CN113624335B - 车辆急加速过程中排气气流声的测试及评价方法 - Google Patents

车辆急加速过程中排气气流声的测试及评价方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种车辆急加速过程中排气气流声的测试及评价方法，通过对排气系统到车内的声衰减进行测试处理；以及对急加速车内排气气流速进行处理得到与主观评价相匹配的客观曲线；结合声衰减以及车内高速气流噪声的客观曲线，得到急加速车外排气气流声的客观评价曲线。本发明不仅能计算急加速车内排气气流噪声的主客观对应的评价曲线，还能结合排气尾管口到车内的声衰减，准确的定义排气尾管口气流噪声的评价曲线。为汽车急加速排气气流声提供一种客观评价方法。相比于用5000rpm下对应的语言清晰度评估排气气流噪声的方法，受风噪的干扰小，稳定可靠，客观指数与主观感受一致性好，适用于各类汽车排气系统高速气流声对比评价。

Description

车辆急加速过程中排气气流声的测试及评价方法
技术领域
本发明属于汽车振动与噪声控制（NVH）领域。具体的说，涉及一种车辆急加速过程中排气气流声的测试及评价方法。
背景技术
车辆在急加速过程中，排气系统气流噪声容易通过车辆泄压阀传递到车内，导致车内出现“呼呼”的气流噪声，易被乘客感知引起抱怨。而对车内急加速排气气流声评价的指标，目前行业的客观评价标准为两档工况下发动机在5000转时对应的语言清晰度，而该语言清晰度包含了排气气流噪声和整车风噪。由于不同车辆间常存在整车风噪噪声特性的不同，从而对语言清晰度产生较大的影响。同时，语言清晰度的方法又无法仅保留排气气流声而剔除整车风噪的影响，因此会出现客观指标与主观评价不匹配的问题。故排气气流噪声实际评价中，绝大部分只能依赖于主观评价。主观评价受评价人经验、技术能力以及心理因素等限制，主观随机性大，稳定性差。另外，主观评价不利于技术积累和传承，项目过程常因人员流动和标准不一致导致评价混乱。为便于准确客观评估车内排气高速气流噪声，亟需寻找一个不受整车风噪影响且能与主观感知对应的客观评估方法。
发明内容
本发明针对现有技术不足，提出一种车辆急加速过程中排气气流声的测试及评价方法，可以量化车辆急加速过程中排气系统产生的气流噪声。
本发明采用的技术方案：
一种车辆急加速过程中排气气流声的测试及评价方法，包括如下步骤：
S1.对车辆在二档、发动机转速在5000rpm的匀速工况下的车内噪声数据进行不计权1/3倍频程处理，得到20-10000Hz范围内的1/3倍频程噪声数据的测量值VAvg；
S2.对车内1/3倍频程噪声数据的各测量值VAvg进行拟合，得到20-10000Hz范围内各中心频率对应的均匀频谱噪声的计算值VEve(Ai)；
在步骤S1中得到的1/3倍频程噪声数据的频率范围20-10000Hz内，一共有28个中心频率；把1/3倍频程的28个中心频率和序列号进行对应处理，采用Ai代表各中心频率依次代表的序列号，序列号从0开始，Fre(Ai)代表序列号下的频率，对得到的各测量值VAvg数据进行拟合，则得到下列公式I，通过公式I和各序列号下的中心频率，得到各中心频率对应的均匀频谱噪声的计算值VEve(Ai)；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE002
S3.对250-630Hz频率段噪声加权系数处理：250Hz对应的序列号数据为11，630Hz对应的序列号数据为15，将计算出的250-630Hz对应的均匀频谱噪声的计算值提取出来，然后用下列公式II计算得到得到加权系数为Adj；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE004
S4.车内1/3倍频程均匀频谱噪声的计算值通过加权处理得到与主观评价VER7相对应的客观评价曲线；
