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1、第十一章 汽车震动与噪声的测量第1页，此课件共14页哦振动与噪声的常规分析 振动与噪声常规分析的内容主要有：声级声级总的加速度加权均方根值总的加速度加权均方根值振动与噪声的频谱分析振动与噪声的频谱分析第2页，此课件共14页哦一、声级与总的加速度加权均方根值一、声级与总的加速度加权均方根值 声级与总的加速度加权均方根值所用的处理技术与分析方法完全相同，所不同的只是被测量不同。度量噪声的声级是声度量噪声的声级是声压（或声强、声功率）的加权均方根值压（或声强、声功率）的加权均方根值；度量振动是用总的加速度加权均方根值。度量振动是用总的加速度加权均方根值。第3页，此课件共14页哦二、声级与总的加速度加
2、权均方根值的计算二、声级与总的加速度加权均方根值的计算 为了避免数据处理所带来的误差，声级与总为了避免数据处理所带来的误差，声级与总的加速度加权均方根值的计算常采用时域计算法，的加速度加权均方根值的计算常采用时域计算法，即：声级声级 （5-1）总的加速度加权均方根值总的加速度加权均方根值 （5-2）第4页，此课件共14页哦三、噪声与振动的频谱分析 汽车噪声与振动的频谱分析应特别注意如下几个问题：采样时间间隔采样时间间隔分辨带宽分辨带宽信号处理中的泄漏信号处理中的泄漏第5页，此课件共14页哦 1采样时间间隔采样时间间隔 由由仙仙农农(Shannon)(Shannon)采采样样定定理理知知，为为了
3、了避避免免频频率率混混淆淆，采采样样频频率率 应应不不小小于于信信号号频率成分中最高频率频率成分中最高频率 的两倍，的两倍，即：(5-3)采样时间间隔 是由采样频率决定的，其关系为：(5-4)将上述的截止频率代入式(5-3)和(5-4)可得到各种不同试验的采样频率和采样时间间隔。1)1)客车、轿车座椅和各类车辆驾驶室座椅上的采样频率和采样时间间客车、轿车座椅和各类车辆驾驶室座椅上的采样频率和采样时间间 隔为隔为 ；2)2)各类车辆车厢底板及车桥上测点的采样频率和采样时间间隔为各类车辆车厢底板及车桥上测点的采样频率和采样时间间隔为 ，；3)3)驾驾驶驶员员手手臂臂振振动动的的测测量量，其其采采样
4、样频频率率和和采采样样时时间间间间隔隔为为 ，；4)4)晕车界限的测量，采样频率和采样时间间隔为晕车界限的测量，采样频率和采样时间间隔为 。第6页，此课件共14页哦2 2分辨带宽分辨带宽 分辨带宽与信号处理的精度要求有关，对前面所列的前三项测量，其分辨带宽 就可以满足测试精度的要求，而对于晕车界限的测试，其分辨带宽应为 。第7页，此课件共14页哦3、动态数据处理中的泄漏图5-1是某次试验所记录下的汽车振动加速度的时间历程,欲对该动态信号进行分析，就需要按照采样原理对进行分段截取。如何实现对动态信号的分段截取呢？最简单的方法是用矩形函数 (5-5)与动态信号 相乘，即：(5-6)图5-1 测得的
5、振动加速度的时间历程第8页，此课件共14页哦 图5-2(a)是矩形函数 的曲线，图5-2(b)是 与 相乘的结果。从图5-2(b)中可以看出，用 去截取动态信号就好比是打开了一个窗，因此将矩形函数 称为矩形窗函数。进行动态信号处理时不可避免地要用到窗函数。图5-2 用矩形窗截取的动态信号(a)矩形窗函数 (b)用矩形窗函数截取动态信号的状态第9页，此课件共14页哦 对对于于动动态态信信号号的的时时域域处处理理，在在设设定定的的时时间间段段内内，由由于于 ，所所以以用用矩矩形形窗窗函函数数 去去乘乘 ，然然后后再再进进行行积积分分运运算算，所所得得的的结结果果和和原原来来完完全全一一致致，即即窗
6、窗函函数数的的引引入入不不会会改改变变动态信号的处理结果。动态信号的处理结果。对动态信号的频域处理，情况会有些不同，因为对动态信号的频域处理，情况会有些不同，因为 ，若仍用，若仍用 去代替式去代替式(8-20)(8-20)中的中的 ，则必然带来误差。，则必然带来误差。第10页，此课件共14页哦例 设 ，求 解：由频域卷积定理知，*由于 *的数学计算十分麻烦，在此采用图解法，如图5-3所示。从图中可以看出，由于积分区间的有限性，使得 在 处的脉冲变为以 为中心的 型连续函数。这个连续函数在原脉冲位置 处达到最大值 ，从而形成曲线的主峰，称为主瓣。在主瓣两侧还出现一系列小峰，称为副瓣。原来集中于一
7、个频率上的功率，由于副瓣的存在，被分散到一个较宽的频带上，这种功率分散的效应称为泄漏。事实上泄漏就是在信号处理过程中所产生的误差。显然泄漏的产生，降低了动态信号分析的精度。第11页，此课件共14页哦 图5-3 卷积的图示表达 第12页，此课件共14页哦 上述特性可以推广到任意类型的函数。图5-4(a)是某一振动信号用时域法得到的结果，图5-4(b)是用矩形窗函数在频域中计算得到的结果。从图中可以看出，原本比较光滑的曲线从图中可以看出，原本比较光滑的曲线 ，用频域，用频域法经加矩形窗处理后，它就变成了一条充满法经加矩形窗处理后，它就变成了一条充满“皱波皱波”的曲线，为了便的曲线，为了便于区别用于
8、区别用 表示。皱波的形成就是泄漏所带来的数据处理误差表示。皱波的形成就是泄漏所带来的数据处理误差。图5-4 泄漏时动态信号处理的影响(a)时域计算结果 (b)用矩形窗函数在频域中的计算结果第13页，此课件共14页哦选用合适的窗函数 从图8-6中可以看出，泄泄漏漏的的大大小小取取决决于于谱谱窗窗副副瓣瓣的的大大小小。较较小小的的副副瓣瓣使使得得卷卷积积 *曲曲线线下下的的负负面面积积较较小小，它它在在动动态态数数据据处处理理中中的的表表现现形形式式是是曲曲线线 （见见图图8-78-7）具具有有较较小小的的皱皱波波；但但副副瓣瓣的的减减小小，往往往往会会带带来来主主瓣瓣变变宽宽，即即主主瓣瓣能能量量不不够够集集中中，分分辨辨率率下下降降的的问问题题。由此可见，一个好的窗函数，其富氏变换的主瓣应窄、副瓣应小。为了有效地抑制泻漏，在工程测试领域，提出了多种形式的窗函数。汽汽车车试试验验中中较较常常用用的的主主要要是是哈哈宁宁(Hanning)(Hanning)窗窗 和和 海海 明明(Hamming)(Hamming)窗。窗。第14页，此课件共14页哦