噪音消除必須實(shí)時(shí)進(jìn)行，否則該系統(tǒng)將無法及時(shí)為聽眾能夠聽到的確切位置生成抗噪聲。動(dòng)態(tài)聲音優(yōu)化功能允許系統(tǒng)分析聽眾周圍的環(huán)境并對(duì)背景噪音和環(huán)境噪音級(jí)別的任何變化進(jìn)行補(bǔ)償，然后以聽眾聽起來完全一致的音量輸出音頻。這就抵消了所有車速增加導(dǎo)致的道路和發(fā)動(dòng)機(jī)噪音超出音頻聲音的問題，而這種情況之前只能通過手動(dòng)增大音頻音量來解決。

二、路虎衛(wèi)士汽車主動(dòng)降噪系統(tǒng)

1.路虎衛(wèi)士汽車音響系統(tǒng)相關(guān)部件

主動(dòng)降噪系統(tǒng)與音響系統(tǒng)的功能密切相關(guān)。從2020款衛(wèi)士開始，以及后續(xù)上市的路虎汽車，采用了新的稱為EVA2的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，音響系統(tǒng)與原架構(gòu)相比，是完全不同的。衛(wèi)士汽車音響系統(tǒng)部件組成及其網(wǎng)絡(luò)通訊如圖1所示，前信息娛樂控制模塊(FICM)是音響系統(tǒng)的控制中心，它位于左前座椅下方。FICM包括信息娛樂計(jì)算控制模塊(ICCM，CPU/調(diào)制解調(diào)器)和信息娛樂網(wǎng)關(guān)模塊(IGM)，兩者作為一體安裝。系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)順應(yīng)未來潮流，采用模塊化設(shè)計(jì)，ICCM是一個(gè)可拆卸的卡盒，可輕松地更新系統(tǒng)。ICCM接收來自IGM的電源。IGM/ICCM具有以下集成功能：收音機(jī)調(diào)諧器系統(tǒng)、藍(lán)牙、移動(dòng)電話和音頻流、應(yīng)用程序、語音識(shí)別、WiFi連接、導(dǎo)航信息、USB2.0輸入端口。當(dāng)車輛系統(tǒng)激活時(shí)，將通過CAN總線喚醒IGM/ICCM和觸摸屏FCDIM。

圖1 衛(wèi)士汽車音響系統(tǒng)部件組成及其網(wǎng)絡(luò)通訊

2.聲音域控制器ADC和A2B鏈路

聲音域控制器(ADC，即功放AAM)位于行李箱中的左后裝飾板后方，用于控制音頻系統(tǒng)的所有元素，其中包括放大器、揚(yáng)聲器和麥克風(fēng)。所有發(fā)聲功能現(xiàn)在都遷移至ADC控制器中，例如，儀表盤聲音。該系統(tǒng)是新的數(shù)字車用音頻總線(稱為A2B)的組成部分。A2B是一個(gè)高帶寬(50Mb/s)數(shù)字總線，能夠同時(shí)傳輸帶時(shí)鐘信號(hào)、音頻、控制數(shù)據(jù)和電源。這是利用無屏蔽雙絞線電纜通過線性“菊花鏈”(串聯(lián))網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)的。因?yàn)锳2B技術(shù)可以向菊花鏈中的每個(gè)設(shè)備供電，所以消除了單獨(dú)和電源接線的需求。由于只需要較少的電纜，這就降低了系統(tǒng)復(fù)雜性、重量和成本。A2B針對(duì)音頻應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化，可提供卓越的音質(zhì)，從而創(chuàng)建一個(gè)所有音頻元素都得到同步的系統(tǒng)。ADC可提高駕駛員和乘客的安全，因?yàn)閷⒓泄芾碥囕v內(nèi)的所有聲音。在需要播放具有優(yōu)先級(jí)的聲音時(shí)，所有其他聲音的音量都會(huì)得到調(diào)節(jié)，以便人們能夠聽到具有優(yōu)先級(jí)的聲音。例如，如果在以較高音量播放音樂時(shí)發(fā)生了安全事件，則系統(tǒng)可以調(diào)低音樂音量，并以駕駛員能夠聽得到的音量播放安全聲音。ADC與IGM/ICCM通過BroadR-Reach?以太網(wǎng)通訊，通過硬接線連接至車輛揚(yáng)聲器。診斷接口是通過以太網(wǎng)連接實(shí)現(xiàn)的。ADC是所有軟件更新的接收器，它然后會(huì)在需要時(shí)更新A2B網(wǎng)絡(luò)上的其他所有模塊。衛(wèi)士A2B鏈路，如圖2所示。

