工程机械声品质研究进展综述.pdf

第期(总第 期)年月机 械 工 程 与 自 动 化ME CHAN I C A LE N G I N E E R I N G&AUT OMA T I ONN o A u g 文章编号:()工程机械声品质研究进展综述范宏誉,胡西安(龙工(上海)机械制造有限公司,上海 ;太原科技大学,山西太原 )摘要:工程机械是国家经济建设不可或缺的重大装备,也是我国装备制造业的重点产业,对国家基础设施建设起着重要作用.然而,工程机械在施工作业时引发的噪声污染问题日益严重,其噪声导致的驾乘人员听力系统受损等问题也日益突出.随着环保法规的完善和人们生活水平的提高,人们对工程机械声学品质的要求也日渐提高,不仅要求其噪声能满足(声压级)要求,而且还要求其声学特性具有良好的听觉感受.然而,目前,工程机械声品质研究尚处于探索阶段,还未形成统一完善的研究理论和评价方法.通过查阅相关文献,对工程机械噪声限值国内外标准、声品质研究理论、评价方法和预测模型等方面进行了梳理和分析,从而为高品质工程机械产品的研发提供借鉴和参考.关键词:工程机械;声品质;噪声中图分类号:T B 文献标识码:A山西省基础研究计划项目()收稿日期:;修订日期:作者简介:范宏誉(),男,山西大同人,工程师,本科,主要从事装载机整机及核心技术研究.引言众所周知,工程机械在国家经济建设和社会生产中扮演着越来越重要的角色.然而,工程机械在施工和作业中引发的噪声污染问题日益严重,其噪声导致的驾乘人员听力系统受损、听力下降甚至耳聋等问题也日益突出,故其噪声问题已成为影响人们身心健康和生活品质的重要因素.随着环保法规的日渐完善和人们生活水平的不断提高,人们对工程机械声学品质的要求越来越高,不仅要求其工作噪声能满足噪声法规(声压级)要求,而且还希望其声学特性具有良好的听觉舒适性.我国在工程机械行业噪声防治方面出台了一系列法律法规,相关技术人员对工程机械噪声标准进行了多次讨论研究,且要求越来越严格.因此,对工程机械的声品质特性研究越来越受到人们的关注,其性能的好坏和水平的高低已成为衡量工程机械整机品质的重要指标.然而,工程机械声品质研究尚处于探索起步阶段,目前尚未形成统一完善的研究理论和评价方法.为了便于工程机械产品的研发,本文对国内外工程机械的噪声限值标准、声品质研究现状和工程机械声品质研究现状开展了文献调研和现状分析,以期对我国工程机械声品质研究及产品研发提供参考.噪声标准及限值修订趋势 国内外噪声标准国产工程机械产品在进入欧洲市场之前必须获得C E证书,该证书包含工程机械产品噪声的两个连续标准,其中对驾驶员位置噪声和机外辐射噪声限值做出了明确规定.我国国家标准G B 土方机械 噪声限值 规定了发动机净功率P kW的装载机噪声限值一阶段应小于 d B,二阶段小于 d B;对于净功率P在 kW kW之间的装载机噪声限值一阶段应小于(l gP)d B,二阶段小于(l gP)d B;对于司机位置处噪声限值规定一阶段应小于 d B,二阶段应小于 d B(其中一阶段 年起实施,二阶段 年起实施).G B/T 土方机械 声功率级的测定 定置试验条件、G B/T 土方机械 司机位置发射声压级的测定定置试验条件、G B/T 土方机械 声功率级的测定 动态试验条件、G B/T 土方机械 司机位置发射声压级的测定 动态试验条件 规定了司机位置以及机外位置的动态静态试验方案.I S O标准 :规定了司机位置处的噪声不宜超过 d B(A);美国矿业安全与健康管理局(M S HA)规定司机位置处噪声应低于 d B(A);欧盟机械指令 /E和欧洲标准E N :要求司机位置噪声低于 d B(A),而国际工程机械标杆企业卡特彼勒的司机位置噪声限值设定为 d B(A).由此可见,目前我国的土方机械噪声限值要求低于国际标准.国内外噪声限值修订趋势在 年月 日全国土方机械标准化技术委员会组织召开的“土方机械噪声标准工作组成立暨启动会议”上,来自徐工、柳工、三一、中联、临工、山推等国内企业代表结合秘书处提出的噪声限值修订思路,根据自身企业产品实际情况发表了各自的意见和建议;来自卡特彼勒、沃尔沃、住友和斗山等外资企业的工作组成员也分享了国外土方机械产品的相关噪声要求;中机科和天工院检测中心等检测机构的参会专家阐述了标准修订的必要性,并给出了标准修订的具体建议.工程机械的噪声控制趋于更为严格,噪声限值也将再次降低,司机位置处的噪声也将获得更大关注.国内外声品质研究现状国内外车辆音质评价的基本流程见图.首先确定评价目标,再选择评价人员、试验样车;然后选择评价环境进行声信号采集、对采集到的声信号处理后确定相应的评价方法;最后进行主观评价,以进行数据的处理和分析.图声品质主观评价流程 国内研究现状目前国内研究人员主要通过驾驶室、整车和壳体结构三方面对工程机械的声品质进行研究,结合理论、仿真以及实验等手段使其满足相关需求.薛飞使用实验和有限元模型,结合封闭声腔系统,对驾驶室声品质测试和评价方法进行研究,建立了声品质主客观评价模型.刘宁宁设计了汽车车内的噪声采集系统,通过对现有的主观评价方法归纳总结,对不同车辆不同位置处噪声进行归类,从而采用不同的主观评价方法对其进行评价.