可变式矩阵声音定位系统及定位方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910975123.X (22)申请日 2019.10.14 (71)申请人 北京汽车股份有限公司 地址 101300 北京市顺义区双河大街99号 院1幢五层101内A5-061 (72)发明人 莫怡帆单庆祝 (74)专利代理机构 北京思创大成知识产权代理 有限公司 11614 代理人 张立君 (51)Int.Cl. G01S 5/20(2006.01) (54)发明名称 一种可变式矩阵声音定位系统及定位方法 (57)摘要 本发明提出了一种可变式矩阵声音定位系 统及定位方法。

2、。 可变式矩阵声音定位系统包括： 多个声音传感器， 用于构建三维坐标系以及拾取 声音数据； 数据处理装置， 基于所述多个传感器 的位置构建三维坐标系， 并且在三维坐标系中标 记每个传感器的位置； 接收所述声音传感器拾取 的声音数据， 计算出声源距每个声音传感器的距 离； 基于每个传感器的位置数据， 计算声源在所 述三维坐标系中的位置； 多条等长度数据传输 线， 每条连接在所述声音传感器与数据处理装置 之间。 有的声学照相机或听诊器相比， 本发明的 定位系统可根据使用人员意愿或使用场地布置 检测矩阵， 适用环境不受限， 可满足车辆在运行 过程中的底盘、 机舱内部的异响源的定位。 权利要求书2页 。

3、说明书5页 附图3页 CN 110749862 A 2020.02.04 CN 110749862 A 1.一种可变式矩阵声音定位方法， 其特征在于， 所述方法包括： 在车身周围设置多个声音传感器； 基于所述多个声音传感器构建三维坐标系， 并且在三维坐标系中标记每个传感器的位 置； 通过所述多个声音传感器拾取声音数据； 计算出声源距每个声音传感器的距离； 基于每个传感器的位置数据， 计算声源在所述三维坐标系中的位置。 2.根据权利要求1所述的可变式矩阵声音定位方法， 其特征在于， 在所述多个声音传感 器中选择一个声音传感器作为原点传感器， 该原点传感器的位置设置为三维坐标系的原 点； 所述原点。

4、传感器与任意一个声音传感器的连线作为一个坐标轴， 在此基础上构建所述 三维坐标系。 3.根据权利要求1所述的可变式矩阵声音定位方法， 其特征在于， 对所述多个声音传感 器拾取的声音数据进行频率分析， 选定异响的频率范围。 4.根据权利要求3所述的可变式矩阵声音定位方法， 其特征在于， 根据多个声音传感器 拾取到的声压数据， 计算出异响声源距每个声音传感器的距离。 5.根据权利要求1所述的可变式矩阵声音定位方法， 其特征在于， 包括4个声音传感器 A0、 A1、 A2、 A3。 6.根据权利要求5所述的可变式矩阵声音定位方法， 其特征在于， 异响声源S的坐标为 (X,Y,Z)， 则 Xd2-(2。

5、t0+t3)C2t3/2d (9) Yb2-(2t0+t2)C2t2/2b (10) Za2-(2t0+t1)C2t1/2a (11) 其中， A0、 A1、 A2、 A3表示声音传感器， 坐标为(0,0,0)、 (0,0,a)、 (0,b,0)、 (d,0,0)， 异响声 源S发出的声波到达各声音传感器的时间为t0、 t1、 t2、 t3， 相对t0的时间差为t1、 t2、 t3， 异响声源S到各声音传感器的距离分别为L0、 L1、 L2、 L3， 声音在空气中的传播速度为C。 7.根据权利要求6所述的可变式矩阵声音定位方法， 其特征在于， 异响声源S发出的声 波到达声音传感器A0的时间为：。

6、 t0t1/(20(LpA0-Lp A1)-1) 其中， LpA0表示传感器A0声压级， Lp A1表示传感器A1声压级。 8.一种可变式矩阵声音定位系统， 其特征在于， 所述系统包括： 多个声音传感器， 用于构建三维坐标系以及拾取声音数据； 数据处理装置， 基于所述多个传感器的位置构建三维坐标系， 并且在三维坐标系中标 记每个传感器的位置； 接收所述声音传感器拾取的声音数据， 计算出声源距每个声音传感 器的距离； 基于每个传感器的位置数据， 计算声源在所述三维坐标系中的位置； 多条等长度数据传输线， 每条连接在所述声音传感器与数据处理装置之间。 9.根据权利要求8所述的可变式矩阵声音定位系统。

