基于频域盲信号处理的汽车制动异响定位方法研究

摘要：汽车基础制动器在汽车刹车过程中会产生剧烈的振动和噪声，影响乘员的舒适性，降低有关汽车零部件的寿命；同时，尖锐的制动噪声（尖叫）还会严重干扰人们的正常生活。针对汽车制动异响噪声的治理工作非常重要。总结了汽车制动噪声的产生机理、噪声特点和影响因素，回顾并分析了抑制和防治制动噪声的理论与工程研究进展。针对传统汽车制动异响检测分析方法手段单一、数据处理不便、灵活性差等突出性问题，提出了一种基于声信号频域盲处理的制动异响定位方法，详细介绍了其关键技术：利用动态粒子群优化形态滤波抑制路试背景噪声、使用峭度最大化复数单元固定点算法分离提取复分量、利用改进KL距离解决次序不确定性等。通过实际刹车制动声信号故障提取，验证了该方法的有效性和可靠性。

关键词： 汽车制动；异响定位；频域盲信号处理；次序不确定性

中图分类号：TP165.3；TP206.3文献标志码：A

Abstract：Vehicle foundation brake will produce severe vibration and noise during braking， influencing occupant comfort and reducing the life of automotive components. Meanwhile， the sharp brake noise （screaming） seriously interferes with people"s normal life. Thus， the governance of abnormal brake sound is very important. In this paper， the generation mechanism， features and influencing factors of brake were summarized. The theory and research progress on brake noise suppression and prevention were reviewed and analyzed. For the outstanding problems of traditional vehicle abnormal brake sound detection， such as lacking of detection and analysis methods， inconvenience of data processing and poor flexibility， an abnormal brake sound localization method based on frequencydomain blind signal processing was proposed. Key technologies were introduced in details， such as noise suppression during road test based on dynamic particle swarm optimization morphological filtering， using unit fixedpoint algorithms based on kurtosis maximization to separate and extraction complex components and solving permutation indeterminacy based on improved KLdistance. Finally， an actual brake failure acoustic signal extraction proved the effectiveness and reliability of this method.

Key words：vehicle braking； abnormal noise location； frequencydomain blind signal processing； permutation indeterminacy

汽车基础制动器在汽车刹车过程中会产生剧烈的振动和噪声，影响乘员的舒适性，降低有关汽车零部件的寿命；同时，尖锐的制动噪声（尖叫）还会严重干扰人们的正常生活[1]。由此可见，针对汽车制动异响噪声的治理工作非常重要。

研究表明，制动噪声常具有高声压级、单频、窄带等特点，根据产生频率的不同，制动器噪声大致可以分为以下3种类型[23]：一是制动开始到停车时的噪声，此类声音属于低频噪声，频率为100～1 000 Hz，原因是制动盘与摩擦材料之间表面的黏滑运动，引起制动器和底盘的振动；二是制动过程中的噪声，这是频率为1～6 kHz的低频尖叫，主要原因是由摩擦激振引起制动器2个以上零件的模态耦合；三是停车之际的噪声，为频率在6 kHz以上的高频尖叫，主要是由摩擦衬块的弹性振动所引起的自激振动。

高频制动噪声通常高达110 dB，为城市主要噪声源之一。低频噪声影响制动噪声的因素比较复杂，大致可分为摩擦副特性、制动器结构、环境因素、制动工况等4类[4]。国外对制动噪声的研究始于20世纪30年代，已积累了不少解决特定问题的工程实用方法和分析问题的力学模型。中国国内对此类领域的研究则起步较晚，始于20世纪80年代，研究大致集中在噪声源定位及机理分析、动力学模型建立、减振降噪等几个方面[56]。减振降噪是治本，是噪声控制的最根本和最有效的途径。为了降低声源噪声，首先必须定位噪声源，明确产生噪声的机理和规律，进而通过改进机器设计方案和结构，减弱产生噪声的激振力，降低发声部件对激振力的响应，从而达到根治噪声的目的[7]。因此，近年来众多汽车基础制动器供应商在产品正式投入市场之前都需要将制动器安装在实际车辆上进行制动路试，确保在产生异响噪声时能够通过某些手段定位、定性分析其机理，为后续结构优化及减振降噪提供理论依据[8]。