郝天一等以 辆国内典型的电动汽车车内驾驶侧噪声为输入,使用基于核函数的主成分分析方法,对比分析不同核函数及核函数的参数对特征提取准确性的影响,通过对控制变量取优的方式确定使用高斯径向基核函数提取电动汽车车内声品质客观评价特征,并成功将维特征降低至维,得到影响电动汽车车内声品质的个主要客观参量依次为语音清晰度、A计权声压级、粗糙度和音调度.张强等通过开展整车噪声测试和分析,针对在行驶工况下某纯电动装载机车内噪声较大问题,确认主要因素为电机啸叫.再结合整车电机振动噪声测试和台架测试结果,判断电机的薄壁件噪声是导致啸叫的主要原因.针对噪声产生原因,通过电机壳体结构优化和电机控制策略优化对其进行改善.冯慧杰对掘进机驾驶室减振降噪进行了调查研究,分析了国内外掘进机驾驶室隔振座椅系统的发展现状,概括了掘进机驾驶室的减振降噪实验方案和舒适性评价方法.苏俊收等通过对某型号工程车辆驾驶室进行噪声控制,并对驾驶室声信号进行一系列主观分析,对比方案改进前后的噪声值,以证明采取的降噪措施达到了噪声控制效果.国外研究现状K i m等 针对一种车型的内部噪声问题,基于声学结构响应,设计了一种新型的降噪方法.P a r k等 采用高阶次主成分研究方法,对一种个性化发动机声音系统进行开发,定义了种阶次组并设置各组量级,获得动力型、运动型和极限型种音效.C h a p p e l l等 使用时域边界元法对封闭轴对称三维物体的瞬态声辐射进行建模.N y k a e n e n等 记录了几个不同品牌的九辆车的电动车窗声音,并对名试受者进行访谈,找出潜在客户在听电动车窗时可能关注声音的哪些方面,并引出合适的语言属性来描述这些方面.R y uS e o k h o o n等 在封闭空间内实现了一个基于C o mm a n d F X LM S算法的有源声音分析(A S P)系统,该A S P系统设计了用于跟踪预定义的R PM目标信号,以主动减少和增强来自旋转机械的干扰信号.J e n n i n g sPA等 回顾了过去几年的研究工作,重点回顾了对汽车声品质的基本知识的理解,以及人们如何对他们的汽车的声音质量做出判断;并对声音质量的重要性进行了解释,概述了它在传达产品质量印象中所起的作用.目前已形成一部分的主观评价特性指标,以及将这些特性的某几个组合在一起形成的声品质综合评价指标.工程机械的声品质研究现状 工程机械噪声源工程机械由多个系统 组成,每个系统分别涵盖多个零件,故其噪声来源众多.以装载机为例,其噪声源如表所示.噪声信号的声品质研究是环境噪声一个新的研究领域,其研究成果在环境噪声、产品噪声等多项领域有着广泛的应用前景.表装载机噪声源噪声源描述特点机械噪声活塞、齿轮、配气机构、机体振动产生燃烧噪声燃料点火产生的冲击波冲击燃烧室壁产生通过机体向外传播空气动力噪声主要由进气和排气系统产生直接向大气辐射目前在噪声降低研究方面已取得了一系列成果,但多集中于乘用车,在工程机械领域中多关注噪声的大小,但对于其品质研究相对较少.对于工程机械而言,我国工程机械产品发展很快,但总体水平与发达国家相比仍然落后.主观评价方法的研究现状目前,对声品质的研究在家电、汽车等领域较为成机 械 工 程 与 自 动 化 年第期熟,而对于工程领域声品质提升的研究还处于起步阶段.福特汽车公司的C h a m p a g n e等 在 年使用成对比较法和语义分割法,主观评估了柴油发动机对卡车和轻型卡车的危害.奥地利的S c h i f f b n k e r等 提供了 个物理声源,系统地描述了声学属性,并将其归纳为类评价指标.年西北工业大学闫靓 采用声品质的常见评价方法,将“不愉悦度”作为整体感觉指标,提出以声品质常用评价感受为单项指标,以不愉悦度为综合指标的客观评价方法.杨春清 在匀速工况下,以乘用车驾驶员左右耳声音为样本,使评价主体将排序法和等级评分法相结合,从而得到声音样本的声品质主观评价值.客观评价方法的研究现状张常宾等 采用噪声与振动测试分析系统,提取高速动车组车内响度、尖锐度、粗糙度和抖动度等声品质客观参量进行客观评价分析方法的研究,分析高速动车组车内噪声试验测试数据,得出车内心理学客观参量随运行速度变化的分布规律.张广秀等 为获得影响乘用车声品质的主要参量,将K P C A特征提取方法与乘用车车内声品质特征提取方法相结合,选取了 个物理声学和心理声学特性作为乘用车车内声品质的客观评价指标.谢习华等 对定置工况下挖掘机驾驶室的声品质预测模型进行研究,运用成对比较法对试验采集到的耳旁噪声样本进行主观评价评分,建立了基于A计权声压级、响度、粗糙度、抖动度、尖锐度和语言清晰度指数A I等客观心理声学指标的预测模型.声品质预测模型研究现状施全等 针对某乘用变速器啸叫声品质进行了R B F神经网络预测与权重分析.胡腾等 利用多种工况下的电动汽车噪声信号,对这些信号进行了成对比较法评价,并建立了多元回归预测模型.宋文兵等 针对非稳态工况下的车内噪声声品质进行了研究,对采集到的噪声信号烦躁度指标进行主客观评价试验,得到非稳态工况下车内噪声的声品质特性;使用主成分分析法对客观参数进行降维处理,得到维数据集;将经过主成分分析后的数据作为输入,烦躁度值作为输出,建立了基于主成分分析最小二乘支持向量机算法的声品质预测模型.