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突破传统降噪技术瓶颈,阿维塔首创RNC黑科技
送交者: 狂心中[♂☆★★★★如狂★★★★☆♂] 于 2022-08-16 10:04 已读 3250 次  

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噪音一直是区格高端汽车与普通汽车的一大标准,也是汽车工业最难以解决的问题之一。如今,阿维塔首次实现更有效,更高端的RNC,主动路噪消减技术量产,带给用户更加静谧的驾驶体验。今天我们特别关注的就是阿维塔11,一起来看一下。

RNC(Road Noice Cancellation)——作为一项主动、实时降低车辆行驶时来自道路与轮胎噪声的“黑科技”,可能很多人不太熟悉。为了更清楚地介绍这项“黑科技”背后的故事,我们特意采访了阿维塔 11 自研算法 RNC 量产的技术总负责人——孔祥杰博士,并通过他的讲解,来首次公开阿维塔 11 RNC 的性能数据。

为什么要研发 RNC?

谈论起汽车,很多人会先想到动力、操控、配置、空间等等,但随着汽车从交通工具向现代化移动智能空间转变,对汽车的要求也随之而变,其中,听觉体验的重要性也越发凸显。相关研究表明,人类获取信息的来源,83% 来自视觉,11% 来自听觉,对单个刺激的反映延时上,听觉也相对最灵敏。所以如何保证车内静音性,让车辆成为家一般的安静成为所有汽车厂商追逐的目标。

据了解,整车约有 1/3 的故障问题是和车辆的 NVH(Noise 噪声 Vibration 振动 Harshness 声振粗糙度)问题有关系,而各大公司有近 20% 的研发费用消耗在解决车辆的 NVH 问题上。也就是说,除了与用户体验有直接关系以外,NVH 还较为显著地影响车辆的性能与品质感。因此,车辆的 NVH 性能表现与用户体验也成为衡量汽车性能水平与技术能力的重要指标。


眼前一亮固然重要,而“耳目一新”也足够让人期待。所以在听觉的“智能体验”上,阿维塔只有做好 NVH 才能真正带给用户好的体验。

车内如何减少噪音?

减少噪音的方法主要分为两种一种是主动降噪,一种是被动降噪。

传统的降噪技术主要是被动降噪,被动降噪技术包括对源头的控制和对传递路径的控制,前者诸如选用更加静音的轮胎、更加安静的动力源,后者则主要是给车辆安装隔吸声材料或进行合理的结构设计以避免共振等。

然而,这些传统的降噪技术,往往存在只能针对某一个特定的声音或特定的工况进行降噪的效果,而隔吸声材料的使用,虽然理论上可以做到宽频段降噪,然而降噪频段越宽或降噪深度要求越高,隔吸声材料的使用量越多,其成本巨大,价格昂贵,且存在环保等隐患,且用户的可感知体验相对欠缺,针对路噪等工况复杂、噪声频段宽广的噪声来源,传统降噪技术陷入低感知高成本的瓶颈。


主动降噪技术的降噪原理是波的干涉相消,即“波峰-波谷叠加”。检测到一定空间内的噪声,且能分析出噪声的频率和振幅,再由波形发生器发出与噪声波形频率相同、振幅相同但是方向相反的波形,来抵消噪声波形,这样一来人耳就无法捕捉到噪音的声波,噪声就“消失”了。大家常用的降噪耳机的原理,均是如此。

从 ANC 到 RNC

目前,在汽车主动降噪领域,主要分为两种降噪技术,即发动机主动降噪 ANC 和路噪主动降噪 RNC。其中,由于发动机噪声特征简单且确定,ANC 技术已经成熟并已经大量应用,而量产难度极大的 RNC 主动路噪降噪技术却刚刚起步。截至目前为止,国际上仅有一款车型于 2021 年量产了 RNC 技术,而国内在阿维塔 11 之前,尚未有任何企业量产汽车 RNC 技术。

RNC 的原理:

与所有主动降噪技术原理一致,RNC 主要原理也是声音的波峰波谷叠加降噪。但是,路噪的来源是行车过程中轮胎和路面接触产生的振动,这些振动传递到车内变成声音形成路噪,RNC 主动路噪降噪通过布置在底盘上的振动传感器采集这些引起路噪的振动,同时通过布置在车内的麦克风采集车内实时路噪,并以此为降噪目标,汽车的 DSP(数字信号处理器)运行降噪算法程序,实时生成大小相等,相位相反的反向抗噪声(波峰波谷叠加),通过扬声器发出,从而实时降低车内道路噪声。

实现 RNC 量产到底有多难?

相对于成熟的 ANC 发动机主动降噪,为何到目前几乎没有汽车搭载 RNC 主动路噪降噪技术?这是由于 RNC 极高的技术与量产匹配难度造成的。实现 RNC 量产到底有多难?阿维塔 11 自研算法 RNC 量产的技术负责人孔祥杰博士告诉我们:

ANC 和 RNC 需要面对的技术难点完全不同,在 RNC 前有 5 个主要的技术难题。

完全随机性、极高实时性、三维空间性、范围宽广性、复杂传递性

完全随机性:

相比于“确定”的发动机噪声,路噪完全且高度随机,由于世界上道路千差万别且完全随机,无论是路面类型,还是坑洼、减速带、颠簸、破损等路面状况都实时变化,无法预测,因此 RNC 降噪必须实时处理大量路面数据,且必须应对坑洼颠簸等状态变化,确保及时采集源头特征、且及时出手应对坑洼等瞬间冲击。


