汽车加速通过噪声室内预测方法研究

陈 剑, 王开明, 刘 策, 殷金祥，邓厚科，宋文凤

（1.合肥工业大学 噪声振动工程研究所，合肥230009；2.安徽省汽车NVH工程技术研究中心，合肥230009；3.安徽江淮汽车股份有限公司技术中心，合肥230601）

国际标准化组织于2007 年颁布了汽车室外加速通过噪声测试国际标准《ISO 362-1:2007》[1]，较我国现行的法规《GB 1495-2002》[2]，增加了试验操作难度。例如对于M2 类车，国际标准严格要求车辆全油门加速通过测试区域中线时的车速为50±1 km/h，同时对车辆加速度和出线转速做了相关规定，并且还增加了匀速测试工况，使得整个测试过程耗时较长且测量数据合格率较低。我国目前也正在开展相关新标准GB 1495-20××的起草工作，因此测试人员也即将面临这一考验。利用室内通过噪声测试[3]等效室外测试的方法可有效解决这一问题，不仅能够减少环境因素的干扰、增加试验的可重复性，也可缩短试验时间，提高测试成功率。

本文主要以某款M2类A车为例，建立室内外等效的基本流程，用声阵列时间序列合成法[4]获得室内通过噪声及非轮胎噪声值，在室内外实验车辆功率输出基本一致的条件下测试室外通过噪声及室外轮胎噪声值[5]，最后通过合成算法，替换室内的轮胎噪声，实现室内外通过噪声的等效替换。结果表明，室内等效PBN 值与室外实测值的误差在±1 dB(A)以内。最后用M2类的B车和N2类的C车验证了方法的通用性。

1 基本理论

1.1 声阵列时间序列合成法

室内通过噪声测试在装有四驱静音转毂的半消声室内进行，半消声室长宽高尺寸为29.5 m×20 m×7.6 m（见图1）。

图1 室内通过噪声测试现场

室内左右两侧各安装21个传声器，具体布置如图2所示。

图2 消声室内传声器布置

在该合成方法中，由于车辆是固定的，要模拟室外的运动源信号，应当截取、拼接相应的传声器信号片段来模拟车辆的虚拟位移。测试过程的每一个时间样本点都对应一个虚拟的位置信息，每个传声器都位于特定的位置，因此需依次截取每侧21个传声器对应的时间片段。如模拟车辆进线噪声当截取前方首个传声器（AA′线处）对应的时间片段，出线时截取车辆后方最后一个传声器（BB′线处）对应的时间片段。最后，为最小化采集和分析误差，利用时间窗将截取的时间信号片段依次拼接起来，并借助多普勒修正分析运动源效应，得到模拟室外运动源的时间信号。图3有5个不同位置传声器的时域信号，截取每个位置对应的时间片段信号（加粗矩形框内即截取片段）如图3所示。

图3 对应传声器时间信号片段截取

1.2 室内外PBN等效替换模型

汽车行驶过程中车外通过噪声LTVN主要由动力总成噪声（包含进排气噪声）LPTN、轮胎噪声LTRN和风噪LW构成，如下式所示

其中低速行驶时主要贡献量为动力总成噪声，中高速时轮胎噪声的贡献量增大，当车速超过80 km/h，风噪才开始显露出来；由于通过噪声测试过程中车速为50 km/h 左右，风噪对测试结果影响较小，可以忽略，故认为汽车车外通过噪声是由轮胎噪声和动力总成噪声组成，如下式

室内通过噪声测试流程如图4所示。

2 汽车室外通过噪声测量

新标准中室外通过噪声测试分为全节气门加速（WOT）和匀速（CRS）2 种工况，首先确定测试车辆的测试档位，然后测量各工况噪声值，多次平均后得到相应工况的中间噪声值Lwotrep和Lcrsrep，再由这2 个值加权得出室外通过噪声Lurban，如式（5）所示。

图4 室内通过噪声测试流程图

图5 室外通过噪声测试图

其中kp为部分功率系数比，当车辆的质量功率比小于25 时，则kp=0，此时无需进行匀速工况测试，测得加速过程的中间噪声值即为最终通过噪声值

2.1 加速工况噪声测试

测试加速噪声时，车辆通过测试区域中线的车速为50±1 km/h，每次测量的加速度awottest,j与均值awottest的误差应控制在awottest值的±10%范围内；且油门踏板踩到底并保持到车辆末端出线时再尽快地松开，测得加速过程的噪声值，多次测量结果平均后即为加速过程的中间结果Lwotrep-out。

2.2 匀速工况噪声测试

测量匀速噪声时档位与加速工况相同，在进线与出线之间区域稳定油门踏板，以50±1 km/h的速度匀速驶过测试区域，记录匀速过程的噪声值，多次测量结果平均后即为匀速过程的中间结果Lcrsrep-out。

由式（5）可计算获得室外PBN数值；A车的室外PBN测试值见表1。

3 汽车通过噪声室内测量

汽车通过噪声室内测量在消声室四驱转毂上完成，见图1。

表1 A车室外通过噪声测试值/dB(A)

