CN110243609A - 一种结构路噪传递函数测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种结构路噪传递函数测试方法，通过对各个车轮依次施加周期性的脉冲激励，能够显著提高信号的信噪比，并通过对测得的信号进行加窗处理，减少强相干激励输入和背景噪声对结构噪声传递函数估计造成的影响。因此，与现有技术相比，本发明提出的结构路噪传递函数测试方法具有操作简便，精度更高的优点，在汽车路噪的传递函数测试和传递路径分析方面具有较高的应用价值。

Description

一种结构路噪传递函数测试方法
技术领域
本发明属于汽车NVH(噪声、振动与声振粗糙度(Noise、Vibration、Harshness)的英文缩写)实验技术领域，尤其是涉及一种结构路噪传递函数的测试方法。
背景技术
车内噪声对乘坐舒适性有直接、重要的影响，体现了汽车产品的核心竞争力，在汽车行业与学术界均予以高度重视。车内噪声主要成分为轮胎/道路噪声、动力/传动系噪声、风噪等。根据不同的源与传递介质，轮胎/道路噪声又可分为空气噪声与结构噪声。空气噪声是轮胎转动时其周围的空气因相互流通和扰动而引起的。轮胎/道路噪声中的结构噪声(简称结构路噪)是由路面激励经过轮胎、悬架、底盘引起车身振动并在车内辐射产生的，主要成分为20-500Hz范围内的噪声，是轮胎/道路噪声中低频部分的主要贡献者。
经过数十年的研究，动力/传动系统引起的车内噪声已经得到有效控制，轮胎/道路噪声在车内总噪声中的比重不断增大，尤其是近年来随着新能源汽车的推广，动力总成对车内噪声的贡献量进一步降低，结构路噪问题尤其明显，亟待解决。
结构路噪问题的分析、诊断和优化主要采用传递路径分析法(TPA-Transfer PathAnalysis)，即通过建立激励源、传递路径与响应的模型，得到不同路径的贡献量大小，再对主要传递路径进行优化。传统的传递路径分析方法通过锤击法、激振器激励法等手段测试各个路径的传递函数并进行载荷识别，可以准确查找振动噪声源。但传统TPA需要对系统进行拆卸，测试准备工作繁琐，耗时耗力，且车辆在静置状态下无法反映悬架动态非线性传递特性，于是运行工况下传递路径分析方法(OTPA-Operational Transfer Path Analysis)被提出，其通过测试系统实际工作状态下激励源响应与目标点响应，计算获得两者之间的传递率矩阵，即可获得各个传递路径的贡献量，无需识别各个振源的实际激励载荷。OTPA相对传统TPA在测试工作量上大幅减小，效率显著提高，能同时识别结构传路噪和空气传路噪，但是，由于输入到四个车轮的激励之间存在强相干性，导致输入信号自功率谱矩阵奇异，将引起传递函数计算产生较大的误差。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种可克服上述技术问题的结构路噪传递函数测试方法，即克服TPA方法只能在静态工况下测试传递函数和在强相干激励输入下OTPA方法测得的传递函数精度较低的缺陷，能够显著提高信号的信噪比，并减少强相干激励输入和背景噪声对结构噪声传递函数估计造成的影响。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种结构路噪传递函数测试方法，其特征在于在试验车运行工况下，对各个车轮依次施加脉冲激励，并通过加窗截取与脉冲激励同步的信号，最终通过轮心处的加速度值和车内的噪声声压值求解轮心到车内的结构路噪传递函数。
进一步的，本发明的结构路噪传递函数测试方法，包括以下步骤：
