噪聲污染一直是一個(gè)熱門(mén)話題，越來(lái)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(yùn)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(chē)行駛通過(guò)噪聲試驗(yàn)中最新的技術(shù)手段，包括：室內(nèi)通過(guò)噪聲試驗(yàn)方法、通過(guò)噪聲的工程診斷手段、部件TPA技術(shù)在通過(guò)噪聲預(yù)測(cè)工程中的應(yīng)用，以及電動(dòng)車(chē)/新能源車(chē)低速警示音的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證。

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


汽車(chē)通過(guò)噪聲法規(guī)的趨勢(shì)

那么，汽車(chē)制造商如何在接下來(lái)的幾年里，如何才能保證在加速開(kāi)發(fā)出新車(chē)型的同時(shí)，確保新車(chē)型能夠符合新的標(biāo)準(zhǔn)要求呢？回答這個(gè)問(wèn)題之前，我們先來(lái)談?wù)劗?dāng)前通過(guò)噪聲測(cè)試領(lǐng)域中的一些新方法。

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

在露天場(chǎng)地（測(cè)試場(chǎng)地/試驗(yàn)路面）中執(zhí)行外場(chǎng)通過(guò)噪聲測(cè)試已經(jīng)非常普遍。不幸的是，該技術(shù)高度依賴(lài)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(cè)試，就可以完全不受天氣影響。那么實(shí)際情況如何呢？真的能夠等效于外場(chǎng)測(cè)試嗎？

汽車(chē)行業(yè)當(dāng)前正在采用的一項(xiàng)創(chuàng)新試驗(yàn)方法就是“室內(nèi)通過(guò)噪聲測(cè)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(cè)試。試驗(yàn)中，車(chē)輛在轉(zhuǎn)鼓上運(yùn)行，測(cè)試轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速，通過(guò)直徑就可以換算得到車(chē)速。麥克風(fēng)布置在車(chē)輛的一邊或兩邊，工況測(cè)試條件與室外測(cè)試相同。通過(guò)在已知位置上分布的麥克風(fēng)，可以重構(gòu)通過(guò)噪聲曲線，得到車(chē)輛虛擬位置的噪聲水平。從陣列麥克風(fēng)中重構(gòu)通過(guò)噪聲曲線，有賴(lài)于穩(wěn)定、可靠的軟件算法，目前經(jīng)驗(yàn)證有效的算法有能量法和時(shí)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?yàn)檫@在室內(nèi)無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量。建立輪胎噪聲模型必須基于室外工況測(cè)試，然后將其“添加”到測(cè)得的室內(nèi)通過(guò)噪聲中。

現(xiàn)在，主機(jī)廠已經(jīng)可以同時(shí)使用室外和室內(nèi)通過(guò)噪聲測(cè)試來(lái)驗(yàn)證車(chē)輛了。那么可能還有一個(gè)難題，如果新一代車(chē)輛開(kāi)發(fā)周期結(jié)束時(shí)，沒(méi)有達(dá)到官方車(chē)輛通過(guò)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(xiǎn)？


室內(nèi)通過(guò)噪聲測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)

02  通過(guò)噪聲工程診斷技術(shù)加速車(chē)型開(kāi)發(fā)

過(guò)去幾年中，隨著室內(nèi)通過(guò)噪聲測(cè)試技術(shù)的應(yīng)用，一些工程診斷技術(shù)得以開(kāi)發(fā)，用來(lái)進(jìn)一步分析車(chē)輛總體通過(guò)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(xiàng)技術(shù)是聲源量化（簡(jiǎn)稱(chēng)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(jì)主要貢獻(xiàn)子系統(tǒng)的聲載荷。通?？紤]發(fā)動(dòng)機(jī)、進(jìn)氣、排氣和輪胎。在每一個(gè)子系統(tǒng)周?chē)?，布置麥克風(fēng)，稱(chēng)為指示點(diǎn)。在通過(guò)噪聲測(cè)試中，指示點(diǎn)麥克風(fēng)與通過(guò)噪聲麥克風(fēng)陣列同步進(jìn)行測(cè)試。ASQ模型需要對(duì)通過(guò)噪聲麥克風(fēng)、指示點(diǎn)麥克風(fēng)和子系統(tǒng)之間的傳遞函數(shù)進(jìn)行測(cè)量，并利用指示點(diǎn)響應(yīng)逆向識(shí)別出工況聲載荷，然后將這些聲載荷傳遞到車(chē)輛側(cè)面的各個(gè)通過(guò)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(duì)每個(gè)目標(biāo)麥克風(fēng)處的各個(gè)聲源貢獻(xiàn)進(jìn)行時(shí)域合成，估計(jì)出模型中各子系統(tǒng)對(duì)通過(guò)噪聲的貢獻(xiàn)，并對(duì)總的通過(guò)噪聲水平合成結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。

