CN114061966A - 用于车辆异响性能的评价方法以及评价*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于车辆异响性能的评价方法，所述方法包括如下步骤：在测试条件下，利用设置在车辆内部的传声器检测车辆内部的声音；通过信号处理单元来处理从所述传声器中输出的信号：将所述信号变换到频域中，以得到时变频谱，计算时变频谱中各点的声压相对于其相邻的时间区间以及相邻的频率区间的变化量；基于所述变化量评价异响。本发明还涉及一种计算机可读介质和一种用于车辆异响性能的评价***，其包括：传声器；信号处理单元：变换模块用于将所述信号变换到频域中，以得到时变频谱；计算模块，用于计算时变频谱中各点的声压相对于其相邻的时间区间以及相邻的频率区间的变化量；及评价模块，用于基于所述变化量来评价所述车辆的异响性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于车辆异响性能的评价方法、一种计算机可读介质以及一种用于车辆异响性能的评价***。
背景技术
随着车辆里程、使用路况和工况的增加，各个部件之间难免产生松动。当车辆行驶在粗糙路面上时，由于路面凹凸不平激励车辆底盘，从而引起车辆的各内饰部件之间的摩擦和碰撞并且发出异响。车辆的异响性能对于车辆使用者来说极易被感知，影响了乘客的乘坐舒适性。目前，异响的识别和评判主要采取主观评价的方法，这种方法一方面容易受到人的情绪、周围环境等因素的制约、无法保证评价结果的可重复性；另一方面为了完成在所有路面上各种车速情况下的主观评价需要耗费大量时间，造成人员和时间耗费。因此，亟需一种用于车辆异响性能的客观的评价方法及评价***，其中使用客观的参数来体现车辆的异响性能。
发明内容
本发明的目的在于，提出一种用于车辆异响性能的评价方法、一种计算机可读介质以及一种用于车辆异响性能的评价***。按照本发明的技术方案能实现对车辆异响性能进行客观的评价。
本发明的第一方面涉及一种用于车辆异响性能的评价方法，所述方法包括如下步骤：
-在测试条件下，利用设置在车辆内部的传声器检测车辆内部的声音；
-通过信号处理单元来处理从所述传声器中输出的信号，包括：
-将所述信号变换到频域中，以得到所述经预处理的信号的时变频谱；并且
-计算时变频谱中各点的声压相对于其相邻的时间区间以及相邻的频率区间的变化量，
-基于所述变化量来评价所述车辆的异响性能。
车辆异响通常出现在车辆内部的车门内饰板、中控台、中央扶手、 A柱、B柱等车辆部件的位置。为了能够测试所述车辆异响，使车辆在测试条件下行驶。在所述测试条件下，行驶路面为车辆底盘提供激励，在所述激励的作用下，在车辆的多个部件之间可能存在摩擦或碰撞，因此发出异响。
为了评价车辆异响性能、特别是上述车辆部件的位置处的异响，在测试条件下，利用设置在车辆内部的传声器检测车辆内部的声音。接着，通过信号处理单元来处理从所述传声器中输出的信号，所述信号处理包括：将所述信号变换到频域中，以得到所述经预处理的信号的时变频谱。研究发现，相对于绝对的响度、尖锐度或粗糙度而言，人耳对音调特征(即频率特征)和节奏特征(即时间特征)更为敏感，所以可以通过声音信号在时域和频域上的时变频谱来考察人耳的听觉***对噪音的响应。
在本发明中，所述信号处理还包括：计算时变频谱中各点的声压相对于其相邻的时间区间以及相邻的频率区间的变化量。进一步地，基于所述变化量来评价所述车辆的异响性能。在此利用时变频谱中各点在其较小的邻域内相对变化来针对于人耳的听觉特性地评价车辆异响性能。这意味着，如果时变频谱中声压在较短的时间邻域上强烈变化和/或在较小的频率邻域上强烈变化，则检测到的声音通常被评价为令人厌烦的噪音。