3.1 加速工况噪声测试

测试加速工况首先要确定软件触发的进、出线车速，然后采集该速度范围内全油门加速的噪声值，多次测试结果平均后，取平均值较大一侧作为加速工况的中间结果Lwotrep-in。

3.2 匀速工况噪声测试

测试匀速工况下室内通过噪声时，要求测试车速为50±1 km/h；待车速稳定后，采集匀速工况下的噪声值；多次测试结果平均后，取平均值较大一侧作为匀速工况的中间结果Lcrsrep-in。

在获取加速和匀速工况的中间结果后，由式（5）计算室内通过噪声值Lurban-in见表2。

表2 A车室内通过噪声测试值/dB(A)

经时间序列合成的室内PBN曲线如图6所示。

图6 室内通过噪声合成曲线

4 轮胎噪声测试与动力总成噪声获取

4.1 轮胎噪声模型建立

在轮胎噪声模型中，轮胎噪声可分为自由滚动噪声和转矩驱动噪声。其中自由滚动噪声是速度的函数，转矩驱动噪声是加速度的函数。因此均可通过试验拟合出相关的系数，获得轮胎噪声。

4.1.1 自由滚动噪声计算

自由滚动噪声是速度的函数，可以利用对数回归模型进行描述

式中：α、β 是自由滚动噪声回归模型系数，dB(A)；v：车辆行驶速度，km/h；x：车辆位置，m。

4.1.2 扭矩影响噪声计算

扭矩影响噪声值是加速度的函数，具体函数如下

式中：ζ 与测试路面情况有关，取值范围为0.075～0.15，粗糙路面取0.075，平滑路面取0.15。

4.1.3 温度校正

温度会影响轮胎噪声测试结果，为了适应室内外滚动噪声测试条件的变化，故用温度修正来减小误差

式中：θ为测试路面表面温度，系数C定义为

综合上述情况，路面行驶轮胎噪声计算公式如下

4.2 室外轮胎噪声获取

轮胎噪声可分为自由滚动噪声和扭矩影响噪声。测量轮胎自由滚动噪声时，被测车辆空档熄火滑行通过测试区域并记录该过程噪声值。滑行试验的车速范围为40 km/h～70 km/h，且以10 km/h作为增量。被测车辆至少各进行4组低于和高于参考速度的试验，车辆滑行通过测试区域时减速度不得超过0.3 m/s2。

测试扭矩影响噪声时，使用与A 车同款轮胎的电车进行加速工况试验；加速范围为0～3 m/s2，车速范围与测试通过噪声加速工况相同。

根据4.1小节建立的模型，轮胎噪声拟合曲面如图7所示。

4.3 室内动力总成噪声获取

由式（2）知，通过噪声由动力总成噪声与轮胎噪声组成，为了获取室内动力总成噪声，采用将轮胎噪声从通过噪声中剔除的方法，如式（3）所示。

室内轮胎噪声测试在室内转毂上进行，扭矩影响噪声实验方法与室外一致；自由滚动噪声采用毂带车匀速滑行的方法。滑行时关闭汽车发动机并将变速杆置于空挡，速度增量为2 km/h，将转毂速度均匀地从35 km/h 升至75 km/h，采集每个滑行车速的信号，然后根据轮胎噪声模型拟合出轮胎噪声，最后利用式（3）即可得出室内动力总成噪声。

图7 轮胎噪声拟合曲面

5 室内外PBN等效替换结果分析

5.1 A车等效替换结果

以乘用车A 为例，在进行室内、外等效替换之前，对所替换数据进行一致性验证，即验证室内外CAN 数据中的加速度和扭矩（有效值）的误差ηa和ηT是否满足5%、10%的误差范围要求。由表3知，加速度和扭矩均满足精度要求，表明室内外车辆输出状态是一致的，故A 车的室内外数据符合等效替换条件。

表3 室内外CAN数据对比

A车PBN室内等效值与室外实测值见表4。

表4 A车替换结果/dB(A)

由表4 可知，通过噪声室内等效值为68.8 dB(A)，与室外实测值68.3 dB(A)相差0.5 dB(A)，在±1 dB(A)误差范围内，故通过噪声的室内等效值有效。

5.2 替换方法通用性验证

选择M2 类的B 车和N2 类的C 车进行等效替换，验证替换方法的通用性（篇幅所限，仅给出等效替换结果）。根据新标准中的选档原则，B 车选择3档和4 档进行测试，C 车选择3 档进行测试；根据新标准分别测试室内外通过噪声值，并通过上述替换方法得到室内等效值；经计算，两车的室外通过噪声实测值和等效值的误差均小于±1 dB(A)，满足替换要求，因此该方法对M2 和N2 类车都适用。具体数据见表5。

表5 B、C车型替换结果/dB（A）

6 结语

采用噪声室内测量方法避免了室外测试环境因素对试验结果的影响，降低了驾驶员的操作难度，大幅度提高了试验的成功率，缩短了试验周期。

对A、B、C 3 款车型分别开展了室内外等效替换试验，结果均满足±1 dB(A)的误差要求，验证了等效替换方法的通用性和高效性。同时给室内代替室外通过噪声的研究提供了新的思路，具有很高的工程应用价值。