亚星游戏官网-www.yaxin868.com

专利名称：一种车辆加速噪声的噪声源识别方法
技术领域：
本发明涉及一种车辆加速噪声的噪声源识别方法，属于车辆噪声控制技术领域。
背景技术：
汽车噪声是噪声污染的主要来源，包括我国在内的许多国家都制定了严格的法规来控 制汽车噪声(如我国最近制定的国家标准GB1495—2002),降低汽车噪声作为当今汽车技 术发展的一个重要课题得到了世界各国及各主要整车制造企业和零部件企业的广泛重视。 对声源的准确识别是降低车外加速噪声的矣键。
目前的噪声测试，包括针对IS0362的测试和声全息测试，分别采用了不同的装置和$ 法。前者如B&K的PULSE系统(Vehicle pass-by noise test, www.bksv.com)，在车上采 集发动机转速、节气门开度及C緒总线参数信号，在地面采集车速信号、响应点声压信号， 通过无线局域网收发器进行通讯。该测试不采集车辆上的噪声源、振源信息，主要是记录 车外加速噪声与车辆运行速度、油门操作之间的关系，因而也不能进行车外噪声源的识别。 声全息测试(高速运动物体表面声场分析方法，发明专利00132123.4中国)可以测试出 车辆表面声场，但是不能识别出声场对应的车上的噪声源、振动源。

发明内容
本发明的目的是一种车辆加速噪声的噪声源识别方法，利用车辆在行驶中测量得到的 噪声源、振动源、行驶状态信息以及地面响应点的噪声信号对车辆加速行驶过程中的主要 噪声源进行识别，并求出各个噪声源对响应点噪声的影响关系，从而为降低噪声提供有效 依据。
本发明提出的车辆加速噪声的噪声源识别方法，包括以下步骤
(1) 在被测车辆上设置用于测量车辆噪声源的声压信号、振动源的振动加速度信号 和车辆车速信号v(O的传感器，
分别将两个定位装置置于车辆行驶道路中的加速起始线和加速终止线上，用于获取车 辆位置信号，
将两个传声器置于与两个定位装置中点相对应的测试道路两侧，用于测量响应点噪声 声压信号，
将温度计和风速计置于上述传声器旁边，用于测量环境温度和实时风速；
(2) 使被测车辆沿测试道路的中心线行驶，车辆加速前上述传感器、定位装置、传 声器同时采集信号，当车辆的前部到达测试道路的加速起始线时，全油门加速行驶通过， 当车辆通过加速终止线时，加速过程结束，从加速行驶时车辆的不同车速中选择""^个车速， 使车辆以该车速在测试道路上进行匀速行驶，记录信号，分别选择多个不同车速，重复匀 速行驶，记录信号；
(3) 计算车辆在测试道路行驶过程的特定时刻，车辆与上述传声器之间的距离
顺=
I
、'》
+丄2
其中，v(f)为车辆在f的车速，f。为车辆通过加速起始线的时刻，S。为加速起始线与上
4述传声器之间的距离，丄为传声器至测试道路中心线的距离;
(4) 根据上述车速信号v(0和车辆与上述传声器之间的距离^0，对传声器的声压信 号进行处理，消除多普勒效应，过程如下-
根据^时刻车辆与上述传声器之间的距离40 ，计算该时刻车辆发出的噪声传播到传
声器的时间/,:
其中c为当时的声速，车辆的噪声将在/ +《.时刻传播到响应点传声器处，利用时域插
值法将上述传声器采集的声压信号换算成噪声发射时刻的响应点噪声声压信号；
(5) 从车辆通过加速起始线的时刻/。开始，将车辆每行驶设定距离所记录的噪声源 的声压信号、振动源的振动加速度信号和响应点声压信号作为一个信号区间，得到该信号 区间内噪声源和振动源到响应点的传递函数矩阵H(/)为
其中A(/)为车辆上第z'个噪声源或振动源到响应点的传递函数，fl,(/)为车辆上第
噪声源或振动源的噪声声压信号或振动加速度信号的傅立叶变换结果，p,(/)为车辆上第/ 个噪声源或振动源在响应点产生的噪声声压信号的傅立叶变换结果，重复该过程，得到全 部不同信号区间的传递函数矩阵好(/);
(6) 利用上述全部不同信号区间的传递函数矩阵H(/)，拼接出车辆加速行驶过程的
响应声压时域信号P(/)为
尸(o=i:《(,)=i #(《(/))=i骄(4," (/) A,圆(/))
