图1  产生尖叫声的物体模型

随着客户对于汽车品质的不断提高，车内异响问题日趋受到关注。作为车内最大的座舱系统，如何能解决其异响问题更是研发人员关心的重中之重。本文主要从座舱系统异响的成因以及试验方法着手，介绍了一些常用的分析解决汽车内饰异响的方法，以便在项目开发过程中更好地避免或消除汽车内饰异响问题。

随着人们对汽车舒适性要求的不断提高，安静的车内环境现已成为汽车设计中的一个重要课题。由于汽车在行驶过程中，车内的噪声来源有很多，而这些声音是可以通过好的设计避免的。因此，下面就从异响的成因以及现有的试验方法着手，介绍一些常用的分析与解决汽车内饰异响的方法。

异响的定义

在汽车工作过程中，各系统振动所发出的声音统称为汽车的噪声。本文所提到的汽车内饰异响，是指在汽车工作过程中，由汽车内饰零件振动所产生的那些使顾客感到厌烦、不安，但是可以避免和消除的声音。

图2  产生咔嗒声的物体模型

噪声测量时，常用声压级、声强级和声功率级表示其强弱，用频率或频谱表示其成分，也可以用人的主观感觉进行量度，如响度级等。声压级，是指声压与基准声压比值的对数值，单位是分贝（dB）。即：

通常，我们用响度对汽车异响进行评价。响度，表示的是声音能量的强弱程度，主要取决于声波振幅的大小。一般用单位“sone”来度量，且仅当频率为1000Hz的声音来自听者正前方的平面波形时，响度与声压级相等，即：1sone＝40dB，如果另一个声音听起来比1sone的声音大n倍，即该声音的响度为nsone。

1. 产生异响的原因

要有效解决异响问题，首先需要了解产生异响的根本原因。由于汽车在工作过程中，座舱内各零部件都会振动，这时，两个相互匹配的零件就有可能会发生摩擦或碰撞，当零部件的模态不与整车模态匹配时还有可能发生共振。于是，就有可能产生3种形式的异响：尖叫声、咔嗒声和共鸣声。

图3  仪表板的测点

尖叫声，是指当两零件或其表面相对滑移时摩擦所产生的令人厌烦的噪声。这种声音很刺耳。两零件的相互运动形式如图1所示。此种情况多发生在两零件有较小的间隙或无间隙，当各零部件振动时，两零件的接触面易相互接触到并产生滑移摩擦，从而产生异响。

咔嗒声，是指当两零件或其表面相互碰撞时所产生的令人厌烦的噪声。两零件的相互运动形式如图2所示。此种情况多发生在两零件有一定的间隙，当各零件振动时，两零件之间的间隙没有足够大，则易因相互碰撞而产生异响。

共鸣声，是指当零部件的模态不满足设计要求时所产生的共振的噪声。此种情况多发生在各零件振动时，零部件的结构强度、刚度不足，使得其模态不能与整车匹配,从而产生的共振现象。此类异响需要在设计前期通过对零件系统进行模态分析，从而对结构进行优化设计防止共振异响。

2. 异响的试验方法与要求

由于大多数异响主要是主观判定的，因此对异响的评价难以量化。目前，对于座舱异响的试验方法主要分为实验室试验以及路试两种。实验室试验，是指将座舱系统安装在振动台架上，或是将座舱安装到整车放置在路面模拟仪上进行试验，在此过程中评价座舱的振动异响；路试，是指在不同道路上（如绳索/橡胶路、沥青路、混凝土路、条形路和扭曲路等）以不同车速行驶，在此过程中评价车内异响问题。

图4  某测点处所获取的声音信号

通常，在新项目的整个开发过程中，我们除了要进行整车异响测试，还需要对零件级进行异响测试。

这样既可以在产品开发过程中提前避免异响的产生，也有助于后期整车异响问题的分析与解决。下面就座舱级试验和整车试验两部分介绍一下座舱异响的测试方法。

（1）座舱级试验：座舱级的振动试验主要在实验室完成。其振动试验的操作方法如下：将试验样件通过工装模拟其安装到车辆的连接方式固定在试验台架上，试验台可在规定的PSD功率谱密度的激励下进行垂直方向、前后方向和左右方向的振动。

