一种用于进排气系统声学性能开发和验证用测试台架的制作方法

本发明涉及声学性能台架测试技术领域，具体为一种用于进排气系统声学性能开发和验证用测试台架。

背景技术：

近年来，随着汽车工业的迅猛发展，汽车噪声的污染问题也越来越严重。进排气系统的噪声是整车噪声的重要构成部分，对进排气系统进行降噪尤为重要，降噪的主要手段是在管道中使用消声元件，而消声元件的开发和验证是建立在对其声学性能的准确测试基础之上的。

另外，涡轮增压器由于涡轮和压气轮高转速和空气动力学特性，在压气机前、后都会产生高频噪声，因此需要布置宽频高频消声器，该消声器的消声性能需要根据涡轮和标定特性进行匹配。针对涡轮增压器，仿真无法较准确建模预测进排气噪声，需要对其进行测试试验以制定进排气系统级目标，规避后期开发风险。在进排气系统中，管内气流是影响消声元件声学性能的一个重要因素，而目前现有的测试设备无法准确测试带气流的管道中的噪声。

随着汽车开发技术的成熟和开发周期的缩短，国内外主要整车研发机构对于工程用车数量都进行了大幅的缩减，甚至有汽车主机厂提出了若干年后取消工程软模造车。而消费者对汽车性能的要求越来越高，并愈加看中量化具体性能参数，对主机厂的性能开发和验证提出了更高的要求。故在缺少工程用车、软模车的情况下，测试台架的开发是高性能车辆整体开发必要条件，测试台架技术显得愈发重要。

技术实现要素：

本发明所解决的技术问题在于提供一种用于进排气系统声学性能开发和验证用测试台架，以解决上述背景技术中的问题。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种用于进排气系统声学性能开发和验证用测试台架，包括：声源系统、驻波管总成、气源系统、气流控制与采集系统、声学数据采集系统和后处理软件平台，所述驻波管总成两侧设有声源系统，声源系统上连接有气源系统、气流控制与采集系统，所述驻波管总成上连接有声学数据采集系统和后处理软件平台，所述的声源系统发出声波，气源系统产生气流，声波和气流进入驻波管总成，通过气流控制与采集系统对气流进行监控，通过声学数据采集系统采集声音信号并将所得数据传输带后处理软件平台进行计算处理。

所述的声源系统包括声源阵列a和声源阵列b和信号源，声源阵列包括高频扬声器（附带集成式压缩驱动机构）、低频扬声器（附带外置式压缩驱动机构）置于音箱总成内；音箱总成通过整体式可升降基座能调节自身高度从而与驻波管总成在一条水平线上，避免悬臂梁的出现。信号源包括信号发生器、分频处理器、功率放大器，信号发生器发出声音信号经分频处理器、功率放大器和扬声器产生声波，功率放大器箱体内包含电源和继电器。

所述的驻波管总成包括驻波管a和驻波管b、安装在声源阵列和驻波管之间的声源过渡管a和声源过渡管b、安装在两根驻波管之间的样件适配器，每根驻波管上分别设有3个传声器安装位置，通过不同的传声器间距可以测得不同的传递损失频率范围，声波经声源过渡管进入驻波管a，通过夹在样件适配器中的样件进入驻波管b，驻波管上的传声器采得声音信号，通过对传声器间的传递函数的计算得出样件的传递损失。

所述的气源系统包括风机、风机隔振隔声装置、气流稳压箱和变频器；风机产生气流，气流稳压箱达提供稳压措施，使得气流充足、稳定和低噪声；变频器编程控制风机产生的气流。

所述的气流控制与采集系统包括风机信号控制柜、plc远程控制模块、压力传感器、流量传感器和温度传感器，风机信号控制柜配有电机转速和温度、变频频率参数显示，以及电位器进行频率调节，plc远程控制模块集成于采集箱，与数采通信，通过对压力传感器、流量传感器、温度传感器和各传声器量程的监控，对气源系统产生的气流进行控制。

所述的声源系统包含相互独立的声源阵列a和声源阵列b，输出最大峰值140db的声源能量，所述高频扬声器和低频扬声器，各自为2组4个和2组2个，高频扬声器频率响应范围为280~8000hz，低频扬声器频率响应范围为50~2500hz，涵盖测试所需声源频率范围；所述的功率放大器为高保真功率放大器，其总谐波失真和互调失真低于0.1%；所述的音箱总成为双层设计、内外箱nvh处理，具有良好的隔声效果；所述的可升降基座可以实现固定和移动两种模式切换。

