汽車NVH控制與輕量化.pptx

1、汽車NVH控制與輕量化帶來的挑戰(zhàn)龐 劍2014年3月19日112動(dòng)態(tài)性能靜態(tài)性能什么是性能汽車的外觀造型及色彩汽車的內(nèi)室造型、裝飾、色彩內(nèi)室及視野座椅及安全帶對(duì)人約束的舒適性娛樂音響系統(tǒng)燈光系統(tǒng)硬件功能維修保養(yǎng)性能重量控制噪聲與振動(dòng)（NVH）碰撞安全性能行駛操縱性能燃油經(jīng)濟(jì)性能環(huán)境溫度性能乘坐的舒適性能排放性能剎車性能防盜安全性能電子系統(tǒng)性能可靠性能NVH是汽車最重要的指標(biāo)之一 3汽車所有的結(jié)構(gòu)都有NVH問題車身動(dòng)力系統(tǒng)底盤及懸架環(huán)境控制系統(tǒng)電子系統(tǒng)在所有性能領(lǐng)域（NVH， 安全碰撞、操控、燃油經(jīng)濟(jì)性、等）中，NVH是設(shè)計(jì)面最廣的領(lǐng)域。4什么是NVH噪聲 Noise:是人們不希望的聲音注解:

2、聲音有時(shí)是我們需要的是由頻率, 聲級(jí)和品質(zhì)決定的頻率范圍: 20-10,000 Hz振動(dòng)Vibration人身體對(duì)運(yùn)動(dòng)的感覺, 頻率通常在0.5-200 Motion sensed by the body, mainly in .5 hz- 50 hz range是由頻率, 振動(dòng)級(jí)和方向決定的 不舒服的感覺Harshness- Rough, grating or discordant sensation NVH: Noise, Vibration and Harshness5NVH對(duì)顧客非常重要NVH的好壞是顧客購買汽車的一個(gè)非常重要的因素. NVH影響顧客的滿意度在所有顧客不滿意的問題中,

3、約有1/3是與NVH有關(guān). NVH影響到售后服務(wù)約1/5的售后服務(wù)與NVH有關(guān)為什么要做NVH?6顧客的要求政府法規(guī)公司的需要和技術(shù)能力競(jìng)爭(zhēng)車決定NVH的因素7Boom:Drumming Low frequency (20-100 Hz) soundClunk:Transient, low frequency, broadband noiseDrone, Moan:Large amplitude 80-200 Hz soundGroan:100-150 Hz disturbance at start-upGrowl:Broadband noise in the range 100-1000 H

4、zHarshness:Combination of noise and vibration leading to a hard road feelRattle:Noise of metallic parts in contact, usually randomRumble:Broadband 100-500 Hz noise, varying in amplitudeShake:Low frequency (20 Hz) vertical or lateral vibrationsShudder:Low frequency ( 90 km/h3. 風(fēng)激勵(lì)噪聲28NVH現(xiàn)象與基本問題噪聲與振動(dòng)源

5、噪聲與振動(dòng)傳遞通道NVH的控制汽車聲品質(zhì)輕量化帶來的NVH問題28目錄結(jié)構(gòu)傳遞途徑structure-borne車內(nèi)噪聲500 Hz1. 車內(nèi)噪聲傳遞路徑分析的基本概念空氣傳播途徑air-borne車內(nèi)噪聲和振動(dòng)往往是由多個(gè)激勵(lì)，經(jīng)由不同的傳遞路徑抵達(dá)目標(biāo)位置后疊加而成的。車內(nèi)噪聲總體上可分為結(jié)構(gòu)聲和空氣聲兩種。2. 結(jié)構(gòu)噪聲與空氣噪聲發(fā)動(dòng)機(jī)和動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)對(duì)車內(nèi)噪聲的輻射有兩條途徑：空氣聲結(jié)構(gòu)聲空氣聲的例子：打鼓結(jié)構(gòu)聲的例子：火車和鐵軌空氣傳播路徑：輪胎/路面、進(jìn)排氣、發(fā)動(dòng)機(jī)本體等噪聲源通過空氣傳播路徑傳遞到車內(nèi)引起的噪聲，簡(jiǎn)稱為“空氣聲”?！翱諝饴暋敝饕ㄟ^聲學(xué)包裝技術(shù)來控制。3. 空氣聲對(duì)

