CN101806660A - 汽车加速行驶噪声辐射模拟与噪声源分解的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种汽车加速行驶噪声辐射模拟与噪声源分解的方法，其特征在于：对车辆的结构与其发动机、发动机+变速箱、冷却风扇、消声器、排气口、进气口、轮胎、后桥进行台架试验测得个噪声特性，具体的步骤为(1)首先建立总成部件个体的声学模型，(2)由加速行驶车外噪声测量方法规定的车辆进线车速、出线车速及车长，建立加速行驶车外噪声试验中车辆的运动方程；(3)车辆在x处时，用公式测量麦克处预测的声压：(4)预测加速行驶车外最大噪声声压级。对其加速行驶车外噪声进行模拟预测，并与外场测量、消声室通过噪声模拟试验比较，模拟计算与实测结果偏差2dB(A)以内，满足工程要求。

Description

汽车加速行驶噪声辐射模拟与噪声源分解的方法

技术领域：

本发明涉及一种汽车加速行驶噪声辐射模拟与噪声源分解的方法，属于汽车产品开发、噪声控制、声学信号处理领域。

背景技术：

加速行驶车外噪声作为汽车认证的强制项目之，对于噪声超标的产品是不允许生产、销售与登记注册。对于汽车产品开发，往往通过试制样车的噪声测试，才能确定噪声是否达标，当噪声超标时，再对产品进行降噪处理与设计改进，从而增加产品开发周期与成本。目前的加速行驶车外噪声的控制是事后、被动式的控制。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种汽车加速行驶噪声辐射模拟与噪声源分解的方法，是在汽车产品开发初期，实物样机没有试制之前，根据产品总布置结构与所匹配的各总成部件的噪声属性(台架试验)，动力系统匹配关系，对该产品进行加速行驶车外噪声模拟与预测；或者根据产品噪声的开发目标，确定所匹配的各总成部件台架的噪声限值；从而实现汽车产品的噪声主动控制，可以缩短产品开发周期、降低开发成本。

本发明的技术方案是这样实现的：一种汽车加速行驶噪声辐射模拟与噪声源分解的方法，其特征在于：对车辆的结构与其发动机、发动机+变速箱、冷却风扇、消声器、排气口、进气口、轮胎、后桥进行台架试验测得个体噪声特性，具体的步骤为(1)首先建立总成部件个体的声学模型

[r_j(x，y，z)，P_j(rpm，Load)]＝f(rpm，Load，Mic₁，Mic₂，…Mic_N)

其中P_j(rpm，Load)表示第j个部件在发动机转速rpm和负载Load时的声压，

r_j(x，y，z)表示第j个部件在发动机转速rpm和负载Load时的等效声中心，

Mic_i表示第j个部件台架试验中第i(i＝1…N)个麦克几何位置及测得的声压级，

(2)由加速行驶车外噪声测量方法规定的车辆进线车速、出线车速及车长，建立加速行驶车外噪声试验中车辆的运动方程；确定每一时刻车辆的行驶车道上的运动关系X(t)，v(t)，a(t)；并由车速和发动机转速关系v＝k·rpm确定总成部件的瞬时工况；由车辆瞬时位置、总成部件结构参数构造噪声源瞬时传输函数H_j(x，ω)，H_j(x，ω)为车辆在位置x处时，由第j个部件到测量麦克的传输函数；

(3)当车辆在x处时，用以下公式测量麦克处预测的声压：

$P_T(x,\mathrm{\ω})=\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{P}_j(x,\mathrm{\ω})\·H_j(x,\mathrm{\ω}),$

P_j(x，ω)为第j个部件在x处时等效声源声压，

H_j(x，ω)为第j个部件在x处时，由等效声源指向测量麦克的传输函数

$H_j(x,\mathrm{\ω})=\frac{1}{r_j}$

r_j为x处时第j个部件等效声中心与测量麦克之间的距离

$P_T\left(x\right)={\∫}_{-\∞}^{\∞}{P}_T(x,\mathrm{\ω})\·A\left(\mathrm{\ω}\right)\mathrm{d\ω}$

