汽車上有很多旋轉零部件,如:發動機曲軸、渦輪增壓器、變速器齒輪、電機轉子、傳動系統齒輪、冷卻風扇和各軸承等。每乙個旋轉部件在工作時都會產生振動和雜訊。因此在汽車nvh測試中,基於旋轉件的測試分析也是汽車nvh效能優化的重點工作。
在汽車nvh測試的時候,如果有以下場景
(1)沒有安裝轉速感測器;
(2)測試物件沒有空間安裝轉速感測器;
(3)轉速感測器的數量不夠;
(4)數採裝置的轉速採集通道不夠;
而我們又需要測試旋轉件的轉速資訊,分析振動雜訊隨轉速的變化情況,那我們應該怎麼辦,能不能實現硬體「不夠」軟體「來湊」?
答案是肯定的,今天讓我們來介紹下nvh測試中的轉速計算及提取功能。
1測試轉速的意義
汽車旋轉件本身會產生振動雜訊,是車身雜訊和振動的乙個重要**,我們會通過測試來量化旋轉件的nvh水平。此外,旋轉件產生的振動對車身起到了激勵的作用,當旋轉件產生的激勵頻率與汽車結構的某一階的固有頻率相等時,將出現共振,nvh效能開發中是需要避免的,如果產生這種問題,我們就要從激勵-傳遞路徑的角度來對產生問題進行分析排查。
作為nvh工程師,我們首先需要通過nvh測試,量化這些振動雜訊,然後根據分析的測試結果,再提出合適的方案來解決問題。
在旋轉件的nvh測試中,我們首先需要了解下階次分析的概念。階次分析廣泛用於旋轉機械振動雜訊的分析中,這種方法不僅可以用於旋轉機械的效能指標制定、故障診斷,還可以用來從各種複雜的訊號中分離出所關心的訊號進行定量分析。
階次計算公式:
頻率=階次*轉速(rpm)/60 (1)
比如:在發動機振動雜訊測試分析中,以發動機轉速的第1階頻率為基頻,其諧頻分別為第2階,第3階……第n階。
如發動機轉速6000rpm時,其1階頻率為:6000rpm/60s=100hz,2階則為200hz,3階為300hz……第n階為n*100hz。
第n階振動的物理意義為:曲軸每旋轉一圈產生n次振動的振動成份。在汽車中常用的直列四缸發動機中,由於往復慣性力不能平衡,振動和雜訊都以二階為最強,其次為四階;那我們就可以根據二階或四階雜訊/振動的測試結果來判斷發動機或整車的nvh效能水平。
2轉速訊號的獲取
在汽車nvh的測試分析過程中,獲得旋轉件的準確轉速是資料分析的基礎,通常可通過以下幾種方法進行獲取:
(1) 通過轉速感測器
轉速感測器是將旋轉物體的轉速轉換為電訊號輸出的感測器。轉速感測器屬於間接式測量裝置,可用機械、磁、光等方法製造。當被測體上帶觸發材料(裝置),隨著被測物體轉動時,感測器就會輸出與旋轉頻率相關的脈衝訊號,達到測試轉速的目的。
汽車中常用的轉速感測器有:磁電式和光電式。一般的轉速感測器都是採集的模擬訊號,然後通過數採集前端把模擬訊號轉換成數碼訊號(a/d轉換)。基於感測器採集到的訊號來計算轉速,有兩個很重要的引數:①觸發水平 ( triger level );②每轉的脈衝數(pulses/rev,k)。
通過轉速感測器採集資料時,感測器訊號的取樣頻率fs要根據被測的最高轉速及每轉的脈衝數k來制定。
根據取樣定理: fs>2*最高轉速(rpm)/60*k。
對於純電動車來說:如果驅動電機訊號(舉例:測試8級48槽永磁同步電機的加速嘯叫,最高轉速時6000rpm),那麼fs>2*6000/60*48=9600 hz。
(2) 通過汽車can匯流排
在汽車nvh測試中,除了通過感測器採集轉速來說,還可以通過汽車can匯流排獲取旋轉件的轉速數碼訊號。
(3) 通過時頻資料再計算
獲得準確的轉速資訊是頻譜分析的前提,但這不是必須的。如果試驗資料中沒有轉速的訊號, nvh測試中用的最多的一種方法是通過振動或雜訊資料的時頻資料來提取轉速,如下圖所示,找出下圖中白色虛線範圍內的峰值和對應的頻率,然後通過根據上面的公式(1)反算轉速,前提是需要知道選取資料的階次是多少。
3atom中的轉速提取
atom中除了能通過轉速感測器和cantacho採集轉速訊號外,還支援在時域後計算中提取或計算轉速的功能。
(1) 通過時頻資料進行轉速提取
選取所要計算的資料,進行頻譜計算,然後進行資料點的選取。輸入所選擇資料的階次數,計算轉速曲線,並將轉速資料進行儲存,就達到提取轉速通道的目的,後續就可以進行跟蹤轉速的各種計算了。
計算結果與實際轉速感測器採集結果對比:
(2) 通過脈衝訊號進行計算
場景:目前主流的數採前端模組配置1-2個轉速通道,如果試驗需要接入更多的轉速訊號,那我們可以把轉速感測感器的脈衝訊號通過數採前端中的非轉速通道中記錄下來,然後就可以在atom中,對記錄下來的脈衝資料進行轉速計算了。
atom作為乙個nvh測試的平台,包括了資料採集、資料管理、資料分析、資料探勘四大功能模組,nvh資料積累和比對分析從未那麼簡單!
atom將會基於國內外使用者的實際使用需求,持續迭代更新,您有什麼需求不妨說來聽聽。還有好訊息要告訴大家,atom4.0版本即將在六月初發布,敬請期待!!!
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