车辆空气声与结构声识别方法与流程

本发明涉及车辆噪声控制领域，尤其涉及一种定量分离车辆噪声的方法。

背景技术：

车辆噪声是车辆舒适性的重要指标，因此各个车辆厂家都会采用尽可能合适的方法降低车辆噪声；在降低车辆噪声的过程中，分析出车辆噪声产生的原因、种类和传播途径显得尤为重要；现有技术，中国专利CN101901597A中公开了一种结构传递噪声和结构透射噪声的分离方法，该专利提出在不影响结构传递噪声的前提下对声源的结构透射噪声(空气声)和结构传递噪声(结构声)进行分离，精确分辨出噪声的构成，以准确选择所采用的降噪手段，提高降噪效果；该专利通过若干块隔声材料分布组合隔离的方式定量识别出结构传递噪声和结构透射噪声，在进行实验的过程中需要不断改变车辆内部结构(更换驾驶室周围的隔声板)，这种测试方式显得较为不便，而且实际上更换了驾驶室周围的隔声板同样会影响到结构声的变化，因此测量结果并不准确。

中国专利CN101464168A中公开了一种车辆加速噪声的噪声源识别方法；该专利提出一种车辆加速噪声的噪声源识别方法，利用车辆在行驶中测量得到的噪声源、振动源、行驶状态信息以及相应点的噪声信号对车辆加速行驶过程中的主要噪声源进行识别，并求出各个噪声源对相应点噪声的影响关系，从而为降低噪声提供有效依据。该专利中将噪声划分为噪声源声压信号和振动信号，其根据发生声源的类型进行划分，这种分类噪声的方式非常不准确，因为声压信号产生的冲击作用同样会形成噪声结构上的振动，而振动信号的撞击作用同样也会有噪声产生，两者并无能从发生源进行割裂区别，因此最终结果偏差较大。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种车辆空气声与结构声识别方法，该方法在将噪声定义分类后，通过改变工况的方式找到两类噪声的传递损失系数应用于实际的车辆噪声性能测试中，不但能够精确的定量分离噪声，找到车辆噪声产生的源头和类型，进而针对性的设计降噪方案实现节能降噪的目的，还能够简化实验手段，缩短研发周期，降低研发成本。

本发明是这样实现的：一种车辆空气声与结构声识别方法，包括以下步骤：

S1，将噪声分为空气声和结构声两类；

S2，选定噪声源，并根据噪声源布置测声点；

布置空气声测声点：在空气声测声点设置传声器，使空气声测声点测得的噪声声压与噪声源发出的空气声声压相同；

布置结构声测声点：以噪声源和车身联接位置的车身侧作为结构声测声点，在结构声测声点上设置振动传感器；

布置驾驶员接收噪声测声点：以车内驾驶员耳部所在位置作为驾驶员接收噪声测声点，在驾驶员接收噪声测声点设置传声器；

S3，通过若干次改变噪声源工作状态的方式得到多组噪声源各个工作状态下对应的测声点测量数据；然后根据公式1、2、3对测量数据进行统计分析，得到空气声传递损失系数m₁和结构声传递损失系数m₂；其中,在进行统计分析时，空气声传递损失系数m₁为定值，结构声传递损失系数m₂为随工作状态变化而变化的函数；

$P^2=P_A^2+P_S^2---\left(1\right)$

$P_A^2=m_1*P_{(A,F)}^2---\left(2\right)$

$P_S^2=m_2*P_{(S,F)}^2---\left(3\right)$

式中，P²为驾驶员耳旁接收噪声测声点测得的平方声压；

为驾驶员耳旁接收噪声测声点的空气声平方声压；

为驾驶员耳旁接收噪声测声点的结构声平方声压；

为空气声测声点测得的空气声平方声压；

为结构声测声点测得的结构声平方声压；

S4，利用空气声传递损失系数和结构声传递损失系数即可在实际测试时计算得到驾驶员接收噪声测声点在各个工况下的空气声贡献率和结构声贡献率，实现对空气声和结构声的分离，以便于采用针对性的手段降低噪声。

所述空气声定义为噪声在传递过程中通过空气作为介质直接透射将声能量传递到外界的噪声；所述结构声定义为振动的噪声源通过传递路径激发车身各部件的结构振动所辐射的噪声。

所述噪声源选定为车辆头部的冷却风扇时，所述空气声测声点的布置方式为，在车头冷却风扇中心处正前方0.5m设置第一空气声测声点，距离第一测声点0.5m、与第一测声点在同一水平面上的位置设置第二测声点，且有第一测声点与第二测声点的连线与车辆中轴线垂直；测量时以第一测声点和第二测声点的均值作为空气声测声点测得的空气声声压，即噪声源发出的空气声声压。

