基于變異系數法的輪胎噪聲主客觀評價方法研究

文/校輝 李羽白

【機動車專欄】

基于變異系數法的輪胎噪聲主客觀評價方法研究

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本文以某整車作為測試平臺，通過換裝同一規格不同花紋和品牌的輪胎，對輪胎的噪聲進行主觀評估和客觀測試；根據多策略評價的賦值思想和變異系數法對客觀評價指標的權重進行探討，并與主觀評價結果進行對比分析，研究其一致性，為整車的舒適性評價提供依據。

輪胎變異系數法噪聲評價

輪胎對汽車性能有十分重要的影響，它影響汽車的動力性、經濟性、制動性、操縱穩定性、平順性和舒適性等等。其中，舒適性對車輛使用者有著更直接的影響，而行駛噪聲作為影響車輛乘坐舒適性的重要因素之一，越來越受到關注。

一、輪胎噪聲對汽車舒適性的影響

輪胎噪聲是構成汽車行駛噪聲的主要噪聲源之一，當汽車行駛速度大于50 km/h時，輪胎噪聲逐漸顯現；當車速超過80 km/h時，輪胎噪聲則成為汽車行駛噪聲的主要成分。車速越快、負荷越大，輪胎噪聲的能量級就越高，在汽車行駛噪聲中所占比例也就越大。車內環境受外界干擾較小，噪聲測量結果更為穩定、準確，所以本文考察的輪胎噪聲僅考慮車內測量噪聲結果。分別選取車輛前排位置和后排位置布置傳聲器，采集不同速度工況下的噪聲結果，從而分析評價輪胎噪聲性能。

目前，世界各大汽車公司主要通過道路試驗對輪胎性能分別進行主客觀評價。主觀評價是由評價分析員基于自身主觀認知程度對車輛性能進行評價，會存在一定程度的主觀隨意性；客觀評價是利用試驗指標值所反映的客觀信息通過多指標試驗的綜合加權進行評價，各項試驗指標權重的確定是客觀評價首要的也是關鍵的環節。顯然，僅靠客觀權重不能充分體現評價分析者對車輛性能的認知程度。為了兼顧評價分析者對車輛性能的主觀認知（經驗），同時充分考慮客觀試驗結果所提供的客觀信息，需要對客觀指標進行賦值達到主客觀一致，進而使評價客觀、真實和有效。

二、車內噪聲測試方法

選擇某品牌1.6MT車輛作為測試平臺，對標輪胎的尺寸為205/55R16，分別對換裝7種同規格不同花紋和品牌的輪胎在干燥平滑路面上進行車內噪聲測試。

試驗傳聲器布置根據GB/T 18697-2002《聲學汽車車內噪聲測量方法》規定傳聲器位置進行。車輛在標準胎壓以及給定負載的情況下，分別以60 km/h、80 km/h和100 km/h的初始速度進行空擋滑行，試驗過程中需要同時記錄試驗前后輪胎表面溫度、環境溫度和車內噪聲。試驗過程將試驗樣品分成3組，分別為A組、B組和C組。A組為對標輪胎A1；B組、C組各包含3個品牌的輪胎。試驗順序為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）。測試客觀結果取平均值如表1所示：

表1 輪胎噪聲測試結果矩陣 dB

三、噪聲評價方法的研究

本文通過主觀賦權、客觀（變異系數法）賦權，給客觀指標賦權值的多策略賦權方法，從而使客觀評價結果更好地接近主觀評價結果。

此評價為多指標試驗的綜合加權評分法，是指將多指標試驗的結果，根據各項試驗指標在整個試驗中的重要性，確定出其所占的權重，將多指標的試驗結果化為單指標的試驗結果——綜合加權評分值，然后按照單指標分析方法，對方案進行綜合選優的一種方法。因此，在多指標試驗的綜合加權評分法當中，確定各項試驗指標的權重是首要的也是關鍵的環節，對各指標賦權的合理與否，直接關系到分析結論的可靠性。目前，指標權重的確定方法主要包含主觀賦權法和客觀賦權法。

①確定指標的主觀權重

主觀賦權法是研究者根據其主觀價值判斷來指定各指標權數的一種方法，常見的有專家評判法、層次分析法等。該方法能較好地體現評價者的主觀偏好，但由于每個人的主觀價值判斷標準有差異，因而構建的權數缺乏穩定性。由于本次試驗目的是研究不同花紋不同品牌的輪胎與對標胎的性能對比，因此，評價分析者僅根據目標胎所定位的各項性能對所涉及的客觀試驗指標進行賦值。各項試驗指標的主觀權重為：

②確定指標的客觀權重

要使由多個指標構成的綜合評價值能更準確地反映車內噪聲的真實情況，進而確保評價的準確性，還必須要對客觀評價指標賦予不同的權重。為了避免權數確定的主觀性，本文采用變異系數法確定客觀評價指標的權重。

