CN112834017B - 一种车内噪声的分离方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种车内噪声的分离方法，其包括如下步骤：步骤一，在试验车的轮心、悬置主动侧支架布置振动传感器，在试验车的轮胎、发动机舱和进、排气口近场布置麦克风；步骤二，对试验车进行道路工况测试，采集振动传感器和麦克风的测试数据；步骤三，采用多重相干与偏相干计算法进行数据处理；步骤四，将车内噪声分离为风噪和路噪，所述风噪频谱为
Figure DDA0002884541580000011
所述路噪频谱GR(f)通过min||YFLR(f)·(γXRY(f)+γEiY|RAir(f)‑γEiY(f))‑GRf得到。其能够有效分离路噪和风噪，无需进行静态传递函数测试，减少工作量，适用范围更广。

Description

一种车内噪声的分离方法
技术领域
本发明涉及汽车噪声检测，具体涉及车内噪声的分离方法。
背景技术
动力噪声日益优化及电动汽车的兴起，路噪逐渐成为车内最突出的声音。识别和分离得到真实由路面-轮胎引起的车内噪声是评价和诊断路噪的前提，也是作为车型开发中目标制定和对比评价的依据。同时，在智能化和主动控制趋势下，路噪和风噪的识别与分离也是提升声品质的基础。然而，目前鲜有专门对路噪分离技术的研究，仅局限在问题整改的路噪识别。
对路噪的识别方法多基于传递路径分析法TPA，即Transfer path analysis的简称，常用的有传统TPA和OTPA，所述OTPA指的是工况下传递路径分析法。传统TPA需测试静态传递函数，测试时需要断开主、被动连接件，分别进行结构传递传函与空气传函测试，实测工况数据通过矩阵求逆得到激励，再经传函得到车内响应。程序繁杂，工作量大，耗费大量人力与精力，且矩阵求逆易出现病态性，引入计算误差。OTPA直接建立监测点响应与车内响应之间传递函数，尽管省去了静态传函测试步骤，相对减少了工作量。但路径选择不全难以得到正确的传递关系，且只适用于线性系统，应用范围有限。
发明内容
本发明的目的是提供一种车内噪声的分离方法，其能够有效分离路噪和风噪，无需进行静态传递函数测试，减少工作量，适用范围更广。
本发明所述的车内噪声的分离方法，其包括如下步骤：
步骤一，在试验车的轮心、悬置主动侧支架布置振动传感器，在试验车的轮胎、发动机舱和进、排气口近场布置麦克风；
步骤二，对试验车进行道路工况测试，采集振动传感器和麦克风的测试数据，包括轮心振动频谱{XRoad-Stru(f)}、轮胎近场声压频谱{XRoad-Air(f)}、动力噪声振动频谱{XEng-Stru(f)}、动力噪声空气声频谱{XEng-Air(f)}和车内响应声压频谱YFLR(f)，将轮心振动频谱和轮胎近场声压频谱组合记作路噪信号组{XRoad(f)}，将轮心振动频谱、轮胎近场声压频谱、动力噪声振动频谱和动力噪声空气声频谱组合记作风噪信号组{XAll(f)}；
步骤三，采用多重相干与偏相干计算法进行数据处理，得到车内响应声压频谱与风噪信号组的多重相干系数
Figure BDA0002884541570000021
车内响应声压频谱与路噪信号组的多重相干系数
Figure BDA0002884541570000022
车内响应声压频谱与轮心振动频谱的多重相干系数
Figure BDA0002884541570000023
车内响应声压频谱与轮胎近场声压频谱的多重相干系数
Figure BDA0002884541570000024
车内响应声压频谱与动力噪声空气声频谱的多重相干系数
Figure BDA0002884541570000025
车内响应声压频谱与动力噪声空气声频谱的偏相干系数
Figure BDA0002884541570000026
步骤四，将车内噪声分离为风噪和路噪，
所述风噪频谱为
Figure BDA0002884541570000027
所述路噪频谱GR(f)通过
Figure BDA0002884541570000028
得到。
进一步，所述步骤三中多重相干系数的表达式为
Figure BDA0002884541570000029
式中，SYY(f)为响应信号Y(f)的自功率谱，
Figure BDA00028845415700000210
为参考信号XR(f)与响应信号Y(f)的互功率谱列向量，
Figure BDA00028845415700000211
Figure BDA00028845415700000212
为参考信号XR(f)的自功率谱矩阵，上标“H”表示共轭转置，上标“+”表示求伪逆，上标“*”表示共轭。
进一步，所述步骤三中偏相干系数的表达式为
Figure BDA00028845415700000213
式中，SYY(f)为响应信号Y(f)的自功率谱，
Figure BDA00028845415700000214
为参考信号XR(f)与响应信号Y(f)的互功率谱列向量，
Figure BDA00028845415700000215
Figure BDA00028845415700000216
为参考信号XR(f)的自功率谱矩阵，
Figure BDA00028845415700000217