其中，s(f)为第；个信号区间的响应声压时域信号，s(/)为第；个信号区间的响应 声压频域信号，々"(/)为第z'个信号区间的噪声源声压信号和振动源振动加速度信号的频
域信号，H,，n^(/)为根据上面的方法计算出的第/个信号区间的传递函数矩阵；
(7) 利用上述车辆加速行驶过程的传递函数矩阵，计算车辆上各噪声源和振动源对
响应点声压信号的灵敏度和贡献度.-
响应点总噪声对第/7个噪声源的灵敏度4^,(丄p - A)为
<formula>formula see original document page 5</formula>
A)
其中p。为标准参考压力，m为一个信号区间内的采样点数，[4W表示第P个噪声源 的声压级人减小A后的噪声源信号矩阵，A为设定的声压级减少量， 噪声源或振动源对响应点声压信号的贡献度为
<formula>formula see original document page 5</formula>其中4，"(/)为剔除第P个噪声源或振动源后的剩余的噪声源声压信号和振动源振 动加速度信号的频域信号，巧，("一)x(")为剔除第p个噪声源或振动源后的传递函数矩阵。 本发明提出的车辆加速噪声的噪声源识别方法，其优点是
1、 利用本发明方法，可利用车辆行驶过程中测量得到的噪声源和振动源信号以及车 辆行驶状态信号、地面噪声监测位置的声压信号等，进行噪声源的识别，并可以识别出车 辆加速行驶时车外加速通过噪声的噪声源位置。
2、 利用本发明方法，可以得到响应点噪声信号与各个噪声源之间的定量关系，因此 本发明的识别结果可以作为改善车外加速行驶噪声的可靠依据。


图1是本发明方法中用于获取相关信息的各种传感器的布置示意图。 图2是本发明方法的流程框图。
图1中，l是定位装置，2是车辆加速起始线，3是被测车辆，4是传声器，5是车辆 行驶道路，6是车辆加速终止线。 '
具体实施例方式
在进行国标规定的车外加速通过噪声的识别时，需要采集车辆上的噪声、振动信号和 车辆的行驶信息，另外还需要在地面采集监测位置的响应点声压信号、车辆位置信号、环 境信号等。
本发明的一个实施例以对一前置后驱型汽车进行车外加速通过噪声声源识别测试为 例说明车辆上各信号的采集过程。
在车辆上利用采集装置采集各噪声源和振动源的噪声信号和振动信号、车辆的行驶信
息(如发动机转速、车速、节气门开度等，实例中采集的是发动机转速信号)，利用无线 收发器将车辆上的信号传输到地面的采集装置或接收地面采集装置发送来的信号，实现地
面和车辆上的信号同步采集和实时通讯。利用传声器采集车俩上的噪声源的噪声声压信 号，根据车辆结构将传声器固定在被测噪声源附近(距离声源距离不超过lOOmm)。利用 加速度传感器来测量车辆上各个振动源的振动信号，加速度传感器同样根据车辆结构固定 在振动源附近(距离振动源不超过100mra)。
下面根据实例说明传感器的安放位置。将车辆的噪声源分为空气声源和结构振动源。 对于空气声源用传声器测量其噪声声压信号，对于结构振动源利用加速度传感器测量其振 动加速度信号。车辆的空气声源主要可分为机械声、燃烧声、气流声和轮胎声等。机械声 主要为发动机正时齿轮室、发动机油底壳、变速器、主减速器所产生；燃烧噪声主要为发 动机缸体和气缸盖产生的辐射噪声；气流声源主要为散热风扇、空气滤清器、进气管、排 气歧管、排气尾管以及车身外侧；轮胎噪声来自于4个车轮，因此在上述各位置附近安装 传声器来测量相应位置的噪声声压信号。车辆结构振动源主要为动力传动机构与车身的连 接位置、行驶系统与车身的连接位置以及其他悬置结构，因此主要的振动源测量点为发动 机悬置、变速器悬置、传动轴悬置、主减速器悬置、排气管悬置、悬架与车身的连接位置 以及悬架与轴壳的连接位置等，在这些位置安放加速度传感器来测量其振动加速度信号。 对于发动机悬置、主减速器悬置等结构，在测量振动加速度信号时要同时测量其三向加速 度信号。
