高里程汽车NVH性能衰减评价方法

潘威 马峰 王新文 李珊 徐传燕

（1.广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院；2.山东交通学院）

随着新车的里程数逐渐增加，整车、系统及零部件的功能特性都会存在一定程度的降低，与此同时NVH性能也会变差[1-2]。目前我国自主品牌汽车的新车质量已经取得了很大进步，但其高里程性能与优秀合资车相比还存在一定差距[3]。国内及国外一些学者对汽车衬套退化、车身刚度变化、点焊松动、匀速噪声特性等进行了衰减研究[4-7]，但对评价方法的研究则相对较少。文章从常用的噪声与振动指标出发，对高里程汽车NVH性能衰减评价方法及其特性进行了研究，初步为整车NVH性能衰减指标的快速识别、目标制定和问题解决提供了参考。

1 NVH性能衰减评价方法

1.1 “级数”增加量

1.1.1 噪声声压级增加量

声压级是描述声音大小最常用的指标之一。汽车在零里程时，把车内噪声声压级Lp作为参考指标，当汽车里程达到i时，车内噪声声压级为Lpi。声压级增加量表达为：。

1.1.2 振动加速度级增加量

振动可用多种参数进行描述，如振动位移、振动速度、振动加速度等，汽车领域常用振动加速度评价振动的大小。由于振动存在3个方向（X向、Y向和Z向）的能量，当需要计算某点总的振动大小时，可以采用能量合成的方法，将3个方向振动加速度有效值的平方相加再开根号求得振动加速度总值，简称振动总值。振动总值用公式表达为：，ax、ay、az分别为车内测点X向、Y向和Z向的振动加速度有效值，单位为m/s2。

为了能够方便并直观地对振动强弱以及人体感觉程度进行定量评价，通常会采用类似噪声描述的方法对其结果进行恰当处理，即采用振动加速度级对振动强弱进行评价。振动加速度级用VAL[8]表示，计算公式表达为：VAL=20×lg （，a0为振动加速度基准值为1×10-6，单位为m/s2。

汽车在零里程时，把车内振动加速度级VAL作为参考指标，当汽车里程达到i时，车内振动加速度级为VALi，则振动加速度级增加量ΔVALi可表达为：ΔVALi=VALi-VAL。

将噪声声压级增加量与振动加速度级增加量统称为基于“级数”的增加量。因此噪声与振动的变化量在同一维度上进行比较后，可快速识别出里程增加后“级数”衰减较快的噪声或振动指标。

1.2 能量增加率

人们通常喜欢用百分比增加率来进行增量描述，因此提出基于能量增加率的NVH性能衰减客观评价方法。

1.2.1 噪声能量增加率

声功率和声强都是能量的概念。声功率常用来表述声源的强弱，声强用来表述声源以外某点位置声音能量的大小。

汽车在零里程时，把汽车内声强I作为参考指标，当汽车里程达到i时，车内噪声声强为Ii。声强增加率表达为：Ai=（Ii-I）/I×100%。

1.2.2 振动能量增加率

振动加速度的有效值即均方根值，它的平方是均方值，工程上表示信号的平均功率，因而可用来表述振动信号在单位时间内的能量。若需计算某测点在单位时间内的振动总能量，则需将其3个方向的能量相加，即将其3个方向振动的均方值相加。某测点在单位时间内的振动总能量用公式表达为：。

汽车在零里程时，把车内振动总能量E作为参考指标，当汽车里程达到i时，车内振动总能量为Ei，则振动能量增加率可表达为：Vi=（Ei-E）/E×100%。

2 一般高里程车NVH性能衰减研究

国家质量监督检验检疫总局公布的《家用汽车产品修理、更换、退货责任规定》中规定了家用汽车产品包修期限不低于3年或者60000 km。本文以某汽车为例，重点研究其从0～65000 km高里程试验过程噪声与振动的变化特性。

2.1 数据采集

本次高里程试验主要在珠三角地区进行。为充分模拟用户实际使用情况，试验路况包含国道、省道、县道、乡道以及专用公路等各种路面。客观测试里程节点选定为零里程、30000 km、65000 km，为保证数据测量的客观性，每次数据的采集固定在某试验场进行。

2.1.1 测试系统及传声器布置

分别采用B&K 4189声学传声器和B&K 4524三向振动加速度传感器对车内噪声和振动数据进行拾取，并采用LMS SCADS数据采集系统进行数据处理。噪声测点主要参考GB/T 18697—2002《声学汽车车内噪声测量方法》[9]，在驾驶员右耳和右后乘客左耳位置各布置1个声学传声器；同时在方向盘12点钟以及驾驶员座椅导轨位置布置振动加速度传感器。

2.1.2 试验工况

本次试验主要对部分稳态工况数据进行研究，工况及测点如表1所示，共12个性能指标（前8个为噪声指标，后4个为振动指标）。

表1 试验工况及测点

2.2 测试结果分析

各里程节点测得的数据如表2所示。分别采用前述基于“级数”增加量和能量增加率的方法对噪声和振动数据进行重新处理，分别得到30000 km和65000 km相对于零里程时的变化量，结果如图1所示。

图1 不同里程节点NVH性能衰减比较

表2 各里程节点实测数据

图中纵坐标正的数值代表该指标NVH性能有所衰减，负的数值则代表该指标NVH性能有所变好。本文主要研究NVH性能衰减，因此主要对正的“级数”增加量或能量增加率进行分析。耐久车里程达到65000 km时衰减前3位的指标有：指标7、指标8和指标6，均为匀速噪声指标，且均呈现随里程数增加逐渐衰减（即正衰减）的特性。

