某SUV高里程匀速车内噪声变化特性分析

刘鸿伟　李洪亮，　苏丽俐　刘海　陈玉明

（1.河北工业大学；2.中国汽车技术研究中心汽车工程研究院）

随着汽车市场的竞争越来越激烈，作为影响汽车驾乘感受的噪声、振动及声振粗糙度（NVH）性能，越来越受到国内外汽车行业的重视。而且，顾客在购车时除了关注新车性能，对汽车使用若干年后的性能也越来越关注，一些制造厂商也已开始将汽车高里程NVH性能定为一项设计指标[1]。一般来说，汽车在0里程时设计成具有良好的NVH性能，但经过长时间行驶后，一些关键零部件（如悬架橡胶元件、发动机支承、轮胎）的性能出现不同程度的下降或变化，从而影响汽车的NVH性能[2]。因此，汽车高里程NVH性能就是汽车行驶到一定里程后的噪声与振动性能。为了提升汽车高里程NVH性能以满足顾客的需求，研究高里程NVH性能的变化特性尤为重要。文章以某自主品牌SUV为研究对象，重点关注车内匀速行驶时的噪声这项指标，通过在公共道路上进行模拟用户实际使用工况的适应性试验进行里程积累，并根据中国普通用户的实际使用习惯，按照其一年2万km的里程积累进度[3]，同时参考国家质检总局于2013年施行的《家用汽车产品修理、更换、退货责任规定》中对“三包”责任的规定，将特性研究分为 0～3 000 km，3 000～20 000 km，20 000～40 000 km，40 000～50 000 km4个阶段，每个阶段均进行车内噪声摸底测试，从而得到各个里程下的车内噪声信号，利用HEAD软件并结合频谱分析法对车内声压级和语言清晰度随里程增加的整体与局部变化特性进行分析。其中，整体变化特性侧重变化过程，描述了汽车在0～50 000 km行驶过程中，车内噪声在行驶至不同里程时的阶段性变化情况。而局部变化特性侧重变化结果，描述了汽车在完成50 000 km的里程累积后，车内噪声的总变化以及在部分频率和频段内的幅值变化情况。

1　车内匀速噪声测试

车内噪声的测试包括声压级的大小和声品质。文章重点关注语言清晰度这一声品质评价指标，通过车内噪声测试，获得车内声压级和语言清晰度数据。

试验选择在我国某汽车试验场进行，工况为匀速工况（40，60，80，100，120 km/h）；测试仪器主要包括HEAD Record软件和HEAD ArtemiS软件，分别用于声音信号的采集与处理。为了进行车内不同位置的噪声分析，试验人员分别在前排左侧人员右耳（FRLE_in）和后排右侧人员右耳（RERI_out）布置传声器进行声学数据采集，测点布置位置，如图1所示。

图1　某SUV车内噪声测点布置示意图

2　车内匀速噪声整体变化特性

2.1　车内声压级变化特性

通过车内匀速噪声测试得到不同车速下各个里程的FRLE_in和RERI_out位置声压级数据以及其随里程增加的变化特性，如图2所示。

图2　某SUV车内乘员声压级变化特性

从图2可以看出，汽车在0～50 000 km行驶过程中，车内声压级整体呈上升趋势。其中在行驶至3000km时，车内声压级总体略有降低，且FRLE_in较RERI_out降幅明显，但在80 km/h时约有0.4 dB（A）的增幅。在行驶至20 000 km后，车内声压级较3 000 km时有所增加，增幅约0.5 dB（A），总体仍略低于0 km水平，但在80 km/h时却高出0 km水平约1.2 dB（A）。在行驶至40 000 km时，车内声压级较20 000 km在40，60 km/h下有明显增加，且高于0 km水平，在80 km/h时略有下降，在100，120 km/h下变化不大。当汽车行驶至50 000 km后，车内声压级在各车速下较40 000 km均有所增加，且整体高于0 km水平。

综上分析，随着行驶里程的增加，车内声压级在不同车速下均有不同程度的上升，并且当车速≥100 km/h时，上升趋势越不明显，车内声压级总变化值越小。

2.2　车内语言清晰度变化特性

通过车内匀速噪声测试得到不同车速下各个里程的FRLE_in和RERI_out位置的语言清晰度数据及其随里程增加的变化特性，如图3所示。

图3　某SUV车内乘员语言清晰度变化特性

从图3可以看出，汽车在0～50 000 km行驶过程中，车内语言清晰度整体呈下降趋势。其中在行驶至3 000 km时，车内语言清晰度总体略有升高，但在80 km/h车速时约有4%的降幅。在行驶至20 000 km后，车内语言清晰度较3 000 km总体有所降低，较0 km在40，60 km/h 时无明显差别，在 80，100，120 km/h 时总体降低，降幅约6%，但在80 km/h时却有大约12%的降幅，降幅最大。在行驶至40 000 km时，车内语言清晰度总体较 20 000 km在 40，60 km/h下有所降低，在80，100，120 km/h时略有增加，但均低于0 km水平。当汽车行驶至50 000 km后，车内语言清晰度在各车速下较40 000 km均有所降低，且整体低于0 km水平。