6、車身的傳遞結(jié)構(gòu)傳遞路徑：外界激勵(lì)源直接激勵(lì)或傳遞到車身，引起車體及壁板件振動(dòng),并與車內(nèi)聲腔耦合而產(chǎn)生的車內(nèi)噪聲，簡(jiǎn)稱為“結(jié)構(gòu)聲”?！敖Y(jié)構(gòu)聲”主要通過車身結(jié)構(gòu)的模態(tài)匹配進(jìn)行控制。4. 結(jié)構(gòu)聲對(duì)車內(nèi)的傳遞335.NVH通道的總結(jié) 結(jié)構(gòu)聲的傳遞通道:空氣聲的傳遞通道:34NVH現(xiàn)象與基本問題噪聲與振動(dòng)源噪聲與振動(dòng)傳遞通道NVH的控制汽車聲品質(zhì)輕量化帶來的NVH問題34目錄怠速頻率1.整車的模態(tài)規(guī)劃2.1 燃燒噪聲的控制低頻區(qū)域: 氣缸壓力級(jí)的最大值主要是由氣缸內(nèi)的壓力曲線的形狀積分及最大壓力值所決定的。氣缸的最大壓力越高，頻譜曲線的低頻峰值越高。中頻區(qū)域: 氣缸壓力級(jí)以對(duì)數(shù)規(guī)律作線性遞減，其斜率受氣

7、缸壓力增長率所控制，因而它是燃燒開始釋放熱量的函數(shù)。壓力增長率越大，直線部分就越平坦，反之壓力增長率越小，直線部分就越陡。高頻區(qū)域: 最后區(qū)域出現(xiàn)一個(gè)壓力級(jí)的峰值是由于燃燒開始時(shí)缸內(nèi)局部區(qū)域壓力急劇上升，引起氣體高頻振動(dòng)而產(chǎn)生的。2.發(fā)動(dòng)機(jī)NVH控制整體模態(tài)動(dòng)力總成的整體彎曲模態(tài)容易被發(fā)動(dòng)機(jī)本身激勵(lì)激起發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)與動(dòng)力總成共振頻率耦合，會(huì)造成動(dòng)力總成的NVH問題振動(dòng)會(huì)通過懸置支架和傳動(dòng)軸傳遞給車身，造成車身的NVH問題局部模態(tài)局部模態(tài)很容易被激勵(lì)起來局部模態(tài)與激勵(lì)共振時(shí),不僅僅產(chǎn)生振動(dòng),而且產(chǎn)生很大的聲輻射這種共振還影響聲品質(zhì)2.2 動(dòng)力總成的整體振動(dòng)控制2.3 曲軸的扭振及扭轉(zhuǎn)波動(dòng)曲軸扭振及

8、扭轉(zhuǎn)波動(dòng)帶來的問題：使得整個(gè)傳遞系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)大，從而引起曲軸共振曲軸的應(yīng)力集中和斷裂變速器的敲擊解決扭振及扭轉(zhuǎn)波動(dòng)的辦法：提高扭振第一階模態(tài)頻率使用扭轉(zhuǎn)減震器使用雙質(zhì)量飛輪2.4 殼體振動(dòng)與聲輻射結(jié)構(gòu)的控制結(jié)構(gòu)頻率的控制對(duì)單層結(jié)構(gòu)，頻率要盡可能提高以避免共振結(jié)構(gòu)加筋連接點(diǎn)的數(shù)量和力結(jié)構(gòu)模態(tài)的控制避免與相連接的部件模態(tài)耦合結(jié)構(gòu)響應(yīng)的控制使得結(jié)構(gòu)響應(yīng)盡可能低，如采用三明治結(jié)構(gòu)新材料結(jié)構(gòu)（鋁合金、鎂合金等）采用局部阻尼處理連接點(diǎn)的隔振處理車身的整體剛度指標(biāo)是汽車開發(fā)中的基礎(chǔ)指標(biāo)是整車NVH性能、碰撞安全、疲勞耐久和異響控制等性能的基礎(chǔ)指標(biāo)。3. 車身結(jié)構(gòu)振動(dòng)與聲輻射控制整車模態(tài)內(nèi)飾車身模態(tài)白車身模

