NVH研究应用及评价方法.doc

NVH研究及评价办法

蒋鑫
青岛理工大学，青岛，中华人民共和国，266520

【摘要】噪声、振动与声振粗糙度,是衡量汽车制造质量一种综合性问题，它给汽车顾客感受是最直接和最表面。业界将噪声、振动与舒服性英文缩写为NVH（Noise、Vibration、Harshness），统称为车辆NVH问题，研究汽车NVH特性一方面必要运用CAE技术建立汽车动力学模型，已有几种比较成熟理论和办法。车辆NVH 特性已越来越受厂家和客户注重，因而如何开展NVH 评价、诊断对于解决NVH问题非常核心，它也在产品开发过程中标杆研究和产品定型、积累设计数据起非常重要作用。

【核心词】NVH；研究办法；评价原则
About NVH Research and Evaluation Methods
Jiang Xin
Qingdao Technological University Qingdao.China.266520

Abstract：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 comfort 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 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，某些元件(如传动系齿轮、联轴节、悬架中橡胶衬套、制动器中制动盘等)磨损将对整车NVH特性产生重要影响，它们强度、可靠性和敏捷度分析是研究整车特性重要工作，这也就是所谓高行驶里程下汽车NVH特性研究。
汽车NVH是指在汽车驾乘过程中，驾乘人员感受到噪声(Noise)、振动(Vibration)和声振粗糙度(Harshness)。由于以上三者是同步浮现且密不可分，因而常把它们放在一起进行研究，其中噪声频率范畴为30Hz 至40kHz，重要指驾乘人员听到车内噪声。振动频率范畴为1～200Hz，重要是驾乘人员感受到来自于转向盘、地板和座椅振动。声振粗糙度是指噪声和振动品质，是描述人体对振动和噪声主观感受指标，不能直接用客观测量办法来度量。由于声振粗糙度描述是振动和噪声使人不舒服感觉，因而又称Harsh-ness为不平顺性，又由于声振粗糙度经惯用来描述冲击勉励产生使人极不舒服瞬态响应，因而也称Harshness为冲击特性。
汽车NVH特性是汽车行业与有关汽车零部件行业关注综合性问题之一。有记录资料显示，汽车整车故障中，约有i／3故障问题是和汽车NVH问题关于，世界各大汽车公司有近20％研发费用投入在解决汽车NVH问题上。
1.2 NVH研究能力现状
当前，国内大某些主机厂在NVH方面投入了较多硬件和软件，培养了一定数量专业人员，但是总体水平和国外相比尚有一定差距。国内某些生产NVH零部件厂家以往重要靠制造产品为主(汽车主机厂提供图样、工艺原则等)，主机厂同步开发能力普遍较差，可提供同步开发研究手段、分析办法并不多；同步。零部件厂家在NVH人才队伍方面建设和培养意识也较弱。
近年来，受国际通行同步开发、模块化供应和系统供货等配套方式影响，这些厂家已经意识到了参加主机厂NVH前期设计和匹配开发重要性。
当前，国内某些零部件厂家已经对汽车NVH控制主系统具备了一定同步开发能力，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某些重要零部件系统(如发动机曲轴扭转减振器)等，某些零部件厂家在NVH硬件开发、人才队伍建设方面投入较多，已经获得了一定成效，明显缩小了与国外先进同行差距。
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必然趋势。当代整车研发周期不断缩短，老式样车实验和设计循环研发模式已被裁减，前沿CAE技术使数字样机仿真完全代表样车实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、设计规定和各类约束反映迅速，可以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
车内振动重要来自于两个方面，其一是由动力总成振动向车内传递；其二是由路面勉励通过轮胎向车内传递。
车内噪声普通也来自两个方面，其一是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传递；其二是由底盘、车身等构造件振动传递到车厢而引起构造噪声。
由车内振动和噪声传递途径可知，振动问题和噪声问题往往是耦合在一起。由于振动和噪声源往往无法变化或很难在短时间内进行优化改进，因而在一款新车型开发过程中，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途径制振动和噪声传递途径，从而实现对整车NVH目的控制。
2.2 NVH减振降噪
NVH零部件普通分为减振产品和降噪产品两大类。减振产品重要涉及橡胶减振产品、弹簧阻尼减振产品，其中，橡胶减振产品在车内分布最为广泛，用于动力总成、车身、底盘等各类构造件之间弹性连接和缓冲。
弹簧阻尼减振器重要涉及各类悬架弹簧及液压筒式减振器，轮胎和车身弹性连接起到阻尼作用。降噪产品重要涉及隔音吸音产品(普通简称为隔音产品)和密封产品，隔音产品涵盖范畴很广，重要分布于发动机舱、乘员厢、行李厢和底盘，其中顶棚、主地毯等在内大某些内饰件同步也是车内噪声控制重要零部件。因而，在NVH领域往往被作为隔音产品进行考虑。密封产品重要是指各类门、窗密封条，其目是通过密封来隔绝空气噪声传递。

