CN115795899A - 新能源电动汽车啸叫噪声评价方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新能源电动汽车啸叫噪声评价方法，其包括如下步骤：1)根据汽车加速过程中车内噪声信号x(t)跟踪电机转速信号T1(t)得到噪声功率谱密度矩阵Pxx(f,rpm)；绘制colormap，A计权得到L1(rpm)；2)进行卡尔曼阶次滤波,获得滤波后车内阶次啸叫噪声信号y(t)；3)得到滤波后噪声功率谱密度矩阵Pyy(f,rpm)；4)进行临界频带计算获得临界带宽背景噪声功率谱密度矩阵Pyy(Bark,rpm)；5)提取该阶次临界带宽背景噪声，进行A计权得到L2(rpm)，并根据阶次所处阶次范围进行相应的噪声幅值调整，获得该阶次噪声评价标准线Lstandard(rpm)；6)对比Lstandard(rpm)和L1(rpm)。本发明能准确评价新能源汽车啸叫噪声，真实反应“频率‑噪声‑主观感受”关系。

Description

新能源电动汽车啸叫噪声评价方法
技术领域
本发明涉及一种评价方法，具体涉及一种新能源电动汽车啸叫噪声评价方法。
背景技术
随着新能源电动汽车的不断发展，市场竞争越发激烈；与内燃机相比，新能源电动汽车的电驱动总成噪声主要由电磁力和齿轮啮合产生的高频啸叫阶次噪声，以及IGBT脉宽调制产生的高频伞状噪声构成。目前，电驱动汽车整车开发过程中仍采用工程经验评价噪声，这种方式产生的结果往往与实际情况有较大偏差，不能反映“频率-噪声-主观感受”关系，对实际开发工作无指导意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新能源电动汽车啸叫噪声评价方法，该方法能准确评价新能源汽车啸叫噪声。
本发明所采用的技术方案是：
一种新能源电动汽车啸叫噪声评价方法，其包括如下步骤：
1)汽车加速过程中车内噪声信号x(t)跟踪电机转速信号T1(t)进行傅里叶变换，得到阶次啸叫噪声功率谱密度矩阵Pxx(f,rpm)；Pxx(f,rpm)是一个数字矩阵，代表电驱动总成阶次啸叫噪声能量在频率f、电机转速rpm两个维度上的联合分布；其中，f是汽车加速过程中车内噪声信号x(t)跟踪电机转速信号T1(t)做傅里叶变换后的离散频率点，rpm是离散的转速点；根据噪声功率谱密度矩阵Pxx(f,rpm)得到电机阶次噪声L1(rpm)作为评估对象；
2)基于卡尔曼滤波器算法对汽车加速过程中车内的噪声信号x(t)、电机转速信号T1(t)进行该阶次滤波处理,获得滤波后车内阶次啸叫噪声信号y(t)；
3)滤波后车内阶次啸叫噪声信号y(t)跟踪电机转速信号T1(t)进行傅里叶变换，得到滤波后噪声功率谱密度矩阵Pyy(f,rpm)，Pyy(f,rpm)代表车内噪声能量在频率f、电机转速rpm两个维度上的联合分布；
4)根据心理声学临界频带理论，利用步骤3)中的Pyy(f,rpm)计算不同中心频率对应临界带宽噪声能量，获得临界带宽背景噪声功率谱密度矩阵Pyy(Bark,rpm),式中Bark等于一个临界频带的宽度；
5)在Pyy(Bark,rpm)矩阵中提取该阶次临界带宽背景噪声，对上述阶次临界带宽背景噪声进行A计权得到L2(rpm)，并根据阶次所处阶次范围进行相应的噪声幅值调整，获得该阶次噪声评价标准线Lstandard(rpm)；
6)对比阶次噪声评价标准线Lstandard(rpm)和阶次噪声L1(rpm)，若阶次噪声L1(rpm)超出阶次噪声评价标准线Lstandard(rpm)，则认为该噪声可被车内人员所感知，且感知程度与噪声超出量成正比。
步骤2)中，基于卡尔曼滤波器算法对汽车加速过程中车内的噪声信号x(t)、电机转速信号T1(t)进行该阶次滤波处理的方法为：利用卡尔曼滤波器选取所述阶次采用0.2阶次带宽对噪声进行衰减，优选为-40dB衰减。
步骤4)中，结合“Bark-f”关系绘制该阶次临界带宽背景噪声功率谱密度矩阵Pyy(Bark,rpm)；
