NVH研究及評(píng)價(jià)方法

1、NVH研究及評(píng)價(jià)方法蔣鑫青島理工大學(xué)，青島，中國，266520jxjxjx97【摘要】噪聲、振動(dòng)與聲振粗糙度,是衡量汽車制造質(zhì)量的一個(gè)綜合性問題，它給汽車用戶的感受是最直接和最表面的。業(yè)界將噪聲、振動(dòng)與舒適性的英文縮寫為NVH（Noise、Vibration、Harshness），統(tǒng)稱為車輛的NVH問題，研究汽車的NVH特性首先必須利用CAE技術(shù)建立汽車動(dòng)力學(xué)模型，已經(jīng)有幾種比較成熟的理論和方法。車輛NVH 特性已越來越受廠家和客戶的重視，因此如何開展NVH 的評(píng)價(jià)、診斷對(duì)于解決NVH問題非常關(guān)鍵，它也在產(chǎn)品開發(fā)過程中的標(biāo)桿研究和產(chǎn)品定型、積累設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)起非常重要的作用?！娟P(guān)鍵詞】NVH；研究方

2、法；評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)About NVH Research and Evaluation MethodsJiang XinQingdao Technological University Qingdao.China.266520jxjxjx97Abstract: 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 wi

3、ll 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 at

4、tention 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 cr

5、iterion第一章 緒論1.1 NVH簡介汽車在使用一段時(shí)間之后，一些元件(如傳動(dòng)系的齒輪、聯(lián)軸節(jié)、懸架中的橡膠襯套、制動(dòng)器中的制動(dòng)盤等)的磨損將對(duì)整車的NVH特性產(chǎn)生重要影響，它們的強(qiáng)度、可靠性和靈敏度分析是研究整車特性的重要工作，這也就是所謂高行駛里程下汽車NVH特性的研究。汽車NVH是指在汽車駕乘過程中，駕乘人員感受到的噪聲(Noise)、振動(dòng)(Vibration)和聲振粗糙度(Harshness)。由于以上三者是同時(shí)出現(xiàn)且密不可分的，因此常把它們放在一起進(jìn)行研究，其中噪聲的頻率范圍為30Hz 至40kHz，主要指駕乘人員聽到的車內(nèi)噪聲。振動(dòng)的頻率范圍為1200Hz，主要是駕乘人員感受

6、到的來自于轉(zhuǎn)向盤、地板和座椅的振動(dòng)。聲振粗糙度是指噪聲和振動(dòng)的品質(zhì)，是描述人體對(duì)振動(dòng)和噪聲的主觀感受的指標(biāo)，不能直接用客觀測量方法來度量。由于聲振粗糙度描述的是振動(dòng)和噪聲使人不舒適的感覺，因此又稱Harsh-ness為不平順性，又因?yàn)槁曊翊植诙冉?jīng)常用來描述沖擊激勵(lì)產(chǎn)生的使人極不舒適的瞬態(tài)響應(yīng)，因此也稱Harshness為沖擊特性。汽車的NVH特性是汽車行業(yè)與相關(guān)汽車零部件行業(yè)關(guān)注的綜合性問題之一。有統(tǒng)計(jì)資料顯示，汽車整車的故障中，約有i3的故障問題是和汽車的NVH問題有關(guān)，世界各大汽車公司有近20的研發(fā)費(fèi)用投入在解決汽車的NVH問題上。1.2 NVH研究能力現(xiàn)狀目前，國內(nèi)的大部分主機(jī)廠在NVH

7、方面投入了較多硬件和軟件，培養(yǎng)了一定數(shù)量的專業(yè)人員，但是總體水平和國外相比還有一定的差距。國內(nèi)一些生產(chǎn)NVH零部件的廠家以往主要靠制造產(chǎn)品為主(汽車主機(jī)廠提供圖樣、工藝標(biāo)準(zhǔn)等)，主機(jī)廠的同步開發(fā)能力普遍較差，可提供的同步開發(fā)研究手段、分析方法并不多；同時(shí)。零部件廠家在NVH人才隊(duì)伍方面的建設(shè)和培養(yǎng)意識(shí)也較弱。近年來，受國際通行的同步開發(fā)、模塊化供應(yīng)和系統(tǒng)供貨等配套方式的影響，這些廠家已經(jīng)意識(shí)到了參與主機(jī)廠NVH前期設(shè)計(jì)和匹配開發(fā)的重要性。目前，國內(nèi)一些零部件廠家已經(jīng)對(duì)汽車NVH控制的主系統(tǒng)具備了一定的同步開發(fā)能力，如動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)、底盤橡膠減振系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)振動(dòng)控制等重要子系統(tǒng)和一些重