在地面需要采集响应点的噪声声压信号、车辆的位置信号、环境信息(包括风速、温 度等)。在实验道路两侧的测试位置安放传声器(推荐安放位置在道路中心线两侧7. 5m处， 传声器距地面高度1.2m)，用来测量测试位置的噪声声压信号；在道路旁安放温度计和风 速计用来测量环境温度和实时风速，用来对测得的声压信号进行校正；在车辆进行加速行 驶的起始位置和终止位置(推荐加速起始点和终止点在噪声测试位置两侧20m处)各安置
6一组定位装置，当车辆行驶通过定位装置的位置时，车辆会遮挡激光，因而会在定位装置 中产生阶跃信号，从而确定车头到达定位装置的时刻，利用两组定位装置就可以确定车辆 通过加速起始位置和终止位置的时刻，从而对车辆的位置进行计算；利用无线收发装置将 地面采集装置所采集到的信号传输到车上采集装置或接收车辆上传输来的信号，实现车上 和地面的同步采集和实时通讯，具体采用车上发送地面接收方式还是地面发送车上接收方 式由操作者根据实际情况决定，实例中用的是地面发送信号，车辆上接收信号进行同步采 集的方式。
测试过程中，获取相关信息的各种传感器的布置如附图1所示，以对一前置后驱车辆 进行的噪声源识别为例说明测试过程。
(1) 测试场地条件
根据国家法规的规定测量条件，测试场地周围50m半径范围内无大的声反射物，如围 栏、岩石、桥梁或建筑物等，实验路面和其余场地表面干燥，实验路面基本水平、坚实、 平整，测试时响应点风速不超过5m/s，背景噪声(A计权声压级)至少比被测车辆噪声低 10dbB，加速区域长20m。 -
(2) 测试装置安装
调试被测车辆3处于正常行驶状态，在车辆上布置车上采集装置如前所述，传感器位 置包括前面所说的各个主要噪声源和振动源，保证传感器信号有效、准确，操作者在车上 进行采集操作。
在实验道路5两侧距中心线7. 5m处布置传声器4如图所示，传声器距地面高度1. 2ra， 在传声器两侧各10m处定为加速起始线2和加速终止线7，分别安放定位装置1,保证定 位装置所发出的激光能够在车辆通过加速起始线2和加速终止线7时被车身遮�。�产生相 应的阶跃信号以确定通过起始和终止位置的时刻，从而计算车辆到传声器的位置^0。利 用采集装置采集激光定位装置、传声器、风速计和温度计的信号，并将采集到的信号利用 无线收发装置传输到车辆上，由操作者在车上进行同步采集和记录。
(3) 测试过程
首先进行车辆加速行驶测试，测试某一档位下车外加速噪声源时，被测车辆3沿实验 道路5的中心线行驶，车辆接近测试路段时由车上的操作者控制采集系统开始采集信号， 当车头到达加速起始线2时，全力踩下油门踏板，被测车辆3沿道路中心线全油门加速行 驶通过，当车辆通过加速终止线7时，松开油门踏板，加速过程结束。如此进行3至4次 测试。然后进行匀速行驶测试，根据加速过程中被测车辆的车速变化范围，选择其中几个 车速，让被测车辆3以这些车速进行匀速行驶通过被测路段，记录信号。总计加速行驶和 匀速行驶次数不少于要分析的噪声源和振动源个数之和。
如实例中的被测车辆3，测试分析其3档的加速行驶通过噪声，在车辆上共布置33 个传感器来测量其噪声源和振动源信号。首先进行4次车辆的加速行驶通过实验，车辆在 通过加速路段时车速从15km/h变化到65km/h左右。然后让被测车辆38分别以车速15、 20、 25、 30、 35、 40、 45、 50、 55、 60、 65km/h匀速行驶通过被测路段，并记录信号， 每种车速测试3次。共进行匀速行驶实验33次，加速行驶试验4次，总计37次，大于要 分析的噪声源和振动源总数。
当要测量多个档位下加速行驶噪声源时，应按上述要求对每种档位分别进行测量实
验o
汽车加速噪声的噪声源识别的具体过程如图2所示 1、计算车辆速度和位置
利用采集的车速信号和位置信号计算车辆行驶过程中的车速变化情况和行驶位置信息。
实例中记录了车辆的发动机转速信号"(O ，车速v(O可按照如下公式计算得到V(0 = _J^_.M
60./,/d
其中，v(O为车辆在f的车速，n")为车辆在该时刻的发动机转速信号，~为该时刻的变 速器传动比，。为该时刻的主减速器传动比，及为车辆驱动轮轮胎半径，
