噪聲污染一直是一個熱門話題，越來越多的城市在努力改善居住環(huán)境，降低噪聲水平是重中之重，而交通運輸工具在城市環(huán)境中的噪聲控制在其中將扮演著重要的角色。
本文將介紹汽車行駛通過噪聲試驗中最新的技術(shù)手段，包括：室內(nèi)通過噪聲試驗方法、通過噪聲的工程診斷手段、部件TPA技術(shù)在通過噪聲預(yù)測工程中的應(yīng)用，以及電動車/新能源車低速警示音的設(shè)計和驗證。

如下圖所示，自從上世紀(jì) 70 年代，第一個汽車行駛通過噪聲標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布至今，車輛排放噪聲的限值要求已經(jīng)降低了 12 dB！而且，到 2024 年，車輛噪聲的限值將會進(jìn)一步降低。


汽車通過噪聲法規(guī)的趨勢

那么，汽車制造商如何在接下來的幾年里，如何才能保證在加速開發(fā)出新車型的同時，確保新車型能夠符合新的標(biāo)準(zhǔn)要求呢？回答這個問題之前，我們先來談?wù)劗?dāng)前通過噪聲測試領(lǐng)域中的一些新方法。

01  室內(nèi)通過噪聲測試方法助力法規(guī)認(rèn)證和工程分析

在露天場地（測試場地/試驗路面）中執(zhí)行外場通過噪聲測試已經(jīng)非常普遍。不幸的是，該技術(shù)高度依賴于天氣條件。想象一下，如果可以在室內(nèi)環(huán)境（半消聲室）中執(zhí)行相同的測試，就可以完全不受天氣影響。那么實際情況如何呢？真的能夠等效于外場測試嗎？

汽車行業(yè)當(dāng)前正在采用的一項創(chuàng)新試驗方法就是“室內(nèi)通過噪聲測試”。在新的ISO362-3標(biāo)準(zhǔn)下，此方法現(xiàn)在不僅可以用于工程診斷與分析，還將能夠用于認(rèn)證測試。試驗中，車輛在轉(zhuǎn)鼓上運行，測試轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速，通過直徑就可以換算得到車速。麥克風(fēng)布置在車輛的一邊或兩邊，工況測試條件與室外測試相同。通過在已知位置上分布的麥克風(fēng)，可以重構(gòu)通過噪聲曲線，得到車輛虛擬位置的噪聲水平。從陣列麥克風(fēng)中重構(gòu)通過噪聲曲線，有賴于穩(wěn)定、可靠的軟件算法，目前經(jīng)驗證有效的算法有能量法和時間法。

為了在室內(nèi)和室外噪聲水平之間獲得良好的匹配，應(yīng)修正輪胎噪聲，因為這在室內(nèi)無法準(zhǔn)確測量。建立輪胎噪聲模型必須基于室外工況測試，然后將其“添加”到測得的室內(nèi)通過噪聲中。

現(xiàn)在，主機廠已經(jīng)可以同時使用室外和室內(nèi)通過噪聲測試來驗證車輛了。那么可能還有一個難題，如果新一代車輛開發(fā)周期結(jié)束時，沒有達(dá)到官方車輛通過噪聲的限值要求，該怎么辦呢？又該如何盡可能避免這種風(fēng)險？


室內(nèi)通過噪聲測試現(xiàn)場

02  通過噪聲工程診斷技術(shù)加速車型開發(fā)

過去幾年中，隨著室內(nèi)通過噪聲測試技術(shù)的應(yīng)用，一些工程診斷技術(shù)得以開發(fā)，用來進(jìn)一步分析車輛總體通過噪聲的貢獻(xiàn)量?；旧希@些技術(shù)的目標(biāo)都是分離由部件或子系統(tǒng)產(chǎn)生的貢獻(xiàn)，進(jìn)而進(jìn)行故障排除。其中最典型的一項技術(shù)是聲源量化（簡稱ASQ）。ASQ技術(shù)可以分離不同噪聲源的噪聲貢獻(xiàn)并進(jìn)行排序，還能用于為新產(chǎn)品提供子系統(tǒng)目標(biāo)設(shè)定。