综上分析，随着里程数的增加，汽车在不同车速下的车内语言清晰度均有不同程度的下降。其中，在中低速（40，60 km/h）状态时，语言清晰度无明显下降，而在高速（80，100 km/h）状态时下降最为明显。

3　车内匀速噪声局部变化特性

利用HEAD ArtemiS将不同车速下的车内噪声信号进行快速傅里叶变换（FFT）处理，实现噪声信号从时域至频域的转换，得到不同车速下车内噪声频谱图，如图4～图8所示。同时结合频谱分析法从而获得不同车速下车内声压级在某些频率及频带上的局部变化特性。

图4　某SUV匀速行驶车内噪声频谱比较（40 km/h）

图5　某SUV匀速行驶车内噪声频谱比较（60 km/h）

图6　某SUV匀速行驶车内噪声频谱比较（80 km/h）

图8　某SUV匀速行驶车内噪声频谱比较（120 km/h）

从图4可以看出，汽车以40 km/h的速度匀速行驶至50 000 km后，FRLE_in和RERI_out处声压级分别升高2.5 dB（A）和1.6 dB（A）。车内2个主要关注点在90，130 Hz处声压级均较低，在110，50～700 Hz处均较高，但在29 Hz处仅FRLE_in升高，RERI_out无明显变化。

从图5可以看出，汽车以60 km/h的速度匀速行驶至50 000 km后，FRLE_in和RERI_out处声压级分别升高3.5 dB（A）和2.1 dB（A）。车内2个主要关注点在110，164，300～750 Hz处均较高，在 130 Hz处均较低，但在54 Hz仅FRLE_in较低，RERI_out无变化，其他频率变化不大。

从图6可以看出，汽车以80 km/h的速度匀速行驶至50 000 km后，FRLE_in和RERI_out处声压级分别升高 3.5 dB（A） 和 1.9 dB（A）。其中 FRLE_in和RERI_out分别在 116，146，220 Hz 和 35，220 Hz 处较高，RERI_out在148 Hz处较低，其它频率变化不大。

从图7可以看出，汽车以100 km/h的速度匀速行驶至50 000 km后FRLE_in和RERI_out处声压级分别升高0.8 dB（A）和1.5 dB（A）。车内2个主要关注点在 30，180，270 Hz处均较高，在 800～1 000 Hz处均较低。

从图8可以看出，汽车以120 km/h的速度匀速行驶至50000km后，FRLE_in和RERI_out处总声压级均无明显变化。其中FRLE_in和RERI_out在52，220 Hz处均较高，但分别在 170，188，800～1 000 Hz 和94，800～1 000 Hz处较低，其它频率变化不大。

4　结论

1）通过50 000 km耐久性试验以及在不同里程时由车内噪声测试所得的匀速车内声压级和语言清晰度数据，得到不同车速下车内声压级和语言清晰度随里程增加的整体变化特性。结果表明，该车行驶50 000 km后的车内匀速噪声性能总体有所变化，主要差别为：匀速40，60，80，100 km/h的车内噪声50 000 km后均有所升高，其中FRLE_in和RERI_out分别在80，100 km/h有明显升高，升幅达3.0 dB（A）以上；车内语言清晰度均有所下降。在120 km/h时，车内噪声变化较小，其中FRLE_in 降低 0.36 dB（A），RERI_out升高 0.12 dB（A）。

2）利用频谱分析法对路试前后车内噪声进行分析，得到不同车速下车内声压级在部分频率及频段上的局部变化特性。结果表明，该车行驶50 000 km后车内声压级总体有所增加，从频段来看主要发生在100～500 Hz，从车速来看主要在60，80 km/h时增幅较大，增幅约3dB（A），然而当车速达到100，120km/h时，车内声压级在100～500Hz虽有所增加，但是在800～1000Hz却有所下降，甚至低于0 km水平。

3）通过该车的变化特性可以看出，40 000 km内车内噪声性能下降较少，但行驶至50 000 km时性能下降明显，说明该车在三包期间对车内噪声性能有一定的保证。但为了提升顾客长期的满意度，在研发过程中，尤其在三包期间，汽车的性能不可以有明显的衰减。