乘用車關(guān)門聲品質(zhì)影響因素研究與優(yōu)化

王恒,申秀敏,龍偉,李利明,郭常立

(重慶金康賽力斯新能源汽車設(shè)計(jì)院有限公司,重慶 401135)

0 引言

伴隨生活水平的提高和近年來(lái)80后、90后駕駛員的增多,人們對(duì)汽車的舒適性越發(fā)看重,而汽車舒適性主要體現(xiàn)在NVH(noise, vibration, harshness)水平上。其中,關(guān)門聲品質(zhì)極大地影響了人們?cè)谶x購(gòu)汽車時(shí)的主觀感受,逐漸成為近幾年汽車NVH研究的熱點(diǎn),也越來(lái)越成為評(píng)價(jià)一個(gè)汽車品牌的重要因素之一[1-2]。

良好的車門聲品質(zhì)可以向顧客傳遞出車輛的可靠性、舒適性和豪華感等諸多信息,能在很大程度上影響消費(fèi)者的購(gòu)車情緒[3]。通常用戶期望的關(guān)門聲具有如下特點(diǎn):1)聲響適中,有較強(qiáng)的關(guān)閉信心感;2)整體感較強(qiáng)、無(wú)松散感、無(wú)異音;3)厚重,最好能給人一種豪華的感受。因此,本文針對(duì)某乘用車關(guān)門聲品質(zhì)不達(dá)標(biāo)的問(wèn)題,利用主觀評(píng)價(jià)和客觀測(cè)試相結(jié)合的方式,采用獨(dú)立運(yùn)行法來(lái)對(duì)樣車關(guān)門聲品質(zhì)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1 關(guān)門聲品質(zhì)的評(píng)價(jià)

1.1 客觀評(píng)價(jià)

關(guān)門聲品質(zhì)的客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)通常有響度、尖銳度、振顫、聲音清晰度等,但有大量文獻(xiàn)表明,其中響度和尖銳度能表征關(guān)門聲品質(zhì)的主要內(nèi)容,故常用其來(lái)優(yōu)化改進(jìn)對(duì)關(guān)門聲品質(zhì)的設(shè)計(jì)[4]。因此,本文選擇響度和尖銳度兩個(gè)指標(biāo)對(duì)關(guān)門聲品質(zhì)進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)。

響度是人對(duì)聲音大小的一種主觀判斷[5]。為了能清楚地描述響度,通常由響度級(jí)來(lái)定義。而響度級(jí)是1 000Hz純音的聲壓級(jí),單位為方(Phon)。因此,響度定義如下:以響度級(jí)為40Phon聲音的大小,單位為宋(Sone)。其中,響度及其響度級(jí)之間的關(guān)系如下:

(1)

(2)

式中:N為響度;n′(z)為特征響度;z為臨界帶寬,Bark;LN為響度級(jí)。

尖銳度是用于衡量聲音信號(hào)中高頻成分多少的重要心理學(xué)參數(shù),主要影響人們對(duì)聲音音調(diào)高低的判斷。尖銳度定義如下:以1 000Hz為中心頻率的帶寬(<150Hz)內(nèi),聲壓級(jí)為60dB的窄帶噪聲,單位為Acum。通常,尖銳度可表示如下:

(3)

1.2 主觀評(píng)價(jià)

目前,對(duì)于汽車關(guān)門聲品質(zhì)主觀評(píng)價(jià)的方法主要有:等級(jí)評(píng)分法、成對(duì)比較法、排序法等[6]。這些方法各有優(yōu)勢(shì),適用于不同的試驗(yàn)條件。因此,在進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)前必須根據(jù)聲音樣本特點(diǎn),選擇恰當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)方法才能獲取良好的評(píng)價(jià)結(jié)果。

等級(jí)評(píng)分法是根據(jù)聲音的某個(gè)屬性,由受過(guò)訓(xùn)練的評(píng)價(jià)者在事先給定的打分制內(nèi)進(jìn)行評(píng)分,較常用的打分形式是10分制標(biāo)準(zhǔn),如表1所示。成對(duì)比較法是將兩個(gè)聲音樣本按先后順序進(jìn)行播放,評(píng)價(jià)主體每聽(tīng)完一組聲音樣本后做出判斷,主要通過(guò)兩兩比較的方式來(lái)對(duì)聲音進(jìn)行評(píng)價(jià)。

表1 聲品質(zhì)主觀評(píng)價(jià)10分制打分標(biāo)準(zhǔn)