第三章 NVH技术特点
3.1 NVH研究办法手段
汽车NVH问题涉及汽车各种子系统以及各子系统之间匹配关系，是一种涉及到多学科系统性及综合性问题。也是迄今为止没有一种成熟而通用产品可以解决汽车中遇到各种振动与噪声问题因素之一。
在汽车NVH设计过程中，一是要注意前期开发，也就是在汽车产品最初开发阶段就需考虑NVH有关方面设计。例如，在进行动力总成悬置系统设计时，悬置安装位置选取在设计初期就应当考虑悬置系统振动控制和隔振性能。在前期开发时候，就应当对各个子系统和零部件设定好NVH性能目的。同步，汽车NVH设计是一种系统工程，只要部件有运动就有NVH性能规定，各个部件要和子系统性能规定进行匹配，各个子系统之间性能也要进行匹配。
NVH开发中重要技术手段如下所述：
研究汽车NVH特性一方面必要运用CAE技术建立汽车动力学模型，已有几种比较成熟理论和办法。
　　1.多体系统动力学办法：将系统内各部件抽象为刚体或弹性体，研究它们在大范畴空间运动时动力学特性。在汽车NVH特性研究中，多体系统动力学办法重要应用于底盘悬架系统、转向传动系统低频范畴建模与分析。
　　2.有限元办法(FEM)：是把持续弹性体划提成有限个单元，通过在计算机上划分网格建立有限元模型，计算系统变形和应力以及动力学特性。由于有限元办法日益完善以及相应分析软件成熟，使它成为研究汽车NVH特性重要办法。一方面，它合用于车身构造振动、车室内部空腔噪声建模分析；另一方面，与多体系统动力学办法相结合来分析汽车底盘系统动力学特性，其精确度也大大提高。
　　3.边界元办法(BEM)：与有限元办法相比，边界元办法(BEM)减少了求解问题维数，能以便地解决无界区域问题，并且在计算机上也可以轻松地生成高效率网格，但计算速度较慢。对于汽车车身构造和车室内部空腔声固耦合系统也可以采用边界元法进行分析，由于边界元法在解决车室内吸声材料建模方面具备独特长处，因而正在得到广泛应用。
4.记录能量分析(SEA)办法：以空间声学和记录力学为基本记录能量分析(SEA)办法是将系统分解为各种子系统，研究它们之间能量流动和模态响应记录特性。它合用于构造、声学等系统动力学分析。对于中高频（300HZ）汽车NVH特性预测，如果采用FEM或BEM建立模型，将大大增长工作量并且其成果精确度并不高，因而这时采用记录能量分析办法是合理。有人运用SEAM软件对某皮卡车建立了SEA模型，分析了它在250Hz以上NVH特性并研究了模型参数对它影响，得到令人满意成果。
3.2 NVH在整机设计中应用
分析技术不能停滞在振动噪声改进水平上，而应在汽车设计时及早进行NVH设计同步，进行初期NVH设计，其减振降噪作用及效果更加良好，且费用低廉 随开发时间推移进行实行NVH设计。
当前，随着汽车振动理论分析和实验分析不断发展提高，已逐渐可以在汽车设计时候，为汽车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整个过程中，这就是NVH设计思想重要某些。汽车振动NVH设计有诸多办法，其总体过程可分为如下几种环节进行：
1.综合考虑标杆车、发动机振动噪声及有关强制原则，制定整车振动噪声设计指标：产品NVH性能指标；
2.进行整车、各子系统及部件振动频率范畴分派：参照标杆车及各配套产品NVH性能，对整车各子系统及部件振动频率范畴初步拟订；
3.针对频率分派进行重要部件（车身等）设计开发，并进行计算模态分析：在设计阶段，运用CAE对重要部件进行计算模态分析，并优化，以得到最佳模态频率与主振型；
4.对配套总成及部件进行计算模态分析或实验模态分析：对子系统及较大零部件进行计算模态分析或实验模态分析，对模态频率和主振型进行优化，并对连接件或支架提出规定；
5.依照频率分派表对各某些进行调节治进，以保证各某些振动频率错开：普通规定3至5HZ或10% 范畴，对于次要部件，应保证相邻部件频率错开，这样，可尽量避免共振现象发生，至少不会由于相邻固有频率一致将振动放大；
6.进行计算模态与实验模态综合：运用CAE将各子系统总成及部件模态进行综合分析，对于振动噪声较大频率进行进一步调节、修改，对连接位置进行优化，以达到设计指标规定；
7.进行试制生产，对样车进行主客观评价 ：拟定产品与否达到设计规定，对局限性之处进行补救 ，此时改进办法所产生效果很小，而费用是相称昂贵。

