乘用車雨水敲擊聲評價方法及優(yōu)化研究

摘" 要：隨著汽車的不斷發(fā)展，聲品質已成為汽車噪聲開發(fā)中一個重要課題。在聲品質研究中，頂蓋雨水敲擊聲漸漸受到關注。從實際開發(fā)中的問題出發(fā)，分析客觀測試和主觀評價的特點，然后取長避短將兩者結合起來，建立一種雨水敲擊聲品質評價方法。通過試驗數(shù)據(jù)分析，得出雨水敲擊工況下語音清晰度、響度和主觀評價均值的擬合公式。分析問題并實施阻尼方案，客觀數(shù)據(jù)的分析結果佐證了主觀評價的可靠性，方案有改善效果。

關鍵詞：雨水敲擊聲；評價方法；阻尼方案

中圖分類號：U467.5" " " "文獻標識碼：A" " " 文章編號：1005-2550（2023）01-0029-05

Study on the Evaluation Method and Raindrops Noise Optimization of Passenger Car

LI Deng-shan1，2，ZHAO Wei1，2，PAN Dian-long1，2，WU Hai-chuan1，2，LIU Xiao-na1，2

（ 1.China FAW Group Co.， Ltd， Changchun 130013， China;

2. State Key Laboratory of Comprehensive Technology on Automobile Vibration and Noise amp; Safety Control， Changchun 130011， China）

Abstract： As the global automotive market keeps growing， sound quality has become an important attribute for the automotive NVH development. In sound quality development， the impact noise due to raindrops has gained more and more attention and development efforts. This work is based on a real case encountered during a vehicle program development. The results of objective test and subjective evaluation are analyzed， and the pros and cons of both methods are considered and utilized to establish a method for the evaluation of the sound quality due to raindrop impacts. By analyzing the test data， a formula based on regression between articulation index， loudness and subjective evaluation scores is established. According to the analytical results， a damping scheme is implemented， the objective data analysis results confirm the reliability of the subjective evaluation， indicating that the scheme is effective.

Key Words： Raindrops Noise; Evaluation Method; Damping Scheme

李登山

畢業(yè)于大連理工大學，本科學歷，現(xiàn)就職于中國第一汽車股份有限公司研發(fā)總院，擔任車身NVH主管，從事聲學包隔聲設計方向，發(fā)表論文《基于臺架的真空泵車內噪聲計算方法研究》等。

1" " 引言

隨著汽車技術的飛速發(fā)展和消費者對品質要求的日益提高，聲品質已成為汽車噪聲開發(fā)中一個重要內容。

汽車噪聲可以用很多方法來分類：按頻率分，可以分成低頻問題、中頻問題和高頻問題；按專題來分，可以分為摩擦噪聲、風激勵噪聲、機械噪聲等等；按源-傳遞路徑-接受體來分，可以分成振動噪聲源、傳遞通道和人體對噪聲的響應；按聲源位置分類，可分為發(fā)動機噪聲、輪胎噪聲和風噪聲，低速時發(fā)動機激勵是主要噪聲源，中速時輪胎與地面的摩擦是主要噪聲源，高速時車身與空氣的摩擦則成了最主要的噪聲源[1]。這些噪聲音量大、持續(xù)時間長、并且無所不在，決定著一輛汽車NVH的基本水平。除此之外，還有噪聲音量較低、持續(xù)時間較短的聲品質噪聲問題，包括關門聲、電動座椅聲、玻璃升降聲、頂蓋雨水敲擊聲等。這些噪聲如果設計和控制合理，用戶的感知會舒適安逸，可以營造出一種汽車的豪華感，彰顯與眾不同的上乘品質。而如果這些噪聲控制不合理，便會引起用戶抱怨，有損企業(yè)聲譽和品牌形象。

目前在汽車行業(yè)，個廠家對汽車聲品質的研究越來越深入和廣泛。20世紀90年代中期，汽車行業(yè)就已經開始進行汽車聲品質的研究和開發(fā)應用。1994年，聲品質被賦予明確的定義：聲品質是在特定的技術目標或任務內涵中聲音的適宜性[2]。汪念平對汽車聲品質分析方法與評價流程進行了詳細闡述，綜合總結了主觀評價與客觀評價方法的優(yōu)缺點[3]。陳其勇對乘用車關門聲品質及評價方法展開研究[4]，針對車門關門特性，提出基于最小關門速度的評價方法。廖連瑩則對混合動力的車型進行了汽車車內聲品質的分析與優(yōu)化[5]，建立了粒子群和遺傳算法的神經網(wǎng)絡混合動力汽車聲品質客觀評價模型。王博對永磁同步電機的穩(wěn)態(tài)信號聲品質進行分析，以聲壓級、響度、尖銳度、語音清晰度、波動度、粗糙度和音調度作為評價指標，建立了一種永磁同步電機聲品質評價體系[6]。朱俊興通過對關門聲品質中響度、尖銳度和粗糙度分析計算，得到的擬合模型結果與主觀評價結果基本一致[7]。目前，對關門聲品質和電機聲品質等研究進行的比較深入和廣泛，但這些工作均未涉及頂蓋雨水敲擊聲的評價方法及優(yōu)化研究。