车辆在f时刻到响应点传声器的距离为
顺=
+丄2
其中，/。为车辆通过加速起始线的时刻，^为,。时刻车辆到传声器的距离，即加速起
始位置到响应点传声器的距离，丄为响应点传声器到道路中心线的距离；
利用车速和车辆位置信息，对响应点声压信号进行处理，消除多普勒效应。 由车辆在f时刻的位置，可以计算出在此时刻车辆发出的噪声传播到响应点传声器的
时间〔为
其中s(r)为车辆在^时刻到响应点传声器的距离，c为当时的声速，因此此时刻车辆的 噪声将在r+^时刻传播到响应点传声器处，由此利用时域插值的方法将响应点传声器采集 的声压信号换算为噪声发射时刻的噪声声压信号。
从起始时刻^。开始，将车辆每行驶一小段距离(一般为0.25m)所记录的噪声源、振 动源信号和响应点声压信号作为一个信号区间，车上噪声源和振动源到响应点的传递函数 H(/)为
其中A(/)为第/个激励源(噪声源或振动源)到响应点的传递函数，a,(/)为第/个激 励源的信号(噪声声压信号或振动加速度信号)的傅立叶变换结果，p,(/)为第/个激励源 在响应点产生的噪声声压信号的傅立叶变换结果。
车辆行驶时地面左右侧响应点的声压信号是车上各振源、声源激励所引起的响应的叠 加，响应点声压信号即为
P(/) = "' (/A (/) + "2 (/) W) +…+ "" (/风(/) 其中^(/)至^(/)分别为"个噪声源和振动源信号的傅立叶变换结果，/^/)至&(/) 分别为这"个噪声源和振动源到响应点的传递函数，P(/)为响应点声压信号的傅立叶变换 结果。
对于一组有W个激励信号源(噪声源和振动源)和w个响应点的"激励-响应"信号 (对应一个信号区间)，共有附个方程和附X"个未知数。设共存在A组"激励-响应"信
号，则响应点声压信号科表示为
式中 ,CO (z'<"， 为第/个声源参考点到第7个响应点的传递函数，《。,,(/)
(o<A:， /<")为第o次测量中的第f个声源参考点信号的傅立叶变换结果， (0<yt， 7</ )为第o次测量中的第y个响应点信号的傅立叶变换结果。 可利用主成分分析法求解传递函数矩阵，传递函数矩阵可以表示为其中c/,为特征向量矩阵，d,为对角阵，z&为主成分矩阵，A，(/)为响应信号。
(6)合成整个加速行驶过程的响应点声压变化情况 当求出各个信号区间的传递函数矩阵后，利用某一组激励信号，合成计算相应的响应 信号，从而叠加出整个车辆加速行驶过程的响应声压变化情况为
尸w=i;《w=t骄(《(/))=i:骄(《(/))
,=1
其中，尸(f)为加速行驶过程的响应时域信号，《w为第/个信号区间的响应时域信号， 《(/)为第/个信号区间的响应频域信号，4，。(/)为第z'个信号区间的激励频域信号，
H,，nxm(/)为根据上面的方法计算出的第Z'个信号区间的传递函数矩阵
(7)利用车辆加速行驶过程的传递函数矩阵，可以计算各个噪声源、振动源对响应 点声压信号的灵敏度和贡献度。
响应点总噪声对第p个噪声源的灵敏度丄,。,。,(、-A)可用如下公式计算
1[骄(#([4^^))'^(/))]2
附
10
其中^=240—spa为标准参考压力，A为设定的声压级减少量，计算声压级时使用的 有效声压，即对某一段采样时间内(从时刻^到L，共计w个采样点)的瞬时声压取均方 根值。MIS]"表示第p个噪声源的声压级^减小A后的噪声源信号矩阵，即其他噪声源信 号不变，仅该噪声源信号变为原来的10^2°倍
剛M，2，…,10-， ，…,a"]
在传递函数矩阵和激励信号中剔除要分析的噪声源或振动源，对响应信号进行拟合计
算，由此可得该噪声源或振动源对响应点声压信号的贡献度为
t —
6
1 —
i
，("—l)x—-1),
xl00%
其中4vm(/)为剔除第p个噪声源的激励信号，为剔除第p
噪声源的传
递信号矩阵。
9
权利要求