9、態(tài)3.1 剛度控制3.2 模態(tài)控制局部結(jié)構(gòu)帶來的噪聲振動(dòng)問題局部振動(dòng)問題板結(jié)構(gòu)振動(dòng)對(duì)車內(nèi)的輻射局部結(jié)構(gòu)模態(tài)與聲腔模態(tài)的偶合局部模態(tài)的控制方法增加剛度/提高頻率阻尼處理加動(dòng)態(tài)吸振器和增加質(zhì)量局部部件，如轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、反光鏡局部板結(jié)構(gòu)，如前壁板、地板3.3 局部結(jié)構(gòu)控制擊勵(lì)點(diǎn)423.4 車身阻尼控制在車身板上, 加阻尼材料可以減小結(jié)構(gòu)振動(dòng)和產(chǎn)生的輻射噪聲(中頻). 43車身的設(shè)計(jì)影響到風(fēng)激勵(lì)噪聲3.5 車身造型與風(fēng)噪控制444. 底盤/懸掛系統(tǒng)的NVH 控制4.2 輪胎的控制 聲腔模態(tài)結(jié)構(gòu)模態(tài)輪胎的平衡4.1 懸架系統(tǒng)的控制懸架的模態(tài)頻率懸架的剛度與阻尼 懸架跳動(dòng)的頻率懸架部件的頻率455. 振動(dòng)通道

10、的控制車身結(jié)構(gòu)的控制：提高結(jié)構(gòu)和支架的剛度, 阻止振動(dòng)的傳遞隔振器吸振器阻尼材料振動(dòng)通道控制的方法有:車身傳遞通道的靈敏度46例子1：動(dòng)力總成的振動(dòng)隔離動(dòng)力總成隔離的三個(gè)目標(biāo)從主動(dòng)邊到被動(dòng)邊的振動(dòng)衰減10倍動(dòng)力總成的六個(gè)模態(tài)解耦繞主慣性軸的模態(tài)頻率必須滿足隔振墊隔振墊的控制隔振墊的剛度隔振墊的剛度與車架剛度的比值例子2：底盤的振動(dòng)隔離6. 空氣聲傳遞通道的控制6.1.密封控制功能性孔的密封工藝孔的密封錯(cuò)誤孔和縫隙的密封 6.2 隔聲與吸聲控制吸聲隔聲50NVH現(xiàn)象與基本問題噪聲與振動(dòng)源噪聲與振動(dòng)傳遞通道NVH的控制汽車聲品質(zhì)輕量化帶來的NVH問題50目錄511. 聲品質(zhì)好聽的聲音不好聽的聲音5

11、2傳統(tǒng)上, 噪聲控制就是降低聲音的大小僅考慮聲級(jí)的大小和頻率成分八十年代后, 在汽車界開始使用聲品質(zhì)汽車的聲音與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速有關(guān)汽車的聲音與發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)火階次有關(guān)聲音的成分影響聽覺聲音影響到顧客的滿意度部件的聲品質(zhì)影響汽車的品牌 品牌的象征 汽車的DNA53關(guān)門聲品質(zhì)動(dòng)力系統(tǒng)的聲品質(zhì)器聲品質(zhì)2. 三大聲品質(zhì)問題好聽的聲音安靜頻率低(結(jié)實(shí))一次碰撞聲沒有額外的噪聲不好聽的聲音聲音大高頻率象鈴的聲音多次碰撞聲,嘁嘁喳喳.例子：關(guān)門聲品質(zhì)車門結(jié)構(gòu)車身結(jié)構(gòu)門鎖結(jié)構(gòu)（Latch/striker）車門的附件結(jié)構(gòu)（如玻璃、揚(yáng)聲器、內(nèi)飾件等）密封系統(tǒng)防撞塊車內(nèi)容積和排氣結(jié)構(gòu)（air extractor）2.1 關(guān)門

12、聲品質(zhì)汽車的聲音除了與頻率有關(guān)外，還與轉(zhuǎn)速和階次有關(guān)聲音的大小與頻率、轉(zhuǎn)速、階次交織在一起的聲音就形成了汽車特有的動(dòng)力聲品質(zhì)：快樂感豪華感運(yùn)動(dòng)感動(dòng)力感安全感這些感受表現(xiàn)為人對(duì)汽車的一些情感2.2 動(dòng)力聲品質(zhì)的特征舒適型聲品質(zhì)(comfort SQ)動(dòng)力型聲品質(zhì)(Powerful SQ)運(yùn)動(dòng)型聲品質(zhì)(Sporty SQ)頻率、階次、轉(zhuǎn)速成分決定了這三類動(dòng)力聲品質(zhì)：頻率(Frequency)：低頻給人以力量和動(dòng)力的感覺，高頻給人明亮與興奮的感覺階次(Order)：?jiǎn)渭兊陌l(fā)火階次給人舒適感，而半階次給人運(yùn)動(dòng)感轉(zhuǎn)速(Speed)：舒適型駕駛和動(dòng)力型駕駛通常是在低速和中速部位，而運(yùn)動(dòng)感會(huì)到高轉(zhuǎn)速部位動(dòng)力

