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技术专题

ATOM系列之十九:NVH测试中的转速提取

日期:2020-05-18
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汽车上有很多旋转零部件,如:发动机曲轴、涡轮增压器、变速器齿轮、电机转子、传动系统齿轮、冷却风扇和各轴承等。每一个旋转部件在工作时都会产生振动和噪声。因此在汽车NVH测试中,基于旋转件的测试分析也是汽车NVH性能优化的重点工作。
 

在汽车NVH测试的时候,如果有以下场景

(1)没有安装转速传感器;

(2)测试对象没有空间安装转速传感器;

(3)转速传感器的数量不够;

(4)数采设备的转速采集通道不够;
 

而我们又需要测试旋转件的转速信息,分析振动噪声随转速的变化情况,那我们应该怎么办,能不能实现硬件“不够”软件“来凑”?
 

答案是肯定的,今天让我们来介绍下NVH测试中的转速计算及提取功能。
 

测试转速的意义


汽车旋转件本身会产生振动噪声,是车身噪声和振动的一个重要来源,我们会通过测试来量化旋转件的NVH水平。此外,旋转件产生的振动对车身起到了激励的作用,当旋转件产生的激励频率与汽车结构的某一阶的固有频率相等时,将出现共振,NVH性能开发中是需要避免的,如果产生这种问题,我们就要从激励-传递路径的角度来对产生问题进行分析排查。


 

作为NVH工程师,我们首先需要通过NVH测试,量化这些振动噪声,然后根据分析的测试结果,再提出合适的方案来解决问题。
 

在旋转件的NVH测试中,我们首先需要了解下阶次分析的概念。阶次分析广泛用于旋转机械振动噪声的分析中,这种方法不仅可以用于旋转机械的性能指标制定、故障诊断,还可以用来从各种复杂的信号中分离出所关心的信号进行定量分析。
 

阶次计算公式:
 

频率=阶次*转速(rpm)/60              (1)
 

比如:在发动机振动噪声测试分析中,以发动机转速的第1阶频率为基频,其谐频分别为第2阶,第3阶……第n阶。
 

如发动机转速6000rpm时,其1阶频率为:6000rpm/60s=100Hz,2阶则为200Hz,3阶为300Hz……第n阶为n*100Hz。
 

第n阶振动的物理意义为:曲轴每旋转一圈产生n次振动的振动成份。在汽车中常用的直列四缸发动机中,由于往复惯性力不能平衡,振动和噪声都以二阶为最强,其次为四阶;那我们就可以根据二阶或四阶噪声/振动的测试结果来判断发动机或整车的NVH性能水平。



 

2 转速信号的获取
 

在汽车NVH的测试分析过程中,获得旋转件的准确转速是数据分析的基础,通常可通过以下几种方法进行获取:
 

(1) 通过转速传感器
 

转速传感器是将旋转物体的转速转换为电信号输出的传感器。转速传感器属于间接式测量装置,可用机械、磁、光等方法制造。当被测体上带触发材料(装置),随着被测物体转动时,传感器就会输出与旋转频率相关的脉冲信号,达到测试转速的目的。
 

汽车中常用的转速传感器有:磁电式和光电式。一般的转速传感器都是采集的模拟信号,然后通过数采集前端把模拟信号转换成数字信号(A/D转换)。基于传感器采集到的信号来计算转速,有两个很重要的参数:①触发水平 ( Triger Level );②每转的脉冲数(Pulses/Rev,k)。
 

通过转速传感器采集数据时,传感器信号的采样频率fs要根据被测的最高转速及每转的脉冲数k来制定。
 

根据采样定理: fs>2*最高转速(rpm)/60*k。
 

对于纯电动车来说:如果驱动电机信号(举例:测试8级48槽永磁同步电机的加速啸叫,最高转速时6000rpm),那么fs>2*6000/60*48=9600 Hz。


 

(2) 通过汽车CAN总线
 

在汽车NVH测试中,除了通过传感器采集转速来说,还可以通过汽车CAN总线获取旋转件的转速数字信号。
 

相关文章可参考《NVH测试中的CAN总线应用》
 

(3) 通过时频数据再计算
 

获得准确的转速信息是频谱分析的前提,但这不是必须的。如果试验数据中没有转速的信号, NVH测试中用的最多的一种方法是通过振动或噪声数据的时频数据来提取转速,如下图所示,找出下图中白色虚线范围内的峰值和对应的频率,然后通过根据上面的公式(1)反算转速,前提是需要知道选取数据的阶次是多少。


 

3 ATOM中的转速提取


ATOM中除了能通过转速传感器和CanTacho采集转速信号外,还支持在时域后计算中提取或计算转速的功能。
 

(1) 通过时频数据进行转速提取
 

选取所要计算的数据,进行频谱计算,然后进行数据点的选取。输入所选择数据的阶次数,计算转速曲线,并将转速数据进行保存,就达到提取转速通道的目的,后续就可以进行跟踪转速的各种计算了。


计算结果与实际转速传感器采集结果对比:


 

(2) 通过脉冲信号进行计算

场景:目前主流的数采前端模块配置1-2个转速通道,如果试验需要接入更多的转速信号,那我们可以把转速传感感器的脉冲信号通过数采前端中的非转速通道中记录下来,然后就可以在ATOM中,对记录下来的脉冲数据进行转速计算了。


ATOM作为一个NVH测试的平台,包括了数据采集、数据管理、数据分析、数据挖掘四大功能模块,NVH数据积累和比对分析从未那么简单!


ATOM将会基于国内外用户的实际使用需求,持续迭代更新,您有什么需求不妨说来听听。还有好消息要告诉大家,ATOM4.0版本即将在六月初发布,敬请期待!!!


关于NVH测试工作中遇到的问题,大家都可以留言交流,小编随时恭候。

 
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