NVH研究及评价方法.doc

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1、NVH研究及评价方法蒋鑫青岛理工大学，青岛，中国，【摘要】噪声、振动与声振粗糙度,是衡量汽车制造质量的一个综合性问题，它给汽车用户的感受是最直接和最表面的。业界将噪声、振动与舒适性的英文缩写为NVH（Noise、Vibration、Harshness），统称为车辆的NVH问题，研究汽车的NVH特性首先必须利用CAE技术建立汽车动力学模型，已经有几种比较成熟的理论和方法。车辆NVH 特性已越来越受厂家和客户的重视，因此如何开展NVH 的评价、诊断对于解决NVH问题非常关键，它也在产品开发过程中的标杆研究和产品定型、积累设计数据起非常重要的作用。【关键词】NVH；研究方法；评价标准About NV

2、H Research and Evaluation MethodsJiang XinQingdao Technological University Qingdao.CAbstract: Noise, sound vibration and harshness is a comprehensive measure of the quality of the car manufacturing to car users feel is the most direct and the surface. The industry will be noise, vibration and comfor

3、t abbreviation for NVH collectively referred to as the vehicle NVH issues the research vehicle.NVH characteristics must first be using CAE technology vehicle dynamics model has several mature theory and method. Vehicle NVH characteristics have become more and more attention by the manufacturers and

4、customers, and how to carry out the NVH evaluation, diagnosis is crucial for solving NVH problems, it is also the benchmark in the product development process and product styling, design data is accumulated important role.Key words:NVH; research method; evaluation criterion第一章 绪论1.1 NVH简介汽车在使用一段时间之后

5、，一些元件(如传动系的齿轮、联轴节、悬架中的橡胶衬套、制动器中的制动盘等)的磨损将对整车的NVH特性产生重要影响，它们的强度、可靠性和灵敏度分析是研究整车特性的重要工作，这也就是所谓高行驶里程下汽车NVH特性的研究。汽车NVH是指在汽车驾乘过程中，驾乘人员感受到的噪声(Noise)、振动(Vibration)和声振粗糙度(Harshness)。由于以上三者是同时出现且密不可分的，因此常把它们放在一起进行研究，其中噪声的频率范围为30Hz 至40kHz，主要指驾乘人员听到的车内噪声。振动的频率范围为1200Hz，主要是驾乘人员感受到的来自于转向盘、地板和座椅的振动。声振粗糙度是指噪声和振动的品质

6、，是描述人体对振动和噪声的主观感受的指标，不能直接用客观测量方法来度量。由于声振粗糙度描述的是振动和噪声使人不舒适的感觉，因此又称Harsh-ness为不平顺性，又因为声振粗糙度经常用来描述冲击激励产生的使人极不舒适的瞬态响应，因此也称Harshness为冲击特性。汽车的NVH特性是汽车行业与相关汽车零部件行业关注的综合性问题之一。有统计资料显示，汽车整车的故障中，约有i3的故障问题是和汽车的NVH问题有关，世界各大汽车公司有近20的研发费用投入在解决汽车的NVH问题上。1.2 NVH研究能力现状目前，国内的大部分主机厂在NVH方面投入了较多硬件和软件，培养了一定数量的专业人员，但是总体水平和

7、国外相比还有一定的差距。国内一些生产NVH零部件的厂家以往主要靠制造产品为主(汽车主机厂提供图样、工艺标准等)，主机厂的同步开发能力普遍较差，可提供的同步开发研究手段、分析方法并不多；同时。零部件厂家在NVH人才队伍方面的建设和培养意识也较弱。近年来，受国际通行的同步开发、模块化供应和系统供货等配套方式的影响，这些厂家已经意识到了参与主机厂NVH前期设计和匹配开发的重要性。目前，国内一些零部件厂家已经对汽车NVH控制的主系统具备了一定的同步开发能力，如动力总成悬置系统、底盘橡胶减振系统、发动机排气系统振动控制等重要子系统和一些重要的零部件系统(如发动机曲轴扭转减振器)等，一些零部件厂家在NVH

