杨春清 苏丽俐 李洪亮 王海洋 边科胜

（1.中国汽车技术研究中心汽车工程研究院2.吉林大学汽车工程学院）

汽车大范围普及的同时，消费者对汽车的要求已经从基本代步功能上升到了追求各项性能品质的高度，其中NVH性能是决定汽车品质感最直观的指标。随着高速工况使用越来越频繁，在售后反馈中顾客对风噪的抱怨也逐年上升。风噪声是在汽车行驶速度达到100 km/h以上时最主要的噪声源，风噪引起的中高频噪声既会使人感觉烦躁、增添旅行者疲劳感，也会影响车内驾乘人员的正常交流[1]。文章以某自主品牌SUV高速工况车内语言清晰度为研究对象，阐述了影响语言清晰度的主要影响因素及控制措施，通过缩短车内混响时间、加强整车气密性、优化车身外部突出物造型及降低轮胎本体辐射噪声等控制措施，实现提高车内语言清晰度、降低风噪的目的。

1 车内语言清晰度影响因素

语言清晰度（AI）是汽车高速运行工况一项评价风噪水平的重要指标，分为客观评价和主观评价，客观数据可根据语言清晰度指数（SII）计算得到，主观评价通常采用10等级打分机制和主观感受描述结合的方法获得。另外，500 Hz～20 kHz的A计权声压级也是评价风噪水平的重要客观参数。

风噪频率主要集中在500 Hz以上，与人声基音频率区域（500～1 000 Hz）重合，因此风噪是影响AI最重要的因素。从设计角度出发，控制风噪的方法包括车身整体及附件造型优化设计和车身密封性整改[2]。在车身密封性良好的前提下，提升声学包装吸声性能和缩短车内混响时间，将声能转化成热能也是实现车内降噪的一项重要手段。动力总成、排气系统及轮胎等子系统的本体辐射噪声也是影响AI不可忽视的因素，可以通过控制激励源或增强声学包装隔声性能获得改进。另外，风激励车身钣金引起的结构噪声对AI也有不小的贡献，可以通过提高钣金动刚度来降低影响。

1.1 语言清晰度

AI主要用于评价汽车运行中车内语音的传输质量，是经过试验测得听者对有意义的语言单位所做出的正确响应与发送的语言单位总数之比的百分数[3]。SII与声音的频率（f）有关，高频声权重高于低频声。当背景噪声完全覆盖语音时，语音完全无法听清，此时的背景噪声为上限噪声（UL（f））。同样，当背景噪声低至某数值，语音可以完全听清，此时的背景噪声为下限噪声（LL（f））。

定义AI并将其归一化：

式中：W（f）——计权系数。

D(f)定义如下：

①当噪声大于 UL（f）时，即：N（f）＞UL（f），AI=0 时，D（f）=0；

②当噪声在 LL（f）和 UL（f）之间时，即：LL（f）＜N（f）＜UL（f），说话被噪声掩盖了一部分，此时：D（f）=UL（f）-N（f）；

③当噪声小于 LL（f）时，即：N（f）＜LL（f），此时：D（f）=30。

语言清晰度各频段对应上限噪声及计权系数，如表1所示。

表1 语言清晰度各频段对应上限噪声及计权系数

1.2 脉动噪声

空气作用在车身上，形成涡流并在车身表面产生了压力波动，这种涡流扰动产生的噪声被称为脉动噪声[4]。车身脉动噪声产生的原因是气流在车身上的压力波动，而气流与车身的分离迅速加剧了噪声强度[1]。发动机舱盖与前风挡玻璃过渡不流畅或车身外板有突出物产生的湍流，以及后视镜、A柱和天线等区域存在的漩涡流，都会引起风噪。因此，控制脉动噪声需要在设计阶段尽量保证车身表面足够光滑，车身面板交接处无高度差。

1.3 整车气密性

车身密封性既是汽车噪声控制的基础，也是声学包装发挥功效的前提，可将其分为静态密封和动态密封。静态密封是将功能孔、工艺孔及错误孔开孔率降到最低。动态密封是汽车在行驶过程中，由于受到外界激励，车身面板间因刚度及模态的不同而产生不同的形变，当形变量大于密封条压缩量时就产生了声音的泄露，如车身密封条、车门密封条及车窗玻璃夹条等位置都易出现动态密封性问题，可以通过增加车门和车身次级密封以及辅助密封解决，或改变密封条材料和截面形状等手段加以控制[5-6]。

1.4 混响时间

车内混响时间是评价车内声学包吸声性能的一项测试指标，也是提升车内AI的重要手段之一。声学包装吸声性能主要作用在400 Hz～10 kHz的中高频段[7]，与语音频带重合，因此增强车内吸声性能可以有效提升AI。

2 方案验证

某自主开发阶段的SUV主观评价测试结果反映该车在高速运行过程中车内风噪声明显，乘员间语言交流受到影响，后视镜位置气流声明显，车门附近存在明显漏气声，AI主观评价测试结果为5分。测试数据显示120 km/h驾驶员右耳AI=50.66%，根据“CATARC SOUND”NVH性能数据库显示，该值低于同级别自主品牌SUV平均水平，针对以上情况对车内语言清晰度进行整改。

