SUV關(guān)門聲品質(zhì)優(yōu)化研究

高雅娜 ，黃超勇,2，鐘秤平,2，張東力,2，陳文清,2

(1.江鈴汽車股份有限公司,江西南昌 330200;2.江西省汽車噪聲與振動重點試驗室,江西南昌 330200)

0 引言

隨著汽車工業(yè)的蓬勃發(fā)展，在滿足消費者對產(chǎn)品實用性要求的同時，對產(chǎn)品舒適性的要求也越來越嚴(yán)格。近年來，人們發(fā)現(xiàn)使用傳統(tǒng)的A計權(quán)聲壓級不能全面描述人們對聲音的主觀感覺，單純地降低噪聲的聲壓級已不能滿足消費者聽覺舒適性的要求[1]。因此，人們提出了聲品質(zhì)的概念來描述對聲音的感受[2]。

汽車關(guān)門聲品質(zhì)的評價方法主要有主觀評價法和客觀評價法[3]。聲品質(zhì)是人們對聲音的主觀感覺，主觀評價法能直接反映汽車關(guān)門聲品質(zhì)的好壞?？陀^評價采用的心理聲學(xué)指標(biāo)雖然不能全面反映關(guān)門聲品質(zhì)的好壞，但是能評價聲音某一方面的特性。目前大多數(shù)學(xué)者都是基于這兩種方法進(jìn)行聲品質(zhì)的評價研究[4-5]，本文作者在前人研究的基礎(chǔ)上基于主客觀關(guān)門聲品質(zhì)的評價方法，研究影響關(guān)門聲品質(zhì)的相關(guān)因素。

1 關(guān)門聲品質(zhì)的客觀評價

1.1 客觀評價指標(biāo)

客觀評價是在試驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，用測量的物理量來描述聲音特征。噪聲一般用A計權(quán)聲壓級進(jìn)行評價，而聲品質(zhì)一般用響度和尖銳度這兩個重要的心理聲學(xué)指標(biāo)進(jìn)行評價。

響度是描述人耳對聲音強(qiáng)弱的主觀感覺，單位為宋(Sone)。響度是隨著臨界頻帶變化的，這種變化的特征曲線就是特征響度。響度[6]是各個臨界頻帶上的特征響度之和，可表示為

式中:N為響度；n′(z)為特征響度；z為臨界頻帶。

尖銳度是衡量聲音中高頻成分多少的心理聲學(xué)指標(biāo)，單位為Acum。在以1 000 Hz為中心頻帶的帶寬(帶寬小于150 Hz)內(nèi)，聲壓級為60 dB的窄噪聲定義為1 Acum。尖銳度[6]可以簡單地表示為

式中:S為尖銳度；N為響度；n′(z)為特征響度；z為臨界頻帶。

1.2 客觀評價方法

客觀評價一般在消聲室或空曠而安靜的環(huán)境中，用高精度的雙耳人工頭采集關(guān)門時的聲音信號，然后對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。

在測量車外關(guān)門聲音時，雙耳人工頭模擬人體所處位置，考慮到車輛一般?？吭讵M窄空間，因此將人工頭高度調(diào)整為170 mm，頭部鼻尖位置距離門把手中心外側(cè)300 mm，距離門把手中心后端400 mm。在進(jìn)行關(guān)門聲采樣時，為了確保每次試驗具有相同的關(guān)門力度，試驗時用關(guān)門力測試儀器保證每次關(guān)門的力度基本一致，試驗選取最小關(guān)門力作為關(guān)門力度控制指標(biāo)。由于實際關(guān)門過程中，人們通常將車門中部的邊緣作為施力點，所以關(guān)門力測試儀的安裝位置盡量靠近門邊緣。

試驗采用德國Head Acoustic公司的雙耳人工頭及配套的采集軟件Artemis7.0采集關(guān)門時的聲音數(shù)據(jù)。試驗選取主觀評價較差的車門作為測試關(guān)門聲品質(zhì)的試驗車門，每個工況下測試5組數(shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù)時選擇環(huán)境噪聲最小的信號作為試驗聲音信號。試驗測試現(xiàn)場如圖1所示。

圖1 聲品質(zhì)試驗測試

2 關(guān)門聲品質(zhì)的主觀評價

2.1 主觀評價方法

主觀評價是指顧客或指定群體給出對聲音的印象和描述，并根據(jù)感受來打分。汽車界常采用十分制的打分體系進(jìn)行關(guān)門聲品質(zhì)的主觀評價。十分制是將人的主觀感受分為十個等級，具體劃分如圖2所示。

級度12345678910評價非常壞壞很差差不滿意可接受滿意較好好很好不可接受過渡可接受接受對象所有顧客絕大多數(shù)顧客挑剔的顧客專業(yè)人員

聲品質(zhì)的主觀評價分為聽音室主觀評價和樣車現(xiàn)場主觀評價。對于不能直接獲得樣車時，聽音室評價方法還是比較方便的，選擇高保真的耳機(jī)進(jìn)行聲音樣本的回放對試驗非常重要;其次，室內(nèi)的空氣質(zhì)量要良好，溫度和濕度要適中，但是這種評價會有一定程度的失真。文中試驗直接在樣車上進(jìn)行評價，對關(guān)門聲品質(zhì)的感受更加真實。

2.2 主觀評價與客觀評價的關(guān)系

主觀評價能簡單、快速地評價關(guān)門聲品質(zhì)，客觀評價是定量地給出聲品質(zhì)的時域或頻域特征，兩者相輔相成。建立主觀評價和客觀評價的關(guān)系就能對聲品質(zhì)進(jìn)行更完整地綜合評價。將主觀打分結(jié)果與客觀測試的響度和尖銳度統(tǒng)計在同一張圖上，得到兩者之間的關(guān)系如圖3所示?？梢钥闯?，主觀評分與響度、尖銳度高度相關(guān)，響度和尖銳度越低，主觀評分越高。