本发明基于如下构思，人耳对一般的稳态信号或者缓慢变化的声音信号通常并不敏感。为了分辨出声音信号的变化，人耳的听觉***通常基于刚刚听到的声音自动建立参考信号，并基于所述参考信号判断听到的声音信号。因此，声音中的突然变化更易被评价为干扰性的或者说妨碍性的。为了模拟人耳的听觉特性，在按照本发明的评价方法中计算在较小的时域和频域内的变化并且据此评价车辆异响性能。车辆异响由于车辆部件之间相互摩擦或碰撞产生的声音信号不稳定引起，人耳对这种不稳定的信号较为敏感。因此，与现有技术中直接采用声学参数(如响度、尖锐度、粗糙度等)的相对值来评价车辆异响性能相比，按照本发明的方法通过计算声音信号的相对变化量来评价车辆异响性能能够更接近人耳的听觉效应，从而得到更准确且符合实际的评价效果。此外，按照本发明的方法能够对车辆异响进行客观的评价，减少了主观评价中人为因素对评价结果的干扰，并且减少了人员和时间耗费并且提高了评价结果的可重复性。按照所述评价方法可以适用于各种车型的异响性能评价。
按照本发明的一种实施方式，计算时变频谱中各点的声压相对于其相邻的时间区间和/或相邻的频率区间的变化量包括：对于时变频谱中每一点分别确定与该点的当前时间相邻的时间区间(特别是在当前时间之前的时间区间、例如1ms、2ms、5ms、10ms、50ms、100ms、 200ms的时间区间)之内的声压的平均值以及与该点的当前频率相邻的频率区间(如4个、8个、10个采样点或者1巴克、2巴克、5巴克、 1Mel、2Mel、5Mel等)之内的声压的平均值，并且通过综合该点的声压与这些平均值的差值来计算所述变化量，或者对于时变频谱中每一点分别确定与该点相邻的时间-频率区域之内(例如1巴克*50ms、 2Mel*200ms等)的声压的平均值，并且通过求得与该点的声压与该平均值的差值来计算所述变化量。在此，将在当前的声压之前的设定时间区间之内的声压平均值、在所述与当前频率相邻的频率区间之内的声压平均值和/或在与当前点相邻的时间-频率区域之内的声压平均值作为声压的参考值，通过计算当前的声压的实际值与所述参考值之间的差值能够得到所述声压的相对变化。特别是如果所述变化量超过预先设定的阈值，则认为所检测的声音足以被人判定为噪音，因此判断出所述车辆异响性能差。在此，也可以考虑取所述差值在整个时变频谱中的最大值、平均值、均方根等来评价所述车辆的异响性能，特别是将所述最大值、平均值、均方根与预先设定的阈值比较。
按照本发明的一种实施方案，通过加权计算该点的声压与相邻的时间区间之内的声压的平均值的差值以及与相邻的频率区间之内的声压的平均值的差值来综合该点的声压与这些平均值的差值。在此通过加权计算来调整时间特征与频率特征对于噪音评价的不同的贡献度。例如分别设置对于时域和频域的变化量的加权系数，得到经加权的变化量。这样得到的加权后的总值或者平均值更能够同时考虑人耳对于时间变化或频率变化的不同响应程度。
在本发明中可以截取在预定的时间段内(例如10s)的信号进行处理。由此，减少了信号处理单元要处理的数据量，从而提高处理效率。优选地，可以截取多组所述预定的时间段内的信号，以便对评价结果取平均值，提高所述评价方法的准确性。在所述信号处理单元中，可以通过预先设置的时间窗在所述所检测的信号上滑动。所述时间窗可以是矩形窗、汉宁窗(Hanning)、海明窗(Hamming)等。由此，将所述信号截取为长度与所述时间窗的长度相应的多组信号。
按照本发明的一种实施方式，通过快速傅立叶变换或听觉模型将所述信号变换到频域中。在所述听觉模型中例如可以应用人耳响应的传递函数和生理及心理效应。首先，利用外耳到内耳的传递函数对所述声音信号进行预处理。接着考虑耳蜗的分频效应，耳蜗的外端对高频敏感，内端对低频敏感，这样的特性可以用一组中心频率不同的带通滤波器来模拟。然后，声波振动沿基膜传播并在听觉神经纤维内产生电流。由于神经纤维在传递电信号时将电信号限制在最大频率以下，所以使用低通滤波器来简化模型。所述听觉模型可以基于人耳生理学结构建立，充分考虑了心理声学因素，因此能够良好地模拟人耳听觉***。
