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1、1,汽车NVH介绍,庞 剑 博士,长安汽车工程研究院,2010年5月22日,2,NVH现象与基本问题噪声与振动源NVH传递通道NVH的响应与评估NVH试验NVH的CAE分析NVH开发及目标体系汽车声品质,3,动态性能,静态性能,什么是性能,汽车的外观造型及色彩汽车的内室造型、装饰、色彩内室及视野座椅及安全带对人约束的舒适性娱乐音响系统灯光系统硬件功能维修保养性能重量控制,噪声与振动（NVH）碰撞安全性能行驶操纵性能燃油经济性能环境温度性能乘坐的舒适性能排放性能刹车性能防盗安全性能电子系统性能可靠性能,NVH是汽车最重要的指标之一,4,汽车所有的结构都有NVH问题,车身动力系统底盘及悬架环境控制
2、系统电子系统,在所有性能领域（NVH， 安全碰撞、操控、燃油经济性、等）中，NVH是设计面最广的领域。,5,什么是NVH,噪声 Noise:是人们不希望的声音注解: 声音有时是我们需要的是由频率, 声级和品质决定的频率范围: 20-10,000 Hz振动Vibration人身体对运动的感觉, 频率通常在0.5-200 Motion sensed by the body, mainly in .5 hz- 50 hz range是由频率, 振动级和方向决定的 不舒服的感觉Harshness- Rough, grating or discordant sensation,NVH: Noise, V
3、ibration and Harshness,6,为什么要做NVH?,NVH对顾客非常重要NVH的好坏是顾客购买汽车的一个非常重要的因素. NVH影响顾客的满意度在所有顾客不满意的问题中, 约有1/3是与NVH有关. NVH影响到售后服务约1/5的售后服务与NVH有关,7,决定NVH的因素,顾客的要求,政府法规,公司的需要和技术能力,竞争车,8,Boom:Drumming Low frequency (20-100 Hz) soundClunk:Transient, low frequency, broadband noiseDrone, Moan:Large amplitude 80-200
4、 Hz soundGroan:100-150 Hz disturbance at start-upGrowl:Broadband noise in the range 100-1000 HzHarshness: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 (
5、20 Hz) vertical or lateral vibrationsShudder:Low frequency (20 Hz) longitudinal vibrations of a vehicleSqueal:Tick and Hash:Miscellaneous noise from the engine compartmentWhine:200-2000 Hz sound, usually a tone and its harmonics,NVH对不同的声音和振动有特定的描述,9,NVH 车速 发动机转速的关系,10,路面及动力系统的振动Road & P/T Vibration,
6、路面及动力系统的噪声Road & P/T Sound,风激励噪声Wind Noise,动力系统的声品质P/T Sound Quality,0 Hz,100 Hz,250 Hz,800 Hz,5000 Hz,NVH与频率的关系,11,多通道分析,源-通道-接受体模型,源动力系统风路面其他通道 底盘车身内饰其他接受体耳朵手脚座椅,12,NVH现象与基本问题噪声与振动源NVH传递通道NVH的响应与评估NVH试验NVH的CAE分析NVH开发汽车声品质,13,源: 动力系统NVH,动力系统 Powertrain,动力总成 Powerplant,14,发动机噪声源,机械振动与噪声曲轴系统突轮轴系统链,齿轮
7、,皮带非燃烧引起的冲击附件,燃烧噪声活塞载荷气缸盖载荷曲轴轴承载荷,流动噪声进气排气风扇,15,引起的问题曲轴共振曲轴的应力集中和断裂,曲轴扭转振动,阻尼器Damper橡胶阻尼器液压阻尼器,16,发动机阶次-转速-频率的关系,1 cylinder engine: firing order: order2 cylinder engine: firing order: 1st order4 cylinder engine: firing order: 2nd order6 cylinder engine: firing order: 3rd order,发火频率,17,彩色图来表达,可以用三维水瀑
8、图来表达 Waterfall Plot,与发动机相关的NVH表达图,18,变速器啸叫,T.E. vs. Gear Noise,k(t),e(t),Xa,Xb,Gear Mesh,齿轮制造精度不够齿轮匹配对中不好齿轮材料不好,啸叫的原因：齿轮捏合不好,19,变速器敲击,啸叫的原因：曲轴扭振传动轴系转速波动变速器齿轮间隙控制不好,20,动力总成NVH,动力总成的弯曲模态动力总成的辐射噪声悬置位置的振动附件的振动及辐射噪声,21,启动噪声,发动机缸盖15CM处,CM5_CB10改进前,浪迪_K14,五菱_B12,CM5_CB10改进后,改进方案为：1、加强飞轮 2、飞轮启动齿轮不倒角 3、加大飞轮启
9、动齿圈直径,22,传递轴系的NVH,第一阶传递轴激励传递齿轮啸叫2阶激励,23,1. 齿轮啮合Gear Meshing,传递误差Transmission Error (TE):,完好的齿轮啮合应该是几何完满对中完美齿轮刚度无限大,实际的齿轮啮合为:Actual gears in mesh:,TE =,2. 轴的不平衡Shaft Imbalance,3. 由十字连接引起的2阶激励2nd Order Excitation caused by Cardon joint,24,进气系统和排气系统的NVH,歧管的设计与声品质,25,进气系统NVH,空滤器,谐振腔,四分之一波长管,进气口噪声壳体的辐射噪声