7、， 其特征在于， 所述声音传感器为磁 吸式三向激光测距定位声音传感器。 10.根据权利要求8所述的可变式矩阵声音定位系统， 其特征在于， 所述系统还包括显 权利要求书 1/2 页 2 CN 110749862 A 2 示器， 与所述数据处理装置信号连接， 用于显示异响声源在所述三维坐标系中的位置及坐 标。 权利要求书 2/2 页 3 CN 110749862 A 3 一种可变式矩阵声音定位系统及定位方法 技术领域 0001 本发明涉及车辆检测领域， 具体涉及一种可变式矩阵声音定位系统及定位方法。 背景技术 0002 汽车产品涉及到的零部件较多， 且车辆使用环境恶劣， 因此汽车使用一段时间往 往。

8、会出现底盘某些部件异响， 从而影响驾驶人员及乘客的驾驶或乘坐感受。 底盘部件结构 复杂且在不同工况下的噪声大小也不相同， 难以锁定是哪些部件的噪声问题造成的， 因此 工程师也无法通过优化结构或更换部件快速解决噪声问题。 0003 现有技术中声音定位的方式一般是通过声学成像和光学成像相结合的方法辅助 寻找声源， 如授权公告号为CN1764828B的中国专利所公开的摄录物体声学图像的方法和装 置， 是通过集成了视频相机和麦克风阵列的声学相机， 视频相机和麦克风阵列分别从待侧 物体一侧拾取信号以分别确定声学图像区域和光学图像区域， 通过声、 光区域的重叠以确 定声源较强的区域， 该专利的声学相机可针。

9、对静止的物体确定出物体上声源的具体位置， 并通过在图像上通过颜色的深浅显示出哪些地方的声强更大、 哪些地方的声强更小。 该专 利包括麦克风阵列、 光学相机、 角度传感器、 数据记录单元、 核准装置以及计算机等， 结构复 杂、 价格昂贵。 声学照相机可以直观的看到异响发生位置， 但是体积庞大， 无法针对车辆运 动时底盘发出的异响问题的定位。 同时因需要定位人员通过手持的方式对异响源进行拍 摄、 接收声源信号。 在使用过程中存在一定安全隐患。 0004 电子听诊器也是目前市面主流的异响定位设备。 电子听诊器体积小， 虽可通过吸 附于底盘上进行定位， 但是需要多次反复移动， 效率低下。 而且不同探头。

10、均有误差， 易产生 判断错误。 此外最重要的是， 不能储存定位数据。 0005 因此， 需要一种操作方便无需人手持的声音定位系统， 可以直观地显示异响位置， 并可进行数据储存。 发明内容 0006 为了解决现有技术中存在的问题， 本发明提供一种可以针对不同尺寸车辆在运动 时底盘类异响问题进行定位的设备。 本发明的设备可以直观的显示异响点， 操作方便无需 人手持定位仪器， 确保在使用过程中定位人员的安全性， 还可以进行数据储存。 0007 根据本发明的一个方面， 提供一种可变式矩阵声音定位方法， 所述方法包括： 0008 在车身周围设置多个声音传感器； 0009 基于所述多个声音传感器构建三维坐。

11、标系， 并且在三维坐标系中标记每个传感器 的位置； 0010 通过所述多个声音传感器拾取声音数据； 0011 计算出声源距每个声音传感器的距离； 0012 基于每个传感器的位置数据， 计算声源在所述三维坐标系中的位置。 0013 进一步地， 在所述多个声音传感器中选择一个声音传感器作为原点传感器， 该原 说明书 1/5 页 4 CN 110749862 A 4 点传感器的位置设置为三维坐标系的原点； 0014 所述原点传感器与任意一个声音传感器的连线作为一个坐标轴， 在此基础上构建 所述三维坐标系。 0015 进一步地， 对所述多个声音传感器拾取的声音数据进行频率分析， 选定异响的频 率范围。。

