中大型SUV急加速工況聲品質研究與應用

畢金亮 盧炳武 鄧建交

摘要：本文主要研究車輛在急加速工況下動力總成的聲品質，動力總成聲品質是車輛NVH性能的關鍵指標之一。在J.D，POWER市場調研報告中，發動機與排氣管急加速時的聲音感受是用戶十分關注的，也是NVH性能中十分重要的調研項。本文主要研究急加速工況下動力總成聲音的階次特陛、頻率特性等若干指標。進行急加速工況聲品質類型研究，明確其聲品質感受，如聲音動力感受、聲音運動感受、聲音的豪華安靜感受等。對每種聲音感受的頻率成份、階次成份進行量化，最終設計出用戶喜歡的中大型SUV車型加速聲音品質。

關鍵詞：中大型SUV;動力總成;聲品質;階次

中圖分類號：U461.4 文獻標識碼：A 文章編號：1005-2550（2020）04-0105-05

畢金亮

畢業于東北大學，本科，在吉林大學獲工程碩士學位，現就職于中國第一汽車股份有限公司研發總院，任整車NVH性能主觀評價主任，主要從事汽車NVH性能開發工作。

引言

隨著汽車行業的蓬勃發展，汽車的駕駛品質要求越來越高，汽車NVH發展也達到了一定的高度，用戶對汽車NVH的需求也越來越嚴格。通過J.D.POWER統計，結果顯示用戶不僅對汽車的NVH問題越來越不能忍受，而且對聲音的品質要求也越來越高，其中，APEAL項中急加速時的發動機與排氣管聲音是用戶比較關注的項目。換言之，急加速工況的動力總成聲品質越來越重要。汽車NVH的發展歷程分為三個階段，第一階段為減振降噪階段，主要工作消除異常狀態噪聲，如嘯叫、敲擊、轟鳴等噪聲;第二階為聲品質控制，讓聲音聽起來更舒服些，如關門聲品質;第三階段為聲音設計，設計成有個性的、品牌之間有差異的聲音。急加速聲品質設計為第三階段。

動力總成急加速聲品質的研究在國內的各大主機廠也處于發展階段，國外如奔馳、寶馬、奧迪、通用、福特與豐田的研究與應用都已趨近成熟，在多款車型中均已體現聲品質的設計。由于聲音是人們聽覺的一種感受，用戶的感受也不盡相同，歐美人較為喜歡中低頻的聲音感受;日本人不喜歡低頻聲音，在聲音設計時盡可能消除低頻聲音。除了國別以外，聲音感受還與年齡相關。聲音感受是一個極其復雜的感受，國內的研究較少。長安汽車與東風汽車都進行過加速聲品質的相關研發工作。本文對中大型SUV急加速聲品質進行研究，并在車輛開發過程中進行應用，最后達成工程目標要求。

1聽覺的心理聲學

人對聲音的感受與人耳構造、心理感知、情緒等因素相關，所以在分析加速工況聲品質時應主要關注上述因素的影響，本小節主要把掩蔽效應、臨界頻帶等理論知識在實踐進行應用，從而找到與加速聲品質相關客觀評價參數。本小節重點介紹與之相關的三個重要概念：

1.1臨界頻帶

由于人耳構造特殊，對頻率具有一定的選擇特性，可以簡單的理解人耳為濾波器，經過大量數據統計研究，可形成24個濾波器，對應的每個濾波器即為臨界頻帶，具有一定帶寬，相應的提出了計算方法：

其中CBW：帶寬;fc：中心頻率，帶寬也被稱為Bark，按照上述公式人的聽閾可分為24個Bark。本文在急加速聲品質研究中，會應用頻帶參數進行聲品質的研究，不同聲品質對頻帶帶寬的要求有所不同，頻帶帶寬的選擇主要的依據是臨界頻帶的人耳統計特性。

1.2掩蔽效應

掩蔽效應是人耳聽覺的重要感知特性，理論上是當兩個聲音在頻率上或者是時間上比較接近時，響度大聲音信號會影響響度小的聲音信號的感知。結合臨界頻帶特性，在相同臨界頻帶內，當掩蔽音與被掩蔽音的響度相差足夠大的時候，被掩蔽的聲音是不會讓人感知的，本文在聲音階次平衡過程中會應用到此效應，利用掩蔽效應進行聲音階次的設計。

2急加速聲品質試驗評價方法

2.1試驗方法

試驗前，試驗車輛必須進行預熱，使發動機冷卻液溫度達到車輛正常行駛時的溫度（85±5）℃。試驗時，首先在選定的擋位以發動機最低穩定轉速行駛，然后全油門急加速到最高轉速，采集這個過程中車內噪聲信號，同一工況至少重復測試3次。

裝配手動擋和手自一體變速器的車輛分別測量以下擋位和工況，手動擋：選擇2擋、3擋，發動機轉速從該擋位最低穩定轉速加到最高轉速;手自一體：選擇手動模式3擋、4擋，發動機轉速從該擋位最低穩定轉速加到最高轉速。車內噪聲測點位置為駕駛員外耳位置（FLO），如圖1所示：

2.2主觀評價方法

由于人耳與心理聲學的復雜性，急加速聲品質的評估不僅需要客觀指標定義還需結合主觀評價進行綜合評估。本小節主要介紹急加速聲品質評價方法。評價方法采用10分制評分方法。評價分數的最小單位為0.5分，如下表1：

3急加速聲品質特征與類型

3.1急加速聲品質主觀感受

加速聲品質是汽車品牌的主要屬性之一，是品牌差異性的重要指標。急加速聲品質不僅與品牌特性相關，還與車輛造型與市場定位相關，一般運動造型的車輛應具有運動型的聲品質，造型線條分明肌肉感強勁的車輛應具有動力型的聲音品質。

