SUV關門聲品質優化研究

高雅娜 ，黃超勇,2，鐘秤平,2，張東力,2，陳文清,2

(1.江鈴汽車股份有限公司,江西南昌 330200;2.江西省汽車噪聲與振動重點試驗室,江西南昌 330200)

0 引言

隨著汽車工業的蓬勃發展，在滿足消費者對產品實用性要求的同時，對產品舒適性的要求也越來越嚴格。近年來，人們發現使用傳統的A計權聲壓級不能全面描述人們對聲音的主觀感覺，單純地降低噪聲的聲壓級已不能滿足消費者聽覺舒適性的要求[1]。因此，人們提出了聲品質的概念來描述對聲音的感受[2]。

汽車關門聲品質的評價方法主要有主觀評價法和客觀評價法[3]。聲品質是人們對聲音的主觀感覺，主觀評價法能直接反映汽車關門聲品質的好壞。客觀評價采用的心理聲學指標雖然不能全面反映關門聲品質的好壞，但是能評價聲音某一方面的特性。目前大多數學者都是基于這兩種方法進行聲品質的評價研究[4-5]，本文作者在前人研究的基礎上基于主客觀關門聲品質的評價方法，研究影響關門聲品質的相關因素。

1 關門聲品質的客觀評價

1.1 客觀評價指標

客觀評價是在試驗數據的基礎上，用測量的物理量來描述聲音特征。噪聲一般用A計權聲壓級進行評價，而聲品質一般用響度和尖銳度這兩個重要的心理聲學指標進行評價。

響度是描述人耳對聲音強弱的主觀感覺，單位為宋(Sone)。響度是隨著臨界頻帶變化的，這種變化的特征曲線就是特征響度。響度[6]是各個臨界頻帶上的特征響度之和，可表示為

式中:N為響度；n′(z)為特征響度；z為臨界頻帶。

尖銳度是衡量聲音中高頻成分多少的心理聲學指標，單位為Acum。在以1 000 Hz為中心頻帶的帶寬(帶寬小于150 Hz)內，聲壓級為60 dB的窄噪聲定義為1 Acum。尖銳度[6]可以簡單地表示為

式中:S為尖銳度；N為響度；n′(z)為特征響度；z為臨界頻帶。

1.2 客觀評價方法

客觀評價一般在消聲室或空曠而安靜的環境中，用高精度的雙耳人工頭采集關門時的聲音信號，然后對數據進行分析處理。

在測量車外關門聲音時，雙耳人工頭模擬人體所處位置，考慮到車輛一般停靠在狹窄空間，因此將人工頭高度調整為170 mm，頭部鼻尖位置距離門把手中心外側300 mm，距離門把手中心后端400 mm。在進行關門聲采樣時，為了確保每次試驗具有相同的關門力度，試驗時用關門力測試儀器保證每次關門的力度基本一致，試驗選取最小關門力作為關門力度控制指標。由于實際關門過程中，人們通常將車門中部的邊緣作為施力點，所以關門力測試儀的安裝位置盡量靠近門邊緣。

試驗采用德國Head Acoustic公司的雙耳人工頭及配套的采集軟件Artemis7.0采集關門時的聲音數據。試驗選取主觀評價較差的車門作為測試關門聲品質的試驗車門，每個工況下測試5組數據，處理數據時選擇環境噪聲最小的信號作為試驗聲音信號。試驗測試現場如圖1所示。

圖1 聲品質試驗測試

2 關門聲品質的主觀評價

2.1 主觀評價方法

主觀評價是指顧客或指定群體給出對聲音的印象和描述，并根據感受來打分。汽車界常采用十分制的打分體系進行關門聲品質的主觀評價。十分制是將人的主觀感受分為十個等級，具體劃分如圖2所示。

級度12345678910評價非常壞壞很差差不滿意可接受滿意較好好很好不可接受過渡可接受接受對象所有顧客絕大多數顧客挑剔的顧客專業人員

聲品質的主觀評價分為聽音室主觀評價和樣車現場主觀評價。對于不能直接獲得樣車時，聽音室評價方法還是比較方便的，選擇高保真的耳機進行聲音樣本的回放對試驗非常重要;其次，室內的空氣質量要良好，溫度和濕度要適中，但是這種評價會有一定程度的失真。文中試驗直接在樣車上進行評價，對關門聲品質的感受更加真實。

