分析噪聲源特別是車輛的噪聲的方法及設備的製作方法

2023-09-19 07:01:55 2

專利名稱：分析噪聲源特別是車輛的噪聲的方法及設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及分析噪聲源的噪聲的方法及設備。該方法和設備特別地適合於在車輛 或可攜式測量裝置中使用。
背景技術：
脈衝型噪聲現象如主觀上令人不愉快的燃燒噪聲或噴射器的"滴答聲"在使用柴 油發動機或使用直接汽油噴射的機動車輛中日益顯著。
EP 1 462 778 Al公開了用於發動機噪聲定量分析的方法及設備，在該情況下在
多個重疊時間窗口中首先對測量的噪聲的時間曲線進行短期頻率分析。因此獲得的短 期頻譜用來計算調製頻譜，其中出現的發動機噪聲的脈衝型分量的特有特性進而可以 通過計算噪聲指數(DKI)進一步定量獲得，且還可以通過濾波調製頻譜具體地抑制 或提升。
通過示例，進一步認識到將噪聲水平(單位為分貝，dB)作為輸入變量以便支持 校準過程和/或實施NVH特性即傳動系的噪聲和振動特性的實時控制。然而，描述NVH 特性的這種參數不能提供脈衝型噪聲分量的客觀描述。

發明內容
相對於上述背景，本發明的目標是提供分析噪聲源的噪聲的方法及設備，該方法 及設備可以實現脈衝型噪聲現象的改進的校準。
該目標通過本發明的分析噪聲源的噪聲的方法和設備實現。
分析噪聲源的噪聲的本發明的方法具有以下步驟通過傅立葉變換從測量為時間 的函數的信號的信號特徵，為結構聲和/或空氣聲確定多個調製頻譜；及從多個調製 頻譜計算將要分析的噪聲的參數特徵；在噪聲源的操作中實時執行特徵參數的計算。
由於在噪聲源的操作中實時根據本發明計算將要分析的噪聲的參數特徵，有可能 以實時(即在線)執行的方式實現脈衝型噪聲分量的校準的優化，且伴隨實現製造工 藝的改進。本發明的又一個實質優點在於減少不同車輛之間的噪聲特性的可變性並伴 隨增加客戶滿意度。在本發明的方法中，不需要進行發動機噪聲的耗時附加的處理。
在這種情況下，執行校準的人(例如產品工程師)能夠立刻執行關於NVH特性、燃料
消耗、排放特性等的優化。
該方法例如適合於在機動車輛中使用，但是同樣可以在可攜式測量裝置的形式中 實施，以便在任何期望的位置可以實時執行合適的分析。根據一個實施例，該方法還具有以下步驟計算調製頻譜中的調製的調製指數特 徵，基於所述調製指數的值執行將要分析的噪聲的參數特徵的計算。在該情況下，特 徵參數優選地獨立於噪聲的平均水平。
根據該改進，因此得出在本發明的方法中，在內燃發動機進行的操作中確定內燃 發動機產生的發動機噪聲的參數特徵，其中該參數描述純粹的調製分量，因此變量獨 立於發動機噪聲的平均水平，且是脈衝型噪聲分量的特徵。然而，原則上，還可能結 合該水平，例如通過直接使用調製頻譜用於計算將要分析的噪聲的參數特徵。
根據一個實施例，確定多個調製頻譜的步驟包括通過又一個傅立葉變換確定多個 短期頻譜。
根據又一個實施例，確定多個調製頻譜的步驟包括在頻帶中濾波，然後進行包絡 計算。
根據本發明，為了特徵化當前脈衝型噪聲分量，基於安裝在噪聲源特別是驅動單 元或者車輛結構的任何期望的位置上的測量信號值發送器的數據，基於汽缸中的氣體 壓力分布的測量值，或基於在內燃發動機的近場或遠場中例如通過麥克風記錄的聲學 數據，確定實時確定的參數和脈衝型噪聲分量的特徵，在下文還可以表示為"mDKI 參數"。
實時確定的mDKI參數的值可以通過標準計算機分析，或者在其他的測量環境， 如ATI數據釆集中合併。
實時操作中確定的mDKI參數例如作為修正變量用於控制相關於脈衝型噪聲的傳 動系特性，且用於實時改變校準以便減少脈衝型噪聲分量(例如通過在具有臨界脈衝 型噪聲分量的區域中的多次噴射)。最後，安裝在內燃發動機的外殼上的傳感器例如 通過計算實時確定的參數mDKI測量傳動系的脈衝型振蕩特性。該功能可以集成在傳 動系電子器件的硬體或軟體中。該脈衝型噪聲分量的傳感器可以用來將脈衝型噪聲分 量控制到合適的水平。在該情況下，執行內燃發動機的電子控制以在機動車輛的脈衝 型噪聲分量的產生、燃料消耗及排放之間產生最優化的折衷。