圖2 衛(wèi)士ADC A2B鏈路

3.主動(dòng)式音響設(shè)計(jì)

主動(dòng)式音響設(shè)計(jì)功能僅在特定的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)中可用。主動(dòng)式音響設(shè)計(jì)是車輛發(fā)動(dòng)機(jī)聲音的增強(qiáng)功能，再現(xiàn)聲音并通過車輛揚(yáng)聲器系統(tǒng)發(fā)出聲音。動(dòng)力系統(tǒng)控制模塊PCM為功放AAM提供發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)輸入。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)是脈寬調(diào)制(PWM)信號(hào)。可使AAM根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速輸入提供數(shù)字音頻增強(qiáng)的發(fā)動(dòng)機(jī)聲音。PCM還為以下裝置輸出信號(hào)：(1)發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩；(2)行駛速度；(3)電源模式。

PCM通過Flexray將這些信號(hào)發(fā)送至車身控制模塊/網(wǎng)關(guān)模塊BCM/GWM。B C M/G W M將這些信號(hào)發(fā)送至I G M/ICCM。通過高速信息娛樂系統(tǒng)總線HS CAN HMI發(fā)送這些信號(hào)。AAM包含操作增強(qiáng)發(fā)動(dòng)機(jī)聲音輸出的軟件。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于電源模式7(發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行)時(shí)，通過車輛揚(yáng)聲器的增強(qiáng)發(fā)動(dòng)機(jī)聲音輸出處于激活狀態(tài)。即使在音量為0或信息娛樂系統(tǒng)關(guān)閉時(shí)，此聲音仍保持激活狀態(tài)。客戶不會(huì)與系統(tǒng)互動(dòng)，該系統(tǒng)始終處于激活狀態(tài)。如果發(fā)生了故障，PCM與AAM將記錄故障診斷碼(DTC)。可用JLR認(rèn)可的診斷設(shè)備將讀取故障信息。更換的AAM未安裝主動(dòng)式音響設(shè)計(jì)軟件。必須在更換的新AAM中安裝此軟件以使用JLR認(rèn)可的診斷設(shè)備。如果AAM中安裝了錯(cuò)誤的軟件，則可能會(huì)聽到很大的發(fā)動(dòng)機(jī)噪音。

三、星脈汽車主動(dòng)降噪系統(tǒng)

1.星脈汽車主動(dòng)式音響設(shè)計(jì)

主動(dòng)式音響設(shè)計(jì)通過車輛揚(yáng)聲器的數(shù)字化再現(xiàn)，為車輛乘客帶來增強(qiáng)的音質(zhì)。主動(dòng)式音響設(shè)計(jì)包括以下子功能：(1)動(dòng)力總成系統(tǒng)音質(zhì)；(2)發(fā)動(dòng)機(jī)降噪；(3)主動(dòng)道路噪音消除。

車輛乘客看不到該系統(tǒng)，系統(tǒng)處于永久激活狀態(tài)。

2.主動(dòng)式音響設(shè)計(jì)-動(dòng)力總成系統(tǒng)音質(zhì)

所有發(fā)動(dòng)機(jī)車型上都提供動(dòng)力總成系統(tǒng)音質(zhì)子功能。此功能是車輛發(fā)動(dòng)機(jī)聲音的增強(qiáng)功能，再現(xiàn)聲音并通過車輛揚(yáng)聲器系統(tǒng)發(fā)出聲音。安裝了主動(dòng)式音響設(shè)計(jì)軟件的AAM操作動(dòng)力總成系統(tǒng)音質(zhì)輸出。功放AAM接收來自動(dòng)力系統(tǒng)控制模塊PCM的脈寬調(diào)制(PWM)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)輸入。PCM還為以下裝置輸出信號(hào)：(1)發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩；(2)行駛速度；(3)電源模式。

