CN110400558A - 一种车用燃料电池发动机系统噪音检测及降噪方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种车用燃料电池发动机系统噪音检测及降噪方法，检测方法包括：S1、通过近场声全息方法对车辆进行噪声源识别试验，在得到车辆不同位置处噪声的A计权声压级分布图后，对平均声压级频谱进行分析，得到噪音的峰值频率，并计算得到对应频率下的声压级；S2、针对声压级大于第一预设声压级阈值所对应的位置，通过近场的振动噪声试验来进一步识别噪声源以及振动源；S3、在车辆加速试验工况下，对声压级大于第一预设声压级阈值所对应位置附件的板件进行锤击试验，用以确定噪声共振的影响。降噪方法包括采用吸声材料和/或改变噪声源的内部结构及重量。采用上述方法提高了车载条件下的发动机系统的可靠性和耐久性，改善了车辆声震噪声。
Description
技术领域
本发明涉及新能源燃料电池发动机领域，具体涉及一种车用燃料电池发动机系统噪音检测及降噪方法。
背景技术
随着新能源汽车的技术研发不断发展，当前NVH(Noise噪声、Vibration震动、harshness声震粗糙度)越来越被社会群体所重视，车辆用户越来越关心车辆的驾乘体验，因此解决好新能源发动机的NVH相关技术方法就显得十分重要了。目前市场上搭载新能源氢燃料电池的发动机中，普遍存在车辆后部及后舱外部声震噪音超高，部分车辆声震噪音已经大大超出国家对新能源车辆声震噪音的要求，因此如何降低和改善新能源车辆的声震噪音问题，显得尤为关键。
部分现有技术处理方式非常单一，部分车辆仅仅采用消音方式处理声震噪声。针对目前存在的缺点和弊端，本申请根据燃料电池在车载状态下进行相关技术研究，主要研究如何检测噪声的来源、噪声传递路径以及如何降低噪声的量级，最终实现满足车内对噪声的要求及满足车辆的驾乘舒适度。
发明内容
本发明提供一种车用燃料电池发动机系统噪音检测及降噪方法，能够提高车载条件下的发动机系统的可靠性和耐久性，改善了车辆声震噪声。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种车用燃料电池发动机系统噪音检测及降噪方法，所述车用燃料电池发动机系统噪音检测方法包括对车载条件下噪声源进行识别，具体包括以下步骤：
S1、通过近场声全息方法对车辆进行噪声源识别试验，在得到车辆不同位置处噪声的A计权声压级分布图后，对各位置的整体平均声压级频谱进行初步分析，得到噪音的峰值频率，并计算得到对应频率下的声压级；
S2、根据A计权声压级分布图，针对声压级大于第一预设声压级阈值所对应的位置，通过近场的振动噪声试验来进一步识别噪声源以及振动源；
S3、在车辆加速试验工况下，对声压级大于第一预设声压级阈值所对应位置附件的板件进行锤击试验，获取其传递函数，用以确定噪声共振的影响；
所述车用燃料电池发动机系统降噪方法包括采用吸声材料和/或改变噪声源的内部结构及重量分布来降低噪声源的噪音。
作为上述方案的优选，在步骤S1中，采用PU探头在测量面上扫描采样、快照获得测量面上的声压，并通过数据采集器和信号调整盒将数据采集到控制电脑中。
作为上述方案的优选，在步骤S1中，试验位置包括车体外部的正后部、左后部、右后部及车体内部的乘客区后部。
作为上述方案的优选，在步骤S2中，选取声压级大于第一预设声压级阈值位置中的特定区域进行频谱分析，用以进一步分析噪声位置的频率分布，所述特定区域包括声压级大于第二预设声压级阈值所对应的位置，其中第二预设声压级阈值大于第一预设声压级阈值。
作为上述方案的优选，在步骤S2中，利用麦克风测量不同位置噪声的声压，分析不同位置噪声的频率分布及阶次特征，同时利用加速度传感器测量各位置处不同部件上的振动加速度，分析各部件振动的频率分布及阶次特征。
作为上述方案的优选，在步骤S3中，在所述板件的表面上分别布设三向加速度传感器，并采用锤击法对其进行测试，以获取三向加速度传感器的频率响应函数。
作为上述方案的优选，所述锤击试验重复进行多次，用以验证车内中低频结构噪声的来源。
作为上述方案的优选，所述吸声材料包括多孔吸声材料。
