第十一章 汽車NVH試驗技術(shù)

第十一章汽車NVH試驗技術(shù),NVH是Noise（噪聲）、Vibration（振動）和Harshness（聲振粗糙度）三個英文單詞的縮寫。由于以上三者在汽車的振動中同時出現(xiàn)且密不可分,因此常把它們放在一起研究。聲振粗糙度是指噪聲和振動的品質(zhì)，是描述人體對振動和噪聲的主觀感覺，不能直接用客觀測量方法來度量。由于聲振粗糙描述的是振動和噪聲使人不舒適的感覺，因此有人稱Harshness為不平順性。又因為聲振粗糙度經(jīng)常用來描述沖擊激勵產(chǎn)生的使人極不舒適的瞬態(tài)響應(yīng)，因此也有人稱Harshness為沖擊特性。,11.1汽車NVH性能,汽車通過路面接縫或凸起時將產(chǎn)生瞬態(tài)振動（Harshness），包括沖擊和緩沖兩種感覺。從NVH的觀點看，汽車是一個由激勵源、振動與噪聲傳遞器、振動噪聲發(fā)射器組成的系統(tǒng)。噪聲與振動產(chǎn)生的源頭即系統(tǒng)的激勵；傳遞器就是車身和地板等結(jié)構(gòu)構(gòu)成的系統(tǒng)；車輛在運行過程中方向盤、座椅、后視鏡的振動及車內(nèi)噪聲均為該激勵下的響應(yīng)。這些響應(yīng)能夠從視覺、聽覺和觸覺等方面影響乘坐舒適性。汽車NVH分析的頻率范圍：分析振動對人體的影響，0.1-20Hz；抖動的頻率范圍10-30Hz；觸摸的頻率范圍10-40Hz；振動在視覺上的頻率范圍2-20Hz。噪聲：結(jié)構(gòu)聲的頻率范圍20-1000Hz；空氣聲250-5000Hz。國外先進的汽車廠家自上個世紀80年代已經(jīng)將汽車結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性納入產(chǎn)品開發(fā)的常規(guī)內(nèi)容。尤其自20世紀90年代以來，豐田（Toyota）、通用（GM）、福特(Ford)、克萊斯勒（Chrysler）等汽車公司的工程研究中心專門設(shè)立了NVH分部，集中處理汽車的噪聲（Noise）、振動（Vibration）和來自路面接觸沖擊的聲振粗糙度（Harshness）。,11.2NVH試驗場地,為了獲得汽車NVH性能試驗的高精度，汽車及零部件NVH試驗需在專門設(shè)計建造的NVH實驗室內(nèi)進行。汽車NVH性能試驗場地主要有整車及零部件消聲室、混響室、模態(tài)實驗室和聲學(xué)風洞等。,一、消聲室,消聲室有全消聲室和半消聲室之分。房間的六個面全鋪設(shè)吸聲層的稱為全消聲室，一般簡稱消聲室。房間的六個面中只在五個面或者四個面鋪吸聲層的，稱為半消聲室。消聲室的主要功能是為聲學(xué)測試提供一個自由聲場空間或半自由聲場空間。其吸聲處理是保證消聲室建成后取得良好的自由聲場性能的關(guān)鍵，大多采用具有強吸聲能力的吸聲尖劈或平板式薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)，如圖11-1、圖11-2和圖11-3所示。消聲室不僅是聲學(xué)測試的一個特殊實驗室，而且還是測試系統(tǒng)的重要組成部分，實際上它也是聲學(xué)測試設(shè)備之一，其聲學(xué)性能指標直接影響測試的精度。消聲室的主要用途是測試抗噪聲送受話器的靈敏度、頻響和方向性等電聲性能。這種送受話器的頻率范圍要保證語言通信清晰，一般為2004000Hz左右。,整車吸聲尖劈消聲室,整車平板式薄板共振吸聲消聲室,發(fā)動機消聲室,汽車試驗用消聲室的下基本特征,隔聲和隔振浮筑地面隔墻隔聲吊頂隔聲門吸聲墻面,1、隔聲和隔振,通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和實地考察，確定待建消聲室位置附近的低頻噪聲源和環(huán)境噪聲，根據(jù)采集結(jié)果分析確定設(shè)計方案，為了提高隔聲和隔振效果，一般采取與原有建筑完全分離的“房中房”式隔聲結(jié)構(gòu)。,2、浮筑地面,為了隔絕因撞擊引起的固體聲，采用彈性墊層的浮筑地面隔振。其做法是在原地面上鋪上一層15cm厚(經(jīng)壓實后為10cm)的玻璃棉保溫板作為隔振彈性墊層，在它的上面再做一層厚20cm的鋼筋混凝土地板，與外墻留有5cm的間隙，以防止與外墻的剛性連接，隔絕大樓內(nèi)和戶外固體聲的傳入。,3、隔墻,在浮筑地面上砌一層厚24cm的磚墻作為內(nèi)墻，與外墻之間留20cm左右的間隙，砌墻磚縫要求砂漿飽滿，以防縫隙漏聲。,4、隔聲吊頂,考慮到施工和減輕隔聲平頂?shù)闹亓?，采用雙層鋼絲網(wǎng)水泥抹灰，中間留10cm左右空氣層的隔聲平頂，其特點是隔聲量高、重量輕。,5、隔聲門,消聲室門具有隔聲和吸聲功能，它由隔聲門和吸聲尖劈門組成，設(shè)在與儀器室之間的分隔墻上，通常安裝有兩道單開鋼質(zhì)復(fù)合結(jié)構(gòu)隔聲門以及內(nèi)壁的吸聲扯門。其特點是大大縮小一般推拉式吸聲尖劈門所占的空間。,6、吸聲墻面,吸聲墻面有吸聲尖劈和平板式薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)。吸聲尖劈的設(shè)計是保證消聲室聲場特性和測試下限頻率的決定因素。為了盡可能增大有效空間，尖劈的長度由截止頻率暨1/4波長理論決定，其計算式為：（11-1）式中：截止頻率，Hz；聲波在空氣中的傳播速度，340m/s；尖劈理論長度，mm。,二、半消聲室,半消聲室是上個世界70年代起發(fā)展起來的。半消聲室除要求地面為硬質(zhì)剛性反射面外，其余與消聲室相同。當聲源或接收器置于地面之上時，聲源和接收器之間只有直達聲而沒有反射聲，故在地面上的半空間中有同消聲室中一樣的自由場。半消聲室的優(yōu)點是：地面由高強度硬質(zhì)材料鋪成，能承受較大的重量，特別適宜汽車整車及總成部件NVH性能的測試，且造價比全消聲室低；其缺點是，當聲源的等效聲學(xué)中心或接收器高出地面較多時，聲反射的影響使聲場嚴重偏離自由場，這種現(xiàn)象在頻率高時更為顯著。,三、混響室,聲學(xué)混響室是一個能在所有邊界上全部反射聲能，并在其中充分擴散，使形成各處能量密度均勻、在各傳播方向作無規(guī)則分布的擴散場的實驗室?；祉懯业奈曅阅軜O低，房間全部表面的平均吸聲系數(shù)應(yīng)不超過0.06，為了達到此要求，常在房間的表面上刷瓷漆、鋪瓷磚或貼銅箔等。為了增加聲能的擴散改善聲場的均勻性，可在房間內(nèi)懸掛固定的擴散片，安裝大型轉(zhuǎn)動或擺動的擴散體，如圖11-4所示。室內(nèi)聲音經(jīng)過多次反射形成聲能分布均勻的房間，為聲學(xué)研究提供擴散聲場的環(huán)境?；祉懯矣糜跍y定材料的吸聲系數(shù)、揚聲器和噪聲源的聲功率、汽車及零部件的耐噪聲性能；用于研究空氣、水蒸汽和云霧的吸聲特性及語言清晰度等。