VER是噪声的主观评分标准，其中VER7的含义是，在VER的主观评分标准下，得到7分的评价分，这是属于噪声一般的分值；由于VEve(Ai) 是20-10000Hz范围内各中心频率对应的均匀频谱噪声的计算值，该计算值的原始数据来源是出自于步骤S1中车辆在二档、发动机转速在5000rpm的匀速工况下的车内噪声数据，满足一般的噪音水平，因此，将VEve(Ai)各点经过修正后得到RV (VER7) 的曲线，为VER7的客观评价曲线，公式如下：
RV(VER7)=VEve(Ai)+ Adj，单位：dB； 公式III；
S5.车内不同气流噪声目标均匀频谱噪声客观化处理：通过大数据统计，车内两个相邻等级的噪音强度差为8分贝，而在噪声的VER主观评分标准中，VER6为车内刚好可接受气流噪声的均匀频谱曲线，VER6代表的含义是，在VER的主观评分标准下，得到6分的评价分，有如下公式IV：
RV(VER6)= RV(VER7)+ 8，单位：dB； 公式IV；
RV(VER7)为VER7的主观评分标准下得到的客观评价曲线，而RV(VER6)为VER6的主观评分标准下得到的客观评价曲线；
S6.对排气尾管口到车内声衰减处理是通过如下公式V进行计算：
NR= VEx-VIn，单位：dB； 公式V；
其中NR为排气尾管口到车内的声衰减；VEx为车外麦克风1/3倍频程频谱噪音；VIn为车内麦克风1/3倍频程频谱噪音；噪声计权方式采用不计权；
S7.通过用车内均匀频谱噪声处理曲线数据加上步骤S6中排气尾管口到车内的声衰减曲线，即为排气尾管口气流噪声曲线，可以得到不同的主观评价对应的客观数据曲线：
RVExh= RV+NR，单位：dB； 公式VI；
公式VI中，RV选择步骤S4中的RV(VER7)或者步骤S5中的RV(VER6)。
所述步骤S1中，通过声衰减测试装置进行噪声数据采集，所述声衰减测试装置包含声源发声器以及车内外麦克风，即分别布置于前后排座椅外耳侧的车内前排麦克风、车内后排麦克风；所述声源发声器由能够产生白噪声的信号发生器和放大器组成，发出20-10000Hz的白噪声；所述声源发声器的孔口安装在原车辆排气系统的排气管尾管口位置，两个排气管尾管口共安装两个，且声源发声器的孔口的孔径与排气管尾管口的管径一致；还设有车外麦克风，所述车外麦克风与声源发生器的孔口中心具有相同的高度，且同时与声源发生器的孔口成45°夹角，所述车外麦克风位于声源发生器的外侧距离声源发生器的孔口中心25cm处。
发明有益效果：
1、本发明车辆急加速过程中排气气流声的测试及评价方法，不仅能计算急加速车内排气气流噪声的主客观对应的评价曲线，还能结合排气尾管口到车内的声衰减，准确的定义排气尾管口气流噪声的评价曲线，为汽车急加速排气气流声提供一种客观评价方法。
2、本发明车辆急加速过程中排气气流声的测试及评价方法，相比于用5000rpm下对应的语言清晰度评估排气气流噪声的方法，该方法受风噪的干扰小，稳定可靠，客观指数与主观感受一致性好，适用于各类汽车排气系统高速气流声对比评价。
附图说明
图1为排气管尾管口到车内的声衰减测试装置图；
图2为车外排气尾管口后方的麦克风布置图；
图3为车内排气气流声评估实例分析图；
图4为车内排气气流声主客观对应的评价曲线；
图5为某款车排气尾管口到车内声衰减曲线；
图6为某款车排气尾管口气流声评价曲线；
图7为排气气流声的主观评分细则；
图8为20款车语言清晰度方法与主观评分关系；
图9为20款车均匀频谱方法与主观评分关系。
具体实施方式
为了使发明创造实现其发明目的的技术构思及优点更加清楚明白，下面结合附图1-9对本发明的技术方案作进一步的详细描述。应当理解的是，以下各实施例仅用以解释和说明本发明的优选实施方式，不应当构成对本发明要求专利保护的范围的限定。
本发明车辆急加速过程中排气气流声的测试及评价方法，主要分为如下步骤：
S1.对车辆在二档、发动机转速在5000rpm的匀速工况下的车内噪声数据进行不计权1/3倍频程处理，得到车内1/3倍频程噪声数据的测量值VAvg：