总体来说,上述方法中采用人工神经网络的方法建立声品质偏好性和声品质烦躁度的B P神经网络预测模型的精度和性能都优于多元线性回归模型,但是相对于神经网络预测模型,回归模型在分析多因素模型时更加简单和方便.总结目前关于工程机械装载机的声品质研究已有一些实质化的成果.例如主观评价方面有排序法、等级打分法、成对比较法和语义细分法等;预测方法有多元线性回归分析、B P神经网络方法、R B F神经网络预测模型以及基于主成分分析最小二乘支持向量机算法的声品质预测模型等.然而也存在一些问题有待于进一步解决.首先,对声品质研究在家电、乘用车领域较为成熟,关于装载机等工程机械的声品质研究较少;其次,由于各国的文化、语言、评价个体等存在差异,故比较难以形成合理统一的评价标准.我国关于声品质研究起步较晚,目前工程机械声品质研究尚处于初级阶段,并没有完整的评价体系.声品质研究的目的在于使用一种客观的方法更准确地反映人耳的听觉感受,而主观评价有多种弊端,很难有效准确地给出评价结果.综上所述,可以将主客观评价方法合理地结合起来取长补短,以得到更为准确的评价结果.参考文献:邵杰工程机械NVH综合控制技术研究J工程机械,():滕增挖掘机驾驶室结构噪声分析与控制的研究D扬州:扬州大学,:季 有昌工 程 机 械 整 机 降 噪 技 术 研 究 J机 械 制 造,():,薛飞工程机械驾驶室全局声振耦合特性分析与声品质评价研究D南京:东南大学,:刘宁宁车内噪声综合烦躁度主观评价方法研究D上海:上海工程技术大学,:郝天一,杨晋,刘海,等新能源电动汽车稳态工况车内声品质客观评价特征提取J噪声与振动控制,():张强,韦海,罗庆玉,等某型纯电动装载机电机噪声分析与优化J工程机械,():冯慧杰掘进机阻尼减振座椅特性研究D太原:太原科技大学,:苏俊收,耿彦波,张战文,等工程车辆驾驶室噪声控制及声品质客观评价J建筑机械,():,K i mSH,L e eJM,S u n gM H S t r u c t u r a l a c o u s t i cm o d a lc o u p l i n ga n a l y s i sa n da p p l i c a t i o nt on o i s er e d u c t i o ni nav e h i c l ep a s s e n g e rc o m p a r t m e n tJ J o u r n a lo fS o u n da n dV i b r a t i o n,():P a r kJM,E v e r s m a nW Ab o u n d a r ye l e m e n tm e t h o df o rp r o p a g a t i o no v e ra b s o r b i n g b o u n d a r i e sJ J o u r n a lo fS o u n da n dV i b r a t i o n,():C h a p p e l lDJ,H a r r i sPJ,H e n w o o d D,e ta l A s t a b l eb o u n d a r ye l e m e n tm e t h o df o rm o d e l i n gt r a n s i e n ta c o u s t i cr a d i a t i o nJ J o u r n a l o f t h e A c o u s t i c a l S o c i e t y o fAm e r i c a,():N y k a e n e nA,S i r k k aA S p e c i f i c a t i o no fc o m p o n e n ts o u n dq u a l i t ya p p l i e dt oa u t o m o b i l ep o w e rw i n d o w sJ A p p l i e dA c o u s t i c s,():R y uS,K i m J,L e e Y S A c t i v e s o u n d p r o f i l i n g o fn a r r o w b a n ds i g n a l sf o ri m p r o v i n gs o u n dq u a l i t yi na ne n c l o s e ds p a c eJ M u l t i m e d i aT o o l sa n d A p p l i c a t i o n s,:J e n n i n g sP A,D u n n e G,W i l l i a m s R,e ta l T o o l sa n dt e c h n i q u e s f o r u n d e r s t a n d i n g t h e f u n d a m e n t a l s o fa u t o m o t i v e s o u n d q u a l i t yJP r o c e e d i n g s o f t h eI n s t i t u t i o no f M e c h a n i c a lE n g i n e e r s,P a r tD:J o u r n a lo fA u t o m