按照本发明的一种实施方式，在将所述信号变换到频域中之前，借助计权网络和/或滤波器来预处理所述信号、特别是滤除500Hz以内的信号。由于人耳对不同的声音频率具有不同的敏感度，为了模拟人耳的听觉响应，可以借助滤波器形式的计权网络，例如A计权网络、B计权网络、C计权网络。借助所选择的计权网络来修正要处理的信号，从而提高所述评价方法对于人耳听觉的符合度和准确度。此外，优选地借助滤波器来预处理所述信号、特别是滤除500Hz以内的信号。当车辆在测试条件下行驶时，设置在车辆内部的传声器不仅采集到车辆内部的车辆异响，而且可能采集到车辆的底盘噪声、路面噪声、胎噪等干扰噪声。通过设定500Hz的下限能够滤除这些干扰噪声，从而提高所述评价方法的准确度。优选地，在进行车辆异响测试前，确保车辆胎压满足厂家规定的胎压要求，以防胎压噪声对评价结果的影响。更优选地，通过带通滤波器仅保留500Hz至10000Hz的信号，进一步简化信号处理。
按照本发明的一种实施方式，在车辆内部中设置多个传声器，所述多个传声器分别采集驾驶员左耳、副驾驶员右耳、左后乘客左耳和右后乘客右耳的声音。这样，设置在车辆内部的多个传声器、即麦克风可以用于分别检测在车辆内部的不同区域的声音。所述多个传声器分别与数据处理装置相连接，并且在测试时共同记录或者传输到、特别是有线或无线地传输到信号处理单元中。由于车辆异响通常出现在车辆的内饰部件处，并且被乘客人耳感知。所述多个传声器按照这样的布置方式能够采集到不同乘员所在的区域的异响信号。此外，根据所述传声器中的其中一个或多个传声器所检测的声音信号不同计算结果还可以判断出车辆的特定位置存在异响，则可以对所述传声器附近的车辆内饰部件进行噪声源排查。因此，该实施方式可以对车辆内的异响进行定位。
优选地，在车辆座椅置于滑轨中间位置，座椅靠背保持垂直的情况下，所述各传声器分别位于：距离座垫高度70cm、距离头枕前表面 15cm和距离头枕左右对称轴15cm的位置。所述传声器靠近乘客耳朵所在的位置，从而能够确保通过传声器所采集的与人耳所听到的声音信号相接近。
按照本发明的一种实施方式，所述测试条件为车辆分别以20kph、 25kph、30kph、35kph的目标速度匀速行驶在粗糙和光滑的比利时路面上。所述比利时路面是人工砌筑而成的典型凸凹坏路、例如鹅卵石路、石块路、扭曲路、搓板路等。所述粗糙和光滑的比利时路面分别是指凹凸程度较大和凹凸程度较小的非平滑路面。当车辆以低速匀速行驶在比利时路上时，所述比利时路面为底盘提供激励，从而引起车辆的内饰部件发出异响。此外，在车辆低速行驶时，因为发动机的转速较低，所以发动机噪音的声压或者说声压级较低，不会对车辆异响的测试造成影响。
按照本发明的一种实施方式，使用GPS监测车辆达到所述目标速度。当车辆以偏离于所述目标速度行驶在比利时路面上时，由激励引起的车内零部件之间的摩擦和碰撞的声音特性可能改变，从而影响比较结果。因此，为了实现评价方法的可重复性应确保车辆达到所述目标速度。
按照本发明的第二方面涉及一种计算机可读介质，在所述计算机可读介质上存储有计算机程序，该计算机程序在被处理器执行时实施按照本发明用于车辆异响性能的评价方法。
按照本发明的第三方面涉及一种用于车辆异响性能的评价***，所述评价***包括：
-车辆内部的传声器，用于检测车辆内部的声音；
-信号处理单元，用于处理从所述传声器中输出的信号，所述信号处理单元包括：
-变换模块，用于将所述信号变换到频域中，以得到所述经预处理的信号的时变频谱；
-计算模块，用于计算时变频谱中各点的声压相对于其相邻的时间区间以及相邻的频率区间的变化量；
-评价模块，用于基于所述变化量来评价所述车辆的异响性能。