,混響室的設(shè)計要求,盡量加長空室的混響時間；保證室內(nèi)的聲擴散狀態(tài)。為了保證室內(nèi)聲擴散狀態(tài)，混響室簡正振動方式（簡正振動方式又稱簡正模式或簡正波，是無阻尼系統(tǒng)的一種自由振動方式，其頻率稱為簡正頻率。在線性疊加前提下，系統(tǒng)的任何復(fù)合運動可分解為簡正振動方式之和）應(yīng)有足夠密度,簡正頻率應(yīng)分布均勻。對矩形混響室來說,簡正振動方式的密度N/f和頻率f（Hz）的平方及房間的容積V（米3）成正比，即N/f4f2V/c3，c為聲速。因而，除應(yīng)加大混響室的容積外，房間的長寬高比例應(yīng)按調(diào)和級數(shù)（國際標準化組織推薦采用的長寬高比值為：1.54:1.28:1；1.581.251；1.691.171；2.131.171；2.381.621）選定。這樣可使簡正振動頻率分布均勻，傳播方向無規(guī)率，而達到良好的擴散。,達到良好擴散的技術(shù)措施,擴散問題主要出現(xiàn)在室內(nèi)放置吸聲材料進行測試的過程中。由于材料的吸聲系數(shù)對不同方向入射的聲波是不同的,特別是對掠入射波（入射角接近90）的吸收很小，因此聲場在衰變過程中，掠入射波的相對強度逐漸增加，有效衰變率不斷減小，這與混響室的大小、吸聲材料的面積和吸聲特性有關(guān)。因此，同一種材料在不同實驗室測試所得的結(jié)果往往不同。為了改變這種情況，可增加動態(tài)擴散（衰變中的擴散）。常用的方法有：增加吸收,懸掛固定式或安裝旋轉(zhuǎn)式擴散體,采用多個柱形墻面或把混響室建成不規(guī)則形狀。其中以懸掛固定式擴散體的方法最佳，安裝旋轉(zhuǎn)式擴散體的方法也常被采用。,四、模態(tài)實驗室,模態(tài)實驗室主要用于進行汽車總成及部件的模態(tài)試驗。實驗室內(nèi)部設(shè)計需要進行吸聲處理，使之達到一定的混響時間要求，并可通過特殊聲學(xué)設(shè)計，以滿足諸如聲學(xué)空腔模態(tài)試驗等的需求，為產(chǎn)品研發(fā)提供全面的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。模態(tài)實驗室四周及頂常采用W100吸聲構(gòu)造，內(nèi)部仍然采用完全無污染的非玻纖材料。,五、聲學(xué)風洞,風洞是能人工產(chǎn)生和控制氣流、模擬汽車周圍氣體流動、可量度氣流對物體的作用的一種氣流管道，是進行空氣動力學(xué)和氣動聲學(xué)研究的最有效工具。風洞試驗的依據(jù)是運動的相對性原理。汽車風動有模型風洞、全尺寸風洞、全天候風洞、聲學(xué)風洞、空氣動力學(xué)風洞等多種不同的類型。模型風洞主要用于縮小模型的試驗，其特點是成本和試驗成本都低，但試驗精度較差。全尺寸風洞主要用于研究汽車的空氣動力學(xué)問題，因此又將其稱為空氣動力學(xué)風洞。全天候風洞（或氣候風洞）可改變氣流溫度、濕度、陽光強弱和其他氣候條件（雨、雪等），可以更全面地研究汽車的空氣動力學(xué)和氣動動噪聲問題。聲學(xué)風洞采用了多種降噪措施，背景噪聲極低，可以分離并測量汽車行駛時的氣動噪聲。全天候風洞和聲學(xué)風洞統(tǒng)稱為特種風洞，又稱為多用途風洞。,聲學(xué)風洞測試區(qū),聲學(xué)風洞整體結(jié)構(gòu),11.3NVH試驗專用臺架,汽車整車及零部件NVH試驗專用臺架主要包括汽車底盤測功機、發(fā)動機及其他各總成部件的試驗臺架、汽車道路模擬振動試驗臺、聲學(xué)風洞專用設(shè)備等。汽車底盤測功機、發(fā)動機及其他各總成部件的試驗臺架、汽車道路模擬振動試驗臺等設(shè)備的作用是實現(xiàn)被試對象的運動；聲學(xué)風洞專用設(shè)備主要包括道路模擬系統(tǒng)、邊界層抽吸系統(tǒng)和汽車專用天平等，是研究汽車空氣動力學(xué)和氣動噪聲所必需的專用設(shè)備。,一、汽車底盤測功機及其他各總成部件的試驗臺架,研究汽車及總成部件NVH性能所用的汽車底盤測功機及其他各總成部件的試驗臺架其結(jié)構(gòu)原理與研究汽車整車及總成部件使用性能的試驗臺架沒有任何差異，只是為了減小或避免試驗臺架自身的振動和噪聲對汽車整車及總成部件NVH性能的影響，對其進行了減振及低噪聲設(shè)計，或?qū)⑴_架的動力及加載系統(tǒng)設(shè)置在消聲室或混響室的墻外，利用特殊設(shè)計的軸將動力或載荷傳到消聲室或混響室內(nèi)。,低噪聲底盤測功機,動力與加載系統(tǒng)外置的總成部件試驗臺架,低噪聲發(fā)動機試驗臺架,二、汽車道路模擬振動試驗臺,汽車NVH性能試驗不可避免的涉及到道路的模擬。道路模擬振動試驗臺有整車和總成部件之分。整車道路模擬試驗臺的發(fā)展經(jīng)歷了車輪耦合、軸耦合、長沖程道路模擬振動試驗臺等四個發(fā)展階段；總成部件道路模擬振動試驗臺也經(jīng)歷了單自由度到多自由度的發(fā)展。,1、車輪耦合道路模擬振動試驗臺,車輪耦合道路模擬振動試驗臺如圖11-10所示，通過對輪胎加載，車輪托盤（擱置車輪的平板）就可跟蹤與道路輪廓一樣的軌跡。一旦輛車的試驗開發(fā)完成，車輪托盤的位移就記錄下來，這個“道路輪廓”可用于以后車型的試驗。絕大多數(shù)的車身應(yīng)力來自于垂直方向的力，所以4立柱是評估車身疲勞的有效工具。能很快給車身設(shè)計工程師提供所需信息。汽車行駛平順性很容易用4立柱來評估，不用再駕駛幾輛車通過試車場的同一路面來評估，4立柱可以精確重復(fù)同樣路面。,1、車輪耦合道路模擬振動試驗臺,2、軸耦合道路模擬振動試驗臺,軸耦合道路模擬振動試驗臺如圖11-11所示，其特點是：安裝經(jīng)過優(yōu)化獨立運動的作動器給各個車軸施加輸入?？芍噩F(xiàn)復(fù)雜動態(tài)的非線性工況。測試工程師們能夠?qū)λ麄冋J為很關(guān)鍵的子系統(tǒng)進行進一步的仔細評估，而不必再進行部件測試。軸耦合技術(shù)的道路模擬試驗臺有3DOF、4DOF、5DOF和6DOF等多種不同的系統(tǒng)。,3、長沖程道路模擬振動試驗臺,長沖程道路模擬振動試驗臺如圖11-12所示，其特點是：具有制動和繞障（變換車道）運行所需要的大位移功能。其側(cè)向和縱向主軸的最大位移可達到1.5米，以增加系統(tǒng)的模擬帶寬。這一額外位移使系統(tǒng)在自由車身測試中能夠再現(xiàn)低頻振動，提高了轉(zhuǎn)彎和制動等駕駛操作過程的再現(xiàn)準確度。,4、汽車總成部件道路模擬振動試驗臺,為了更加準確模擬汽車運行過程中各總成部件的運動，現(xiàn)階段六自由度汽車總成部件道路模擬振動試驗臺（見圖11-13）得到了廣泛應(yīng)用。