燃料电池汽车空辅系统噪声有源控制技术

    燃料电池汽车具有广阔的应用前景，以高效节能和零排放无污染的性能，成为当今汽车领域新产品开发中解决能源与环保问题的最佳方案，得到世界汽车大国极力倡导和开发。随着燃料电池汽车样车的逐渐成熟，燃料电池汽车的振动噪声问题变得越来越突出。与普通内燃机汽车不同的是，燃料电池汽车的空气辅助系统是主要噪声源之一。空辅系统相当于传统内燃机汽车的空气供给系统，其作用是，提供给燃料电池堆足够多的高压空气，便于燃料电池堆内的氢气在催化剂作用下与空气中的氧发生化学反应，生成零排放的纯静水，并释放电子。提供的空气量的多少与燃料电池发动机的输出电功率有直接关系，随着燃料电池汽车行驶工况的变化，燃料电池发动机的输出功率需要作相应变化，则要求空气辅助系统提供的空气量也是动态变化的。

    在汽车噪声控制上，传统的噪声控制主要有吸声、隔声及使用消声器等方法，称为“无源”噪声控制。但是它们仅对中高频噪声有效。

    燃料电池汽车空辅系统的噪声包括了流体噪声、机械噪声以及电磁噪声，其频率基本涵盖了低、中、高三个范围。图1所示为燃料电池汽车空气辅助系统的漩涡风机在3 000 r/min工况下前侧及出口左右风机10倍频处，空辅系统噪声存在明显的峰值，可以达到85 dB(A)。对于图中所示的风机42倍频及84倍频的高频噪声，传统的控制方法即可取得较好的效果，但对于10倍频的中低频噪声作用有限。

    有源噪声控制 (Active Noise Control，又称噪声主动控制，简称ANC)技术[1]，基本原理如图2所示，指的是人为地产生次级声源，引入一个与原噪声声波（初级声源）幅值大小相等而相位相反的次级声波，使其产生的噪声与原来的噪声在一定区域内相互抵消，达到降噪目的。ANC技术在消声机制、控制机理及系统研究和应用等方面，弥补了传统噪声控制（被动控制）的诸多不足，可以针对空辅系统的中低频部分噪声进行有效控制。

    本文首先总结了有源噪声控制技术的发展进程，在介绍有源噪声控制基本原理的基础上，阐述了近年来有源噪声控制的研究现状，着重关注自适应算法的研究进展。最后，对自适应有源噪声控制在燃料电池汽车空辅系统减振降噪方面的应用前景进行了展望。

    1 有源噪声控制的发展

    从德国人Paul Leug于1933年和1936年申请了专利[2,3]，第一次提出了有源消声的概念，被公认为是有源噪声控制发展史的起点[4]之后，有源噪声控制技术在近70多年有了蓬勃的发展。1953年，美国的Harry Olson提出了有源噪声控制的反馈控制结构[5]，与Paul Leug提出的前馈系统完全不同，两者在有源消声的历史上具有里程碑式的作用。