按照本发明的评价***能够对车辆异响进行客观的评价，减少了主观评价中人为因素对评价结果的干扰，并且减少了人员和时间耗费并且提高了评价结果的可重复性。按照所述评价***可以适用于各种车型的异响性能评价。与现有技术中直接采用声学参数(如响度、尖锐度、粗糙度等)的相对值来评价车辆异响性能相比，按照本发明的评价***通过计算声音信号的相对变化量来评价车辆异响性能能够更接近人耳的听觉效应，从而得到更准确且符合实际的评价效果。
按照本发明的一种实施方式，所述计算模块对于时变频谱中每一点分别确定与该点的当前时间相邻的时间区间之内的声压的平均值以及与该点的当前频率相邻的频率区间之内的声压的平均值，并且通过综合、特别是加权综合该点的声压与这些平均值的差值来计算所述变化量，或者所述计算模块对于时变频谱中每一点分别确定与该点的相邻的时间-频率区域之内的声压的平均值，并且通过求得与该点的声压与该平均值的差值来计算所述变化量。
按照本发明的一种实施方式，所述变换模块通过快速傅立叶变换或听觉模型将所述信号变换到频域中。
所述信号处理单元包括预处理模块，所述预处理模块用于借助计权网络和/或滤波器来预处理从所述传声器中输出的信号、特别是滤除 500Hz以内的信号。
对于按照本发明一个方面的各实施方式、功能、优势和效果以相应的方式也适用于按照本发明其他方面。
附图说明
图1示出一种用于车辆异响性能的评价方法的流程图；
图2示出一种用于车辆异响性能的评价方法的另一种实施方式的流程图；
图3示出一种用于车辆异响性能的评价***；
图4示出多个传声器在车辆内的位置；
图5a示出一个传声器相对于车辆座椅的位置的侧视图；
图5b示出一个传声器相对于车辆座椅的位置的主视图。
具体实施方式
图1示出一种用于车辆异响性能的评价方法的流程图。所述方法包括：
步骤S1：在测试条件下，利用设置在车辆内部的传声器检测车辆内部的声音。
步骤S2：通过信号处理单元来处理从所述传声器中输出的信号，该步骤包括：
步骤S2a：将所述信号变换到频域中，以得到所述经预处理的信号的时变频谱；
步骤S2b：计算时变频谱中各点的声压相对于其相邻的时间区间以及相邻的频率区间的变化量。
步骤S3：基于所述变化量来评价所述车辆的异响性能。
优选地，步骤S2a中，通过快速傅立叶变换或听觉模型将所述信号变换到频域中。
优选地，步骤S2b包括：对于时变频谱中每一点分别确定与该点的当前时间相邻的时间区间之内的声压的平均值以及与该点的当前频率相邻的频率区间之内的声压的平均值，并且通过综合该点的声压与这些平均值的差值来计算所述变化量，或者对于时变频谱中每一点分别确定与该点相邻的时间-频率区域之内的声压的平均值，并且通过求得与该点的声压与该平均值的差值来计算所述变化量。特别是，通过加权计算该点的声压与相邻的时间区间之内的声压的平均值的差值以及与相邻的频率区间之内的声压的平均值的差值来综合该点的声压与这些平均值的差值。
按照本发明的测试条件可以为车辆分别以20kph、25kph、30kph、 35kph的目标速度匀速行驶在粗糙或光滑的比利时路面上。其中，特别是使用GPS来监测车辆处于所述目标速度。
在步骤S3中，特别是通过与预先设定的阈值比较来判定车辆异响性能。在此，可以考虑取在S2b中所计算的声压变化量在整个时变频谱中的最大值、平均值、均方根等来评价所述车辆的异响性能，特别是将所述最大值、平均值、均方根与预先设定的阈值比较。优选地预先通过将所计算的声压变化量与主观评价的结果相关联来规定所述阈值。例如将先后或同时对同一车辆在相同测试条件下的声压变化量与主观评价结果相关联，如建立分段函数、查找表等。此外，还可以同时将对同一车辆在相同测试条件下所检测的其他声学参数、例如响度、 A声级、粗糙度、尖锐度、抖动度、音调度等纳入到参考范围。例如，对声压变化量与相应主观评价结果在参考所述其他声学参数的情况下进行数学建模。