第四章 NVH评价办法
4.1主观评价惯用NVH现象
晃动：指车身、发动机左右摆动振动现象，普通为车身和发动机低频刚体运动。
跳动：指车身、发动机上下颠簸振动现象，普通为车身和发动机低频刚体运动。
撺动：指车辆、发动机先后振动现象。
抖动：指车辆振动现象，有手脚发麻感觉，频率在10-30Hz范畴内。如方向柱、底板、仪表板抖动等。
摆动：指方向盘扭转振动现象，重要是由车轮不平衡和转向系共振诱发。
低频噪声：指构造噪声，由构造振动引起，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，普通由增压器、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大小和三种工况下车内噪声差别，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、后视镜振动大小，及有无跟发动机转速关于共振。
4.3 道路NVH 性能
操作条件：
1.平坦路中高速匀速操作、从迈进低档到高档持续加档操作及相应减档操作。
2.粗糙路（小卵石路），按道路可靠性所规定档位和速度匀速操作，普通为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，在先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）与否摆动；
4.在平坦路中高速均匀工况下行驶时，评价方向盘、座椅、底板抖动大小，判断与否由于车轮或发动机勉励输入与悬挂系统共振所致；
5.在平坦路面上，加减档时车辆与否有抖动；
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，对先后座椅进行评估，感觉座椅与否能良好地隔离路面输入，是传递还是放大了路面勉励；
8.在粗糙路面上，评价语言清晰度，与否要提高发言音量；
9.在粗糙路面上行驶时，评价与否存在吱吱嘎嘎声、嗡嗡声和卡嗒声，响度与否很大，和声音与否很厌烦；
10.在车辆通过单个凸块时，车辆与否能立即吸取冲击并变得平缓，不久衰减；
11.在车辆通过单个凸块时，声音粗糙度与否良好，有无令人厌烦声音。
4.4 风噪声
操作条件：
平坦路匀高速操作，速度应不不大于80km/h。
评价内容：
评估急速气流掠过车身、车窗、天线和车门所产生噪声，听A柱附近和后视镜周边与否有口哨声，有关噪声大还是小、声音与否柔和、或与否吵杂和粗糙、车辆与否不受哨声和漏气影响。
4.5 机电系统NVH
内部附件：玻璃升降器、电动天窗、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噪声量级、声音品质好坏（声音与否很厌烦、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稳定性；
2.怠速行驶时车辆与否抖动，怠速与否过低；
3.在低速换挡时车辆与否先后窜动（悬挂柔性））、发动机与否先后撺动（悬置先后刚度），及车辆能否良好控制；
4.踩离合、松离合是车辆与否抖动，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，与否有抖动现象，车辆能否良好控制
6.匀速、加速和减速时稳定性
7.传动系（如后桥）与否有异常噪声。

第五章 总结
当前汽车设计依赖计算机设计软件辅助，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仿测试，再与样车测试对比，最后决定与否正式生产，节约了时间、人力和财力。当前国外巳有用于研究汽车噪声与振动软件工具，协助设计者辨认、隔离和排除也许噪声源。重要理解NVH在汽车领域研究及应用办法，建立有效评价原则和办法。

参照文献
[1] 黄遵国，王 彦。汽车振动噪声(NVH)控制——汽车工业面临新问题研发与设计。
[2] 王芷。汽车NVH性能开发核心技术及有关建议.
[3] 张守元，张义民。整车NVH构造噪声子系统设计办法.
[4] 陈明。基于车内噪声轿车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.