极高实时性:

路噪的来源是行车时路面与轮胎接触的振动,这种振动传到车内才变成了声音(所谓声辐射),由于路面完全随机且变化很快,人对声音又非常敏感,RNC 主动路噪降噪必须在路面振动变成声音传递到车内之前,就把反向抗噪声生成出来,通过扬声器发出去,否则无法满足实时性要求,无法降噪。

三维空间性:

相比于降噪耳机都是降低耳朵那一点的声音,车内是一个较大的三维空间,且需实现所有驾乘位置都有降噪效果,而无论是原始路噪的声波,还是 RNC 系统生成的抗噪声信号的声波,都会在这个空间里产生反射、干涉和衍射现象,因此,为保证三维空间的降噪效果,还需要进行复杂的多扬声器、多麦克风系统的全局控制,而不是仅仅一个点的控制。


范围宽广性:

路噪的频率范围十分宽广,一般在40-500Hz 的频率范围内, 声波的波长对应 0.68-8.5 米,RNC 的原理是实时生成大小相等、相位相反的抗噪声以波峰波谷叠加。而对频率相对高一点的路噪,对生成的抗噪声的误差容忍范围很低,若控制不好,相差 10cm 就可能无法有效降噪,甚至出现“波峰波峰”叠加的情况,若考虑车内三维空间下声波的反射、干涉和衍射,则控制更加复杂。


(某车型路噪结构声来源分析,非阿维塔 11)

复杂传递性:

每次车轮与路面的接触,都会产生相对独立又互相关联的振动,在这些相互关联的振动的传递过程中,会在车辆底盘及车身等不同的结构位置,被其本身的振动特征所加强或减弱。

比如某副车架可能存在120Hz的共振特征,则振动通过该位置时,120Hz附近的振动将被放大,则传递到车内的路噪,120Hz 附近也会增大,因此,在布置采集源头振动的振动传感器的位置时候,必须经过大量的严格理论计算和试验,充分考虑各车轮之间路噪源头振动传递的互相关联、充分考虑传递过程中底盘和车身本身结构特征的加强减弱作用,从而最大限度的准确采集路噪的振动激励,发挥最大的降噪效果。

总结来说,由于路噪的上述难点,对 RNC 实现而言,从软硬件架构设计、整车路噪特性的传递路径分析、针对性算法设计与嵌入式开发到整车匹配与优化,必须形成系统化全栈解决方案,缺一不可。


作为国内首发新技术,阿维塔 NVH 中心的智能声团队,在核心技术研究与工程匹配开发多方并进,经过一年多的努力,不断克服各种技术问题:从 RNC 核心算法优化到嵌入式开发,再到整车优化匹配,最后到整车的植入。全过程 100% 自主掌握,使得国内空白的 RNC 技术取得了稳定、可复现、且相对明显的降噪效果突破。

RNC 的组成是什么?


1、若干个振动传感器,经过大量的传递路径分析与实车试验,布置在副车架等关键位置,负责采集来自路面和轮胎的的振动激励,即采集路噪的输入。

2、车内配备误差麦克风,负责实时采集车内的误差信号,即实时更新降噪的目标信号。

3、RNC 算法的 DSP 及外置功放、用于发出抗噪声的车门扬声器系统及线束等。

4、最重要的是和硬件匹配的自研算法和软件。阿维塔 11 所用的 RNC 算法及嵌入式软件均是 100% 自研,这在国内是唯一的,孔祥杰补充到。(抱歉,这段实在是太核心商秘了,就让我简单介绍一下吧)

为了尽可能的提升整个车内空间的降噪效果,扩大降噪区域,阿维塔 11 采用了难度最大但降噪范围更宽广的全局降噪方案,通过车门扬声器发出抗噪声,且避免了头枕扬声器等局部降噪方案降噪区域小、降噪区域与非降噪区域声学体验差别巨大的缺点。

阿维塔 11 的降噪效果的水平如何?

RNC 开启后,阿维塔 11 车内所有位置 40-500Hz 范围内路噪全面降低,总声压级降低可达 3dB(A),峰值声压级降低可达 12dB(A)。从能量角度,3dB(A) 总声压级的降低,相当于整个声音的能量降低了一半。主观感受明显,尤其后排,感受显著。(当然啦,由于上文提到的 RNC 的五个主要技术难点特性,目前全人类的汽车主动路噪降噪技术都没办法像降噪耳机一样达到开启后就”隔绝全世界”的效果)。

举例来看,在普通沥青路面,在车速 80km/h 等城市快速路常用行驶工况,开启 RNC 后,车内四个位置中降噪效果最高的位置可取得总声压级可达 3dB(A)、单峰值声压级可达 10dB(A) 的降噪效果。

如此厉害的黑科技,也许真的只有当我们驾驶着阿维塔 11 奔赴所爱之时,才能亲身体验了!划重点!官方提示:阿维塔会在 9 月份开启用户试驾。

如今中国新能源汽车产业日新月异,也催生了一系列相关技术的发展。阿维塔11 RNC主动路噪消减技术的首次大规模运用,有望引领中国汽车产业在降噪领域独树一帜。我们相信,只要坚持自主研发,不断创新发展,中国新能源汽车,必然能够走上一条属于自己的辉煌道路。

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