六自由度汽車總成部件道路模擬振動試驗臺通過六根激振器，基于采集的路譜對汽車總成部件進行加載試驗。,三、聲學(xué)風洞專用設(shè)備,聲學(xué)風洞專用設(shè)備主要包括路面模擬系統(tǒng)、邊界層抽吸系統(tǒng)、汽車專用天平、移動測量系統(tǒng)等。道路模擬系統(tǒng)邊界層抽吸系統(tǒng)汽車專用天平移動測量系統(tǒng)低頻脈動的抑制非穩(wěn)定氣流動的模擬,1、道路模擬系統(tǒng),早期的汽車天平?jīng)]有集成移動道路模擬系統(tǒng)，目前主流的汽車天平系統(tǒng)都已集成了移動道路模擬系統(tǒng)。移動道路模擬系統(tǒng)有單帶、三帶和五帶等三種不同的類型。,1）單帶道路模擬系統(tǒng),整個道路模擬系統(tǒng)只有一條移動帶，測力傳感器放置在移動帶下面。車輛底部氣流模擬精度高，可用于全比例車型的試驗，但測力精度較低、車輛固定麻煩，車輛離地高度不能調(diào)節(jié)，目前主要用于對車輛底部氣流更關(guān)注的賽車測試。,2）三帶道路模擬系統(tǒng),三帶系統(tǒng)的配置包括一個長的中心帶和兩個邊帶單元。邊帶位于汽車左右兩邊車輪之下，以對具備高性能地面效應(yīng)和速度的車輛提供更真實的移動地面模擬。三帶系統(tǒng)兼具單帶系統(tǒng)車輛底部氣流的模擬精度和五帶系統(tǒng)車輛測量的高精度優(yōu)點。,3）五帶道路模擬系統(tǒng),五帶道路模擬系統(tǒng)的轉(zhuǎn)臺上集成了1條中間帶和4個車輪驅(qū)動單元小帶。測量精度高，可以調(diào)整車輛離地高度，主要用于乘用車測試。,2、邊界層抽吸系統(tǒng),為減小邊界層對氣動力測量的影響，聲學(xué)風洞安裝有邊界層抽吸系統(tǒng)，如圖12-17所示，包括：中央移動帶上游抽吸、中央移動帶側(cè)面抽吸、切向吹氣和縫隙吸氣。抽吸系統(tǒng)吸出的空氣通過管道重新回到測試區(qū)。,3、汽車專用天平,汽車專用天平主要用于測量作用在被試車輛上的氣動力和力矩。較為先進的汽車聲學(xué)風洞都將汽車天平與移動道路模擬系統(tǒng)集成在一起構(gòu)成汽車天平與道路模擬系統(tǒng)。如奔馳、寶馬、豐田等汽車公司的聲學(xué)風洞均將在直徑12m的轉(zhuǎn)臺上安裝氣動六分力汽車天平和五帶路面模擬系統(tǒng)。,4、移動測量系統(tǒng),測試區(qū)安裝7軸（3軸移動，4軸旋轉(zhuǎn)）移動測量系統(tǒng)可允許工程師在測試車輛周圍布置高精度的傳感器和麥克風，進行壓力、聲學(xué)和速度測量。該系統(tǒng)重量達數(shù)十噸，系統(tǒng)主要部件由碳纖維制成，可確保傳感器在最大風速下的穩(wěn)定測量。,5、低頻脈動的抑制,閉環(huán)開口式風洞易于受到壓力和速度波動的影響，而改變管道中的氣流噪聲，影響氣動聲學(xué)的測量結(jié)果。風洞測試區(qū)自由射流在噴口和收集口之間會產(chǎn)生剪切層而脫離噴口后發(fā)生旋渦，在噴口和收集口之間產(chǎn)生額外激勵，稱為邊棱音回路壓力擾動。此擾動引起的壓力波會引起新的離散渦分離。若旋渦脫落頻率和邊棱音頻率與流線響應(yīng)頻率不相合，在測試區(qū)會產(chǎn)生諧振。為抑制此低頻諧振，在噴口位置下游設(shè)置一個導(dǎo)流單元使氣流產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)。由于氣流導(dǎo)流單元區(qū)域的靜壓差不同，縱向旋渦會在噴口墻面和頂上產(chǎn)生。如此便擾亂了噴口平面遠端下游連續(xù)旋渦鏈的形成。風洞中的另一種共振是駐室亥姆赫茲共振，它是由另一種不同的激勵機制引起，因此不能被氣流引導(dǎo)單元消除。一種有效抑制駐室亥姆赫茲共振激勵的方法是采用調(diào)諧的亥姆赫茲諧振器。,6、非穩(wěn)定氣流動的模擬,近年來空氣動力學(xué)和氣動聲學(xué)中非定常效應(yīng)得到了越來越多的關(guān)注。這些非定常效應(yīng)可以是陣風、不同的側(cè)向風、大氣湍流、汽車前緣湍流等引起的。為了能有效模擬湍流的長度尺度和頻率，側(cè)風發(fā)生器在聲學(xué)風洞中得到了應(yīng)用。利用側(cè)風發(fā)生器模擬真實來流的陣風和側(cè)風，在進行聲學(xué)測試時就不需要旋轉(zhuǎn)汽車。氣流的偏轉(zhuǎn)靠噴口平面處的垂直翼的轉(zhuǎn)動實現(xiàn)。每片垂直翼均由獨立的驅(qū)動器驅(qū)動，是一個具有獨立的陣風和湍流發(fā)生器的主動系統(tǒng)。當垂直翼并聯(lián)驅(qū)動時，便產(chǎn)生一個垂向和橫向一致的流場。,利用垂直翼的偏轉(zhuǎn)模擬非穩(wěn)定氣流,11.4NVH試驗系統(tǒng),NVH測試系統(tǒng)的作用是獲取評價汽車整車及總成部件NVH性能的相關(guān)參數(shù)，通過對其進行分析處理得到反映NVH性能的評價指標。NVH由Noise（噪聲）、Vibration（振動）和Harshness（聲振粗糙度）三個部分構(gòu)成，振粗糙度是指噪聲和振動的品質(zhì)。由此可見，NVH測試就是噪聲和振動的測試，通過對噪聲和振動特性的分析判斷聲振粗糙度的好壞。汽車噪聲大多由振動引起，因此研究汽車NVH問題時需同時對振動和噪聲進行測試。,一、汽車振動測試系統(tǒng),汽車振動測試系統(tǒng)主要由振動加速度傳感器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和振動分析設(shè)備（計算機）組成，如圖11-21所示。汽車振動測試即可在道路上進行也可以在室內(nèi)的道路模擬振動實驗臺上進行。第五章以汽車行駛平順性試驗為例介紹了振動測試的基本原理和方法，基于篇幅的限制，在此不再展開。,二、噪聲測試系統(tǒng),噪聲對人體的危害早在公元前7世紀已被人們所認識。當然，當今人們對噪聲危害的認識更加深入。1979年世界環(huán)境保護會議上將噪聲列為當代人類最不可容忍的災(zāi)難之一。汽車是當今社會主要的噪聲源之一，欲減小汽車噪聲對人體健康的影響，首先應(yīng)對噪聲進行準確的度量和分析。,1、噪聲譜分析系統(tǒng),噪聲頻譜分析與第五章中介紹的汽車行駛平順性分析方法基本相同，所用數(shù)學(xué)工具均是FFT。由于噪聲的頻率范圍較寬（可聞聲波的頻率范圍20Hz20000Hz），所以噪聲頻譜分析的分頻方法常采用倍頻程。為了不同的目的，有時也采用與平順性分析相同的分頻方法（1/3倍頻程）。表11-1是可聞聲波按倍頻程分頻得到的各頻帶上、下限頻率的結(jié)果，若測得聲壓的時間歷程為，按下式可計算出各頻帶上聲壓的均方根值。