步骤4)中，Bark与频率f的关系为：当频率f＜500Hz时，1Bark＝f/100，临界带宽恒定为100Hz；当频率f＞500Hz时，1Bark＝4log(f/100)，临界带宽随中心频率的升高而增加，约为中心频率的20％。
步骤5)中在Pyy(Bark,rpm)矩阵中提取该阶次临界带宽背景噪声的步骤为：
首先，确定所述阶次分析转速范围，并根据阶次与转速和频率的比例关系获取相应的频率范围；
其次，根据bark与频率关系，在Pyy(Bark,rpm)矩阵中提取该阶次临界带宽背景噪声。
步骤5)中对阶次临界带宽背景噪声进行A计权的公式为：
Figure BDA0003994172060000031
其中，f1＝20.60Hz，f2＝107.7Hz，f3＝737.9Hz，f4＝12194Hz，A1000是以分贝表示的归一化常数，相应于在1kHz提供0dB频率计权所需的增益，修约到最近的0.001dB则有A1000＝-2.000dB(A)。
步骤5)中，所述阶次范围为：
电机及减速器低阶次范围为＜10；
电机及减速器中间阶次范围为10-25；
电机及减速器高阶次范围为＞25。
步骤5)中，阶次所处阶次范围对应的调整噪声幅值为：
电机及减速器低阶次对应的调整噪声幅值为+3dB；
电机及减速器中间阶次对应的调整噪声幅值为+0～-3dB；
电机及减速器高阶次对应的调整噪声幅值为-3dB。
步骤1)中，根据噪声功率谱密度矩阵Pxx(f,rpm)绘制colormap，以0.125倍带宽、A计权计算电机阶次噪声L1(rpm)作为评估对象。
本发明的有益效果在于：
将阶次噪声评价标准线Lstandard(rpm)和阶次噪声L1(rpm)进行对比，可准确评价新能源汽车啸叫噪声，真实反应“频率-噪声-主观感受”关系；
基于心理声学掩蔽效应，提出旋转机械阶次啸叫评价方法，使阶次啸叫评价客观化，解决了主观评价活动中的人主观性对评价结果的影响；
提出针对不同阶次范围进行幅值调整策略，可使评价更准确。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是新能源电动汽车啸叫噪声评价方法的流程图；
图2是车内噪声功率频谱图；
图3是车内减速器阶次噪声；
图4是卡尔曼阶次滤波处理噪声频谱图；
图5是背景噪声临界频带噪声频谱图；
图6是减速器阶次噪声与评价标准曲线对比图；
图7是中心频率与临界宽度的关系。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参见图1，一种新能源电动汽车啸叫噪声评价方法，其包括如下步骤：
1)信号采集：在符合相关法规条件下的室外测试场进行整车噪声测试，车辆状况良好；在驾驶员右耳处布置麦克风；车辆按照全油门工况进行加速行使，使用专业的采集设备记录加速过程中噪声信号x(t)、电机转速信号T1(t)；
2)汽车加速过程中车内噪声信号x(t)跟踪电机转速信号T1(t)进行傅里叶变换，得到阶次啸叫噪声功率谱密度矩阵Pxx(f,rpm)；Pxx(f,rpm)是一个数字矩阵，代表电驱动总成阶次啸叫噪声能量在频率f、电机转速rpm两个维度上的联合分布；其中，f是汽车加速过程中车内噪声信号x(t)跟踪电机转速信号T1(t)做傅里叶变换后的离散频率点，rpm是离散的转速点；根据噪声功率谱密度矩阵Pxx(f,rpm)绘制本领域的常用的colormap，如图2所示；以0.125倍阶次带宽、A计权计算电机阶次噪声L1(rpm)作为评估对象，如图3所示；
3)基于卡尔曼滤波器算法对汽车加速过程中车内的噪声信号x(t)、电机转速信号T1(t)进行该阶次滤波处理,设定滤波器带宽参数α％，且α＝2，得到车内阶次啸叫噪声信号y(t)；
其中，基于卡尔曼滤波器算法对汽车加速过程中车内的噪声信号x(t)、电机转速信号T1(t)进行该阶次滤波处理的方法为：利用卡尔曼滤波器选取所述阶次采用0.2阶次带宽对噪声进行-40dB衰减，获得滤波后车内阶次啸叫噪声信号y(t)；
4)滤波后车内阶次啸叫噪声信号y(t)跟踪电机转速信号T1(t)进行傅里叶变换，得到滤波后噪声功率谱密度矩阵Pyy(f,rpm)，如图4所示，Pyy(f,rpm)代表车内噪声能量在频率f、电机转速rpm两个维度上的联合分布；