为参考信号XR(f)与响应信号Y(f)及发动机信号E(f)的互功率谱矩阵，表达式如下：
Figure BDA0002884541570000031
SYE(f)为Y(f)及发动机信号E(f)的互功率谱矩阵，表达式如下：
Figure BDA0002884541570000032
上标“H”表示共轭转置，上标“+”表示求伪逆，上标“*”表示共轭，上标“T”表示转置。
进一步，所述步骤三中路噪频谱的空气声GAir(f)通过
Figure BDA0002884541570000033
得到，路噪频谱的结构声
Figure BDA0002884541570000034
进一步，所述步骤二中道路工况测试具体为：驾驶试验车在实际路面进行直线匀速行驶，利用数据采集前端采集振动传感器和麦克风的数据，数据采集时间不低于10s，采样频率不低于12800Hz。
本发明通过多重相干和偏相干计算法直接对测试数据进行处理，即可分离得到风噪和路噪数据，无需进行静态传递函数测试，操作简单，减少了的工作量，为提升整车声品质提供了支撑数据。相较于传统的OTPA，无需进行传递函数拟合，不受系统是否线性的限制，适用范围更广泛。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作详细说明。
一种车内噪声的分离方法，其包括如下步骤：
步骤一，在试验车的四个轮胎轮心、三个悬置主动侧支架各布置一个三向振动传感器，所述三向振动传感器的测试方向与整车坐标系保持一致。在试验车的轮胎前、后各布置一个麦克风，在发动机舱六个面各布置一个麦克风，在进气口和排气口各布置一个麦克风，在车内驾驶员右耳处布置一个麦克风。
步骤二，三向振动传感器和麦克风布置完成后，对试验车进行道路工况测试，驶试验车在实际路面进行直线匀速行驶，用LMS数据采集前端采集测试数据，数据采集时间不低于10s，振动与声压信号采样频率不低于12800Hz。获得轮心振动轮心振动时域信号{XRoad-Stru(t)}12×1，轮胎近场声压时域信号{XRoad-Air(t)}8×1，动力噪声振动时域信号{XEng-Stru(t)}9×1，动力噪声空气声时域信号{XEng-Air(t)}8×1，车内驾驶员右耳处声压时域YFLR(t)。将获得的时域数据进行傅立叶变换成频谱数据，加汉宁窗，重叠50％，频率分辨率为4Hz，获得轮心振动频谱{XRoad-Stru(f)}12×1、轮胎近场声压频谱{XRoad-Air(f)}8×1、动力噪声振动频谱{XEng-Stru(f)}9×1、动力噪声空气声频谱{XEng-Air(f)}8×1和车内响应声压频谱YFLR(f)，将轮心振动频谱和轮胎近场声压频谱组合记作路噪信号组{XRoad(f)}20×1，将轮心振动频谱、轮胎近场声压频谱、动力噪声振动频谱和动力噪声空气声频谱组合记作风噪信号组{XAll(f)}37×1；
步骤三，采用多重相干与偏相干计算法进行数据处理，得到车内响应声压频谱与风噪信号组的多重相干系数
Figure BDA0002884541570000041
车内响应声压频谱与路噪信号组的多重相干系数
Figure BDA0002884541570000042
车内响应声压频谱与轮心振动频谱的多重相干系数
Figure BDA0002884541570000043
车内响应声压频谱与轮胎近场声压频谱的多重相干系数
Figure BDA0002884541570000044
车内响应声压频谱与动力噪声空气声频谱的多重相干系数
Figure BDA0002884541570000045
车内响应声压频谱与动力噪声空气声频谱的偏相干系数
Figure BDA0002884541570000046
所述多重相干系数的表达式为
Figure BDA0002884541570000047
式中，SYY(f)为响应信号Y(f)的自功率谱，
Figure BDA0002884541570000048
为参考信号XR(f)与响应信号Y(f)的互功率谱列向量，
Figure BDA0002884541570000049
Figure BDA00028845415700000410
为参考信号XR(f)的自功率谱矩阵，上标“H”表示共轭转置，上标“+”表示求伪逆，上标“*”表示共轭。
所述偏相干系数的表达式为
Figure BDA00028845415700000411
式中，SYY(f)为响应信号Y(f)的自功率谱，
Figure BDA00028845415700000412
为参考信号XR(f)与响应信号Y(f)的互功率谱列向量，
Figure BDA0002884541570000051
Figure BDA0002884541570000052
为参考信号XR(f)的自功率谱矩阵，
Figure BDA0002884541570000053
为参考信号XR(f)与响应信号Y(f)及发动机信号E(f)的互功率谱矩阵，表达式如下：
Figure BDA0002884541570000054
SYE(f)为Y(f)及发动机信号E(f)的互功率谱矩阵，表达式如下：
Figure BDA0002884541570000055
