中小功率柴油发动机振声源识别技术研究

摘要

中小功率柴油发动机在我国发动机工业中占有重要地位，具有产销量大和配套面广的特点，而振动和噪声是影响其推广应用的最主要因素之一。随着中小功率柴油机结构设计的轻量化，功率和转速在不断提高，振动和噪声问题却日趋突出，减小柴油机振动和降低柴油机噪声，满足用户需求，已成为中小型柴油机生产企业新形势下的迫切任务。要有效地控制柴油机的振动和噪声，首先必须对柴油机主要的振动与噪声源进行准确地识别。因此，开展中小功率柴油发动机振声源识别技术的研究对柴油机振动与噪声控制具有重要的理论意义和工程实用价值。
　　通过总结分析不同的识别技术，本文对中小功率柴油发动机表面辐射噪声源、内部激励噪声源、动力总成异振源和异响源以及动力总成异振和异响的结构系统的固有特性进行了系统的识别研究。本文研究的主要内容归纳如下：
　　(1)建立了近场声压与表面振速联合信息法，综合了近场声压阵面扫描法和基于平板理想化的表面振速法的识别优点，进行了某单缸柴油机的表面辐射噪声源识别的联合信息法研究。首先，利用近场声压阵面扫描快速定位了标定工况下主要辐射表面的主要辐射部件；再基于平板结构的辐射模型，研究分析了主要辐射部件的声辐射能力；然后，在综合考虑声辐射系数影响因素基础上，识别分析了主要辐射部件的声振特性，与传统方法相比提高了识别精度；再结合隔声法深入地识别了主要辐射部件结构噪声中的主要噪声源；最后，对建立方法识别结果进行了降噪试验验证。
　　(2)提出了JWSmICA的四阶累积量技术，新技术融合了单缸熄火试验法、基于独立分量分析的盲分离技术以及连续小波变换的谱分析技术的识别优势，进行了某V型双缸柴油机内部激励噪声源的识别研究。首先，利用单缸熄火法分离了不同工况下燃烧噪声和机械噪声，识别分析了在工作工况下燃烧噪声和机械噪声的辐射频谱特性；然后，在识别燃烧噪声和机械噪声的主要传递路径基础上，盲分离了燃烧激励响应和机械激励响应，结合单缸熄火与ICA识别结果，找到了主要机械激励源与燃烧激励源；再进一步建立了主要激励源响应与内部激励噪声源的双输入单输出模型，研究了两者之间在时频空间的相关特性；最后，对提出新技术识别结果进行了内部激励噪声源控制试验验证。
　　(3)发展了一种改进的HHT新技术，新技术以EMD方法的改进方法EEMD方法为核心，其中包括参数获取及二次后处理方法，进行了某SUV车柴油机动力总成异振源以及某叉车柴油机动力总成前端异响源的识别研究。首先，基于加入白噪声的自适应准则和时延相关的相似系数判别准则，对操纵手柄在整车加速和等速工况下的异振信号以及齿轮室总成在柴油机等速工况下的异响信号进行了EEMD自适应分解，降低了模式混叠对分解的影响，获得了异常信号的主要本征模分量；然后，利用希尔伯特谱分析方法提取了主要本征模分量的时频局部化特征，提高了时间和频率分辨率，有效地识别了异振源和异响源；最后，通过整车定置激振试验验证了改进的HHT新技术识别结果的准确性。
　　(4)给出了改进脉冲激振法与有限元计算模态分析法相结合的方法，其中改进脉冲激振法通过利用变时基技术提高了激励力脉冲信号测量精度，从而提高了试验模态分析精度。应用给出方法进行了不同条件下柴油机动力总成的固有特性识别研究，在识别其薄弱环节基础上并进行了改进设计结构，消除了异振源。采用基于试验与数值计算相结合的方法进行了装配叉车齿轮室总成的固有特性识别研究，分析比较了基本型齿轮室总成与装配叉车齿轮室总成的固有特性，在识别其薄弱环节基础上进行了改进，消除了异响源。
　　综上所述，本文较系统地研究了中小功率柴油发动机振声源识别技术，研究结果有利于完善柴油机振声源识别技术，有利于指导柴油机的低噪声改进设计。

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注释表

缩略语表

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 柴油机主要振声源及其控制措施

1.3 柴油机表面辐射噪声源的识别方法

1.4 柴油机内部激励噪声源的识别方法

1.5 本文的主要研究工作及内容安排

第二章 柴油机表面辐射噪声源识别的联合信息法研究

2.1 引言

2.2 近场声压与表面振速联合信息法的建立

2.3 近场声压与表面振速联合信息法在柴油机表面辐射噪声源的识别

2.4 基于联合新方法的单缸柴油机表面辐射噪声的控制

2.5 本章小结

第三章 柴油机燃烧噪声和机械噪声及其激励源响应的识别研究

3.1 引言

3.2 基于独立分量分析的盲分离技术

3.3 基于连续小波变换的谱分析技术

3.4 JWSmICA的四阶累积量技术的提出与仿真考核

3.5 基于新技术的柴油机燃烧噪声和机械噪声的分析

3.6 基于新技术的V型双缸柴油机燃烧噪声和机械噪声的控制

3.7 本章小结

第四章 柴油机动力总成异振源和异响源的识别研究

4.1 引言

4.2 基于EEMD方法的HHT技术改进

4.3 基于新技术的柴油机动力总成异振源识别

4.4 改进的HHT新技术识别动力总成前端异响源

4.5 本章小结

第五章 动力总成异振和异响的结构系统的固有特性识别研究

5.1 引言

5.2 基于提高激励力脉冲信号测量精度的改进脉冲激振法

5.3 柴油机动力总成的固有特性识别研究

5.4 柴油机动力总成前端齿轮室总成的固有特性识别研究

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 本文主要工作

6.2 本文的创新点

6.3 下一步研究工作展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文