一种车辆液压减振器透射异响评价方法与流程

本发明属于汽车噪声、振动及声振舒适性(noise,vibration,andharshness，nvh)技术领域，特别涉及一种车辆液压减振器透射异响评价方法。

背景技术：

在经历了十余年的“双位数”增长后，我国汽车产业已开始步入内涵式发展的稳健增长阶段。这一阶段的产能增长不再是主流，而代之以车型品质的持续提升。大量实践表明，当出现“非正常、非预期的噪声”即“异响”时，车辆声品质必然会被较大幅度地削弱。因此，抑制或消除异常噪声自然成为改善声品质的关键。其中，现阶段广泛应用于车辆悬架系统的液压减振器，其异常噪声问题长期困扰汽车行业。近年来，随着对发动机、传动系等车辆主要噪声源的有效治理，以及用户对车辆nvh要求的日渐苛刻，悬架液压减振器的异常噪声问题越发受到关注。在此类减振器的主要故障模式(漏油、发硬、疲软、异常噪声)中，用户投诉异响的比例已占据首位。

这里所谓“减振器异响”，本质上是一种与悬架减振器密切相关的车内噪声，其未被背景噪声淹没的频率成分会引起车内乘员的关注、警觉以致不适。从车内噪声起源及传播途径出发，悬架减振器异响可被归于两种主要类型：“透射异响”和“冲击异响”。具体地，对于透射异响而言，车轮将路面激励传递至减振器底端，然后经过减振器的阻尼作用衰减路面激励力，在活塞上下运动过程中，由于油液的快速流动以及阀片的高频开闭会产生噪声向外辐射，其中部分噪声经过车身透射至车内，如图1路径所示，特别当减振器自身辐射噪声大同时车身密封性不佳的条件下，减振器透射异响最为严重。而冲击噪声则在于，减振器将衰减后的路面激励转换为阻尼力作用于车身结构连接位置，该阻尼力属于脉冲性的冲击力，且当冲击力达到一定程度时即产生冲击噪声，如图1路径所示。目前在工程实际中，减振器冲击异响来源明确，可“以振代声”利用结构振动大小来间接恒量结构振动辐射噪声，大大简化了减振器冲击异响的识别与评价难度；而减振器透射异响声源和声场复杂，涵盖液体流动噪声、摩擦噪声、结构振动噪声以及声场内的混合噪声等，而且涉及的频率范围较宽，因此成为了当前理论与技术研究的重点。减振器透射异响不仅会影响车内声品质，而且会给驾乘人员带来心里上的不良感知，此外，该异响还会增加汽车车外通过噪声，由此增加市内交通噪声。因此，消除减振器透射异响无论对改善车内、车外噪声、提升汽车品牌口碑还是减低交通噪声污染均有着重要的现实意义。

减振器透射异响的主要影响因素主要有两个，即减振器自身辐射的噪声大小和汽车车身的声学包密封性好坏。前者是噪声源，后者是传递路径，出于成本和工作难度考虑，一般直接对噪声源，即减振器自身辐射噪声进行识别与控制，以从根本上降低或消除减振器透射异响。需要注意的是，减振器透射异响在同批次减振器产品中的客户投诉比例一般在5％以内，也就是说这是一个小比例事件，与减振器本身的设计无关，而是由于加工制造误差和后期装配误差引起的。从技术角度出发上述误差是可以得到控制的，但是所需成本会成倍增加，因此，在不增加或最少增加成本的条件下降低或消除减振器透射异响的顾客投诉比例是各大减振器制造企业和整车生产企业所期望的。这样，就需要一种具有高准确率和高效率的评价方法对减振器透射异响进行识别，阻止噪声未达标的减振器样件出厂。

目前针对减振器透射异响的评价方法有整车道路试验和台架试验两种。其中整车道路试验是指专业人员随车在指定的测试道路进行车内噪声主观评价，该方法的优点在于能够真实地反映减振器透射异响程度，缺点是主观评价结果受到评价人员经验的影响较大并且测试成本高，因此该方法主要用于减振器在大批量生产之前的少量试制样件噪声评价测试。台架试验是指将减振器按照装车方式安装于减振器动态特性测试台架上，由减振器台架作动头施加模拟的路面谱激励减振器底端，使得减振器处于工作状态从而产生噪声。台架试验的优点是能够快速、便捷地对减振器自身辐射噪声进行测试与评价，特别是在大批量产品检测时效率很高，缺点是未引入隔声系统从而导致测试所得的减振器自身辐射噪声要高于减振器透射异响。但是，在车身隔声系统一定的条件下，减振器自身辐射噪声大小与减振器透射异响程度呈正相关，因此，可直接利用采集的减振器自身辐射噪声来衡量其透射异响程度。这样，基于台架试验的减振器透射异响识别准确率就取决于噪声特征提取以及评价指标制定，其关键技术难点如下：