o b i l eE n g i n e e r i n g,():槐建坤工程机械噪声声源分析及降噪处理研究J内燃机与配件,():C h a m p a g n eAJ,S h i a uN M C o mm e r c i a lv a nd i e s e l i d l es o u n dq u a l i t yJ S A ET e c h n i c a lP a p e r,:(下转第 页)年第期范宏誉,等:工程机械声品质研究进展综述罗仕鉴,潘云鹤产品设计中的感性意象理论、技术与应用研究进展J机械工程学报,():罗仕鉴,朱上上用户和设计师的产品造型感性意象J机械工程学报,():罗仕鉴,朱上上浅谈用户和设计师的产品造型感性意象J广告大观,():N a g a m a c h iMK a n s e i e n g i n e e r i n g:A n e w e r g o n o m i cc o n s u m e r o r i e n t e dt e c h n o l o g yf o rp r o d u c td e v e l o p m e n tJ I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f I n d u s t r i a lE r g o n o m i c s,():罗仕鉴,朱上上,孙守迁,等产品造型设计中的用户知识与设计知识研究J中国机械工程,():E r i c s s o nKA,S i m o n H AP r o t o c o la n a l y s i s:V e r b a lr e p o r t sa sd a t aM S e c o n d E d i t i o n C a m b r i d g e:M I TP r e s s,D i s c u s s i o no nP a n e lD e s i g nB a s e do nP r o d u c tP e r c e p t u a l I m a g eT h e o r ya n dM e t h o dY U EX i a o y u n(S h a n x iD e s i g na n dR e s e a r c hI n s t i t u t eo fM e c h a n i c a l a n dE l e c t r i c a lE n g i n e e r i n gC o,L t d,T a i y u a n ,C h i n a)A b s t r a c t:W i t ht h ec o n t i n u o u sd e v e l o p m e n to f s o c i e t ya n dt h ec o n t i n u o u s i n n o v a t i o no f t e c h n o l o g y,p e o p l e sd e m a n df o rp r o d u c t s i sn o t l i m i t e dt ot h e f u n c t i o n a l r e q u i r e m e n t s,m o r ea n dm o r e i s t h ec o e x i s t e n c eo f f u n c t i o na n da p p e a r a n c e l e v e l o fd e m a n d P e r c e p t u a li m a g ed e s i g ni np r o d u c t i n d u s t r i a ld e s i g ni sa ni m p o r t a n t r e s e a r c hm e a n s,c o m b i n i n gp e r c e p t u a l i m a g et h e o r yw i t hp r o d u c td e s i g n,d e s i g n i n gp r o d u c t s i n l i n ew i t h t h ep u b l i c a e s t h e t i c,r e a l i z i n g t h e c o m b i n a t i o no f t h e o r ya n dp r a c t i c e,t om e e t t h en e e d s o f t h e s o c i e t y K e y w o r d s:p e r c e p t u a l i m a g e t h e o r y;f u n c t i o nd e s i g n;p a n e l(上接第 页)S c h i f f b n k e rH,B r a n d lFK,T h i e nGE D e v e l o p m e n t a n da p p l i c a t i o n o f a n e v a l u a t i o n t e c h n i q u e t o a s s e s s t h es u b j e