12、 0016 进一步地， 根据多个声音传感器拾取到的声压数据， 计算出异响声源距每个声音 传感器的距离。 0017 优选地， 包括4个声音传感器A0、 A1、 A2、 A3。 0018 进一步地， 异响声源S的坐标为(X,Y,Z)， 则 0019 Xd2-(2t0+t3)C2t3/2d (9) 0020 Yb2-(2t0+t2)C2t2/2b (10) 0021 Za2-(2t0+t1)C2t1/2a (11) 0022 其中， A0、 A1、 A2、 A3表示声音传感器， 坐标为(0,0,0)、 (0,0,a)、 (0,b,0)、 (d,0,0)， 异响声源S发出的声波到达各声音传感器的时间为。

13、t0、 t1、 t2、 t3， 相对t0的时间差为t1、 t2、 t3， 异响声源S到各声音传感器的距离分别为L0、 L1、 L2、 L3， 声音在空气中的传播速度为 C。 0023 进一步地， 异响声源S发出的声波到达声音传感器A0的时间为： 0024 t0t1/(20(LpA0-Lp A1)-1) 0025 其中， LpA0表示传感器A0声压级， Lp A1表示传感器A1声压级。 0026 根据本发明的另一方面， 提供一种可变式矩阵声音定位系统， 所述系统包括： 0027 多个声音传感器， 用于构建三维坐标系以及拾取声音数据； 0028 数据处理装置， 基于所述多个传感器的位置构建三维坐标。

14、系， 并且在三维坐标系 中标记每个传感器的位置； 接收所述声音传感器拾取的声音数据， 计算出声源距每个声音 传感器的距离； 基于每个传感器的位置数据， 计算声源在所述三维坐标系中的位置； 0029 多条等长度数据传输线， 每条连接在所述声音传感器与数据处理装置之间。 0030 进一步地， 所述声音传感器为磁吸式三向激光测距定位声音传感器。 0031 进一步地， 所述系统还包括显示器， 与所述数据处理装置信号连接， 用于显示异响 声源在所述三维坐标系中的位置及坐标。 0032 与现有的声学照相机或听诊器相比， 本发明的定位系统可根据使用人员意愿或使 用场地布置检测矩阵， 适用环境不受限， 可满足。

15、车辆在运行过程中的底盘、 机舱内部的异响 源的定位。 此外， 可以通过建立三维坐标系的方式构建虚拟的检测矩阵， 可选择需要的声音 进行处理， 以三维空间形式显示异响位置。 附图说明 0033 通过结合附图对本公开示例性实施方式进行更详细的描述， 本公开的上述以及其 它目的、 特征和优势将变得更加明显， 其中， 在本公开示例性实施方式中， 相同的参考标号 通常代表相同部件。 0034 图1示出了本发明实施例的可变式矩阵声音定位系统的示意图。 0035 图2示出了本发明实施例的基于三维坐标系计算异响位置的示意图。 说明书 2/5 页 5 CN 110749862 A 5 0036 图3示出了本发明。

16、实施例的异响声源在三维坐标系中的位置示意图。 0037 图4示出了本发明实施例的异响音频处理及异响位置显示示意图。 0038 图5示出了本发明实施例的可变式矩阵声音定位方法的流程图。 具体实施方式 0039 下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施方式。 虽然附图中显示了本公开 的优选实施方式， 然而应该理解， 可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方 式所限制。 相反， 提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整， 并且能够将本公开的 范围完整地传达给本领域的技术人员。 0040 本发明中， 通过激光测距， 以基准激光测距定位声音传感器建立三维虚拟空间的 坐标原点， 通过各传感器。

