基于Artims的帶阻濾波在車輛NVH改進(jìn)方面的運(yùn)用

何述超

摘要：采用濾波分析技術(shù)，通過(guò)帶阻濾波對(duì)濾波前后的噪聲結(jié)果對(duì)比，可以得出某頻率成分或者某階次成分對(duì)總體的貢獻(xiàn)比例，預(yù)測(cè)通過(guò)某改進(jìn)措施降低此頻率成分或階次成分的幅值會(huì)對(duì)整體幅值的改善情況，能快速定位主要的噪聲源。

關(guān)鍵詞：濾波技術(shù);頻段濾波;階次濾波;帶阻濾波

0 ?引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，生活水平的不斷提高，人們對(duì)汽車性能的要求卻越來(lái)越高，不僅在動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)型方面有高的要求，在影響乘員舒適性的汽車車內(nèi)噪聲及振動(dòng)情況也提出更加嚴(yán)格的要求。因此關(guān)于汽車NVH（noise & vibration & harshness）的研究越來(lái)越受到重視，成為近年來(lái)汽車行業(yè)的一個(gè)重要研究課題[1]。有關(guān)NVH分析方法及手段的研究越來(lái)越多樣化，從最初始的材料覆蓋法、零部件增減法查找主要噪聲源到通過(guò)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT分析技術(shù)、階次分析技術(shù)、模態(tài)分析技術(shù)、濾波技術(shù)以及聲全息法等。本文主要介紹通過(guò)帶阻濾波對(duì)噪聲信號(hào)提取某頻段或某階次進(jìn)行濾波，對(duì)比濾波前后的結(jié)果差值，分析被濾波成分所占的總體貢獻(xiàn)，基于朗德公司的噪聲振動(dòng)測(cè)試分析軟件Arteims對(duì)實(shí)際測(cè)試的某車輛的噪聲信號(hào)進(jìn)行階次濾波、頻段濾波前后的噪聲聲壓級(jí)對(duì)比，找出各噪聲源的貢獻(xiàn)比例，提取主要噪聲源并提出了針對(duì)性的整改措施。

1 ?NVH領(lǐng)域中的濾波技術(shù)

在信號(hào)處理中，往往要對(duì)信號(hào)作時(shí)域、頻域的分析與處理。對(duì)于不同目的的分析與處理，往往需要將信號(hào)中相應(yīng)的頻率成分選取出來(lái)，而無(wú)需對(duì)整個(gè)頻率范圍進(jìn)行處理。此外，在信號(hào)的測(cè)量與處理過(guò)程中，會(huì)不斷受到各種干擾的影響。因此在對(duì)信號(hào)作進(jìn)一步處理之前，有必要將信號(hào)中的干擾成分去除掉，以利于信號(hào)處理的順利進(jìn)行。

濾波器的分類方法也比較多，比如按照信號(hào)處理的性質(zhì)來(lái)分，可分為模擬濾波器和數(shù)字濾波器，按照構(gòu)成濾波器的性質(zhì)，也可以分為無(wú)源濾波器和有源濾波器。根據(jù)濾波器的選頻方式將其分為低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器、帶阻濾波器，如圖1所示。