所述的气源系统提供的最大测试样机入口压力50kpa，提供的最大出口流量350g/s，符合市面上所有销售车型匹配发动机的流量要求。

所述的后处理软件平台分别进行全频段传递损失分析、自定义频段传递损失分析、工况温度声学性能分析和传递矩阵四级子参数计算，全频段范围为：50~4000hz，自定义频段为全频范围内的其他频段，低、高频传递损失测试的频率重叠范围为200~1000hz，在重叠区域低、高频测试最大峰值偏差小于2db，其算法主体采用计权形式，其中200~400hz以低频为主，400~500hz采用计权平均方法，500~1000hz以高频为主，所述软件能够兼容lms等采集系统的数据格式，与其有方便的数据接口。

所述的驻波管壁厚14mm，轻质且满足辐射和避免声振耦合要求；所述的驻波管内径50mm，低频和高频传声器间距分别为12inch和1.5inch；所述的驻波管管壁内表面镜面处理，光洁度高，避免气流表面摩擦再生噪声和声反射；所述的传声器与驻波管壁齐平安装flush-mount，三道密封设计，一方面降低麦克风的引入对声音和气流的影响，另一方面降低外部背景噪声对传声器的影响，进一步提高系统信噪比；所述的驻波管管道内嵌水平仪，降低气流和声源在测试管道反射；所述的驻波管与声源过渡管、样件适配器连接采用三点式弹簧卡扣及内嵌密封圈，密封性好且方便操作；所述的样件适配器按声学过渡要求设计，覆盖35~80mm管径范围。

所述的风机进气口、出气口管道采用消音器降噪；所述的风机隔振隔声装置有两层隔振结构，一级结构为矩形刚体框架，四个角采用空气弹簧，框架固有频率为1hz，二级结构为风机本体与框架、气流输出与消声器间采用的橡胶隔振；所述的气流稳压箱能降低气流噪声对测试管道系统的影响，箱体内部进行吸声处理，且气流出口采用喇叭过渡形式，并在进入驻波管前布置第三级消声器。

所述的风机信号控制柜配有电机转速和温度、变频频率参数显示，以及电位器进行频率调节，所述的plc远程控制模块集成温度、背压、流速、转速参数的显示，并实现与数采通信，反馈显示各传感器的量程状态。

与已公开技术相比，本发明存在以下优点：

（1）测试台架采用成熟的双声源传递矩阵法，匹配拾音6个试验室级声源及驻波管系统，可获得精确的全频段50hz-4000hz消声性能；

（2）测试台架针对被测对象特征，可自定义频段进行测试。常用的进气调音元件和排气消声器用低频进行测试，涡轮增压器宽频消声器需进行高频测试。全套排气含阻性消声器，涡轮增压器进气系统可用全频带分析；

（3）测试台架系统计算6个传声器的传递函数，充分考虑传声器间距对声学参数的影响，从而获得被测对象的有效频率范围内真实传递矩阵及传递损失；

（4）测试台架可匹配用户麦克风，试验声源可输出最大140db的声源能量，能保证气流和高消声量样件测试条件下的信噪比；

（5）测试台架通过plc编程，对气体流动进行控制，精确模拟和采集发动机工况下的管道流速，实现各转速或实车噪声问题对应转速下的声学元件传递损失测试，为穿孔元件和阻性消声器的消声性能提供更切合实际的评估；

（6）测试台架可在声源系统关闭时，针对排气消声器的再生噪声进行评估，适用于大排量涡轮增压器排气气流噪声定性分析和方案筛选；

（7）测试台架针对风机低速的脉动波动，提供三级消声和稳压措施，从而保证进入测试样件的气流充足、稳定、低噪声。并对下游气流出口进行末端消声处理；

（8）测试台架可对样件进行压力降或背压测试；

（9）测试台架的后处理软件平台可根据工况温度和工况背压，对传递损失结果进行修正；

（10）测试台架针对风机对外围环境的影响，提供专业的隔振隔声处理。

附图说明

图1为本发明的系统原理图。

图2为本发明的工作流程图。

图3为本发明的声源系统系统原理图。

图4为本发明的气源系统系统原理图

图5为本发明的气流控制与采集系统系统原理图。

具体实施方式

为了使本发明的技术手段、创作特征、工作流程、使用方法达成目的与功效易于明白了解，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接以是机械连接，也可以是电连接;可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以两个元件内部的连通，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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1-5所述，一种用于进排气系统声学性能开发和验证用测试台架100，包括：声源系统1、驻波管总成2、气源系统3、气流控制与采集系统4、声学数据采集系统5和后处理软件平台6，所述驻波管总成2两侧设有声源系统1，声源系统1上连接有气源系统3、气流控制与采集系统4，所述驻波管总成2上连接有声学数据采集系统5和后处理软件平台6，所述的声源系统1发出声波，气源系统3产生气流，声波和气流进入驻波管总成2，通过气流控制与采集系统4可对气流进行监控，通过声学数据采集系统5采集声音信号并将所得数据传输带后处理软件平台6进行计算处理。