17、自带的激光测距功能标定各声音传感器位置。 数据处理装置根据 标定结果建立虚拟的检测矩阵。 0041 由于声音到传感器的距离越远， 声强就越小。 数据处理装置通过收集声压到该矩 阵各传感器的声压数据， 计算出声源距各传感器的距离， 再结合虚拟的三维矩传感器矩阵 位置关系， 显示出声源在三维空间的位置。 三维空间中显示的位置即为实际发声位置。 0042 如图1所示， 本发明提供一种可变式矩阵声音定位系统， 所述系统包括： 0043 多个声音传感器， 用于构建三维坐标系以及拾取声音数据； 0044 数据处理装置， 基于所述多个传感器的位置构建三维坐标系， 并且在三维坐标系 中标记每个传感器的位置； 。

18、接收所述声音传感器拾取的声音数据， 计算出声源距每个声音 传感器的距离； 基于每个传感器的位置数据， 计算声源在所述三维坐标系中的位置； 0045 多条等长度数据传输线， 每条连接在所述声音传感器与数据处理装置之间。 0046 优选地， 所述声音传感器为磁吸式三向激光测距定位声音传感器。 为了便于在车 身上布置传感器， 本发明优选使用磁吸式声音传感器。 传感器需要具备以下功能： 记录声音 的频率、 声压等声音数据。 具备隔震效果， 防止车体金属传递的振动的影响。 此外， 为了构建 三维空间坐标系， 声音传感器需要能够通过标定方式组建坐标系， 具有三向(X、 Y、 Z)激光测 距定位功能。 00。

19、47 进一步地， 所述系统还包括显示器， 与所述数据处理装置信号连接， 用于显示异响 声源在所述三维坐标系中的位置及坐标。 0048 优选地， 数据传输线选择带屏蔽防干扰的高速数据传输线， 优选纯银导线或镀金 导线， 电阻误差在0.01欧姆以内。 0049 本发明的定位系统至少包括4个声音传感器， 优选的为8个声音传感器。 可根据使 用者意愿调整传感器的设置位置和数量。 0050 其中选择一个声音传感器作为原点传感器， 该原点传感器的位置设置为三维坐标 系的原点。 原点传感器与任意一个声音传感器的连线作为一个坐标轴， 在此基础上构建所 述三维坐标系。 由于传感器具有测距定位功能， 因此可以获得。

20、每个传感器的位置数据以及 与原点传感器之间的距离数据， 可以在数据处理装置中构建三维坐标系， 并且在三维坐标 系中标记每个传感器的位置。 0051 进一步地， 数据处理装置接收传感器传来的声音数据， 首先对所述多个声音传感 器拾取的声音数据进行频率分析， 选定异响的频率范围， 再根据多个声音传感器拾取到的 说明书 3/5 页 6 CN 110749862 A 6 声压数据， 计算出异响声源距每个声音传感器的距离。 结合每个传感器在三维坐标系中的 位置数据， 就能够计算出异响声源的坐标值， 并在三维坐标系中标记位置。 0052 图2示出了本发明实施例的基于三维坐标系计算异响位置的示意图。 在图2。

21、中的坐 标系中， S代表异响声源， 坐标为(X,Y,Z)， A0、 A1、 A2、 A3表示声音传感器， 坐标为(0,0,0)、 (0, 0,a)、 (0,b,0)、 (d,0,0)， 传感器设置在三维坐标系的坐标轴上。 可以通过传感器的激光测 距， 或者辅助的标定设备来设置传感器的位置， 使其位于坐标轴上， 便于本实施例计算。 0053 异响声源S发出的声波到达各声音传感器的时间为t0、 t1、 t2、 t3， 相对t0的时间差为 t1、 t2、 t3。 设异响声源S到各声音传感器的距离分别为L0、 L1、 L2、 L3， 根据声音在空气 中的传播速度为常量C， 可以得到以下的计算公式： 0。

22、054 L0Ct0 (1) 0055 L1Ct1C(t0+t1) (2) 0056 L2Ct2C(t0+t2) (3) 0057 L3Ct3C(t0+t3) (4) 0058 L02X2+Y2+Z2 (5) 0059 L12X2+Y2+(a-Z)2 (6) 0060 L22X2+(b-Y)2+Z2 (7) 0061 L32(d-X)2+Y2+Z2 (8) 0062 将(1)(2)(3)(4)带入(5)(6)(7)(8)， 求解可以得到： 0063 Xd2-(2t0+t3)C2t3/2d (9) 0064 Yb2-(2t0+t2)C2t2/2b (10) 0065 Za2-(2t0+t1)C2t。

