汽車車內噪聲快速定位與測量設備的開發及在檢測中的應用

朱旭鏗 方晨 李紅 周浩

隨著汽車保有量的上升，用戶更加關注汽車在車內噪聲等感官質量上的表現。結合國家標準《聲學 汽車車內噪聲測量方法》（GB/T 18697—2002），開發了適合于汽車車內噪聲專項試驗的非標類設備，以實現汽車車內噪聲試驗的快速定位與測量。與傳統測量方法進行對比，判定其測量結果可信，且重復性優于傳統測量方法。關鍵詞：車內噪聲;快速定位;重復性

0 前言

自中國加入世界貿易組織（WTO）以來，由于外資的介入及國家政策的重點扶持，中國汽車行業進入了高速成長期。據公安部統計，2020年全國汽車保有量達2.81億輛，汽車駕駛人員達4.18億人;共有70個城市的汽車保有量超過100萬輛，其中北京、成都、重慶等城市的汽車保有量超過500萬輛，上海、蘇州、鄭州等城市的汽車保有量超過400萬輛[1]。汽車已經走入了千家萬戶，也在人們的出行時間中占據了越來越大的比例。然而，在汽車行駛過程中，發動機等機械構件噪聲、輪胎與地面的摩擦噪聲、汽車行車風噪、車外環境噪聲、駕駛艙內飾板等部件振動噪聲，都會對駕駛員及車內乘客造成困擾。國家標準《聲學 汽車車內噪聲測量方法》（GB/T 18697—2002）詳細規定了針對汽車車內噪聲的測量方法[2]。

1 設備開發

根據國家標準《聲學 汽車車內噪聲測量方法規定》（GB/T 18697—2002），如圖1所示，用于測量噪聲的聲級計應安置于座位的特定位置。對于除駕駛員座位或必要的測量人員座位以外未被占用的座位（測試點A），聲級計在垂直方向上應安裝于座椅椅墊表面和座椅靠背表面的交點之上（0.70±0.05 m處），以及在水平方向上位于座椅的中心面或對稱面上。對于駕駛員座位（測試點B），聲級計在垂直方向上與測試點A一致，在水平方向上應安裝于距離座椅中心面的位置（0.20±0.02 m處），且處于駕駛員右側。可調節的座位須將座椅調節至水平和垂直的中間位置，并將調節靠背使其盡可能處于垂直位置。

在傳統試驗中，測量人員在試驗過程中須手持聲級計，并記錄下各試驗工況下的噪聲值。車輛的行駛工況會造成測試人員的晃動，使聲級計測試點的定位發生偏移，從而對試驗結果的準確性產生影響。同時，記錄測量結果并再次定位測試點的過程增加了試驗的復雜程度，也影響了試驗結果的可重復性。目前，國內共有5項相關的全國專利，其布置方式均為固定在頭枕或座椅靠背上，然而座椅靠背與頭枕在車輛行駛工況中皆會與車身產生相對運動，從而影響試驗結果的準確性。此類設備的布置方式僅解決了試驗結果重復性的問題，卻沒有對聲級計與車身的相對運動作出約束。

如圖2所示，基于上述情況，研究人員開發了1套適合于汽車車內噪聲專項試驗的快速定位與測量設備。該設備由可調節立柱、旋轉臂、聲級計安裝云臺等部件組成。該測量設備利用可固定于車廂底板與車頂的調節立柱，同時規避了前置后驅車輛與四輪驅動車輛的傳動軸干涉問題，使測量設備的固定牢固可靠。

旋轉臂可在立柱上自由調節高度，最后通過調節手柄旋緊固定。如圖3所示，聲級計安裝云臺由1個球面副、1個轉動副和1個圓柱副組成。聲級計通過安裝座上的螺紋與安裝云臺緊密結合，并在3個運動副的調節下實現6個自由度的調節，可以進一步細調測試點位置。最后，由激光測距儀快速定位距離座椅椅面0.7 m的高度，以及距離座椅中點0.2 m的距離。

如圖4和圖5所示，旋轉臂與聲級計安裝云臺的組合可同時滿足測試點A與測試點B的定位需求，可實現聲級計的快速定位。聲級計與車廂的相對位置保持固定，可以減少晃動帶來的隨機誤差。