等級(jí)評(píng)分法是一種絕對(duì)評(píng)價(jià)方法,當(dāng)樣本較多時(shí),由于缺乏標(biāo)準(zhǔn)的參考,因而難以給出精確的分值,某些聲音樣本在主觀聽(tīng)覺(jué)上可能差別很小,難以分辨。成對(duì)比較法相對(duì)來(lái)說(shuō)比較容易把握,因此本文對(duì)于所采集關(guān)門聲樣本信號(hào)的聲品質(zhì)主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)采用等級(jí)評(píng)分法進(jìn)行,并利用成對(duì)比較法對(duì)等級(jí)評(píng)價(jià)的結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)充和可信度檢驗(yàn)。主觀評(píng)價(jià)流程如圖1所示。

圖1 主觀評(píng)價(jià)流程圖

主觀評(píng)價(jià)在聲品質(zhì)主觀評(píng)價(jià)間進(jìn)行。參與主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)的評(píng)價(jià)人員由企業(yè)NVH工程師和車輛工程專業(yè)實(shí)習(xí)生組成,共計(jì)24名評(píng)價(jià)人員。其中男性18人,女性6人,且都是身體健康,聽(tīng)力正常,具有相關(guān)聲品質(zhì)評(píng)價(jià)經(jīng)驗(yàn)。在主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)之前,對(duì)所有參評(píng)者進(jìn)行樣本說(shuō)明和聽(tīng)音培訓(xùn)。

通過(guò)前期對(duì)樣車關(guān)門聲進(jìn)行摸底試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)樣車存在如下問(wèn)題:樣車車門鎖撞擊聲明顯,總體響度偏大,車門聲音松散,無(wú)厚重感,相比對(duì)標(biāo)車有明顯差距。

2 關(guān)門聲品質(zhì)測(cè)試

關(guān)門聲樣本的正確采集是進(jìn)行關(guān)門聲品質(zhì)評(píng)價(jià)的前提。在背景噪聲<20dB(A)、截止頻率<50Hz的半消聲室內(nèi)布置傳感器進(jìn)行關(guān)門聲品質(zhì)測(cè)試。測(cè)點(diǎn)布置為每個(gè)車門把手后方的400mm、車身外廓300mm處。傳聲器的高度為1.60m?，F(xiàn)場(chǎng)布置如圖2所示。

圖2 關(guān)門聲品質(zhì)測(cè)試

選取3臺(tái)樣車,對(duì)其前、后門分別進(jìn)行關(guān)門聲品質(zhì)試驗(yàn)測(cè)試,采集其前、后門的關(guān)門聲樣本并進(jìn)行預(yù)處理。關(guān)車門的操作由試驗(yàn)人員完成,使用正常的力度開(kāi)啟并關(guān)閉車門。通過(guò)關(guān)門速度計(jì)讀取關(guān)門速度,保證車門的關(guān)閉速度在1.0～1.2m/s之間。在車門的關(guān)閉過(guò)程中采集各個(gè)測(cè)點(diǎn)的噪聲信號(hào),采樣頻率不低于20 480Hz。連續(xù)測(cè)試3次,且3次的測(cè)試結(jié)果誤差不能大于2dB(A),否則重測(cè)。圖3、圖4分別為樣車原始狀態(tài)前、后門關(guān)門聲信號(hào)時(shí)頻圖。

圖3 原狀態(tài)前門關(guān)閉聲時(shí)頻圖

圖4 原狀態(tài)后門關(guān)閉聲時(shí)頻圖

從圖3、圖4可知:原狀態(tài)樣車前、后門的高頻成分均比較大,尖銳度偏高,說(shuō)明車門鎖較差;前、后門的中頻成分較大,密封條吸聲能量較少;低頻成分適中,沒(méi)有振顫尾音。

3 優(yōu)化措施及效果驗(yàn)證

3.1 優(yōu)化措施

在測(cè)試樣車初始狀態(tài)關(guān)門聲品質(zhì)的基礎(chǔ)上,變更影響車門聲品質(zhì)的主要部件,采用獨(dú)立運(yùn)行法,在相同環(huán)境下對(duì)比不同部件變更后的效果。

1)方案1:變更車門鎖

汽車車門在開(kāi)啟、關(guān)閉過(guò)程中,車門鎖部件會(huì)由于受到撞擊等產(chǎn)生大量噪聲,特別是旋轉(zhuǎn)卡板和棘爪的碰撞更是高頻噪聲的主要來(lái)源[7]。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)樣車門鎖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn),門鎖部件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,無(wú)緩沖吸能裝置對(duì)撞擊能量進(jìn)行吸收和衰減。因此,要求供應(yīng)商提供了另外一種緩沖狀態(tài)的鎖,增加了鎖口泡棉。圖5是車門鎖變更前后對(duì)比,表2為車門鎖變更前后客觀評(píng)價(jià)參數(shù)值。

