楊春清 蘇麗俐 李洪亮 王海洋 邊科勝

（1.中國汽車技術(shù)研究中心汽車工程研究院2.吉林大學(xué)汽車工程學(xué)院）

汽車大范圍普及的同時(shí)，消費(fèi)者對(duì)汽車的要求已經(jīng)從基本代步功能上升到了追求各項(xiàng)性能品質(zhì)的高度，其中NVH性能是決定汽車品質(zhì)感最直觀的指標(biāo)。隨著高速工況使用越來越頻繁，在售后反饋中顧客對(duì)風(fēng)噪的抱怨也逐年上升。風(fēng)噪聲是在汽車行駛速度達(dá)到100 km/h以上時(shí)最主要的噪聲源，風(fēng)噪引起的中高頻噪聲既會(huì)使人感覺煩躁、增添旅行者疲勞感，也會(huì)影響車內(nèi)駕乘人員的正常交流[1]。文章以某自主品牌SUV高速工況車內(nèi)語言清晰度為研究對(duì)象，闡述了影響語言清晰度的主要影響因素及控制措施，通過縮短車內(nèi)混響時(shí)間、加強(qiáng)整車氣密性、優(yōu)化車身外部突出物造型及降低輪胎本體輻射噪聲等控制措施，實(shí)現(xiàn)提高車內(nèi)語言清晰度、降低風(fēng)噪的目的。

1 車內(nèi)語言清晰度影響因素

語言清晰度（AI）是汽車高速運(yùn)行工況一項(xiàng)評(píng)價(jià)風(fēng)噪水平的重要指標(biāo)，分為客觀評(píng)價(jià)和主觀評(píng)價(jià)，客觀數(shù)據(jù)可根據(jù)語言清晰度指數(shù)（SII）計(jì)算得到，主觀評(píng)價(jià)通常采用10等級(jí)打分機(jī)制和主觀感受描述結(jié)合的方法獲得。另外，500 Hz～20 kHz的A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)也是評(píng)價(jià)風(fēng)噪水平的重要客觀參數(shù)。

風(fēng)噪頻率主要集中在500 Hz以上，與人聲基音頻率區(qū)域（500～1 000 Hz）重合，因此風(fēng)噪是影響AI最重要的因素。從設(shè)計(jì)角度出發(fā)，控制風(fēng)噪的方法包括車身整體及附件造型優(yōu)化設(shè)計(jì)和車身密封性整改[2]。在車身密封性良好的前提下，提升聲學(xué)包裝吸聲性能和縮短車內(nèi)混響時(shí)間，將聲能轉(zhuǎn)化成熱能也是實(shí)現(xiàn)車內(nèi)降噪的一項(xiàng)重要手段。動(dòng)力總成、排氣系統(tǒng)及輪胎等子系統(tǒng)的本體輻射噪聲也是影響AI不可忽視的因素，可以通過控制激勵(lì)源或增強(qiáng)聲學(xué)包裝隔聲性能獲得改進(jìn)。另外，風(fēng)激勵(lì)車身鈑金引起的結(jié)構(gòu)噪聲對(duì)AI也有不小的貢獻(xiàn)，可以通過提高鈑金動(dòng)剛度來降低影響。

1.1 語言清晰度

AI主要用于評(píng)價(jià)汽車運(yùn)行中車內(nèi)語音的傳輸質(zhì)量，是經(jīng)過試驗(yàn)測得聽者對(duì)有意義的語言單位所做出的正確響應(yīng)與發(fā)送的語言單位總數(shù)之比的百分?jǐn)?shù)[3]。SII與聲音的頻率（f）有關(guān)，高頻聲權(quán)重高于低頻聲。當(dāng)背景噪聲完全覆蓋語音時(shí)，語音完全無法聽清，此時(shí)的背景噪聲為上限噪聲（UL（f））。同樣，當(dāng)背景噪聲低至某數(shù)值，語音可以完全聽清，此時(shí)的背景噪聲為下限噪聲（LL（f））。

定義AI并將其歸一化：

式中：W（f）——計(jì)權(quán)系數(shù)。

D(f)定義如下：

①當(dāng)噪聲大于 UL（f）時(shí)，即：N（f）＞UL（f），AI=0 時(shí)，D（f）=0；

②當(dāng)噪聲在 LL（f）和 UL（f）之間時(shí)，即：LL（f）＜N（f）＜UL（f），說話被噪聲掩蓋了一部分，此時(shí)：D（f）=UL（f）-N（f）；

③當(dāng)噪聲小于 LL（f）時(shí)，即：N（f）＜LL（f），此時(shí)：D（f）=30。

語言清晰度各頻段對(duì)應(yīng)上限噪聲及計(jì)權(quán)系數(shù)，如表1所示。

表1 語言清晰度各頻段對(duì)應(yīng)上限噪聲及計(jì)權(quán)系數(shù)

