一种阶次啸叫噪声的评价方法技术

本发明专利技术提出一种阶次啸叫噪声的评价方法，其是基于卡尔曼滤波器技术，对旋转机械噪声测试信号处理实现旋转零部件阶次啸叫噪声从旋转机械噪声中分离，然后对分离出来的旋转零部件阶次啸叫噪声信号、旋转机械噪声信号进一步处理，建立NVH工作者主观评价活动数学模型计算出纯音突出量，最终实现对旋转零部件阶次啸叫水平评分。本发明专利技术根据客观测试数据对啸叫水平评分，可以降低主观评价活动中的人主观性对评价结果的影响。

【技术实现步骤摘要】
一种阶次啸叫噪声的评价方法
本专利技术涉及振动噪声分析
，特别是涉及阶次啸叫噪声的评价，尤其是涡轮增压器啸叫噪声的评价技术。
技术介绍
涡轮增压器是一种转速能高达30万rpm的旋转机械，其叶轮与气流的相互作用、轴承的油膜蜗动、转子系统的不平衡等都使得增压器在工作过程中产生各种噪声，这些都给增压器NVH控制带来了挑战。我们知道增压器的阶次啸叫噪声是由转子系统的不平衡导致，可以通过控制转子系统的动不平衡量的方式来控制阶次啸叫噪声水平。因为转子系统不可能做到绝对平衡，所以增压器阶次啸叫噪声也只能尽量降低，不可能完全消除，因此我们对增压器阶次啸叫只能是采取包容接受的态度。这里所说的包容接受并不是指无奈妥协，而是指声学现象中的掩蔽效应。心理声学研究表明：对任何一个单频声，存在一个以该单频声频率为中心频率的临界频带，只有该临界频带内的背景噪声才对单频声有掩蔽作用，并且当单频声的能量比临界频带中背景噪声的能量不高出6dB时，多数听者才能不太容易听到单频声的存在。目前NVH领域评价增压器阶次啸叫是否可接受的方法大多是先试制多个不同动不平衡量的增压器样件，然后在同一辆车上不断换装、NVH工作者对增压器阶次啸叫进行主观评价，直到从中选出阶次啸叫水平可接受的样件为止，最后再以该样件的动不平衡量作为增压器生产控制标准。这种方法的缺点在于，一是同样的发动机搭不同的车的时候，车内听到的增压器啸叫水平可能不一致，这就会出现对同一款发动机提出不同的增压器控制标准的问题，这是发动机开发团队不愿意看到的情况。二是NVH工作者的工作经验、心理状态等因素会影响主观评价结果，使得对车内增压器阶次啸叫水平过估计或欠估计，过估计会导致项目投入更多的成本对增压器啸叫问题进行整改，欠估计则导致市场抱怨增加最终失去市场。类似的旋转机械如发动机和附件轮系、发动机和机油泵、手动挡变速器和变速器齿轮等都存在类似的啸叫评价问题。中国专利文献CN106840378A公开了一种“汽车啸叫噪声的评价方法及系统”，其技术方案是首先确认啸叫噪声的阶次，再采用掩蔽效应理论，对啸叫噪声进行噪声切片处理，将阶次的第一范围作为被掩蔽噪声，将阶次的第二范围作为掩蔽噪声，分别得到第一宽带数据和第二宽带数据，然后根据第一宽带数据和第二宽带数据确定啸叫噪声的噪声水平值，从而得出客观的评分数据，最终通过与主观评分进行对比，以确定所述噪声水平值与所述主观评分是否一致。该方法存在的缺陷是：第一，只能处理线性阶次啸叫，不能处理诸如涡轮增压发动机的增压器其阶次啸叫。第二，该方法将阶次的第一范围作为被掩蔽噪声不合理、不精确，无论其第一范围宽度如何取值，都不能充分的将真实的被掩蔽噪声从总的噪声中分离。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的不足，提出一种阶次啸叫噪声的评价方法，其是基于卡尔曼滤波器技术，对旋转机械噪声测试信号处理实现旋转零部件阶次啸叫噪声从旋转机械噪声中分离，然后对分离出来的旋转零部件阶次啸叫噪声信号、旋转机械噪声信号进一步处理，建立NVH工作者主观评价活动数学模型计算出纯音突出量，最终实现对旋转零部件阶次啸叫水平评分。