某SUV高里程勻速車(chē)內(nèi)噪聲變化特性分析

劉鴻偉　李洪亮，　蘇麗俐　劉海　陳玉明

（1.河北工業(yè)大學(xué)；2.中國(guó)汽車(chē)技術(shù)研究中心汽車(chē)工程研究院）

隨著汽車(chē)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，作為影響汽車(chē)駕乘感受的噪聲、振動(dòng)及聲振粗糙度（NVH）性能，越來(lái)越受到國(guó)內(nèi)外汽車(chē)行業(yè)的重視。而且，顧客在購(gòu)車(chē)時(shí)除了關(guān)注新車(chē)性能，對(duì)汽車(chē)使用若干年后的性能也越來(lái)越關(guān)注，一些制造廠商也已開(kāi)始將汽車(chē)高里程N(yùn)VH性能定為一項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)[1]。一般來(lái)說(shuō)，汽車(chē)在0里程時(shí)設(shè)計(jì)成具有良好的NVH性能，但經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間行駛后，一些關(guān)鍵零部件（如懸架橡膠元件、發(fā)動(dòng)機(jī)支承、輪胎）的性能出現(xiàn)不同程度的下降或變化，從而影響汽車(chē)的NVH性能[2]。因此，汽車(chē)高里程N(yùn)VH性能就是汽車(chē)行駛到一定里程后的噪聲與振動(dòng)性能。為了提升汽車(chē)高里程N(yùn)VH性能以滿(mǎn)足顧客的需求，研究高里程N(yùn)VH性能的變化特性尤為重要。文章以某自主品牌SUV為研究對(duì)象，重點(diǎn)關(guān)注車(chē)內(nèi)勻速行駛時(shí)的噪聲這項(xiàng)指標(biāo)，通過(guò)在公共道路上進(jìn)行模擬用戶(hù)實(shí)際使用工況的適應(yīng)性試驗(yàn)進(jìn)行里程積累，并根據(jù)中國(guó)普通用戶(hù)的實(shí)際使用習(xí)慣，按照其一年2萬(wàn)km的里程積累進(jìn)度[3]，同時(shí)參考國(guó)家質(zhì)檢總局于2013年施行的《家用汽車(chē)產(chǎn)品修理、更換、退貨責(zé)任規(guī)定》中對(duì)“三包”責(zé)任的規(guī)定，將特性研究分為 0～3 000 km，3 000～20 000 km，20 000～40 000 km，40 000～50 000 km4個(gè)階段，每個(gè)階段均進(jìn)行車(chē)內(nèi)噪聲摸底測(cè)試，從而得到各個(gè)里程下的車(chē)內(nèi)噪聲信號(hào)，利用HEAD軟件并結(jié)合頻譜分析法對(duì)車(chē)內(nèi)聲壓級(jí)和語(yǔ)言清晰度隨里程增加的整體與局部變化特性進(jìn)行分析。其中，整體變化特性側(cè)重變化過(guò)程，描述了汽車(chē)在0～50 000 km行駛過(guò)程中，車(chē)內(nèi)噪聲在行駛至不同里程時(shí)的階段性變化情況。而局部變化特性側(cè)重變化結(jié)果，描述了汽車(chē)在完成50 000 km的里程累積后，車(chē)內(nèi)噪聲的總變化以及在部分頻率和頻段內(nèi)的幅值變化情況。

1　車(chē)內(nèi)勻速噪聲測(cè)試

車(chē)內(nèi)噪聲的測(cè)試包括聲壓級(jí)的大小和聲品質(zhì)。文章重點(diǎn)關(guān)注語(yǔ)言清晰度這一聲品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過(guò)車(chē)內(nèi)噪聲測(cè)試，獲得車(chē)內(nèi)聲壓級(jí)和語(yǔ)言清晰度數(shù)據(jù)。

試驗(yàn)選擇在我國(guó)某汽車(chē)試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行，工況為勻速工況（40，60，80，100，120 km/h）；測(cè)試儀器主要包括HEAD Record軟件和HEAD ArtemiS軟件，分別用于聲音信號(hào)的采集與處理。為了進(jìn)行車(chē)內(nèi)不同位置的噪聲分析，試驗(yàn)人員分別在前排左側(cè)人員右耳（FRLE_in）和后排右側(cè)人員右耳（RERI_out）布置傳聲器進(jìn)行聲學(xué)數(shù)據(jù)采集，測(cè)點(diǎn)布置位置，如圖1所示。

