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原文传递基于时间反转法的汽车敲击异响噪声源定位研究

论文题名：	基于时间反转法的汽车敲击异响噪声源定位研究
关键词：	汽车零部件;敲击异响噪声;噪声源定位;时间反转法
摘要：	汽车异响噪声是影响汽车乘坐舒适性及消费者使用满意度的关键因素，而异响噪声源定位是汽车异响噪声控制的重要前提。由于异响噪声是一种非线性很强的物理现象，其特征和持续时间均无规律，因此难以用成熟的理论和方法进行分析和处理。目前在工程应用中，异响噪声源定位仍以主观评价为主，主观评价法对工程师的经验要求较高，试验工作量大，且对于难以判定的异响问题，容易引起争议，发展异响噪声源客观定位技术及方法已成为行业的迫切需求。根据声波传播的时间反转不变性和介质的空间互易性原理，在信号接收处发射时间反转信号，从而在发射源位置实现信号在时间和空间上的聚焦，进而定位噪声源的方法被称为时间反转定位法。时间反转定位法信号聚焦过程不需要介质均匀性的先验知识和传感器阵列的细节信息，具有抗多途抗干扰的显著优点，可为车辆异响噪声源客观定位提供新的技术方案。　　本文针对汽车钣金件、底盘梁结构等零部件的敲击异响噪声定位问题，通过文献综述，分析比较了目前各种客观噪声源定位方法的特点及适用性，在对车门、梁结构敲击异响振动信号分析的基础上，提出了采用时间反转法定位敲击异响噪声的技术方案。基于Lamb波传播理论、Morlet小波变换和时间反转聚焦定位原理，建立了异响噪声源定位数学模型。通过薄板集中力冲击仿真分析，探究了振动信号波包混叠的成因，确定了窄带信号提取原则。通过汽车车门敲击异响噪声源定位试验，获得了异响信号发出时刻T0对定位成像的影响规律，提出了T0时刻信号成像图判别法。在上述工作的基础上，总结完成了适用于钣金件及梁结构异响噪声源定位的时间反转定位实施流程，并对该方法的定位精度进行了试验验证。本文主要研究工作内容如下：　　（1）噪声源定位技术方法对比研究。对传统异响噪声源定位方法和客观噪声源定位方法，如分步运行法、表面测振及近场声压法；工程信号处理方法，如相关分析、频谱分析、时频分析、盲信号分离；声阵列技术定位方法，如声强测量法、波束形成技术、声全息；基于人工智能的声源定位方法，如压缩感知技术、基于机器学习的声源定位方法，进行了综述，分析了各种噪声源定位方法在异响噪声源定位中的优缺点，最后确定了时间反转法进行异响噪声源定位研究。　　（2）敲击异响噪声源时间反转定位理论分析。对试验测得的车门、梁结构敲击异响振动信号分析，发现在上述结构中敲击异响振动信号为低频Lamb波，以此为依据，对Lamb波传播进行分析，将敲击异响振动信号传播传递函数，简化为仅包含0阶对称模式的有限阶表达式。应用TR定位原理，建立了基于窄带Lamb波信号，适用于车身钣金件、底盘梁结构的异响噪声源定位模型。　　（3）薄板集中力冲击仿真研究。建立了薄板集中力冲击仿真模型，通过仿真，分析了端面反射对Lamb波信号传播的影响，发现端面反射是Lamb波产生波包混叠的原因，首达波包主要成分为振动源直达信号，无端面反射波叠加。为避免波包混叠对定位精度造成影响，确定了窄带信号的提取原则，即应提取首达波包中能量最大窄带频率信号进行TR定位处理。　　（4）异响振动信号发出时刻T0的判定方法。构建了由振动加速度传感器、LMS数采系统、计算机组成的敲击异响源定位试验系统。分析了敲击异响振动信号发出时刻T0对TR定位成像的影响规律，提出了T0时刻的信号成像图判定法。发现当所取时窗长度恰好等于T??-T0时，叠加信号模值较大，成像区域连续且面积最小；而所取时窗长度大于或小于T??-T0时，叠加信号模值较小，成像区域离散且面积更大。通过对比不同T0时刻的敲击冲击信号TR定位成像图，即可确定异响振动信号发出时刻T0，并定位异响噪声源位置。　　（5）车门钣金件、梁结构敲击异响源时间反转定位试验研究。通过试验进行了车门钣金结构、敷设阻尼的车门钣金结构、梁结构力锤冲击模拟的敲击异响源定位研究。车门钣金件敲击异响源定位试验结果表明，定位最大误差不超过3.2cm，平均误差为2.01cm；敷设阻尼的车门钣金件敲击异响源定位误差为1.8cm，对比分析结果表明，敷设阻尼是提升定位精度的有效措施。梁结构中敲击信号传播，模态数相对较少，窄带信号的提取更加方便，波速的计算也更为准确，因而可获得相对较高的定位精度。本文建立的基于时间反转法的敲击异响噪声源定位方法，在应用于车门钣金件及底盘梁结构时，定位精度均能满足工程应用要求，具有较强的工程实用价值。
作者：	徐鑫蔚
专业：	动力工程
导师：	赵卫东
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏大学
学位年度：	2022