座椅异响的测量与诊断

【摘要】异响评价目前以主管评价为主，本文旨在探索一种方法利用客观测试来查找异响源。本文以某车型的座椅为例，采集道路谱，使用采集的路面振动谱转化为功率谱密度（PSD，Power Spectral Density），用功率谱密度作为激振器的输入。座椅安装在振动试验台上，声音和振动加速度在半消声室环境中进行采集。采用Head Acoustic 的头戴式耳机采集数据，用Artemis 进行数据处理。MB dynamics 是振动试验台控制软件。采用小波分析、Zwicker 响度和Relative Approch3D（听觉相关量）进行数据分析。基于声音和振动测量和分析，确定异响源。异响来源于头枕和椅背的结合处，异响来源的解决措施相对于异响的诊断而言是简单的。

关键词：功率谱密度PSD，异响，小波分析，N10 Zwicke 响度Rel.Approach3D

1、引言

随着人们对汽车舒适性要求的提高，汽车的NVH 性能越来越受到客户的重视，汽车开发过程中噪声和振动的控制显得尤为重要。由于汽车内饰件处于汽车的可见区域，内饰性能的优劣直接影响着驾乘人员对内饰的评价，因此内饰件除了要满足多种功能要求，还要满足不产生异响的要求。其中仪表板、副仪表板、座椅、空调箱、天窗、转向管柱、衣帽架、门板和安全带等汽车的标准配置功能件，都是异响高发的重要部件，需要在整个汽车开发过程中受到高度关注和严格控制。

异响BSR（Buzz，Squeak and Rattle）是指非正常、不必要的声音，这些声音令乘客感到厌烦、不安或不愉悦。按产生的机理分类，最主要的汽车异响有Squeak 和Rattle 两类，Squeak 是两个零件或表面以粘-滑的方式相互摩擦而发出的吱吱声，Rattle 是两部件或表面相互碰撞而发出的咔咔声。

产生异响的原因主要有尺寸公差、装配精度、接触面材料兼容性、结构设计、各种温度和湿度环境条件以及产品质量等。随着车辆NVH 技术的大幅度的提高，车辆内部或外部异响的量化变成评价车辆质量的一个重要因素。异响的成本率占大约10-15%，而且，车辆异响对于顾客购买车辆产生负面影响。因此，对于优质车辆而言，异响评价的研究放到前面。在JD-Power 调查中，异响占据很多项，是影响汽车品牌JD-Power 排名的重要因素，有异响的汽车在市场上的竞争力日趋下降。

2、国内外异响研究

国外异响研究较早，1999 年Farokh Kavarana[1]发表了有关异响的综述，里面阐述了异响的背景及理论、产生机理和预防。文章指出大部分的异响都可以归因于结构缺陷、不匹配的材料对或糟糕的几何空间控制。异响的引起潜在方面是相对运动超过某一阈值。相对运动不总是引起异响，但是异响总是由相对运动引起的。相对运动归因于结构缺陷，结构缺陷由刚度不足、过度输入力和糟糕的模态分布引起。异响的特点就是找到异响源比较困难，异响的产生是随机的，瞬时的，如果能够找到异响源，相对而言，改进异响比较容易。Nolan[2]提出了针对异响的模态合理分布策略，提供了典型的模态合理分布图。Nolan 首先提出异响对标过程，对标是建立静态和动态刚度目标的基石活动，目标设定流程遵从对标过程。Kavarana[3]呈现了适用于IP 异响防治的目标设定过程。

最近国外的研究，Valerie G. Caryer Cook[4]等采用波束形成的方法用于异响的测试，指出波束形成方法对于车内低频异响的声音空间定位产生更大的误差，需要进一步研究并做出频率、球形半径和定位准确性三者之间的平衡选择关系。E. Y. Kuo[5]等采用CAE 分析方法，研究了门夹中密封刚度对车门异响性能的影响。

我国异响研究还处于起步阶段。任锡娟[6]采用CAE 分析的方法进行了汽车内饰件异响的预测研究，并取得较好的效果。我们在异响方面的研究也处于起步阶段，初步建立了异响测试的方法流程，对于进行异响的深入研究具有非常重要的意义。