1.2 脈動(dòng)噪聲

空氣作用在車身上，形成渦流并在車身表面產(chǎn)生了壓力波動(dòng)，這種渦流擾動(dòng)產(chǎn)生的噪聲被稱為脈動(dòng)噪聲[4]。車身脈動(dòng)噪聲產(chǎn)生的原因是氣流在車身上的壓力波動(dòng)，而氣流與車身的分離迅速加劇了噪聲強(qiáng)度[1]。發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋與前風(fēng)擋玻璃過渡不流暢或車身外板有突出物產(chǎn)生的湍流，以及后視鏡、A柱和天線等區(qū)域存在的漩渦流，都會(huì)引起風(fēng)噪。因此，控制脈動(dòng)噪聲需要在設(shè)計(jì)階段盡量保證車身表面足夠光滑，車身面板交接處無高度差。

1.3 整車氣密性

車身密封性既是汽車噪聲控制的基礎(chǔ)，也是聲學(xué)包裝發(fā)揮功效的前提，可將其分為靜態(tài)密封和動(dòng)態(tài)密封。靜態(tài)密封是將功能孔、工藝孔及錯(cuò)誤孔開孔率降到最低。動(dòng)態(tài)密封是汽車在行駛過程中，由于受到外界激勵(lì)，車身面板間因剛度及模態(tài)的不同而產(chǎn)生不同的形變，當(dāng)形變量大于密封條壓縮量時(shí)就產(chǎn)生了聲音的泄露，如車身密封條、車門密封條及車窗玻璃夾條等位置都易出現(xiàn)動(dòng)態(tài)密封性問題，可以通過增加車門和車身次級(jí)密封以及輔助密封解決，或改變密封條材料和截面形狀等手段加以控制[5-6]。

1.4 混響時(shí)間

車內(nèi)混響時(shí)間是評(píng)價(jià)車內(nèi)聲學(xué)包吸聲性能的一項(xiàng)測試指標(biāo)，也是提升車內(nèi)AI的重要手段之一。聲學(xué)包裝吸聲性能主要作用在400 Hz～10 kHz的中高頻段[7]，與語音頻帶重合，因此增強(qiáng)車內(nèi)吸聲性能可以有效提升AI。

2 方案驗(yàn)證

某自主開發(fā)階段的SUV主觀評(píng)價(jià)測試結(jié)果反映該車在高速運(yùn)行過程中車內(nèi)風(fēng)噪聲明顯，乘員間語言交流受到影響，后視鏡位置氣流聲明顯，車門附近存在明顯漏氣聲，AI主觀評(píng)價(jià)測試結(jié)果為5分。測試數(shù)據(jù)顯示120 km/h駕駛員右耳AI=50.66%，根據(jù)“CATARC SOUND”NVH性能數(shù)據(jù)庫顯示，該值低于同級(jí)別自主品牌SUV平均水平，針對(duì)以上情況對(duì)車內(nèi)語言清晰度進(jìn)行整改。

2.1 輪胎本體輻射噪聲的影響

輪胎本體輻射噪聲主要集中在1～10 kHz，因此會(huì)對(duì)AI產(chǎn)生影響。試驗(yàn)車在整車轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)臺(tái)以120 km/h工況運(yùn)行時(shí)，輪胎近場噪聲在1 kHz附近存在明顯輻射噪聲峰值，并在駕駛員右耳處存在對(duì)應(yīng)峰值，如圖1所示。

圖1 輪胎本體輻射噪聲對(duì)車內(nèi)噪聲的影響

通過更換本體輻射噪聲較小的輪胎，降低噪聲源聲壓級(jí)，從而改善車內(nèi)噪聲，測試數(shù)據(jù)，如表2所示，從表2可以看出，輪胎本體輻射噪聲降低后車內(nèi)AI提升了約4%。

表2 120 km/h工況下輪胎本體輻射噪聲對(duì)語言清晰度的影響%

2.2 外部造型的影響

主觀評(píng)價(jià)結(jié)果反映試驗(yàn)樣車高速運(yùn)行時(shí)前排位置風(fēng)噪明顯，因此后視鏡造型、A柱與前風(fēng)擋高度差及雨刷?？课恢枚加锌赡軙?huì)引起風(fēng)噪并影響語言清晰度。從圖2中發(fā)現(xiàn)，雨刷停靠位置較突出，易導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋與前風(fēng)擋玻璃之間氣流通過不流暢。后視鏡與車窗間夾角設(shè)計(jì)不合理容易形成渦流，如圖3所示；A柱與前風(fēng)擋玻璃處于同一水平面，設(shè)計(jì)合理。試驗(yàn)證明，將后視鏡與雨刷拆除后主觀感覺風(fēng)噪聲明顯改善，鑒于此，需對(duì)后視鏡造型及雨刷布置位置進(jìn)行優(yōu)化。

整改后的后視鏡增大了水平截面與車窗間距并調(diào)整了夾角（見圖4）。樣車雨刷高于發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋與前風(fēng)擋玻璃交點(diǎn)，整改后將雨刷?？课恢媒档椭涟l(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋延長線下。外部造型改進(jìn)后測試數(shù)據(jù)，如表3所示。從表3可以看出，駕駛員位置車內(nèi)AI提升了4%左右，風(fēng)噪降低約2 dB（A）。由于外部造型主要集中在汽車前部，因此右后乘員位置的AI和風(fēng)噪聲壓級(jí)變化較小。