(11-2)式中：中心頻率為所對應(yīng)頻帶上的聲壓均方根值；分別為各頻帶上的下限頻率和上限頻率；中心頻率對應(yīng)頻帶上聲壓時間歷程的富氏變換。,人耳對噪聲的反應(yīng),人耳對噪聲的反應(yīng)是對高頻敏感、低頻遲鈍。因此，噪聲頻譜分析的主要目的之一是了解噪聲在各頻帶上的分布，以便采取相應(yīng)的措施減小噪聲對人體的危害。為了使對客觀物理量的測試結(jié)果能反應(yīng)人耳的這一固有特性，就需要引入響度、響度級及計權(quán)網(wǎng)絡(luò)等重要概念。,響度與響度級,人耳對聲音的聽覺反應(yīng)是“響”或“不響”，因此用響度對其度量。由于人耳對不同頻率聲音的反應(yīng)不同，所以不同頻率的聲音，盡管其聲壓級相同，但人耳所感覺到的響度卻不一樣。為了獲得響度與聲壓級間的關(guān)系，美國的弗萊切（Fletcher）和芒森（Munson）及英國的魯賓遜（Robinson）和達遜（Dason）對許多人群進行了各種頻率的聽覺試驗，他們將不同頻率、響度相同的點連成一條曲線，便得到了等響曲線。再將各個頻率的聽域聲壓級點和痛域聲壓級點分別相連，便得到了聽域線和痛域線。在兩線之間，按響度的不同，將其分為若干個級，即響度級。在國際標準中，將其分為13級，其單位為仿（Phon）。每一級都有一條對應(yīng)的等響曲線，如圖11-22所示。其中：零響度線即聽域線，120仿的響度線即痛域線。,響度的單位是宋（Sone)，1宋的響度相當于1000Hz的純音、聲壓級為40dB（響度級為40仿）的聽覺反應(yīng)。50仿為2宋，60仿為4宋。實驗證明，響度級每增加10仿，響度增加一倍。若用代表響度級，N表示響度，二者的關(guān)系為：,聲級計的計權(quán)網(wǎng)絡(luò),由于噪聲對人體有危害，所以要對其進行檢測和控制。檢測噪聲的儀器就是我們常說的聲級計，其檢測量是聲壓級。人耳對不同頻率的聲音有不同的反應(yīng)，因此聲級計應(yīng)能反映人耳的這一固有特性。為此，國際組織規(guī)定，聲級計設(shè)有四套修正電路，即A、B、C、D四種計權(quán)網(wǎng)絡(luò)。其中：A計權(quán)網(wǎng)絡(luò)是仿效40仿的等響曲線設(shè)計的，其特點是對中頻和低頻聲有較大的衰減，這種特性與人耳的感覺比較接近；B計權(quán)網(wǎng)絡(luò)接近70仿等響曲線，僅在低頻段有一定的衰減；C計權(quán)網(wǎng)絡(luò)接近100仿等響曲線，在任何頻率幾乎都沒有衰減；D計權(quán)網(wǎng)絡(luò)專用于飛機噪聲的測量。在汽車噪聲測試過程中,標準規(guī)定用A、C兩套計權(quán)網(wǎng)絡(luò)。,聲級計上均設(shè)有計權(quán)網(wǎng)絡(luò)選擇按鈕，噪聲測試前需選定計權(quán)網(wǎng)絡(luò)，由聲級計輸出的聲壓信號便是經(jīng)加權(quán)處理后的時間歷程，將帶入式（12-1）可得到選定計權(quán)網(wǎng)絡(luò)各頻帶聲壓的均方根值，即噪聲頻譜。,2、聲強試驗系統(tǒng),物理學(xué)家韋伯的大量實驗發(fā)現(xiàn)，人耳對聲音的感覺（聽覺）與客觀物理量（聲壓、聲強、聲功率）之間并不是線性關(guān)系，近似于對數(shù)關(guān)系，即人的聽覺隨刺激量的增大而逐漸趨于遲鈍。為此，便引出了一個成倍比關(guān)系的對比量聲級。（11-4）（11-5）（11-6）式中：分別是聲壓級、聲強級、聲功率級，dB；分別是聲壓、聲強、聲功率，、；分別是基準音的聽閾聲壓、聽閾聲強、聽閾聲功率，、。,聲音是一個既有大小又有方向的矢量，但度量聲音的各量中只有聲強是矢量。因此要想深入研究噪聲（如聲源的定位和識別、聲能測線的測量、材料隔吸聲性能的測定及機械故障的診斷等），需對聲強進行測量。早期，許多物理學(xué)家及聲學(xué)工作者都試圖測出聲強這一物理量，但直到1977年美國科學(xué)家JRChung和英國科學(xué)家FJFang分別獨立證明了聲強的互譜關(guān)系式才獲得成功。由此可見，聲強的測試和聲壓不同，它需要用到2個聲壓傳感器，如圖11-24所示。A和B應(yīng)是二只特性完全相同的聲壓傳感器，正對安裝，二者之間用隔離器將其隔開。若要得到最準確的測試結(jié)果，A、B二個聲壓傳感器間的距離隔離器的長度）應(yīng)視被測噪聲頻率的高低在12mm50mm范圍內(nèi)自由可調(diào)。在低頻和高回響的情況下，距離較長；當頻率高時，距離則應(yīng)較短。,（a）聲強測試系統(tǒng)的外形與組成（b）聲強測試系統(tǒng)中聲傳感器安裝關(guān)系圖11-24聲強測試系統(tǒng)1信號分析與處理設(shè)備，2聲傳感器A，3隔離器，4聲傳感器B，5傳感器安裝支架，6手柄，7信號線,基于JRChung和FJFang分別獨立證明的聲強互譜關(guān)系，利用圖11-24所示的雙聲壓傳感器測得的聲強可由下式計算得到。（11-7）式中：方向上的聲強譜密度函數(shù)；聲傳感器A和B測得聲壓的互功率譜；聲傳感器A和B測得聲壓互功率譜的虛部；聲傳播介質(zhì)的密度；聲傳感器A和B間的距離。,對式（12-6）積分便可得到考察頻帶上的總聲強，即：（11-8）聲強的測試是利用聲波分別傳到A、B二個聲傳感器時間差（相位差）判斷聲傳播方向，用二只聲傳感器測得的平均聲壓度量聲音的大小。若聲波先到達聲傳感器A，后到達聲傳感器B，則聲波的傳播方向是由A指向B；若聲波先到達聲傳感器B，后到達聲傳感器A，則聲波方向是由B指向A；若聲傳感器A和B同時接收到聲波，則聲波的傳播方向與聲傳感器A和B的中心線垂直。,3、聲全息測試技術(shù),全息的概念是由著名物理學(xué)家GaborD于1948年在改進電子顯微鏡的工作過程中提出的，并首先在光學(xué)領(lǐng)域得到應(yīng)用。1966年，ThurstoneFL首次將其引入聲學(xué)領(lǐng)域，并稱之為聲全息技術(shù)。聲全息是一種將噪聲映射為聲強分布并定位噪聲源的技術(shù)，它使用聲傳感器陣列（見圖11-25）生成噪聲源的聲音圖像，如圖11-26所示。聲全息測試系統(tǒng)中的通道越多，圖像的分辨率就越高，但通道數(shù)的增加，測試系統(tǒng)會變得復(fù)雜，測試成本隨之大幅上升。目前用得較多的聲全息測試系統(tǒng)是64通道到128通道。但要想獲得分辨率高的整車聲全息圖片，需采用400通道以上的聲全息測試系統(tǒng)。,1）常規(guī)聲全息,由于受當時測試技術(shù)與測試設(shè)備的限制，全息測量面重建的圖像只能記錄空間波數(shù)小于等于（聲波波長）的聲波成分，且全息測量面只能正對從聲源出來的一個小立體角。因此，當聲源輻射場具有方向性時，可能會丟失聲源的重要信息。此外，常規(guī)聲全息技術(shù)只能用于重建聲壓場，而不能得到振速、聲強等物理量。