5)根据心理声学临界频带理论，利用步骤4)中的Pyy(f,rpm)计算不同中心频率对应临界带宽噪声能量，如图7所示，获得临界带宽背景噪声功率谱密度矩阵Pyy(Bark,rpm),式中Bark等于一个临界频带的宽度；结合“Bark-f”关系绘制该阶次临界带宽背景噪声功率谱密度矩阵Pyy(Bark,rpm)，如图5所示；
其中，“Bark-f”(Bark与频率f)的关系为：当频率f＜500Hz时，1Bark＝f/100，临界带宽恒定为100Hz；当频率f＞500Hz时，1Bark＝4log(f/100)，临界带宽随中心频率的升高而增加，为中心频率的20％；
不同中心频率对应的临界带宽噪声能量见表1。
表1
临界频带级 中心频率(Hz) 临界带宽(Hz) 截至频率(Hz)
20
1 50 80 100
2 150 100 200
3 250 100 300
4 350 100 400
5 450 110 510
6 570 120 630
7 700 140 770
8 840 150 920
9 1000 160 1080
10 1170 190 1270
11 1370 210 1480
12 1600 240 1720
13 1850 280 2000
14 2150 320 2320
15 2500 380 2700
16 2900 450 3150
17 3400 550 3700
18 4000 700 4400
19 4800 900 5300
20 5800 1100 6400
21 7000 1300 7700
22 8500 1800 9500
23 10500 2500 12000
24 13500 3500 15500
6)在Pyy(Bark，rpm)矩阵中提取该阶次临界带宽背景噪声，对上述阶次临界带宽背景噪声进行A计权得到L2(rpm)，并根据阶次所处阶次范围进行相应的噪声幅值调整，获得该阶次噪声评价标准线Lstandard(rpm)，见表2；
Figure BDA0003994172060000061
Figure BDA0003994172060000071
在Pyy(Bark,rpm)矩阵中提取该阶次临界带宽背景噪声的步骤为：首先，确定所述阶次分析转速范围，并根据阶次与转速和频率的比例关系获取相应的频率范围；其次，根据bark与频率关系，在Pyy(Bark,rpm)矩阵中提取该阶次临界带宽背景噪声；
对阶次临界带宽背景噪声进行A计权的公式为：
Figure BDA0003994172060000072
其中，f1＝20.60Hz，f2＝107.7Hz，f3＝737.9Hz，f4＝12194Hz，A1000是以分贝表示的归一化常数，相应于在1kHz提供0dB频率计权所需的增益，修约到最近的0.001dB则有A1000＝-2.000dB(A)；
阶次范围及所对应的调整噪声幅值为：
电机及减速器低阶次范围为＜10，对应的调整噪声幅值为+3dB；
电机及减速器中间阶次范围为10-25，对应的调整噪声幅值为+0～-3dB；
电机及减速器高阶次范围为＞25，对应的调整噪声幅值为-3dB；
7)对比阶次噪声评价标准线Lstandard(rpm)和阶次噪声L1(rpm)，如图6所示；若阶次噪声L1(rpm)超出阶次噪声评价标准线Lstandard(rpm)，则认为该噪声可被车内人员所感知，且感知程度与噪声超出量成正比。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种新能源电动汽车啸叫噪声评价方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)汽车加速过程中车内噪声信号x(t)跟踪电机转速信号T1(t)进行傅里叶变换，得到噪声功率谱密度矩阵Pxx(f,rpm)；其中，f是汽车加速过程中车内噪声信号x(t)跟踪电机转速信号T1(t)做傅里叶变换后的离散频率点，rpm是离散的转速点；根据噪声功率谱密度矩阵Pxx(f,rpm)得到电机阶次噪声L1(rpm)作为评估对象；