13、聲品質(zhì)的分類旋轉(zhuǎn)部件：會(huì)帶來不平衡多個(gè)葉片：具備諧頻特征運(yùn)動(dòng)線圈：電磁力2.3 電器的結(jié)構(gòu)特征葉片不平衡：階次噪聲葉片與流體切割：脈動(dòng)噪聲液體運(yùn)動(dòng)：擾動(dòng)聲電磁力作用：電磁噪聲葉輪脈動(dòng)噪聲流體擾動(dòng)噪聲電器：發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮機(jī)電機(jī)油泵電器的噪聲特征供油系統(tǒng)由燃油泵、燃油管路、燃油分配管、噴油器等組成。例子：油泵噪聲油泵噪聲油軌噪聲噴油嘴噪聲供油系統(tǒng)噪聲源：葉片產(chǎn)生的噪聲電機(jī)產(chǎn)生的噪聲電壓器產(chǎn)生的噪聲油泵噪聲1階2階8階第一階段：降低噪聲 這是汽車NVH控制的最基本階段，即傳統(tǒng)意義上所說的“減振降噪”和消除“錯(cuò)誤狀態(tài)”。“降低噪聲”是滿足客戶最基本的要求，主要是滿足低端汽車的消費(fèi)者。比如：“發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲大”

14、是顧客經(jīng)常抱怨的問題。“錯(cuò)誤狀態(tài)”是指不應(yīng)該存在的狀態(tài)，例如各種嘯叫、敲擊、共振引起的轟鳴，等。噪聲大會(huì)引起顧客的抱怨，而“錯(cuò)誤狀態(tài)”會(huì)使得顧客不滿。3. 聲品質(zhì)的發(fā)展歷程好的聲品質(zhì)例子：運(yùn)動(dòng)感強(qiáng)的聲音、功率強(qiáng)的聲音、平順好的聲音、快速響應(yīng)的聲音。好的聲品質(zhì)給顧客帶來驚喜、愉悅，具有吸引力。聲品質(zhì)是有共性的，例如聲音悅耳。聲品質(zhì)是有個(gè)性的，例如豪華感的聲品質(zhì)與運(yùn)動(dòng)感的聲品質(zhì)是不一樣的。聲品質(zhì)是在消除了“錯(cuò)誤狀態(tài)”和達(dá)到一定噪聲水平之后才能實(shí)現(xiàn)的。第二階段：聲品質(zhì)控制世界一流公司都是以“聲品質(zhì)控制”作為NVH開發(fā)的目標(biāo)少數(shù)自主品牌公司開始從“降低噪聲”向“聲品質(zhì)控制”轉(zhuǎn)變動(dòng)力聲品質(zhì)是汽車的重要D

15、NA。動(dòng)力聲品質(zhì)使得不同品牌汽車有自己特定的聲音，使得它能區(qū)別于別的品牌，因此動(dòng)力聲品質(zhì)是與品牌緊密相連的。聲品質(zhì)DNA提供顧客帶來正面的、積極的精神上的滿足。顧客將聲品質(zhì)作為識(shí)別某品牌汽車的一個(gè)特征。NVH控制上升到“設(shè)計(jì)聲品質(zhì)”階段。第三階段：聲品質(zhì)DNA世界一流公司中，以“品牌”引領(lǐng)市場(chǎng)的車型是以“聲品質(zhì)DNA”為目標(biāo)進(jìn)行NVH控制自主品牌離這個(gè)階段還有很長的路動(dòng)力聲品質(zhì)開發(fā)戰(zhàn)略62NVH現(xiàn)象與基本問題噪聲與振動(dòng)源噪聲與振動(dòng)傳遞通道NVH的控制汽車聲品質(zhì)輕量化帶來的NVH問題62目錄20世紀(jì)70年代兩次石油危機(jī)促進(jìn)發(fā)展節(jié)能汽車。美國國會(huì)1975年通過能源政策和保護(hù)議案，要求汽車制造商生產(chǎn)

