基于变异系数法的轮胎噪声主客观评价方法研究

文/校辉 李羽白

【机动车专栏】

基于变异系数法的轮胎噪声主客观评价方法研究

文/校辉1李羽白2

本文以某整车作为测试平台，通过换装同一规格不同花纹和品牌的轮胎，对轮胎的噪声进行主观评估和客观测试；根据多策略评价的赋值思想和变异系数法对客观评价指标的权重进行探讨，并与主观评价结果进行对比分析，研究其一致性，为整车的舒适性评价提供依据。

轮胎变异系数法噪声评价

轮胎对汽车性能有十分重要的影响，它影响汽车的动力性、经济性、制动性、操纵稳定性、平顺性和舒适性等等。其中，舒适性对车辆使用者有着更直接的影响，而行驶噪声作为影响车辆乘坐舒适性的重要因素之一，越来越受到关注。

一、轮胎噪声对汽车舒适性的影响

轮胎噪声是构成汽车行驶噪声的主要噪声源之一，当汽车行驶速度大于50 km/h时，轮胎噪声逐渐显现；当车速超过80 km/h时，轮胎噪声则成为汽车行驶噪声的主要成分。车速越快、负荷越大，轮胎噪声的能量级就越高，在汽车行驶噪声中所占比例也就越大。车内环境受外界干扰较小，噪声测量结果更为稳定、准确，所以本文考察的轮胎噪声仅考虑车内测量噪声结果。分别选取车辆前排位置和后排位置布置传声器，采集不同速度工况下的噪声结果，从而分析评价轮胎噪声性能。

目前，世界各大汽车公司主要通过道路试验对轮胎性能分别进行主客观评价。主观评价是由评价分析员基于自身主观认知程度对车辆性能进行评价，会存在一定程度的主观随意性；客观评价是利用试验指标值所反映的客观信息通过多指标试验的综合加权进行评价，各项试验指标权重的确定是客观评价首要的也是关键的环节。显然，仅靠客观权重不能充分体现评价分析者对车辆性能的认知程度。为了兼顾评价分析者对车辆性能的主观认知（经验），同时充分考虑客观试验结果所提供的客观信息，需要对客观指标进行赋值达到主客观一致，进而使评价客观、真实和有效。

二、车内噪声测试方法

选择某品牌1.6MT车辆作为测试平台，对标轮胎的尺寸为205/55R16，分别对换装7种同规格不同花纹和品牌的轮胎在干燥平滑路面上进行车内噪声测试。

试验传声器布置根据GB/T 18697-2002《声学汽车车内噪声测量方法》规定传声器位置进行。车辆在标准胎压以及给定负载的情况下，分别以60 km/h、80 km/h和100 km/h的初始速度进行空挡滑行，试验过程中需要同时记录试验前后轮胎表面温度、环境温度和车内噪声。试验过程将试验样品分成3组，分别为A组、B组和C组。A组为对标轮胎A1；B组、C组各包含3个品牌的轮胎。试验顺序为A1（3次）→B1（6次）→B2（6次）→B3（6次）→A1（3次）→C1（6次）→C2（6次）→C3（6次）→A1（3次）。测试客观结果取平均值如表1所示：

表1 轮胎噪声测试结果矩阵 dB

三、噪声评价方法的研究

本文通过主观赋权、客观（变异系数法）赋权，给客观指标赋权值的多策略赋权方法，从而使客观评价结果更好地接近主观评价结果。

此评价为多指标试验的综合加权评分法，是指将多指标试验的结果，根据各项试验指标在整个试验中的重要性，确定出其所占的权重，将多指标的试验结果化为单指标的试验结果——综合加权评分值，然后按照单指标分析方法，对方案进行综合选优的一种方法。因此，在多指标试验的综合加权评分法当中，确定各项试验指标的权重是首要的也是关键的环节，对各指标赋权的合理与否，直接关系到分析结论的可靠性。目前，指标权重的确定方法主要包含主观赋权法和客观赋权法。

①确定指标的主观权重

主观赋权法是研究者根据其主观价值判断来指定各指标权数的一种方法，常见的有专家评判法、层次分析法等。该方法能较好地体现评价者的主观偏好，但由于每个人的主观价值判断标准有差异，因而构建的权数缺乏稳定性。由于本次试验目的是研究不同花纹不同品牌的轮胎与对标胎的性能对比，因此，评价分析者仅根据目标胎所定位的各项性能对所涉及的客观试验指标进行赋值。各项试验指标的主观权重为：

②确定指标的客观权重

要使由多个指标构成的综合评价值能更准确地反映车内噪声的真实情况，进而确保评价的准确性，还必须要对客观评价指标赋予不同的权重。为了避免权数确定的主观性，本文采用变异系数法确定客观评价指标的权重。