2.1 轮胎本体辐射噪声的影响

轮胎本体辐射噪声主要集中在1～10 kHz，因此会对AI产生影响。试验车在整车转毂试验台以120 km/h工况运行时，轮胎近场噪声在1 kHz附近存在明显辐射噪声峰值，并在驾驶员右耳处存在对应峰值，如图1所示。

图1 轮胎本体辐射噪声对车内噪声的影响

通过更换本体辐射噪声较小的轮胎，降低噪声源声压级，从而改善车内噪声，测试数据，如表2所示，从表2可以看出，轮胎本体辐射噪声降低后车内AI提升了约4%。

表2 120 km/h工况下轮胎本体辐射噪声对语言清晰度的影响%

2.2 外部造型的影响

主观评价结果反映试验样车高速运行时前排位置风噪明显，因此后视镜造型、A柱与前风挡高度差及雨刷停靠位置都有可能会引起风噪并影响语言清晰度。从图2中发现，雨刷停靠位置较突出，易导致发动机舱盖与前风挡玻璃之间气流通过不流畅。后视镜与车窗间夹角设计不合理容易形成涡流，如图3所示；A柱与前风挡玻璃处于同一水平面，设计合理。试验证明，将后视镜与雨刷拆除后主观感觉风噪声明显改善，鉴于此，需对后视镜造型及雨刷布置位置进行优化。

整改后的后视镜增大了水平截面与车窗间距并调整了夹角（见图4）。样车雨刷高于发动机舱盖与前风挡玻璃交点，整改后将雨刷停靠位置降低至发动机舱盖延长线下。外部造型改进后测试数据，如表3所示。从表3可以看出，驾驶员位置车内AI提升了4%左右，风噪降低约2 dB（A）。由于外部造型主要集中在汽车前部，因此右后乘员位置的AI和风噪声压级变化较小。

图2 雨刷停靠位置示意图

图3 后视镜三维图和剖面图

图4 后视镜与基座间夹角截面图

表3 120 km/h工况下外部造型对语言清晰度的影响

2.3 整车气密性的影响

利用气密性试验台查找车身泄露点，通过对前围钣金泄露点封堵、后视镜及其底座增加密封垫、更换车门密封条材质、替换失效的右后车门三角窗玻璃夹条等整改措施，整车气密性有了较大的提升。整车气密性压力-流量关系曲线，如图5所示。

图5 某SUV气密性整改前后压力-流量关系曲线

整车气密性改进后高速工况测试数据，如表4所示。从表4可以看出，车内AI提升了4%左右，风噪降低约 0.3 dB（A）。

表4 120 km/h工况下气密性对语言清晰度的影响

2.4 混响时间的影响

车内声学包吸声性能作用的频带为400Hz～10kHz，而混响时间是衡量车内吸声性能的一项重要测试指标，因此混响时间是影响车内AI的主要因素。优化车内声学包吸声性能；缩短混响时间的方法主要有改变座椅表面材质；提升前围、地毯、顶棚及后备箱侧围等零部件的吸声性能；以及增加仪表板内、A，B，C柱及车门内饰板内吸声材料等方法。

在对样车声学包进行性能优化的过程中，通过提高顶棚和地毯吸声系数，将原有皮革座椅表面部分材料更换为织物材料，400 Hz～10 kHz车内混响时间从116 ms缩短为111 ms，如图6所示。

图6 声学包改进前后车内平均混响时间曲线图

对声学包改进后的样车进行验证测试，测试结果，如表5所示。从表5可以看出，120 km/h经过优化的样车AI提高2.5%～5%，风噪声压级降低1 dB（A）左右。

表5 120 km/h工况下平均混响时间对语言清晰度的影响

2.5 方案实施效果验证

通过降低轮胎本体辐射噪声、优化车身外部造型、提升整车气密性及缩短车内混响时间几项整改方案的实施，样车在高速行驶工况下的车内AI提升了17%～19%，如图7所示，风噪声压级降低3～5dB（A），如图8所示。“CATARC SOUND”NVH性能数据库显示，该数据达到了同级别合资SUV的优秀水平，AI主观评价结果由5分提升至7分。

AI改进前后测试数据，如表6所示。

表6 语言清晰度改进前后测试数据

图7 整改措施实施前后120 km/h驾驶员右耳语言清晰度

图8 改进前后120 km/h驾驶员右耳风噪声压级

“CATARC SOUND”NVH性能数据库同级别同价位的5台自主品牌商品车120 km/h下驾驶员右耳语言清晰度为51%，6台合资品牌为65%，性能改进后该样车120 km/h AI已高于11台同级别、同价位区间SUV的平均水平。

3 结论

针对某自主品牌SUV高速工况下风噪声压级大、语言清晰度差的问题，采取了各种改善措施：更换本体噪声较小的轮胎，降低轮胎本体辐射噪声；改善后视镜外部造型和改变雨刮布置位置，降低高速工况下气流形成涡流的强度；查找车身泄漏点，对其进行封堵，提高整车气密性，降低风噪的泄露；通过改变座椅表面材质，提升车内零部件的吸声性能，缩短车内混响时间。改善措施实施后，车内AI由50.66%提升至68.57%，声压级由 65.13 dB（A）降低为 60.92 dB（A），解决了高速工况下车内语言清晰度差和风噪大的问题。