(1)减振器透射异响特征频段确定。减振器自身辐射噪声经过车身声学包系统隔离后传至车内，在此过程中降低了大部分高频噪声，因此减振器透射异响属于中、低频传播噪声，但具体频段范围的确定仍需研究。

(2)减振器透射异响评价指标制定。基于异响频段提取减振器透射异响特征信息，然后根据提取出的特征信息进行客观评价指标制定，此处评价指标的计算方法最为重要。另外，减振器透射异响最终由车内驾乘人员所感知，因此制定的客观评价指标还需与主观评价具有较高的相关性。

相关领域已公开的文献中，申请号为cn201010210438.4(名称：减震器噪声检测装置及检测方法)的专利申请主要介绍了在进行减振器噪声检测时的传感器安装位置与方法，同时设计出了一套噪声检测装置，但并未涉及具体的减振器透射噪声识别原理与评价指标计算方法。相关领域已公开的论文中，舒红宇，王立勇，岑伊万发表的论文“车辆液力减振器异常噪声鉴别方法(重庆大学学报(自然科学版)，2005，24(4)：9-13)”，其介绍了一种减振器异常噪声鉴别方法，即利用减振器振动信号的时域衰减量进行减振器异常噪声鉴别，但是该计算方法主要基于时域幅值信息，导致了鉴别结果受到试验随机误差干扰较大，降低了鉴别准确率。么鸣涛，顾亮，管继富发表的论文“双筒式减振器异响试验分析(工程设计学报，2010，17(3)：229-235。)”，其利用减振器活塞杆振动信号的加速度均方根指标进行减振器异响评价，但是减振器活塞杆振动信号中含有的透射异响信息较少，仅适用于冲击异响评价，对透射异响的识别效果欠佳。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种直接利用减振器自身辐射噪声进行减振器透射异响评价，可较为简便、真实地反映减振器透射异响程度，并在此基础上提出具有针对性的减振器透射异响客观评价指标的车辆液压减振器透射异响评价方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种车辆液压减振器透射异响评价方法，包括以下步骤：

s1、减振器试验台架激励信号输入，为了激发减振器自身辐射噪声从而产生透射异响，使用迭代加载的正弦信号作为试验台架作动头的位移激励以模拟汽车在粗糙路面上行驶；

s2、设置声压传感器，为了采集减振器自身辐射的近场噪声，将声压传感器固定在减振器活塞水平线位置高度，同时距离减振器外缸筒边缘大约10cm，声压传感器用于采集减振器自身辐射的近场噪声；

s3、对减振器台架试验与透射异响进行主观评价，减振器透射异响与减振器自身辐射噪声的特征具有较高的一致性，因此，假设汽车声学包隔音效果一定的条件下，利用等级评分法对减振器自身辐射的近场噪声进行主观评价，并以此恒量减振器透射异响程度；

s4、确定减振器透射异响特征频带范围；减振器透射异响涉及频率范围较宽，在制定减振器噪声客观评价指标前需要首先确定透射异响的特征频段，因此可将采集得到的减振器近场辐射噪声频率进行分块划分，计算各子频段内的噪声信号线性声压级，并将其分别与步骤s3得到的减振器透射异响主观评价结果进行相关性分析，找出与主观评价相关性最高的特征子频段，并由此确定减振器透射异响特征频带范围；

s5、制定减振器透射异响客观评价指标；由于减振器透射异响为非平稳噪声信号，因此需要采用非平稳信号处理方法进行分析，加上人耳对于不同频率声音成分的敏感度不同，还需对步骤s4中提取的减振器透射异响特征信息进行加权处理，并结合以上处理结果制定减振器透射异响客观评价指标。

进一步地，所述步骤s4包括以下子步骤：

s41、减振器自身辐射噪声频率分块，在步骤s2的基础上，将采集得到的减振器近场辐射噪声频率进行分块划分如下：

f＝[0,f1]∩[f2,f3]∩...∩[f(n-1),fn](1)