8、要的零部件系統(tǒng)(如發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸扭轉(zhuǎn)減振器)等，一些零部件廠家在NVH硬件開發(fā)、人才隊(duì)伍建設(shè)方面投入較多，已經(jīng)取得了一定成效，明顯縮小了與國外優(yōu)秀同行的差距。隨著汽車市場競爭加劇，提高產(chǎn)品開發(fā)品質(zhì)縮短開發(fā)周期成為汽車研發(fā)的必然趨勢?，F(xiàn)代整車研發(fā)周期不斷縮短，傳統(tǒng)的樣車試驗(yàn)和設(shè)計(jì)循環(huán)研發(fā)模式已被淘汰，前沿的CAE技術(shù)使數(shù)字樣機(jī)仿真完全代表樣車試驗(yàn)并在樣車試制前對(duì)各種性能進(jìn)行改進(jìn)。與實(shí)車測試相比CAE仿真成本較低且對(duì)顧客需求、設(shè)計(jì)要求和各類約束反應(yīng)迅速，能夠平衡考慮汽車各種性能實(shí)現(xiàn)最優(yōu)設(shè)計(jì)。第二章 NVH振動(dòng)與噪聲2.1 振動(dòng)噪聲來源車內(nèi)振動(dòng)主要來自于兩個(gè)方面，其一是由動(dòng)力總成振動(dòng)向車內(nèi)的傳遞；其二是

9、由路面激勵(lì)通過輪胎向車內(nèi)的傳遞。車內(nèi)噪聲通常也來自兩個(gè)方面，其一是由動(dòng)力總成及附件噪聲、輪胎噪聲、風(fēng)噪聲等空氣噪聲向車內(nèi)的傳遞；其二是由底盤、車身等結(jié)構(gòu)件振動(dòng)傳遞到車廂而引起的結(jié)構(gòu)噪聲。由車內(nèi)振動(dòng)和噪聲的傳遞路徑可知，振動(dòng)問題和噪聲問題往往是耦合在一起的。由于振動(dòng)和噪聲源往往無法改變或很難在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，因此在一款新車型的開發(fā)過程中，工程人員往往通過設(shè)計(jì)優(yōu)化NVH零部件來控制車輛振動(dòng)噪聲傳遞路徑制振動(dòng)和噪聲的傳遞路徑，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整車NVH目標(biāo)的控制。2.2 NVH減振降噪NVH零部件通常分為減振產(chǎn)品和降噪產(chǎn)品兩大類。減振產(chǎn)品主要包括橡膠減振產(chǎn)品、彈簧阻尼減振產(chǎn)品，其中，橡膠減振產(chǎn)品在車

10、內(nèi)的分布最為廣泛，用于動(dòng)力總成、車身、底盤等各類結(jié)構(gòu)件之間的彈性連接和緩沖。彈簧阻尼減振器主要包括各類懸架彈簧及液壓筒式減振器，輪胎和車身的彈性連接起到阻尼的作用。降噪產(chǎn)品主要包括隔音吸音產(chǎn)品(通常簡稱為隔音產(chǎn)品)和密封產(chǎn)品，隔音產(chǎn)品涵蓋范圍很廣，主要分布于發(fā)動(dòng)機(jī)艙、乘員廂、行李廂和底盤，其中頂棚、主地毯等在內(nèi)的大部分內(nèi)飾件同時(shí)也是車內(nèi)噪聲控制的重要零部件。因此，在NVH領(lǐng)域往往被作為隔音產(chǎn)品進(jìn)行考慮。密封產(chǎn)品主要是指各類門、窗密封條，其目的是通過密封來隔絕空氣噪聲的傳遞。第三章 NVH技術(shù)特點(diǎn)3.1 NVH研究方法手段汽車NVH問題涉及汽車的多個(gè)子系統(tǒng)以及各子系統(tǒng)之間的匹配關(guān)系，是一個(gè)涉及到

