NVH基礎(chǔ)知識分享

1、Copyright 2011, Lifan . All rights reserved. Lifan ConfidentialNVH基礎(chǔ)知識分享Copyright 2011, Lifan . All rights reserved. Lifan Confidential一、聲學相關(guān)Copyright 2011, Lifan . All rights reserved. Lifan ConfidentialNVH的基本概念 NVHNoise, Vibration, Harshness Noise 噪聲噪聲 主要分析頻率范圍：20Hz 5000Hz 通過頻率特性、幅值和品質(zhì)來評價 Vibratio

2、n 振動振動 主要分析頻率范圍：0.5Hz 50Hz 通過頻率特性、幅值和方向來評價 Harshness ？ 國內(nèi)有多種翻譯，如粗糙度、平順性等，但都不是很妥貼 主要指的是由于振動噪聲的綜合影響導致的粗糙、刺耳和不和諧的感覺 主要與路面的激勵有關(guān) 研究頻率范圍：低頻Copyright 2011, Lifan . All rights reserved. Lifan Confidential聲音的度量 聲壓 聲功率 聲強 聲品質(zhì)Copyright 2011, Lifan . All rights reserved. Lifan Confidential聲壓人耳能聽到20Hz到20KHz的聲壓。人

3、耳剛能聽到的聲音叫聽閥，很大的聽起來受不了的聲音叫痛閥。聲壓從可聽閾到痛閾，范圍很大，達到若干數(shù)量級，不便于比較噪聲的大小用聲壓來度量，即由空氣壓力波動的幅值來度量通常用對數(shù)表示，稱為聲壓級（dB） Pe為聲壓，單位為Pa P0=210-5Pa，為人耳對1000Hz空氣聲能感覺到的最低聲音。0dB就是210-5Pa SPLSound Pressure Level聲壓沒有方向性，是個標量 2020lg10lg20PPLPPLepep或Copyright 2011, Lifan . All rights reserved. Lifan Confidential聲壓相加 聲壓相加實質(zhì)為能量相加 能量

4、增加1倍，聲壓增加3dB 兩個相同的聲音同時作用時，聲壓增加3dB. 聲能量降低一半，才能將噪聲降低3dB 背景噪聲低于被測噪聲10dB時，對測試結(jié)果沒有影響 比如被測噪聲70dB，背景噪聲為60dB，則在有背景噪聲時測試結(jié)果為：L（70dB+60dB）=10lg(107+106)=70.4dB 32lg10lg10*2lg10lg1020220220222PeeeeePLPPPPPPPLeCopyright 2011, Lifan . All rights reserved. Lifan Confidential聲壓相加 在有若干噪聲源同時作用時，必須對最大噪聲源進行控制才能有明顯作用，而僅

5、對多個小的噪聲源進行控制則對總的聲壓級沒有大的影響 比如：有70dB噪聲源1個， 65dB噪聲源3個，則總聲壓級為L（70dB+65dB+65dB+65dB） = 10lg(107+3*106.5) = 71.19dB 若將3個65dB都降低3dB，總聲壓級為：L（70dB+62dB+62dB+62dB）=10lg(107+3*106.2)= 70.6dB 若將70dB的噪聲源降低3dB，總聲壓級為：L（67dB+65dB+65dB+65dB） = 10lg(106.7+3*106.5) = 69.1dBCopyright 2011, Lifan . All rights reserved.

6、Lifan Confidential聲功率(Sound Power) 聲源發(fā)出聲音的能力通常用聲功率來表示 聲功率是指單位時間內(nèi)聲源發(fā)出的聲能量或通過某塊面積上的聲能量 聲功率是標量，同樣需要用聲功率級來表示 聲功率測試有精度較低的工程法也有精度較高的精密法，既可通過聲壓測量得到也可以通過聲強測量得到 發(fā)動機的聲學性能一般用聲功率來表達，可在距發(fā)動機表面1米的球面上通過聲壓測試來計算得到Copyright 2011, Lifan . All rights reserved. Lifan Confidential聲強（Sound Intensity，SI） 聲強則是通過單位面積的聲功率 聲強是個

7、矢量，能夠表達聲音傳播的方向，是描述聲場特性的一個重要方法，也是測量聲功率的方法之一 聲強可通過兩個相隔一定距離的傳聲器進行聲壓測量來計算得到 聲強測量是聲場測試的有效方法之一，但通常只能對穩(wěn)態(tài)工況進行測試，如發(fā)動機的定轉(zhuǎn)速Copyright 2011, Lifan . All rights reserved. Lifan Confidential聲品質(zhì)（Sound Quality） 僅用聲壓級不足以完全描述一個聲音 兩個相同聲級的聲音可能由于頻率結(jié)構(gòu)等因素的差異而讓人有完全不同的感覺 由于聲音遮掩效應(yīng)的存在，單頻率的純音總是比多頻率成分的聲音讓人覺得煩躁，更讓人覺得刺耳 常說的汽車轟鳴聲主要