圖1　某SUV車(chē)內(nèi)噪聲測(cè)點(diǎn)布置示意圖

2　車(chē)內(nèi)勻速噪聲整體變化特性

2.1　車(chē)內(nèi)聲壓級(jí)變化特性

通過(guò)車(chē)內(nèi)勻速噪聲測(cè)試得到不同車(chē)速下各個(gè)里程的FRLE_in和RERI_out位置聲壓級(jí)數(shù)據(jù)以及其隨里程增加的變化特性，如圖2所示。

圖2　某SUV車(chē)內(nèi)乘員聲壓級(jí)變化特性

從圖2可以看出，汽車(chē)在0～50 000 km行駛過(guò)程中，車(chē)內(nèi)聲壓級(jí)整體呈上升趨勢(shì)。其中在行駛至3000km時(shí)，車(chē)內(nèi)聲壓級(jí)總體略有降低，且FRLE_in較RERI_out降幅明顯，但在80 km/h時(shí)約有0.4 dB（A）的增幅。在行駛至20 000 km后，車(chē)內(nèi)聲壓級(jí)較3 000 km時(shí)有所增加，增幅約0.5 dB（A），總體仍略低于0 km水平，但在80 km/h時(shí)卻高出0 km水平約1.2 dB（A）。在行駛至40 000 km時(shí)，車(chē)內(nèi)聲壓級(jí)較20 000 km在40，60 km/h下有明顯增加，且高于0 km水平，在80 km/h時(shí)略有下降，在100，120 km/h下變化不大。當(dāng)汽車(chē)行駛至50 000 km后，車(chē)內(nèi)聲壓級(jí)在各車(chē)速下較40 000 km均有所增加，且整體高于0 km水平。

綜上分析，隨著行駛里程的增加，車(chē)內(nèi)聲壓級(jí)在不同車(chē)速下均有不同程度的上升，并且當(dāng)車(chē)速≥100 km/h時(shí)，上升趨勢(shì)越不明顯，車(chē)內(nèi)聲壓級(jí)總變化值越小。

2.2　車(chē)內(nèi)語(yǔ)言清晰度變化特性

通過(guò)車(chē)內(nèi)勻速噪聲測(cè)試得到不同車(chē)速下各個(gè)里程的FRLE_in和RERI_out位置的語(yǔ)言清晰度數(shù)據(jù)及其隨里程增加的變化特性，如圖3所示。

圖3　某SUV車(chē)內(nèi)乘員語(yǔ)言清晰度變化特性

從圖3可以看出，汽車(chē)在0～50 000 km行駛過(guò)程中，車(chē)內(nèi)語(yǔ)言清晰度整體呈下降趨勢(shì)。其中在行駛至3 000 km時(shí)，車(chē)內(nèi)語(yǔ)言清晰度總體略有升高，但在80 km/h車(chē)速時(shí)約有4%的降幅。在行駛至20 000 km后，車(chē)內(nèi)語(yǔ)言清晰度較3 000 km總體有所降低，較0 km在40，60 km/h 時(shí)無(wú)明顯差別，在 80，100，120 km/h 時(shí)總體降低，降幅約6%，但在80 km/h時(shí)卻有大約12%的降幅，降幅最大。在行駛至40 000 km時(shí)，車(chē)內(nèi)語(yǔ)言清晰度總體較 20 000 km在 40，60 km/h下有所降低，在80，100，120 km/h時(shí)略有增加，但均低于0 km水平。當(dāng)汽車(chē)行駛至50 000 km后，車(chē)內(nèi)語(yǔ)言清晰度在各車(chē)速下較40 000 km均有所降低，且整體低于0 km水平。

綜上分析，隨著里程數(shù)的增加，汽車(chē)在不同車(chē)速下的車(chē)內(nèi)語(yǔ)言清晰度均有不同程度的下降。其中，在中低速（40，60 km/h）狀態(tài)時(shí)，語(yǔ)言清晰度無(wú)明顯下降，而在高速（80，100 km/h）狀態(tài)時(shí)下降最為明顯。

3　車(chē)內(nèi)勻速噪聲局部變化特性

利用HEAD ArtemiS將不同車(chē)速下的車(chē)內(nèi)噪聲信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換（FFT）處理，實(shí)現(xiàn)噪聲信號(hào)從時(shí)域至頻域的轉(zhuǎn)換，得到不同車(chē)速下車(chē)內(nèi)噪聲頻譜圖，如圖4～圖8所示。同時(shí)結(jié)合頻譜分析法從而獲得不同車(chē)速下車(chē)內(nèi)聲壓級(jí)在某些頻率及頻帶上的局部變化特性。