圖5 車門鎖變更前后對(duì)比

表2 車門鎖變更前后客觀評(píng)價(jià)參數(shù)值

通過(guò)表2可知:車門鎖變更后,關(guān)門聲響度和尖銳度分別降低了3.6%和11.7%,尖銳度改善效果明顯,從而進(jìn)一步驗(yàn)證了車門鎖部件主要影響關(guān)門聲品質(zhì)的高頻成分。

2)方案2:增加車身密封條

車門密封性是感知整車品質(zhì)的重要方面,涉及關(guān)門聲品質(zhì)、防水防塵、隔音等諸多內(nèi)容[8]。通過(guò)對(duì)樣車進(jìn)行測(cè)試分析發(fā)現(xiàn),車門密封性不佳。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn),樣車車身密封條采用的是單層橡膠密封,且車門內(nèi)飾板也只做了簡(jiǎn)單的吸聲和隔振處理。因此,有必要對(duì)車身密封條進(jìn)行改進(jìn)。在原有的密封條基礎(chǔ)上增加一圈手工制作密封條,圖6為密封條變更前后對(duì)比,其中圖6(b)右下角為手工斷面。表3為密封條變更前后客觀評(píng)價(jià)參數(shù)值。

表3 密封條變更前后客觀評(píng)價(jià)參數(shù)值

通過(guò)表3可知:車身密封條改進(jìn)后,響度和尖銳度分別降低了9.8%和4.3%,響度改善效果顯著,說(shuō)明車身密封條主要影響關(guān)門聲品質(zhì)的響度。

3)方案3:改進(jìn)內(nèi)飾板

由前面分析發(fā)現(xiàn),樣車車門內(nèi)飾板聲學(xué)包裝材料和結(jié)構(gòu)過(guò)于簡(jiǎn)單,不能較好地吸收和隔離關(guān)門噪聲。經(jīng)過(guò)對(duì)樣車車門進(jìn)行分析后,在車門內(nèi)飾板一圈增加局部泡棉、邊緣增加吸聲棉,如圖7所示。表4為內(nèi)飾板變更前后客觀評(píng)價(jià)參數(shù)值。

圖7 內(nèi)飾板變更

表4 內(nèi)飾板變更前后客觀評(píng)價(jià)參數(shù)值

通過(guò)表4可知:內(nèi)飾板增加吸聲棉后,響度和尖銳度分別降低了2.4%和1.2%,但效果均不是很明顯,說(shuō)明通過(guò)改進(jìn)內(nèi)飾板來(lái)提高關(guān)門聲品質(zhì)的效果有限。

4)方案4:增加阻尼膠片

阻尼膠片充分利用了高分子聚合物的大阻尼特性和鋼板的高剛度優(yōu)勢(shì),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)車身板的振動(dòng)和噪聲控制[9]。此外,阻尼膠片具有易粘貼、質(zhì)量輕和可裁剪成任意形狀等諸多優(yōu)點(diǎn),在車身NVH開(kāi)發(fā)過(guò)程中得到了廣泛應(yīng)用。為驗(yàn)證阻尼膠片對(duì)關(guān)門聲品質(zhì)的影響,在原車的基礎(chǔ)上逐步增加阻尼膠片進(jìn)行試驗(yàn),從而確認(rèn)阻尼膠片對(duì)聲品質(zhì)的貢獻(xiàn)量。圖8所示為阻尼膠片在樣車上應(yīng)用的3種狀態(tài),圖9為試驗(yàn)測(cè)得的阻尼膠片對(duì)車門聲品質(zhì)的貢獻(xiàn)量。

圖8 阻尼膠片變更狀態(tài)

圖9 阻尼膠片對(duì)車門聲品質(zhì)的貢獻(xiàn)量

從圖9可知:相比于未貼阻尼膠片時(shí),在車門不同位置張貼阻尼膠片后,3種狀態(tài)下響度分別為下降了1.62 Sone、下降了2.14 Sone、基本不變;尖銳度分別為下降了0.02 Acum、不變、下降了0.03 Acum。由此可知,張貼阻尼膠片對(duì)關(guān)門聲品質(zhì)響度改善效果明顯,對(duì)尖銳度改善效果并不明顯。

