CN102445266B - 一种汽车外场通过噪声声源识别系统及方法 - Google Patents

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针对直接的运动声源识别方法，基于波束形成声源系统与完整的车外加速噪声测量系统的结合，发明了一种包括测试计算机、发动机转速传感器、车速传感器、零位置触发传感器、传声器阵列和数据采集单元，噪声声源识别软件的汽车外场通过噪声声源识别系统，其硬件连接简单，算法实现容易，成本低廉且测量精度较高，可得到汽车加速过程中行驶位置时间的变化关系、发动机转速随汽车位置的变化关系、车外加速噪声随汽车位置的变化关系、最大车外加速噪声对应的发动机转速以及声源成像平面随货车位置的变化关系。

Description

一种汽车外场通过噪声声源识别系统及方法
技术领域
本发明属于汽车噪声识别技术，特别涉及一种汽车外场通过噪声声源识别系统及方法。
背景技术
直接的运动声源识别方法采能够准确识别噪声源且准确反映声源与工况条件、位置变换等因素的关系，但是能够准确识别运动声源的声源识别技术较少，虽然在国外基于波束形成声源系统与完整的车外加速噪声测量系统的结合，实现了对车外加速噪声的测量及运动声源的识别，但是其所需的硬件系统较为复杂且成本较高。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足，提供了一种硬件连接简单、算法实现容易、动态范围大、成本低廉、可同时识别噪声源且准确反映声源与工况条件、位置变换等因素的关系的全地面的完整参数汽车外场通过噪声声源识别系统及识别方法。
本发明的技术方案是：
提供了一种汽车外场通过噪声声源识别系统，包括测试计算机，发动机转速传感器、车速传感器、零位置触发传感器、传声器阵列和数据采集单元，噪声声源识别软件，其特征是：
所述发动机转速传感器，由KMT8000型点烟器转速探头及无线传输单元组成，可实时接收发动机转速信号并采用无线传输至地面采集系统，用于采集所测汽车发动机转速信号转化为电压信号；
所述车速传感器为测速雷达，可实时监控汽车进入测试区域车速随时间变化关系用于将所测汽车通过速度转化为电压信号；
所述零位置触发传感器为光电触发开关及反光板组成，可记录所测试汽车进入测试区域的起始时刻，用于将汽车进入零位置时刻电压信号由高电位转化为低电位；
所述传声器阵列及数据采集单元选用PULSE41通道的3560D型数据采集前端和36通道的4958型传声器阵列，并基于延时求和的远场测量技术，即波束成形法，可对声源成像并对声源位置进行准确识别，用于采集声音信号并将其转化为模拟的电压信号，并将上述采集的各种信号集中并将其转换成数字信号；
所述噪声声源识别软件是基于B&K8602型Beamforming开发的车外加速噪声声源识别软件，可根据测试环境下所需要的各计算参数进行设置等人机互交流功能，用于各个信号进行数据处理，计算出各个参数之间的关系，正确反映声源与工况条件、位置变换等因素的关系，并将所得结果由测量系统软件显示。
使用上述汽车场外通过噪声声源识别系统进行汽车外场通过噪声声源识别的步骤如下：
1)前期准备工作
a准备路径长为20m的测试区域，并在距离车辆行驶轨迹线7.5m位置处放置波束形成传声器阵列用于接收声音信号，同时保证阵列平面上的1号传声器与地面之间的距离为1.2m，以实现对货车车外加速噪声的测量及声源识别，以测试区域中心线0-0线为坐标原点(零位置)，光电触发开关及其反光板放置在该中心线0-0线上。
b将安装有噪声识别软件的计算机与数据采集单元连接，其中数据采集单元连接有车速传感器、零位置触发传感器和传声器阵列；发动机转速传感器安装于所测汽车内并且发动机转速信号可通过无线传输至地面数据采集单元。
c启动各硬件设备，打开噪声声源识别软件，设置测试环境下所需要的各计算参数。
2)将所测汽车按规定条件稳定达到始端线后，节气门全开直线加速通过长20m的测试区域并测量数据
a利用发动机转速传感器采用发动机转速信号并传输至地面的采集系统；
b利用测速传感器接收车速信号；
c利用光电触发开关记录车辆输入零位置时的时间信息；
d利用波束形成传声器阵列用于接收声音信号实现对货车车外加速噪声的测量及声源识别；
3)数据处理及分析