16、和銷售符合燃油經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的車輛。節(jié)能為應(yīng)對(duì)全球氣候變暖，1997年京都議定書，限制CO2排放,再次促進(jìn)汽車輕量化。環(huán)保安全性、燃油經(jīng)濟(jì)性、排放、噪聲、回收方面的法規(guī)法規(guī)1.汽車輕量化的背景2. 汽車輕量化帶來的問題3. 輕量化的途徑汽車輕量化的技術(shù)途徑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化輕質(zhì)材料與工藝模塊化集成設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化新型材料成形工藝高強(qiáng)度鋼非金屬材料熱成形激光拼焊鋁合金材料液壓成形板厚減薄優(yōu)化輥壓成形鎂合金材料連接工藝鉚接粘接焊接先進(jìn)工藝車身輕量化主要通過產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、先進(jìn)的制造工藝和輕質(zhì)材料的集成應(yīng)用來實(shí)現(xiàn)。金屬材料阻尼材料聲學(xué)包裝以塑代鋼65鎂合金的應(yīng)用鎂的本質(zhì)特征：1)密排六方結(jié)構(gòu)，塑性差；2)

17、強(qiáng)度低，缺乏有效強(qiáng)化相； 3)活性高，耐腐蝕性差；4）較優(yōu)良的阻尼、吸震和減振性能。車身應(yīng)用的部件：座椅骨架、儀表板骨架(轉(zhuǎn)向支撐)、方向盤骨架、前端模塊等4. 應(yīng)用例子：金屬材料的輕量化鋁的特征：鋁的彈性模量、沖壓成形性和疲勞強(qiáng)度比鋼鐵的低；熱膨脹系數(shù)，耐腐蝕性卻比鋼鐵的高；重量輕，密度是鋼的1/3。汽車應(yīng)用部件：車門、引擎蓋、后備箱蓋、翼子板、全鋁車身、前后防撞橫梁等應(yīng)用例子鋁合金的應(yīng)用塑料零件比鈑金零件具有成本優(yōu)勢(shì)，如果開發(fā)純電動(dòng)車型，那么采用塑料零件具有重量輕及成本低的雙重優(yōu)勢(shì)汽車應(yīng)用部件：翼子板、前端模塊、備胎池、背門等主機(jī)廠車型應(yīng)用部位材料及工藝奔馳Smart for two全部車

18、身外板熱塑性塑料注塑成型寶馬X1,X5,X6塑料翼子板雪鐵龍世嘉，C4畢加索塑料翼子板標(biāo)志307，308，408塑料翼子板零件材料前端框架LGFT（長玻纖增強(qiáng)塑料）門模塊LGFT/GMT備胎池GMT/SMC背門內(nèi)板：SMC/LGFT外板：SMC/熱塑性塑料前罩蓋SMC途安前端框架梅賽德斯A級(jí)備胎盒Smart 塑料車身外板邁騰塑料備胎池應(yīng)用例子以塑代鋼成本相對(duì)較高不可進(jìn)行二次利用 應(yīng)用例子碳纖維復(fù)合材料5.1 “材料不變，結(jié)構(gòu)優(yōu)化”帶來的NVH問題基本上是以整體剛度和模態(tài)為優(yōu)化目標(biāo)低階模態(tài)的性能不變對(duì)板結(jié)構(gòu)振動(dòng)會(huì)帶來很大影響板和聲腔耦合發(fā)生變化5. 輕量化帶來的NVH問題705.2 “結(jié)構(gòu)不變，

19、更換輕量化材料”帶來的NVH問題輕量化材料(如鋁鎂合金)的剛度和強(qiáng)度低于鋼，帶來NVH問題：1）整體剛度降低整體模態(tài)變化（K、M）2）局部板結(jié)構(gòu)振動(dòng)特征變化板與聲腔耦合變化3）加工工藝對(duì)NVH的影響加工后,應(yīng)力和厚度變化714）板件的隔聲性能降低板的密度降低在質(zhì)量控制區(qū)，增加板的質(zhì)量是提高隔聲量的主要手段 頻率增加一個(gè)倍頻程時(shí)，隔聲量增加6分貝。質(zhì)量增加一倍時(shí)，隔聲量增加6分貝，即隔聲曲線整體向上移6dB。725.3 “非金屬材料減輕”帶來的NVH問題1. 聲學(xué)包裝材料輕量化：隔聲性能降低吸聲性能提升2. 阻尼材料輕量化：聲輻射降低局部隔聲降低3. 內(nèi)飾材料（車門內(nèi)板）輕量化：隔聲量降低736.1 剛度與模態(tài)研究白車身整體的剛度與模態(tài)內(nèi)飾車身的剛度與模態(tài)6. 金屬結(jié)構(gòu)輕量化的NVH研究746.2 聲波在柔性板中的傳遞和聲輻射研究柔性板的振動(dòng)與聲輻射的關(guān)系研究簡(jiǎn)單封閉模型：長方