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摘 要：异响问题严重影响车辆品质，通过台架试验的方式可有效地进行零部件的异响评价。基于台架试验的异响测试主要分为路谱获取、测试评价、数据分析几个步骤。根据试验需求不同，分析了不同驱动信号的适用情况，并进一步分析了评价方法之间的差别。根据评价方法的形式不同，异响评价结果分为主观结果和客观结果，为使异响评价更加高效统一，研究趋向于探索客观结果与主观结果之间的关联性。
关键词：异响 载荷谱 评价方法 声学
中图分类号：U463 文献标识码：A文章编号：1672-3791（2021）04（a）-0074-03
Brief Introduction of BSR Evaluation Method of Components Based on Bench Test
YANG Wang
（China Automotive Engineering Research Institute Co.， Ltd.， Chongqing， 400039 China）
Abstract： The problem of BSR seriously affects the quality of vehicles. The BSR of components can be effectively evaluated by bench test. The BSR test based on bench test is mainly divided into road spectrum acquisition， test evaluation and data analysis. According to different test requirements， the applicability of different driving signals is analyzed. Further， the differences between the evaluation methods are analyzed. According to the different forms of evaluation methods， BSR evaluation results are divided into subjective results and objective results. In order to make BSR evaluation more efficient and unified， research tends to explore the correlation between objective results and subjective results.
Key Words： BSR; Load spectrum; Evaluation method; Acoustics
在对汽车品质的评价中，NVH性能是最能直观体现驾乘人员感受的指标。异响则是一种常见的NVH问题，具体指车辆在使用过程中，车辆中零部件或总成产生的非正常声响，往往会使驾乘人员感到不适或烦躁。异响主要分为零部件自身在车辆使用过程中受到激励共振产生的声音（Buzz），和多个零件在车辆使用过程中相互作用而产生的摩擦声（Squeak）或敲击声（Rattle）[1]。随着汽车品质的普遍提升，进一步随着新能源汽车的快速发展，针对异响性能的要求愈发增强[2]。因此，汽车生产商将会愈发关注其产品的异响性能。
在异响性能的分析控制与过程中，试验是最重要的分析手段。异响试验主要通过试验场道路试验和室内道路模拟试验等方式进行[3]。为避免道路试验所存在的耗时长、成本高等缺陷[4]，道路模拟台架试验在异响性能分析研究过程中被广泛采用。可见，如何使用试验台架复现异响发生时整车或零部件所受的激励，并对被测对象受激励产生的异响进行准确的分析，极具研究价值。
1 道路载荷谱获取
在通过台架测试异响过程中常用正弦振动、时间历程、随机振动等振动形式[5]。在异响评价中，正弦振动通常以正弦扫频的形式呈现，正弦扫频多用于对样件的异响扫描，用来发现、确认样件在何种频率下存在异响。而时间历程和随机振动则侧重于复现样件在道路上所受的真实激励情况。
为更加直观、真实地模拟被测样品在实际道路上的情况，我们更多地使用时间历程和随机振动两种振动形式。不管是采用时间历程振动还是随机振动，其振动路谱的最初来源均为从实际道路激励采集所得的真实振动响应。基本工作流程均分为路谱采集、信号处理、传递函数计算、驱动信号迭代、台架振动测试几部分。
路谱采集需在感兴趣的感应点布置传感器，使对象车辆在选定路面运行时，记录传感器所采集数据，得到基础时域信号。
1.1 时间历程驱动信号获取