$\mathrm{SPL}\left(x\right)=20\log \frac{P_T\left(x\right)}{P_{\mathrm{ref}}}$

P_ref＝20×10^-6Pa

(4)预测加速行驶车外最大噪声声压级

SPL_passby＝max{SPL(x)}

最大SPL_pssby处的x即为测得的通过噪声声压级位置。

本发明的积极效果是对其加速行驶车外噪声进行模拟预测，并与外场测量、消声室通过噪声模拟试验比较，模拟计算与实测结果偏差2dB(A)以内，满足工程要求。

附图说明：

图1为本发明装置的结构示意图

图2加速行驶汽车车外噪声试验动态描述示意图；

图3为本发明的预测算法示意图；

图4为本发明的仿真加速行驶车车外噪声示意图；

图5为本发明的各噪声源的等效声压级及其贡献

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的描述：

实施例1：

如图1、2所示，是本发明的原理示意图及其动态示意图；

1.1图1为装置示意图，描述了本发明总的思想，其中源是指各噪声源P_j，图1中所示意的噪声源是指发动机和排气口；路径是指噪声由各部件发出，并由接收器接收这一过程中的传输函数；贡献是指接收器接收到的总声压级P_m是各总成部件在该接收器处总的贡献。

1.2加速行驶汽车车外噪声试验动态描述

t时刻的信息：

X(t)              t时刻的车辆的空间位置

v(t)              t时刻的车辆的速度

rpm(t)            t时刻的车辆的转速

load(t)           t时刻的车辆的负载

X_i(t)             t时刻的各总成的位置

p_i(t)             t时刻的各总成的声压

麦克位置及声压描述

r^j(x^j，y^j，z^j)    t时刻第j个麦克的位置

R_ij               t时刻第i个声源与第j个麦克之间的距离(全局坐标系)

$R_{\mathrm{ij}}=\sqrt{{(x^j-x_i)}^2+{(y^j-y_i)}^2{(z^j-z_i)}^2}$

设车辆上在(x^j，y^j，z^j)位置处有声源p_i，在车辆状态已知的情况下，该声源在麦克j处产生的声压。

麦克j上t时刻接收到的声压是t时刻之前某时刻t＇时声源发出的匀速运动

s＝v(t-t′)

匀加速运动

$s=\frac{v^2\left(t\right)-v^2\left(t^{\′}\right)}{2a}$

变速运动

$s=\underset{t^{\′}}{\overset{t}{\∫}}v\left(t\right)\mathrm{dt}$

$\frac{s}{c}=\frac{\sqrt{{(x^j-x_i)}^2+{(y^j-y_i)}^2{(z^j-z_i)}^2}}{c}$

${\mathrm{ct}}^{\′}=\sqrt{{(x^j-x_i)}^2+{(y^j-y_i)}^2{(z^j-z_i)}^2}$

声源声压到接收器的波形上有延迟、幅度上有衰减。

实施例2：

如图3所示，是本发明的预测算法示意图；

2.1加载数据

2.1.1加载车辆结构数据，其中包括车身长度和各总成部件的几何中心相对车头的空间位置(见表2)；

2.1.2加载部件台架试验数据，即各总成部件在不同转速下的声压级(见表3-表10)，表3-表10中各部件的数据表示，发动机转速间隔为：1000、1500、2000、2400、2500、2600、2700、2800、2900、3000、3100、3200、3300、3400r./min时，各部件在台架试验上测量麦克所测得的声压级。

2.1.3加载车道数据，根据ISO362-《汽车加速行驶车外噪声测量方法》所描述的试验条件加载数据，其中包括进线车速、出线车速、跑道长度和传声器摆放空间位置。

2.2建立模型

2.2.1建立部件模型，利用2.1.2加载部件台架试验数据和(表1)中测量麦克的空间位置建立模型，此模型可以预测部件在任意转速下的声压级，首先建立总成部件个体的声学模型