特别是利用这些数据训练神经网络模型，使得将所计算的声压变化量作为输入值输入到神经网络模型中便能够输出客观评价结果，而该评价结果能够对应于在相同测试条件下人工进行的主观评价结果，从而进一步智能化地来评价车辆的异响性能。在此，可以借助于测试分析软件HeadArtemiS SUITE 11.0中Relative Approach 方法对传声器的信号进行分析。其中可以借助于其定义的压缩声压来评估按照本发明的变化量，进而评价汽车异响性能。此外示例性地，对于500Hz-10000Hz以内的信号可以设定阈值为3.5cPa。这例如意味着，在低于此阈值时，车辆异响性能较好，而高于此阈值时，车辆异响性能差，需要对该传声器附近的车辆内饰部件进行噪声源排查。如果锁定问题零部件，则可以需要排查问题部件与相配合零部件的配合尺寸、与相配合部件的连接方式、问题部件和相配合零部件的材料类型、问题零部件与相配合部件的接触面表面处理方式。
图2示出一种用于车辆异响性能的评价方法的另一种实施方式的流程图。在此，图2中也包含了图1中所示的用于车辆异响性能的评价方法的步骤S1至S3。对这些步骤的描述参见对图1的说明。
在步骤S1后附加地包括步骤S4，在将所述信号变换到频域中之前，借助计权网络和/或滤波器来预处理所述信号、特别是滤除500Hz 以内的信号。
图3示出一种用于车辆异响性能的评价***1，所述***1包括：
-车辆内部的传声器2，用于检测车辆内部的声音；
-信号处理单元3，用于处理从所述传声器中输出的信号，所述信号处理单元包括：
-变换模块31，用于将所述信号变换到频域中，以得到所述经预处理的信号的时变频谱；
-计算模块32，用于计算时变频谱中各点的声压相对于其相邻的时间区间以及相邻的频率区间的变化量；
-评价模块33，用于基于所述变化量来评价所述车辆的异响性能。
在优选的实施形式中，所述信号处理单元3还包括预处理模块34，所述预处理34模块用于借助计权网络和/或滤波器来预处理从所述传声器中输出的信号、特别是滤除500Hz以内的信号。
此外优选地，所述计算模块32对于时变频谱中每一点分别确定与该点的当前时间相邻的时间区间之内的声压的平均值以及与该点的当前频率相邻的频率区间之内的声压的平均值，并且通过综合、特别是加权综合该点的声压与这些平均值的差值来计算所述变化量，或者所述计算模块32对于时变频谱中每一点分别确定与该点的相邻的时间- 频率区域之内的声压的平均值，并且通过求得与该点的声压与该平均值的差值来计算所述变化量。
还优选地，所述变换模块31通过快速傅立叶变换或听觉模型将所述信号变换到频域中。
图4示出多个传声器11在车辆内的位置。所述多个传声器11分别采集驾驶员左耳、副驾驶员右耳、左后乘客左耳和右后乘客右耳的声音。由于车辆异响通常出现在车辆的内饰部件中，并且被乘客人耳感知。所述多个传声器按照图4中的布置能够采集到乘客所在的区域的异响信号。
图5a示出其中一个传声器11相对于车辆座椅2的位置的侧视图。图5b示出图5a中的传声器11相对于车辆座椅2的位置的主视图。在车辆座椅2置于滑轨中间位置，座椅靠背保持垂直的情况下，所述各传声器11分别位于：距离座垫高度70cm、距离头枕前表面15cm和距离头枕左右对称轴15cm的位置。所述传声器靠近乘客耳朵所在的位置，从而能够确保通过传声器所采集的与人耳所听到的声音信号相接近。所述传声器11相对于座椅2的位置可以根据车内乘员的身高、姿态等进行调整，以便使所述传感器11接近人耳所在的位置。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (15)
1.用于车辆异响性能的评价方法，所述方法包括如下步骤：
-在测试条件下，利用设置在车辆内部的传声器检测车辆内部的声音；
-通过信号处理单元来处理从所述传声器中输出的信号，包括：
-将所述信号变换到频域中，以得到所述经预处理的信号的时变频谱；并且
