轎車道路風噪聲測試及改進
摘 要：介紹了一種在道路上而不是在風洞中進行的轎車風噪聲測試技術(shù)，采用語音清晰度指數(shù)和三分之一倍頻程譜作為轎車風噪聲的評價指標和分析方法。利用該測試分析技術(shù)對上海大眾的兩款轎車進行了風噪聲分析和改進，并取得了滿意的效果。
關(guān)鍵詞：道路風噪聲、語音清晰度、三分之一倍頻程、NVH
1、引言
轎車的振動、噪聲和舒適性(NVH)日益成為新車型研制開發(fā)的重點，隨著汽車的高速化，風噪聲已變成轎車NVH的一項重要指標。車輛行駛速度越快，風噪聲的影響就越大，當車速達到100km/h以上時，風噪聲的影響甚至超過發(fā)動機噪聲和路面噪聲的影響。目前，國外汽車廠商進行轎車風噪聲研發(fā)時，通常在能夠控制風速和風量的風洞實驗室中進行。然而風洞實驗室投資巨大、建設(shè)周期長，轎車風噪聲研發(fā)及改進卻刻不容緩，因此，在沒有風洞實驗條件下開展轎車風噪聲分析改進具有極大的工程實用價值。
2、道路風噪聲測試
目前，國外汽車廠商進行轎車風噪聲測試時，通常需要風洞試驗條件，因為在風洞試驗室內(nèi)可以獲得單純的風噪聲。而在實際道路上進行風噪聲測試時，為減少發(fā)動機噪聲對車內(nèi)風噪聲評價和分析形成干擾，理論上可以在轎車高速行駛時突然關(guān)閉發(fā)動機，利用轎車慣性前行來評價和分析車內(nèi)風噪聲，但這樣駕駛車輛進行測試時非常危險，不具實際操作性。
經(jīng)過試車我們發(fā)現(xiàn)，轎車高速空檔滑行時，發(fā)動機處于怠速工作狀態(tài)，發(fā)動機噪聲基本不影響車內(nèi)風噪聲評價和分析。由于轎車風噪聲抱怨大多出現(xiàn)在高速情況下，因此我們采集轎車180km/h空檔減速滑行至20km/h時車內(nèi)四個座位人耳部的聲壓數(shù)據(jù)，測試在上海大眾高速環(huán)道路面上進行。
測試時，使用GPS車速儀獲取車速，并將車速和四個座位人耳處聲壓引入Head公司的ArtimiS系統(tǒng)前端？紤]到車內(nèi)風噪聲受風向影響，如順風行駛時車內(nèi)風噪聲相對逆風行駛時小，測試時必須在環(huán)道的兩個方向上采集車內(nèi)風噪聲數(shù)據(jù)進行平均處理。
3、風噪聲評價
客觀評價轎車風噪聲時，采用語音清晰度指數(shù)AI（Articulation Index）作為評價指標，即計算車內(nèi)四個座位人耳部隨車速變化的語音清晰度指數(shù)曲線。AI是衡量背景噪聲對語音干擾程度的評價指標，取值從0%－100%；AI基于噪聲的200－6300Hz的1/3倍頻程A計權(quán)聲壓級結(jié)果進行計算，計算原理見圖3-1。當噪聲1/3倍頻程譜位于Lower lever及以下時，AI=100%，表明說話完全聽得清楚；當噪聲1/3倍頻程譜位于Upper lever及以上時，AI=0，說話完全聽不清楚；當噪聲1/3倍頻程譜位于Lower lever以上Upper lever以下時，AI的計算按加權(quán)處理。
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4、風噪聲對比測試分析
根據(jù)風噪聲產(chǎn)生機理，通常將汽車風噪聲分為三大類：
（1）、密封不良引起的風噪聲，與天窗密封條、門窗導槽、門框密封條、后蓋密封條的密封性有關(guān)；
（2）、通過車身鋼板之間的細縫、A/B/C/D柱內(nèi)空腔傳導的風噪聲；
（3）、車身外表面突出結(jié)構(gòu)，如后視鏡、天線、頂棚行李架等不平順處引起的風激勵噪聲。
風噪聲“窗口”分析法的具體步驟：
（1）、對原車進行風噪聲測試，記錄其狀態(tài)為S0；
（2）、將車輛上所有需要密封和平順的位置使用優(yōu)化狀態(tài)的手工樣件及臨時措施改善可能存在風噪聲缺陷部位的密封和平順，作為該車風噪聲最好的狀態(tài)，也稱極限優(yōu)化狀態(tài)，記錄其狀態(tài)為S1；
（3）、在S1的基礎(chǔ)上去除某處的密封或平順措施進行測試及主觀評價，記錄其狀態(tài)為S2，測試完成后恢復此處的密封或平順措施使其恢復到S1狀態(tài)；
（4）、重復步驟3直到將所有潛在的不密封或不平順部位對應(yīng)的狀態(tài)都測試完畢，依次記錄其狀態(tài)Si（i=3,4,5…）；
（5）、計算并對比所有狀態(tài)的風噪聲語音清晰度指數(shù)，可依次排序出不密封位置或不平順位置對車內(nèi)風噪聲改進的貢獻大小，為風噪聲改進和優(yōu)化提供客觀依據(jù)。
5、轎車風噪聲改進實例一
2007年J.D.Power調(diào)查顯示用戶對上海大眾某車型風噪聲存在抱怨，分析整改必須立即進行。采用該方法對該車進行道路風噪聲測試，采用語音清晰度指數(shù)作為風噪聲評價和對比指標，找出了影響車內(nèi)風噪聲的原因，如圖5-1所示，該車風噪聲整改前后語音清晰度指數(shù)如圖5-2所示。
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6、轎車風噪聲改進實例二
語音清晰度指數(shù)(AI)作為汽車風噪聲評價指標有一定優(yōu)越性，已被廣泛使用，但并不是唯一的風噪聲評價指標。作者在實踐中碰到了一種主觀評價能感覺有明顯差異但AI無法辨別的風噪聲。某車型開發(fā)過程中后座在70km/h以上時有明顯的風噪聲。在道路上進行風噪聲對比評價及測試發(fā)現(xiàn)，問題在于后三角窗內(nèi)壓條（圖6-1）兩端不密封。在后三角窗內(nèi)壓條兩端設(shè)計降噪塊，如圖6-2所示，安裝降噪塊前后后座AI沒有差別，如圖6-3所示，但從5kHz~10kHz濾波后的聲壓級對比（圖6-4）可以看出在后三角窗內(nèi)壓條兩端加降噪塊后后座風噪聲明顯改善，這符合主觀評價的感覺。其主要原因是AI的頻率范圍是200Hz～6300Hz，而該車抱怨的風噪聲卻集中在5kHz~10kHz。
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7、結(jié)論：
道路風噪聲測試方法無需風洞試驗條件的配合，大大縮短了開發(fā)周期、節(jié)省了開發(fā)費用。工程實踐證明：道路風噪聲測試、評價及分析在解決轎車風噪聲抱怨、優(yōu)化轎車風噪聲方面是非常有效的。
參考文獻
[1] 龐劍等. 汽車噪聲與振動－理論與應(yīng)用. 北京理工大學出版社。
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