5)各方案貢獻(xiàn)量總結(jié)

將各改進(jìn)方案對(duì)車門聲品質(zhì)的影響進(jìn)行匯總,如表5所示。從表5可知,對(duì)響度貢獻(xiàn)量從大到小依次為密封條、阻尼片、車門鎖及吸聲棉;對(duì)尖銳度貢獻(xiàn)量從大到小依次為車門鎖、密封條、阻尼膠片及吸聲棉。

表5 各方案貢獻(xiàn)量對(duì)比

3.2 整改方案驗(yàn)證

經(jīng)過(guò)多輪優(yōu)化方案的實(shí)施發(fā)現(xiàn),單獨(dú)采用上述某一種或某兩種改進(jìn)方案,樣車關(guān)門聲品質(zhì)均不能超越對(duì)標(biāo)車。因此,為了樣車關(guān)門聲品質(zhì)能達(dá)到以及超越對(duì)標(biāo)車,最終將4種改進(jìn)方案集成到一起進(jìn)行試驗(yàn)。圖10、圖11分別為最終方案測(cè)得的前、后門關(guān)門聲信號(hào)的時(shí)頻圖,表6為對(duì)標(biāo)車和優(yōu)化后樣車的客觀測(cè)試結(jié)果。

圖10 優(yōu)化后前門關(guān)閉聲時(shí)頻圖

圖11 優(yōu)化后后門關(guān)閉聲時(shí)頻圖

表6 樣車和對(duì)標(biāo)車客觀評(píng)價(jià)參數(shù)值

對(duì)比圖3、圖4和圖10、圖11的優(yōu)化前后樣車前、后門關(guān)閉聲時(shí)頻圖可知,優(yōu)化后前門的高頻成分和中頻成分明顯下降,尖銳度降低,密封條吸聲能量增加;優(yōu)化后后門的高頻成分明顯下降,尖銳度降低。從表6可知,樣車最終優(yōu)化方案的關(guān)門聲品質(zhì)客觀測(cè)試結(jié)果均優(yōu)于對(duì)標(biāo)車。

3.3 主觀評(píng)價(jià)

為進(jìn)一步驗(yàn)證優(yōu)化后樣車客觀測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性,對(duì)優(yōu)化前后聲音樣本進(jìn)行了主觀評(píng)價(jià)。運(yùn)用上述介紹的等級(jí)評(píng)分法對(duì)采集到的關(guān)門聲樣本進(jìn)行主觀評(píng)價(jià),采用如表1所示的10分制打分標(biāo)準(zhǔn),根據(jù)總體響度、尖銳度、振顫、突出感、豪華感、低廉等特征進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)。最后,通過(guò)對(duì)24個(gè)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行成對(duì)比較法檢驗(yàn),剔除2個(gè)不合格的評(píng)分后,對(duì)余下22個(gè)評(píng)價(jià)者的打分進(jìn)行求和取平均,計(jì)算得到的優(yōu)化前后主觀評(píng)價(jià)值如表7所示。結(jié)果表明優(yōu)化后比優(yōu)化前提高了31.9%,滿足要求。

表7 優(yōu)化前后主觀評(píng)價(jià)值

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)某自主品牌乘用車關(guān)門聲品質(zhì)較差的問(wèn)題,結(jié)合主觀評(píng)價(jià),對(duì)樣車開(kāi)展客觀測(cè)試和優(yōu)化設(shè)計(jì),使得優(yōu)化后的樣車關(guān)門聲品質(zhì)優(yōu)于對(duì)標(biāo)車。結(jié)果表明:在聲品質(zhì)主觀評(píng)價(jià)中先采用等級(jí)評(píng)分法進(jìn)行打分,然后利用成對(duì)比較法對(duì)等級(jí)評(píng)分法的結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證,可剔除掉不可靠的個(gè)體,使得主觀評(píng)價(jià)結(jié)果更具可靠性。通過(guò)獨(dú)立運(yùn)行法能在車門聲品質(zhì)開(kāi)發(fā)中快速分析出不同措施對(duì)聲品質(zhì)的貢獻(xiàn)量大小,具有可操作性強(qiáng)、便于工程化應(yīng)用的特點(diǎn)。在車門聲品質(zhì)開(kāi)發(fā)中,采用主客觀評(píng)價(jià)相結(jié)合的方式,可以快速準(zhǔn)確地診斷出問(wèn)題所在,對(duì)于改善車門聲品質(zhì)和提高工作效率均具有顯著的優(yōu)勢(shì)。