作为上述方案的优选，所述多孔吸声材料包括选自无机纤维、有机纤维、泡沫树脂材料、吸声金属材料中的一种或多种。
作为上述方案的优选，通过改变噪声源的内部结构及重量分布来降低噪声源的噪音的方法中包括在噪声源部件上设置支撑筋。
由于具有上述结构，本发明的有益效果在于：
本发明采用声全息试验、近场的振动噪声试验、锤击试验等多种试验来检测燃料电池发动机系噪声来源及传递路径，使得噪声源能够以高精确度被检测到。在找到噪声源后，针对具体问题对车身部件进行优化，通过使用吸声材料、改变噪声源的内部结构及重量分布等多种方法来噪声问题，提高了车载条件下的发动机系统的可靠性和耐久性，改善了车辆声震噪声，缓解车辆运行过程中的噪声污染，改善了车辆的驾乘体验。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明车后方声全息试验测试示意图；
图2为本发明车左后方声全息试验测试示意图；
图3为本发明车右后方声全息试验测试示意图；
图4为本发明车舱内部乘客区后部声全息试验测试示意图；
图5为本发明车辆后盖板表面A计权声压分布图；
图6为本发明车辆后盖选定区域的声压级频谱；
图7为本发明麦克风布置示意图；
图8为本发明加速度传感器布置示意图；
图9为本发明为车后盖板表面振速分布图；
图10为本发明板一上三向加速度传感器布置示意图；
图11为本发明板二上三向加速度传感器布置示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1至图11所示，本实施例提供一种车用燃料电池发动机系统噪音检测及降噪方法；
所述车用燃料电池发动机系统噪音检测方法包括对车载条件下噪声源进行识别，具体包括以下步骤：
S1、通过近场声全息方法对车辆进行噪声源识别试验，在得到车辆不同位置处噪声的A计权声压级分布图后，对各位置的整体平均声压级频谱进行初步分析，得到噪音的峰值频率，并计算得到对应频率下的声压级；
S2、根据A计权声压级分布图，针对声压级大于第一预设声压级阈值所对应的位置，通过近场的振动噪声试验来进一步识别噪声源以及振动源；
S3、在车辆加速试验工况下，对声压级大于第一预设声压级阈值所对应位置附件的板件进行锤击试验，获取其传递函数，用以确定噪声共振的影响；
所述车用燃料电池发动机系统降噪方法包括采用吸声材料和/或改变噪声源的内部结构及重量分布来降低噪声源的噪音。
本实施例中，整个测试过程在客车开机怠速-急加速-急减速-额定平稳运行工况下测试。具体地，如图1至图4所示，首先分别对车体外部的正后部、左后部、右后部及车体内部的乘客区后部等位置进行声全息试验测试，采用PU(声压-质点速度)探头41在测量面上扫描采样、快照获得测量面上的声压，并通过数据采集器和信号调整盒将数据采集到外部的控制电脑中，在得到车辆不同位置处噪声的A计权声压级分布图后，对各位置的整体平均声压级频谱进行初步分析，得到噪音的峰值频率，并计算得到对应频率下的声压级；从A计权声压分布图分析得知，车体外部的正后部声压级整体较高。图5为车辆后盖板表面的A计权声压分布图，图中颜色由浅变深表征声压级由小变大，单位为dB(A)。进一步地，从图5中看出，声压级别较高的部分，即声压级大于第一预设声压级阈值的位置(本实施例中第一预设声压级阈值设计为60dB(A))集中在后舱门冲压散热通气口位置，该区域噪声最大数值为89.83dB(A)，初步判断发动机系统的噪声是通过该处透射出来的。因此，针对后盖板位置作进一步分析，通过对整个后盖板的整体平均声压级频谱分析得知声压级峰值频率主要为416Hz、832Hz、1248Hz，并计算出这三个频率下的声压级分别为70.84dB(A)、81dB(A)、66.76dB(A)，此处声压级的计算方法采用现有技术。
为了更好的分析噪声位置的频率分布，进一步选取车辆后盖板中的特定区域H进行频谱分析，频谱如图6所示，图6中横坐标为频率，纵坐标为声压级，特定区域H选取在声压级大于第二预设声压级阈值的位置(第二预设声压级阈值设计为65dB(A))，经过分析得知，该特定区域H的声压级峰值频率仍然为416Hz、832Hz、1248Hz，这三个频率下的声压级分别为75.27dB(A)、89.83dB(A)、67.07dB(A)。因此降噪方案主要针对这几个主要峰值频率进行处理。通过声全息试验测试分析得知，声压级大于第一预设声压级阈值所对应的位置为燃料电池空气路辅助进气系统，即燃料电池空气路辅助进气系统是燃料电池系统工作时的主要噪声源。