當mDKI參數達到預定閾值時，特別有可能將操作模式轉換到多次噴射。
相比較於所知的噪聲分析方法，本發明描述純粹的脈衝型噪聲分量。本發明的方 法在低溫下是有利的，特別地，因為在該情況下特別有利於使脈衝型噪聲分量的產生 最優化而不損害排放特性和燃料消耗。
當在基本上無最佳聲學特性的標準P/E測試臺中實施校準時，優選地使用發動機 外殼的表面振動作為脈衝型噪聲分量的指示器。在該情況下在位於測量實驗室中的內 燃發動機的選擇的表面位置上確定的振動脈衝型分量和在近場放出的噪聲之間具有 較高的相似度(R2 > 0.9)。
本發明的方法優選地包括以下單個方法步驟和方法部分 在線窄帶調製分析(在線NBMA);在線速度追蹤("rpm追蹤")；
在線計算脈衝型噪聲分量的參數特徵("mDKI參數")； 在線顯示和在線存儲脈衝型噪聲分量的參數特徵("mDKI參數")。 根據另一方面，提供一種分析噪聲源的噪聲的設備。該設備在車輛中使用且包括
具有用於測量的信號特徵的存儲器的數據處理單元，其中數據處理單元設計為執行上
述方法。
可以從說明書中獲得進一步的改進。
本發明藉助於附圖中所示的示例實施例在下文詳細解釋。


圖1示出說明根據已知的NBMA方法從信號特徵的短期頻譜計算調製頻譜的示及
圖2示出在線確定根據本發明確定的特徵參數的典型曲線。 具休實施方式
本發明的方法是從EP 1 462 777 Al所知的窄帶調製分析(NBMA )方法發展而來 的，且將進一步表述。該窄帶調製分析方法(NBMA方法)首先在下文的具體實施方 式中解釋。NBMA方法連續地應用於在測量的信號的時域曲線中的相互重疊塊中。然 而，還可能替代地基於通常計算的調製頻譜計算。在此，藉助於帶通濾波器輸入信號 可以首先分解成頻帶，然後在該頻帶中確定包絡。然後每個帶通濾波的信號的這些包 絡的頻率分析提供調製頻譜。
該方法基於具有雙重傅立葉變換的算法。在第一步驟中，從測量的信號的時間曲 線計算塊的頻譜，該頻譜包括在測量的信號的時間曲線的移動的漢寧窗中確定的信號 段的N單個的傅立葉變換。在下一個步驟中，對M載波頻率實施第二傅立葉變換(M 由第一傅立葉變換的頻率分解給出)，以便建立窄帶調製頻譜矩陣。最後，該調製頻 譜線與在m=0處的調製頻譜線形成關係以便建立NBMA矩陣Pmi (nr, nj ， m表示載波頻 率的指數，r^表示調製頻率的指數。
在線窄帶調製分析(在線NBMA)
圖1示出藉助于振幅P的記錄的發動機噪聲的時間曲線的分析的該NBMA方法的 原理。在此，例如這可以是持續時間T=3s的發動機的怠速噪聲。作為時間變量t的 連續描述的替代，信號還可以使用時間指數O^k《K在時間中離散描述。
藉助於移動的漢寧窗(通常按照N個離散值k為10ms寬)及提供如在圖1的左 下圖中所示的短期頻譜的50%的重疊在頻譜上分析信號特徵P。在該情況下，在時間 L(或離散地k,)在每個時間窗口計算傅立葉變換(或離散傅立葉變換DFT)'僅其絕對值(離散地lP(n， 1) l)繪製在左下圖中。對於每個頻率線f (或離散地每個頻率n; 見左下圖中的水平線)，這在下文中表示為"載波頻率"，在各種短期頻譜中的單個 分量組成時間曲線，即載波信號。對該載波信號然後進行第二傅立葉變換，其結果如 圖所示每個載波信號相關於圖1中的右下圖中的每個載波頻率f (或n)。
以此方式獲得整個調製頻譜(離散地P"n, m))。在相應的載波頻率n明顯來自 該調製頻譜的情況中使用該振幅調製原始信號特徵。每個調製頻譜Pjn，m)在由短期 頻譜確定的載波信號上重新產生調製頻率(m)的分量。
因為信號在載波頻率上實際調製的強度不可能從調製頻譜本身的振幅獲得，因此 計算調製指數Pmi(n，m)。最後，附加地考慮相應的載波頻率的振幅。以便形成調製指 數Pmi(n,m),相應的調製頻率線m的每個單個頻率線n除以在點m=0的調製頻率線的 關聯的調製振幅。因為該調製頻率確切地對應於載波頻率的頻率線n,從而計算調製 的程度。調製濾波器可以用來提供調製頻譜中值的目標變化，結果是調製可以在確定 的載波頻率和調製頻率上減少或提升。最後通過逆DFT的相應的雙重應用提供調製濾 波的時間信號。
通過離散傅立葉變換，短期頻譜P(n， l)的確定通過以下公式描述