c t i v e c h a r a c t e r o f e n g i n e n o i s eJ S A ET r a n s a c t i o n s,:闫靓低频噪声主观反应客观评价D西安:西北工业大学,:杨春清乘用车车内声品质主客观评价与分析方法研究D长春:吉林大学,:张常宾,刘岩,杨冰,等高速动车组车内声品质客观参量测试与分析J四川兵工学报,():张广秀,李文广,李维肖,等乘用车车内声品质客观评价特征提取方法研究J汽车技术,():谢习华,温富林,刘强挖掘机驾驶室声品质预测 研 究J工程机械,():施全,柳培海,郭栋,等变速器啸叫声品质的R B F神经网络预测与权重分析J振动与冲击,():,胡腾,陆益民电动汽车声品质的评价分析及建模J汽车技术,():宋文兵,左言言基于L S S VM的混合动力汽车车内声品质烦躁度预测J重庆理 工 大学 学报(自然 科 学版),():S u mm a r yo fR e s e a r c hP r o g r e s so nS o u n dQ u a l i t yo fC o n s t r u c t i o nM a c h i n e r yF A NH o n g y u,H UX i a n(L o n k i n g(S h a n g h a i)M a c h i n e r yC o,L t d,S h a n g h a i ,C h i n a;T a i y u a nU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y,T a i y u a n ,C h i n a)A b s t r a c t:C o n s t r u c t i o nm a c h i n e r y i sa n i n d i s p e n s a b l em a j o r e q u i p m e n t f o rn a t i o n a l e c o n o m i cc o n s t r u c t i o n,a n da l s oak e y i n d u s t r y i nC h i n a se q u i p m e n tm a n u f a c t u r i n g i n d u s t r y,p l a y i n ga n i m p o r t a n t r o l e i nn a t i o n a l i n f r a s t r u c t u r e c o n s t r u c t i o n H o w e v e r,t h ep r o b l e mo fn o i s ep o l l u t i o nc a u s e db yc o n s t r u c t i o nm a c h i n e r yd u r i n gc o n s t r u c t i o no p e r a t i o n si sb e c o m i n gi n c r e a s i n g l ys e r i o u s,a n dp r o b l e m ss u c ha sd a m a g et ot h eh e a r i n gs y s t e m o fd r i v e r sa n dp a s s e n g e r sc a u s e db yi t sn o i s ea r ea l s oi n c r e a s i n g l yp r o m i n e n t W i t ht h ei m p r o v e m e n to f e n v i r o n m e n t a l r e g u l a t i o n sa n dt h e i m p r o v e m e n to fp e o p l e s l i v i n gs t a n d a r d s,p e o p l e sr e q u i r e m e n t sf o rt h ea c o u s t i cq u a l i t yo f c o n s t r u c t i o n m a c h i n e r ya r ei n c r e a s i n g l yi n c r e a s i n g,n o to n l yr e q u i r i n gt h e i rn o i s et o m e e tt h e(s o u n dp r e s s u r el e v e l)r e q u i r e m e n t s,b u t a l s or e q u i r i n gt h e i ra c o u s t i cc h a r a c t e r i s t i c s t oh a v eag o o da u d i t o r ys e n s e H o w e v e r,a tp r e s e n t,t h er e s e a r c ho na c o u s t i cq u a l i t yo f c o n s t r u c t i