本专利技术是根据客观测试数据对啸叫水平评分，旨在解决主观评价活动中的人主观性对评价结果的影响。本专利技术的技术方案如下：一种阶次啸叫噪声的评价方法，所述方法包括：1、采用基于卡尔曼滤波器，从旋转机械噪声信号中分离提取旋转零部件阶次啸叫噪声信号；2、基于心理声学掩蔽效应，计算纯音突出量，包括：2.1、旋转机械噪声信号x(t)跟踪转速信号T1(t)进行傅里叶变换，得到旋转机械噪声功率谱密度矩阵Pxx(f,rpm)，f是信号x(t)跟踪信号T1(t)做傅里叶变换后的离散频率点，rpm则是离散的转速点；2.2、旋转零部件阶次啸叫噪声信号y(t)跟踪转速信号T1(t)进行傅里叶变换，得到旋转零部件阶次啸叫噪声功率谱密度矩阵Pyy(f,rpm)；2.3、对Pxx(f,rpm)和Pyy(f,rpm)进行能量相减得到相对于旋转零部件阶次啸叫而言的背景噪声功率谱密度矩阵Pzz(f,rpm)；2.4、根据旋转零部件转速信号T2(t)和旋转机械转速信号T1(t)确定旋转零部件阶次啸叫频率fc(rpm)，以fc(rpm)为中心频率、以α％恒百分比带宽对Pyy(f,rpm)和Pzz(f,rpm)同步进行积分得到各自在恒百分比带宽内的能量Ly(rpm)和Lz(rpm)，2.5、对能量Ly(rpm)和Lz(rpm)进行分贝相减，得到旋转零部件阶次啸叫噪声纯音突出量L(rpm)；3、建立纯音突出量与评价得分的函数关系，函数将纯音突出量转换为阶次啸叫水平得分VER(rpm)，其中定义L＝0，3，6，9，……dB，线性对应VER＝9，8，7，6，……分。本专利技术进一步还包括采用计权方式计算VER(rpm)在观察转速段内的平均得分本专利技术所述步骤1采用基于卡尔曼滤波器，从旋转机械噪声时域信号中分离提取旋转零部件阶次啸叫时域信号，具体包括：将旋转机械噪声信号x(t)和旋转零部件转速信号T2(t)同步输入给卡尔曼滤波器，对卡尔曼滤波器设定α％的恒百分比带宽参数，从旋转机械噪声信号中提取出旋转零部件阶次啸叫噪声信号y(t)。本专利技术中，所述旋转机械噪声信号x(t)、旋转零部件转速信号T2(t)和/或T1(t)是通对旋转机械进行噪声测试，同步采集得到。如果旋转零部件与旋转机械有确定的速比关系，可以只采集T1(t)或T2(t)任一一个，另外一个则通过速比关系计算得到。本专利技术所述的旋转机械和旋转零部件可以是涡轮增压发动机和涡轮增压器、发动机和附件轮系、发动机和机油泵、手动挡变速器和变速器齿轮等。本专利技术的评价方法应用对象包括非线性阶次啸叫和线性阶次啸叫。其中非线性阶次啸叫是指旋转机械和旋转零部件不共用同一回转轴这一类系统的啸叫噪声，两者之间没有确定的速比关系，如涡轮增压发动机和涡轮增压器等。其中线性阶次啸叫指旋转机械和旋转零部件共用同一回转轴这一类系统的啸叫噪声，两者之间有确定的速比关系，如手动挡变速器和变速器齿轮等。本专利技术方法的优点如下：一、本专利技术方法基于卡尔曼滤波器，实现了从旋转机械总的噪声中充分解耦分离提取出旋转零部件阶次啸叫时域信号。二、基于心理声学掩蔽效应，提出了一种旋转零部件阶次啸叫评价物理指标——纯音突出量，建立NVH工作者主观评价活动数学模型，使得阶次啸叫水平评分客观化，可以解决主观评价活动中的人主观性对评价结果的影响。三、建立了纯音突出量与评价得分的函数关系，实现了旋转零部件阶次啸叫主观评价得分与客观测试数据之间的联系。附图说明图1为本专利技术的数据流程图。图2为测试装置示意图。图3为发动机噪声colormap。图4为增压器阶次啸叫噪声colormap。图5为增压器阶次啸叫评价结果。