圖3 主觀打分與響度、尖銳度的關(guān)系

3 關(guān)門聲品質(zhì)的影響因素

車門板的結(jié)構(gòu)、門鎖結(jié)構(gòu)、鎖扣接附點動剛度等都會影響關(guān)門聲品質(zhì)，在進(jìn)行聲品質(zhì)優(yōu)化時一般從這幾方面入手。

3.1 車門板結(jié)構(gòu)

車門的整體剛度是保證關(guān)門聲品質(zhì)的重要指標(biāo)之一。如果門的剛度不足，導(dǎo)致局部模態(tài)比較低，關(guān)門聲就不是一次低沉的撞擊聲音，而是伴隨支離破碎的震顫聲音。通過對某車門進(jìn)行模態(tài)分析，找出門板的薄弱區(qū)域，如圖4所示，可以通過增加阻尼的方法來降低振動響應(yīng)，優(yōu)化關(guān)門聲品質(zhì)。圖5和圖6分別為試驗測試的增加阻尼前后的關(guān)門聲時間曲線，心理聲學(xué)參數(shù)測試數(shù)據(jù)見表1。

圖4 某車門模態(tài)分析

圖5 加阻尼前關(guān)門聲的時間曲線

圖6 加阻尼后關(guān)門聲的時間曲線

表1 增加阻尼前后數(shù)據(jù)對比

在車門局部模態(tài)區(qū)域增加阻尼后，主觀評價關(guān)門聲品質(zhì)有明顯改善，關(guān)門聲音變得更干脆。測試結(jié)果中響度和尖銳度的峰值均有所降低，從優(yōu)化前后的時間曲線來看， 貼阻尼后，聲音持續(xù)時間更短，衰減得更快。

3.2 車門鎖結(jié)構(gòu)

關(guān)門時，門鎖內(nèi)部會發(fā)生幾次撞擊，包括：鎖套與門碰撞、卡板與鎖扣碰撞、卡板與棘爪碰撞、卡板與防撞快碰撞、棘爪與防撞快碰撞，具體結(jié)構(gòu)如圖7所示。

圖7 車門鎖結(jié)構(gòu)圖

只要控制好這些撞擊力降低撞擊聲，就能有效地提升車門的聲品質(zhì)。更換采用新彈性材料的車門鎖后，進(jìn)行關(guān)門聲品質(zhì)的測試結(jié)果如圖8和圖9所示，心理聲學(xué)參數(shù)測試數(shù)據(jù)見表2。

圖8 車門鎖優(yōu)化前的時間-頻率圖譜

圖9 車門鎖優(yōu)化后的時間-頻率圖譜

表2 車門鎖優(yōu)化前后數(shù)據(jù)對比

測試結(jié)果中響度和尖銳度的峰值均有所降低，對比優(yōu)化前后測試所得的時間-頻率圖可知，在350～2 000 Hz范圍內(nèi)，聲音有一定優(yōu)化。車門鎖優(yōu)化后，主觀評價關(guān)門聲品質(zhì)也有一定改善。

3.3 鎖扣安裝點剛度

門鎖扣是關(guān)門能量傳遞給車身的關(guān)鍵路徑之一。因此，門鎖扣安裝點動剛度對關(guān)門聲品質(zhì)有明顯的影響。在數(shù)模階段，經(jīng)過CAE分析，發(fā)現(xiàn)鎖扣安裝點Y向動剛度不足。通過在C柱鎖扣加強(qiáng)板增加一個L形支架，并且加強(qiáng)板支架增加一個Y向支撐翻邊,Y向動剛度明顯提升，如圖10所示。關(guān)門響度有明顯提升，如圖11所示。

圖10 門鎖口安裝點優(yōu)化后Y向動剛度變化圖

圖11 鎖扣安裝點優(yōu)化后時間頻率譜圖

3.4 其他影響因素

關(guān)門聲品質(zhì)的影響因素除了上述的兩大方面，還與車身泄壓路徑、車門密封條、車門防撞快、鎖扣的原點動剛度等因素有關(guān)。

關(guān)閉車門時，密封條避免了車門和車身金屬之間的直接碰撞，使關(guān)門力均勻分布在密封面上，降低關(guān)門噪聲。當(dāng)門的運動超過密封條的壓縮范圍時，門與防撞塊發(fā)生碰撞，一般要求防撞塊的剛度要比較低，防止激勵起門板模態(tài)。鎖扣安裝在車身上，承受來自卡板的撞擊力，因此要控制鎖扣受沖擊點的原點動剛度。

4 結(jié)論

(1)在客觀評價的基礎(chǔ)上結(jié)合主觀評價對車輛關(guān)門聲品質(zhì)進(jìn)行了評價，結(jié)果更加真實、準(zhǔn)確。

(2)在進(jìn)行車輛關(guān)門聲品質(zhì)分析時，借助響度和尖銳度等心理聲學(xué)參數(shù)進(jìn)行對比分析，一般情況下，主觀評價好的關(guān)門聲品質(zhì)，對應(yīng)的心理聲學(xué)參數(shù)值較小。

(3)文中分析了關(guān)門聲品質(zhì)的影響因素，討論了添加阻尼、優(yōu)化車門鎖等提高關(guān)門聲品質(zhì)的方法，通過對比分析，證明了改進(jìn)措施的有效性。