PCM通過Flexray將這些信號(hào)發(fā)送至車身控制模塊/網(wǎng)關(guān)模塊BCM/GWM。BCM/GWM通過高速信息娛樂系統(tǒng)總線HS CAN HMI發(fā)送這些信號(hào)至AAM。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于電源模式7(發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行)時(shí)，通過車輛揚(yáng)聲器的增強(qiáng)發(fā)動(dòng)機(jī)聲音輸出處于激活狀態(tài)。即使在音量為0或信息娛樂系統(tǒng)關(guān)閉時(shí)，此聲音仍保持激活狀態(tài)。客戶不會(huì)與系統(tǒng)互動(dòng)，該系統(tǒng)始終處于激活狀態(tài)。如果發(fā)生了故障，PCM和AAM將會(huì)記錄故障診斷碼(DTC)。JLR認(rèn)可的診斷設(shè)備將讀取故障信息。更新的新AAM中沒有安裝主動(dòng)式聲浪模擬系統(tǒng)軟件。必須在更換的AAM上安裝主動(dòng)設(shè)計(jì)軟件，以操作此子功能。如果AAM中未安裝正確的軟件，則可能會(huì)聽到很大的發(fā)動(dòng)機(jī)噪音。

3.主動(dòng)降噪設(shè)計(jì)-發(fā)動(dòng)機(jī)降噪

僅在配備Ingenium I42.0L汽油PHEV發(fā)動(dòng)機(jī)、Ingenium I63.0L汽油輕度混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(MHEV)發(fā)動(dòng)機(jī)和Ingenium I63.0L柴油發(fā)動(dòng)機(jī)/Ingenium I63.0L柴油MHEV發(fā)動(dòng)機(jī)的車輛上，發(fā)動(dòng)機(jī)降噪子功能才可用。發(fā)動(dòng)機(jī)降噪功能監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)工況和車內(nèi)噪音級(jí)別，然后使用車內(nèi)音響系統(tǒng)通過車輛揚(yáng)聲器系統(tǒng)重放抗噪音，以消除低頻發(fā)動(dòng)機(jī)噪音。安裝了主動(dòng)降噪設(shè)計(jì)軟件的功放AAM操作發(fā)動(dòng)機(jī)降噪輸出。AAM接收來自動(dòng)力系統(tǒng)控制模塊PCM的PWM發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)輸入。PCM還為以下裝置輸出信號(hào)：(1)發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩；(2)行駛速度；(3)電源模式。

PCM通過Flexray將這些信號(hào)發(fā)送至車身控制模塊/網(wǎng)關(guān)模塊BCM/GWM。B C M/G W M將這些信號(hào)發(fā)送至功放AAM。通過高速信息娛樂系統(tǒng)總線HS CAN HMI發(fā)送這些信號(hào)。AAM還會(huì)監(jiān)測(cè)車窗位置、車門位置、天窗位置以監(jiān)測(cè)和控制發(fā)動(dòng)機(jī)降噪輸出。AAM使用這些信號(hào)，通過音頻揚(yáng)聲器提供降噪信號(hào)輸出以覆蓋當(dāng)前音響系統(tǒng)的輸出。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于電源模式7(發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行)時(shí)，通過車輛揚(yáng)聲器的增強(qiáng)發(fā)動(dòng)機(jī)聲音輸出處于激活狀態(tài)。即使在音量為0或信息娛樂系統(tǒng)關(guān)閉時(shí)，此聲音仍保持激活狀態(tài)。客戶不會(huì)與系統(tǒng)互動(dòng)，該系統(tǒng)始終處于激活狀態(tài)。如果發(fā)生了故障，PCM和AAM將會(huì)記錄DTC。JLR認(rèn)可的診斷設(shè)備將讀取故障信息。更換的新AAM中沒有安裝主動(dòng)式聲浪模擬系統(tǒng)軟件。必須在更換AAM中安裝相應(yīng)設(shè)計(jì)軟件以確保正確運(yùn)行。如果AAM中未安裝正確的軟件，則可能會(huì)聽到很大的發(fā)動(dòng)機(jī)噪音。