8、硬件开发、人才队伍建设方面投入较多，已经取得了一定成效，明显缩小了与国外优秀同行的差距。随着汽车市场竞争加剧，提高产品开发品质缩短开发周期成为汽车研发的必然趋势。现代整车研发周期不断缩短，传统的样车试验和设计循环研发模式已被淘汰，前沿的CAE技术使数字样机仿真完全代表样车试验并在样车试制前对各种性能进行改进。与实车测试相比CAE仿真成本较低且对顾客需求、设计要求和各类约束反应迅速，能够平衡考虑汽车各种性能实现最优设计。第二章 NVH振动与噪声2.1 振动噪声来源车内振动主要来自于两个方面，其一是由动力总成振动向车内的传递；其二是由路面激励通过轮胎向车内的传递。车内噪声通常也来自两个方面，其一是

9、由动力总成及附件噪声、轮胎噪声、风噪声等空气噪声向车内的传递；其二是由底盘、车身等结构件振动传递到车厢而引起的结构噪声。由车内振动和噪声的传递路径可知，振动问题和噪声问题往往是耦合在一起的。由于振动和噪声源往往无法改变或很难在短时间内进行优化改进，因此在一款新车型的开发过程中，工程人员往往通过设计优化NVH零部件来控制车辆振动噪声传递路径制振动和噪声的传递路径，从而实现对整车NVH目标的控制。2.2 NVH减振降噪NVH零部件通常分为减振产品和降噪产品两大类。减振产品主要包括橡胶减振产品、弹簧阻尼减振产品，其中，橡胶减振产品在车内的分布最为广泛，用于动力总成、车身、底盘等各类结构件之间的弹性连

10、接和缓冲。弹簧阻尼减振器主要包括各类悬架弹簧及液压筒式减振器，轮胎和车身的弹性连接起到阻尼的作用。降噪产品主要包括隔音吸音产品(通常简称为隔音产品)和密封产品，隔音产品涵盖范围很广，主要分布于发动机舱、乘员厢、行李厢和底盘，其中顶棚、主地毯等在内的大部分内饰件同时也是车内噪声控制的重要零部件。因此，在NVH领域往往被作为隔音产品进行考虑。密封产品主要是指各类门、窗密封条，其目的是通过密封来隔绝空气噪声的传递。第三章 NVH技术特点3.1 NVH研究方法手段汽车NVH问题涉及汽车的多个子系统以及各子系统之间的匹配关系，是一个涉及到多学科的系统性及综合性的问题。也是迄今为止没有一个成熟而通用的产品

11、可以解决汽车中遇到的各种振动与噪声问题的原因之一。在汽车NVH设计过程中，一是要注意前期的开发，也就是在汽车产品的最初开发阶段就需考虑NVH相关方面的设计。例如，在进行动力总成悬置系统的设计时，悬置安装位置的选择在设计的初期就应该考虑悬置系统的振动控制和隔振性能。在前期开发的时候，就应该对各个子系统和零部件设定好NVH性能目标。同时，汽车NVH设计是一个系统工程，只要部件有运动就有NVH性能的要求，各个部件要和子系统的性能要求进行匹配，各个子系统之间的性能也要进行匹配。NVH开发中的主要技术手段如下所述：研究汽车的NVH特性首先必须利用CAE技术建立汽车动力学模型，已经有几种比较成熟的理论和方

12、法。 1.多体系统动力学方法：将系统内各部件抽象为刚体或弹性体，研究它们在大范围空间运动时的动力学特性。在汽车NVH特性的研究中，多体系统动力学方法主要应用于底盘悬架系统、转向传动系统低频范围的建模与分析。 2.有限元方法(FEM)：是把连续的弹性体划分成有限个单元，通过在计算机上划分网格建立有限元模型，计算系统的变形和应力以及动力学特性。由于有限元方法的日益完善以及相应分析软件的成熟，使它成为研究汽车NVH特性的重要方法。一方面，它适用于车身结构振动、车室内部空腔噪声的建模分析；另一方面，与多体系统动力学方法相结合来分析汽车底盘系统的动力学特性，其准确度也大大提高。 3.边界元方法(BEM)

