汽车车内噪声快速定位与测量设备的开发及在检测中的应用

朱旭铿 方晨 李红 周浩

随着汽车保有量的上升，用户更加关注汽车在车内噪声等感官质量上的表现。结合国家标准《声学 汽车车内噪声测量方法》（GB/T 18697—2002），开发了适合于汽车车内噪声专项试验的非标类设备，以实现汽车车内噪声试验的快速定位与测量。与传统测量方法进行对比，判定其测量结果可信，且重复性优于传统测量方法。关键词：车内噪声;快速定位;重复性

0 前言

自中国加入世界贸易组织（WTO）以来，由于外资的介入及国家政策的重点扶持，中国汽车行业进入了高速成长期。据公安部统计，2020年全国汽车保有量达2.81亿辆，汽车驾驶人员达4.18亿人;共有70个城市的汽车保有量超过100万辆，其中北京、成都、重庆等城市的汽车保有量超过500万辆，上海、苏州、郑州等城市的汽车保有量超过400万辆[1]。汽车已经走入了千家万户，也在人们的出行时间中占据了越来越大的比例。然而，在汽车行驶过程中，发动机等机械构件噪声、轮胎与地面的摩擦噪声、汽车行车风噪、车外环境噪声、驾驶舱内饰板等部件振动噪声，都会对驾驶员及车内乘客造成困扰。国家标准《声学 汽车车内噪声测量方法》（GB/T 18697—2002）详细规定了针对汽车车内噪声的测量方法[2]。

1 设备开发

根据国家标准《声学 汽车车内噪声测量方法规定》（GB/T 18697—2002），如图1所示，用于测量噪声的声级计应安置于座位的特定位置。对于除驾驶员座位或必要的测量人员座位以外未被占用的座位（测试点A），声级计在垂直方向上应安装于座椅椅垫表面和座椅靠背表面的交点之上（0.70±0.05 m处），以及在水平方向上位于座椅的中心面或对称面上。对于驾驶员座位（测试点B），声级计在垂直方向上与测试点A一致，在水平方向上应安装于距离座椅中心面的位置（0.20±0.02 m处），且处于驾驶员右侧。可调节的座位须将座椅调节至水平和垂直的中间位置，并将调节靠背使其尽可能处于垂直位置。

在传统试验中，测量人员在试验过程中须手持声级计，并记录下各试验工况下的噪声值。车辆的行驶工况会造成测试人员的晃动，使声级计测试点的定位发生偏移，从而对试验结果的准确性产生影响。同时，记录测量结果并再次定位测试点的过程增加了试验的复杂程度，也影响了试验结果的可重复性。目前，国内共有5项相关的全国专利，其布置方式均为固定在头枕或座椅靠背上，然而座椅靠背与头枕在车辆行驶工况中皆会与车身产生相对运动，从而影响试验结果的准确性。此类设备的布置方式仅解决了试验结果重复性的问题，却沒有对声级计与车身的相对运动作出约束。

如图2所示，基于上述情况，研究人员开发了1套适合于汽车车内噪声专项试验的快速定位与测量设备。该设备由可调节立柱、旋转臂、声级计安装云台等部件组成。该测量设备利用可固定于车厢底板与车顶的调节立柱，同时规避了前置后驱车辆与四轮驱动车辆的传动轴干涉问题，使测量设备的固定牢固可靠。

旋转臂可在立柱上自由调节高度，最后通过调节手柄旋紧固定。如图3所示，声级计安装云台由1个球面副、1个转动副和1个圆柱副组成。声级计通过安装座上的螺纹与安装云台紧密结合，并在3个运动副的调节下实现6个自由度的调节，可以进一步细调测试点位置。最后，由激光测距仪快速定位距离座椅椅面0.7 m的高度，以及距离座椅中点0.2 m的距离。

如图4和图5所示，旋转臂与声级计安装云台的组合可同时满足测试点A与测试点B的定位需求，可实现声级计的快速定位。声级计与车厢的相对位置保持固定，可以减少晃动带来的随机误差。