对车辆在二档、发动机转速在5000rpm的匀速工况下进行车内后排噪声数据采集，频率分辨率设置为2Hz，数据后处理窗函数选用汉宁窗（Hanning），噪声计权方式采用不计权，采用1/3倍频程方法处理，得到20-10000Hz范围内的1/3倍频程噪声数据的测量值VAvg；
该步骤中对于噪声数据的采集，采用如图1所示的排气管尾管口到车内的声衰减测试装置，包含声源发声器1以及车内外麦克风，即分别布置于前后排座椅外耳侧的车内前排麦克风2、车内后排麦克风3。声源发声器1由能够产生白噪声的信号发生器和放大器组成，可以发出20-10000Hz的白噪声；关于声源发声器1的安装，为了降低误差，需要拆除排气系统，声源发声器1的孔口安装在原来排气系统的排气管尾管口位置，两个排气管尾管口共安装两个，且声源发声器1的孔口的孔径需要加工与排气管尾管口的管径一致。安装声源发生器1后，必须放置车外麦克风4，所述车外麦克风4与声源发生器1的孔口中心具有相同的高度。
如图2所示为车外排气管尾管口的后方的车外麦克风4的布置图，车外麦克风4与声源发生器1的孔口中心等高，同时与声源发生器1的孔口成45°夹角且位于声源发生器的外侧距离声源发生器1的孔口中心25cm处。
准备测试前将车辆置于空旷地带或消音室内，保证背景噪音OA值小于25dB（A）；打开声源模拟器，调整声源模拟器强度，使得车外麦克风OA实测值在95dB（A）±2dB（A）范围。
S2.对车内1/3倍频程噪声数据的各测量值VAvg进行拟合，得到20-10000Hz范围内各中心频率对应的均匀频谱噪声的计算值VEve(Ai)；
在步骤S1中得到的1/3倍频程噪声数据的频率范围20-10000Hz内，一共有28个中心频率；
选取大量车辆测试数据，下表1中“频率”代表上述1/3倍频程的28个中心频率，单位为Hz；车辆1、车辆2、……、车辆6依次代表市场上选择的六款不同车型在各中心频率下对应的频谱噪声，单位为dB。本实施例仅选取了六组数据，实际上经过测试的数据至少100组以上。
表1
频率(HZ) 车辆1(dB) 车辆2(dB) 车辆3(dB) 车辆4(dB) 车辆5(dB) 车辆6(dB)
20 73.3 76.2 76.2 74.1 77.2 76.1
25 73.6 74.1 72.8 72.3 75.4 74.2
31.5 71.6 73.1 71.8 72.4 72.6 72
40 71.1 71.9 69.6 72.1 70.8 70.5
50 68.4 68.3 69.2 71.4 69.3 70.1
63 67.3 67.8 67.4 68.4 67.5 69.4
80 65.8 67.9 66.8 66.2 65.4 65
100 65 65.1 65.9 65.2 63.8 64.9
125 64 63.7 63.1 63.3 62.4 63.8
160 61.9 62.9 61.2 60.8 62.3 62.1
200 62 59.8 61.1 60.4 60.3 60.8
250 58.4 60.7 59.2 58.9 57.5 60.9
315 57.4 57.9 58.9 57.1 57.3 58.8
400 56.2 55.6 56.4 53.9 54.6 56.3
500 53.9 54.3 54.6 53.5 54.7 54.9
630 52.1 54 52.5 51.1 53.7 53.2
800 50.9 51.9 51.8 50.8 51.2 51.3
1000 50.2 51 50.2 48.7 48.9 50.5
1250 47.9 48.1 45.4 47.6 44.5 47.3
1600 44.8 43 41.8 43.2 39.5 43.5
2000 40.6 38.6 37.8 39.5 36.9 39.2
2500 34.7 35.9 34.8 36.8 33.6 36.4
