中大型SUV急加速工况声品质研究与应用

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摘要：本文主要研究车辆在急加速工况下动力总成的声品质，动力总成声品质是车辆NVH性能的关键指标之一。在J.D.POWER市场调研报告中，发动机与排气管急加速时的声音感受是用户十分关注的，也是NVH性能中十分重要的调研项。本文主要研究急加速工况下动力总成声音的阶次特性、频率特性等若干指标。进行急加速工况声品质类型研究，明确其声品质感受，如声音动力感受、声音运动感受、声音的豪华安静感受等。对每种声音感受的频率成份、阶次成份进行量化，最终设计出用户喜欢的中大型SUV车型加速声音品质。

引言

随着汽车行业的蓬勃发展，汽车的驾驶品质要求越来越高，汽车NVH发展也达到了一定的高度，用户对汽车NVH的需求也越来越严格。通过J.D.POWER统计，结果显示用户不仅对汽车的NVH问题越来越不能忍受，而且对声音的品质要求也越来越高，其中，APEAL项中急加速时的发动机与排气管声音是用户比较关注的项目。换言之，急加速工况的动力总成声品质越来越重要。汽车NVH的发展历程分为三个阶段，第一阶段为减振降噪阶段，主要工作消除异常状态噪声，如啸叫、敲击、轰鸣等噪声；第二阶为声品质控制，让声音听起来更舒服些，如关门声品质；第三阶段为声音设计，设计成有个性的、品牌之间有差异的声音。急加速声品质设计为第三阶段。

动力总成急加速声品质的研究在国内的各大主机厂也处于发展阶段，国外如奔驰、宝马、奥迪、通用、福特与丰田的研究与应用都已趋近成熟，在多款车型中均已体现声品质的设计。由于声音是人们听觉的一种感受，用户的感受也不尽相同，欧美人较为喜欢中低频的声音感受；日本人不喜欢低频声音，在声音设计时尽可能消除低频声音。除了国别以外，声音感受还与年龄相关。声音感受是一个极其复杂的感受，国内的研究较少。长安汽车与东风汽车都进行过加速声品质的相关研发工作。本文对中大型SUV急加速声品质进行研究，并在车辆开发过程中进行应用，最后达成工程目标要求。

听觉的心理声学

人对声音的感受与人耳构造、心理感知、情绪等因素相关，所以在分析加速工况声品质时应主要关注上述因素的影响，本小节主要把掩蔽效应、临界频带等理论知识在实践进行应用，从而找到与加速声品质相关客观评价参数[5]。本小节重点介绍与之相关的三个重要概念：

1.1 临界频带

由于人耳构造特殊，对频率具有一定的选择特性，可以简单的理解人耳为滤波器，经过大量数据统计研究，可形成24个滤波器，对应的每个滤波器即为临界频带，具有一定带宽，相应的提出了计算方法：

其中CBW：带宽；fc：中心频率，带宽也被称为Bark，按照上述公式人的听阈可分为24个Bark。本文在急加速声品质研究中，会应用频带参数进行声品质的研究，不同声品质对频带带宽的要求有所不同，频带带宽的选择主要的依据是临界频带的人耳统计特性。

1.2 掩蔽效应

掩蔽效应是人耳听觉的重要感知特性，理论上是当两个声音在频率上或者是时间上比较接近时，响度大声音信号会影响响度小的声音信号的感知。结合临界频带特性，在相同临界频带内，当掩蔽音与被掩蔽音的响度相差足够大的时候，被掩蔽的声音是不会让人感知的，本文在声音阶次平衡过程中会应用到此效应，利用掩蔽效应进行声音阶次的设计。

急加速声品质试验评价方法

2.1 试验方法

试验前，试验车辆必须进行预热，使发动机冷却液温度达到车辆正常行驶时的温度（85±5）℃。试验时，首先在选定的挡位以发动机最低稳定转速行驶，然后全油门急加速到最高转速，采集这个过程中车内噪声信号，同一工况至少重复测试3次。

装配手动挡和手自一体变速器的车辆分别测量以下挡位和工况，手动挡：选择2挡、3挡，发动机转速从该挡位最低稳定转速加到最高转速；手自一体：选择手动模式3挡、4挡，发动机转速从该挡位最低稳定转速加到最高转速。车内噪声测点位置为驾驶员外耳位置（FLO），如图1所示：

2.2 主观评价方法

由于人耳与心理声学的复杂性，急加速声品质的评估不仅需要客观指标定义还需结合主观评价进行综合评估。本小节主要介绍急加速声品质评价方法。评价方法采用10分制评分方法。评价分数的最小单位为0.5分，如下表1：

急加速声品质特征与类型

3.1 急加速声品质主观感受

加速声品质是汽车品牌的主要属性之一，是品牌差异性的重要指标。急加速声品质不仅与品牌特性相关，还与车辆造型与市场定位相关，一般运动造型的车辆应具有运动型的声品质，造型线条分明肌肉感强劲的车辆应具有动力型的声音品质。