[r_j(x，y，z)，P_j(rpm，Load)]＝f(rpm，Load，Mic₁，Mic₂，…Mic_N)

其中P_j(rpm，Load)表示第j个部件在发动机转速rpm和负载Load时的声压，

r_j(x，y，z)表示第j个部件在发动机转速rpm和负载Load时的等效声中心，

Mic_i表示第j个部件台架试验中第i(i＝1…N)个麦克几何位置及测得的声压级；

2.2.2建立车道模型，利用2.1.3加载车道数据建立加速行驶车外噪声试验中车辆的运动方程，确定每一时刻车辆的行驶车道上的运动关系X(t)，v(t)，a(t)；

2.3预测加速行驶车外最大噪声声压级

利用2.1.1加载车辆结构数据、2.2.1建立部件模型、2.2.2建立车道模型，可计算出跑道左右两侧接收器的测量声压级，当车辆在x处时，用以下公式测量麦克处预测的声压：

$P_T(x,\mathrm{\ω})=\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{P}_j(x,\mathrm{\ω})\·H_j(x,\mathrm{\ω}),$

P_j(x，ω)为第j个部件在x处时等效声源声压，

H_j(x，ω)为第j个部件在x处时，由等效声源指向测量麦克的传输函数

$H_j(x,\mathrm{\ω})=\frac{1}{r_j}$

r_j为x处时第j个部件等效声中心与测量麦克之间的距离

$P_T\left(x\right)={\∫}_{-\∞}^{\∞}{P}_T(x,\mathrm{\ω})\·A\left(\mathrm{\ω}\right)\mathrm{d\ω}$

$\mathrm{SPL}\left(x\right)=20\log \frac{P_T\left(x\right)}{P_{\mathrm{ref}}}$

P_ref＝20×10^-6Pa

预测加速行驶车外最大噪声声压级

SPL_passby＝max{SPL(x)}

最大SPL_passby处的x即为测得的通过噪声声压级位置。

本发明的积极效果是对其加速行驶车外噪声进行模拟预测，并与外场测量、消声室通过噪声模拟试验比较，模拟计算与实测结果偏差2dB(A)以内，满足工程要求。

实施例3：

如图4、5所示，是本发明的运算结果图；

其中图4表示仿真加速行驶车车外噪声示意图，图5表示各噪声源的等效声压级及其贡献。将最终运算结果列入表11中；

表1：台架试验：

名称	测量麦克数	麦克摆放位置
			发动机	5	距各个表面中心1米
发动机+变速箱	9	距各个表面中心1米
			冷却风扇	3	距中心左、左45度1米、右45度0.5米
消声器	1	距表面中心100mm
			排气口	1	距出口45度0.5米

名称	测量麦克数	麦克摆放位置
			进气口	1	距进气口100mm
轮胎	1	距中心外侧1米
			后桥	3	距表面上、后、左前0.1米

表2试测部件几何中心在汽车坐标系中的位置

以汽车车头正中央为坐标原点建立笛卡尔坐标系

表3发动机数据：

发动机转速	动力总成上(001.35)	动力总成左(0-1.300)	动力总成下(00-1.35)	动力总成前(-1.5500)	动力总成右(01.300)
						r/min	dB(A)	dB(A)	dB(A)	dB(A)	dB(A)
1000	81.4	82.7	83.2	80.5	81.2
						1500	85.1	86.8	87.5	84.8	85.2
2000	86.8	89.1	88.6	90.9	88.4
						2400	89.7	90.7	90.2	90.8	89.6
2500	89.9	91.2	89.9	91.1	89.7
						2600	90.4	91.5	90.8	91.2	90.2

