基于偏相干分析的大型客车振动源识别试验研究＊

王建锋张维峰李平

（长安大学）

基于偏相干分析的大型客车振动源识别试验研究＊

王建锋张维峰李平

（长安大学）

针对某客车在实际运行和怠速工况下振动较大的问题，采用偏相干分析方法进行了理论分析和试验研究。介绍了偏相干分析的基本原理和计算方法，编制了计算程序。在该车辆的发动机前悬置上下侧、发动机后悬置上下侧、变速器悬置左右侧和最后排座椅地板等处设置了6个测点，通过对6个测点数据的偏相干分析，找出了发动机前悬置振动是该客车在怠速工况下地板振动较大的主要振源，为实际降振提供了理论依据。

1 前言

降低车辆振动和噪声是近几年车辆领域研究的热点，车辆减振通常从降低振源振动、衰减振动传递两方面来实现，而找出振源是实现减振的关键。

大型客车运转部件较多，相应的噪声源也较多，而且各主要噪声源之间具有相关性。对于耦合的多振源系统，偏相干技术可以排除振源之间的相互影响，并判定响应点振动与各独立振源之间的相关程度，所以偏相干分析更适合用于大型客车的振动源识别。

从国内外研究现状可知，偏相干分析和应用主要以识别声源为主，而对振动源识别的研究和应用较少[1，2]。为此，以某大型客车为例，应用偏相干技术进行整车振动源识别的试验研究。

2 偏相干分析

2.1 偏相干分析模型

偏相干分析方法是建立在常相干分析理论基础之上的，常相干分析只适用于单输入/单输出系统或是彼此之间不相关的多输入/单输出系统，而对于彼此相关的多输入/多输出问题，常相干分析方法不再适用[2]。在实际的车辆振动系统中，振动源往往是非独立的，具有一定的相关性，所以采用相关法进行噪声源识别误差非常大，甚至结果不可信[3]。偏相干分析能够将信号中与其它信号相干的部分去掉，计算剩余信号对输出信号产生的影响，因此，对于多输入相干振动源识别问题，偏相干分析是一种有效的识别手段。

应用偏相干分析方法识别振动源问题可以转化为一个多输入/单输出系统的相干问题。各输入与输出的相干程度即相干值越大说明输入对输出的贡献越大，表明该输入是输出的主要来源。当各输入之间相互独立，即没有相干性时，其分析模型如图1所示，图1中，xi（t）（i=1，2，···r）为r个输入；Hi（f）为各输入的频响函数；y（t）是理论预计线性输出vi（t）与模型所有偏差n（t）的和，即系统的输出。

图1 所示模型对相干振源的识别只能进行定性研究，不能定量分析。为了对相干振源进行定量识别，对图1所示模型进行了修改，建立了如图2所示的相干输入下的振源识别模型。图2中，Xi为输入信号xi的傅里叶变换，Y为输出信号y（t）的傅里叶变换，Liy为频响函数，N为外界干扰信号。Xi（i-1）！表示X1，X2，···Xi-1条件下的Xi，即从Xi中去掉与X1，X2，···Xi-1相干部分的影响。

2.2 偏相干计算流程

利用图2所示模型，通过条件功率谱和偏相干函数进行振源识别的计算分析。为减小计算量，采用迭代方法进行偏相干函数计算。偏相干函数计算式为：

按照式（1）和式（2），通过迭代计算就可获得多输入系统中相关振源的偏相干函数[5，6]，具体计算流程如图3所示。在获得偏相干函数后即可由此分析主要振动源及各振源对输出的贡献量。

3 大型客车振动源识别试验

3.1 试验样车

以某大型客车（公交车）为试验样车，该样车采用柴油-电动混合动力驱动，发动机后置，车身为非承载式，悬架为空气悬架。客车总长为11.99 m，最大质量为18 000 kg，轴距为6 000 mm，最大功率为165 kW，最大转矩为850 N·m。

3.2 试验方案

由于试验样车在运行和怠速情况下整车振动尤其是地板振动较大，所以初步判断其振动是由动力系统产生，需要研究各主要动力总成与地板之间的振动传递关系。因此，试验主要测试发动机悬置、变速器支撑等主要动力系统与地板振动之间的定量关系。

试验时，在变速器支撑点两侧、发动机前悬置两侧、发动机后悬置两侧各布置2个加速度传感器，在最后一排座椅地板上布置1个加速度传感器，具体布置位置（圆圈所示）如图4所示。

在车辆怠速工况下，使发动机转速从600 r/min增加到800 r/min，每增加50 r/min进行1次测量，共测量5次。每次测试过程中，利用转速测试仪监测测试车辆的转速变化，当转速稳定至预定转速时，开始记录各测点处的振动加速度信号。