其次，针对声压级大于第一预设声压级阈值所对应的位置，通过近场的振动噪声试验来进一步识别噪声源以及振动源。本实施例中，如图7、图8所示，开启燃料电池整车后盖板，针对燃料电池空气路辅助进气系统，分别在空压机上方(排气管道侧)11、空压机侧面(进气管道侧)12、电机径向位置13以及燃料电池系统正后方14布置麦克风，利用麦克风测量各位置的噪声的声压，分析不同位置噪声的频率分布及阶次特征，麦克风将环境声压转换为电声信号，并将信号传输至与其电性连接的外部控制电脑，经控制电脑处理将电声信号转换为声压；同时在电机壳体21、电机侧悬置上支点22、电机侧悬置下支点23、空压机出口处壳体24、空压机进气管道口处25、空压机支承表面26及电机侧支承表面27布置加速度传感器，利用加速度传感器测量各部件上的振动加速度，分析各部件振动的频率分布及阶次特征。测试结果如图9所示，图9为车后盖板表面振速分布图，单位为dB。将噪声与各部件振动联系起来，分析噪声来源和传递路径。经过测试，噪声最大的位置总是在空压机进气侧和排气侧，即空压机为主要噪声源及振动源，经进气及排气管道向外传递，对其进行阶次分析，其噪声主要阶次是10和15阶次噪声，工况不同时占主导的阶次也会变化。
再次，在加速试验工况下，为了确定其他部分的噪声共振影响，对声压级大于第一预设声压级阈值所对应位置附件的板件进行锤击试验，如图10、图11所示，对车内后部靠近燃料电池系统的板件进行锤击试验，获取其传递函数。测试过程中，在板二32(与乘客区最后一排座位相接触的板件)和板一31(座位后方与板二相交接触的板件)的板表面上各布置一个三向加速度传感器33，并采用锤击法对其进行测试，以获取三向加速度传感器的频率响应函数。具体为，使用力锤对板件进行激励，记录力锤所施加的激励力，并获取此时三向加速度传感器输出的测试数据，然后根据三向加速度传感器输出的测试数据与激励力之间的比例关系获取三向加速度传感器的频率响应函数。该锤击试验重复进行三次，用以验证车内中低频结构噪声的来源。测试结果显示，板一31在垂直方向上的振动主要在257.8Hz、293Hz、531.3Hz这几个频率附近有相对较大的响应。板二32在纵向上的振动主要在257.8Hz、308.6Hz、375Hz、398.4Hz这几个频率附近有较大的响应；在垂向上的振动主要在285.2Hz、312.5Hz、402.3Hz，这几个频率附近有较大响应。由于加速工况的噪声实验中，车内中低频结构噪声频率范围主要为250-370Hz，因此可以确定板一31和板二32都是该噪声的来源。
鉴于上述检测结果，针对具体问题对车身部件进行优化。
首先，为了确定噪声降低的实际方法及处理方案，在车辆后盖板及左右侧盖板进行布置吸声材料测试。吸声材料包括有无机纤维、有机纤维、泡沫树脂材料、吸声金属材料等多孔吸声材料，但不限于上述材料。本实施例中，采用3mm厚度的隔音毡补贴于仓门内侧，在隔音毡外侧加装50mm厚度的三聚氰胺吸声材料，最外侧采用0.5mm厚度的铝制网孔板进行封盖处理。并对空压机进行了吸声处理，本实施例中，针对未做任何处理的发动机，在空压机进、出口分别进行分四段隔音降噪处理，第一段进气远端管由内而外分别为3mmEVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)+7mm软棉毡+3mmEVA，第二段进气管由内而外分别为2mmEVA+1mmEVA+7mm软棉毡+1mmEVA+2mmEVA，第三段进气管由内而外分别为3mmEVA+7mm软棉毡+3mmEVA，第四段进气管由内而外分别为2mmEVA+1mmEVA+7mm软棉毡+1mm+EVA+2mmEVA。在空气进入空压机管口位置采用3mmEVA+7mm软棉毡+3mmEVA进行整体包扎处理。经加设吸声材料后，车量燃料电池发动机通常工况条件下，声压级在416Hz下，降低了1.61dB；在832Hz处下降了2.8dB；在1248H处下降了1.14dB。