(1)在试验车下方的双轴底盘测功机滚筒上布置脉冲激励发生装置，在试验车的轮心处布置加速度传感器，在试验车的车内布置声压传感器，并通过连接线将加速度传感器和声压传感器接入数据采集系统；
(2)试验车车轮在滚筒上转动，打开数据采集系统进行信号采集，脉冲激励发生装置对各个车轮依次施加循环平稳的脉冲激励；
(3)测试完成后，对测得的加速度信号和声压信号进行加窗截取，窗函数之外的数据进行补零；
(4)采用维纳滤波法，利用加窗后的加速度和声压数据，计算结构路噪的传递函数。
对测得的加速度信号和声压信号进行加窗截取可以减少与脉冲激励不同步噪声，移除其它车轮相干激励输入的影响。
进一步的，所述脉冲激励发生装置通过在双轴底盘测功机各个滚筒表面均贴附一个凸起块实现，四个滚筒表面的凸起块设置为周向相对间隔设定角度，使得滚筒每旋转一周都会有一个凸起块对该滚筒上的轮胎造成一次冲击，该冲击形成的振动，通过轮心、悬架系统和底盘结构传递至车身，并在车内辐射出噪声，通过布置在轮心处的加速度传感器采集输入的振动信号，通过布置在车内的声压传感器采集输出的噪声信号。
进一步的，四个滚筒表面的凸起块设置为各自在自身滚筒的周向位置相对间隔90°。
进一步的，声压传感器布置在车内座椅人耳处。
进一步的，所述加速度传感器为三向加速度传感器。
进一步的，所述窗函数的窗口形状和长度设置为既能保留信号的重要信息，又要尽可能的屏蔽无关噪声的干扰。
进一步的，结构路噪的传递函数计算公式如下：
式中，a(f)轮心处输入的加速度信号频谱；S(f)为车内响应的声压信号频谱；SaS为a(f)和S(f)的互功率谱；Saa为a(f)的自功率谱；为a(f)的共轭复数。
本发明提出的结构路噪传递函数测试方法，克服了现有技术存在的问题，即TPA方法只能在静态工况下测试传递函数和在强相干激励输入下OTPA方法测得的传递函数精度较低。通过对各个车轮依次施加周期性的脉冲激励，能够显著提高信号的信噪比，并通过对测得的信号进行加窗处理，减少强相干激励输入和背景噪声对结构噪声传递函数估计造成的影响。因此，与现有技术相比，本发明提出的结构路噪传递函数测试方法具有操作简便，精度更高的优点，在汽车路噪的传递函数测试和传递路径分析方面具有较高的应用价值。
附图说明
图1为结构路噪传递函数测试实验装置图；
图2为车轮1轮心处的加速度信号及截取信号的窗函数；
图3为车内座椅人耳处的声压信号及截取信号的窗函数。
图1中，1、加速度传感器；2、数据采集系统；3、声压传感器；4、双轴底盘测功机；5、凸起块。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本优选实施例中，本发明的结构路噪传递函数测试方法包括以下步骤：
(1)如图1所示，在双轴底盘测功机的滚筒上布置脉冲激励发生装置，在四个车轮轮心处均布置一个加速度传感器1(优选三向加速度传感器)，同时在车内座椅人耳处布置声压传感器3，通过连接线接入数据采集系统2。数据采集系统2可以置于车内也可以置于车外，以实验方便为准。
脉冲激励发生装置在本实施例中依靠通用的双轴底盘测功机或转鼓实现，双轴底盘测功机或转鼓的四个滚筒4凸出于平面设置，通过滚筒4模拟代替路面，将实验车辆放置在底盘测功机的四个滚筒4上，各滚筒4的周向表面与车轮的轮胎外周面相接触。在各个滚筒4表面均贴附一凸起于滚筒4表面的凸起块5，四个滚筒4表面的凸起块5沿周向设置为相对间隔90°，(即分别设置在轮胎周向的90°、180°、270°、360°)当四个滚筒4同步运转时，使得滚筒4每旋转一周，都会有一个凸起块5会对相对应的轮胎造成一次冲击，该冲击形成的振动，通过轮心、悬架系统和底盘结构传递至车身，并在车内辐射出噪声，通过布置在轮心处的加速度传感器采集输入的振动信号，通过布置在车内的声压传感器采集输出的噪声信号。