圖2 雨刷停靠位置示意圖

圖3 后視鏡三維圖和剖面圖

圖4 后視鏡與基座間夾角截面圖

表3 120 km/h工況下外部造型對(duì)語言清晰度的影響

2.3 整車氣密性的影響

利用氣密性試驗(yàn)臺(tái)查找車身泄露點(diǎn)，通過對(duì)前圍鈑金泄露點(diǎn)封堵、后視鏡及其底座增加密封墊、更換車門密封條材質(zhì)、替換失效的右后車門三角窗玻璃夾條等整改措施，整車氣密性有了較大的提升。整車氣密性壓力-流量關(guān)系曲線，如圖5所示。

圖5 某SUV氣密性整改前后壓力-流量關(guān)系曲線

整車氣密性改進(jìn)后高速工況測試數(shù)據(jù)，如表4所示。從表4可以看出，車內(nèi)AI提升了4%左右，風(fēng)噪降低約 0.3 dB（A）。

表4 120 km/h工況下氣密性對(duì)語言清晰度的影響

2.4 混響時(shí)間的影響

車內(nèi)聲學(xué)包吸聲性能作用的頻帶為400Hz～10kHz，而混響時(shí)間是衡量車內(nèi)吸聲性能的一項(xiàng)重要測試指標(biāo)，因此混響時(shí)間是影響車內(nèi)AI的主要因素。優(yōu)化車內(nèi)聲學(xué)包吸聲性能；縮短混響時(shí)間的方法主要有改變座椅表面材質(zhì)；提升前圍、地毯、頂棚及后備箱側(cè)圍等零部件的吸聲性能；以及增加儀表板內(nèi)、A，B，C柱及車門內(nèi)飾板內(nèi)吸聲材料等方法。

在對(duì)樣車聲學(xué)包進(jìn)行性能優(yōu)化的過程中，通過提高頂棚和地毯吸聲系數(shù)，將原有皮革座椅表面部分材料更換為織物材料，400 Hz～10 kHz車內(nèi)混響時(shí)間從116 ms縮短為111 ms，如圖6所示。

圖6 聲學(xué)包改進(jìn)前后車內(nèi)平均混響時(shí)間曲線圖

對(duì)聲學(xué)包改進(jìn)后的樣車進(jìn)行驗(yàn)證測試，測試結(jié)果，如表5所示。從表5可以看出，120 km/h經(jīng)過優(yōu)化的樣車AI提高2.5%～5%，風(fēng)噪聲壓級(jí)降低1 dB（A）左右。

表5 120 km/h工況下平均混響時(shí)間對(duì)語言清晰度的影響

2.5 方案實(shí)施效果驗(yàn)證

通過降低輪胎本體輻射噪聲、優(yōu)化車身外部造型、提升整車氣密性及縮短車內(nèi)混響時(shí)間幾項(xiàng)整改方案的實(shí)施，樣車在高速行駛工況下的車內(nèi)AI提升了17%～19%，如圖7所示，風(fēng)噪聲壓級(jí)降低3～5dB（A），如圖8所示。“CATARC SOUND”NVH性能數(shù)據(jù)庫顯示，該數(shù)據(jù)達(dá)到了同級(jí)別合資SUV的優(yōu)秀水平，AI主觀評(píng)價(jià)結(jié)果由5分提升至7分。

AI改進(jìn)前后測試數(shù)據(jù)，如表6所示。

表6 語言清晰度改進(jìn)前后測試數(shù)據(jù)

圖7 整改措施實(shí)施前后120 km/h駕駛員右耳語言清晰度

圖8 改進(jìn)前后120 km/h駕駛員右耳風(fēng)噪聲壓級(jí)

“CATARC SOUND”NVH性能數(shù)據(jù)庫同級(jí)別同價(jià)位的5臺(tái)自主品牌商品車120 km/h下駕駛員右耳語言清晰度為51%，6臺(tái)合資品牌為65%，性能改進(jìn)后該樣車120 km/h AI已高于11臺(tái)同級(jí)別、同價(jià)位區(qū)間SUV的平均水平。

3 結(jié)論

針對(duì)某自主品牌SUV高速工況下風(fēng)噪聲壓級(jí)大、語言清晰度差的問題，采取了各種改善措施：更換本體噪聲較小的輪胎，降低輪胎本體輻射噪聲；改善后視鏡外部造型和改變雨刮布置位置，降低高速工況下氣流形成渦流的強(qiáng)度；查找車身泄漏點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行封堵，提高整車氣密性，降低風(fēng)噪的泄露；通過改變座椅表面材質(zhì)，提升車內(nèi)零部件的吸聲性能，縮短車內(nèi)混響時(shí)間。改善措施實(shí)施后，車內(nèi)AI由50.66%提升至68.57%，聲壓級(jí)由 65.13 dB（A）降低為 60.92 dB（A），解決了高速工況下車內(nèi)語言清晰度差和風(fēng)噪大的問題。