汽車車內(nèi)噪聲快速定位與測量設(shè)備的開發(fā)及在檢測中的應(yīng)用

朱旭鏗 方晨 李紅 周浩

隨著汽車保有量的上升，用戶更加關(guān)注汽車在車內(nèi)噪聲等感官質(zhì)量上的表現(xiàn)。結(jié)合國家標(biāo)準(zhǔn)《聲學(xué) 汽車車內(nèi)噪聲測量方法》（GB/T 18697—2002），開發(fā)了適合于汽車車內(nèi)噪聲專項試驗的非標(biāo)類設(shè)備，以實現(xiàn)汽車車內(nèi)噪聲試驗的快速定位與測量。與傳統(tǒng)測量方法進(jìn)行對比，判定其測量結(jié)果可信，且重復(fù)性優(yōu)于傳統(tǒng)測量方法。關(guān)鍵詞：車內(nèi)噪聲;快速定位;重復(fù)性

0 前言

自中國加入世界貿(mào)易組織（WTO）以來，由于外資的介入及國家政策的重點(diǎn)扶持，中國汽車行業(yè)進(jìn)入了高速成長期。據(jù)公安部統(tǒng)計，2020年全國汽車保有量達(dá)2.81億輛，汽車駕駛?cè)藛T達(dá)4.18億人;共有70個城市的汽車保有量超過100萬輛，其中北京、成都、重慶等城市的汽車保有量超過500萬輛，上海、蘇州、鄭州等城市的汽車保有量超過400萬輛[1]。汽車已經(jīng)走入了千家萬戶，也在人們的出行時間中占據(jù)了越來越大的比例。然而，在汽車行駛過程中，發(fā)動機(jī)等機(jī)械構(gòu)件噪聲、輪胎與地面的摩擦噪聲、汽車行車風(fēng)噪、車外環(huán)境噪聲、駕駛艙內(nèi)飾板等部件振動噪聲，都會對駕駛員及車內(nèi)乘客造成困擾。國家標(biāo)準(zhǔn)《聲學(xué) 汽車車內(nèi)噪聲測量方法》（GB/T 18697—2002）詳細(xì)規(guī)定了針對汽車車內(nèi)噪聲的測量方法[2]。

1 設(shè)備開發(fā)

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《聲學(xué) 汽車車內(nèi)噪聲測量方法規(guī)定》（GB/T 18697—2002），如圖1所示，用于測量噪聲的聲級計應(yīng)安置于座位的特定位置。對于除駕駛員座位或必要的測量人員座位以外未被占用的座位（測試點(diǎn)A），聲級計在垂直方向上應(yīng)安裝于座椅椅墊表面和座椅靠背表面的交點(diǎn)之上（0.70±0.05 m處），以及在水平方向上位于座椅的中心面或?qū)ΨQ面上。對于駕駛員座位（測試點(diǎn)B），聲級計在垂直方向上與測試點(diǎn)A一致，在水平方向上應(yīng)安裝于距離座椅中心面的位置（0.20±0.02 m處），且處于駕駛員右側(cè)?？烧{(diào)節(jié)的座位須將座椅調(diào)節(jié)至水平和垂直的中間位置，并將調(diào)節(jié)靠背使其盡可能處于垂直位置。

在傳統(tǒng)試驗中，測量人員在試驗過程中須手持聲級計，并記錄下各試驗工況下的噪聲值。車輛的行駛工況會造成測試人員的晃動，使聲級計測試點(diǎn)的定位發(fā)生偏移，從而對試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響。同時，記錄測量結(jié)果并再次定位測試點(diǎn)的過程增加了試驗的復(fù)雜程度，也影響了試驗結(jié)果的可重復(fù)性。目前，國內(nèi)共有5項相關(guān)的全國專利，其布置方式均為固定在頭枕或座椅靠背上，然而座椅靠背與頭枕在車輛行駛工況中皆會與車身產(chǎn)生相對運(yùn)動，從而影響試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性。此類設(shè)備的布置方式僅解決了試驗結(jié)果重復(fù)性的問題，卻沒有對聲級計與車身的相對運(yùn)動作出約束。

如圖2所示，基于上述情況，研究人員開發(fā)了1套適合于汽車車內(nèi)噪聲專項試驗的快速定位與測量設(shè)備。該設(shè)備由可調(diào)節(jié)立柱、旋轉(zhuǎn)臂、聲級計安裝云臺等部件組成。該測量設(shè)備利用可固定于車廂底板與車頂?shù)恼{(diào)節(jié)立柱，同時規(guī)避了前置后驅(qū)車輛與四輪驅(qū)動車輛的傳動軸干涉問題，使測量設(shè)備的固定牢固可靠。

旋轉(zhuǎn)臂可在立柱上自由調(diào)節(jié)高度，最后通過調(diào)節(jié)手柄旋緊固定。如圖3所示，聲級計安裝云臺由1個球面副、1個轉(zhuǎn)動副和1個圓柱副組成。聲級計通過安裝座上的螺紋與安裝云臺緊密結(jié)合，并在3個運(yùn)動副的調(diào)節(jié)下實現(xiàn)6個自由度的調(diào)節(jié)，可以進(jìn)一步細(xì)調(diào)測試點(diǎn)位置。最后，由激光測距儀快速定位距離座椅椅面0.7 m的高度，以及距離座椅中點(diǎn)0.2 m的距離。

如圖4和圖5所示，旋轉(zhuǎn)臂與聲級計安裝云臺的組合可同時滿足測試點(diǎn)A與測試點(diǎn)B的定位需求，可實現(xiàn)聲級計的快速定位。聲級計與車廂的相對位置保持固定，可以減少晃動帶來的隨機(jī)誤差。