,2）近場聲全息（NAH）,1985年，賓州大學(xué)的Maynard教授等人運用近聲場測量全息面重建了聲源，首創(chuàng)了近場聲全息（NAH）測試方法，從而大大推進了聲全息技術(shù)的進步，也激起了全球?qū)β暼⒓夹g(shù)研究的熱潮。近場聲全息是在緊靠被測聲源物理表面（聲傳感器陣列或天線陣列離聲源的距離遠小于聲波波長，即）的測量，通過變換技術(shù)重建三維空間聲壓場、振速場、聲強矢量場，能預(yù)報遠場指向性。由于是近場測量，所以除可記錄傳播的聲波成分外，還能記錄空間頻率高于且隨傳播距離按指數(shù)規(guī)律衰減的倏逝波成分，因此可獲得不受波長限制的高分辨率圖像。,3）遠場聲全息,遠場聲全息是通過對遠離聲源（）聲壓場的測量重建表面聲壓及振速場，由此預(yù)報輻射源外任意一點的聲壓場、振速場和聲強矢量場。由于觀測點離聲源較遠，記錄不到倏逝波成份，因此分辨率受波長的限制。遠場聲全息突破了近場聲全息要求聲傳感器陣列的面積至少和被測物體的表面一樣大及聲傳感器陣列距被測物體間的距離必須足夠小的限制，它就像是一架“聲學(xué)照相機”，可方便地測試高速行駛的汽車、列車及飛機飛行的噪聲。遠場聲全息圖像的分辨率與麥克風的數(shù)量和陣列的形狀密切相關(guān)，聲傳感器數(shù)量越多，分辨率越高。分辨率和聲傳感器陣列形狀的關(guān)系比較復(fù)雜，除十字形和矩形陣列與分辨率有簡單的解析關(guān)系外，其他形狀的聲傳感器陣列與分辨率的關(guān)系很難用數(shù)學(xué)關(guān)系表達。十字形和矩形陣列結(jié)構(gòu)簡單，螺旋形陣列的性能最優(yōu)。,3）遠場聲全息,三、聲學(xué)品質(zhì),聲學(xué)品質(zhì)可定義為聽覺事件對個人各方面需求的滿足程度。被廣泛認同的完整的聲學(xué)品質(zhì)定義首先由Blauert給出：“聲學(xué)品質(zhì)是在特定的技術(shù)目標或任務(wù)內(nèi)涵中聲音的適宜性?！甭晫W(xué)品質(zhì)定義中的“聲”并不是指聲波這樣一個物理事件，而是指人耳的聽覺感知；“品質(zhì)”是指由人耳對聲音事件的聽覺感知過程，并最終做出的主觀判斷。聲學(xué)品質(zhì)包括尖銳度、粗糙度、抖動強度、音高、清晰度指數(shù)、語言干擾級、聲沖量等多種不同的量。,1、聲尖銳度,聲尖銳度是一種與聲音的頻率成分有關(guān)但與聲音的響度無關(guān)人耳感覺聲音尖銳、頻率高、讓人不舒服的程度，是聲音中的高頻能量與總能量之對比。尖銳度隨聲音高頻分量的增加而增加，隨低頻分量的增加而減小。尖銳度的單位是ACUM。以1kHz為中心的帶寬為150Hz的60dB窄帶信號產(chǎn)生的尖銳度為1ACUM。,2、聲粗糙度,聲粗糙度是聲音受到幅值調(diào)制時的聲品質(zhì)評價指數(shù)。當調(diào)制頻率很低時（低于20Hz），可直接感受到時變的響度抖動；調(diào)制頻率200Hz以上時，可聽到三種不同的聲音；中間不高不低的調(diào)制頻率（約為20200Hz），感覺到的是穩(wěn)定的，然而卻是粗糙的、令人感覺厭惡的聲音。這種感覺常伴隨發(fā)動機噪聲出現(xiàn)，其分數(shù)諧波可能引起這樣的調(diào)制效果。聲粗糙度的單位為“asper”(asperity的縮寫)。規(guī)定以1kHz，60dB的純音被70Hz、100調(diào)制時的粗糙度為1asper。,3、聲抖動強度,當聲音的調(diào)制頻率低于20Hz時，可直接感覺到音量隨時間的變化。起伏程度是評價人的聽覺對緩慢移動的調(diào)制聲音的感受。比之有同樣RMS值的平穩(wěn)聲信號，抖動聲信號顯得更響（從而更加煩人）。這種情況下，感覺到的強度稱為“抖動強度”，單位為“Vacil”（vacillate的縮寫）。1kHz，60dB的純音受到4Hz，100的幅值調(diào)制時，規(guī)定為1Vacil。起伏程度大的聲音聽起來要比粗糙度大的聲音更令人煩躁。起伏程度是和粗糙度相對應(yīng)的量，但起伏程度卻更適合評價20Hz以下調(diào)制頻率的聲音。人的聽力對高頻率調(diào)制聲音的粗糙度敏感，對低頻率調(diào)制聲音的響度起伏程度敏感。,4、音高,音高是聲音的一種屬性，它以由低至高的標尺對聲音進行分類。對于純音，音高主要依賴于音頻，但也受到聲壓級的影響；對于由多個譜分量組成的復(fù)合音，可感覺到一個或多個音高。這些音高，在很大程度上依賴于組成復(fù)合音的各分量的頻率，但也可能發(fā)生掩蔽效應(yīng)，使得某些音高比其它音高更為突出。純音或復(fù)合音的音高，可以由信號的譜分布求出，稱為譜音高。,5、清晰度指數(shù),清晰度指數(shù)是以保證交談的私密性觀點提出的參數(shù)。交談的私密性可定義為背景聲或噪聲侵擾正常交談的“免以”程度，它提供私密性的正面品質(zhì)評價。噪聲對語言的掩蔽造成的干擾作用，可通過對噪聲頻譜（1/3倍頻程帶）按其對語言可懂度影響的重要程度適當加權(quán)，由經(jīng)過加權(quán)的譜求出清晰度指數(shù)。,6、語言干擾級,若以對語言的領(lǐng)會作為目標，背景聲或噪聲作為語言的干擾起負面作用，它可能對工作環(huán)境造成騷擾甚至危險，基于在該場所內(nèi)所有對話必須得到正確理解，學(xué)術(shù)界提出了一種稱為“語言干擾級”（SIL)的噪聲評價指標。按照班涅克的原始定義，語言干擾級定義為6001200Hz、12002400Hz和24004800Hz三個頻帶聲壓級的算術(shù)平均值。后來，由于重新規(guī)定了所謂優(yōu)先倍頻程帶的設(shè)限，語言干擾級被改稱為優(yōu)先語言干擾級（PSIL），規(guī)定其為500Hz、1000Hz和2000Hz三個倍頻程帶聲壓級的算術(shù)平均值。,7、聲沖量,沖激量一種用于量化信號沖激性質(zhì)的量。沖激量的算法基于信號的包絡(luò)分析，其結(jié)果以多個輸出值表示，包括平均脈沖峰值電平、平均脈沖上升斜率和平均脈沖作用時間等。,四、汽車振動噪聲傳遞路徑和控制,汽車內(nèi)部噪聲和振動往往由多個激勵經(jīng)不同傳遞路徑抵達目標位置后疊加而成。為進一步優(yōu)化整車NVH性能，需綜合考慮各激勵和傳遞路徑。通過傳遞路徑分析（TransferPathAnalysis，TPA）確定各路徑流入的激勵能量在整體中所占的比例，找出傳遞途徑上對車內(nèi)噪聲起主導(dǎo)作用的環(huán)節(jié)，通過控制主要環(huán)節(jié)，如使聲源的強度、路徑的聲學(xué)靈敏度等參數(shù)在合理范圍里。傳遞路徑測試是基于激勵源-路徑-響應(yīng)的系統(tǒng)解決方案。傳遞路徑測試的主要工作就是獲取工作載荷和路徑頻響函數(shù)。