2)基于卡尔曼滤波器算法对汽车加速过程中车内的噪声信号x(t)、电机转速信号T1(t)进行该阶次滤波处理,获得滤波后车内阶次啸叫噪声信号y(t)；
3)滤波后车内阶次啸叫噪声信号y(t)跟踪电机转速信号T1(t)进行傅里叶变换，得到滤波后噪声功率谱密度矩阵Pyy(f,rpm)；
4)根据心理声学临界频带理论，利用步骤3)中的Pyy(f,rpm)计算不同中心频率对应临界带宽噪声能量，获得临界带宽背景噪声功率谱密度矩阵Pyy(Bark,rpm),式中，Bark等于一个临界频带的宽度；
5)在Pyy(Bark,rpm)矩阵中提取该阶次临界带宽背景噪声，对上述阶次临界带宽背景噪声进行A计权得到L2(rpm)，并根据阶次所处阶次范围进行相应的噪声幅值调整，获得该阶次噪声评价标准线Lstandard(rpm)；
6)对比阶次噪声评价标准线Lstandard(rpm)和阶次噪声L1(rpm)，若阶次噪声L1(rpm)超出阶次噪声评价标准线Lstandard(rpm)，则认为该噪声可被车内人员所感知，且感知程度与噪声超出量成正比。
2.根据权利要求1所述的新能源电动汽车啸叫噪声评价方法，其特征在于：步骤2)中，基于卡尔曼滤波器算法对汽车加速过程中车内的噪声信号x(t)、电机转速信号T1(t)进行该阶次滤波处理的方法为：利用卡尔曼滤波器选取所述阶次采用0.2阶次带宽对噪声进行衰减。
3.根据权利要求2所述的新能源电动汽车啸叫噪声评价方法，其特征在于：利用卡尔曼滤波器选取所述阶次采用0.2阶次带宽对噪声进行-40dB衰减。
4.根据权利要求1所述的新能源电动汽车啸叫噪声评价方法，其特征在于：步骤4)中，利用步骤3)中的Pyy(f,rpm)计算不同中心频率对应临界带宽噪声能量，获得临界带宽背景噪声功率谱密度矩阵Pyy(Bark,rpm)的方法为：结合“Bark-f”关系绘制该阶次临界带宽背景噪声功率谱密度矩阵Pyy(Bark,rpm)。
5.根据权利要求4所述的新能源电动汽车啸叫噪声评价方法，其特征在于：Bark与频率f的关系为：当频率f＜500Hz时，1Bark＝f/100，临界带宽恒定为100Hz；当频率f＞500Hz时，1Bark＝4log(f/100)，临界带宽随中心频率的升高而增加，为中心频率的20％。
6.根据权利要求1所述的新能源电动汽车啸叫噪声评价方法，其特征在于：步骤5)中在Pyy(Bark,rpm)矩阵中提取该阶次临界带宽背景噪声的步骤为：
首先，确定所述阶次分析转速范围，并根据阶次与转速和频率的比例关系获取相应的频率范围；
其次，根据bark与频率关系，在Pyy(Bark,rpm)矩阵中提取该阶次临界带宽背景噪声。
7.根据权利要求1所述的新能源电动汽车啸叫噪声评价方法，其特征在于：步骤5)中对阶次临界带宽背景噪声进行A计权的公式为：
Figure FDA0003994172050000021
其中，f1＝20.60Hz，f2＝107.7Hz，f3＝737.9Hz，f4＝12194Hz，A1000是以分贝表示的归一化常数，相应于在1kHz提供0dB频率计权所需的增益，修约到最近的0.001dB则有A1000＝-2.000dB(A)。
8.根据权利要求1所述的新能源电动汽车啸叫噪声评价方法，其特征在于：所述阶次范围为：
电机及减速器低阶次范围为＜10；
电机及减速器中间阶次范围为10-25；
电机及减速器高阶次范围为＞25。
9.根据权利要求8所述的新能源电动汽车啸叫噪声评价方法，其特征在于：阶次所处阶次范围对应的调整噪声幅值为：
电机及减速器低阶次对应的调整噪声幅值为+3dB；
电机及减速器中间阶次对应的调整噪声幅值为+0～-3dB；
电机及减速器高阶次对应的调整噪声幅值为-3dB。
10.根据权利要求1所述的新能源电动汽车啸叫噪声评价方法，其特征在于：根据噪声功率谱密度矩阵Pxx(f,rpm)绘制colormap，以0.125倍带宽、A计权计算电机阶次噪声L1(rpm)作为评估对象。
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