3.2 急加速声品质类型分析

本文对急加速工况动力总成声品质大体分为三类：运动型声品质、动力型声品质、舒适型声品质。急加速声品质有三大因素，分别为阶次特性、频率特性与发动机转速范围。本文选择了三款车辆进行急加速声品质分析，其中A车与C车装配6缸V型增压发动机，B车装配V型8缸增压发动机。

A车主观评价声音感受为典型的运动型声品质，声音清晰明亮，有赛车的声音感受，听起来较为兴奋。客观数据分析，如图2所示，发动机转速3000r/min以上，声压级较大，主阶次、谐阶次与半阶次水平相当，并且半阶次成分较多，频带分布较宽，大约在750Hz以内。

B 车主观评价声音感受为典型的动力型声品质，声音低沉有力，给人车辆动力强劲澎湃的声音感受，听起来感觉动力充足，而非绵软无力。客观数据分析，如图3所示，发动机转速在1500～4700r/min之间，声压级适中，主阶次占主导，适当存在一部分半阶次噪声，频带分布适中，大约在500Hz以内，4700r/min 以上为运动型声品质。

C 车主观评价声音感受4500r/min以内为舒适型声品质，舒适型声品质给人安静舒适的感受。客观数据分析，如图4所示，声音总声压级较小，200Hz以内的低频成分稍占主导且幅值较小，主阶次、谐阶次与半阶次声音幅值水平相当，半阶次成分较少，声音的主要频带分布为500Hz以内。

3.3 急加速声品质类型特征提取

运动型声品质：主要发生在发动机转速3000r/min以上，声音总声压级应控制在70～80dBA之间，半阶次成分较多，主阶次、谐阶次与半阶次幅值相当，幅值控制在55～73dBA之间，声音的主要频率带分布在100～750Hz之间。

动力型声品质：主要发生在发动机转速2000～5000r/min之间，声音总声压级应控制在65～75dBA之间，主阶次占主导，有一部分谐阶次与半阶次成分，谐阶次与半阶次幅值较小，主阶次控制在60～70dBA之间，谐阶次与半阶次控制在45～65dBA之间，声音的主要频率带分布在100～500Hz之间。

舒适型声品质：主要发生在发动机转速4500r/min以内，声音总声压级应控制在55～67dBA之间，主阶次、谐阶次与半阶次的低频成分占主导，半阶次成分较少，主阶次及谐阶次幅值较小，半阶次非常小；主阶次及谐阶次控制在45～60dBA之间，半阶次控制在40～60dBA之间，声音的主要频率带分布在100～500Hz之间。如表2所示：

主阶次、谐阶次与半阶次的低频成分给人以低沉有力的声音感受（100～500Hz，180～300Hz声音最强），半阶次的高频成分给人清晰明亮的声音感受（300～800 Hz）。

某中大型SUV车型声品质设计

4.1 某中大型SUV声品质开发目标

本文介绍了某中大型SUV装配6缸V形机械增压发动机的急加速工况声品质调校方法。该SUV车型声品质要求为舒适与动力兼具的声音品质。

4.2 某中大型SUV声品质调校方案

调音前，该车的声音总声压级较大，线性度较差，半阶次成分较多且幅值较大，主要频率带宽较宽，高频成分较多，主观感受声音响度较大，较为粗糙，无舒适型与动力型的声音感受，是用户不能接受的声音，主观评分为5分。

该车型进行声音总压级控制，进行动力总成增压器的局部模态的提高，减小动力总成的声音强度，第二步进行排气系统调音，对排气口声音成分进行控制，对主阶次及半阶次声音幅值进行合理的平衡设计，提高声音线性度，最后进行车身防火墙性能的提高，增加车身对动力总成的隔吸声性能，消除车内的中高频噪声，保证中低频声音大小处于合理水平，从而使车内的声音更加纯粹。

4.3 某中大型SUV声品质最终效果

通过调音，该车声音响度适中，线性度较好，半阶次成分较少，幅值适中，主要的频率带分布较为合理，主要集中在低频段且高频成分较少，如图5所示：

该车声品质设计结果为舒适型与动力型声品质并存的感受，发动机转速2500r/min以内声音感受为舒适型声品质，声音总声压级控制在58～67dBA以内，主阶次与谐阶次、半阶次声压级水平相当；发动机转速2500r/min以上声音感受为动力型声品质，声音总声压级控制在65～75dBA之间，主阶次占主导声音大小适中，为60～70dBA，半阶次成分较少并且声音大小适中，控制在50～65dBA以内。频率带宽控制在450Hz以内。急加速时整体的声音感受较好，符合该车声品质设计，主观评分为7分。