11、多學(xué)科的系統(tǒng)性及綜合性的問題。也是迄今為止沒有一個(gè)成熟而通用的產(chǎn)品可以解決汽車中遇到的各種振動(dòng)與噪聲問題的原因之一。在汽車NVH設(shè)計(jì)過程中，一是要注意前期的開發(fā)，也就是在汽車產(chǎn)品的最初開發(fā)階段就需考慮NVH相關(guān)方面的設(shè)計(jì)。例如，在進(jìn)行動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，懸置安裝位置的選擇在設(shè)計(jì)的初期就應(yīng)該考慮懸置系統(tǒng)的振動(dòng)控制和隔振性能。在前期開發(fā)的時(shí)候，就應(yīng)該對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)和零部件設(shè)定好NVH性能目標(biāo)。同時(shí)，汽車NVH設(shè)計(jì)是一個(gè)系統(tǒng)工程，只要部件有運(yùn)動(dòng)就有NVH性能的要求，各個(gè)部件要和子系統(tǒng)的性能要求進(jìn)行匹配，各個(gè)子系統(tǒng)之間的性能也要進(jìn)行匹配。NVH開發(fā)中的主要技術(shù)手段如下所述：研究汽車的NVH特性首先

12、必須利用CAE技術(shù)建立汽車動(dòng)力學(xué)模型，已經(jīng)有幾種比較成熟的理論和方法。 1.多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法：將系統(tǒng)內(nèi)各部件抽象為剛體或彈性體，研究它們在大范圍空間運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)力學(xué)特性。在汽車NVH特性的研究中，多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法主要應(yīng)用于底盤懸架系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)系統(tǒng)低頻范圍的建模與分析。 2.有限元方法(FEM)：是把連續(xù)的彈性體劃分成有限個(gè)單元，通過在計(jì)算機(jī)上劃分網(wǎng)格建立有限元模型，計(jì)算系統(tǒng)的變形和應(yīng)力以及動(dòng)力學(xué)特性。由于有限元方法的日益完善以及相應(yīng)分析軟件的成熟，使它成為研究汽車NVH特性的重要方法。一方面，它適用于車身結(jié)構(gòu)振動(dòng)、車室內(nèi)部空腔噪聲的建模分析；另一方面，與多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法相結(jié)合來分析汽車底

13、盤系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性，其準(zhǔn)確度也大大提高。 3.邊界元方法(BEM)：與有限元方法相比，邊界元方法(BEM)降低了求解問題的維數(shù)，能方便地處理無界區(qū)域問題，并且在計(jì)算機(jī)上也可以輕松地生成高效率的網(wǎng)格，但計(jì)算速度較慢。對(duì)于汽車車身結(jié)構(gòu)和車室內(nèi)部空腔的聲固耦合系統(tǒng)也可以采用邊界元法進(jìn)行分析，由于邊界元法在處理車室內(nèi)吸聲材料建模方面具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，因此正在得到廣泛的應(yīng)用。 4.統(tǒng)計(jì)能量分析(SEA)方法：以空間聲學(xué)和統(tǒng)計(jì)力學(xué)為基礎(chǔ)的統(tǒng)計(jì)能量分析(SEA)方法是將系統(tǒng)分解為多個(gè)子系統(tǒng)，研究它們之間能量流動(dòng)和模態(tài)響應(yīng)的統(tǒng)計(jì)特性。它適用于結(jié)構(gòu)、聲學(xué)等系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)分析。對(duì)于中高頻（300HZ）的汽車NVH特性

14、預(yù)測，如果采用FEM或BEM建立模型，將大大增加工作量而且其結(jié)果準(zhǔn)確度并不高，因此這時(shí)采用統(tǒng)計(jì)能量分析方法是合理的。有人利用SEAM軟件對(duì)某皮卡車建立了SEA模型，分析了它在250Hz以上的NVH特性并研究了模型參數(shù)對(duì)它的影響，得到令人滿意的結(jié)果。3.2 NVH在整機(jī)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析技術(shù)不能停滯在振動(dòng)噪聲改進(jìn)的水平上，而應(yīng)在汽車設(shè)計(jì)時(shí)及早進(jìn)行NVH設(shè)計(jì)同時(shí)，進(jìn)行早期的NVH設(shè)計(jì)，其減振降噪的作用及效果更加良好，且費(fèi)用低廉 隨開發(fā)時(shí)間推移進(jìn)行實(shí)施NVH設(shè)計(jì)。目前，隨著汽車振動(dòng)理論分析和試驗(yàn)分析的不斷發(fā)展提高，已逐步能夠在汽車設(shè)計(jì)的時(shí)候，為汽車的振動(dòng)性能進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，從而將NVH分析技術(shù)貫穿在汽車