13、：与有限元方法相比，边界元方法(BEM)降低了求解问题的维数，能方便地处理无界区域问题，并且在计算机上也可以轻松地生成高效率的网格，但计算速度较慢。对于汽车车身结构和车室内部空腔的声固耦合系统也可以采用边界元法进行分析，由于边界元法在处理车室内吸声材料建模方面具有独特的优点，因此正在得到广泛的应用。 4.统计能量分析(SEA)方法：以空间声学和统计力学为基础的统计能量分析(SEA)方法是将系统分解为多个子系统，研究它们之间能量流动和模态响应的统计特性。它适用于结构、声学等系统的动力学分析。对于中高频（300HZ）的汽车NVH特性预测，如果采用FEM或BEM建立模型，将大大增加工作量而且其结果准

14、确度并不高，因此这时采用统计能量分析方法是合理的。有人利用SEAM软件对某皮卡车建立了SEA模型，分析了它在250Hz以上的NVH特性并研究了模型参数对它的影响，得到令人满意的结果。3.2 NVH在整机设计中的应用分析技术不能停滞在振动噪声改进的水平上，而应在汽车设计时及早进行NVH设计同时，进行早期的NVH设计，其减振降噪的作用及效果更加良好，且费用低廉 随开发时间推移进行实施NVH设计。目前，随着汽车振动理论分析和试验分析的不断发展提高，已逐步能够在汽车设计的时候，为汽车的振动性能进行规划设计，从而将NVH分析技术贯穿在汽车设计的整个过程中，这就是NVH设计思想的主要部分。汽车振动的NVH

15、设计有很多方法，其总体过程可分为以下几个步骤进行：1.综合考虑标杆车、发动机的振动噪声及相关的强制标准，制订整车振动噪声的设计指标：产品的NVH性能指标；2.进行整车、各子系统及部件的振动频率范围分配：参照标杆车及各配套产品的NVH性能，对整车各子系统及部件的振动频率范围初步拟订；3.针对频率分配进行主要部件（车身等）的设计开发，并进行计算模态分析：在设计阶段，利用CAE对主要部件进行计算模态分析，并优化，以得到最佳的模态频率与主振型；4.对配套的总成及部件进行计算模态分析或试验模态分析：对子系统及较大的零部件进行计算模态分析或试验模态分析，对模态频率和主振型进行优化，并对连接件或支架提出要求

16、；5.根据频率分配表对各部分进行调整改进，以保证各部分的振动频率错开：一般要求3至5HZ或10% 范围，对于次要部件，应保证相邻部件频率错开，这样，可尽可能避免共振现象的发生，至少不会因为相邻的固有频率一致将振动放大；6.进行计算模态与试验模态的综合：利用CAE将各子系统总成及部件的模态进行综合分析，对于振动噪声较大的频率进行进一步的调整、修改，对连接位置进行优化，以达到设计指标的要求；7.进行试制生产，对样车进行主客观评价 ：确定产品是否达到设计要求，对不足之处进行补救 ，此时改进措施所产生的效果很小，而费用是相当昂贵。第四章 NVH评价方法4.1主观评价常用NVH现象晃动：指车身、发动机左

17、右摆动的振动现象，一般为车身和发动机的低频刚体运动。跳动：指车身、发动机上下颠簸的振动现象，一般为车身和发动机的低频刚体运动。撺动：指车辆、发动机前后振动的现象。抖动：指车辆的振动现象，有手脚发麻的感觉，频率在10-30Hz范围内。如方向柱、底板、仪表板抖动等。摆动：指方向盘扭转振动现象，主要是由车轮不平衡和转向系共振诱发。低频噪声：指结构噪声，由结构振动引发，频率在20-500Hz。中高频噪声：指空气噪声，频率在250-5000Hz。啸叫声(Whistle)：口哨声，一般由增压器、进气系统发出4.2 动力传动系噪声操作条件：1.在定置条件下缓慢踩油门发动机转速从怠速升至额定转速。2.在平坦路

18、面上，分别在各加速档位下WOT（急加速）/part load（缓加速）/Coast（滑行）。评价内容：1.发动机噪声评价定置工况下车内噪声的大小和三种工况下的车内噪声差别，以及进行换档操作，听声音有无异常噪声及大小，如增压器啸叫声、“呜呜”声、进排气噪声、高频噪声等。并判断车身的隔声效果。2.变速器变速器有无“呜呜”声、卡嗒声等。3.后桥有无异响声响。4.车身振动方向盘、底板、变速杆、座椅、后视镜的振动大小，及有无跟发动机转速有关的共振。4.3 道路NVH 性能操作条件：1.平坦路中高速匀速操作、从前进低档到高档连续加档操作及相应的减档操作。2.粗糙路（小卵石路），按道路可靠性所规定的档位和速