时间历程信号可复现车辆在各种路面所收到的激振情况，且可重复性高。在获取到的时域数据基础上，对其进行滤波、去毛刺、消除奇异点等处理后，即可导入试验台架。通过系统特性识别计算传递函数后，结合传递函数和时域信号进行驱动信号迭代。迭代出的驱动信号满足迭代误差以后，即可作为台架驱动信号进行测试。时间历程信号可直接复现车辆在任何实采路面上的振动信号，但它仅能准确表征采集路谱时所使用的那一条特定道路的激励情况，所以存在通用性局限。
1.2 随机振动驱动信号获取
针对不同驱动信号，若其功率谱相似，则它们对样件产生的损伤等效。若产生一定义明确合理的振动信号，且此振动信号与实际道路采集所得信号功率谱相同，则可使用这一随机产生的振动信号代表真实路面的振动情况。將所采集到的时域信号进行运算后可得到其功率谱密度，通过对大量样本的分析，可得到特定路面的功率密度的统计规律。将其作为输入信号，即可模拟真实路面激励情况。因此，随机振动信号并不直接代表某一次采集的某一条道路的激励情况，而是概括性地给出某一特定路面类型的激励特性。所以相较时间历程信号而言，随机振动信号涵盖更全面，通用性更强。 综上所述，在异响评价的过程中，应首先分析测试所需要达到的目标，若侧重异响点的扫描，则应选择正弦振动的振动形式;若侧重真实道路激励下异响复现，则应选择时间历程或随机振动的振动形式。且时间历程信号更加专一、具体，随机振动信号更加笼统、宽泛，在进行驱动信号形式选择时也需要纳入考量范围。具体驱动信号选取逻辑如图1所示。
2 异响测试
异响的评价主要分为主观评价和客观测试两种形式。主观评价可直接准确地反映评价人员的主观感受，而客观测试则是通过声采集器采集声音信号，并通过参数计算得到不受客观因素影响的评价结果。
2.1 主观评价
主观评价依赖评价人员根据自身对所听到声音的主观感受，所以为统一不同评价人员的评价结果，会事先确定评判方法和标准。常见的主观评价方法有等级评分、语义细分、简单排序、成对比较等[6-9]。
2.1.1 等级评分法
在进行评价之前，需先将评价人员对声音的主观感受进行明确等级划分。评价者依照此评分等级，结合自身对声音的主观感受，评出待测声音的等级评分。此方法对评价人员要求较高，需对评价规则和声音属性通晓。
2.1.2 语义细分法
语义细分法需要首先定义评价范围，把对声音的评价划分为一系列使用形容词描述的等级。通常应选择与所选研究内容相符合的形容词，如响亮/安静等。此方法在使用中易出现主观评价尺度变化较大，造成结果离散型较大。
2.1.3 简单排序法
简单排序法要求在进行主观评价时，评价人员对所有声音进行依次听审，再对所有样本进行优劣排序。但受限于评审人员记忆能力，此方法不适用于大样本量评价情况。
2.1.4 成对比较法
成对比较法需将待评价的声音两两组合，再通过主观感受对其进行比较，判定二者之间的优劣。此方法可有效对比两样本间的细微差别。若样本量较大时，会因疲劳造成评价失效。
2.2 客观测试
客观测试主要使用传声器采集样件在受试验台激振情况下所产生的异响。在满足背景噪声需求的环境下，样件以实车状态安装于试验台上，使用激振台输入激励。为确保激振台不出现行程超限情况，一般会将所用信号中的低频部分去除。采集前，需按规范对传声器布置位置进行确定，并对传声器进行校准。将采集到的声音信号记录，以待后处理分析。
3 数据分析
3.1 主观评价分析
基于台架试验的异响测试所遇到的主观评价，更多的是需要对样件在受台架激振情况下所产生的不同的异响分别进行严重程度的评价，所以在进行异响测试时大都选择等级评分法对各个异响进行主观评价。主观评价分级可参考常用的异响评分等级[10]，具体如表1所示。
3.2 客观测试分析
主观评价存在过度依赖评价人员经验并存在受评价人员主观影响较大的缺陷，客观测试结果的分析则可弥补这一缺陷，做到结果一致性好，不受批评者主观因素影响。结合各种声学参数的特征和适用性，进行异响评价时，通常考虑A计权声压级、响度、尖锐度、抖动度和粗糙度等参数[11-12]。
A计权声压级为通过对不同倍频带上的声压级加权修正，得到最能体现人耳真实感受的声压级表现形式。
响度能表征声音强弱程度，用来衡量人耳对声音大小的感觉，且响度是其他心理声学客观参数的计算基础。
尖锐度可衡量声音的刺耳程度，通常声音信号中存在的高频成分比重越大，声音将会越刺耳，则声音的尖锐度值会越高。
抖动度和粗糙度则可用来衡量声音是否嘈杂、粗犷等感受，可评价声音使人感到的愉悦性如何。
总而言之，主观评价分析和客观评价分析均可从不同角度描述异响性能水平，但异响评价依然严重依赖有经验评价人员的主观评价。因此，仍需进一步研究客观测试所得物理特征和主观感受之间的关系，以降低评价人员主观影响，减少人力消耗，更加高效地进行异响评价。
4 结语
通过台架试验的方法可方便有效地进行零部件的异响评价，能大量节省测试所花费的时间，并具有良好的可复现性。根据试验需求确定恰当的驱动信号和评价方法是高效进行异响评价的基础。在异响评价中主观评价与客观测试相辅相成，缺一不可，但主观评价受评价人员主观感受影响较大，存在不稳定性。因此，如何使用客观数据清晰准确地反映出人对于异响的真实感受，是未来异响评价的重要研究发展方向。
参考文献
[1] 庞剑.汽车车身噪声与振动控制[M].北京：机械工业出版社，2015.