4.主動(dòng)降噪設(shè)計(jì)-主動(dòng)道路噪音消除

星脈主動(dòng)降噪系統(tǒng)部件位置如圖3所示，控制框圖如圖4所示。通過4個(gè)策略性安裝到車輛上的加速度傳感器捕獲有關(guān)主要道路噪音的聲學(xué)和結(jié)構(gòu)信息。同時(shí)，功放AAM通過4個(gè)麥克風(fēng)監(jiān)測(cè)車內(nèi)噪聲級(jí)別，并處理車外道路噪聲和車內(nèi)噪聲信號(hào)，以通過車輛內(nèi)部揚(yáng)聲器系統(tǒng)重放抗噪音。系統(tǒng)使用這些信號(hào)和預(yù)定義的校準(zhǔn)來響應(yīng)車速，以降低乘客艙內(nèi)的道路噪音。安裝了主動(dòng)式音響設(shè)計(jì)軟件的AAM操作主動(dòng)道路噪音消除輸出。主動(dòng)道路噪音消除系統(tǒng)包括：

圖3 星脈主動(dòng)降噪系統(tǒng)部件位置

圖4 星脈主動(dòng)降噪系統(tǒng)控制框圖

(1)4個(gè)加速度傳感器：①左前加速度傳感器位于左前縱梁上；②右前加速度傳感器位于右前縱梁上；③左后加速度傳感器位于第二排座椅左下方；④右后加速度傳感器位于第二排座椅右下方。

(2)2個(gè)音頻傳感器輸入模塊：①左側(cè)音頻傳感器輸入模塊位于駕駛室內(nèi)左前座椅下方的底盤上；②右側(cè)音頻傳感器輸入模塊位于駕駛室內(nèi)右前座椅下方的底盤上。

(3)4個(gè)麥克風(fēng)：①左前麥克風(fēng)位于頂篷的左前側(cè)；②右前麥克風(fēng)位于頂篷的右前側(cè)；③左后麥克風(fēng)位于頂篷的左后側(cè)；④右后麥克風(fēng)位于頂篷的右后側(cè)。

前部2個(gè)加速度傳感器通過硬接線連接至左側(cè)音頻傳感器輸入模塊，后部2個(gè)加速度傳感器通過硬接線連接至右側(cè)音頻傳感器輸入模塊。4個(gè)加速度傳感器通過音頻傳感器輸入模塊將道路聲學(xué)和結(jié)構(gòu)信號(hào)發(fā)送至功放AAM。頂篷中的麥克風(fēng)通過硬接線連接至AAM。AAM向車內(nèi)音頻系統(tǒng)發(fā)送信號(hào)，以通過車輛揚(yáng)聲器系統(tǒng)重放抗噪音。AAM還會(huì)監(jiān)測(cè)車窗位置、車門位置、天窗位置，以監(jiān)測(cè)和控制主動(dòng)道路噪音消除輸出。AAM使用這些信號(hào)，通過音頻揚(yáng)聲器提供降噪信號(hào)輸出以覆蓋當(dāng)前音響系統(tǒng)的輸出。

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于電源模式7(發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行)時(shí)，通過車輛揚(yáng)聲器的增強(qiáng)發(fā)動(dòng)機(jī)聲音輸出處于激活狀態(tài)。即使在音量為0或信息娛樂系統(tǒng)關(guān)閉時(shí)，此聲音仍保持激活狀態(tài)。客戶不會(huì)與系統(tǒng)互動(dòng)，該系統(tǒng)始終處于激活狀態(tài)。如果發(fā)生了故障，PCM和AAM將會(huì)記錄DTC。JLR認(rèn)可的診斷設(shè)備將讀取故障信息。更換的新AAM中沒有安裝降噪系統(tǒng)軟件。必須在更換AAM中安裝正確的軟件以確保正確運(yùn)行。如果AAM中未安裝正確的軟件，則可能會(huì)聽到很大的道路噪音。(未完待續(xù))