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基于NVH测试的阶次跟踪算法研究与实现

朱悦灏  
【摘要】:当今社会,汽车越来越多地走进人们的日常生活中,然而由于价格不同,其性能自然良莠不齐。殊不知,汽车中大概有30%的问题来自NVH,许多制造商花费20%甚至更多的研发费用以解决此问题,一些中高档汽车在研发过程中,对于NVH测试的投入量尤为巨大。汽车的NVH性能已经被越来越多的人们所重视。NVH,简单来说就是噪声、振动与声振粗糙度(Noise、Vibration、Harshness)的英文缩写。近些年来,由于NVH的研究逐渐热门化,以及人们对于生态环境保护和自我健康的关注慢慢变强,对于NVH测试的研究则显得迫在眉睫,本文仅从振动的角度重点出发,深入研究一种阶次跟踪算法进而帮助解决NVH测试中遇到的问题。正如我们所知,汽车中含有大量的旋转部件,例如变速箱,发动机等,而这些部件在运作中则会产生出大量噪音,噪音又是源于振动,故而解决汽车中的噪声问题可以扩展为解决旋转机械的振动问题。阶次跟踪技术则是解决这一问题的重要技术,其优势在于可以充分利用机器的转速信息分析出旋转机械中故障所在。这些机器由于周围环境的影响,使得在升、降速过程中产生的振动信号并不平稳,所获取到的信号内容错综复杂,如果简单的使用传统的FFT方法显然无法有效的分析出信号内容,还会因为各部分频带混叠,导致“频率模糊”的发生。本文就阶次跟踪技术将会进行详细研究和讨论。阶次跟踪技术的核心内容在于计算转速。本文在第二章最后部分会详细介绍一种转速计算方法。该方法通过对一阶数字微分的运算,得到初始转速,并对其进行分段插值,获得各个采样时间的转速,反应了振动与转速间的关系,为阶次跟踪研究做好了铺垫。本文在结合实际的生产生活基础上,提出了基于工程经验的计算阶次跟踪技术。该方法计算快速简便,对精度也有一定满足。此外,考虑到当前市面上已有的振动分析设备价格昂贵,国内很多中小企业虽然大量需求但却因为难以负担高额的费用对其望而却步。对此,我们提出了新思路新观点,研究并开发了便携式NVH振动分析仪。该仪器由振动、转速传感器、信号调理器、工控机等为主体,加上一套分析软件组成,软件部分是利用VC++6.0开发完成,其中包含了基本的运行界面、算法实现、结果显示等。为了验证仪器的可行性,我们还拼装了一台demo电机,从而配合检测。最后我们还在5档变速箱上做出对比试验,实测分析结果显示,本文所提到的阶次跟踪方法是可行的,所研发的振动分析仪体积小,功能全,物美价廉,具有很强的实用价值,有望在后续的完善后推向市场。


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