3、座椅异响测试

路试和4-Poster 测试都有的问题就是背景噪声大，掩盖了部分异响的声音，另外，在路试和4-Poster 测试的时候都不适合更仔细的查找异响源，无法拆卸部件，而在异响试验台上可以在半消声室环境中进行，背景噪声低，用于测试异响试验台也是低噪声的电磁激振器，另外能够拆卸零部件，精确查找异响源。􀅹

3.1 采集路谱

进行座椅异响的测量与诊断的第一步，就是在能够激起异响的路面上采集路谱，我们通常选择的路面是平整比利时路、鹅卵石路和粗糙沥青路，选择合适的速度在这三种路面采集路面激励谱。本实验采用40km/h 的速度在平整比利时路面上进行测试。

3.2 路谱转化成功率谱密度

将采集的路面谱转化成一定采样率的数据作为生成功率谱密度（PSD）的输入，利用MB dynamic自带的软件处理数据，生成激振器的激励输入谱。

3.3 异响试验台测试

采用生成的功率谱密度（PSD）作为激振器的输入，激振座椅，进行异响的主观评价和客观测量与诊断。座椅与激振台的连接采用座椅的工装，该工装的共振频率大于200Hz。

4. 座椅异响测试结果

基于异响的特点，主观评价是异响的重要评价方式。座椅异响的主观评价显示座椅头枕插入靠背的部位有rattle，将麦克风布置于距离座椅头枕5cm 处采集近场噪声，三向加速度传感器布置于靠背上头枕插入的结合的硬质塑料上，采集振动数据。主观评价显示座椅靠背与座椅坐面的皮革接触处有squeak。

4.1 小波分析

图2 是平整比利时路面谱激励座椅产生噪声（原状态）的小波分析（Wavelet transfer）colormap图，X 轴代表时间，Y 轴代表频率，Z 轴代表噪声声压。图3 是平整比利时路面谱激励座椅产生噪声（去头枕）的谱图。从图2 和图3 中可以看出，图2 的瞬时尖峰比图3 的瞬时尖峰多，图3 的小波分析colormap 谱中瞬时尖峰的噪声减少。

图4 是平整比利时路面谱激励座椅，座椅处于原状态，三向加速度传感器采集的Z 方向的图谱。图5 是平整比利时路面谱激励座椅，座椅处于去掉头枕状态，三向加速度传感器采集的Z 方向的图谱。振动图谱的小波分析也存在谱线数减少的现象，并且比较图2 和图4 发现在3 秒到4 秒中间谱线数多并且幅值都大，具有相关性。

4.2 声品质分析

4.2.1 Zwicker N10 响度分析

图6 中上图都是座椅的原状态，下图都是座椅去掉头枕的状态。通过图6 可以看出，ZwickerN10响度在去掉头枕后明显减小，N10Zwicker loudness 由9.31sone 减到5.37sone。

4.2.2 Rel. Approach3D 分析

Rel.Approach3D 分析方法能够快速找出人耳敏感的异响频率。从图7 中可以看出人耳敏感的频率范围在500-­‐5KHz。听觉相关量客观数值由11.4cPa 减小到3.9cPa。

5、结论

座椅异响的测量与诊断，测试形式方面采用路试和异响试验台测试相结合的方式进行，异响评价方面也采用主观评价与客观测量相结合的方式进行诊断。客观测量结果分析表明，通过小波分析，可以看出当去掉头枕时小波分析的瞬时尖峰谱线数明显减少，本文的评价指标主要是噪声和振动对应时间上谱线数多少和幅值大小有对应关系，以此来判断异响源，本文的方法可能更适合用来判断Squeak 的异响源；通过分析Zwicker N10 响度，可以看出当去掉头枕时N10 响度明显减小，由9.31sone减到5.37sone；通过HEAD ArtemiS 软件的Rel. Approach3D（听觉相关量）分析，快速捕捉到人耳敏感的异响频率范围500-5kHz。通过结合以上分析，确定异响来源的位置是头枕和椅背的结合处，进一步定位在头枕的定位孔与弹簧螺栓之间空隙不合理或者弹簧螺栓的预紧力设置不合理导致的rattle。确定异响来源后，异响消除的改进措施是相对简单的。

作者：杨春清1,2，顾灿松1,2，苏丽俐1

作者单位：1 中国汽车技术研究中心，2 吉林大学

来源：2016汽车NVH控制技术国际研讨会论文集