变异系数是统计中常用的衡量数据差异的统计指标，该方法根据各个指标在所有被评价对象上观测值的变异程度大小来对其赋权。如有项评价指标，有个评价对象，为原始数据矩阵，其中为第个对象的第个指标数值。

第一步：计算各指标的标准差，反映各指标的绝对变异程度。

公式（2）中Sj表示第j个指标的标准差。

第二步：计算各指标的变异系数，反映各指标的相对变异程度（见公式3）。

第三步：对各指标的变异系数进行归一化处理，得到各指标的权数（见公式4）。

根据轮胎噪声测试结果矩阵和变异系数法可以得到轮胎噪声结果的客观评价指标权重：

③指标综合权重的确定

为了既兼顾主观偏好（对主观赋权法和客观赋权法的偏好），又充分利用主观赋权法和客观赋权法各自带来的信息，达到主客观的统一，建立如下的优化决策模型（见公式5）：

求解最优解可以得到带有偏向系数的综合权重（见公式6）：

④评价值归一化

为了使变换后的指标数据既能进行比较，又能真正地反映出指标数据原有的规律和特性，在综合评价前必须把这些指标按某种效用函数归一化到某一无量纲区间。根据文献中所述选取效用函数对指标数据进行无量纲化处理。在各个指标数据平均值的基础上引入中间变量，将不同量纲的数据统一在[-1,1]之间，然后再用指数函数将其变换到[0,1]。

表2 综合测试结果评价指标矩阵的中间变量矩阵 10-3

表3 一次变换指标矩阵 10-3

经过以上变换后所有指标数据在[-1,1]之间，在此基础上再进行二次变换，将数据变换到[0,1]之间得到评价指标无量纲矩阵（见表4）。

表4 二次变换评价指标无量纲矩阵

⑤客观综合评价

采用线性加权综合法计算各轮胎噪声性能客观评价值（见表5）。

表5 线性加权综合法计算各轮胎噪声性能客观评价值

轮胎噪声性能的主观评价是驾驶员根据不同评价工况驾驶汽车时，依据车辆对驾驶员的反馈感觉对轮胎进行评价。主观评价一般包含定性评价和定量评价，定性评价一般是多种评价对象的相对排序，这对评价分析者的水平要求较高，一般难以满足。定量评价有两种方法，一是采用绝对分数法，即把主观评价内容用数值化的评价等级表示出来；二是采用相对分数法，即首先确定一参考对象，其他评价对象是相对于参考对象而言的。对评价对象进行了分组，按规定的试验顺序进行主观评价。评价等级采用10分评分等级，将对标胎定义为5分，0～5分表示性能不如对标胎，分数越低，性能越差；6～10分表示性能强于对标胎，分数越高，性能越好。评价方法是依据对比打分法，首先进行对标胎A1和B组轮胎的评价，将B1、B2、B3分别和A1进行主观对比评价，随后再次进行对标胎A1的评价，根据A1的试验修正B1、B2、B3的评分结果；然后进行C组评价，将C1、C2、C3分别和A1进行主观对比评价，最后再进行一次A1的评价，修正C1、C2、C3的评分结果（见表6）。

表6 噪声的主观评价 dB

根据上述的主观权重，可以得到主观评价综合评价值：

表7 主观评价综合评价值

主客观一致性的目的是检验客观评价和主观评价指标与方法的合理性与可靠性。如果7种轮胎的客观评价指标值与驾驶员的主观评价有很好的一致性，这说明轮胎的客观评价指标方法是可信的。这将为以后的轮胎全面性能的对比奠定基础。图1所示客观评价与主观评价的对比。

图1 主客观评价对比

上述研究数据表明：主观评价与客观评价在趋势上具备一致性，主观评价排序与客观评价排序的相关系数为：0.966 39。其中B3、C2的主、客观排序存在评价偏差，需要进一步的分析其原因，以纠正存在的评价偏差。

至此，我们对轮胎噪声进行了客观的物理评价，其评价结果与乘客的主观感受结果是相近的，说明我们的方法和影响因素加权系数的确定等都是较为客观与实用的。

四、结论

本文通过整车轮胎噪声主客观评价方法的分析研究，提出了多策略评价的赋值思想，对客观评价指标的权重进行赋值，得出轮胎噪声综合评价指标评判结果与主观评价结果存在很好的吻合度。综合本文所述的理论方法及其验证结果，说明了主客观一致性评价方法的可行性。

This paper takes a vehicle as the test platform,through changing the tires with same specifications but different patterns and brands,to conduct subjective evaluation and objective test on tire noise.The paper utilize multi-strategy evaluation based data assignment approach and variation coefficient method to investigate weight of objective evaluation index,and the results are compared and analyzed with the results of subjective evaluation results,as well as the consistency.The study provides the basis for comfort evaluation of the vehicle.

Tires;Coefficient of variation;Tire noise;Evaluation

（作者单位：1.上汽集团商用车技术中心2.上海机动车检测中心）