2 检测应用

根据车辆的用户使用场景，国家标准《声学 汽车车内噪声测量方法》（GB/T 18697—2002）规定，将汽车车内噪声的试验工况分为匀速行驶、全油门加速行驶，以及车辆定置3种工况。其中，各个车速下的匀速行驶工况作为用户行驶过程中最常出现的使用情形而最具有代表性，在环境标准《环境标志产品技术要求 轻型汽车》（HJ 2532—2013）中亦有对汽车车内噪声的限值要求[3]。此次试验选取匀速行驶作为试验工况。如表1所示，根据标准要求，以5种车速为车辆运行条件，选取不同整备质量与轴距的8辆乘用汽车作为典型车辆，分别对比传统试验方法与该专用设备所得到的测量结果。

如表2所示，将试验车辆按车辆类型分为轿车组与SUV/MPV组，针对每1种车速分别进行3次试验并取均值作为最终结果，得到如图6和图7所示的在各车速下的测量比对曲线。

从2组车型的比对曲线中可以直观地看出，该专用设备得到的测量结果与传统测量方法十分接近，在同一工况下两者相差均小于0.5 dB。

为更准确地对该专用设备得到的测量结果进行评价，技术人员采用偏差百分率法，以传统试验方法得到的结果为基准值，按式1对专用设备得到偏差值S的结果进行评价。

式中，X为基准值，D=x-X，x为待评价值。

通过计算，可得到各个车型与车速下专用设备测量结果的偏差值S的百分率，如表3所示。据统计，测量结果在各个车型与各车速时的偏差值百分率均小于1.00%，最大的偏差值百分率为0.79%，平均偏差值百分率为0.33%，故此可以判断该专用设备所测得的试验数据具有较高真实性。

进一步的分析结果发现，SUV/MPV组的结果偏差值大于轿车组的结果。该现象表明，SUV/MPV等空间较大的车辆更易使试验人员在试验过程中发生晃动，影响试验结果。以06车为例，在传统试验方法与专用设备下，分别统计3次测量结果的重复性，得到其噪声声压级标准差及变化范围结果，如表4和表5所示。

噪声声压级标准差的测量结果表明，由于车辆晃动的影响和多次测量重复定位测试点的缘故，传统试验方法所得结果的离散程度远大于使用该专用设备的结果。如表5所示，噪声声压级变化范围统计亦可佐证这一结果。在使用传统手持声级计的方法下，3次测量结果的变化范围均大于1.000 dB，甚至接近2.000 dB，处于需要重新测量的临界点。而在使用专用设备下，3次测量结果的变化范围则小于0.500 dB，重复性较好。

结合测量比对曲线，技术人员在总体趋势上通过使用专用设备得到的结果略低于传统试验方法，相差为0.030～0.470 dB，处于传统方法下3次测量结果变化范围之内，因此可以推论使用该专用设备所获得的结果更接近于真实值。

3 结语

据本文所述，技术人员开发的汽车车内噪声快速定位与测量设备能够快速定位噪声测试点，并对噪声声级计与车身的相对运动作出了有效约束。

与传统试验方法作对比，技术人员使用汽车车内噪声快速定位与测量设备，同时对轿车组与SUV/MPV组的车内噪声进行测量，结合测量结果的比对曲线、偏差值百分率，以及测量结果的重复性检验，可以判定该专用设备的测量结果可信，并且其重复性优于传统试验方法，能够有效改善声级计与车身的相对运动，减少传统测量方法中由车身晃动带来的随机误差，可以得到更准确的测量值。

[1]2020年全国汽车保有量达2.81亿辆，新能源车增量连续3年超100万辆[OL].https：//app.mps.gov.cn/gdnps/pc/content.jsp？id=7647257.

[2]GB/T 18697—2002 声学 汽车车内噪声测量方法[S].中国标准出版社，2002.

[3]HJ 2532—2013 环境标志产品技术要求 轻型汽车[S].中国环境科学出版社，2014.