15、設(shè)計(jì)的整個(gè)過程中，這就是NVH設(shè)計(jì)思想的主要部分。汽車振動(dòng)的NVH設(shè)計(jì)有很多方法，其總體過程可分為以下幾個(gè)步驟進(jìn)行：1.綜合考慮標(biāo)桿車、發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)噪聲及相關(guān)的強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)，制訂整車振動(dòng)噪聲的設(shè)計(jì)指標(biāo)：產(chǎn)品的NVH性能指標(biāo)；2.進(jìn)行整車、各子系統(tǒng)及部件的振動(dòng)頻率范圍分配：參照標(biāo)桿車及各配套產(chǎn)品的NVH性能，對(duì)整車各子系統(tǒng)及部件的振動(dòng)頻率范圍初步擬訂；3.針對(duì)頻率分配進(jìn)行主要部件（車身等）的設(shè)計(jì)開發(fā)，并進(jìn)行計(jì)算模態(tài)分析：在設(shè)計(jì)階段，利用CAE對(duì)主要部件進(jìn)行計(jì)算模態(tài)分析，并優(yōu)化，以得到最佳的模態(tài)頻率與主振型；4.對(duì)配套的總成及部件進(jìn)行計(jì)算模態(tài)分析或試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析：對(duì)子系統(tǒng)及較大的零部件進(jìn)行計(jì)算模態(tài)分析或

16、試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析，對(duì)模態(tài)頻率和主振型進(jìn)行優(yōu)化，并對(duì)連接件或支架提出要求；5.根據(jù)頻率分配表對(duì)各部分進(jìn)行調(diào)整改進(jìn)，以保證各部分的振動(dòng)頻率錯(cuò)開：一般要求3至5HZ或10% 范圍，對(duì)于次要部件，應(yīng)保證相鄰部件頻率錯(cuò)開，這樣，可盡可能避免共振現(xiàn)象的發(fā)生，至少不會(huì)因?yàn)橄噜彽墓逃蓄l率一致將振動(dòng)放大；6.進(jìn)行計(jì)算模態(tài)與試驗(yàn)?zāi)B(tài)的綜合：利用CAE將各子系統(tǒng)總成及部件的模態(tài)進(jìn)行綜合分析，對(duì)于振動(dòng)噪聲較大的頻率進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)整、修改，對(duì)連接位置進(jìn)行優(yōu)化，以達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求；7.進(jìn)行試制生產(chǎn)，對(duì)樣車進(jìn)行主客觀評(píng)價(jià) ：確定產(chǎn)品是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，對(duì)不足之處進(jìn)行補(bǔ)救 ，此時(shí)改進(jìn)措施所產(chǎn)生的效果很小，而費(fèi)用是相當(dāng)昂貴。第四章

17、 NVH評(píng)價(jià)方法4.1主觀評(píng)價(jià)常用NVH現(xiàn)象晃動(dòng)：指車身、發(fā)動(dòng)機(jī)左右擺動(dòng)的振動(dòng)現(xiàn)象，一般為車身和發(fā)動(dòng)機(jī)的低頻剛體運(yùn)動(dòng)。跳動(dòng)：指車身、發(fā)動(dòng)機(jī)上下顛簸的振動(dòng)現(xiàn)象，一般為車身和發(fā)動(dòng)機(jī)的低頻剛體運(yùn)動(dòng)。攛動(dòng)：指車輛、發(fā)動(dòng)機(jī)前后振動(dòng)的現(xiàn)象。抖動(dòng)：指車輛的振動(dòng)現(xiàn)象，有手腳發(fā)麻的感覺，頻率在10-30Hz范圍內(nèi)。如方向柱、底板、儀表板抖動(dòng)等。擺動(dòng)：指方向盤扭轉(zhuǎn)振動(dòng)現(xiàn)象，主要是由車輪不平衡和轉(zhuǎn)向系共振誘發(fā)。低頻噪聲：指結(jié)構(gòu)噪聲，由結(jié)構(gòu)振動(dòng)引發(fā)，頻率在20-500Hz。中高頻噪聲：指空氣噪聲，頻率在250-5000Hz。嘯叫聲(Whistle)：口哨聲，一般由增壓器、進(jìn)氣系統(tǒng)發(fā)出4.2 動(dòng)力傳動(dòng)系噪聲操作條件：1