具体实施方式下面结合附图对本专利技术实施例中的技术方案进行进一步的说明，显然所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有技术方案，都应属于本专利技术的保护范围。以下以涡轮增压器阶次啸叫噪声评价问题为例进行说明：第一步：信号采集：在发动机台架上对增压发动机(即旋转机械)进行噪声测试，在发动机台架上距发动机排气侧L的地方布置麦克风1只，安装增压器转速表1只本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种阶次啸叫噪声的评价方法，其特征在于，所述方法包括：(1)采用基于卡尔曼滤波器，从旋转机械的噪声信号x(t)中分离提取任意旋转零部件阶次啸叫噪声信号y(t)；(2)基于心理声学掩蔽效应，计算纯音突出量，包括：(2.1)旋转机械的噪声信号x(t)跟踪转速信号T1(t)进行傅里叶变换得到旋转机械噪声功率谱密度矩阵Pxx(f,rpm)，f是信号x(t)跟踪信号T1(t)做傅里叶变换后的离散频率点，rpm则是离散的转速点；(2.2)旋转零部件阶次啸叫噪声信号y(t)跟踪转速信号T1(t)进行傅里叶变换得到旋转零部件阶次啸叫噪声功率谱密度矩阵Pyy(f,rpm)；(2.3)对Pxx(f,rpm)和Pyy(f,rpm)进行能量相减得到相对于旋转零部件阶次啸叫而言的背景噪声功率谱密度矩阵Pzz(f,rpm)；(2.4)根据旋转零部件的转速信号T2(t)和旋转机械的转速信号T1(t)确定旋转零部件阶次啸叫中心频率fc(rpm)，以fc(rpm)为中心频率、以滤波器恒百分比带宽参数α％，对Pyy(f,rpm)和Pzz(f,rpm)同步进行积分得到各自在恒百分比带宽内的能量Ly(rpm)和Lz(rpm)，...

【技术特征摘要】
1.一种阶次啸叫噪声的评价方法，其特征在于，所述方法包括：(1)采用基于卡尔曼滤波器，从旋转机械的噪声信号x(t)中分离提取任意旋转零部件阶次啸叫噪声信号y(t)；(2)基于心理声学掩蔽效应，计算纯音突出量，包括：(2.1)旋转机械的噪声信号x(t)跟踪转速信号T1(t)进行傅里叶变换得到旋转机械噪声功率谱密度矩阵Pxx(f,rpm)，f是信号x(t)跟踪信号T1(t)做傅里叶变换后的离散频率点，rpm则是离散的转速点；(2.2)旋转零部件阶次啸叫噪声信号y(t)跟踪转速信号T1(t)进行傅里叶变换得到旋转零部件阶次啸叫噪声功率谱密度矩阵Pyy(f,rpm)；(2.3)对Pxx(f,rpm)和Pyy(f,rpm)进行能量相减得到相对于旋转零部件阶次啸叫而言的背景噪声功率谱密度矩阵Pzz(f,rpm)；(2.4)根据旋转零部件的转速信号T2(t)和旋转机械的转速信号T1(t)确定旋转零部件阶次啸叫中心频率fc(rpm)，以fc(rpm)为中心频率、以滤波器恒百分比带宽参数α％，对Pyy(f,rpm)和Pzz(f,rpm)同步进行积分得到各自在恒百分比带宽内的能量Ly(rpm)和Lz(rpm)，(2.5)对能量Ly(rpm)和Lz(rpm)进行分贝相减，得到增压器阶次啸叫噪声纯音突出量L(rpm)；(3)建立纯音突出量与评价得分的函数关系将纯音突出量转换为阶次啸叫水平得分VER(rpm)，其中定义L＝0，3，6，9，……dB，线性对应VER＝9，8，7，6，……分。2.根据权利要求1所述的阶次啸叫噪声的评价方法，其特征在于，进一步...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵俊龙，杨少波，杨金才，张亮，刘刚，
申请(专利权)人：重庆长安汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆,50