ASQ技術(shù)的原理是基于傳遞路徑分析技術(shù)估計主要貢獻(xiàn)子系統(tǒng)的聲載荷。通?？紤]發(fā)動機、進(jìn)氣、排氣和輪胎。在每一個子系統(tǒng)周圍，布置麥克風(fēng)，稱為指示點。在通過噪聲測試中，指示點麥克風(fēng)與通過噪聲麥克風(fēng)陣列同步進(jìn)行測試。ASQ模型需要對通過噪聲麥克風(fēng)、指示點麥克風(fēng)和子系統(tǒng)之間的傳遞函數(shù)進(jìn)行測量，并利用指示點響應(yīng)逆向識別出工況聲載荷，然后將這些聲載荷傳遞到車輛側(cè)面的各個通過噪聲的目標(biāo)麥克風(fēng)。獲得良好的ASQ虛擬模型后，便能構(gòu)建FIR濾波器，對每個目標(biāo)麥克風(fēng)處的各個聲源貢獻(xiàn)進(jìn)行時域合成，估計出模型中各子系統(tǒng)對通過噪聲的貢獻(xiàn)，并對總的通過噪聲水平合成結(jié)果與實測結(jié)果進(jìn)行對比驗證。

這種方法很容易在室內(nèi)實現(xiàn)，因為所有的麥克風(fēng)可以同時測量。也可以通過室外測試來實現(xiàn)，只是工作量更大一些。

隨著越來越多的仿真和試驗結(jié)合起來解決工程問題的趨勢，ASQ技術(shù)中也可以用到3D仿真。因為并不是任何時候都可以獲取到試驗數(shù)據(jù)，而且試驗通常比較耗時，且需要專業(yè)的試驗設(shè)備。如果有經(jīng)過驗證的有限元模型，則可以基于虛擬模型計算傳遞函數(shù)，計算聲源載荷，或者作為ASQ分析的輸入數(shù)據(jù)。舉個例子，在虛擬模型中，可以在原型車確定之前測試得到不同隔音結(jié)構(gòu)的傳遞函數(shù)，或者根據(jù)目標(biāo)設(shè)定選擇更合適的部件或者子系統(tǒng)，這會顯著加快車輛開發(fā)過程。

值得一提的是，獲得一個完整的車輛或者通過噪聲虛擬模型，也是很有挑戰(zhàn)的，即使開發(fā)了一個完全虛擬的流程，也需要試驗作為驗證步驟來發(fā)揮重要作用。通過將測試和仿真相結(jié)合，可以最大限度地加速通過噪聲認(rèn)證，加快車型開發(fā)。


通過噪聲工程診斷技術(shù)

03  基于部件TPA技術(shù)的通過噪聲預(yù)測，前景廣闊

我們來思考這樣一個問題，假設(shè)我們對一輛汽車進(jìn)行了ASQ工程分析，如果該車需要安裝另一套排氣裝置，能不能在沒有真正在汽車上安裝新排氣裝置的時候，預(yù)測輻射噪聲是多少呢？答案是可以?；诓考膫鬟f路徑分析（簡稱C-TPA）技術(shù)，為之提供了新的可能。

首先，排氣系統(tǒng)只需在試驗臺架上識別其聲載荷。然后，在初始ASQ車輛模型中使用這些聲載荷替代原始排氣聲載荷，形成新的虛擬裝配體。最后，進(jìn)行新裝配體NVH性能的預(yù)測，得到新的通過噪聲量級，以及各個源的貢獻(xiàn)量。很明顯，這有助于評估幾種子系統(tǒng)配置的效果，而不需要實際在整車中集成這些子系統(tǒng)。