本文從一款開發(fā)中的豪華轎車頂蓋雨水敲擊聲的實際問題出發(fā)，辯證分析了主觀評價與客觀測試方法的利弊，借助于統(tǒng)計學回歸分析計算，建立了一套主客觀相結合的雨水敲擊聲品質評價方法，然后對實際問題進行分析，實施阻尼方案并評價改善效果。

2" " 雨水敲擊聲評價方法

在汽車行駛工況下，胎噪、風噪等噪聲通常掩蔽了雨水敲擊聲，因此用戶感知不明顯，不易引起用戶抱怨。但在車輛靜態(tài)工況下，比如下雨時等待交通信號燈、停在路邊坐車內等人時，雨水敲擊聲通常會顯得清晰突出。

對雨水敲擊聲的用戶感知評估，當前行業(yè)主要采用主觀評價方法。首先，將測試車輛置于淋雨間，設置特定雨量（如10mm/h），然后坐在車內的評價人員對汽車雨水連續(xù)敲擊頂蓋的聲音進行評價，根據(jù)聲音舒適程度在4分～10分的范圍進行評分，其評分依據(jù)如表1所示。每位評價人員評分的分值結果為0.25分的整數(shù)倍，最后基于多人評價的結果可取均值處理，本文即采用此方法。另外，也可以取均值處理后再近似為0.25分的整數(shù)倍。

主觀評價方法的優(yōu)點為：融合了聲音的響度、語音清晰度、尖銳度、粗糙度等多種感知特性以及當前還不能量化的因素，以人耳實際感覺為基礎，對聲音的感知和舒適程度評分。

主觀評價方法的缺點為：首先，受到個人喜好、心情狀態(tài)、環(huán)境等因素影響，評價結果一致性較差。其次，當改善方案提升的程度比較小時，人耳難以分辨從而忽視改善效果。另外，評價人員可能有立場傾向，不如客觀測試數(shù)據(jù)公正。根據(jù)統(tǒng)計學原理，主觀評價人數(shù)越多，評價結果越穩(wěn)定可靠，本文主觀評價由四位專業(yè)評價人員進行。

以用戶為中心，評價方法從用戶實際使用場景出發(fā)。當用戶關注雨水敲擊聲時，車內主要場景有聽音樂、聽廣播、聊天、睡眠、等交通信號燈、等人等幾種情況，這幾種場景主要涉及車內的聲學環(huán)境，因此，本文客觀評價選用語音清晰度和響度指標進行測試和客觀評價。

客觀測試方法的優(yōu)點：公正、穩(wěn)定、可測試微小改善。

客觀測試方法的缺點：只能選擇一定數(shù)量的聲學指標進行量化，無法全面直接地代表人耳的感知，如在某些工況下，客觀指標雖然優(yōu)異，但實際的聽覺感知并不舒適。

主觀評價和客觀測試各有優(yōu)缺點，本文中將兩種結合起來，建立線性關系，根據(jù)統(tǒng)計學原理，將客觀測試指標轉換成類似于主觀評價的客觀分值：

① 車內評價人員分別坐于駕駛員、副駕駛員、第二排左側和第二排右側四個位置，并在外耳附近布置傳聲器，連接數(shù)據(jù)采集設備，采集頻率范圍設置為20Hz～20000Hz，后處理分辨率為1Hz。

② 將測試車輛置于淋雨間，雨聲均勻時開始采集數(shù)據(jù)，采集時間為30秒。將測試數(shù)據(jù)進行快速傅里葉變換，并對各傳聲器的測試結果進行平均，由此得出該車型的語音清晰度和響度。同時，四位車內人員對雨水敲擊聲的聲品質主觀評分，平均后作為此車型主觀評價結果。

③ 重復上述操作，繼續(xù)測試五個車型，最終可得六組不同車型的語音清晰度、響度和主觀評價得分。

④ 六組測試數(shù)據(jù)中，以語音清晰度為橫坐標，以主觀評價為縱坐標，繪制散點圖。將數(shù)據(jù)進行回歸分析，得出語音清晰度A及主觀評價Z1的關系式（1），擬合判定系數(shù)為p。