3.3 试验分析

虽然被测试车辆的橡胶悬置是非线性系统，而偏相干分析只适用于线性系统，但车辆在稳定的怠速转速下的发动机悬置和车辆系统是一个弱线性系统，其激励是平稳正态的随机过程，根据相关理论，可以将该系统按线性系统分析[5]。

由于在怠速工况下试验样车的振动主要由车辆的动力总成产生，因此可采用最后排座椅地板处的振动代替整车的地板振动，这样整车振动识别问题就转化为以多种动力总成振动为输入、地板振动为输出的偏相干分析问题，即将车身和车架视为振动系统，将发动机悬置、变速器支撑点作为振动激励点，将振动强度最大的最后排座椅地板处作为振动响应输出点，利用偏相干分析方法对其进行分析，以识别出主要振动源。本文只给出转速为750 r/min时的分析结果，在该转速下，各测点的加速度测量值如图5～图8所示，图中只给出了测量时域历程中20～24 s的数据，并以这些数据进行相干分析。

按照前述的偏相干分析方法和计算流程，计算获得在750 r/min下，发动机悬置、变速器支撑点各测点与最后排座椅地板处的偏相干函数曲线，如图9～图11所示。

从图9～图11可看出，测试样车在750 r/min怠速工况下，发动机、变速器各测点与最后排座椅地板处的偏相干系数在100 Hz以下时较大，各测点的偏相干函数曲线在37.3 Hz附近出现峰值，在该频率处发动机悬置的偏相干系数最大，约为0.8，变速器支撑点的偏相干系数最小，约为0.3。

图12为该客车在750 r/min怠速时，各测点与最后排座椅地板测点之间的最大偏相干系数的排序，偏相干系数越大说明该测点对地板振动的贡献越大，即为最主要的振源。

由图12可看出，发动机悬置与最后排座椅地板处的相关程度最大，可以确定车辆地板的振动主要是由发动机激励的振动通过其悬置传递到后排座椅地板处而产生的，即发动机前悬置是地板振动的主要振动源。

其它怠速转速下的试验结果见表1。由表1可知，在5种怠速转速下，发动机前悬置与最后排座椅地板处的偏相干系数都较大，因此可进一步确定发动机前悬置是怠速工况下地板振动的主要振动源。

4 结束语

针对某大型客车在实际运行和怠速运行中振动较大的问题，采用偏相干分析方法进行试验研究。建立大型客车多输入/单输出振动源识别模型，编制偏相干计算程序，对该车辆的6个测点与后排座椅地板之间分别进行偏相干分析，定量给出了各测点对整车振动的贡献量，找出了该客车在怠速工况下地板振动的主要振动源，为进一步减振降噪提供了理论基础。

1赵海澜，汪鸿振.偏相干分析识别噪声源的计算.噪声与振动控制，2005（8）:31～33.

2万泉，蒋伟康.用于循环平稳信号分析的偏相干方法.机械工程学报.2005，41（7）:174～179.

3Wu Xudong，Zuo Shuguang，LeiLei.Simulation of suspensiontire system model based on rear axle of twist beam.Applied Mechanics and Materials，2010，34-35:1906-1910.

4Lee Jin-Hyeon，Yang Seung-Han.Statistical Optimization and Assessment of a Thermal Error Model for CNC Machine Tools.International Journal of Machine Tools&Manufacture，2002，42（1）:147～155.

5余桐奎.基于多输入/输出模型的噪声源分离：[学位论文].哈尔滨:哈尔滨工程大学，2009.

6李学军，李萍，褚福磊.基于相关函数的多振动信号数据融合方法.振动、测试与诊断，2009，29（2）:179～183.

（责任编辑文楫）

修改稿收到日期为2013年9月2日。

Experimental Study on Vibration Sources Identification for Large Bus Based on Partial Coherence Analysis

Wang Jianfeng1，2，Zhang Weifeng1，Li Ping2
（Chang′an University）

To identify sources of excessive vibration of a large-sized bus in practical operation and idling conditions，theoretical analysis and experimental study are carried out with partial coherence analysis method.The fundamental principles and calculation method are introduced and calculation procedure is programmed.Six measuring points are set at both sides of engine front mounting，both sides of engine rear mounting，both sides of transmission mounting and underfloor at the rearmost row seat.Through partial coherence analysis of the data obtained at the six measuring points，we identify that vibration from engine front mounting is the main source of the excessive vibration of bus underfloor in idling conditions，this provides theoretical basis for the reduction of vehicle vibration.

Large bus,Vibration sources identification,Partial coherence analysis

客车振动源识别偏相干分析

U467.4+92

：A文献标识码：1000-3703（2014）02-0036-04

陕西省自然科学基金项目(2012JQ7030);中央高校基本科研业务费专项资金（CHD2011JC147）。