[2] 房宇.汽车内饰件异响识别[D].江苏大学，2020.
[3] 徐占.标准路面谱室内再现控制研究[D].武汉理工大学，2009.
[4] 程凯华，周力，王金龙.整车道路模拟行驶载荷谱采集方法研究[J].客车技术与研究，2021（2）：45-48.
[5] 申超.道路模拟环境中的汽车座椅异响评价方法研究[D].西南交通大学，2017.
[6] 谢军.汽车声品质评价技术及方法研究[D].吉林大学，2009.
[7] 陈剑，杨雯，李伟毅.汽车声品质主观评价试验方法探究[J].汽车工程，2009，31（4）：389-392.
[8] 毛东兴，张宝龙.采用参考激励信号的语义细分法主观声品质评价[J].声学技术，2006，25（6）：560-567.
[9] 高印寒，张澧桐，梁杰.基于客观心理声学参数的重型商用车车内异响噪声分析[J].吉林大学学报：工学版，2016，46（1）：43-49.
[10] 陸怡.混合动力汽车车内声品质评价预测与控制研究[D].江苏大学，2020.
[11] 唐荣江.车内声品质评价预测与控制技术研究[D].吉林大学，2013.
[12] 陶泽平，郑敬峰，潘燕璐.汽车仪表板振动异响的声品质评价方法[J].上海汽车，2020（12）：27-32.
关键词：异响 载荷谱 评价方法 声学
中图分类号：U463 文献标识码：A文章编号：1672-3791（2021）04（a）-0074-03
Brief Introduction of BSR Evaluation Method of Components Based on Bench Test
YANG Wang
（China Automotive Engineering Research Institute Co.， Ltd.， Chongqing， 400039 China）
Abstract： The problem of BSR seriously affects the quality of vehicles. The BSR of components can be effectively evaluated by bench test. The BSR test based on bench test is mainly divided into road spectrum acquisition， test evaluation and data analysis. According to different test requirements， the applicability of different driving signals is analyzed. Further， the differences between the evaluation methods are analyzed. According to the different forms of evaluation methods， BSR evaluation results are divided into subjective results and objective results. In order to make BSR evaluation more efficient and unified， research tends to explore the correlation between objective results and subjective results.
