一种发动机正时链系统的振动噪声源识别方法及系统

本发明涉及发动机振动识别方法，具体而言，涉及一种发动机正时链系统的振动噪声源识别方法及系统。

背景技术：

1、目前发动机正时链系统振动噪声源识别方法主要为试验法和仿真分析法。试验法需要先进的声学测量设备和数据采集设备，消音或者半消音室，一次发动机振动噪声试验需要大量金钱投入。并且发动机振动噪声试验往往以噪声开发问题或产品优化为导向，通过对整机进行振动噪声测试，逐步确定噪声源位置，依据噪声源识别结果提出相应的优化改良方案。无法提前对噪声源进行预判。仿真分析能够实现正时链系统的运动特性分析、振动特性分析及噪声值预测，对正时链系统的设计开发，产品结构优化、噪声源识别有着重要意义。但是振动特性仿真分析涉及到有限元模型创建，噪声值预测涉及到声学有限元模型创建，为了保证计算精度，对分析模型质量有很高要求，这种情况下很考验分析者的网格划分技术，同时由于计算量大，对计算机性能也有很高要求，预测分析难度较大。

2、综上，正时链系统设计研发或者结构改进中涉及的振动噪声识别问题往往采用试验研究或者仿真分析手段。试验研究结果准确，但是设备花费较大，并且不适用于产品设计阶段，不能在设计阶段解决振动噪声问题；仿真分析中涉及运动学、动力学分析，振动特性分析和声学特性分析，这些仿真分析能够在设计研发阶段就揭示正时链系统振动噪声问题，但对分析模型处理和计算机性能有很高要求，有限元分析模型处理不够细致就能导致仿真结果与实际试验数据的巨大差异。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种发动机正时链系统的振动噪声源识别方法及系统，以改善上述问题。为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

2、第一方面，本技术提供了一种发动机正时链系统的振动噪声源识别方法，包括：

3、利用多体动力学分析软件，构建发动机正时链系统的多体动力学分析模型；

4、获取发动机正时链系统的多体动力学分析的边界条件，并基于多体动力学分析模型，计算边界条件下的仿真结果；

5、提取仿真结果中有关于发动机正时链系统的动力学分析数据，其中动力学分析数据包括振动响应数据和输入激励数据；

6、根据小波变换法对动力学分析数据进行时频处理，得到发动机正时链系统的数据特征，其中数据特征包括整体响应数据以及激励源数据的时域和频域特征；

7、基于发动机正时链系统的数据特征，识别整体响应时频谱的高能区域是否存在时间和所在频率范围上的对应关系，从而判断出引起发动机正时链系统振动的主要激励源。

8、优选地，所述获取发动机正时链系统的多体动力学分析的边界条件，其中边界条件包括：通过厂家或理论模拟计算得到的液压张紧器工作参数、曲轴速度波动参数以及凸轮轴扭矩波动参数。

9、优选地，所述动力学分析数据包括振动响应数据和输入激励数据，其中振动响应数据包括链条张力或链节角速度变化数据，输入激励数据包括凸轮轴扭矩波数据、曲轴速度波动数据、液压张紧器高压腔油液压力数据以及张紧器柱塞位移数据。

10、优选地，所述根据小波变换法对动力学分析数据进行时频处理，得到发动机正时链系统的数据特征，其中包括：

11、利用matalab软件对动力学分析数据进行小波变换时频分析，计算得到发动机正时链系统的整体响应时频谱图和三种激励源的时频谱图，其中三种激励源为凸轮轴输入激励、曲轴输入激励和张紧器输入激励，其中小波变换计算公式如下：

12、

13、式中，为母小波，fs＝1/δt为采样频率，也为采样周期的倒数，k为窗ω(k)的采样数，m为频率尺度指标，n为数据块长度，n为时间指标，为解析采样信号，σ为滤波器参数，ox(k,m)为信号x(n)的小波变换；

14、选择单元：根据所分析信号的时间和频率特征选择合适的母小波，具有高斯包络的正弦波定义的公式如下：

15、

16、式中，c为虚数，的实部为在全部求和范围内对归一化后的大小，n为时间指标，σ为滤波器参数，fs＝1/δt为采样频率，f0为中心频率。

17、优选地，所述识别整体响应时频谱的高能区域是否存在时间和所在频率范围上的对应关系，从而判断出引起发动机正时链系统振动的主要激励源，其中包括：

18、分析发动机正时链系统中链节角速度或链条张力变化的时频谱，查看时频谱中能量分布的时域特点和频域特点，根据时域特点和频域特点分析高能区域所对应的时段；

19、提取时段所对应的运动位置，基于运动位置所对应的激励源分析得到引起发动机正时链系统中高能区域振动的运动区间，根据频谱数据分析高能区域振动的频率区间，得到整体响应数据特点；

20、分析激励源的时频谱，分别确认高能区域所对应的时间和频域位置，得到激励源数据特点；

21、整合整体响应数据特点和激励源数据特点，判断高能区域是否存在时间和频率上的对应关系，从而得到引起系统振动的主要激励源，完成振动噪声源识别。

22、第二方面，本技术还提供了一种发动机正时链系统的振动噪声源识别系统，包括构建模块、计算模块、提取模块、处理模块和识别模块，其中：

23、构建模块：用于利用多体动力学分析软件，构建发动机正时链系统的多体动力学分析模型；

24、计算模块：用于获取发动机正时链系统的多体动力学分析的边界条件，并基于多体动力学分析模型，计算边界条件下的仿真结果；

25、提取模块：用于提取仿真结果中有关于发动机正时链系统的动力学分析数据，其中动力学分析数据包括振动响应数据和输入激励数据；

26、处理模块：用于根据小波变换法对动力学分析数据进行时频处理，得到发动机正时链系统的数据特征，其中数据特征包括整体响应数据以及激励源数据的时域和频域特征；

27、识别模块：用于基于发动机正时链系统的数据特征，识别整体响应与激励源时频谱的高能区域是否存在时间和所在频率范围上的对应关系，从而判断出引起发动机正时链系统振动的主要激励源。

28、本发明的有益效果为：

29、本发明涉及正时链系统仿真分析与数据处理领域，具体涉及多边界条件下的多体动力学分析方法和小波变换的时频分析方法。构建正时链系统的多体动力学分析模型，将正时链系统凸轮轴扭矩波动、曲轴速度波动和液压张紧器工作参数作为动力学分析的边界条件，以获得最贴近实际工况的正时链系统动力学响应数据。

30、本发明利用动力学仿真分析结果，提取正时链条在工作状态下的整体响应数据，并分别提取激励数据(包括凸轮轴扭矩激励、曲轴速度激励、和液压张紧器激励)；并利用小波变换时频分析方法分别研究链条整体响应的时域、频域特性以及各激励源的时域、频域特性。通过对比分析，分别找出引起链条低频振动的激励源、高频振动的激励源，以及引起链条振动噪声的主要激励源。

31、本发明利用小波变换时频分析法，能够快速有效的识别正时链系统振动噪声源，与传统的仿真分析相比，分析模型处理难度大幅降低，对计算机性能要求也相对较低，仿真时间短，结果可靠高。

32、本发明能够发挥运动学与动力学仿真分析的优势，又兼具时频分析法在信号处理方面的优势，高效快速分析出振动噪声源位置，既能够降低仿真分析的技术难度，又能缩短产品开发时间，降低研发成本。

33、本发明基于多边界条件下的多体动力学分析，使用时频分析法定位激励噪声源，与传统仿真分析相比，分析中涉及到的模型处理方式与数据处理方法难度较小，能有效提高分析效率和分析数据可靠性。

34、本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。