8、是因為在某個時刻，汽車噪聲中某個頻率的單頻聲占的絕對優(yōu)勢 變化不定，沒有規(guī)律的聲音總是會比能夠預(yù)期的聲音讓人感覺不安 波動大的聲音總是會比平穩(wěn)變化的聲音讓人覺得煩躁Copyright 2011, Lifan . All rights reserved. Lifan Confidential聲品質(zhì)的描述 在汽車噪聲評價中，主要用以下術(shù)語來描述聲品質(zhì) 響度 尖銳度 粗糙度 波動度 語言清晰度Copyright 2011, Lifan . All rights reserved. Lifan Confidential聲壓計權(quán)不同頻率的噪聲對人的影響不一樣同樣聲壓級的高頻聲感覺會吵鬧一些，低頻聲則感覺

9、安靜一些為使聲壓級更能表達人對噪聲的感受，采用了不同的計權(quán)聲壓級，如A、C、D計權(quán)。通常所說的聲壓級都是指A計權(quán)聲壓，用dB(A)表示,與人對噪聲的感覺最接近。A計權(quán)中以1000Hz為基準，低于1000Hz乘以小于1的系數(shù)，而大于1000Hz則乘以大于1的系數(shù)在以低頻噪聲為主的汽車噪聲中，A計權(quán)聲壓級比不計權(quán)的聲壓級低得多多普勒效應(yīng)：聲源相對于接收者運動時，其聲音頻率會發(fā)生變化Copyright 2011, Lifan . All rights reserved. Lifan Confidential聲壓級結(jié)果時間軸分貝值軸（請注意是否加權(quán)）Copyright 2011, Lifan . Al

10、l rights reserved. Lifan Confidential模擬信號：未經(jīng)數(shù)字化處理的連續(xù)信號。數(shù)字信號：數(shù)字化的離散信號，適用于計算機處理。信號及FFTl 數(shù)字信號處理傅里葉變換傅里葉變換（離散）快速傅里葉變換 FFT :乃是 DFT 在計算機上實施的一種快速算法， 該算法（稱基2 算法）要求N=2 M （M=log2N）， M 為正整數(shù)。方法的基礎(chǔ)是對數(shù)據(jù)序列實行奇偶分 解，使長序列的DFT 變?yōu)槎绦蛄械腄FTCopyright 2011, Lifan . All rights reserved. Lifan ConfidentialCopyright 2011, Lifan

11、 . All rights reserved. Lifan Confidential重疊在有加窗的情況下，重疊處理能更好地利用無重疊情況下被忽視的數(shù)據(jù)。Copyright 2011, Lifan . All rights reserved. Lifan Confidential采樣(Sample) 采樣也就是將連續(xù)信號離散化，包括時間離散和幅值離散兩方面，是用計算機進行分析的必經(jīng)步驟 采樣步驟： 時間離散：按一定規(guī)則（如等時間間隔）將無限時間，離散到有限的時間點上，即有限的時間點來近似地表示無限的時間 幅值離散：將量程離散為有限幅值點，一般為2的n次方個點，然后用這個尺度去量時間離散點的幅值，

12、度量的結(jié)果作為該時間點的采樣值 時間離散和幅值離散是同時進行的Copyright 2011, Lifan . All rights reserved. Lifan Confidential采樣示意圖0V0.5V1V1.5V2V2.5V3V3.5V4.5V5V5.5V6V6.5V7V7.5V4V0123456791011121314158t (s)V (v)0123456789101112131415這個信號采樣后得到序列: 6,11,9,4,1,6,11,10,5,1,5,10,10,5,1,5計算機也就是用這個序列來表示和存儲這個信號Copyright 2011, Lifan . All r

13、ights reserved. Lifan Confidential混淆采樣率過低會使混淆問題變得嚴重，甚至導致錯誤的結(jié)果，如下圖所示。采樣定理：采樣率 fs 應(yīng)大于感興趣最高頻率 fm 的二倍，即: fs 2fm fs 2fmfs 2fmCopyright 2011, Lifan . All rights reserved. Lifan Confidential采樣頻率的設(shè)置 越高的采樣頻率，信號的時域特征表達得越清楚，但進行頻譜分析時，相同譜線數(shù)的頻率分辨率越低 運用FFT進行頻譜分析時，得到的頻譜也是離散的，每個頻率離散點稱為一條譜線，且譜線數(shù)為2的n次方冪，譜線數(shù)越多，頻率分辨率越高

14、設(shè)采樣頻率為fs，則分析頻率fc= fs/2。若譜線數(shù)為1024，則頻率分辨率f= fc/1024 可以通過降低采樣頻率和增大譜線數(shù)來提高頻率分辨率Copyright 2011, Lifan . All rights reserved. Lifan Confidential能量泄露由于信號僅在一個采樣周期T 內(nèi)被測量，而DFT DFT 卻假定其表征了所有時刻的值。如果一正弦波在采樣時窗內(nèi)不是整周期采樣，其結(jié)果由于邊緣的不連續(xù)性，使得能量從本來的譜線處顯著地泄漏至相鄰頻域。泄漏是伴隨數(shù)字信號處理最嚴重的問題之一！Copyright 2011, Lifan . All rights reserve