式中，f为噪声信号的频率总带宽，f1,f2,...,fn为划分的频率间隔；

s42、进行噪声频率分段相关分析，在步骤s41的基础上计算各子频段内的噪声信号线性声压级，记为{spl1,spl2,…,spln}，然后分别将各子频段内的线性声压级数值与主观评分作相关分析，得到n个相关系数向量，之后对这n个向量进行算术平均即可得到减振器透射异响在不同频段范围内与主观评价的相关系数，记为{r1,r2,…,rn}；

s43、确定减振器透射异响特征频带，结合步骤s41和步骤s42确定减振器透射异响特征频带范围如下：

f'＝s1*[0,f1]∩s2*[f1,f2]∩...∩sn*[f(n-1),fn](2)

式中，f'为减振器透射异响特征频带，sn为频段筛选系数，其具体取值如式(3)所示：

进一步地，所述步骤s5包括以下子步骤：

s51、非平稳信号处理分析，减振器透射异响属于非平稳噪声信号，因此选择非平稳信号处理方法进行分析，通过时频变换提取减振器透射异响的瞬态信息；

s52、减振器透射异响频段计权，减振器透射异响特征在不同的频率范围内对人耳的感知是不同的，因此结合步骤s3、步骤s4、步骤s51对各频段范围内的噪声信息进行相关系数计权，如下式所示：

式中，tf为步骤s51中视频变换所采用的时频变换系数，含m行n列；tf'为计权后的时频变换系数；

s53、制定减振器透射异响评价指标，定义减振器透射异响客观评价指标为减振器自身辐射噪声在时频空间内的计权求和总值，同时通过标准化消除量纲，具体计算方法如下：

式中，t-idx为减振器透射异响客观评价指标，rms(tf')表示对tf'计算其均方根值，m为噪声持续时间，n为划分的子频段数量。

进一步地，所述步骤s51中时频变换采用希尔伯特黄变换(hht)，小波变换(wt)或维格纳分布(wvd)方法。

本发明的有益效果是：本发明直接利用减振器自身辐射噪声进行减振器透射异响评价，可较为简便、真实地反映减振器透射异响程度，并在此基础上提出具有针对性的减振器透射异响客观评价指标。本发明利用减振器自身辐射噪声恒量减振器透射异响以进行减振器透射异响程度客观评价，简化了试验流程与难度。减振器制造厂可通过本发明进行减振器透射异响线上或线下批量检测，控制含有透射异响减振器的出厂比例，提升企业产品的出厂质量，减少客户投诉率，直接降低了企业的售后成本。

附图说明

图1为减振器异常噪声来源及分类示意图；

图2为本发明的车辆液压减振器透射异响评价方法流程图；

图3为本发明的减振器台架试验示意图；

图4为本实施例减振器透射异响主观评价分数示意图；

图5为本实施例减振器透射异响特征频段与主观评价的相关性曲线图；

图6为本实施例减振器透射正常噪声(无异响)的hht系数曲线图；

图7为本实施例减振器透射严重异响的hht系数曲线图；

图8为本实施例减振器透射异响客观评价指标t-idx与主观评价的相关散点图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的技术方案。

如图2所示，一种车辆液压减振器透射异响评价方法，包括以下步骤：

s1、减振器试验台架激励信号输入，为了激发减振器自身辐射噪声从而产生透射异响，使用迭代加载的正弦信号作为试验台架作动头的位移激励以模拟汽车在粗糙路面上行驶；本实施例选择频率为16hz，速度为0.15m/s的位移激励作为减振器台架输入信号；

s2、设置声压传感器，为了采集减振器自身辐射的近场噪声，将声压传感器固定在减振器活塞水平线位置高度，同时距离减振器外缸筒边缘大约10cm，声压传感器用于采集减振器自身辐射的近场噪声；声压传感器安装示意图如图3所示。

s3、对减振器台架试验与透射异响进行主观评价，减振器透射异响与减振器自身辐射噪声的特征具有较高的一致性，因此，假设汽车声学包隔音效果一定的条件下，利用等级评分法对减振器自身辐射的近场噪声进行主观评价，并以此恒量减振器透射异响程度；具体地，将减振器透射异响分为3个等级：严重异响、轻微异响和无异响。在进行主观评价时，严重异响记为3，轻微异响记为2，无异响记为1。为了便于说明，按照步骤s1和步骤s2的安装和加载方式，分别对46支减振器进行了台架试验，设置采样频率为40khz，采样时间3.2s，同时选择10位主观评价人员对上述46支减振器进行异响主观评价，之后对每支减振器的主观评价进行平均从而得到46支减振器透射异响的主观评分，如图4所示。