所述空气声测声点的平方声压通过公式4计算出声压级后转换得到；

$L_{P(A,F)}=10*\lg \[\frac{1}{2}*({10}^{0.1*L_{P(A1,F)}}+{10}^{0.1*L_{P(A2,F)}})\]---\left(4\right)$

式中，L_P(A1,F)为第一空气声测声点测得的空气声声压级；

L_P(A2,F)为第二空气声测声点测得的空气声声压级；

L_P(A,F)为空气声测声点测得的空气声声压级。

所述噪声源选定为车辆头部的冷却风扇时，所述结构声测声点的布置方式为在车身与冷却风扇四角相连的隔振垫附近的车身侧设置振动传感器，以四个振动传感器测得的加速度的合成值作为结构声测声点的结构噪声，即噪声源发出的结构噪声。所述噪声源发出的结构噪声通过公式5、6计算出振动加速度级后转换得到；

$L_{P(S,F)}=10*\lg \left(\underset{i=1}{\overset{4}{\Σ}}{10}^{0.1*L_{pi(S,F)}}\right)---\left(5\right)$

$L_{pi(S,F)}=10*\lg \left(\frac{a_{i\left(F\right)}^2}{a_0^2}\right)---\left(6\right)$

式中，L_P(S,F)为噪声源处的结构噪声，用振动加速度级表征；

L_pi(S,F)为四个振动传感器中第i个振动传感器对应的振动加速度级，单位dB；

a_i(F)为四个振动传感器中第i个振动传感器测得的振动加速度值，单位m/s²；

a₀为计算振动加速度级时的振动加速度基准值，a₀＝1*10^-6m/s²。

所述结构声传递损失系数m₂为随工作状态变化而变化的函数的具体选择为，m₂＝f(n)，n为冷却风扇转速。

本发明车辆空气声与结构声识别方法在将噪声定义分类后，通过改变工况的方式找到两类噪声的传递损失系数应用于实际的车辆噪声性能测试中，针对每个噪声源分别进行操作，能够精确的定量分离噪声，找到车辆噪声产生的源头和类型，进而针对性的设计降噪方案实现节能降噪的目的，还能够简化实验手段，缩短研发周期，降低研发成本；该噪声识别技术可运用于整车上既产生空气噪声又产生结构噪声的声源的识别与分离，主要是各个运动部件如发动机、变速器总成、各种电机、各种泵类、压缩机和冷却风扇等；以某车型的噪声问题排查为例，传统方法，需要进行多次拆卸与更换零部件的排查试验，采用本发明方法后，排查实验大约缩短了一周，节约了数十万元研发经费。

附图说明

图1为本发明以冷却风扇作为噪声源进行验证试验时，采用A组隔振垫状态下驾驶员耳旁噪声预测值和实测值的偏差示意图；

图2为本发明以冷却风扇作为噪声源进行验证试验时，采用B组隔振垫状态下驾驶员耳旁噪声预测值和实测值的偏差示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明表述的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

一种车辆空气声与结构声识别方法，包括以下步骤：

S1，将噪声分为空气声和结构声两类；

所述空气声定义为噪声在传递过程中通过空气作为介质直接透射将声能量传递到外界的噪声；所述结构声定义为振动的噪声源通过传递路径激发车身各部件的结构振动所辐射的噪声。

S2，选定噪声源，并根据噪声源布置测声点；

布置空气声测声点：在空气声测声点设置传声器，使空气声测声点测得的噪声声压与噪声源发出的空气声声压相同；

布置结构声测声点：以噪声源和车身联接位置的车身侧作为结构声测声点，在结构声测声点上设置振动传感器；

布置驾驶员接收噪声测声点：以车内驾驶员耳部所在位置作为驾驶员接收噪声测声点，在驾驶员接收噪声测声点设置传声器；

S3，通过若干次改变噪声源工作状态的方式得到多组噪声源各个工作状态下对应的测声点测量数据；然后根据公式1、2、3对测量数据进行统计分析，得到空气声传递损失系数m₁和结构声传递损失系数m₂；其中,在进行统计分析时，空气声传递损失系数m₁为定值，结构声传递损失系数m₂为随工作状态变化而变化的函数；

$P^2=P_A^2+P_S^2---\left(1\right)$

$P_A^2=m_1*P_{(A,F)}^2---\left(2\right)$

$P_S^2=m_2*P_{(S,F)}^2---\left(3\right)$

式中，P²为驾驶员耳旁接收噪声测声点测得的平方声压；

为驾驶员耳旁接收噪声测声点的空气声平方声压；

为驾驶员耳旁接收噪声测声点的结构声平方声压；

为空气声测声点测得的空气声平方声压；

为结构声测声点测得的结构声平方声压；

S4，利用空气声传递损失系数和结构声传递损失系数即可在实际测试时计算得到驾驶员接收噪声测声点在各个工况下的空气声贡献率和结构声贡献率，实现对空气声和结构声的分离，以便于采用针对性的手段降低噪声；