设定光电开关所记录的汽车驶入零位置时刻为0时刻，通过对车速信号v(t)进行积分运算，可通过其积分运算公式得出该汽车加速过程中行驶位置时间的变化关系s(t)，进而对比s(t)与发动机转速信号可得到发动机转速随汽车位置的变化关系，进一步通过对传声器阵列采集声音信号的处理，可得出车外加速噪声随汽车位置的变化关系，确定最大噪声水平出现的位置及对应的发动机转速，并得出声源成像平面随货车位置的变化关系。
本发明所涉及的汽车场外通过噪声声源识别系统及测量方法不仅能够识别车外加速噪声声源，确定最大噪声水平对应的发动机转速，而且相对目前国外已有的测试系统，其减少了光电开关的数目，且无需车载数据采集系统，降低了测试系统构建成本，提高了使用方便性。
附图说明
图1是本发明的测量系统硬件连接图
图2是本发明的汽车场外通过噪声声源识别系统及识别方法流程图
图3是运用本发明的汽车场外通过噪声声源识别系统所测量的工况变化关系曲线图
图4是运用本系统针对某N3类货车转速为2400rmp时左侧噪声源识别云图
图5是运用本系统针对某N3类货车转速为2400rmp时右侧噪声源识别云图
具体实施方式：
以下结合附图和实施例对本发明进一步说明如下：
本发明所述的汽车场外通过噪声声源识别系统的结构如图1所示，其中：
发动机转速传感器由KMT8000型点烟器转速探头及无线传输单元组成，可实时接收发动机转速信号并采用无线传输至地面采集系统；
车速传感器为测速雷达，可实时监控汽车进入测试区域车速随时间变化关系；
零位置触发传感器为光电触发开关及反光板组成，可记录所测试汽车进入测试区域的起始时刻；
传声器阵列及数据采集单元选用PULSE41通道的3560D型数据采集前端和36通道的4958型传声器阵列，并基于延时求和的远场测量技术，即波束成形法，可对声源成像并对声源位置进行准确识别；
所用噪声声源识别软件是基于B&K8602型Beamforming开发的车外加速噪声声源识别软件，可根据测试环境下所需要的各计算参数进行设置等人机互交流功能。
其中测量具体步骤如下：
1)准备路径长为20m的测试区域，并在距离车辆行驶轨迹线7.5m位置处放置波束形成传声器阵列用于接收声音信号，同时保证阵列平面上的1号传声器与地面之间的距离为1.2m，以实现对货车车外加速噪声的测量及声源识别，以测试区域中心线0-0线为坐标原点(零位置)，光电触发开关及其反光板放置在该中心线0-0线上；
2)将安装有噪声识别软件的计算机与数据采集单元连接，其中数据采集单元连接有车速传感器、零位置触发传感器和传声器阵列；发动机转速传感器安装于所测汽车内并且发动机转速信号可通过无线传输至地面数据采集单元。启动各硬件设备，打开噪声声源识别软件，设置测试环境下所需要的各计算参数。
3)车辆选用某车型货车进行测试，将该货车按规定条件稳定达到始端线后，节气门全开直线加速通过长20m的测试区，与此同时通过计算机键盘启动软件测试按钮，对该货车经过测试区域内的各参数进行记录，其中，利用由KMT8000型点烟器转速探头采集发动机转速信号并传输至地面的采集系统；利用测速雷达接收车速信号；利用光电触发开关记录车辆输入零位置时的时间信息；利用波束形成传声器阵列用于接收声音信号实现对货车车外加速噪声的测量及声源成像对声源准确识别，其主要声源识别系统及识别方法流程图如图2所示，可以得到由图3表示出各信号曲线图；
4)将上述测量得到的数据进行处理分析
a设定光电开关所记录的汽车驶入零位置时刻为0时刻，提取测量到的车速随时间的变化关系，对车速信号v(t)进行积分运算，其积分运算公式为
Figure BSA00000304706000041
可得出该汽车加速过程中行驶位置时间的变化关系s(t)，变化关系s(t)可通过编程软件Matlab计算实现。
b对比s(t)与测试过程中所记录下的发动机转速随时间的变化关系，得到发动机转速随汽车位置的变化关系。
c通过对传声器阵列采集声音信号的处理，可得出车外加速噪声随汽车位置的变化关系，确定最大噪声水平出现的位置及对应的发动机转速，并得出声源成像平面随货车位置的变化关系。
本次实例将某N3类货车3档车外加速噪声进行了车外加速噪声声源识别实验，对货车左、右亮侧的车外加速噪声进行声源识别，找出该车车外加速噪声达到最大水平时对应的发动机转速为2400RPM，并利用相应的噪声声源识别软件对传声器采集的信号进行处理，可得出该货车声源平面的声源成像云图(图4，图5)，进而识别其车外加速噪声声源。