23、1/2a (11) 0066 在结果中已知参数为： t1、 t2、 t3、 C、 a、 b、 d； 只有t0未知。 0067 当声源尺寸远小于测点到声源的距离时(点声源)， 声波以球面波的方式较均匀地 向各个方向辐射， 这种声源称为点声源。 球面波的强度与声源距离的平方成反比。 结合声 压、 声压级、 声功率、 声功率级的关系式， 在常温下球面声波随距离衰减的表达式为： 0068 LpLw-20Lgr-k (12) 0069 其中， k为修正系数， 自由空间k11， 半自由空间k8。 推导过程如下： 0070 0071 距离r1和r2之间的声压级差值为： 0072 Lp1-Lp220Lg(r2。

24、/r1) 0073 结合式(1)和(2)可得 0074 LpA0-LpA120Lg(t0+t1)/t0) 0075 则t0t1/(20(LpA0-Lp A1)-1) 0076 将t0带入公式(9)(10)(11)中可得S的坐标值X、 Y、 Z。 0077 本发明的计算方法可以在数据处理装置以软件方式实现， 软件可以是基于 windows、 iOS、 linux等常规系统开发， 可以具备以下功能： 读取数据、 接收数据、 计算处理数 说明书 4/5 页 7 CN 110749862 A 7 据、 存储运算结果等。 可以通过软件方式构建三维空间坐标系， 显示标定好的三维空间， 并 在空间中显示定位。

25、结果。 还可以控制数据处理装置对收集到的数据按要求进行处理， 包括 但不限于声音频率、 声音压强的筛选。 0078 软件视图界面可以如图3或图4所示。 图3示出了本发明实施例的异响声源在三维 坐标系中的位置示意图。 在图3中， 在三维空间中显示出异响位置， 并给出了坐标数据。 0079 图4示出了本发明实施例的异响音频处理及异响位置显示示意图。 在图4所示的实 施例中， 采用8个声音传感器， 构建了检测矩阵。 通过软件视图界面可以完成声音频率、 声音 压强的筛选， 并且根据计算结果， 在空间检测矩阵中显示出异响位置。 0080 图5示出了本发明实施例的可变式矩阵声音定位方法的流程图。 如图5所。

26、示， 本发 明的可变式矩阵声音定位方法包括： 一种可变式矩阵声音定位方法， 其特征在于， 所述方法 包括： 0081 在车身周围设置多个声音传感器； 0082 基于所述多个声音传感器构建三维坐标系， 并且在三维坐标系中标记每个传感器 的位置； 0083 通过所述多个声音传感器拾取声音数据； 0084 计算出声源距每个声音传感器的距离； 0085 基于每个传感器的位置数据， 计算声源在所述三维坐标系中的位置。 0086 具体地， 在所述多个声音传感器中选择一个声音传感器作为原点传感器， 该原点 传感器的位置设置为三维坐标系的原点； 所述原点传感器与任意一个声音传感器的连线作 为一个坐标轴， 在此。

27、基础上构建所述三维坐标系。 0087 优选地， 对所述多个声音传感器拾取的声音数据进行频率分析， 选定异响的频率 范围。 然后， 根据多个声音传感器拾取到的声压数据， 计算出异响声源距每个声音传感器的 距离。 结合每个传感器的位置数据， 计算异响声源在所述三维坐标系中的位置。 0088 以上已经描述了本公开的各实施例， 上述说明是示例性的， 并非穷尽性的， 并且也 不限于所披露的各实施例。 在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下， 对于本技 术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。 本文中所用术语的选择， 旨 在最好地解释各实施例的原理、 实际应用或对市场中的技术改进， 或者使本技术领域的其 它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。 说明书 5/5 页 8 CN 110749862 A 8 图1 图2 说明书附图 1/3 页 9 CN 110749862 A 9 图3 图4 说明书附图 2/3 页 10 CN 110749862 A 10 图5 说明书附图 3/3 页 11 CN 110749862 A 11 。