在本实施中，所述噪声源选定为车辆头部的冷却风扇按照如下流程进行验证试验；

步骤一、准备A、B两组隔振垫；

步骤二、开始布置测点；

所述空气声测声点的布置方式为，在车头冷却风扇中心处正前方0.5m设置第一空气声测声点，距离第一测声点0.5m、与第一测声点在同一水平面上的位置设置第二测声点，且有第一测声点与第二测声点的连线与车辆中轴线垂直；测量时以第一测声点和第二测声点的均值作为空气声测声点测得的空气声声压，即噪声源发出的空气声声压。

所述噪声源选定为车辆头部的冷却风扇时，所述结构声测声点的布置方式为在车身与冷却风扇四角相连的隔振垫附近的车身侧布置振动传感器，以四个振动传感器测得的加速度的合成值作为结构声测声点的结构噪声，即噪声源发出的结构噪声；此时隔振垫为A组隔振垫；

在车内驾驶员右耳所在位置设置传声器，作为驾驶员接收噪声测声点；

步骤三、开始进行噪声测试，试验时不启动车辆发动机避免干扰，使用直流大功率电源单独给冷却风扇供电，设置两端电压连续上升，控制其转速从1000rpm上升到2200rpm，并用激光转速传感器实时监测并记录两个风扇的转速，采集各测点处的噪声和振动值，每个冷却风扇转速重复做三次；

步骤四、通过空气声测声点和结构声测声点测得的噪声数据利用公式4、5、6计算得到空气声测声点测得的空气噪声声压级L_P(A,F)和结构声测声点的振动加速度级L_P(S,F)；

所述空气声测声点的平方声压通过公式4计算出声压级后转换得到；

$L_{P(A,F)}=10*\lg \[\frac{1}{2}*({10}^{0.1*L_{P(A1,F)}}+{10}^{0.1*L_{P(A2,F)}})\]---\left(4\right)$

式中，L_P(A1,F)为第一空气声测声点测得的空气声声压级；

L_P(A2,F)为第二空气声测声点测得的空气声声压级；

L_P(A,F)为空气声测声点测得的空气声声压级。

所述噪声源发出的结构噪声通过公式5、6计算出振动加速度级后转换得到；

$L_{P(S,F)}=10*\lg \left(\underset{i=1}{\overset{4}{\Σ}}{10}^{0.1*L_{pi(S,F)}}\right)---\left(5\right)$

$L_{pi(S,F)}=10*\lg \left(\frac{a_{i\left(F\right)}^2}{a_0^2}\right)---\left(6\right)$

式中，L_P(S,F)为噪声源处的结构噪声，用振动加速等级表征；

L_pi(S,F)为四个振动传感器中第i个振动传感器对应的振动加速度级，单位dB；

a_i(F)为四个振动传感器中第i个振动传感器测得的振动加速度值，单位m/s²；

a₀为计算振动加速度级时的振动加速度基准值，a₀＝1*10^-6m/s²。

步骤五、通过公式1、2、3，经统计分析后计算得到空气声传递损失系数m₁和结构声传递损失系数m₂，在本实施例中，所述结构声传递损失系数m₂为随工作状态变化而变化的函数的具体选择为，m₂＝f(n)，n为冷却风扇转速。

步骤六、利用空气声传递损失系数m₁和结构声传递损失系数m₂求得A组隔振垫状态下的驾驶员耳旁接收噪声的预测值，并将驾驶员耳旁接收噪声的预测值与驾驶员耳旁接收噪声测声点测得的实际值相比较，得到如图1中所示的数据，A组隔振垫状态下，驾驶员耳旁接收噪声的预测值与驾驶员耳旁接收噪声测声点实测值两者平均相差0.2dB(A)，相对偏差为0.59％，一致性较好；驾驶员耳旁接收噪声的预测值的不确定度为0.71dB(A)，满足工程需求；

步骤七、将隔振垫更换为B组隔振垫，重复步骤三得到噪声数据后直接用步骤六求得B组隔振垫状态下的驾驶员耳旁接收噪声的预测值，并将驾驶员耳旁接收噪声的预测值与驾驶员耳旁接收噪声测声点测得的实际值相比较，得到如图2中所示的数据，B组隔振垫状态下，驾驶员耳旁接收噪声的预测值与驾驶员耳旁接收噪声测声点的噪声实测值两者平均相差0.4dB(A)，相对偏差0.99％，一致性较好，预测值的不确定度为0.73dB(A)，满足工程需求，为减振降噪工作提供可靠依据。