(2)将试验车在滚筒4上行驶，打开数据采集系统2进行信号采集，分别采集四个车轮轮心处输入的加速度信号a1、a2、a3和a4以及车内响应的声压信号S，图2的脉冲激励波形为车轮1轮心处的加速度信号，图3的脉冲激励波形为车内座椅人耳处的声压信号。
(3)测试完成后，对测得的加速度信号和声压信号进行加窗截取，以减少与脉冲激励不同步噪声，窗函数之外的数据进行补零，如图2和3所示，设计窗函数时，其形状和长度应满足既能保留信号的重要信息，又要尽可能的屏蔽无关噪声的干扰。加窗后的四个车轮轮心处的加速度信号和车内座椅人耳处的声压信号分别为a1w、a2w、a3w、a4w和S1w、S2w、S3w、S4w。
(4)采用维纳滤波法，利用加窗后的加速度和声压数据，计算结构路噪的传递函数，计算公式如下：
式中，a(f)轮心处输入的加速度信号频谱；S(f)为车内响应的声压信号频谱；SaS为a(f)和S(f)的互功率谱；Saa为a(f)的自功率谱；为a(f)的共轭复数。
分别将各个车轮加窗后的加速度信号和声压信号代入上式，即可求得各个车轮轮心到车内的结构路噪传递函数。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种结构路噪传递函数测试方法，其特征在于在试验车运行工况下，对各个车轮依次施加脉冲激励，并通过加窗截取与脉冲激励同步的信号，最终通过轮心处的加速度值和车内的噪声声压值求解轮心到车内的结构路噪传递函数。
2.根据权利要求1所述的结构路噪传递函数测试方法，其特征在于所述结构路噪传递函数测试方法包括以下步骤：
(1)在试验车下方的双轴底盘测功机滚筒上布置脉冲激励发生装置，在试验车的轮心处布置加速度传感器，在试验车的车内布置声压传感器，并通过连接线将加速度传感器和声压传感器接入数据采集系统；
(2)试验车车轮在滚筒上转动，打开数据采集系统进行信号采集，脉冲激励发生装置对各个车轮依次施加循环平稳的脉冲激励；
(3)测试完成后，对测得的加速度信号和声压信号进行加窗截取，窗函数之外的数据进行补零；
(4)采用维纳滤波法，利用加窗后的加速度和声压数据，计算结构路噪的传递函数。
3.根据权利要求1所述的结构路噪传递函数测试方法，其特征在于所述脉冲激励发生装置通过在双轴底盘测功机各个滚筒表面均贴附一个凸起块实现，四个滚筒表面的凸起块设置为周向相对间隔设定角度，使得滚筒每旋转一周都会有一个凸起块对该滚筒上的轮胎造成一次冲击，该冲击形成的振动，通过轮心、悬架系统和底盘结构传递至车身，并在车内辐射出噪声，通过布置在轮心处的加速度传感器采集输入的振动信号，通过布置在车内的声压传感器采集输出的噪声信号。
4.根据权利要求1所述的结构路噪传递函数测试方法，其特征在于四个滚筒表面的凸起块设置为各自在自身滚筒的周向位置相对间隔90°。
5.根据权利要求1所述的结构路噪传递函数测试方法，其特征在于声压传感器布置在车内座椅人耳处。
6.根据权利要求1所述的结构路噪传递函数测试方法，其特征在于所述加速度传感器为三向加速度传感器。
7.根据权利要求1所述的结构路噪传递函数测试方法，其特征在于所述窗函数的窗口形状和长度设置为既能保留信号的重要信息，又要尽可能的屏蔽无关噪声的干扰。
8.根据权利要求1所述的结构路噪传递函数测试方法，其特征在于结构路噪的传递函数计算公式如下：
式中，a(f)轮心处输入的加速度信号频谱；S(f)为车内响应的声压信号频谱；SaS为a(f)和S(f)的互功率谱；Saa为a(f)的自功率谱；为a(f)的共轭复数。
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