首先对65000 km衰减最大的指标7（即光滑路面60 km/h匀速驾驶员右耳噪声）进行分析。将其时域数据进行快速傅里叶变换并与30000 km及零里程的数据进行比较，结果如图2所示。从图中可以看出，耐久里程达到30000 km时，200 Hz附近的幅值增加比较明显，此处的2个峰值频率恰好对应的是轮胎空腔共振噪声频率[10]，其中212 Hz共振频率的幅值从42.7 dB增加到了47.5 dB；当耐久车里程达到65000 km时，轮胎另一个空腔共振频率的幅值继续增加，同时130 Hz附近以及300～400 Hz之间的幅值也增加明显。通过以上变化特性可初步判断，该耐久劣化现象可能是由轮胎磨损导致。现场查验样车轮胎已磨损严重，与新轮胎花纹差异比较如图3所示。为此，更换1套新的同品牌同规格轮胎到耐久车上，重新测得数据，指标7的频谱结果如图4所示。

图2 不同里程噪声频谱比较

图3 轮胎花纹对比

图4 更换轮胎后噪声频谱

从图中可以看出，相对于原轮胎时的车内噪声频谱，轮胎空腔共振噪声频率处以及130 Hz附近处的幅值已大幅降低，说明这些变化特性与轮胎磨损强相关，同时总值噪声也由原来的59.3 dB下降到57.5 dB，降幅明显。然而，更换新轮胎后300～400 Hz之间的幅值较原状态变化并不大，说明此处频率幅值的增加与其他部件衰减有关。

随后，对65000 km时衰减较快的其它2个匀速噪声指标（指标8和指标6）进行了类似分析，结论基本一致，说明轮胎磨损对匀速噪声衰减影响较大。

2.3 衰减目标制定

对于车辆行驶至65000 km时的NVH水平是否可接受，以及衰减目标的制定，同样是高里程汽车NVH性能衰减研究的重要内容。由于缺乏高里程汽车NVH数据库，暂将耐久后的数据添加到前期积累的新车数据库中进行比对研究。该数据库不仅包含了同级别自主品牌及合资品牌车型的客观实测结果，还包括各车型所对应的主观评分（该评分与客观测试结果的对应关系已经过有效验证）。其中，主观评分所采用的评分方法借鉴了SAE J 1060十分制[11]主观评价评分标准，即6分代表及格，10分代表完美。同样以该耐久车指标7为例，将其零里程，65000 km原状态及更换新轮胎后的噪声数据添加到同级别新车数据库中，比对结果如图5所示。

图5 指标7总值噪声比较

从图中可以看出，耐久车零里程时指标7的主观评分处于8～9分；当行驶到65000 km时主观评分处于6～7分；更换新轮胎后的主观评分可达到7～8分，此时的总值噪声与零里程时的差值为1.6 dB。综合以上信息，在不考虑轮胎磨损的情况下，可将该车65000 km相对于零里程时指标7的客观衰减目标定义为“级数”增加量≤2 dB，能量增加率≤60%；相应的主观目标定义为≤1分。

3 超高里程车NVH性能衰减研究

3.1 样车选择与数据采集

为节约验证时间，快速识别超高里程汽车的衰减水平，可采取从消费者手中直接回购车辆的方法开展初步研究。为此，回购了3辆同款里程均超过200000 km，且未进行过重大维修的某汽车进行超高里程NVH性能衰减研究。该批车回购自不同的区域，车辆信息见表3。由于回购车辆轮胎磨损程度各不相同，为消除前述轮胎磨损对匀速车内噪声衰减的影响，将该批次样车更换新轮胎后，再在某试验场进行测试，获得上述12个工况下的性能指标数据。

表3 回购车信息

3.2 测试结果分析

由于无法获得每辆回购车零里程时的客观数据，因此用该款车型上市时的5辆新车平均测试结果作为零里程时的基础数据，分别计算出各回购车相对于零里程时的“级数”增加量和能量增加率，比较结果如图6所示。

从图中可以看出，所有的指标均为正衰减，其中3号车指标12衰减异常明显。实车确认该车开空调时风扇负荷较大且一直处于高速运转，同时整车伴随有明显抖动。现场查验该车在车前装置了一个防蚊罩且积灰较严重。初步怀疑该装置极大影响了进风效率，从而增加风扇负荷并带来整车抖动。拆除该装置后，整车抖动明显降低，指标12的衰减量也与另外2台车基本相当。除此之外，衰减较明显的指标还有指标5～指标8，说明除轮胎以外的其余部件对匀速噪声衰减较为明显。

3.3 衰减目标制定

为设定样车超过200000 km后的衰减目标值，可同样将该批回购车的测试数据添加到同级别新车数据库中进行比对研究，评判超高里程车的NVH水平是否可接受，并制定衰减目标值。以3台车衰减均明显的指标6为例，比对结果如图7所示。

从图中可以看出，新车零里程时的总值噪声为65 dB左右，主观评分处于7～8分；而3台超高里程样车的总值噪声均超过了68 dB，主观评分处于5～6分，衰减比较明显。综合以上信息，在不考虑轮胎磨损的情况下，可将该车型200000 km相对于零里程时指标6的客观衰减目标定义为“级数”增加量≤3 dB，能量增加率≤100%；相应的主观目标定义为≤2分。

4 结论

文章提出的基于“级数”增加量和能量增加率的高里程汽车NVH性能衰减评价方法，不仅可以快速定位衰减较快的噪声或振动性能指标，还可以设定汽车在不同高里程时衰减“多少噪声”或“多少能量增加率”的直观目标值。高里程汽车NVH性能衰减研究是一项长期而复杂的工作，文章基于新车数据库来设定衰减目标值具有一定局限性，未来可依照此方法搭建高里程汽车NVH性能衰减数据库并开展进一步的研究。