19、度匀速操作，一般为3档50 km/h。3.减速带匀速10、20、30km/h，3档。评价内容：1.在平坦路中高速均匀工况下行驶时，在前后座上评价轮胎与地面接触噪声，有无道路隆隆声；2.在平坦路中高速均匀工况下行驶时，3.在平坦路中高速均匀工况转向系统（方向盘）是否摆动；4.在平坦路中高速均匀工况下行驶时，评价方向盘、座椅、底板的抖动大小，判断是否由于车轮或发动机激励输入与悬挂系统共振所致；5.在平坦路面上，加减档时车辆是否有抖动；6.在粗糙路面上，评价方向盘、座椅、低板振动量级，及车内噪声和声音品质；7.在粗糙路面上，对前后座椅进行评估，感觉座椅是否能良好地隔离路面输入，是传递还是放大了路面激

20、励；8.在粗糙路面上，评价语言清晰度，是否要提高讲话的音量； 9.在粗糙路面上行驶时，评价是否存在吱吱嘎嘎声、嗡嗡声和卡嗒声，响度是否很大，和声音是否很厌烦； 10.在车辆经过单个凸块时，车辆是否能立刻吸收冲击并变得平缓，很快的衰减； 11.在车辆经过单个凸块时，声音粗糙度是否良好，有无令人厌烦的声音。4.4 风噪声操作条件：平坦路匀高速操作，速度应大于80km/h。评价内容：评估急速气流掠过车身、车窗、天线和车门所产生的噪声，听A柱附近和后视镜周围是否有口哨声，相关噪声大还是小、声音是否柔和、或是否吵杂和粗糙、车辆是否不受哨声和漏气的影响。4.5 机电系统NVH内部附件：玻璃升降器、电动天窗

21、、电动滑门、空调和 暖风系统等。外部附件：洗涤器、雨刮器、电动天线、电动后视镜等操作条件：在车辆定置状态下操作电器附件使其正常工作。评价内容：评价内部电器和外部电器附件工作时的噪声量级、声音品质的好坏（声音是否很厌烦、刺耳）。4.6驾驶操作性 操作条件：1.起步操作2.怠速行驶3.低速行驶时不断地猛踩/放松油门踏板、换档操作、踩离合和松离合。4.中高速行驶时不断地轻点/轻松油门踏板、换档操作。5.匀速、加速和减速行驶评价内容：1.评价发动机在起步时工作的稳定性；2.怠速行驶时车辆是否抖动，怠速是否过低；3.在低速换挡时车辆是否前后窜动（悬挂柔性）、发动机是否前后撺动（悬置前后刚度），及车辆能否

22、良好控制；4.踩离合、松离合是车辆是否抖动，车辆能否良好控制5.在中高速时轻点/轻松油门踏板、换档操作时，是否有抖动现象，车辆能否良好控制6.匀速、加速和减速时的稳定性7.传动系（如后桥）是否有异常噪声。第五章 总结现在的汽车设计依赖计算机设计软件的辅助，汽车降噪减振设计也是如此。在开发过程中，设计者从电脑调出材料并进行模拟测试，再与样车测试对比，最后决定是否正式生产，节省了时间、人力和财力。目前国外巳有用于研究汽车噪声与振动的软件工具，帮助设计者识别、隔离和排除可能的噪声源。主要了解NVH在汽车领域的研究及应用方法，建立有效的评价标准和方法。参考文献1 黄遵国，王 彦。汽车振动噪声(NVH)控制汽车工业面临的新问题研发与设计。2 王芷。汽车NVH性能开发的关键技术及相关建议.3 张守元，张义民。整车NVH结构噪声子系统设计方法.4 陈明。基于车内噪声的轿车NVH改进.5 丁玉兰。人机工程学.6 Rajendra Singh ，Challenges in Vehicle NVH: Contemporary Design, Research and Education Issues.