o nm a c h i n e r y i ss t i l l i nt h ee x p l o r a t o r ys t a g e,a n dau n i f i e da n dc o m p l e t e r e s e a r c ht h e o r ya n de v a l u a t i o nm e t h o dh a sn o ty e tb e e nf o r m e d B yc o n s u l t i n gr e l e v a n t l i t e r a t u r e,t h i sa r t i c l er e v i e w sa n da n a l y z e sd o m e s t i ca n df o r e i g ns t a n d a r d sf o rn o i s e l i m i t so fc o n s t r u c t i o nm a c h i n e r y,s o u n dq u a l i t yr e s e a r c ht h e o r i e s,e v a l u a t i o nm e t h o d s,a n dp r e d i c t i o nm o d e l s,s oa st op r o v i d er e f e r e n c ea n dr e f e r e n c e f o r t h er e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to fh i g h q u a l i t yc o n s t r u c t i o nm a c h i n e r yp r o d u c t s K e y w o r d s:c o n s t r u c t i o nm a c h i n e r y;s o u n dq u a l i t y;n o i s e(上接第 页)参考文献:张智勇 I A T F 质量管理体系五大工具最新版一本通M北京:机械工业出版社,A p p l i c a t i o no fQ u a l i t yM a n a g e m e n t S y s t e mi nP r o c e s so fP r o d u c tD e s i g nH A NH a i l o n g(T e c h n o l o g yC e n t e r,C h i n aN a t i o n a lH e a v yD u t yT r u c kG r o u pD a t o n gG e a rC o,L t d,D a t o n g ,C h i n a)A b s t r a c t:T h eq u a l i t ym a n a g e m e n ts y s t e mi sa ni m p o r t a n tm e a n so fe n s u r i n gt h eq u a l i t yo fe n t e r p r i s ep r o d u c t s I nt h ep r a c t i c a la p p l i c a t i o np r o c e s so f t h eq u a l i t ym a n a g e m e n ts y s t e m,t h e r ea r es i t u a t i o n sw h e r et h es y s t e mo p e r a t i o nf a i l s T h i sa r t i c l et a k e st h ep r o d u c td e s i g np r o c e s sa sa ne x a m p l e,l i s t st y p i c a lp r o b l e m so fq u a l i t ym a n a g e m e n ts y s t e mo p e r a t i o nf a i l u r e,c o n d u c t st a r g e t e da n a l y s i s,a n dp r o p o s e si m p r o v e m e n ts u g g e s t i o n st oi m p r o v et h ee f f i c i e n c yo fq u a l i t y m a n a g e m e n ts y s t e m o p e r a t i o na n dp r o v i d eg u a r a n t e e f o re n t e r p r i s ep r o d u c tq u a l i t y i m p r o v e m e n t K e y w o r d s:q u a l i t ym a n a g e m e n t s y s t e m;o p e r a t i n ge f f i c i e n c y;p r o d u c td e s i g n机 械 工 程 与 自 动 化 年第期