同理，得出響度L及主觀評價Z2的關系式（2），擬合判定系數(shù)為q。

⑤ 綜合式（1）和式（2）及數(shù)據(jù)擬合判定系數(shù)，定義出式（3）。

按此方法，找6個不同車型進行評價，結果如圖1所示：

分析數(shù)據(jù)基本呈線性關系，如圖2和圖3所示：

結合式（1）、式（2）和式（3）得出客觀測試數(shù)據(jù)到主觀評價轉換公式（4）。

Z表示由測試數(shù)據(jù)導出并對應主觀評價的客觀分值。

3" " 某車型雨水敲擊聲問題解決

用戶抱怨某車型雨水敲擊聲大，將車置于淋雨間進行評價后，得出主觀評價為5.75分，語音清晰度為47.0%，響度為25.1soneGD[8]。

在測試評級過程中，評價人員發(fā)現(xiàn)此車型雨水敲擊頂蓋的感知較為清脆，響度大，根據(jù)分析推測可能是頂蓋鈑金問題，由于頂蓋設計為大平面形式，鈑金受到雨水敲擊激勵后振動幅度較大且衰減速度緩慢，最終出現(xiàn)噪聲問題。鈑金大平面設計下剛度小，阻尼損耗因子小。從實際項目開發(fā)階段考慮，增加加強梁方案周期長，方案不可行。粘貼補強膠片容易與鈑金形成應力集中，影響頂蓋外觀造型，方案也不可行。最終項目采用了粘貼丁基阻尼膠片的方案，此方案雖然無法增加頂蓋表面剛度，但促進能量加速衰減，從而減小振幅，降低車內噪聲。

經過分析預測，在頂蓋底面增加10片1.5mm損耗因子0.22的丁基阻尼膠片，可以有效地提升雨水敲擊聲品質，其布置方案如圖4所示：

阻尼方案實施后，客觀測試指標改善如圖5所示。同時，主觀評價從5.75分提升為6分，即改善了0.25分，按照式（4），客觀分值提升0.24分，比主觀評價改善值僅僅小了4%，可以看出這種方法偏差低，精度高，主觀評價與客觀分值一致性好，避免了人為因素造成的評價誤差。

4" " 結論

本文提出了一種乘用車頂蓋雨水敲擊聲的聲品質評價方法，分析了主觀評價與客觀評價方法的利弊，借助于統(tǒng)計學的回歸分析計算，建立了一套主客觀相結合的雨水敲擊聲品質評價準則。通過對實際問題的應用，得到主要結論如下：

（1）汽車雨水敲擊聲問題解決中，頂蓋加丁基阻尼方案有效地提升了雨水敲擊的聲品質水平；

（2）該評價方法將客觀測試數(shù)據(jù)轉化為類似于主觀評價的客觀分值，完善了以用戶感知為中心的開發(fā)能力；

（3）主觀評價改善量和客觀分值改善量結果相近，兩者相互印證，說明該方案的改善效果可信度高，對于汽車主觀評價與客觀測試結合分析具有重要意義。

參考文獻：

[1]龐劍，諶剛，何華. 一種永磁同步電機聲品質主觀評價方法研究[M]. 北京：北京理工大學出版社，2006： 10-11.

[2]Blauert J Product-sound Assessments An Enigmatic Issue from the Point of View of Engineering[C]. Proceedings of Intemoise 94. Yokohama. Japan 1994，2：857-862.

[3]汪念平，陳劍，鐘秤平." 汽車聲品質分析方法與評價流程[J]. 汽車工程，2016，29（09）：800-803.

[4]陳其勇，劉雯，趙慶華，等. 乘用車關門聲品質評價方法研究[A]. 2021中國汽車工程學會年會論文集，2021，4：1148-1152.

[5]廖連瑩，趙景波，楊馨，等. 混合動力汽車車內聲品質分析與優(yōu)化[J]. 重慶理工大學學報（自然科學版），2022，36（01）：66-73.

[6]王博，王海文，江祖毅，等. 一種永磁同步電機聲品質主觀評價方法研究[J]. 汽車工程學報，2022，12（01）：90-97.

[7]朱俊興，程義，黃貝，等. 轎車關門聲品質方法的研究[J]. 上海汽車，2019，341（01）：2-10.

[8]ISO 532-1（2017），“Acoustics—Methods for Calculating Loudness—Part 1： Zwicker Method，” 2017.

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評價和測試車內雨水聲音，開創(chuàng)性的提出主觀感受和客觀測量數(shù)據(jù)的結合，能夠以數(shù)據(jù)的方式來比較明確的表達出車內乘客對雨水反應的主觀感受，對于研究車內靜謐性有較好的參考價值。