Claims (2)

1.一种汽车外场通过噪声声源识别系统，包括测试计算机，发动机转速传感器、车速传感器、零位置触发传感器、传声器阵列和数据采集单元，噪声声源识别软件，其中：
所述发动机转速传感器，由KMT8000型点烟器转速探头及无线传输单元组成，可实时接收发动机转速信号并采用无线传输至地面采集系统，用于采集所测汽车发动机转速信号转化为电压信号；
所述车速传感器为测速雷达，可实时监控汽车进入测试区域车速随时间变化关系用于将所测汽车通过速度转化为电压信号；
所述零位置触发传感器为光电触发开关及反光板组成，可记录所测试汽车进入测试区域的起始时刻，用于将汽车进入零位置时刻电压信号由高电位转化为低电位；
所述传声器阵列及数据采集单元选用PULSE41通道的3560D型数据采集前端和36通道的4958型传声器阵列，并基于延时求和的远场测量技术，即波束成形法，可对声源成像并对声源位置进行准确识别，所述传声器阵列用于采集声音信号并将其转化为模拟的电压信号，所述数据采集单元将上述采集的各种信号集中并将其转换成数字信号；
所述噪声声源识别软件是基于B&K8602型Beamforming开发的车外加速噪声声源识别软件，可根据测试环境下所需要的各计算参数进行设置，用于各个信号进行数据处理，计算出各个参数之间的关系，正确反映声源与工况条件、位置变换因素的关系，并将所得结果由测量系统软件显示。
2.使用权利要求1的汽车场外通过噪声声源识别系统对货车进行噪声声源识别的方法，其特征在于，该系统的所有相关信号均由地面采集系统采集，并能够准确识别噪声源和准确反映声源与工况条件、位置变换因素的关系；
进行噪声声源识别的步骤如下：
1)准备路径长为20m的测试区域，并在距离车辆行驶轨迹线7.5m位置处放置波束形成传声器阵列用于接收声音信号，同时保证阵列平面上的1号传声器与地面之间的距离为1.2m，以实现对货车车外加速噪声的测量及声源识别，以测试区域中心线O-O线为零位置线，光电触发开关及其反光板放置在该中心线O-O线上；
2)将安装有噪声声源识别软件的计算机与数据采集单元连接，其中数据采集单元连接有车速传感器、零位置触发传感器和传声器阵列；发动机转速传感器安装于所需识别其噪声源的汽车内，并且发动机转速信号可通过无线传输至地面采集系统；启动各硬件设备，打开噪声声源识别软件，设置测试环境下所需要的各计算参数；
3)车辆选用某车型货车进行测试，将该货车按规定条件稳定达到始端线后，节气门全开直线加速通过长20m的测试区，与此同时通过计算机键盘启动软件测试按钮，对该货车经过测试区域内的各参数进行记录，其中，利用由KMT8000型点烟器转速探头采集发动机转速信号并传输至地面采集系统；利用测速雷达接收车速信号；利用光电触发开关记录车辆输入零位置时的时间信息；利用波束形成传声器阵列用于接收声音信号实现对货车车外加速噪声的测量及声源成像对声源准确识别，绘出相应各信号变化关系；
4)将上述测量得到的数据进行处理分析
a设定光电触发开关所记录的货车驶入零位置时刻为0时刻，提取测量到的车速随时间的变化关系，对车速信号v(t)进行积分运算，其积分运算公式为
Figure FSB00000980579500021
可得出该货车加速过程中行驶位置随时间的变化关系s(t)，变化关系s(t)可通过编程软件Matlab计算实现；
b对比s(t)与测试过程中所记录下的发动机转速随时间的变化关系，得到发动机转速随货车行驶位置的变化关系；
c通过对传声器阵列采集声音信号的处理，可得出车外加速噪声随货车行驶位置的变化关系，确定最大噪声水平出现的行驶位置及对应的发动机转速，并得出声源成像平面随货车行驶位置的变化关系。
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