3.2急加速聲品質類型分析

本文對急加速工況動力總成聲品質大體分為三類：運動型聲品質、動力型聲品質、舒適型聲品質。急加速聲品質有三大因素，分別為階次特性、頻率特性與發動機轉速范圍。本文選擇了三款車輛進行急加速聲品質分析，其中A車與C車裝配6缸V型增壓發動機，B車裝配V型8缸增壓發動機。

A車主觀評價聲音感受為典型的運動型聲品質，聲音清晰明亮，有賽車的聲音感受，聽起來較為興奮。客觀數據分析，如圖2所示，發動機轉速3000r/min以上，聲壓級較大，主階次、諧階次與半階次水平相當，并且半階次成分較多，頻帶分布較寬，大約在750Hz以內。

B車主觀評價聲音感受為典型的動力型聲品質，聲音低沉有力，給人車輛動力強勁澎湃的聲音感受，聽起來感覺動力充足，而非綿軟無力。客觀數據分析，如圖3所示，發動機轉速在1500～4700r/min之間，聲壓級適中，主階次占主導，適當存在一部分半階次噪聲，頻帶分布適中，大約在500Hz以內，4700r/min以上為運動型聲品質。

C車主觀評價聲音感受4500r/min以內為舒適型聲品質，舒適型聲品質給人安靜舒適的感受。客觀數據分析，如圖4所示，聲音總聲壓級較小，200Hz以內的低頻成分稍占主導且幅值較小，主階次、諧階次與半階次聲音幅值水平相當，半階次成分較少，聲音的主要頻帶分布為500Hz以內。

3.3急加速聲品質類型特征提取

運動型聲品質：主要發生在發動機轉速3000r/mini）2上，聲音總聲壓級應控制在70-80dBA之間，半階次成分較多，主階次、諧階次與半階次幅值相當，幅值控制在55～73dBA之間，聲音的主要頻率帶分布在100～750Hz之間。

動力型聲品質：主要發生在發動機轉速2000～5000r/min之間，聲音總聲壓級應控制在65～75dBA之間，主階次占主導，有一部分諧階次與半階次成分，諧階次與半階次幅值較小，主階次控制在60～70dBA之間，諧階次與半階次控制在45-65dBA之間，聲音的主要頻率帶分布在100～500Hz之間。

舒適型聲品質：主要發生在發動機轉速4500r/min以內，聲音總聲壓級應控制在55-67dBA之間，主階次、諧階次與半階次的低頻成分占主導，半階次成分較少，主階次及諧階次幅值較小，半階次非常小;主階次及諧階次控制在45～60dBA之間，半階次控制在40～60dBA之間，聲音的主要頻率帶分布在100～500Hz之間。如表2所示：

主階次、諧階次與半階次的低頻成分給人以低沉有力的聲音感受（100～500Hz，180-300Hz聲音最強），半階次的高頻成分給人清晰明亮的聲音感受（300-800Hz）。

4某中大型SUV車型聲品質設計

4.1某中大型SUV聲品質開發目標

本文介紹了某中大型SUV裝配6缸V形機械增壓發動機的急加速工況聲品質調校方法。該SUV車型聲品質要求為舒適與動力兼具的聲音品質。

4.2某中大型SUV聲品質調校方案

調音前，該車的聲音總聲壓級較大，線性度較差，半階次成分較多且幅值較大，主要頻率帶寬較寬，高頻成分較多，主觀感受聲音響度較大，較為粗糙，無舒適型與動力型的聲音感受，是用戶不能接受的聲音，主觀評分為5分。

該車型進行聲音總壓級控制，進行動力總成增壓器的局部模態的提高，減小動力總成的聲音強度，第二步進行排氣系統調音，對排氣口聲音成分進行控制，對主階次及半階次聲音幅值進行合理的平衡設計，提高聲音線性度，最后進行車身防火墻性能的提高，增加車身對動力總成的隔吸聲性能，消除車內的中高頻噪聲，保證中低頻聲音大小處于合理水平，從而使車內的聲音更加純粹。

4.3某中大型SUV聲品質最終效果

通過調音，該車聲音響度適中，線性度較好，半階次成分較少，幅值適中，主要的頻率帶分布較為合理，主要集中在低頻段且高頻成分較少，如圖5所示：

該車聲品質設計結果為舒適型與動力型聲品質并存的感受，發動機轉速2500r/min以內聲音感受為舒適型聲品質，聲音總聲壓級控制在58～67dBA以內，主階次與諧階次、半階次聲壓級水平相當;發動機轉速2500r/min以上聲音感受為動力型聲品質，聲音總聲壓級控制在65～75dBA之間，主階次占主導聲音大小適中，為60-70dBA，半階次成分較少并且聲音大小適中，控制在50～65dBA以內。頻率帶寬控制在450Hz以內。急加速時整體的聲音感受較好，符合該車聲品質設計，主觀評分為7分。

5結論

（1）本文通過主客觀數據的研究，明確了急加速聲品質的類型及特征，并對不同類型聲音質進行量化分析。

（2）通過聲音階次的平衡設計與頻率成分的分布初步建立了舒適型聲品質、動力型聲品質與運動型聲品質的評價方法。

（3）本文對某中大型SUV進行聲音品質設計，具體介紹了聲音調校的方法，通過動力總成增壓器的局部模態的提高、排氣調音及防火墻隔吸聲性能的提升，最終滿足中大型SUV聲音品質的開發需求。