其次，针对中、低频结构噪声的噪声源，即车内后部靠近燃料电池系统的板一31和板二32，采用通过改变噪声源的内部结构及重量分布的方法来实现降噪。本实施例中，板一31和板二32在优化改动前，为薄壁注塑件，内侧无任何加强支撑来固定位置，结构件优化后，将板件内侧增加加强支撑筋，使得在增加强度的同时减少其自身振动带来的噪音。
基于上述的噪音检测及降噪的方法，对不同功率的发动机系统在不同工况下分别进行测试，经过数据对比分析看出合理的选择降噪材料及测试方法能够在很大程度上起到降噪的效果，能够使系统整体噪声降低平均量在2.352dB至25.88dB。
本实施例中，加速度传感器的型号为JF2020，三向加速度传感器的型号为MEAS34207A，麦克风可以采用现有技术中的任意型号的麦克风，PU探头、数据采集器和信号调整盒均为现有技术，PU探头型号为SP-ADD，SL-ADD，数据采集器型号为TIT-PA-PR，SL-ADD-PR，控制电脑的型号为戴尔7520。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种车用燃料电池发动机系统噪音检测及降噪方法，其特征在于：所述车用燃料电池发动机系统噪音检测方法包括对车载条件下噪声源进行识别，具体包括以下步骤：
S1、通过近场声全息方法对车辆进行噪声源识别试验，在得到车辆不同位置处噪声的A计权声压级分布图后，对各位置的整体平均声压级频谱进行初步分析，得到噪音的峰值频率，并计算得到对应频率下的声压级；
S2、根据A计权声压级分布图，针对声压级大于第一预设声压级阈值所对应的位置，通过近场的振动噪声试验来进一步识别噪声源以及振动源；
S3、在车辆加速试验工况下，对声压级大于第一预设声压级阈值所对应位置附件的板件进行锤击试验，获取其传递函数，用以确定噪声共振的影响；
所述车用燃料电池发动机系统降噪方法包括采用吸声材料和/或改变噪声源的内部结构及重量分布来降低噪声源的噪音。
2.根据权利要求1所述的车用燃料电池发动机系统噪音检测及降噪方法，其特征在于：在步骤S1中，采用PU探头在测量面上扫描采样、快照获得测量面上的声压，并通过数据采集器和信号调整盒将数据采集到控制电脑中。
3.根据权利要求1所述的车用燃料电池发动机系统噪音检测及降噪方法，其特征在于：在步骤S1中，试验位置包括车体外部的正后部、左后部、右后部及车体内部的乘客区后部。
4.根据权利要求1所述的车用燃料电池发动机系统噪音检测及降噪方法，其特征在于：在步骤S2中，选取声压级大于第一预设声压级阈值位置中的特定区域进行频谱分析，用以进一步分析噪声位置的频率分布，所述特定区域包括声压级大于第二预设声压级阈值所对应的位置，其中第二预设声压级阈值大于第一预设声压级阈值。
5.根据权利要求1所述的车用燃料电池发动机系统噪音检测及降噪方法，其特征在于：在步骤S2中，利用麦克风测量不同位置噪声的声压，分析不同位置噪声的频率分布及阶次特征，同时利用加速度传感器测量各位置处不同部件上的振动加速度，分析各部件振动的频率分布及阶次特征。
6.根据权利要求1所述的车用燃料电池发动机系统噪音检测及降噪方法，其特征在于：在步骤S3中，在所述板件的表面上布设三向加速度传感器，并采用锤击法对其进行测试，以获取三向加速度传感器的频率响应函数。
7.根据权利要求6所述的车用燃料电池发动机系统噪音检测及降噪方法，其特征在于：所述锤击试验重复进行多次，用以验证车内中低频结构噪声的来源。
8.根据权利要求1所述的车用燃料电池发动机系统噪音检测及降噪方法，其特征在于：所述吸声材料包括多孔吸声材料。
9.根据权利要求8所述的车用燃料电池发动机系统噪音检测及降噪方法，其特征在于：所述多孔吸声材料包括选自无机纤维、有机纤维、泡沫树脂材料、吸声金属材料中的一种或多种。
10.根据权利要求1所述的车用燃料电池发动机系统噪音检测及降噪方法，其特征在于：通过改变噪声源的内部结构及重量分布来降低噪声源的噪音的方法中包括在噪声源部件上设置支撑筋。
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