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基于小波变换与独立分量分析的内燃机振声特性研究

金岩  
【摘要】: 随着人们对车辆NVH(Noise Vibration and Harness)性能要求的不断提高,内燃机的振动噪声问题也逐渐成为国内内燃机学科研究的热点问题和重要方向。以有限元、边界元以及多体动力学为代表的数值计算方法逐渐成为预测和解决内燃机结构噪声辐射问题主要手段。另一方面,如何准确、快捷的识别内燃机的主要噪声源是内燃机噪声控制的重要前提。内燃机振动的多激励性和各种激励的时变性使其外在表现出的振动噪声现象非常复杂。传统的数学工具在描述内燃机的振动噪声特性上都有一定的局限性。近些年来,数字信号处理技术的迅速发展为内燃机振动噪声信号分析提供了更加丰富的手段。 本文在国内外研究现状的基础上,研究了利用声强测试技术、小波变换技术和独立分量分析等现代信号分析方法在内燃机振声信号分析以及主要噪声源识别上应用的问题,主要内容如下: 1研究了内燃机振动噪声现象的主要产生机理,揭示了内燃机噪声辐射的主要激励源,以及振动在内燃机结构内部的传递路径。激励的时变性和传递路径的时变性决定了其振动噪声信号的非平稳性特征。回顾了内燃机主要噪声源的识别方法。 2回顾了声强测试技术双传声器法的基本原理和主要误差来源。在Fourier变换的基础上,利用声强测试技术对WD415柴油机和ZH1130柴油机以及某125摩托车噪声源频率的特性进行了分析,识别出主要噪声源。为噪声控制工程提供了可靠依据。 3介绍了小波变换技术的原理,建立了内燃机噪声信号的小波变换分析模型。利用Complex Morlet小波对WD415和ZH1130柴油机噪声信号的时频特性和空间分布规律进行了研究。并根据声信号的尺度—能量谱和小波系数的欧氏空间距离识别了ZH1130柴油机的主要噪声源。建立了瞬时声强小波变换的数学模型,并应用于柴油机噪声特性的研究。 4介绍了独立分量分析方法的原理以及其在工程上的应用。建立了内燃机声振信号的并行独立分量分析模型。利用FastICA算法对ZH1130柴油机的声振信号进行了分析研究,将振动噪声信号分解成几个独立分量。利用小波分析,相关分析等手段对各独立分量进行了确定。 5在独立分量分析的基础上,利用内燃机振动噪声信号的燃烧分量和ARMA模型建立了内燃机气缸压力重构模型,对ZH1130柴油机的气缸压力进行了成功的重构。


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