所述的声源系统1包括声源阵列a101和声源阵列b102，分别在驻波管总成2的左右两侧，可分别发声。声源阵列包括信号发生器103、高频扬声器104、低频扬声器105和功率放大器106，置于音箱总成107内。信号发生器103发出声音信号经功率放大器106和扬声器产生声波。功率放大器106箱体内包含电源和继电器，可切换低高频声源。通过整体式可升降基座108，音箱总成107能调节自身高度从而与驻波管总成2在一条水平线上，避免悬臂梁的出现。

所述的驻波管总成2包括两根驻波管a201和驻波管b202、安装在声源阵列和驻波管之间的两个声源过渡管a203和声源过渡管b204、安装在两根驻波管之间的样件适配器205，每根驻波管上分别设有3个传声器206安装位置，通过不同的传声器间距可以测得不同的传递损失频率范围。声波经声源过渡管进入驻波管a201，通过夹在样件适配器205中的样件进入驻波管b202，驻波管上的传声器采得声音信号，通过对传声器间的传递函数的计算得出样件的传递损失。

所述的气源系统3包括风机301、风机隔振隔声装置302、气流稳压箱303和变频器304。风机301产生气流，气流稳压箱303达提供稳压措施，使得气流充足、稳定和低噪声。变频器304可编程控制风机301产生的气流。

所述的气流控制与采集系统4包括风机信号控制柜401、plc远程控制模块402、压力传感器403、流量传感器404和温度传感器405，风机信号控制柜401配有电机转速和温度、变频频率等参数显示，以及电位器进行频率调节，可近场对风机进行调试和控制。plc远程控制模块402集成于采集箱，与数采通信，通过对压力传感器403、流量传感器404、温度传感器405量程的监控，对气源系统3产生的气流进行控制。

所述的声源系统包含两个相互独立的声源阵列a101和声源阵列b102，输出最大140db的声源能量，能保证气流和高消声量样件测试条件下的信噪比；所述高频扬声器和低频扬声器，各自为2组8个和2组2个，高频扬声器频率响应范围为280~8000hz，低频扬声器频率响应范围为50~2500hz，涵盖测试所需声源频率范围；所述的功率放大器为高保真功率放大器，其总谐波失真和互调失真低于0.1%；所述的音箱总成为双层设计、内外箱nvh处理，具有良好的隔声效果；所述的可升降基座可以实现固定和移动两种模式切换。

所述的气源系统提供的最大测试样机入口压力50kpa，提供的最大出口流量350g/s，符合市面上所有销售车型匹配发动机的流量要求。

所述的后处理软件平台分别进行低频传递损失分析、高频传递损失分析、全频段传递损失分析、工况温度声学性能分析和传递矩阵计算，全频段范围为：50~4000hz，低、高频传递损失测试的频率重叠范围为200~1000hz，在重叠区域低、高频测试最大峰值偏差小于2db，其算法主体采用计权形式，其中200~400hz以低频为主，400~500hz采用计权平均方法，500~1000hz以高频为主，所述软件能够兼容lms等采集系统的数据格式，与其有方便的数据接口。

所述的驻波管材料为6063铝，壁厚14mm，轻质且满足辐射和避免声振耦合要求；所述的驻波管内径50mm，低频和高频传声器间距分别为12inch和1.5inch；所述的驻波管管壁内表面镜面处理，光洁度高，避免气流表面摩擦再生噪声和声反射；所述的传声器与驻波管壁齐平安装flush-mount，三道密封设计，一方面降低麦克风的引入对声音和气流的影响，另一方面降低外部背景噪声对传声器的影响，进一步提高系统信噪比；所述的驻波管管道内嵌水平仪，降低气流和声源在测试管道反射；所述的驻波管与声源过渡管、样件适配器连接采用三点式弹簧卡扣及内嵌密封圈，密封性好且方便操作；所述的样件适配器按声学过渡要求设计，覆盖38~80mm管径范围。

所述的风机进气口、出气口管道采用消音器降噪；所述的风机隔振隔声装置有两层隔振结构，一级结构为矩形刚体框架，四个角采用空气弹簧，框架固有频率为1hz，二级结构为风机本体与框架、气流输出与消声器间采用的橡胶隔振；所述的气流稳压箱能降低气流噪声对测试管道系统的影响，箱体内部进行吸声处理，且气流出口采用喇叭过渡形式，并在进入驻波管前布置第三级消声器。

所述的变频器有6个可编程逻辑输入，与1级plc兼容，符合iec/en61131-2标准。

所述的风机信号控制柜配有电机转速和温度、变频频率等参数显示，以及电位器进行频率调节，可近场对风机进行调试和控制；所述的plc远程控制模块集成温度、背压、流速、转速等参数的显示，并实现与数采通信，反馈显示各麦克风的量程状态。针对风机频率调节，通过触摸屏上的显示按钮，可实现scrctrl触屏控制以及knobctrl旋钮两种调节方式；所述的压力传感器、流量传感器和温度传感器具有足够的测量精度。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明的要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。