3150 33.1 33.4 31.1 33.7 30.5 33.3
4000 28.5 28.7 28.7 26.6 26.9 27.3
5000 24.7 25.6 22.8 21.9 21.9 23.8
6300 21.8 19.6 18.7 20.3 20.7 20.7
8000 17.6 15.8 16.5 14.5 16.9 18.2
10000 13.5 11 11.8 10.4 13.8 13.2
把1/3倍频程的28个中心频率和序列号进行对应处理，采用Ai代表各中心频率依次代表的序列号，序列号从0开始，Fre(Ai)代表序列号下的频率，对表1中得到的数据进行拟合，可以发现表1中的六组数据在1000Hz为一个分界线，即 VEve(Ai)的数值从1000Hz开始有一个较快的下降，所以在1000Hz作为分界线进行拟合，得到下列公式I，通过公式I和各序列号下的中心频率，得到各中心频率对应的均匀频谱噪声的计算值VEve(Ai)；
Figure 704083DEST_PATH_IMAGE002
采用上述公式I计算相应序列号下的中心频率，例如Ai=0时，Fre(Ai)对应的频率为20Hz，得到对应的该频率下的均匀频谱噪声的计算值VEve为75Hz；而Ai=18时，Fre(Ai)对应的频率为1250Hz，计算得到对应的VEve为46.25Hz，详细的计算结果见图3所示。
S3.对250-630Hz频率段噪声加权系数处理： 250Hz-630Hz频率段对应的是发动机的阶次噪音，反应的是发动机本身的阶次噪音水平；
250Hz对应的序列号数据为11，630Hz对应的序列号数据为15，将计算出的250-630Hz对应的均匀频谱噪声的计算值提取出来，然后用下列公式II计算得到得到加权系数为Adj。
Figure 152382DEST_PATH_IMAGE004
本实施例中具体的数据如下表所示，Adj=[（70.59+68.79+64.17+60.3+56.8）-（58.82+57.35+55.88+54.41+52.94）]/5=8.25。
VEve（Ai）是通过拟合出的公式I计算出来的各个中心频率下的均匀频谱噪声值，VAvg（Ai）是车辆在各中心频率下的实际测量值，对应的实际测量值中250Hz-630Hz可以反应出车辆发动机的实际阶次噪音值，即图3中的加粗黑色线框部分，可以反应发动机的实际阶次噪音水平能力。而车辆运行过程噪音来源主要是发动机阶次噪音和气流噪音，而本案主要研究的是气流噪音，因此需要保证发动机的阶次噪音水平相当，因此，公式II的Adj就是实际的发动机阶次噪音与估计的发动机阶次噪音之间的差值，后期通过这个差值Adj对VEve（Ai）进行修正。
S4.车内1/3倍频程均匀频谱噪声的计算值通过加权处理得到与主观评价VER7相对应的客观评价曲线。
本案例计算得到的曲线如图4中RV (VER7)所示。VER是噪声的主观评分标准，见图7所示，其中VER7的含义是，在VER的主观评分标准下，得到7分的评价分，这是属于噪声一般的分值。由于VEve(Ai) 是20-10000Hz范围内各中心频率对应的均匀频谱噪声的计算值，该计算值的原始数据来源是出自于步骤S1中车辆在二档、发动机转速在5000rpm的匀速工况下的车内噪声数据，满足一般的噪音水平，因此，将VEve(Ai)各点经过修正后得到的曲线，为VER7的客观评价曲线RV(VER7)。
RV(VER7)=VEve(Ai)+ Adj，单位：dB； 公式III；
由于车辆在运行过程中的噪音包括了发动机的阶次噪音以及气流噪音，我们计算出来了实际的发动机阶次噪音水平与估计的发动机阶次噪音之间的差值Adj，通过这个差值Adj对 估计值进行修正。该步骤的目的是为了保证在发动机阶次噪声水平相当的情况下，评价排气系统高速气流噪声。这样，通过公式III就能将VER噪声的主观评分标准给客观化。