目前，对于座舱级的异响测试，主要有两种评价办法：客观评价办法和主观评价办法。

图5  某测点处的响度信号

客观评价办法是指试验样件在振动试验过程中，根据所测得响度值的大小对样件异响进行的评价。试验开始前，需在样件上选择合适的测量点（测量点的选择需视零件而定），通过麦克风获取各测点处的响度信号，根据测得的响度值记录试验结果。该实验结果的标准值主要取决于试验样件的属性、安装位置、NVH工程师以及项目的要求。例如，一般座舱仪表板的响度标准要求可以是6.0～8.0sone；而副仪表板的响度标准要求可以是4.0～6.0sone。

主观评价办法，是指通过专业试验人员对试验样件在振动试验过程中的响度进行的评价。由此可见，此种评价办法的可靠性主要取决于试验人员的专业技能。因此，只有获得相关资格认可的试验人员才被允许进行异响试验的评价。其评价标准可以参照表所示。

通常情况下，对于座舱级的异响试验，主要以客观评价办法进行测试；对于较复杂的零件系统级的异响试验，主要以主观评价办法进行测试。具体的评价办法还需视实际情况而定。

除此以外，为了能更好地在实验室模拟出零件的实际振动性能，我们还可以对试验样件的正常状态以及老化后状态分别进行振动试验，并记录其试验结果。要求试验样件在老化前后以及过程中的评价结果均能满足项目要求。此处试验样件的老化处理，主要是指在异响测试前，将试验样件以规定的PSD功率谱密度激励下在垂直方向、前后方向和左右方向各振动一定的时间。由于此种老化办法要求试验台能够进行6个方向的振动，这对于试验设备的要求较高。因此，目前大部分零件级的老化处理主要按热老化的要求进行。

图6  某测点处90％位响度

另外，为了使实验室的振动试验更好地接近实车振动情况，在振动试验过程中，还需注意以下事项：

①试验样件的准备：首先，试验前应确认试验样件为最新的零件状态，并记录于试验报告中。如果是系统级试验样件，还需保证系统下所有零件的完整性。进行座舱系统总成测试时，应包含装在座舱系统总成上的所有零件。通常有仪表板总成、仪表板横梁、手套箱、膝部挡板、中央面板、仪表饰框、仪表、安全气囊系统、空调箱、收音机总成、空调控制头、风道、出风口、侧盖板和除霜口等；其次，还需根据不同零件的状态，选取适当的测点进行响度信号的收集。例如，仪表板的测点可按图3进行选取。

②试验样件的固定：试验样件的安装条件应确保与实际装车状态一致，包括其所使用的螺栓、装配转矩及固定点的位置等。固定方式可以根据实际条件选择工装固定或实车安装。另外，无论是进行水平方向、垂直方向或是左右方向的振动试验，试验样件的摆放角度也应与装车状态保持一致。

图7  整车振动试验

③振动条件的设置：振动频率可以根据不同零件的功率谱密度值确定其频率范围。控制器设置的频率范围也必须能涵盖设置的最大及最小频率值。对于随机振动功率谱密度的设定而言，不同的零件对功率谱密度的要求各不相同。另外，为了确保试验与实际振动条件的一致性，样品距离激励点的安装高度应尽可能低。

④样件响度的测量：用客观评价办法测试时，应确保收集响度信号的麦克风设备放置在规定的位置。另外，实验室的测试环境也需要满足：背景噪声小于1.4sone，环境噪声小于26.8dB。

麦克风将获取的声音信号（见图4），传给试验电脑主机；经声音处理程序后，可得到测点在试验过程中的所有响度信号（见图5）；再经软件计算可得到此处90％位的响度（见图6，该响度值为10.3sone），此响度即为该测点处的响度值。