18、.在定置條件下緩慢踩油門發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速從怠速升至額定轉(zhuǎn)速。2.在平坦路面上，分別在各加速檔位下WOT（急加速）/part load（緩加速）/Coast（滑行）。評(píng)價(jià)內(nèi)容：1.發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲評(píng)價(jià)定置工況下車內(nèi)噪聲的大小和三種工況下的車內(nèi)噪聲差別，以及進(jìn)行換檔操作，聽聲音有無異常噪聲及大小，如增壓器嘯叫聲、“嗚嗚”聲、進(jìn)排氣噪聲、高頻噪聲等。并判斷車身的隔聲效果。2.變速器變速器有無“嗚嗚”聲、卡嗒聲等。3.后橋有無異響聲響。4.車身振動(dòng)方向盤、底板、變速桿、座椅、后視鏡的振動(dòng)大小，及有無跟發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速有關(guān)的共振。4.3 道路NVH 性能操作條件：1.平坦路中高速勻速操作、從前進(jìn)低檔到高檔連續(xù)加檔操作及相

19、應(yīng)的減檔操作。2.粗糙路（小卵石路），按道路可靠性所規(guī)定的檔位和速度勻速操作，一般為3檔50 km/h。3.減速帶勻速10、20、30km/h，3檔。評(píng)價(jià)內(nèi)容：1.在平坦路中高速均勻工況下行駛時(shí)，在前后座上評(píng)價(jià)輪胎與地面接觸噪聲，有無道路隆隆聲；2.在平坦路中高速均勻工況下行駛時(shí)，3.在平坦路中高速均勻工況轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（方向盤）是否擺動(dòng)；4.在平坦路中高速均勻工況下行駛時(shí)，評(píng)價(jià)方向盤、座椅、底板的抖動(dòng)大小，判斷是否由于車輪或發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)輸入與懸掛系統(tǒng)共振所致；5.在平坦路面上，加減檔時(shí)車輛是否有抖動(dòng)；6.在粗糙路面上，評(píng)價(jià)方向盤、座椅、低板振動(dòng)量級(jí)，及車內(nèi)噪聲和聲音品質(zhì)；7.在粗糙路面上，對(duì)前后座椅

20、進(jìn)行評(píng)估，感覺座椅是否能良好地隔離路面輸入，是傳遞還是放大了路面激勵(lì)；8.在粗糙路面上，評(píng)價(jià)語言清晰度，是否要提高講話的音量； 9.在粗糙路面上行駛時(shí)，評(píng)價(jià)是否存在吱吱嘎嘎聲、嗡嗡聲和卡嗒聲，響度是否很大，和聲音是否很厭煩； 10.在車輛經(jīng)過單個(gè)凸塊時(shí)，車輛是否能立刻吸收沖擊并變得平緩，很快的衰減； 11.在車輛經(jīng)過單個(gè)凸塊時(shí)，聲音粗糙度是否良好，有無令人厭煩的聲音。4.4 風(fēng)噪聲操作條件：平坦路勻高速操作，速度應(yīng)大于80km/h。評(píng)價(jià)內(nèi)容：評(píng)估急速氣流掠過車身、車窗、天線和車門所產(chǎn)生的噪聲，聽A柱附近和后視鏡周圍是否有口哨聲，相關(guān)噪聲大還是小、聲音是否柔和、或是否吵雜和粗糙、車輛是否不受哨聲和漏氣的影響。4.5 機(jī)電系統(tǒng)NVH內(nèi)部附件：玻璃升降器、電動(dòng)天窗、電動(dòng)滑門、空調(diào)和 暖風(fēng)系統(tǒng)等。外部附件：洗滌器、雨刮器、電動(dòng)天線、電動(dòng)后視鏡等操作條件：在車輛定置狀態(tài)下操作電器附件使其正常工作。評(píng)價(jià)內(nèi)容：評(píng)價(jià)內(nèi)部電器和外部電器附件工作時(shí)的噪聲量級(jí)、聲音品質(zhì)的好壞（聲音是否很厭煩、刺耳）。4.