高里程汽車NVH性能衰減評價方法

潘威 馬峰 王新文 李珊 徐傳燕

（1.廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院；2.山東交通學院）

隨著新車的里程數逐漸增加，整車、系統及零部件的功能特性都會存在一定程度的降低，與此同時NVH性能也會變差[1-2]。目前我國自主品牌汽車的新車質量已經取得了很大進步，但其高里程性能與優秀合資車相比還存在一定差距[3]。國內及國外一些學者對汽車襯套退化、車身剛度變化、點焊松動、勻速噪聲特性等進行了衰減研究[4-7]，但對評價方法的研究則相對較少。文章從常用的噪聲與振動指標出發，對高里程汽車NVH性能衰減評價方法及其特性進行了研究，初步為整車NVH性能衰減指標的快速識別、目標制定和問題解決提供了參考。

1 NVH性能衰減評價方法

1.1 “級數”增加量

1.1.1 噪聲聲壓級增加量

聲壓級是描述聲音大小最常用的指標之一。汽車在零里程時，把車內噪聲聲壓級Lp作為參考指標，當汽車里程達到i時，車內噪聲聲壓級為Lpi。聲壓級增加量表達為：。

1.1.2 振動加速度級增加量

振動可用多種參數進行描述，如振動位移、振動速度、振動加速度等，汽車領域常用振動加速度評價振動的大小。由于振動存在3個方向（X向、Y向和Z向）的能量，當需要計算某點總的振動大小時，可以采用能量合成的方法，將3個方向振動加速度有效值的平方相加再開根號求得振動加速度總值，簡稱振動總值。振動總值用公式表達為：，ax、ay、az分別為車內測點X向、Y向和Z向的振動加速度有效值，單位為m/s2。

為了能夠方便并直觀地對振動強弱以及人體感覺程度進行定量評價，通常會采用類似噪聲描述的方法對其結果進行恰當處理，即采用振動加速度級對振動強弱進行評價。振動加速度級用VAL[8]表示，計算公式表達為：VAL=20×lg （，a0為振動加速度基準值為1×10-6，單位為m/s2。

汽車在零里程時，把車內振動加速度級VAL作為參考指標，當汽車里程達到i時，車內振動加速度級為VALi，則振動加速度級增加量ΔVALi可表達為：ΔVALi=VALi-VAL。

將噪聲聲壓級增加量與振動加速度級增加量統稱為基于“級數”的增加量。因此噪聲與振動的變化量在同一維度上進行比較后，可快速識別出里程增加后“級數”衰減較快的噪聲或振動指標。

1.2 能量增加率

人們通常喜歡用百分比增加率來進行增量描述，因此提出基于能量增加率的NVH性能衰減客觀評價方法。

1.2.1 噪聲能量增加率

聲功率和聲強都是能量的概念。聲功率常用來表述聲源的強弱，聲強用來表述聲源以外某點位置聲音能量的大小。

汽車在零里程時，把汽車內聲強I作為參考指標，當汽車里程達到i時，車內噪聲聲強為Ii。聲強增加率表達為：Ai=（Ii-I）/I×100%。

1.2.2 振動能量增加率

振動加速度的有效值即均方根值，它的平方是均方值，工程上表示信號的平均功率，因而可用來表述振動信號在單位時間內的能量。若需計算某測點在單位時間內的振動總能量，則需將其3個方向的能量相加，即將其3個方向振動的均方值相加。某測點在單位時間內的振動總能量用公式表達為：。

汽車在零里程時，把車內振動總能量E作為參考指標，當汽車里程達到i時，車內振動總能量為Ei，則振動能量增加率可表達為：Vi=（Ei-E）/E×100%。

2 一般高里程車NVH性能衰減研究

國家質量監督檢驗檢疫總局公布的《家用汽車產品修理、更換、退貨責任規定》中規定了家用汽車產品包修期限不低于3年或者60000 km。本文以某汽車為例，重點研究其從0～65000 km高里程試驗過程噪聲與振動的變化特性。