測試的第一步：測試接觸面載荷；第二步：測試或計算傳遞函數(shù)。載荷的獲取可以采用的測試方法有直接測試法、懸置剛度法、間接指示法和逆矩陣法。直接測試是直接測試力和聲學(xué)載荷；懸置剛度法只能測試結(jié)構(gòu)力，不能測試聲學(xué)載荷；間接指示法主要用于單個聲源多個指示點的測量，逆矩陣法可以用于多源和多個指示點的測量。,五、試驗?zāi)B(tài)測試與分析,模態(tài)就是結(jié)構(gòu)固有的動態(tài)特性，它包含了系統(tǒng)的固有頻率、阻尼比、振型等參數(shù)。試驗?zāi)B(tài)分析是指通過試驗方法確定結(jié)構(gòu)或機械振動的固有特性（固有頻率、阻尼及振型）。試驗?zāi)B(tài)分析可以幫助我們評價現(xiàn)有結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的動態(tài)特性，深入洞察振動發(fā)生的根本原因，進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。試驗?zāi)B(tài)分析是機械設(shè)備故障診斷、動力學(xué)修改與靈敏度分析、有限元模型修改等的重要工具。,故障診斷,根據(jù)模態(tài)頻率的變化可以判斷裂紋是否存在；通過模態(tài)振型的突變可以找出裂紋的位置；通過轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)的模態(tài)阻尼變化可以診斷與預(yù)報轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)是否失穩(wěn)；通過模態(tài)頻率與激勵頻率之間的關(guān)系尋找激勵源,從而找出出現(xiàn)故障的原因。,動力學(xué)修改與靈敏度分析,避免有害的共振，即根據(jù)工作環(huán)境的激勵頻率，對結(jié)構(gòu)的振動頻率進行控制，使之具有預(yù)期的固有頻率；避免結(jié)構(gòu)的過度振動，即對結(jié)構(gòu)的動力學(xué)響應(yīng)進行控制；提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，以保證結(jié)構(gòu)在動力學(xué)穩(wěn)定邊界內(nèi)工作。,有限元模型修改,根據(jù)模態(tài)試驗結(jié)果修正有限元模型，使得修正后的有限元模型更精確，此過程稱為“模型的修改與確認（ModelModificationandValidation）”，即根據(jù)實測的系統(tǒng)動態(tài)特性（如頻率、振型）對已有系統(tǒng)施加一定約束（如希望保持剛度和質(zhì)量矩陣的對稱性）、給出一定目標（如前幾階頻率、振型誤差最?。?。,1、試驗?zāi)B(tài)測試系統(tǒng)的組成,試驗?zāi)B(tài)測試系統(tǒng)主要由激勵（激振器）、測試（傳感器）、數(shù)采（數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）和數(shù)據(jù)分析（計算機）等部分組成。,2、試驗?zāi)B(tài)測試的步驟,試驗?zāi)B(tài)測試包括四個步驟，分別是試驗準備、結(jié)構(gòu)激振、信號采集和參數(shù)識別。,（1）試驗準備,模態(tài)試驗最重要的準備工作是將被試對象（或稱試驗結(jié)構(gòu)）以適當?shù)姆绞街纹饋?。被試對象的支撐有兩種常用的方式，即自由支撐和地面支撐。,自由支撐,被測對象用彈性繩自由地懸掛在空間，如圖11-30所示。在這種狀態(tài)下結(jié)構(gòu)將呈現(xiàn)由質(zhì)量和慣性所確定的剛體模態(tài)（既無彎曲又無變形）。對處于這種自由狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)，可以確定其剛體模態(tài)，乃至質(zhì)量和慣性特性。盡管不可能提供真正意義上的自由支承條件，但在試驗中提供一個十分接近這種狀態(tài)的懸掛系統(tǒng)是可能的，其方法是將試件支承在很軟的“彈簧”上，例如用很輕的彈性繩把試件吊起來。這時剛體模態(tài)的固有頻率不再為零，但相對那些彎曲模態(tài)，其值卻是很低的。需注意的是，懸掛用彈性繩可能對各種小阻尼試件有增加阻尼的影響。,地面支撐,設(shè)想將結(jié)構(gòu)上的某些點與地面固定連接。從理論上講地面支撐易于實現(xiàn)，即簡單刪去對應(yīng)點的坐標即可。但在實際操作中卻很難提供一個基礎(chǔ)或地基固定試驗構(gòu)件，使其完全與地面固聯(lián)。,（2）結(jié)構(gòu)激振,結(jié)構(gòu)激振常用的方式主要有：穩(wěn)態(tài)正弦激振隨機激振瞬態(tài)激振,1）穩(wěn)態(tài)正弦激振,施加在被測對象上的力是穩(wěn)態(tài)正弦力，是最常用的一種激振方式。它具有能量集中、精度高等優(yōu)點。穩(wěn)態(tài)正弦激振有單點激振和多點激振之分。單點激振：采用一個激振器，對結(jié)構(gòu)上一個點激振。多點激振：采用兩個或兩個以上激振器對被測對象的多個點同時激振。,2）瞬態(tài)激振,瞬態(tài)激振是指給被測對象施加一個瞬態(tài)變化的力，是一種寬帶激勵方法。瞬態(tài)激振有：快速正弦掃描激振脈沖激振階躍激振,快速正弦掃描激振,激振力為正弦力，其頻率可調(diào)，信號發(fā)生器以快速掃描方式工作，頻率在掃描周期T內(nèi)成線性增加，幅值不變。掃描的上下限頻率和周期根據(jù)試驗要求可自由調(diào)節(jié)，掃描時間約為12s，可以快速測試出被測對象的頻率特性。,脈沖激振,用一個力錘（又稱脈沖錘）敲擊被測對象，對被測對象施加一個力脈沖。脈沖的形成及有效頻率取決于脈沖的持續(xù)時間t。脈沖的持續(xù)時間t則取決于錘端的材料，材料越硬t越小，則頻率范圍越大。脈沖錘激振簡便高效，是一種常用的激振方法。但著力點位置、力的大小、方向的控制等方面需要熟練的技巧，否則會產(chǎn)生很大的隨機誤差。,階躍激振,激振力來自一根剛度大、重量輕的弦。試驗時，在激振點處，由力傳感器將弦的張力施加于被測對象上，使之產(chǎn)生初始變形，然后突然切斷張力弦，這相當于對被測對象施加一個負的階躍激振力。階躍激振屬于寬帶激振,在建筑結(jié)構(gòu)的振動測試中被普遍應(yīng)用。,3）隨機激振,隨機激振常用白噪聲或偽隨機信號發(fā)生器作為信號源，也是一種寬帶激振方法。,（3）信號采集,信號采集就是按照采樣定律的要求將傳感器輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的過程。