15、d. Lifan Confidential能量泄露的解決方法 一是保證采樣周期同步于信號整周期； 二是保證在采樣周期的起點和終點處，信號的幅值均為零（該方法的實現(xiàn)通常使用加窗的方式）。Copyright 2011, Lifan . All rights reserved. Lifan Confidential各種窗函數(shù)的選擇漢寧（HanningHanning）窗 這是在對隨機信號作一般目的分析時最常采用的窗。它具有拱形的濾波特性。區(qū)分小幅值鄰近頻率的能力較低，因此不適合小信號的精確測量。力（Force）窗這種窗用于錘擊法模態(tài)試驗情況下的瞬態(tài)信號分析。它專用于削減激勵通道的雜散噪聲，如圖所示。在

16、脈沖作用期間其取值為1，其余時間取值為0。指數(shù)（Exponential）窗這種窗也是用于瞬態(tài)信號的分析。目標是使信號在采樣周期的終點衰減到接近于零。指數(shù)窗的數(shù)學表示式為et。由衰減指數(shù)可以確定在時窗的終點信號衰減的百分率。Copyright 2011, Lifan . All rights reserved. Lifan ConfidentialFFT分析結(jié)果-2維頻譜圖某車型制動噪聲的頻率分析結(jié)果頻率軸分貝值軸Copyright 2011, Lifan . All rights reserved. Lifan ConfidentialFFT分析結(jié)果-3維頻譜圖某車型制動噪聲的頻率分析結(jié)果分貝

17、值軸頻率軸顏色的深淺表示分貝值大小時間軸Copyright 2011, Lifan . All rights reserved. Lifan Confidential二、振動相關(guān)Copyright 2011, Lifan . All rights reserved. Lifan Confidential模態(tài)-是指結(jié)構(gòu)的固有振動特性，每一個模態(tài)具有其特定的參數(shù)：固有頻率、阻尼比、模態(tài)振型、模態(tài)質(zhì)量、模態(tài)剛度、模態(tài)阻尼、極點、留數(shù)等。如平時我們說白車身一階彎曲模態(tài)頻率為40Hz，這就指出了模態(tài)振型與固有頻率。如圖所示，某一零部件的一階扭轉(zhuǎn)模態(tài)為如圖所示，某一零部件的一階扭轉(zhuǎn)模態(tài)為28.9Hz28.

18、9Hz，阻，阻尼比為尼比為1.01%1.01%。以上就是模態(tài)測試得出的結(jié)果。以上就是模態(tài)測試得出的結(jié)果。Copyright 2011, Lifan . All rights reserved. Lifan Confidential單自由度系統(tǒng)多自由度系統(tǒng) mx+ cx + kx = f (t)運動微分方程：運動微分方程：Copyright 2011, Lifan . All rights reserved. Lifan Confidential單自由度系統(tǒng)多自由度系統(tǒng) 我們把結(jié)構(gòu)中的全部阻尼均近似為一般粘性阻尼，把上面的時間域方程變換到拉氏域（復(fù)變量p），并假定初始位移和速度為零，得拉氏域方程

19、： (Mp2+ Cp + K)X(p) = F(p) Z(p )X(p) = F(p)同上得： H(p ) = Z-1(p)=Z：動剛度 (p2【M】+ p 【C】+ 【K】)X(p) =F(p) Z(p ) X(p) =F(p)Z(p)：動剛度矩陣傳遞函數(shù):傳遞函數(shù)矩陣:H(p)=Z(p)-1= adjZ(p)/detZ(p)伴隨矩陣行列式Copyright 2011, Lifan . All rights reserved. Lifan Confidential單自由度系統(tǒng)多自由度系統(tǒng)使傳遞函數(shù)分母為零的方程為系統(tǒng)特征方程，它的根，即為系統(tǒng)極點：無阻尼固有頻率：n=k/m臨界阻尼：c0=2

20、mk/m=2mn衰減系數(shù)：=c/2m= n阻尼比：=c/c0或有阻尼固有頻率sr= = =同上系統(tǒng)極點：p1 0 pn p1* 0 pn*-1+j1 0 -n+jn -1-j10 -n+jn有阻尼固有頻率Copyright 2011, Lifan . All rights reserved. Lifan Confidential單自由度系統(tǒng)多自由度系統(tǒng)單自由度傳遞函數(shù)可以表達為：同上： H(p ) = Z-1(p)= = =上式中的A1和A1*即為留數(shù)。H(p)=Z(p)-1= adjZ(p)/detZ(p)式中的Ar和Ar*即為留數(shù)。Copyright 2011, Lifan . All rights reserved. Lifan Confidentialu 習題1、考慮一個M=2kg，C=4N/(m/s),K=5000N/M的單