（2）整车级试验：实验室的整车级振动试验原理与零件级振动试验类似。将整车固定在试验台上，再通过振动器加以试验台一定的激励，该激励主要是在模拟不同路面情况下给整车的一个振动频率范围（试验设备可参见图7）。在整车振动过程中，主要以主观评价办法对响度进行评价。对于不同品牌级别的汽车而言，其项目在设计初期所定义的汽车内饰异响的级别要求不尽相同。一般需要达到评价标准中的7级以上（具体评价标准参见表）。

对于整车路试而言，需要整车在不同道路上（如绳索/橡胶路、沥青路、混凝土路、条形路和扭曲路等）以不同车速行驶，在此过程中有专业的试验人员评价车内异响问题。评价标准可参考表。

图8  仪表与仪表板的断面

3. 异响问题的分析与解决

根据以上异响的成因及其试验办法的介绍，在整车开发过程中，我们可以从以下4个方面分析解决座舱的异响问题。

（1）留有足够间隙。在车辆运行（苛刻的路况，不同的发动机工况）和制造工艺及公差的变化下，零件不能相互接触。

（2）结构强化。零件和子系统必须设计有足够的强度、刚度和减振特性以保持形状和避免共振。例如：仪表板横梁、加筋、材料厚度、材料选择、合成物和工字梁等。

（3）可靠固定。零件在设计时必须设计合理可靠的连接方式。常见的连接方式有焊接、热铆接、卡扣、铆钉、螺栓、胶带、黏结剂和弹簧垫圈等。如果两个相邻零件的搭接方式设计不合理，在零件级或整车级试验过程中就会产生相对摩擦或碰撞从而产生异响。

例如，在某车型的整车坏路路试过程中发生了仪表异响，频次较高。通过实车静态分析，用拳头敲击仪表头区域，异响重现；而且用手施加一定力摇动仪表，仪表有松动迹象。初步判断原因为仪表固定不牢靠引起。分析仪表的定位及与仪表板本体的配合间隙，发现仪表共有3个紧固点紧固到仪表板上，下面2个，上面1个，呈等腰三角形分布，紧固点偏少，施加一定力，有绕Z轴转动的趋势。此外仪表与仪表板本体匹配的间隙有3～4mm，仪表板不仅起不到对仪表的支撑作用，反而会引起仪表松动，还可能于仪表之间发生碰撞异响。通过以上分析，明确了验证措施，由于空间限制及造型要求，无法增加紧固点，于是在要求范围内加大紧固件的转矩，并在仪表板本体与仪表的匹配处增加止位筋（见图8），从而对仪表起到支撑作用。按要求更换手工样件后，再次进行各种坏路路试，仪表异响消除。

（4）对于内饰零件，还要考虑材料的相容性。如PVC材料容易和钣金及其他塑料件发生摩擦异响。另外，很多塑料材料作为匹配界面接触时，会产生由于两零件或其表面相互接触产生滑移摩擦而引起的尖叫类异响。此种异响在设计验证阶段中比较难于发现，它是间断的，可能只在某种频率段下才会产生。所以，一般可以借助专业的噪声分析仪器来辅助分析并确认异响来源。

对于因上面4种原因所产生的异响，我们均可以采用隔断措施来解决比较接近或接触的零件之间的异响问题。常用的隔断材料有：泡棉、毛毡、套管、橡胶减振块、热收缩管、尼龙垫片、胶带（布料、聚酯薄膜和氨酯）、密封焊接、润滑剂（油或脂）、涂层和植绒等。但是考虑到增加隔断会引起整车成本的增加，所以在设计初期要尽量避免采用此种方式，可以通过更改材料、结构避免异响。但是对于投产以后的车型，可以考虑在两匹配零件之间采用隔断措施以消除异响。

结语

综上所述，座舱异响问题一般可以分为3大类：材料类、结构类和间隙类。因此，在分析与解决异响问题时，首先需要重点分析座舱系统零件之间材料的相容性是否合适，其次再看零件之间的匹配结构是否可靠，最后再检查零件之间的间隙是否合适。当然，如果在设计前期就充分考虑到以上3方面的因素，那么对于座舱系统异响的避免则是事半功倍的。