變異系數是統計中常用的衡量數據差異的統計指標，該方法根據各個指標在所有被評價對象上觀測值的變異程度大小來對其賦權。如有項評價指標，有個評價對象，為原始數據矩陣，其中為第個對象的第個指標數值。

第一步：計算各指標的標準差，反映各指標的絕對變異程度。

公式（2）中Sj表示第j個指標的標準差。

第二步：計算各指標的變異系數，反映各指標的相對變異程度（見公式3）。

第三步：對各指標的變異系數進行歸一化處理，得到各指標的權數（見公式4）。

根據輪胎噪聲測試結果矩陣和變異系數法可以得到輪胎噪聲結果的客觀評價指標權重：

③指標綜合權重的確定

為了既兼顧主觀偏好（對主觀賦權法和客觀賦權法的偏好），又充分利用主觀賦權法和客觀賦權法各自帶來的信息，達到主客觀的統一，建立如下的優化決策模型（見公式5）：

求解最優解可以得到帶有偏向系數的綜合權重（見公式6）：

④評價值歸一化

為了使變換后的指標數據既能進行比較，又能真正地反映出指標數據原有的規律和特性，在綜合評價前必須把這些指標按某種效用函數歸一化到某一無量綱區間。根據文獻中所述選取效用函數對指標數據進行無量綱化處理。在各個指標數據平均值的基礎上引入中間變量，將不同量綱的數據統一在[-1,1]之間，然后再用指數函數將其變換到[0,1]。

表2 綜合測試結果評價指標矩陣的中間變量矩陣 10-3

表3 一次變換指標矩陣 10-3

經過以上變換后所有指標數據在[-1,1]之間，在此基礎上再進行二次變換，將數據變換到[0,1]之間得到評價指標無量綱矩陣（見表4）。

表4 二次變換評價指標無量綱矩陣

⑤客觀綜合評價

采用線性加權綜合法計算各輪胎噪聲性能客觀評價值（見表5）。

表5 線性加權綜合法計算各輪胎噪聲性能客觀評價值

輪胎噪聲性能的主觀評價是駕駛員根據不同評價工況駕駛汽車時，依據車輛對駕駛員的反饋感覺對輪胎進行評價。主觀評價一般包含定性評價和定量評價，定性評價一般是多種評價對象的相對排序，這對評價分析者的水平要求較高，一般難以滿足。定量評價有兩種方法，一是采用絕對分數法，即把主觀評價內容用數值化的評價等級表示出來；二是采用相對分數法，即首先確定一參考對象，其他評價對象是相對于參考對象而言的。對評價對象進行了分組，按規定的試驗順序進行主觀評價。評價等級采用10分評分等級，將對標胎定義為5分，0～5分表示性能不如對標胎，分數越低，性能越差；6～10分表示性能強于對標胎，分數越高，性能越好。評價方法是依據對比打分法，首先進行對標胎A1和B組輪胎的評價，將B1、B2、B3分別和A1進行主觀對比評價，隨后再次進行對標胎A1的評價，根據A1的試驗修正B1、B2、B3的評分結果；然后進行C組評價，將C1、C2、C3分別和A1進行主觀對比評價，最后再進行一次A1的評價，修正C1、C2、C3的評分結果（見表6）。

表6 噪聲的主觀評價 dB

根據上述的主觀權重，可以得到主觀評價綜合評價值：

表7 主觀評價綜合評價值

主客觀一致性的目的是檢驗客觀評價和主觀評價指標與方法的合理性與可靠性。如果7種輪胎的客觀評價指標值與駕駛員的主觀評價有很好的一致性，這說明輪胎的客觀評價指標方法是可信的。這將為以后的輪胎全面性能的對比奠定基礎。圖1所示客觀評價與主觀評價的對比。

圖1 主客觀評價對比

上述研究數據表明：主觀評價與客觀評價在趨勢上具備一致性，主觀評價排序與客觀評價排序的相關系數為：0.966 39。其中B3、C2的主、客觀排序存在評價偏差，需要進一步的分析其原因，以糾正存在的評價偏差。

至此，我們對輪胎噪聲進行了客觀的物理評價，其評價結果與乘客的主觀感受結果是相近的，說明我們的方法和影響因素加權系數的確定等都是較為客觀與實用的。

四、結論

本文通過整車輪胎噪聲主客觀評價方法的分析研究，提出了多策略評價的賦值思想，對客觀評價指標的權重進行賦值，得出輪胎噪聲綜合評價指標評判結果與主觀評價結果存在很好的吻合度。綜合本文所述的理論方法及其驗證結果，說明了主客觀一致性評價方法的可行性。

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

（作者單位：1.上汽集團商用車技術中心2.上海機動車檢測中心）