formula see original document page 7在此，變量O(0SO^l)表示時間窗口的重疊的測量，其中確定短期頻譜，0 = 0 表示沒有重疊，0 = 1表示100%重疊。變量w是窗口函數，其目的是從信號特徵P(k) 切割出期望寬度N的窗口。在該情況中，在窗口的邊緣上儘可能柔和地標出信號特徵， 這通過寬度N的漢寧窗較好地實現(即函數formula see original document page 7
調製頻譜的確定相等地可以通過以下離散傅立葉變換在數學上描述
formula see original document page 7在此，W表示寬度M的窗口函數，該窗口函數優選地同樣是漢寧窗。 調製指數Pm i (n ， m)如下所述從調製頻譜中計算。formula see original document page 7調製指數P^(n，m)說明在單個調製頻率m上調製的相應的載波頻率n的強度'從而提供時間結構的特殊性的測量。調製頻譜的絕對值在該情況中標準化到其直接分量 Pm(n, 0)。可以看出調製指數最適用於檢測和描述典型的柴油發動機噪聲("柴油機 爆震")。
可以從關於調製頻率m的區域中的先前確定的調製指數P^ (n,m)的值計算噪聲指 數DKI，該調製頻率m對應於半個發動機點火次數的倍數。
M冊.丄/w-y/
其中，^"《/
1 0(鄉=0.5)
￡0 ,，O
及
7 = W +
附
w w = w
z ， o
W ra = W
(6)
在此，
o =發動機點火次數
0 =估計的最高的發動機點火次數
d m =調製窗口的寬度
w =調製窗口函數
c =通過最優化配合獲得的常數
Lru—ri =在f^《f S f^頻率範圍內加權的整體水平
nn =載波頻率上限
nfu =載波頻率下限
N =標準化因數
n。=檢查的半個發動機點火次數O的數目 =調製頻率的指數
Pmi =在f,, S f 2 C頻率範圍內的平均調製指數 根據下列關係式計算平均調製指數^,1 M/"
在此， 和nfu指示分別對應於載波頻率f,和fu的上限和下限的指數。在對應
於半個發動機點火次數0的倍數的調製頻率上，根據上述方程(6)計算調製基值Mi,。，
作為在調製頻率(寬度dnJ的範圍上平均調製指數^,的平均值，且以因數t加權。
nm(即調製頻率的指數)的確定要求知道從在線rpm追蹤確定的信號的轉數(rpm值) 的當前確切值。因數Wm可以是關於對應於發動機點火次數的調製頻率居中或對稱設 置的漢寧窗，其中該調製在接近發動機點火次數時確切地導致最高加權。
根據上述方程(5)通過每個半個發動機點火次數的加權調製基值確定指數DKI的 調製指數基值mDKI，直到達到最大發動機點火次數(主發動機點火次數O)。
在線計算脈衝型噪聲分量的參數特徵("mDKI參數")
相對於已知的方法，根據本發明，通過脈衝型噪聲分量的特徵的參數得出純粹的 脈衝型噪聲分量的描述，還在下文指示為"mDKI參數"且通過以下公式得出
附DA7二il^/ (8)
以便參數mDKI和參數DKI之間的關係可以從方程得出
M/二-(9)
因為參數mDKI完全獨立於噪聲水平，可以基於非校準的信號計算。因此可以在 操作中(即在線)計算參數mDKI,而不需校準分別用於此目的的測量傳感器。
對於信號的時間數列的每個信號塊b,在操作中("在線")產生用於參數mDKI 的值。在該情況下通過在NBMA方法中使用的參數和在實施本發明的方法的整個系統 中需要的處理時期確定信號塊的持續時間。
因為單個信號塊重疊(例如達到50%),參數mDKI的下一個值在信號塊的持續 時間的相應部分之後可獲得(即該示例中在信號塊的持續時間的50%之後)可獲得。
根據圖2,圖2示出參數mDKI的在線確定的典型曲線，在操作中(在線)確定 的用於參數mDKI的值的時間曲線如圖所示，且在接收用於參數mDKI的每個進一步可 獲得的值之後更新。此外，參數mDKI的值可以直接存儲為輸出文件(例如用ASCII 格式)，或者用數字形式或模擬形式提供到接口用於進一步處理。
在線rpm追蹤