這種方法很容易在室內(nèi)實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樗械柠溈孙L(fēng)可以同時(shí)測(cè)量。也可以通過(guò)室外測(cè)試來(lái)實(shí)現(xiàn)，只是工作量更大一些。

隨著越來(lái)越多的仿真和試驗(yàn)結(jié)合起來(lái)解決工程問(wèn)題的趨勢(shì)，ASQ技術(shù)中也可以用到3D仿真。因?yàn)椴⒉皇侨魏螘r(shí)候都可以獲取到試驗(yàn)數(shù)據(jù)，而且試驗(yàn)通常比較耗時(shí)，且需要專(zhuān)業(yè)的試驗(yàn)設(shè)備。如果有經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的有限元模型，則可以基于虛擬模型計(jì)算傳遞函數(shù)，計(jì)算聲源載荷，或者作為ASQ分析的輸入數(shù)據(jù)。舉個(gè)例子，在虛擬模型中，可以在原型車(chē)確定之前測(cè)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(huì)顯著加快車(chē)輛開(kāi)發(fā)過(guò)程。

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


通過(guò)噪聲工程診斷技術(shù)

03  基于部件TPA技術(shù)的通過(guò)噪聲預(yù)測(cè)，前景廣闊

我們來(lái)思考這樣一個(gè)問(wèn)題，假設(shè)我們對(duì)一輛汽車(chē)進(jìn)行了ASQ工程分析，如果該車(chē)需要安裝另一套排氣裝置，能不能在沒(méi)有真正在汽車(chē)上安裝新排氣裝置的時(shí)候，預(yù)測(cè)輻射噪聲是多少呢？答案是可以?；诓考膫鬟f路徑分析（簡(jiǎn)稱(chēng)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(yàn)臺(tái)架上識(shí)別其聲載荷。然后，在初始ASQ車(chē)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(cè)，得到新的通過(guò)噪聲量級(jí)，以及各個(gè)源的貢獻(xiàn)量。很明顯，這有助于評(píng)估幾種子系統(tǒng)配置的效果，而不需要實(shí)際在整車(chē)中集成這些子系統(tǒng)。

通過(guò)噪聲預(yù)測(cè)技術(shù)在一些公司已經(jīng)成功應(yīng)用，代表著主機(jī)廠和零部件供應(yīng)商之間的關(guān)系達(dá)到了一個(gè)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(tái)架上的測(cè)試結(jié)果，即可預(yù)測(cè)裝配到整車(chē)上的通過(guò)噪聲，并根據(jù)設(shè)定的目標(biāo)對(duì)部件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。當(dāng)最終方案確定之后，給主機(jī)廠提供一個(gè)可靠的樣件進(jìn)行最終驗(yàn)證即可，而不再需要在每次優(yōu)化后都苦苦等待主機(jī)廠的反饋。對(duì)于主機(jī)廠來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)前期項(xiàng)目和工程積累，或者對(duì)標(biāo)車(chē)的ASQ分析，直接設(shè)定部件或子系統(tǒng)的通過(guò)噪聲貢獻(xiàn)目標(biāo)。而且，只需供應(yīng)商提供臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果，即可預(yù)測(cè)不同部件虛擬裝配到整車(chē)后的通過(guò)噪聲，而不必再對(duì)同一平臺(tái)下的不同零部件配置，重復(fù)裝配，重復(fù)試驗(yàn)，大大降低試驗(yàn)數(shù)量，提高車(chē)型開(kāi)發(fā)效率。這種新的工作模式無(wú)疑將大大提高試驗(yàn)效率和用戶(hù)體驗(yàn)。


通過(guò)噪聲預(yù)測(cè)技術(shù)