2 檢測應(yīng)用

根據(jù)車輛的用戶使用場景，國家標(biāo)準(zhǔn)《聲學(xué) 汽車車內(nèi)噪聲測量方法》（GB/T 18697—2002）規(guī)定，將汽車車內(nèi)噪聲的試驗工況分為勻速行駛、全油門加速行駛，以及車輛定置3種工況。其中，各個車速下的勻速行駛工況作為用戶行駛過程中最常出現(xiàn)的使用情形而最具有代表性，在環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)《環(huán)境標(biāo)志產(chǎn)品技術(shù)要求 輕型汽車》（HJ 2532—2013）中亦有對汽車車內(nèi)噪聲的限值要求[3]。此次試驗選取勻速行駛作為試驗工況。如表1所示，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，以5種車速為車輛運(yùn)行條件，選取不同整備質(zhì)量與軸距的8輛乘用汽車作為典型車輛，分別對比傳統(tǒng)試驗方法與該專用設(shè)備所得到的測量結(jié)果。

如表2所示，將試驗車輛按車輛類型分為轎車組與SUV/MPV組，針對每1種車速分別進(jìn)行3次試驗并取均值作為最終結(jié)果，得到如圖6和圖7所示的在各車速下的測量比對曲線。

從2組車型的比對曲線中可以直觀地看出，該專用設(shè)備得到的測量結(jié)果與傳統(tǒng)測量方法十分接近，在同一工況下兩者相差均小于0.5 dB。

為更準(zhǔn)確地對該專用設(shè)備得到的測量結(jié)果進(jìn)行評價，技術(shù)人員采用偏差百分率法，以傳統(tǒng)試驗方法得到的結(jié)果為基準(zhǔn)值，按式1對專用設(shè)備得到偏差值S的結(jié)果進(jìn)行評價。

式中，X為基準(zhǔn)值，D=x-X，x為待評價值。

通過計算，可得到各個車型與車速下專用設(shè)備測量結(jié)果的偏差值S的百分率，如表3所示。據(jù)統(tǒng)計，測量結(jié)果在各個車型與各車速時的偏差值百分率均小于1.00%，最大的偏差值百分率為0.79%，平均偏差值百分率為0.33%，故此可以判斷該專用設(shè)備所測得的試驗數(shù)據(jù)具有較高真實性。

進(jìn)一步的分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，SUV/MPV組的結(jié)果偏差值大于轎車組的結(jié)果。該現(xiàn)象表明，SUV/MPV等空間較大的車輛更易使試驗人員在試驗過程中發(fā)生晃動，影響試驗結(jié)果。以06車為例，在傳統(tǒng)試驗方法與專用設(shè)備下，分別統(tǒng)計3次測量結(jié)果的重復(fù)性，得到其噪聲聲壓級標(biāo)準(zhǔn)差及變化范圍結(jié)果，如表4和表5所示。

噪聲聲壓級標(biāo)準(zhǔn)差的測量結(jié)果表明，由于車輛晃動的影響和多次測量重復(fù)定位測試點(diǎn)的緣故，傳統(tǒng)試驗方法所得結(jié)果的離散程度遠(yuǎn)大于使用該專用設(shè)備的結(jié)果。如表5所示，噪聲聲壓級變化范圍統(tǒng)計亦可佐證這一結(jié)果。在使用傳統(tǒng)手持聲級計的方法下，3次測量結(jié)果的變化范圍均大于1.000 dB，甚至接近2.000 dB，處于需要重新測量的臨界點(diǎn)。而在使用專用設(shè)備下，3次測量結(jié)果的變化范圍則小于0.500 dB，重復(fù)性較好。

結(jié)合測量比對曲線，技術(shù)人員在總體趨勢上通過使用專用設(shè)備得到的結(jié)果略低于傳統(tǒng)試驗方法，相差為0.030～0.470 dB，處于傳統(tǒng)方法下3次測量結(jié)果變化范圍之內(nèi)，因此可以推論使用該專用設(shè)備所獲得的結(jié)果更接近于真實值。

3 結(jié)語

據(jù)本文所述，技術(shù)人員開發(fā)的汽車車內(nèi)噪聲快速定位與測量設(shè)備能夠快速定位噪聲測試點(diǎn)，并對噪聲聲級計與車身的相對運(yùn)動作出了有效約束。

與傳統(tǒng)試驗方法作對比，技術(shù)人員使用汽車車內(nèi)噪聲快速定位與測量設(shè)備，同時對轎車組與SUV/MPV組的車內(nèi)噪聲進(jìn)行測量，結(jié)合測量結(jié)果的比對曲線、偏差值百分率，以及測量結(jié)果的重復(fù)性檢驗，可以判定該專用設(shè)備的測量結(jié)果可信，并且其重復(fù)性優(yōu)于傳統(tǒng)試驗方法，能夠有效改善聲級計與車身的相對運(yùn)動，減少傳統(tǒng)測量方法中由車身晃動帶來的隨機(jī)誤差，可以得到更準(zhǔn)確的測量值。

[1]2020年全國汽車保有量達(dá)2.81億輛，新能源車增量連續(xù)3年超100萬輛[OL].https：//app.mps.gov.cn/gdnps/pc/content.jsp？id=7647257.

[2]GB/T 18697—2002 聲學(xué) 汽車車內(nèi)噪聲測量方法[S].中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2002.

[3]HJ 2532—2013 環(huán)境標(biāo)志產(chǎn)品技術(shù)要求 輕型汽車[S].中國環(huán)境科學(xué)出版社，2014.