2.2 主觀評價與客觀評價的關系

主觀評價能簡單、快速地評價關門聲品質，客觀評價是定量地給出聲品質的時域或頻域特征，兩者相輔相成。建立主觀評價和客觀評價的關系就能對聲品質進行更完整地綜合評價。將主觀打分結果與客觀測試的響度和尖銳度統計在同一張圖上，得到兩者之間的關系如圖3所示。可以看出，主觀評分與響度、尖銳度高度相關，響度和尖銳度越低，主觀評分越高。

圖3 主觀打分與響度、尖銳度的關系

3 關門聲品質的影響因素

車門板的結構、門鎖結構、鎖扣接附點動剛度等都會影響關門聲品質，在進行聲品質優化時一般從這幾方面入手。

3.1 車門板結構

車門的整體剛度是保證關門聲品質的重要指標之一。如果門的剛度不足，導致局部模態比較低，關門聲就不是一次低沉的撞擊聲音，而是伴隨支離破碎的震顫聲音。通過對某車門進行模態分析，找出門板的薄弱區域，如圖4所示，可以通過增加阻尼的方法來降低振動響應，優化關門聲品質。圖5和圖6分別為試驗測試的增加阻尼前后的關門聲時間曲線，心理聲學參數測試數據見表1。

圖4 某車門模態分析

圖5 加阻尼前關門聲的時間曲線

圖6 加阻尼后關門聲的時間曲線

表1 增加阻尼前后數據對比

在車門局部模態區域增加阻尼后，主觀評價關門聲品質有明顯改善，關門聲音變得更干脆。測試結果中響度和尖銳度的峰值均有所降低，從優化前后的時間曲線來看， 貼阻尼后，聲音持續時間更短，衰減得更快。

3.2 車門鎖結構

關門時，門鎖內部會發生幾次撞擊，包括：鎖套與門碰撞、卡板與鎖扣碰撞、卡板與棘爪碰撞、卡板與防撞快碰撞、棘爪與防撞快碰撞，具體結構如圖7所示。

圖7 車門鎖結構圖

只要控制好這些撞擊力降低撞擊聲，就能有效地提升車門的聲品質。更換采用新彈性材料的車門鎖后，進行關門聲品質的測試結果如圖8和圖9所示，心理聲學參數測試數據見表2。

圖8 車門鎖優化前的時間-頻率圖譜

圖9 車門鎖優化后的時間-頻率圖譜

表2 車門鎖優化前后數據對比

測試結果中響度和尖銳度的峰值均有所降低，對比優化前后測試所得的時間-頻率圖可知，在350～2 000 Hz范圍內，聲音有一定優化。車門鎖優化后，主觀評價關門聲品質也有一定改善。

3.3 鎖扣安裝點剛度

門鎖扣是關門能量傳遞給車身的關鍵路徑之一。因此，門鎖扣安裝點動剛度對關門聲品質有明顯的影響。在數模階段，經過CAE分析，發現鎖扣安裝點Y向動剛度不足。通過在C柱鎖扣加強板增加一個L形支架，并且加強板支架增加一個Y向支撐翻邊,Y向動剛度明顯提升，如圖10所示。關門響度有明顯提升，如圖11所示。

圖10 門鎖口安裝點優化后Y向動剛度變化圖

圖11 鎖扣安裝點優化后時間頻率譜圖

3.4 其他影響因素

關門聲品質的影響因素除了上述的兩大方面，還與車身泄壓路徑、車門密封條、車門防撞快、鎖扣的原點動剛度等因素有關。

關閉車門時，密封條避免了車門和車身金屬之間的直接碰撞，使關門力均勻分布在密封面上，降低關門噪聲。當門的運動超過密封條的壓縮范圍時，門與防撞塊發生碰撞，一般要求防撞塊的剛度要比較低，防止激勵起門板模態。鎖扣安裝在車身上，承受來自卡板的撞擊力，因此要控制鎖扣受沖擊點的原點動剛度。

4 結論

(1)在客觀評價的基礎上結合主觀評價對車輛關門聲品質進行了評價，結果更加真實、準確。

(2)在進行車輛關門聲品質分析時，借助響度和尖銳度等心理聲學參數進行對比分析，一般情況下，主觀評價好的關門聲品質，對應的心理聲學參數值較小。

(3)文中分析了關門聲品質的影響因素，討論了添加阻尼、優化車門鎖等提高關門聲品質的方法，通過對比分析，證明了改進措施的有效性。