04  新能源車(chē)低速警示音的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證

隨著純電動(dòng)汽車(chē)、混合動(dòng)力汽車(chē)和燃料電池汽車(chē)的興起，車(chē)輛通過(guò)噪聲水平大大降低，以致成為了一個(gè)安全問(wèn)題：在低速行駛工況下過(guò)于安靜，對(duì)路上行人構(gòu)成了嚴(yán)重的安全隱患，因此法規(guī)強(qiáng)制要求電動(dòng)車(chē)添加聲音警示系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)AVAS），以便在低速行駛時(shí)能夠給予行人聲音提示。

幾年前開(kāi)始興起的AVAS系統(tǒng)現(xiàn)在正向第二代系統(tǒng)過(guò)渡，主機(jī)廠認(rèn)為這是重塑品牌聲音的一個(gè)重要機(jī)會(huì)。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(chē)的聲學(xué)特性相匹配，為最終用戶(hù)產(chǎn)生一個(gè)愉快的聲學(xué)感受，彰顯自身品牌的特點(diǎn)與價(jià)值。這種AVAS聲音設(shè)計(jì)的新技術(shù)我們稱(chēng)之為主動(dòng)聲音設(shè)計(jì)。

主動(dòng)聲音設(shè)計(jì)過(guò)程中可以引入各種車(chē)輛動(dòng)態(tài)特性參數(shù)：車(chē)速、扭矩、油門(mén)開(kāi)度、轉(zhuǎn)速等。既可以在室內(nèi)獨(dú)立地完成聲音的設(shè)計(jì)工作，也可以在樣車(chē)或駕駛模擬器的動(dòng)態(tài)駕駛工況下進(jìn)行聲音的設(shè)計(jì)。既可以預(yù)先將車(chē)輛動(dòng)態(tài)特性參數(shù)預(yù)設(shè)定為駕駛文件，也可以通過(guò)直接接入車(chē)輛 CAN 總線實(shí)時(shí)的獲取各項(xiàng)工況參數(shù)。

主動(dòng)聲音設(shè)計(jì)中應(yīng)基于相關(guān)法規(guī)要求自動(dòng)生成驗(yàn)證報(bào)告，主要法規(guī)包括：歐盟ECE R138 標(biāo)準(zhǔn)，美國(guó)FMV141標(biāo)準(zhǔn)，中國(guó) GB/T 37153 及其他國(guó)家地區(qū)的相關(guān)衍生標(biāo)準(zhǔn)。在開(kāi)發(fā)早期階段，用戶(hù)可以直觀的查看不同工況下是否滿(mǎn)足相應(yīng)法規(guī)要求，從而幫助聲音設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在早期研發(fā)階段能夠盡早地完成強(qiáng)制性法規(guī)要求的驗(yàn)證。


研發(fā)早期驗(yàn)證警示音是否滿(mǎn)足相應(yīng)法規(guī)

AVAS 聲學(xué)設(shè)計(jì)過(guò)程中需要考慮AVAS揚(yáng)聲器安裝位置，以及與其它類(lèi)型噪聲的結(jié)合，如輪胎噪聲、動(dòng)力總成噪聲等。這樣才能確保在最后的樣車(chē)驗(yàn)證中聲學(xué)系統(tǒng)滿(mǎn)足法規(guī)要求。在集成了AVAS系統(tǒng)的整車(chē)原型設(shè)計(jì)好后，主機(jī)廠需要執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的室外或者室內(nèi)通過(guò)噪聲測(cè)試，進(jìn)行整車(chē)通過(guò)噪聲和最小輻射噪聲的認(rèn)證，這是投放市場(chǎng)前的最后一步。

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

西門(mén)子工業(yè)軟件為高級(jí)通過(guò)噪聲工程提供了一整套行之有效的技術(shù)，從認(rèn)證測(cè)試到噪聲源貢獻(xiàn)分析，從噪聲預(yù)測(cè)到車(chē)內(nèi)外主動(dòng)聲音設(shè)計(jì)，包括傳統(tǒng)車(chē)和新能源車(chē)室外和室內(nèi)通過(guò)噪聲測(cè)試與分析、標(biāo)定和維護(hù)所需的全部硬件和軟件，為用戶(hù)提供更高效率的試驗(yàn)支持和最新技術(shù)的工程應(yīng)用，歡迎隨時(shí)垂詢(xún)。