其數(shù)學(xué)表達(dá)為：

時(shí)域：y（t）=h（t）*x（t）

頻域：Y（f）=H（f）X（f）

2 ?帶阻濾波在NVH領(lǐng)域中的實(shí)際運(yùn)用

2.1 基于頻率濾波的實(shí)際運(yùn)用

某車輛在進(jìn)行車外通過(guò)噪聲測(cè)試時(shí)，噪聲聲壓級(jí)過(guò)大，不符合要求，采用朗德科技的噪聲振動(dòng)測(cè)量模塊對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集并用Artims對(duì)采集到的噪聲信號(hào)進(jìn)行分析，圖2為測(cè)到的噪聲的ColorMap圖譜，結(jié)果顯示在整個(gè)頻帶范圍內(nèi)，噪聲峰值出現(xiàn)時(shí)刻的主要頻率成分貢獻(xiàn)為125Hz及1400Hz’，采用帶阻濾波對(duì)信號(hào)進(jìn)行125Hz及1400Hz兩個(gè)頻率濾波后的Overall曲線，分別與未濾波的Overall信號(hào)曲線進(jìn)行對(duì)比，圖3所示，從圖3中可以看出，濾掉125Hz后的Overal曲線的噪聲值在峰值位置相比未濾波的Overall曲線基本相等，而在減速段，噪聲值比未濾波前的要低2-3dB（A）。而濾掉1400Hz后的Overall曲線，在整個(gè)加減速過(guò)程，噪聲值均比未濾波前的低2-3dB（A）;峰值處也能降低2-3dB（A）。所以降低1400Hz的噪聲貢獻(xiàn)能有效降低峰值處的整體噪聲，降低125Hz的噪聲貢獻(xiàn)對(duì)峰值處的整體噪聲沒(méi)有影響。

2.2 基于階次濾波的實(shí)際運(yùn)用

某發(fā)動(dòng)機(jī)在進(jìn)行2000-3600rpm加速噪聲測(cè)試時(shí)，噪聲聲壓級(jí)過(guò)大，不符合要求，采用朗德科技的噪聲振動(dòng)測(cè)量模塊對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集并用Artims對(duì)采集到的噪聲信號(hào)進(jìn)行分析，圖4為測(cè)到的噪聲的ColorMap圖譜，結(jié)果顯示在整個(gè)頻帶范圍內(nèi)，噪聲峰值出現(xiàn)時(shí)刻的主要頻率成分貢獻(xiàn)為基于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的2階次、4階次、9階次以及9階的諧波分量，采用帶阻濾波對(duì)信號(hào)分別進(jìn)行2階次、4階次以及9階次的階次濾波，得到濾波后的Overall曲線，分別與未濾波的Overall信號(hào)曲線進(jìn)行對(duì)比，圖5所示，從圖5中可以看出，濾掉2階次的Overal曲線在2400-3100rpm區(qū)間噪聲值比未濾波的Overall曲線低1dB（A），其他轉(zhuǎn)速段無(wú)明顯差異;濾掉4階次的Overall曲線在2000-3100rpm區(qū)間噪聲值比未濾波的Overall曲線低1-1.5dB（A），其他轉(zhuǎn)速段無(wú)明顯差異;濾掉9階次的Overall曲線在2000rpm-3100rpm區(qū)間噪聲值比未濾波的Overall曲線低1-1.5dB（A），3100rpm以上差異明顯，為2-3dB（A），說(shuō)明在不同的轉(zhuǎn)速段，各階次對(duì)整體噪聲的貢獻(xiàn)是不一樣的，必須要降低貢獻(xiàn)最大的階次的噪聲才能有效降低整體的噪聲值。對(duì)階次產(chǎn)生的原因分析，2、4階次為發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒噪聲，9階次為發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇噪聲。高速時(shí)，主要的噪聲源為發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇噪聲。表1顯示不同轉(zhuǎn)速下各狀態(tài)的噪聲值。

3 ?結(jié)論

現(xiàn)在市場(chǎng)上的NVH測(cè)試分析軟件中都集成了各種濾波手段，可以通過(guò)軟件中的濾波功能對(duì)測(cè)試的信號(hào)進(jìn)行濾波分析，能快速識(shí)別噪聲源及振動(dòng)源，并能識(shí)別各部件或者成分對(duì)于總體的貢獻(xiàn)大小，能預(yù)測(cè)改進(jìn)效果的好壞。提高了NVH的改善效率，大大節(jié)約了時(shí)間及財(cái)力成本。本文對(duì)于同類型問(wèn)題的分析解決具有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]龐劍，諶剛，何華.汽車噪聲與振動(dòng)[M].北京：北京理工大學(xué)，2006.

[2]汽車噪聲源識(shí)別技術(shù)及發(fā)展[J].拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車，2009，36（6）：11-13.

[3]信號(hào)處理與分析.

[4]Artims指導(dǎo)手冊(cè).

[5]譚祥軍.從這里學(xué)NVH.