2.1 數據采集

本次高里程試驗主要在珠三角地區進行。為充分模擬用戶實際使用情況，試驗路況包含國道、省道、縣道、鄉道以及專用公路等各種路面。客觀測試里程節點選定為零里程、30000 km、65000 km，為保證數據測量的客觀性，每次數據的采集固定在某試驗場進行。

2.1.1 測試系統及傳聲器布置

分別采用B&K 4189聲學傳聲器和B&K 4524三向振動加速度傳感器對車內噪聲和振動數據進行拾取，并采用LMS SCADS數據采集系統進行數據處理。噪聲測點主要參考GB/T 18697—2002《聲學汽車車內噪聲測量方法》[9]，在駕駛員右耳和右后乘客左耳位置各布置1個聲學傳聲器；同時在方向盤12點鐘以及駕駛員座椅導軌位置布置振動加速度傳感器。

2.1.2 試驗工況

本次試驗主要對部分穩態工況數據進行研究，工況及測點如表1所示，共12個性能指標（前8個為噪聲指標，后4個為振動指標）。

表1 試驗工況及測點

2.2 測試結果分析

各里程節點測得的數據如表2所示。分別采用前述基于“級數”增加量和能量增加率的方法對噪聲和振動數據進行重新處理，分別得到30000 km和65000 km相對于零里程時的變化量，結果如圖1所示。

圖1 不同里程節點NVH性能衰減比較

表2 各里程節點實測數據

圖中縱坐標正的數值代表該指標NVH性能有所衰減，負的數值則代表該指標NVH性能有所變好。本文主要研究NVH性能衰減，因此主要對正的“級數”增加量或能量增加率進行分析。耐久車里程達到65000 km時衰減前3位的指標有：指標7、指標8和指標6，均為勻速噪聲指標，且均呈現隨里程數增加逐漸衰減（即正衰減）的特性。

首先對65000 km衰減最大的指標7（即光滑路面60 km/h勻速駕駛員右耳噪聲）進行分析。將其時域數據進行快速傅里葉變換并與30000 km及零里程的數據進行比較，結果如圖2所示。從圖中可以看出，耐久里程達到30000 km時，200 Hz附近的幅值增加比較明顯，此處的2個峰值頻率恰好對應的是輪胎空腔共振噪聲頻率[10]，其中212 Hz共振頻率的幅值從42.7 dB增加到了47.5 dB；當耐久車里程達到65000 km時，輪胎另一個空腔共振頻率的幅值繼續增加，同時130 Hz附近以及300～400 Hz之間的幅值也增加明顯。通過以上變化特性可初步判斷，該耐久劣化現象可能是由輪胎磨損導致。現場查驗樣車輪胎已磨損嚴重，與新輪胎花紋差異比較如圖3所示。為此，更換1套新的同品牌同規格輪胎到耐久車上，重新測得數據，指標7的頻譜結果如圖4所示。

圖2 不同里程噪聲頻譜比較

圖3 輪胎花紋對比

圖4 更換輪胎后噪聲頻譜

從圖中可以看出，相對于原輪胎時的車內噪聲頻譜，輪胎空腔共振噪聲頻率處以及130 Hz附近處的幅值已大幅降低，說明這些變化特性與輪胎磨損強相關，同時總值噪聲也由原來的59.3 dB下降到57.5 dB，降幅明顯。然而，更換新輪胎后300～400 Hz之間的幅值較原狀態變化并不大，說明此處頻率幅值的增加與其他部件衰減有關。