发动机转速	动力总成上(001.35)	动力总成左(0-1.300)	动力总成下(00-1.35)	动力总成前(-1.5500)	动力总成右(01.300)
						2700	90.3	91.5	91.3	91.3	90.3
2800	90.7	92.5	91.7	92.1	90.6
						2900	91.6	92.7	92.2	93.1	91.8
3000	92.1	93.2	92.8	93.4	92.3
						3100	92.3	93.7	93.6	94.1	92.6
3200	93.0	94.2	94.4	95.3	93.7

注：表3中括号内表示各麦克相对部件几何中心坐标位置，单位是米，以下同。

表4发动机和变速箱

发动机转速(r/min)	发动机前(001.35)dB(A)	发动机上(0-1.30)dB(A)	发动机左(00-1.35)dB(A)	发动机下(-1.5500)dB(A)	发动机右(01.300)dB(A)	变速箱下(00-1.15)dB(A)	变速箱左(0-1.100)dB(A)	变速箱上(001.15)dB(A)	变速箱右(01.100)dB(A)
										1000	81.1	80.9	82.1	83.3	82.4	83.4	82.1	83.6	83.1
1500	84.9	84.9	85.8	87.2	86.2	87.6	86.6	87.1	87.1
										2000	90.6	87.1	87.9	87.9	88.5	88.5	88.3	88.7	90.2
2400	90.5	89.0	89.6	89.3	90.3	89.6	90.0	91.7	91.1
										2500	90.9	89.8	90.7	90.0	91.1	89.9	90.4	91.8	90.9
2600	91.2	90.3	91.1	90.0	91.0	90.7	91.0	92.1	91.6
										2700	92.0	90.7	91.2	90.7	92.0	91.4	91.8	92.8	91.8
2800	92.7	91.8	92.2	91.8	93.5	92.5	93.0	94.1	92.8
										2900	93.2	93.1	92.9	92.3	93.6	93.1	93.5	94.6	94.2
3000	93.7	92.3	92.8	92.5	93.0	93.0	93.4	94.1	93.7
										3100	94.1	92.8	93.6	93.4	94.0	94.1	94.1	94.5	94.3
3200	95.5	93.5	94.1	94.1	94.7	95.2	95.1	95.5	95.0

表5风扇噪声

                 风扇左1米        风扇左前1米         风扇右前0.5米

发动机转速       (0-10)           (0.71-0.710)        (0.35 0.350)

r/min             dB(A)            dB(A)              dB(A)

        1000            60.16            62.61                  69.11

        1500            72.67            74                     81.11

        2000            80.62            81.51                  88.92

        2400            85.51            86.53                  93.73

        2500            86.5             87.55                  94.61

        2600            87.64            88.5                   95.7

        2700            89.02            89.61                  96.83

        2800            90.2             90.62                  97.77

        2900            91               91.41                  98.65

        3000            91.86            92.23                  99.45

        3100            92.77            93.05                  100.3

        3200            93.85            94.13                  100.95

        3300            94.55            94.86                  101.71

        3400            95.51            95.62                  102.93

表6消声器噪声

发动机转速    r/min  1500 2000 2400 2500 2600 2700 2800 2900 3000 3100 3200 3300 3400

消声器噪声    dB(A)  85.8 88.7 90.7 91.6 91.1 92.2 93.2 93.8 93.8 96.1 96.2 96.7 93.3

(000.21)

表7进气噪声

发动机转速	r/min	1500	2000	2400	2500	2600	2700	2800	2900	3000	3100	3200	3300	3400
															进气噪声(00-0.1)	dB(A)	88.3	94.7	96.9	97.5	97.7	98.0	98.4	99.1	99.4	100.0	100.3	100.9	101.2

表8排气噪声

发动机转速	r/min	1500	2000	2400	2500	2600	2700	2800	2900	3000	3100	3200	3300	3400
															排气噪声(0-0.50)	dB(A)	80.7	84.7	86.7	88.0	89.5	90.1	93.7	93.5	94.6	96.9	96.0	96.2	97.0