由于该方法利用的VEve(Ai) 是20-10000Hz范围内各中心频率对应的均匀频谱噪声的计算值，因此，被定义为均匀频谱方法。下文中提到的RV(VER6)、RV(VER8)、RV(VER9)等的计算方法均为均匀频谱方法。
S5.车内不同气流噪声目标均匀频谱噪声客观化处理：通过大数据统计，车内两个相邻等级的噪音强度差为8分贝，而在噪声的VER主观评分标准中，VER6为车内刚好可接受气流噪声的均匀频谱曲线，VER6代表的含义是，在VER的主观评分标准下，得到6分的评价分，因此有如下公式IV：
RV(VER6)= RV(VER7)+ 8，单位：dB； 公式IV；
如图4所示为车内排气气流噪声主客观对应的评价曲线，横坐标对应的是车内排气流噪声的1/3倍频程的中心频率，纵坐标为均匀频谱噪声声压值，图中RV(VER7)为VER7的主观评分标准下得到的客观评价曲线，而RV(VER6)为VER6的主观评分标准下得到的客观评价曲线。
依次的，参考上述类似方法，有RV(VER8)=RV(VER7)-8,RV(VER9)=RV(VER8)-8，单位：dB；
S6.如图5所示为某款车排气尾管口到车内声衰减曲线，对排气尾管口到车内声衰减处理是通过如下公式V进行计算：
NR= VEx-VIn，单位：dB； 公式V；
其中NR为排气尾管口到车内的声衰减；VEx为车外麦克风1/3倍频程频谱噪音；VIn为车内麦克风1/3倍频程频谱噪音；噪声计权方式采用不计权。排气尾管口到车内声衰减是评估传递路径上整车声包对于排气气流声的一个整体水平。
步骤S7.图6所示为某款车排气尾管口气流声评价曲线，通过用车内均匀频谱噪声处理曲线数据加上步骤S6中排气尾管口到车内的声衰减曲线，即为排气尾管口气流噪声曲线，可以得到不同的主观评价对于的客观数据曲线。
RVExh= RV+NR，单位：dB； 公式VI。
公式VI中，可选择步骤S4中的RV(VER7)或者步骤S5中的RV(VER6)。
图7所示为排气气流声的主观评分细则，主观评分采用通用的十分制。
图8 所示为20款车语言清晰度方法与主观评分关系，其中横坐标为VER主观评分，纵坐标为第二排座椅的语言清晰度，各灰色色块分别代表该款车的VER主观评分和第二排座椅的语言清晰度值，从曲线R2=0.386可以看出用语言清晰度的方法与VER主观评分方法的拟合程度较低，可靠性较低，也就是通过语言清晰度评价气流声存在较大的局限性。
图9所示为 20款车均匀频谱方法与主观评分关系，其中横坐标为为VER主观评分，纵坐标为采用本案的均匀频谱方法得到的VER主观评分对应的客观评价值，从曲线R2=0.889可以看出两种方法得到的模型拟合程度高，可靠性高，也就是通过本案的方法可以有效的评估排气高速气流噪声，达到客观数据大小与主观感受很好的对应关系。
本发明急加速排气气流声的测试及评价方法，不仅能计算车内排气气流声的水平，还通过排气尾管口到车内的声衰减函数，得到排气尾管口的评价曲线。在项目开发中，可以用于排气尾管口气流噪声的目标设定及分解。在项目调教中，可以通过计算得到车内排气气流噪声的大小，便于评价车内排气气流噪声的水平。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，并不构成对本发明的限定。本领域技术人员在现有技术的指引下，无需进行创造性劳动即可对本发明的实施情况进行其他修改，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改或者采用本领域惯用技术手段进行的简单置换或等同替换，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种车辆急加速过程中排气气流声的测试及评价方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.对车辆在二档、发动机转速在5000rpm的匀速工况下的车内噪声数据进行不计权1/3倍频程处理，得到20-10000Hz范围内的1/3倍频程噪声数据的测量值VAvg；