隨后，對65000 km時衰減較快的其它2個勻速噪聲指標（指標8和指標6）進行了類似分析，結論基本一致，說明輪胎磨損對勻速噪聲衰減影響較大。

2.3 衰減目標制定

對于車輛行駛至65000 km時的NVH水平是否可接受，以及衰減目標的制定，同樣是高里程汽車NVH性能衰減研究的重要內容。由于缺乏高里程汽車NVH數據庫，暫將耐久后的數據添加到前期積累的新車數據庫中進行比對研究。該數據庫不僅包含了同級別自主品牌及合資品牌車型的客觀實測結果，還包括各車型所對應的主觀評分（該評分與客觀測試結果的對應關系已經過有效驗證）。其中，主觀評分所采用的評分方法借鑒了SAE J 1060十分制[11]主觀評價評分標準，即6分代表及格，10分代表完美。同樣以該耐久車指標7為例，將其零里程，65000 km原狀態及更換新輪胎后的噪聲數據添加到同級別新車數據庫中，比對結果如圖5所示。

圖5 指標7總值噪聲比較

從圖中可以看出，耐久車零里程時指標7的主觀評分處于8～9分；當行駛到65000 km時主觀評分處于6～7分；更換新輪胎后的主觀評分可達到7～8分，此時的總值噪聲與零里程時的差值為1.6 dB。綜合以上信息，在不考慮輪胎磨損的情況下，可將該車65000 km相對于零里程時指標7的客觀衰減目標定義為“級數”增加量≤2 dB，能量增加率≤60%；相應的主觀目標定義為≤1分。

3 超高里程車NVH性能衰減研究

3.1 樣車選擇與數據采集

為節約驗證時間，快速識別超高里程汽車的衰減水平，可采取從消費者手中直接回購車輛的方法開展初步研究。為此，回購了3輛同款里程均超過200000 km，且未進行過重大維修的某汽車進行超高里程NVH性能衰減研究。該批車回購自不同的區域，車輛信息見表3。由于回購車輛輪胎磨損程度各不相同，為消除前述輪胎磨損對勻速車內噪聲衰減的影響，將該批次樣車更換新輪胎后，再在某試驗場進行測試，獲得上述12個工況下的性能指標數據。

表3 回購車信息

3.2 測試結果分析

由于無法獲得每輛回購車零里程時的客觀數據，因此用該款車型上市時的5輛新車平均測試結果作為零里程時的基礎數據，分別計算出各回購車相對于零里程時的“級數”增加量和能量增加率，比較結果如圖6所示。

從圖中可以看出，所有的指標均為正衰減，其中3號車指標12衰減異常明顯。實車確認該車開空調時風扇負荷較大且一直處于高速運轉，同時整車伴隨有明顯抖動。現場查驗該車在車前裝置了一個防蚊罩且積灰較嚴重。初步懷疑該裝置極大影響了進風效率，從而增加風扇負荷并帶來整車抖動。拆除該裝置后，整車抖動明顯降低，指標12的衰減量也與另外2臺車基本相當。除此之外，衰減較明顯的指標還有指標5～指標8，說明除輪胎以外的其余部件對勻速噪聲衰減較為明顯。

3.3 衰減目標制定

為設定樣車超過200000 km后的衰減目標值，可同樣將該批回購車的測試數據添加到同級別新車數據庫中進行比對研究，評判超高里程車的NVH水平是否可接受，并制定衰減目標值。以3臺車衰減均明顯的指標6為例，比對結果如圖7所示。

從圖中可以看出，新車零里程時的總值噪聲為65 dB左右，主觀評分處于7～8分；而3臺超高里程樣車的總值噪聲均超過了68 dB，主觀評分處于5～6分，衰減比較明顯。綜合以上信息，在不考慮輪胎磨損的情況下，可將該車型200000 km相對于零里程時指標6的客觀衰減目標定義為“級數”增加量≤3 dB，能量增加率≤100%；相應的主觀目標定義為≤2分。

4 結論

文章提出的基于“級數”增加量和能量增加率的高里程汽車NVH性能衰減評價方法，不僅可以快速定位衰減較快的噪聲或振動性能指標，還可以設定汽車在不同高里程時衰減“多少噪聲”或“多少能量增加率”的直觀目標值。高里程汽車NVH性能衰減研究是一項長期而復雜的工作，文章基于新車數據庫來設定衰減目標值具有一定局限性，未來可依照此方法搭建高里程汽車NVH性能衰減數據庫并開展進一步的研究。