s4、确定减振器透射异响特征频带范围；减振器透射异响涉及频率范围较宽，在制定减振器噪声客观评价指标前需要首先确定透射异响的特征频段，因此可将采集得到的减振器近场辐射噪声频率进行分块划分，计算各子频段内的噪声信号线性声压级，并将其分别与步骤s3得到的减振器透射异响主观评价结果进行相关性分析，找出与主观评价相关性最高的特征子频段，并由此确定减振器透射异响特征频带范围；具体包括以下子步骤：

s41、减振器自身辐射噪声频率分块，在步骤s2的基础上，将采集得到的减振器近场辐射噪声频率进行分块划分如下：

f＝[0,f1]∩[f2,f3]∩...∩[f(n-1),fn](1)

式中，f为噪声信号的频率总带宽，f1,f2,...,fn为划分的频率间隔；本实施例选择三分之一倍频程带宽作为噪声信号的频段划分，如表一所示。

表一

s42、进行噪声频率分段相关分析，在步骤s41的基础上计算各子频段内的噪声信号线性声压级，记为{spl1,spl2,…,spln}，然后分别将各子频段内的线性声压级数值与主观评分作相关分析，得到一个31×46的相关系数矩阵；之后对该相关系数矩阵进行算术平均即可得到减振器透射异响在不同频段范围内与主观评价的相关系数向量，记为{r1,r2,…,rn}；具体如图5所示。

s43、确定减振器透射异响特征频带，结合步骤s41和步骤s42确定减振器透射异响特征频带范围如下：

f'＝s1*[0,f1]∩s2*[f1,f2]∩...∩sn*[f(n-1),fn](2)

式中，f'为减振器透射异响特征频带，sn为频段筛选系数，其具体取值如式(3)所示：

根据步骤s42所得结果，并结合式(2)和式(3)可知，在划分的第4个子频段至第18个子频段内噪声信号与主观评价的相关系数大于0.7，因此可确定减振器透射异响特征频段范围为35hz～1120hz。

s5、制定减振器透射异响客观评价指标；由于减振器透射异响为非平稳噪声信号，因此需要采用非平稳信号处理方法进行分析，加上人耳对于不同频率声音成分的敏感度不同，还需对步骤s4中提取的减振器透射异响特征信息进行加权处理，并结合以上处理结果制定减振器透射异响客观评价指标；具体包括以下子步骤：

s51、非平稳信号处理分析，减振器透射异响属于非平稳噪声信号，因此选择非平稳信号处理方法进行分析，如希尔伯特黄变换(hht)，小波变换(wt)，维格纳分布(wvd)等，通过时频变换提取减振器透射异响的瞬态信息；本实施例选择hht作为减振器透射异响的非平稳信号处理方法，其计算公式如下：

式中，ai(t)为信号的瞬时幅值，为信号的瞬时相位变化率，即瞬时频率。选取典型的减振器严重透射异响噪声和正常噪声进行hht分析，所得计算结果分别如图6和图7所示，图6为正常噪声的hht系数曲线图，图7为严重异响的hht系数曲线图。

s52、减振器透射异响频段计权，减振器透射异响特征在不同的频率范围内对人耳的感知是不同的，因此结合步骤s3、步骤s4、步骤s51对各频段范围内的噪声信息进行相关系数计权，如下式所示：

tf'＝tf[35.5,44.7]*r4∩tf[44.7,56.2]*r5∩...∩tf[891,1120]*r18(4)

式中，tf为信号的hht变换系数，tf'为计权后的时频变换系数；

s53、制定减振器透射异响评价指标，定义减振器透射异响客观评价指标为减振器自身辐射噪声在时频空间内的计权求和总值，同时通过标准化消除量纲，具体计算方法如下：

式中，t-idx为减振器透射异响客观评价指标，rms(tf')表示对tf'计算其均方根值，m为噪声持续时间，此处为3.2s，转换为离散点可得m＝128000；n为划分的三分之一倍频程子频段上界，根据步骤4可得n＝18。通过式(5)对采集得到的46支减振器自身辐射噪声计算其t-idx指标即可得到减振器对应的透射异响程度指标，图8所示为减振器透射异响客观评价指标与主观评价的相关散点图，其中散点旁的数字为减振器序号，可知两者的相关性达到0.908。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。