-计算时变频谱中各点的声压相对于其相邻的时间区间以及相邻的频率区间的变化量；
-基于所述变化量来评价所述车辆的异响性能。
2.按照权利要求1所述的评价方法，其特征在于，计算时变频谱中各点的声压相对于其相邻的时间区间和/或相邻的频率区间的变化量包括：
-对于时变频谱中每一点分别确定与该点的当前时间相邻的时间区间之内的声压的平均值以及与该点的当前频率相邻的频率区间之内的声压的平均值，并且通过综合该点的声压与这些平均值的差值来计算所述变化量，或者
-对于时变频谱中每一点分别确定与该点相邻的时间-频率区域之内的声压的平均值，并且通过求得与该点的声压与该平均值的差值来计算所述变化量。
3.按照权利要求2所述的评价方法，其特征在于，通过加权计算该点的声压与相邻的时间区间之内的声压的平均值的差值以及与相邻的频率区间之内的声压的平均值的差值来综合该点的声压与这些平均值的差值。
4.按照权利要求1至3之一所述的评价方法，其特征在于，通过快速傅立叶变换或听觉模型将所述信号变换到频域中。
5.根据权利要求1至4之一所述的评价方法，其特征在于，在将所述信号变换到频域中之前，借助计权网络和/或滤波器来预处理所述信号、特别是滤除500Hz以内的信号。
6.根据权利要求1至5之一所述的评价方法，其特征在于，在车辆内部中设置多个传声器，所述传声器分别采集驾驶员左耳、副驾驶员右耳、左后乘客左耳和右后乘客右耳的声音。
7.根据权利要求6所述的评价方法，其特征在于，车辆座椅置于滑轨中间位置，座椅靠背保持垂直的情况下，所述各传声器分别位于：距离座垫高度70cm、距离头枕前表面15cm和距离头枕左右对称轴15cm的位置。
8.根据权利要求1至7之一所述的评价方法，其特征在于，所述测试条件为车辆分别以20kph、25kph、30kph、35kph的目标速度匀速行驶在粗糙或光滑的比利时路面上。
9.按照权利要求8所述的评价方法，其特征在于，使用GPS来监测车辆处于所述目标速度。
10.按照权利要求1至9之一所述的评价方法，其特征在于，通过与预先设定的阈值比较来判定车辆异响性能。
11.计算机可读介质，在所述计算机可读介质上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序在被处理器执行时实施权利要求1至10之一所述的用于车辆异响性能的评价方法。
12.用于车辆异响性能的评价***，所述***包括：
-车辆内部的传声器，用于检测车辆内部的声音；
-信号处理单元，用于处理从所述传声器中输出的信号，所述信号处理单元包括：
-变换模块，用于将所述信号变换到频域中，以得到所述经预处理的信号的时变频谱；
-计算模块，用于计算时变频谱中各点的声压相对于其相邻的时间区间以及相邻的频率区间的变化量；
-评价模块，用于基于所述变化量来评价所述车辆的异响性能。
13.按照权利要求12所述的评价***，其特征在于，
-所述计算模块对于时变频谱中每一点分别确定与该点的当前时间相邻的时间区间之内的声压的平均值以及与该点的当前频率相邻的频率区间之内的声压的平均值，并且通过综合、特别是加权综合该点的声压与这些平均值的差值来计算所述变化量，或者
-所述计算模块对于时变频谱中每一点分别确定与该点的相邻的时间-频率区域之内的声压的平均值，并且通过求得与该点的声压与该平均值的差值来计算所述变化量。
14.按照权利要求12或13所述的评价***，其特征在于，所述变换模块通过快速傅立叶变换或听觉模型将所述信号变换到频域中。
15.按照权利要求12至14之一所述的评价***，其特征在于，所述信号处理单元包括预处理模块，所述预处理模块用于借助计权网络和/或滤波器来预处理从所述传声器中输出的信号、特别是滤除500Hz以内的信号。
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