在線rpm追蹤用來確定對應於半個發動機點火次數的倍數的調製頻率m。 在該情況中，發動機點火次數定義為涉及發動機轉速的變量，即每曲軸旋轉的點火汽缸次數。取決於曲軸旋轉，在四汽缸車輛中點燃兩個汽缸，某種程度上還表示為 主發動機點火次數。發動機點火次數、轉速U/分鐘)及點火的頻率(1/秒)之間的 關係由以下公式得出
頻率-60
發動機點火次數=轉速 (10) 通過考慮在先的轉速曲線估計平均調製指數5,,以便確定對應於半個發動機點
火次數的倍數的調製頻率m。在該情況中第一步是從用於最後的信號塊b-1的rpm值 或轉數rpm(b-1),或者若合適的話，從第一信號塊的開始值確定對應於主發動機點 火次數("二,。(例如對於四汽缸發動機的車輛0=2))的調製頻率的估計，可使用以下方 程
, r/ 附(6 — 1) 八
=---^ (ii)
60
通過在搜索窗(通常± 10%)中搜索平均調製指數5,的最大值圍繞估計然後確定
對應於主發動機點火次數的調製頻率。該搜索窗的寬度確定了兩個信號塊之間的rmp 值或轉數的最大變化。搜索框的寬度不應選擇過大，以便在rpm追蹤中避免錯誤，可 使用以下方程
"一max(U::; (12)
藉助於分配到主發動機點火次數的調製頻率確定次發動機點火次數的估計。通過 搜索相應的估計周圍的平均調製指數&,的曲線中的最近的最大值確定每個次發動機 點火次數的最終調製頻率。
權利要求
1.一種分析噪聲源的噪聲的方法，所述方法具有以下步驟通過傅立葉變換從測量為時間的函數的信號的信號特徵，為結構聲和/或空氣聲確定多個調製頻譜Pm(n，m)；及從所述多個調製頻譜計算將要分析的噪聲的參數特徵，其中，在噪聲源的操作中實時執行特徵參數的計算。
2. 如權利要求l所述的方法，其特徵在於，所述方法還包括以下步驟 計算調製頻譜中的調製的調製指數特徵，基於調製指數(PJ的值執行將要分析的噪聲的參數特徵的計算。
3. 如權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述特徵參數獨立於噪聲的平均水平。
4. 如權利要求1至3中的任意一項所述的方法，其特徵在於，確定多個調製頻 譜Pjn,m)的步驟包括通過又一個傅立葉變換確定多個短期頻譜。
5. 如權利要求1至3中的任意一項所述的方法，其特徵在於，確定多個調製頻 譜P (n, m)的步驟包括在頻帶中濾波，然後進行包絡計算。
6. 如上述權利要求中的任意一項所述的方法，其特徵在於，所述噪聲源是機動 車輛的內燃發動機。
7. 如權利要求6所述的方法，其特徵在於，基於在驅動單元和/或車輛結構上安 裝的測量信號值發送器的數據確定所述信號特徵。
8. 如權利要求6所述的方法，其特徵在於，基於在內燃發動機的汽缸中測量的 氣體壓力振蕩確定所述信號特徵。
9. 如權利要求6所述的方法，其特徵在於，基於在內燃發動機的近場或遠場記 錄的聲學數據確定所述信號特徵。
10. 如上述權利要求中的任意一項所述的方法，其特徵在於，所述參數特徵 (mDKI)可以通過以下公式描述formula see original document page 3其中，0 =發動機點火次數0 =估計的最高發動機點火次數dn =調製窗口的寬度w =調製窗口函數c =通過最優化配合獲得的常數Lfu-n =在d《f S f^頻率範圍內加權的整體水平nn =載波頻率上限 nru =載波頻率下限 N =標準化因數n。=檢查的半個發動機點火次數O的數目 二 =調製頻率的指數Pmi =在f,, S f S f^頻率範圍內的平均調製指數。
全文摘要
本發明涉及分析噪聲源特別是車輛的噪聲的方法及設備。分析噪聲源的噪聲的方法包括以下步驟通過傅立葉變換從測量為時間的函數的信號的信號特徵，為結構聲和/或空氣聲確定多個調製頻譜Pm(n，m)，並從多個調製頻譜計算將要分析的噪聲的參數特徵，在噪聲源的操作中實時執行特徵參數的計算。通過本發明可以實現脈衝型噪聲現象的改進的校準。
文檔編號G01H17/00GK101598596SQ20091014241
公開日2009年12月9日 申請日期2009年6月2日 優先權日2008年6月6日
發明者克勞斯·庫佩爾, 拉爾夫·海因裡奇斯, 馬爾庫斯·博登 申請人:福特環球技術公司