1、一种车辆加速噪声的噪声源识别方法，其特征在于该方法包括以下步骤(1)在被测车辆上设置用于测量车辆噪声源的声压信号、振动源的振动加速度信号和车辆车速信号v(t)的传感器，分别将两个定位装置置于车辆行驶道路中的加速起始线和加速终止线上，用于获取车辆位置信号，将两个传声器置于与两个定位装置中点相对应的测试道路两侧，用于测量响应点噪声声压信号，将温度计和风速计置于上述传声器旁边，用于测量环境温度和实时风速；(2)使被测车辆沿测试道路的中心线行驶，车辆加速前上述传感器、定位装置、传声器同时采集信号，当车辆的前部到达测试道路的加速起始线时，全油门加速行驶通过，当车辆通过加速终止线时，加速过程结束，从加速行驶时车辆的不同车速中选择一个车速，使车辆以该车速在测试道路上进行匀速行驶，记录信号，分别选择多个不同车速，重复匀速行驶，记录信号；(3)计算车辆在测试道路行驶过程的特定时刻，车辆与上述传声器之间的距离其中，v(t)为车辆在t的车速，t0为车辆通过加速起始线的时刻，s0为加速起始线与上述传声器之间的距离，L为传声器至测试道路中心线的距离；(4)根据上述车速信号v(t)和车辆与上述传声器之间的距离s(t)，对传声器的声压信号进行处理，消除多普勒效应，过程如下根据t时刻车辆与上述传声器之间的距离s(t)，计算该时刻车辆发出的噪声传播到传声器的时间ts其中c为当时的声速，车辆的噪声将在t+ts时刻传播到响应点传声器处，利用时域插值法将上述传声器采集的声压信号换算成噪声发射时刻的响应点噪声声压信号；(5)从车辆通过加速起始线的时刻t0开始，将车辆每行驶设定距离所记录的噪声源的声压信号、振动源的振动加速度信号和响应点声压信号作为一个信号区间，得到该信号区间内噪声源和振动源到响应点的传递函数矩阵H(f)为其中hi(f)为车辆上第i个噪声源或振动源到响应点的传递函数，ai(f)为车辆上第i个噪声源或振动源的噪声声压信号或振动加速度信号的傅立叶变换结果，pi(f)为车辆上第i个噪声源或振动源在响应点产生的噪声声压信号的傅立叶变换结果，重复该过程，得到全部不同信号区间的传递函数矩阵H(f)；(6)利用上述全部不同信号区间的传递函数矩阵H(f)，拼接出车辆加速行驶过程的响应声压时域信号P(t)为其中，Pi(t)为第i个信号区间的响应声压时域信号，Pi(f)为第i个信号区间的响应声压频域信号，Ai，n(f)为第i个信号区间的噪声源声压信号和振动源振动加速度信号的频域信号，Hi，n×m(f)为根据上面的方法计算出的第i个信号区间的传递函数矩阵；(7)利用上述车辆加速行驶过程的传递函数矩阵，计算车辆上各噪声源和振动源对响应点声压信号的灵敏度和贡献度响应点总噪声对第p个噪声源的灵敏度Ltotal(Lp-Δ)为其中p0为标准参考压力，m为一个信号区间内的采样点数，[A|S]#表示第p个噪声源的声压级Ln减小Δ后的噪声源信号矩阵，Δ为设定的声压级减少量，噪声源或振动源对响应点声压信号的贡献度为其中Ai，n-1(f)为剔除第p个噪声源或振动源后的剩余的噪声源声压信号和振动源振动加速度信号的频域信号，Hi，(n-1)×(m-1)为剔除第p个噪声源或振动源后的传递函数矩阵。
全文摘要
本发明涉及一种车辆加速噪声的噪声源识别方法，属于车辆噪声控制技术领域。在车辆加速行驶和匀速行驶中，采集车辆的噪声源和振动源信号、车速信号、响应点声压信号、车辆位置信号等，计算噪声源、振动源到响应点的传递函数矩阵，合成计算响应点声压在加速过程中的变化情况，并计算各噪声源、振动源的灵敏度和贡献度。本发明的优点是可利用车辆行驶过程中的噪声源和振动源信号以及车辆行驶状态信号、地面响应点的声压信号等，对加速通过噪声的噪声源进行准确的识别，并得到响应点噪声信号与各个噪声源之间的定量关系，为改善车外加速行驶噪声提供可靠依据。
文档编号G01D21/02GK101464168SQ20091007718
公开日2009年6月24日 申请日期2009年1月20日 优先权日2009年1月20日
发明者李克强, 杨殿阁, 王建强, 王彬星, 罗禹贡, 连小珉, 郑四发, 鹏 郝 申请人:清华大学