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高速行驶时车内噪声抖动感的测试与诊断

10月前浏览411

1 问题描述与测试

某轿车在高速行驶超车工况下（手动5档，90~120km/h加速）车内噪声存在明显不稳定感和起伏感。主观驾评人员的描述为不稳定"嗡~嗡~"声，这种抖动感严重影响了驾乘舒适性。

为分析车内噪声的信号特征，在专业汽车试验场内进行了测试。测试条件包括：

对加速过程车内的噪声数据进行阶次分析，结果显示：

在90~120km/h采用5档加速工况下，车内噪声的主要能量集中在100~120Hz频带范围内。该频带内噪声的最主要成分为发动机的2.00阶，同时存在一个明显的2.24阶成分。

在3275r/min转速时，车内噪声频谱显示：

在109Hz和123Hz存在两个噪声峰值，幅值分别为64.5dB(A)和63.7dB(A)，频率间隔约为14Hz，且幅值接近，这种特征易于产生调制现象。

心理声学研究表明，当纯音受到调制时会让人感觉到声音的不稳定感。调制的频率低于20Hz时，人主观上能够感觉到声音的起伏变化，这种波动感在心理声学领域用抖动度F描述。

分析显示，3000~3500r/min转速范围内车内噪声的抖动度超过1.05Vacil，最大值发生在3275r/min左右，约为1.16Vacil。

为确认2.00阶和2.24阶噪声的调制作用，采用高保真声音回放设备进行验证：

通过滤波回放结合主观评价的方式，证明在滤除2.24阶噪声后，车内噪声的波动感明显降低，声品质得到很大改善，主观评分从低于5分提升到7分以上。

对车身的噪声传递函数（NTF）进行测试，以研究车内100~120Hz频率范围内噪声的来源。NTF是单位激励力作用下车内的噪声响应，其大小表征了车身在外界激励作用下对噪声响应的敏感程度。

测试在墙面经过吸声处理的房间内进行，拆除汽车底盘和动力系统，用弹性装置将车身支撑起来。用力锤激励车身的主要载荷输入点，在驾驶员耳旁采集车内的噪声响应。

NTF测试结果显示，在65~70Hz以及100~120Hz范围内存在峰值，其中后者的频率范围与主观评价抱怨的频率段相吻合，幅值约为58dB/N。这表明车身在该频率范围内对激励力较为敏感。

该车型搭载的发动机为四缸四冲程汽油机，其主要激励力为往复惯性力和扭矩波动，均为2.00阶。因此，车内噪声的2.00阶噪声成分来自于发动机的激励。

2.24阶的噪声也存在随发动机转速变化而成比例变化的特征，认为该阶次噪声主要来自于车辆的驱动系统。通过传动系统的速比分析（5档速比0.763，主减速器速比4.657），计算出车辆5档行驶时驱动系统的基础阶次为0.28阶。

车身靠近前减震器安装点位置的振动加速度测试结果显示，该测点存在0.28阶及其高阶谐波，其中2.24阶的振动成分为其8次谐波。由此判断车内噪声的2.24阶成分来自于车轮旋转的高阶振动。

研究表明，轮胎的不均匀性与车内噪声和振动现象密切相关。评价轮胎均匀性的指标包括：

轮胎的径向力波动是指轮胎在一定负荷下以一定的转速旋转时，轮胎与接触面之间的径向力的变化。

如果轮胎周向刚度不均匀，当车轮旋转时，轮辋将受到轮胎的激励而产生周期性的振动，振动通过悬架系统传递到车内产生噪声。同时，轮胎的不均匀性产生的激励通常具有随着转速增加而增大的特点。

轮胎径向刚度不均匀通常与轮胎的制造工艺有关。由于轮胎橡胶硫化过程通常采用多块拼装的模具，因此模具的尺寸差异、硫化过程的压力、轮胎胚胎的尺寸差异及合模行程不到位等因素都会导致轮胎径向刚度的不均匀，从而导致高阶轮胎径向力波动。

对问题样车的轮胎和无问题的竞品车轮胎进行均匀性对比测试。测试参照《GB/T18506-2013汽车轮胎均匀性试验方法》进行。

测试结果表明：

通过测试选择了均匀性更好的轮胎（RFVH8<2.5N）进行装车验证。

更换新的轮胎后，加速车内噪声中2.24阶的噪声成分消失，主观评价车内噪声的起伏感消失，声品质改善明显。

更换轮胎后车内噪声的主观评分为7分以上，达到用户基本满意的水平。同时噪声的抖动度明显降低，3000~3500r/min转速范围内车内噪声抖动度的最大值约为1.05Vacil，与原状态相比整体下降了0.05~0.20Vacil左右。车内噪声抖动度的下降与主观评价结果相吻合。

1.
驱动系统的转速与发动机的转速成严格的比例关系，轮胎的高阶径向力波动和发动机2阶激励往往在频率上较为接近，从而导致车内噪声出现调制现象。
2.
调制现象将影响到车内声音品质从而导致乘员抱怨，抖动度这一心理声学参数能够从客观数据上反映噪声调制现象的主观感受及其改善。
3.
通过选择均匀性更好的轮胎，可以有效消除车内噪声的调制现象，改善高速行驶时的声品质表现。
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参考文献：高速行驶时车内噪声抖动感的测试与诊断