有關(guān)信號采集所涉及到的相關(guān)技術(shù)已在第五章中作了介紹，在此不再重復(fù)。,（4）模態(tài)參數(shù)識別,模態(tài)參數(shù)識別的主要任務(wù)是從測試所得的數(shù)據(jù)中,確定振動系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù),其中包括模態(tài)固有頻率、模態(tài)阻尼比、模態(tài)質(zhì)量、模態(tài)剛度及振型等。參數(shù)識別有：頻域法時域法最小二乘法法基于模擬進化的方法,1）頻域法,模態(tài)參數(shù)識別的頻域法包括單模態(tài)識別法、多模態(tài)識別法、分區(qū)模態(tài)綜合法和頻域總體識別法等四種。對小阻尼且各模態(tài)耦合較小的系統(tǒng)，用單模態(tài)識別法可達到滿意的識別精度；而對于模態(tài)耦合較大的系統(tǒng)，必須用多模態(tài)識別法。,單模態(tài)識別方法,單模態(tài)識別法的特點是只用一個頻響函數(shù)(原點或跨原點頻響函數(shù))就可得到主導(dǎo)模態(tài)的模態(tài)頻率和模態(tài)阻尼(衰減系數(shù))，若要得到該階模態(tài)振型值，則需要頻響函數(shù)矩陣的一列(激勵一點，測各點的響應(yīng))或一行(激勵各點，測一點的響應(yīng))，如此可得到主導(dǎo)模態(tài)的全部參數(shù)。,多模態(tài)識別法,在建立頻響函數(shù)理論模型的過程中，將耦合較重的待識別模態(tài)考慮進去進行參數(shù)識別估算。適用于模態(tài)較為密集或阻尼較大、各模態(tài)間互有重疊的情況。,分區(qū)模態(tài)綜合識別法,對較大型結(jié)構(gòu)，由于單點激勵能量有限，在測得的一列或一行頻響函數(shù)中，遠離激勵點的頻響函數(shù)信噪比很低，以此為基礎(chǔ)識別的振型精度也很低，甚至無法得到結(jié)構(gòu)的整體振型。分區(qū)模態(tài)綜合識別法簡單，不增加測試設(shè)備便可得到滿意的效果。缺點是對超大型結(jié)構(gòu)仍難以激起整體有效模態(tài)。,頻域總體識別法,建立在多輸入多輸出（MIMO）頻響函數(shù)估計的基礎(chǔ)上，用頻響函數(shù)矩陣的多列元素進行識別；還有一種是建立在單輸入多輸出(SIMO)頻響函數(shù)估計之上的不完全SIMO參數(shù)識別，運用所有測點的頻響函數(shù)來識別模態(tài)阻尼和模態(tài)頻率，可以認為此方法是一種總體識別。運用SIMO法識別模態(tài)阻尼和模態(tài)頻率原則上也可以用各點的測量數(shù)據(jù)，并分別識別各點的留數(shù)值。但是根據(jù)單點激勵所測得的一列頻響函數(shù)求取模態(tài)參數(shù)時，可能會遺漏模態(tài)，單點激勵無法識別重根以及難以識別非常密集的模態(tài)。,2）時域法,時域法是近年才發(fā)展起來的一門新技術(shù)，特別適合于在工作中承受的荷載很難測量的大型復(fù)雜構(gòu)件，如飛機、船舶、汽車及建筑物等。由于大型構(gòu)件的響應(yīng)信號很容易測得，因此直接利用響應(yīng)的時域信號進行參數(shù)識別無疑是很有意義的。時域法是將振動信號直接進行識別，最基本、最常用的有Ibrahim時域法、ITD法、最小二乘復(fù)指數(shù)法(LSCE法)、多參考點復(fù)指數(shù)法(PRCE法)、特征系統(tǒng)實現(xiàn)法(ERA法)和ARMA時序分析法等。,Ibrahim時域識別法,是以粘性阻尼多自由度系統(tǒng)的自由響應(yīng)為基礎(chǔ)，根據(jù)對各測點測得的自由振動響應(yīng)信號，建立自由振動響應(yīng)矩陣及數(shù)學(xué)模型，求出系統(tǒng)的特征值與特征向量，最終識別出各模態(tài)參數(shù)。此方法要求：激勵能量足夠大，否則不足以使系統(tǒng)產(chǎn)生所需全部模態(tài)的自由振動響應(yīng)信息；測試對應(yīng)于系統(tǒng)n個自由度測點的自由響應(yīng)，才能構(gòu)成2n2n階的狀態(tài)向量矩陣，測試工作量很大。,ITD識別法,屬單輸入多輸出(SIMO)參數(shù)識別，直接使用自由響應(yīng)或脈沖響應(yīng)信號，其基本思想是使用同時測得的各測點自由響應(yīng)(位移、速度或加速度三者之一)，通過三次不同延時采樣，構(gòu)造自由響應(yīng)采樣數(shù)據(jù)的增廣矩陣，根據(jù)自由響應(yīng)的數(shù)學(xué)模型建立特征方程，求解出特征對后，再估算各階模態(tài)參數(shù)。ITD識別法的特點是同時使用全部測點的自由響應(yīng)數(shù)據(jù)。1986年,Ibrahim又提出了省時的STD識別法，是ITD識別法的一種新的解算過程,使ITD法的計算量大為降低，節(jié)省了內(nèi)存和機時，而且有較高的識別精度，尤其對于誤差的識別。STD識別法對用戶參數(shù)選擇的要求大為降低。,最小二乘復(fù)指數(shù)識別法（LSCE）,屬于SISO參數(shù)識別。最小二乘復(fù)頻域識別法（LSCE）直接使用自由響應(yīng)或脈沖響應(yīng)信號,基本思想是,以Z變換因子中包含待識別的復(fù)頻率構(gòu)造Prony多項式,使其零點等于Z變換因子的值。將求解Z變換因子轉(zhuǎn)化為求解Prony多項式的系數(shù)。為了求解這一組系數(shù)，構(gòu)造脈沖響應(yīng)數(shù)據(jù)序列的自回歸(AR)模型。自回歸系數(shù)即Prony多項式的系數(shù)。通過在不同起始點采樣，得到關(guān)于自回歸系數(shù)的線性方程組，用最小二乘法可得到自回歸系數(shù)的解，進而求得Prony多項式的根。再由脈沖響應(yīng)數(shù)據(jù)序列構(gòu)造該測點各階脈沖響應(yīng)幅值(留數(shù))的線性方程組，用最小二乘法求解，對各點均作上述識別，得到各階模態(tài)矢量。,多參考點復(fù)指數(shù)識別法(PRCE),源于單點激勵下的最小二乘復(fù)指數(shù)法，屬MIMO整體識別法,數(shù)學(xué)模型為基于MIMO的脈沖響應(yīng)函數(shù)矩陣。,特征系統(tǒng)實現(xiàn)識別法(ERA),源于單點激勵下的ITD法，屬MIMO整體識別法。