通過噪聲預(yù)測技術(shù)在一些公司已經(jīng)成功應(yīng)用，代表著主機廠和零部件供應(yīng)商之間的關(guān)系達(dá)到了一個新的階段水平。在這種新模式下，零部件供應(yīng)商根據(jù)部件在臺架上的測試結(jié)果，即可預(yù)測裝配到整車上的通過噪聲，并根據(jù)設(shè)定的目標(biāo)對部件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。當(dāng)最終方案確定之后，給主機廠提供一個可靠的樣件進(jìn)行最終驗證即可，而不再需要在每次優(yōu)化后都苦苦等待主機廠的反饋。對于主機廠來說，可以根據(jù)前期項目和工程積累，或者對標(biāo)車的ASQ分析，直接設(shè)定部件或子系統(tǒng)的通過噪聲貢獻(xiàn)目標(biāo)。而且，只需供應(yīng)商提供臺架試驗結(jié)果，即可預(yù)測不同部件虛擬裝配到整車后的通過噪聲，而不必再對同一平臺下的不同零部件配置，重復(fù)裝配，重復(fù)試驗，大大降低試驗數(shù)量，提高車型開發(fā)效率。這種新的工作模式無疑將大大提高試驗效率和用戶體驗。


通過噪聲預(yù)測技術(shù)

04  新能源車低速警示音的設(shè)計和驗證

隨著純電動汽車、混合動力汽車和燃料電池汽車的興起，車輛通過噪聲水平大大降低，以致成為了一個安全問題：在低速行駛工況下過于安靜，對路上行人構(gòu)成了嚴(yán)重的安全隱患，因此法規(guī)強制要求電動車添加聲音警示系統(tǒng)（簡稱AVAS），以便在低速行駛時能夠給予行人聲音提示。

幾年前開始興起的AVAS系統(tǒng)現(xiàn)在正向第二代系統(tǒng)過渡，主機廠認(rèn)為這是重塑品牌聲音的一個重要機會。AVAS系統(tǒng)產(chǎn)生的聲音將不僅要符合最小輻射噪音的標(biāo)準(zhǔn)要求，而且還能與原車的聲學(xué)特性相匹配，為最終用戶產(chǎn)生一個愉快的聲學(xué)感受，彰顯自身品牌的特點與價值。這種AVAS聲音設(shè)計的新技術(shù)我們稱之為主動聲音設(shè)計。

主動聲音設(shè)計過程中可以引入各種車輛動態(tài)特性參數(shù)：車速、扭矩、油門開度、轉(zhuǎn)速等。既可以在室內(nèi)獨立地完成聲音的設(shè)計工作，也可以在樣車或駕駛模擬器的動態(tài)駕駛工況下進(jìn)行聲音的設(shè)計。既可以預(yù)先將車輛動態(tài)特性參數(shù)預(yù)設(shè)定為駕駛文件，也可以通過直接接入車輛 CAN 總線實時的獲取各項工況參數(shù)。

主動聲音設(shè)計中應(yīng)基于相關(guān)法規(guī)要求自動生成驗證報告，主要法規(guī)包括：歐盟ECE R138 標(biāo)準(zhǔn)，美國FMV141標(biāo)準(zhǔn)，中國 GB/T 37153 及其他國家地區(qū)的相關(guān)衍生標(biāo)準(zhǔn)。在開發(fā)早期階段，用戶可以直觀的查看不同工況下是否滿足相應(yīng)法規(guī)要求，從而幫助聲音設(shè)計團(tuán)隊在早期研發(fā)階段能夠盡早地完成強制性法規(guī)要求的驗證。


研發(fā)早期驗證警示音是否滿足相應(yīng)法規(guī)

AVAS 聲學(xué)設(shè)計過程中需要考慮AVAS揚聲器安裝位置，以及與其它類型噪聲的結(jié)合，如輪胎噪聲、動力總成噪聲等。這樣才能確保在最后的樣車驗證中聲學(xué)系統(tǒng)滿足法規(guī)要求。在集成了AVAS系統(tǒng)的整車原型設(shè)計好后，主機廠需要執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的室外或者室內(nèi)通過噪聲測試，進(jìn)行整車通過噪聲和最小輻射噪聲的認(rèn)證，這是投放市場前的最后一步。

現(xiàn)在我們可以回顧一下在本文的開頭提出的問題，主機廠可以做些什么來確保新車符合新法規(guī)？介紹了最新的通過噪聲工程技術(shù)及其優(yōu)勢后，相信現(xiàn)在可以回答出這個問題了，新技術(shù)大大有助于縮短開發(fā)周期，避免了開發(fā)延遲或者在開發(fā)周期的最后階段進(jìn)行故障排除。

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