上标“H”表示共轭转置，上标“+”表示求伪逆，上标“*”表示共轭，上标“T”表示转置。
步骤四，将车内噪声分离为风噪和路噪。
风噪是无参考信号的随机噪声，经多次线性平均后可消除。车内噪声中除去路噪与动力噪声后剩余部分为风噪，所述风噪频谱为
Figure BDA0002884541570000056
消除动力噪声空气声后，车内噪声分离得到由轮胎-路面激励的路噪频谱GR(f)，所述路噪频谱GR(f)通过
Figure BDA0002884541570000057
得到。
祛除动力噪声空气声后，路噪频谱的空气声GAir(f)通过
Figure BDA0002884541570000058
得到，路噪频谱的结构声
Figure BDA0002884541570000059
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种车内噪声的分离方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，在试验车的轮心、悬置主动侧支架布置振动传感器，在试验车的轮胎、发动机舱和进、排气口近场布置麦克风；
步骤二，对试验车进行道路工况测试，采集振动传感器和麦克风的测试数据，包括轮心振动频谱{XRoad-Stru(f)}、轮胎近场声压频谱{XRoad-Air(f)}、动力噪声振动频谱{XEng-Stru(f)}、动力噪声空气声频谱{XEng-Air(f)}和车内响应声压频谱YFLR(f)，将轮心振动频谱和轮胎近场声压频谱组合记作路噪信号组{XRoad(f)}，将轮心振动频谱、轮胎近场声压频谱、动力噪声振动频谱和动力噪声空气声频谱组合记作风噪信号组{XAll(f)}；
步骤三，采用多重相干与偏相干计算法进行数据处理，得到车内响应声压频谱与风噪信号组的多重相干系数
Figure FDA0004029217620000011
车内响应声压频谱与路噪信号组的多重相干系数
Figure FDA0004029217620000012
车内响应声压频谱与轮心振动频谱的多重相干系数
Figure FDA0004029217620000013
车内响应声压频谱与轮胎近场声压频谱的多重相干系数
Figure FDA0004029217620000014
车内响应声压频谱与动力噪声空气声频谱的多重相干系数
Figure FDA0004029217620000015
车内响应声压频谱与动力噪声空气声频谱的偏相干系数
Figure FDA0004029217620000016
所述偏相干系数的表达式为
Figure FDA0004029217620000017
式中，SYY(f)为响应信号Y(f)的自功率谱，
Figure FDA0004029217620000018
为参考信号XR(f)与响应信号Y(f)的互功率谱列向量，
Figure FDA0004029217620000019
Figure FDA00040292176200000110
为参考信号XR(f)的自功率谱矩阵，
Figure FDA00040292176200000111
为参考信号XR(f)与响应信号Y(f)及发动机信号E(f)的互功率谱矩阵，表达式如下：
Figure FDA00040292176200000112
SYE(f)为Y(f)及发动机信号E(f)的互功率谱矩阵，表达式如下：
Figure FDA00040292176200000113
上标“H”表示共轭转置，上标“+”表示求伪逆，上标“*”表示共轭，上标“T”表示转置；
步骤四，将车内噪声分离为风噪和路噪，
所述风噪频谱为
Figure FDA00040292176200000114
所述路噪频谱GR(f)通过
Figure FDA00040292176200000115
得到。
2.根据权利要求1所述的车内噪声的分离方法，其特征在于：所述步骤三中多重相干系数的表达式为
Figure FDA0004029217620000021
式中，SYY(f)为响应信号Y(f)的自功率谱，
Figure FDA0004029217620000022
为参考信号XR(f)与响应信号Y(f)的互功率谱列向量，
Figure FDA0004029217620000023
Figure FDA0004029217620000024
为参考信号XR(f)的自功率谱矩阵，上标“H”表示共轭转置，上标“+”表示求伪逆，上标“*”表示共轭。
3.根据权利要求1或2所述的车内噪声的分离方法，其特征在于：所述步骤三中路噪频谱的空气声GAir(f)通过
Figure FDA0004029217620000025
得到，路噪频谱的结构声
Figure FDA0004029217620000026
4.根据权利要求1或2所述的车内噪声的分离方法，其特征在于，所述步骤二中道路工况测试具体为：驾驶试验车在实际路面进行直线匀速行驶，利用数据采集前端采集振动传感器和麦克风的数据，数据采集时间不低于10s，采样频率不低于12800Hz。
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