车内 主动降噪_在汽车内实现低延迟主动降噪

在过去的10年中，随着客户期望的不断提高，汽车设计的重点发生了显著变化。现在，越来越多的汽车工程师开始关注如何改善驾驶体验，尽可能让人们在车内度过愉快的时光。采取的措施包括尽量减少车内的背景噪音。各种噪声源，从车内的机械结构到车外的环境，都可能产生巨大的噪声，对人的乘坐产生负面影响。这些噪声源主要来自：恶劣的天气条件(如风雨)、轮胎与不平路面的接触、底盘的振动、车辆悬架的运动、车辆空调系统等。但是，控制车内噪音并不完全是为了舒适。有研究表明，我们也是出于安全考虑来控制噪音的，持续的低频噪音可能会导致驾驶员疲劳，存在安全隐患。随着电动汽车销量的增加，我们需要为超静音电动汽车去除恼人的道路噪音，这是传统汽车出行中人们从未意识到的问题，因为内燃机(ICE)发出的噪音很大程度上掩盖了道路噪音。电动车本来就比燃油车安静，其电动机产生的噪音不足以掩盖来自其他方面的噪音。目前，一种降噪方法是使用吸声材料对车辆内部进行隔音。但问题是，吸音材料不仅占用车内有限而宝贵的空间，而且价格昂贵，会给汽车厂商带来不必要的额外成本。此外，这种被动降噪材料会使整车重量增加约30至45公斤，这显然是另一个问题。因此，汽车制造商迫切希望找到一种主动降噪技术来替代现有的降噪方法。汽车行业主动降噪功能背后的原理相对简单。传感器设备可以检测噪声。然后，使用处理装置来检查噪声波形，并产生等效的反相信号来消除噪声。这个原理在影音领域已经用了一段时间，比如高端耳机。但是，要在车辆中实现这种主动降噪，就必须考虑汽车行业的一些特殊性。该行业需要一种紧凑、轻便且经济高效的高性能降噪方案。像各种车辆部件或子系统一样，主动降噪系统能够在恶劣环境中可靠地运行是非常重要的。系统中的传感器必须足够坚固，以应对极端温度、振动、冲击、液体侵入等挑战。我们必须将所有分布在整车底盘上的传感器连接到相应的信号处理单元上，它们之间的布线比较复杂，必须进行有效的布线，保证不产生过多的材料成本。另外，线束的重量是整车重量的重要组成部分。在电动汽车的设计中，减轻车重尤为重要，这样可以避免频繁充电。车辆越轻，续航里程越长！最大化降噪方案的性能。当测量降噪系统的有效性时，需要考虑两个关键性能指标。首先是响应性。系统必须在最短的时间内接收并分析捕获的信号，然后产生相应的反相信号进行对冲，才能达到可以接受的降噪效果。因此，延迟时间越短，降噪过程越有效。其次，传感器应该能够尽可能地检测各种范围内的噪声信号。这一点非常重要。传感器无法捕捉低于特定阈值的信号，因此降噪系统会忽略这些信号。因此，汽车工程师必须选择那些“噪底”非常低的传感器。车辆优化解决方案通过与半导体供应商ADI公司和声学软件供应商赛朗声学技术公司合作，Molex推出了车载降噪方案。它不仅有效，而且满足汽车制造商的特定要求(在布线重量、材料成本、连续工作可靠性等方面)。莫仕RNC传感器是一种道路噪声传感器，采用先进的MEMS加速度计技术。此外，它们还具有不到150微秒(典型值)的低延迟指数，这是其他类似解决方案所不具备的突出特性。

RNC传感器采用ADI公司开发的汽车音频总线(A2B)专有接口技术。这样既能传输高清音频信号，又能最大限度减少布线，使成本和重量不会因为降噪而过度增加。

图1:通过菊花链连接的一系列莫仕RNC传感器。

通常，每个传感器通过单独的电缆直接连接到信号处理单元，但从重量和空间利用的角度来看，这是非常低效的。为了解决这个问题，A2B接口技术允许每个信号链处理更多的信号，并简化了所需的布线。A2B网络支持的数据传输速率允许RNC传感器在2ms内将噪声信号传输到指定的信号处理单元。A2B音频总线系统通过菊花链连接所有传感器。从而减少重量、占用空间和材料成本，简化网络拓扑结构。在30米长的电缆上，我们可以连接多达9个传感器，从而将布线重量减少30%。为了确保最大限度地消除噪音，Molex RNC传感器提供了更高的灵敏度。因此，降噪后的噪声基底极低，这意味着可以检测和处理更多的原始波形。图2所示传感器的本底噪声远高于100g/Hz，而Molex RNC传感器可以捕捉和消除更大范围的噪声信号，使本底噪声低于100g/Hz。因此，莫仕RNC传感器可以消除90%的有害噪音。它捕捉从20Hz到1kHz的噪声，这是一个很大的频率范围。因此，即使在低速时也可以降低噪声。

图2:噪声基底降低-a)原始噪声信号b)标准传感器的噪声基底c)莫仕RNC公司的噪声基底

在这个主动降噪方案中，我采用了流行的Molex Mini50系列连接器，与标准的USCAR 0.64连接器相比，可以节省50%的空间。传感器安装在重型外壳中(可以根据需要提供IP6K9K防护等级)，因此可以安装在更靠近噪声源的位置(例如，在车内靠近道路的位置)，从而可以加快整个降噪过程。结论随着汽车越来越轻，电气化程度越来越高，降低道路噪音将成为当务之急。幸运的是，现在汽车制造商可以使用莫仕RNC传感器来设计和部署更轻、更好、更灵活和更有效的降噪方案。在过去的30年里，Molex通过提供创新的电子产品，帮助汽车制造商应对一次又一次的挑战，在汽车行业发挥了关键作用。在电动汽车中，低频噪声引起的驾驶疲劳直接影响驾驶安全。因此，RNC传感器技术已成为Molex有史以来最重要的技术之一。