Key Words： BSR; Load spectrum; Evaluation method; Acoustics
在对汽车品质的评价中，NVH性能是最能直观体现驾乘人员感受的指标。异响则是一种常见的NVH问题，具体指车辆在使用过程中，车辆中零部件或总成产生的非正常声响，往往会使驾乘人员感到不适或烦躁。异响主要分为零部件自身在车辆使用过程中受到激励共振产生的声音（Buzz），和多个零件在车辆使用过程中相互作用而产生的摩擦声（Squeak）或敲击声（Rattle）[1]。随着汽车品质的普遍提升，进一步随着新能源汽车的快速发展，针对异响性能的要求愈发增强[2]。因此，汽车生产商将会愈发关注其产品的异响性能。
在异响性能的分析控制与过程中，试验是最重要的分析手段。异响试验主要通过试验场道路试验和室内道路模拟试验等方式进行[3]。为避免道路试验所存在的耗时长、成本高等缺陷[4]，道路模拟台架试验在异响性能分析研究过程中被广泛采用。可见，如何使用试验台架复现异响发生时整车或零部件所受的激励，并对被测对象受激励产生的异响进行准确的分析，极具研究价值。
1 道路载荷谱获取
在通过台架测试异响过程中常用正弦振动、时间历程、随机振动等振动形式[5]。在异响评价中，正弦振动通常以正弦扫频的形式呈现，正弦扫频多用于对样件的异响扫描，用来发现、确认样件在何种频率下存在异响。而时间历程和随机振动则侧重于复现样件在道路上所受的真实激励情况。
为更加直观、真实地模拟被测样品在实际道路上的情况，我们更多地使用时间历程和随机振动两种振动形式。不管是采用时间历程振动还是随机振动，其振动路谱的最初来源均为从实际道路激励采集所得的真实振动响应。基本工作流程均分为路谱采集、信号处理、传递函数计算、驱动信号迭代、台架振动测试几部分。
路谱采集需在感兴趣的感应点布置传感器，使对象车辆在选定路面运行时，记录传感器所采集数据，得到基础时域信号。
1.1 时间历程驱动信号获取
时间历程信号可复现车辆在各种路面所收到的激振情况，且可重复性高。在获取到的时域数据基础上，对其进行滤波、去毛刺、消除奇异点等处理后，即可导入试验台架。通过系统特性识别计算传递函数后，结合传递函数和时域信号进行驱动信号迭代。迭代出的驱动信号满足迭代误差以后，即可作为台架驱动信号进行测试。时间历程信号可直接复现车辆在任何实采路面上的振动信号，但它仅能准确表征采集路谱时所使用的那一条特定道路的激励情况，所以存在通用性局限。
1.2 随机振动驱动信号获取
针对不同驱动信号，若其功率谱相似，则它们对样件产生的损伤等效。若产生一定义明确合理的振动信号，且此振动信号与实际道路采集所得信号功率谱相同，则可使用这一随机产生的振动信号代表真实路面的振动情况。將所采集到的时域信号进行运算后可得到其功率谱密度，通过对大量样本的分析，可得到特定路面的功率密度的统计规律。将其作为输入信号，即可模拟真实路面激励情况。因此，随机振动信号并不直接代表某一次采集的某一条道路的激励情况，而是概括性地给出某一特定路面类型的激励特性。所以相较时间历程信号而言，随机振动信号涵盖更全面，通用性更强。 综上所述，在异响评价的过程中，应首先分析测试所需要达到的目标，若侧重异响点的扫描，则应选择正弦振动的振动形式;若侧重真实道路激励下异响复现，则应选择时间历程或随机振动的振动形式。且时间历程信号更加专一、具体，随机振动信号更加笼统、宽泛，在进行驱动信号形式选择时也需要纳入考量范围。具体驱动信号选取逻辑如图1所示。
2 异响测试
异响的评价主要分为主观评价和客观测试两种形式。主观评价可直接准确地反映评价人员的主观感受，而客观测试则是通过声采集器采集声音信号，并通过参数计算得到不受客观因素影响的评价结果。
2.1 主观评价
主观评价依赖评价人员根据自身对所听到声音的主观感受，所以为统一不同评价人员的评价结果，会事先确定评判方法和标准。常见的主观评价方法有等级评分、语义细分、简单排序、成对比较等[6-9]。
2.1.1 等级评分法
在进行评价之前，需先将评价人员对声音的主观感受进行明确等级划分。评价者依照此评分等级，结合自身对声音的主观感受，评出待测声音的等级评分。此方法对评价人员要求较高，需对评价规则和声音属性通晓。
2.1.2 语义细分法