轮胎噪声

表9-1 左前轮单转轮胎噪声                                    单位：dB(A)

表9-2 左后轮单转轮胎噪声                                          单位：dB(A)

表10后桥

发动机转速    后桥后        后桥左前          后桥上

              (0.100)       (-0.71 -0710)     (000.26)

r/min         dB(A)         dB(A)             dB(A)

1500          82.8          81.2              79.9

2000          88.3          85.5              84.5

2400          93.5          88.9              87

2500          91.7          88.2              85.6

2600          91.5          88.4              86.4

2700          94.6          89.7              89.3

2800          91.8          89.7              87.6

2900          94.5          89.4              87.9

3000          95.5          90.2              88.6

3100          95.6          90.8              88.7

3200          93.5          91.4              89

表11仿真预测结果

部件	左声压级dB(A)	左贡献比例(％)	右声压级dB(A)	右贡献比例(％)
					发动机	76.83	56.05	77.23	59.37
变速箱	59.38	1.01	59.54	1.01
					冷却风扇	72.56	20.97	72.69	20.85
消声器	64.98	3.66	64.24	2.98
					排气口	68.87	8.97	67.91	6.94
进气口	59.94	1.15	61.41	1.55
					轮胎	67.93	7.22	67.82	6.80
后桥	59.21	0.97	56.54	0.51
					总声压级	79.35	100	79.50	100

Claims (1)

1.一种汽车加速行驶噪声辐射模拟与噪声源分解的方法，其特征在于：对车辆的结构与其发动机、发动机+变速箱、冷却风扇、消声器、排气口、进气口、轮胎、后桥进行台架试验测得个体噪声特性，具体的步骤为(1)首先建立总成部件个体的声学模型，

[r_j(x，y，z)，P_j(rpm，Load)]＝f(rpm，Load，Mic₁，Mic₂，…Mic_N)

其中P_j(rpm，Load)表示第j个部件在发动机转速rpm和负载Load时的声压，

r_j(x，y，z)表示第j个部件在发动机转速rpm和负载Load时的等效声中心，

Mic_i表示第j个部件台架试验中第i(i＝1…N)个麦克几何位置及测得的声压级，

(2)由加速行驶车外噪声测量方法规定的车辆进线车速、出线车速及车长，建立加速行驶车外噪声试验中车辆的运动方程；

确定每一时刻车辆的行驶车道上的运动关系X(t)，v(t)，a(t)；

并由车速和发动机转速关系v＝k·rpm确定总成部件的瞬时工况；

由车辆瞬时位置、总成部件结构参数构造噪声源瞬时传输函数H_j(x，ω)，H_j(x，ω)为车辆在位置x处时，由第j个部件到测量麦克的传输函数；

(3)车辆在x处时，用以下公式测量麦克处预测的声压：

$P_T(x,\mathrm{\ω})=\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{P}_j(x,\mathrm{\ω})\·H_j(x,\mathrm{\ω}),$

P_j(x，ω)为第j个部件在x处时等效声源声压，

H_j(x，ω)为第j个部件在x处时，由等效声源指向测量麦克的传输函数

$H_j(x,\mathrm{\ω})=\frac{1}{r_j}$

r_j为x处时第j个部件等效声中心与测量麦克之间的距离

$P_T\left(x\right)={\∫}_{-\∞}^{\∞}{P}_T(x,\mathrm{\ω})\·A\left(\mathrm{\ω}\right)\mathrm{d\ω}$

$\mathrm{SPL}\left(x\right)=20\log \frac{P_T\left(x\right)}{P_{\mathrm{ref}}}$

P_ref＝20×10^-6Pa

(4)预测加速行驶车外最大噪声声压级

SPL_passby＝max{SPL(x)}

最大SPL_passby处的x即为测得的通过噪声声压级位置。

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