圖4　某SUV勻速行駛車(chē)內(nèi)噪聲頻譜比較（40 km/h）

圖5　某SUV勻速行駛車(chē)內(nèi)噪聲頻譜比較（60 km/h）

圖6　某SUV勻速行駛車(chē)內(nèi)噪聲頻譜比較（80 km/h）

圖8　某SUV勻速行駛車(chē)內(nèi)噪聲頻譜比較（120 km/h）

從圖4可以看出，汽車(chē)以40 km/h的速度勻速行駛至50 000 km后，F(xiàn)RLE_in和RERI_out處聲壓級(jí)分別升高2.5 dB（A）和1.6 dB（A）。車(chē)內(nèi)2個(gè)主要關(guān)注點(diǎn)在90，130 Hz處聲壓級(jí)均較低，在110，50～700 Hz處均較高，但在29 Hz處僅FRLE_in升高，RERI_out無(wú)明顯變化。

從圖5可以看出，汽車(chē)以60 km/h的速度勻速行駛至50 000 km后，F(xiàn)RLE_in和RERI_out處聲壓級(jí)分別升高3.5 dB（A）和2.1 dB（A）。車(chē)內(nèi)2個(gè)主要關(guān)注點(diǎn)在110，164，300～750 Hz處均較高，在 130 Hz處均較低，但在54 Hz僅FRLE_in較低，RERI_out無(wú)變化，其他頻率變化不大。

從圖6可以看出，汽車(chē)以80 km/h的速度勻速行駛至50 000 km后，F(xiàn)RLE_in和RERI_out處聲壓級(jí)分別升高 3.5 dB（A） 和 1.9 dB（A）。其中 FRLE_in和RERI_out分別在 116，146，220 Hz 和 35，220 Hz 處較高，RERI_out在148 Hz處較低，其它頻率變化不大。

從圖7可以看出，汽車(chē)以100 km/h的速度勻速行駛至50 000 km后FRLE_in和RERI_out處聲壓級(jí)分別升高0.8 dB（A）和1.5 dB（A）。車(chē)內(nèi)2個(gè)主要關(guān)注點(diǎn)在 30，180，270 Hz處均較高，在 800～1 000 Hz處均較低。

從圖8可以看出，汽車(chē)以120 km/h的速度勻速行駛至50000km后，F(xiàn)RLE_in和RERI_out處總聲壓級(jí)均無(wú)明顯變化。其中FRLE_in和RERI_out在52，220 Hz處均較高，但分別在 170，188，800～1 000 Hz 和94，800～1 000 Hz處較低，其它頻率變化不大。

4　結(jié)論

1）通過(guò)50 000 km耐久性試驗(yàn)以及在不同里程時(shí)由車(chē)內(nèi)噪聲測(cè)試所得的勻速車(chē)內(nèi)聲壓級(jí)和語(yǔ)言清晰度數(shù)據(jù)，得到不同車(chē)速下車(chē)內(nèi)聲壓級(jí)和語(yǔ)言清晰度隨里程增加的整體變化特性。結(jié)果表明，該車(chē)行駛50 000 km后的車(chē)內(nèi)勻速噪聲性能總體有所變化，主要差別為：勻速40，60，80，100 km/h的車(chē)內(nèi)噪聲50 000 km后均有所升高，其中FRLE_in和RERI_out分別在80，100 km/h有明顯升高，升幅達(dá)3.0 dB（A）以上；車(chē)內(nèi)語(yǔ)言清晰度均有所下降。在120 km/h時(shí)，車(chē)內(nèi)噪聲變化較小，其中FRLE_in 降低 0.36 dB（A），RERI_out升高 0.12 dB（A）。

2）利用頻譜分析法對(duì)路試前后車(chē)內(nèi)噪聲進(jìn)行分析，得到不同車(chē)速下車(chē)內(nèi)聲壓級(jí)在部分頻率及頻段上的局部變化特性。結(jié)果表明，該車(chē)行駛50 000 km后車(chē)內(nèi)聲壓級(jí)總體有所增加，從頻段來(lái)看主要發(fā)生在100～500 Hz，從車(chē)速來(lái)看主要在60，80 km/h時(shí)增幅較大，增幅約3dB（A），然而當(dāng)車(chē)速達(dá)到100，120km/h時(shí)，車(chē)內(nèi)聲壓級(jí)在100～500Hz雖有所增加，但是在800～1000Hz卻有所下降，甚至低于0 km水平。

3）通過(guò)該車(chē)的變化特性可以看出，40 000 km內(nèi)車(chē)內(nèi)噪聲性能下降較少，但行駛至50 000 km時(shí)性能下降明顯，說(shuō)明該車(chē)在三包期間對(duì)車(chē)內(nèi)噪聲性能有一定的保證。但為了提升顧客長(zhǎng)期的滿(mǎn)意度，在研發(fā)過(guò)程中，尤其在三包期間，汽車(chē)的性能不可以有明顯的衰減。