语义细分法需要首先定义评价范围，把对声音的评价划分为一系列使用形容词描述的等级。通常应选择与所选研究内容相符合的形容词，如响亮/安静等。此方法在使用中易出现主观评价尺度变化较大，造成结果离散型较大。
2.1.3 简单排序法
简单排序法要求在进行主观评价时，评价人员对所有声音进行依次听审，再对所有样本进行优劣排序。但受限于评审人员记忆能力，此方法不适用于大样本量评价情况。
2.1.4 成对比较法
成对比较法需将待评价的声音两两组合，再通过主观感受对其进行比较，判定二者之间的优劣。此方法可有效对比两样本间的细微差别。若样本量较大时，会因疲劳造成评价失效。
2.2 客观测试
客观测试主要使用传声器采集样件在受试验台激振情况下所产生的异响。在满足背景噪声需求的环境下，样件以实车状态安装于试验台上，使用激振台输入激励。为确保激振台不出现行程超限情况，一般会将所用信号中的低频部分去除。采集前，需按规范对传声器布置位置进行确定，并对传声器进行校准。将采集到的声音信号记录，以待后处理分析。
3 数据分析
3.1 主观评价分析
基于台架试验的异响测试所遇到的主观评价，更多的是需要对样件在受台架激振情况下所产生的不同的异响分别进行严重程度的评价，所以在进行异响测试时大都选择等级评分法对各个异响进行主观评价。主观评价分级可参考常用的异响评分等级[10]，具体如表1所示。
3.2 客观测试分析
主观评价存在过度依赖评价人员经验并存在受评价人员主观影响较大的缺陷，客观测试结果的分析则可弥补这一缺陷，做到结果一致性好，不受批评者主观因素影响。结合各种声学参数的特征和适用性，进行异响评价时，通常考虑A计权声压级、响度、尖锐度、抖动度和粗糙度等参数[11-12]。
A计权声压级为通过对不同倍频带上的声压级加权修正，得到最能体现人耳真实感受的声压级表现形式。
响度能表征声音强弱程度，用来衡量人耳对声音大小的感觉，且响度是其他心理声学客观参数的计算基础。
尖锐度可衡量声音的刺耳程度，通常声音信号中存在的高频成分比重越大，声音将会越刺耳，则声音的尖锐度值会越高。
抖动度和粗糙度则可用来衡量声音是否嘈杂、粗犷等感受，可评价声音使人感到的愉悦性如何。
总而言之，主观评价分析和客观评价分析均可从不同角度描述异响性能水平，但异响评价依然严重依赖有经验评价人员的主观评价。因此，仍需进一步研究客观测试所得物理特征和主观感受之间的关系，以降低评价人员主观影响，减少人力消耗，更加高效地进行异响评价。
4 结语
通过台架试验的方法可方便有效地进行零部件的异响评价，能大量节省测试所花费的时间，并具有良好的可复现性。根据试验需求确定恰当的驱动信号和评价方法是高效进行异响评价的基础。在异响评价中主观评价与客观测试相辅相成，缺一不可，但主观评价受评价人员主观感受影响较大，存在不稳定性。因此，如何使用客观数据清晰准确地反映出人对于异响的真实感受，是未来异响评价的重要研究发展方向。
参考文献
[1] 庞剑.汽车车身噪声与振动控制[M].北京：机械工业出版社，2015.
[2] 房宇.汽车内饰件异响识别[D].江苏大学，2020.
[3] 徐占.标准路面谱室内再现控制研究[D].武汉理工大学，2009.
[4] 程凯华，周力，王金龙.整车道路模拟行驶载荷谱采集方法研究[J].客车技术与研究，2021（2）：45-48.
[5] 申超.道路模拟环境中的汽车座椅异响评价方法研究[D].西南交通大学，2017.
[6] 谢军.汽车声品质评价技术及方法研究[D].吉林大学，2009.
[7] 陈剑，杨雯，李伟毅.汽车声品质主观评价试验方法探究[J].汽车工程，2009，31（4）：389-392.
[8] 毛东兴，张宝龙.采用参考激励信号的语义细分法主观声品质评价[J].声学技术，2006，25（6）：560-567.
[9] 高印寒，张澧桐，梁杰.基于客观心理声学参数的重型商用车车内异响噪声分析[J].吉林大学学报：工学版，2016，46（1）：43-49.
[10] 陸怡.混合动力汽车车内声品质评价预测与控制研究[D].江苏大学，2020.
[11] 唐荣江.车内声品质评价预测与控制技术研究[D].吉林大学，2013.
[12] 陶泽平，郑敬峰，潘燕璐.汽车仪表板振动异响的声品质评价方法[J].上海汽车，2020（12）：27-32.