S2.对车内1/3倍频程噪声数据的各测量值VAvg进行拟合，得到20-10000Hz范围内各中心频率对应的均匀频谱噪声的计算值VEve(Ai)；
在步骤S1中得到的1/3倍频程噪声数据的频率范围20-10000Hz内，一共有28个中心频率；把1/3倍频程的28个中心频率和序列号进行对应处理，采用Ai代表各中心频率依次代表的序列号，序列号从0开始，Fre(Ai)代表序列号下的频率，对得到的各测量值VAvg数据进行拟合，则得到下列公式I，通过公式I和各序列号下的中心频率，得到各中心频率对应的均匀频谱噪声的计算值VEve(Ai)；
Figure DEST_PATH_IMAGE002
S3.对250-630Hz频率段噪声加权系数处理：250Hz对应的序列号数据为11，630Hz对应的序列号数据为15，将计算出的250-630Hz对应的均匀频谱噪声的计算值提取出来，然后用下列公式II计算得到得到加权系数为Adj；
Figure DEST_PATH_IMAGE004
S4.车内1/3倍频程均匀频谱噪声的计算值通过加权处理得到与主观评价VER7相对应的客观评价曲线；
VER是噪声的主观评分标准，其中VER7的含义是，在VER的主观评分标准下，得到7分的评价分，这是属于噪声一般的分值；由于VEve(Ai) 是20-10000Hz范围内各中心频率对应的均匀频谱噪声的计算值，该计算值的原始数据来源是出自于步骤S1中车辆在二档、发动机转速在5000rpm的匀速工况下的车内噪声数据，满足一般的噪音水平，因此，将VEve(Ai)各点经过修正后得到RV (VER7) 的曲线，为VER7的客观评价曲线，公式如下：
RV(VER7)=VEve(Ai)+ Adj，单位：dB； 公式III；
S5.车内不同气流噪声目标均匀频谱噪声客观化处理：通过大数据统计，车内两个相邻等级的噪音强度差为8分贝，而在噪声的VER主观评分标准中，VER6为车内刚好可接受气流噪声的均匀频谱曲线，VER6代表的含义是，在VER的主观评分标准下，得到6分的评价分，有如下公式IV：
RV(VER6)= RV(VER7)+ 8，单位：dB； 公式IV；
RV(VER7)为VER7的主观评分标准下得到的客观评价曲线，而RV(VER6)为VER6的主观评分标准下得到的客观评价曲线；
S6.对排气尾管口到车内声衰减处理通过如下公式V进行计算：
NR= VEx-VIn，单位：dB； 公式V；
其中NR为排气尾管口到车内的声衰减；VEx为车外麦克风1/3倍频程频谱噪音；VIn为车内麦克风1/3倍频程频谱噪音；噪声计权方式采用不计权；
S7.通过用车内均匀频谱噪声处理曲线数据加上步骤S6中排气尾管口到车内的声衰减曲线，即为排气尾管口气流噪声曲线，得到不同的主观评价对应的客观数据曲线：
RVExh= RV+NR，单位：dB； 公式VI；
公式VI中，RV选择步骤S4中的RV(VER7)或者步骤S5中的RV(VER6)。
2.根据权利要求1所述的车辆急加速过程中排气气流声的测试及评价方法，其特征在于：所述步骤S1中，通过声衰减测试装置进行噪声数据采集，所述声衰减测试装置包含声源发声器（1）以及车内外麦克风，即分别布置于前后排座椅外耳侧的车内前排麦克风（2）、车内后排麦克风（3）；所述声源发声器（1）由能够产生白噪声的信号发生器和放大器组成，发出20-10000Hz的白噪声；所述声源发声器（1）的孔口安装在原车辆排气系统的排气管尾管口位置，两个排气管尾管口共安装两个，且声源发声器（1）的孔口的孔径与排气管尾管口的管径一致；还设有车外麦克风（4），所述车外麦克风（4）与声源发生器（1）的孔口中心具有相同的高度，且同时与声源发生器（1）的孔口成45°夹角，所述车外麦克风（4）位于声源发生器的外侧距离声源发生器（1）的孔口中心25cm处。
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