2 檢測應用

根據車輛的用戶使用場景，國家標準《聲學 汽車車內噪聲測量方法》（GB/T 18697—2002）規定，將汽車車內噪聲的試驗工況分為勻速行駛、全油門加速行駛，以及車輛定置3種工況。其中，各個車速下的勻速行駛工況作為用戶行駛過程中最常出現的使用情形而最具有代表性，在環境標準《環境標志產品技術要求 輕型汽車》（HJ 2532—2013）中亦有對汽車車內噪聲的限值要求[3]。此次試驗選取勻速行駛作為試驗工況。如表1所示，根據標準要求，以5種車速為車輛運行條件，選取不同整備質量與軸距的8輛乘用汽車作為典型車輛，分別對比傳統試驗方法與該專用設備所得到的測量結果。

如表2所示，將試驗車輛按車輛類型分為轎車組與SUV/MPV組，針對每1種車速分別進行3次試驗并取均值作為最終結果，得到如圖6和圖7所示的在各車速下的測量比對曲線。

從2組車型的比對曲線中可以直觀地看出，該專用設備得到的測量結果與傳統測量方法十分接近，在同一工況下兩者相差均小于0.5 dB。

為更準確地對該專用設備得到的測量結果進行評價，技術人員采用偏差百分率法，以傳統試驗方法得到的結果為基準值，按式1對專用設備得到偏差值S的結果進行評價。

式中，X為基準值，D=x-X，x為待評價值。

通過計算，可得到各個車型與車速下專用設備測量結果的偏差值S的百分率，如表3所示。據統計，測量結果在各個車型與各車速時的偏差值百分率均小于1.00%，最大的偏差值百分率為0.79%，平均偏差值百分率為0.33%，故此可以判斷該專用設備所測得的試驗數據具有較高真實性。

進一步的分析結果發現，SUV/MPV組的結果偏差值大于轎車組的結果。該現象表明，SUV/MPV等空間較大的車輛更易使試驗人員在試驗過程中發生晃動，影響試驗結果。以06車為例，在傳統試驗方法與專用設備下，分別統計3次測量結果的重復性，得到其噪聲聲壓級標準差及變化范圍結果，如表4和表5所示。

噪聲聲壓級標準差的測量結果表明，由于車輛晃動的影響和多次測量重復定位測試點的緣故，傳統試驗方法所得結果的離散程度遠大于使用該專用設備的結果。如表5所示，噪聲聲壓級變化范圍統計亦可佐證這一結果。在使用傳統手持聲級計的方法下，3次測量結果的變化范圍均大于1.000 dB，甚至接近2.000 dB，處于需要重新測量的臨界點。而在使用專用設備下，3次測量結果的變化范圍則小于0.500 dB，重復性較好。

結合測量比對曲線，技術人員在總體趨勢上通過使用專用設備得到的結果略低于傳統試驗方法，相差為0.030～0.470 dB，處于傳統方法下3次測量結果變化范圍之內，因此可以推論使用該專用設備所獲得的結果更接近于真實值。

3 結語

據本文所述，技術人員開發的汽車車內噪聲快速定位與測量設備能夠快速定位噪聲測試點，并對噪聲聲級計與車身的相對運動作出了有效約束。

與傳統試驗方法作對比，技術人員使用汽車車內噪聲快速定位與測量設備，同時對轎車組與SUV/MPV組的車內噪聲進行測量，結合測量結果的比對曲線、偏差值百分率，以及測量結果的重復性檢驗，可以判定該專用設備的測量結果可信，并且其重復性優于傳統試驗方法，能夠有效改善聲級計與車身的相對運動，減少傳統測量方法中由車身晃動帶來的隨機誤差，可以得到更準確的測量值。

[1]2020年全國汽車保有量達2.81億輛，新能源車增量連續3年超100萬輛[OL].https：//app.mps.gov.cn/gdnps/pc/content.jsp？id=7647257.

[2]GB/T 18697—2002 聲學 汽車車內噪聲測量方法[S].中國標準出版社，2002.

[3]HJ 2532—2013 環境標志產品技術要求 輕型汽車[S].中國環境科學出版社，2014.