ERA法以由MIMO得到的脈沖響應(yīng)函數(shù)為基本模型，通過構(gòu)造廣義Hankel矩陣，利用奇異值分解技術(shù)得到系統(tǒng)的最小實現(xiàn)，從而得到最小階數(shù)的系統(tǒng)矩陣，以此為基礎(chǔ)可進一步識別系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)。該方法理論推導(dǎo)嚴謹、技術(shù)先進、計算量小,是當時乃至目前最完善又最先進的識別方法之一，比LSCE法的識別精度有較大提高，特別是能識別密集模態(tài)和重根情形，對大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的效果良好。,ARMA時序識別法,屬SISO參數(shù)識別,直接使用隨機激勵和響應(yīng)信號，利用差分方程和Z變換分別建立強迫振動方程與AR2MA模型、傳遞函數(shù)與ARMA模型的等價關(guān)系，由ARMA模型識別模態(tài)參數(shù)。由于只使用一個測點的ARMA模型就可以識別出各階極點，因而也屬于局部識別法。用時序模型進行參數(shù)識別無泄露、分辨率高，但它的形式、階次與參數(shù)都必須正確選擇,這是時序分析的難點。,3）小波識別法,小波識別法能將時域和頻域結(jié)合起來描述觀察信號的時頻聯(lián)合特征，構(gòu)成信號的時頻譜,也稱時頻局部化方法，特別適用于非穩(wěn)定信號。首先利用調(diào)頻高斯小波變換良好的時頻分辨能力以及帶通濾波性質(zhì)使系統(tǒng)自動解耦,然后從脈沖響應(yīng)函數(shù)的小波變換出發(fā)識別模態(tài)參數(shù)。信號直接小波變換方法的優(yōu)點是：易于理解與應(yīng)用；可將實際工程中大量存在的非平穩(wěn)隨機信號、有局部斷點的信號及一些不能用傅氏變換來分析的信號用直接小波變換分解為不同尺度上(不同頻率范圍內(nèi))的分量，再對這些分量進行分析。,4）基于模擬進化的模態(tài)參數(shù)識別法,基于模擬進化的模態(tài)參數(shù)識別方法實現(xiàn)了基于達爾文進化理論的整體優(yōu)化算法用于識別線性振動結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)。通過高斯隨機變量結(jié)果改變進化解法的每個組成部分。在這個過程中，變量向量起著生物體的作用，因此參數(shù)空間的每個點被認為是一個生物體。每個生物體(變量向量)復(fù)制本身給后代，其中復(fù)制錯誤(隨機)用來解釋變異。兩代生物體根據(jù)給定規(guī)則彼此競爭，在整個群體中，每個生物體與隨機選擇的生物體進行競爭以獲得適應(yīng)性分數(shù)。得最高分的生物體作為下一代的雙親而幸存，剩余的生物體則被淘汰。同樣的過程一直重復(fù)到整個群體得到很好的進化。,11.5汽車NVH性能評價,汽車NVH性能直接與駕乘人員在各種不同運行工況對車內(nèi)外振動和噪聲的主觀感覺相關(guān)，簡言之，汽車NVH性能就是汽車運行過程中產(chǎn)生的振動和噪聲給駕乘人員的聽覺、觸覺和視覺感受。這種感受很難用與設(shè)計參數(shù)直接相關(guān)的工程術(shù)語來表述。但為了能準確客觀評價汽車的NVH性能，人們希望找到能與駕乘人員的主觀反應(yīng)關(guān)聯(lián)的客觀測試參數(shù)。現(xiàn)階段，NVH主觀評價的測試工況包含發(fā)動機點火、熄火、起步、制動、怠速、加速（包括緩、中、急加速）及滑行。盡管汽車NVH性能主要靠主觀評價，但由于NVH性能的客觀測試可以大大提升汽車NVH性能評價的準確性和一致性，國際國內(nèi)有影響的汽車公司都建有自己專用的NVH實驗室，并制定了各自的NVH試驗規(guī)范，即汽車NVH性能的評價已形成了主觀評價和客觀評價兩套相輔相成、相互補充的評價體系。,一、主觀評價,盡管汽車NVH性能主要是駕乘人員的主觀感覺，但由于不同駕駛?cè)藛T的操作技能和不同人群的身體素質(zhì)具有極大的差異性，為了提高主觀評價的一致性和準確性，汽車NVH性能的主觀評價常由經(jīng)專門訓(xùn)練的多名（至少35名）工程師或技術(shù)專家獨立進行評價。若評價結(jié)果的分散度較大，還需擴大主觀評價的范圍，即增加被評價車輛的數(shù)量或增加參與評價的技術(shù)專家的人數(shù)評價。,1、主觀評價的技術(shù)條件,所謂主觀評價的技術(shù)條件，就是對汽車NVH性能評價所用的場地、環(huán)境及車輛的狀況所作的統(tǒng)一規(guī)定。,1）試驗場地,汽車NVH性能主觀評價應(yīng)在鋪裝的瀝青或混凝土路面、有小卵石的粗糙路面或汽車試驗場專用試驗道上進行，包括平坦的長直路面和能放沖擊條的安全減速路面，路面要保持清潔干燥、無積水、無積雪。,2）試驗環(huán)境,汽車NVH性能主觀評價試驗的環(huán)境條件應(yīng)符合國家標準GB/T12534-90汽車道路試驗方法通則的規(guī)定。試驗時應(yīng)無雨無霧無雪，相對濕度小于95%，氣溫在040之間，風速小于3m/s，環(huán)境噪聲低于被測車輛噪聲10dB以上。,3）試驗車輛,被試車輛按規(guī)定裝備齊全，如各總成、部件、附件及各所屬裝置（包括工具和備用輪胎）等，無組件缺失；汽車制動、操縱等各系統(tǒng)必須按技術(shù)條件規(guī)定調(diào)整到位，確保所有的門、窗（包括天窗）處于正常關(guān)閉狀態(tài)；車輪動靜平衡、四輪定位及輪胎氣壓符合該車技術(shù)條件規(guī)定，保證有至少3/4箱的燃油，汽車的行駛里程數(shù)應(yīng)不低于1500km。,2、汽車NVH性能主觀評價的著重關(guān)注點,車身動力總成底盤,1）車身,車身的boom轟鳴聲、方向盤的抖動、儀表板及座椅振動、內(nèi)外后視鏡等的抖動、車內(nèi)Squeak和Rattle異響、各處的風噪聲、各處路噪聲、暖風空凋系統(tǒng)HVAC噪聲、機電系統(tǒng)噪聲（包括座椅調(diào)節(jié)、雨刷、玻璃升降等的噪聲）。,2）動力總成,發(fā)動機起動與熄火時的噪聲和抖動、發(fā)動機在怠速狀態(tài)下的噪聲和抖動、發(fā)動機附件（發(fā)電機、空調(diào)、助力轉(zhuǎn)向等）噪聲、進排氣系統(tǒng)噪聲、變速箱噪聲、后輪驅(qū)動的傳動軸的D/L噪聲、傳動系統(tǒng)齒輪的噪聲。,3）底盤,車輪不平衡激起的振動、轉(zhuǎn)向盤的擺振、制動引起的振動和噪聲、制動摩擦片與制動盤（或制動鼓）的摩擦引起的尖叫聲、制動激起的汽車顫抖BrakeRoughness、減震器的Chuckle、路面不平激起的的振動與噪聲。,3、汽車NVH性能主觀評價的主要內(nèi)容,急加速和緩加速工況的振動與噪聲巡航工況的振動與噪聲滑行和減速工況的振動與噪聲定置噪聲高速行駛工況的氣動噪聲,1）急加速和緩加速工況的振動與噪聲,汽車在平坦