10、,26,排气系统的NVH,控制指标挂钩传递到车体的力排气尾管噪声壳体辐射噪声,控制方法：消音器的设计波纹管/球连接的选择吊耳刚度。,27,路面-悬挂-底盘的NVH,激励源路面表面的形状轮胎的刚度和压力轮胎块的长度和形状轮胎的宽度和尺寸汽车的速度传递路径隔离悬挂的隔振设计结构模态: 控制臂, 稳定杆, 等轮胎的声腔模态和结构模态的耦合响应: 车身灵敏度,28,风激励噪声,风激励噪声: 由于气流绕着汽车运动而产生的噪声激励源:空气动力湍流Cavity resonance其他: 天线的涡流, 挡风玻璃的湍流产PathUnsealed holes and openingsTransmission th
11、ough componentsControl: vehicle shapesealing, 90 km/h,29,NVH现象与基本问题噪声与振动源NVH传递通道NVH的响应与评估NVH试验NVH的CAE分析NVH开发及目标体系汽车声品质,30,NVH通道的控制,结构声的传递通道:,空气声的传递通道:,31,噪声通道控制,噪声通道是由声学包装来完成的车身的密封孔洞的控制隔声材料的应用吸声材料的应用,32,振动通道的控制,车身结构的控制：提高结构和支架的刚度, 阻止振动的传递隔振器吸振器阻尼材料,振动通道控制的方法有:,车身传递通道的灵敏度,33,结构通道控制: 车身结构,整车模态- 白车身- 装
12、饰车身局部模态车身的结构灵敏度,34,车身的结构模态应该与其他相邻结构模态分开 车身结构模态应该与车身声腔模态分开整车模态的刚度要足够大,以避免产生奇异噪声局部模态应该足够高,以避免引起NVH问题, 如轰鸣声, 等.,结构通道控制: 车身结构,35,车身阻尼处理,在车身板上, 加阻尼材料可以减小结构振动和产生的辐射噪声(中频).,Floorpan,Roof,Package Tray,Wheelhouse,Dash,Oil Pan,Valve Cover,Doors,36,车身的设计影响到风激励噪声,车身的设计: 减小风激励引起的噪声,37,底盘/悬挂系统的NVH,轮胎的控制: 声腔模态结构模态
13、轮胎的平衡,悬架系统的控制悬架的模态频率悬架的刚度与阻尼 悬架跳动的频率悬架部件的频率,隔振垫隔振垫的控制隔振垫的刚度隔振垫的刚度与车架刚度的比值,38,动力总成的隔离,动力总成隔离的三个目标,从主动边到被动边的振动衰减10倍动力总成的六个模态解耦绕主惯性轴的模态频率必须满足,39,橡胶隔振器,半主动隔振器,主动隔振器,隔振器的种类,耦和液压隔振器Hydraulic mount with simple orificeHydraulic mount with inertia track,解耦的液压隔振器,40,NVH现象与基本问题噪声与振动源NVH传递通道NVH的响应与评估NVH试验NVH的CA
14、E分析NVH开发及目标体系汽车声品质,41,汽车NVH的两方面的评估,车外通过噪声的评估车内NVH的评估,车内NVH评估的两个方面主观驾评客观测试评估,42,通过噪声,为什么制定通过噪声顾客关注噪声污染政府制订了政府法规,什么是通过噪声,43,通过噪声测试,通过噪声标准标准: 欧标, ISO, SAE, 等. Standards: Euro, ISO362, SAE J986, SAE J1470, etc.,44,车内NVH主观评价,顾客对车内NVH给出直觉的感受:声音: 安静或吵闹, 舒适或烦恼振动: 大或小, 舒服或不舒服,不同车辆的顾客对NVH有不同的感受 运动车的顾客喜欢有力的发动机
15、声音, 而且感觉刺激 豪华车的顾客喜欢安静而舒适的感觉,主观评级,45,客观评估,客观评估的内容: 驾驶员和乘客耳朵的声音:地板或座椅轨道的振动 方向盘的振动椅子和人体的振动,驾车状况IdleWide Open Throttle (WOT)Partial Open Throttle (POT)CruiseReverseCoastdown Tip-in, tip-out,46,不同级别的评估,Example:,整车级评估系统级评估部件级评估,47,NVH现象与基本问题噪声与振动源NVH传递通道NVH的响应与评估NVH试验NVH的CAE分析NVH开发及目标体系汽车声品质,48,室外和室内试验试验场
16、(路面)试验实验室试验,试验种类振动试验噪声试验灵敏度试验其它,试验道路:环道直道平整的沥青路面平整的水泥路面粗糙的水泥路面砖做的路面 鹅石路面斜坡路面,49,振动试验,4 poster shaker,模态试验锤子敲击激振器激励振动响应座椅, 方向盘, 等seat track, steering wheel, etc.异响识别隔振器刚度 激光测量, 等,50,噪声测试,车内噪声进气噪声排气噪声发动机辐射噪声 壳体辐射噪声通过噪声,51,灵敏度测量,声学灵敏度测量振动灵敏度测量声传递损失测量,灵敏度有时被称为传递函数,52,风洞噪声试验,空气动力声学风洞 车辆风阻试验 车辆稳定性试验 侧风响应试
17、验 车内噪声试验 车外噪声试验 内流优化试验 流动显示试验 雨刮器试验,53,NVH现象与基本问题噪声与振动源NVH传递通道NVH的响应与评估NVH试验NVH的CAE分析NVH开发及目标体系汽车声品质,54,CAE的重要性别降低成本减少摩型车节约时间多方案设计多功能分析稳健性设计,广泛地应用到汽车开发目标设定和分解整车分析系统/子系统分析部件分析,55,例子：有限元分析,有限元对低频分析是很精确的有限元可以用来分析系统/部件的NVH问题有限元也可以用来分析整车的NVH问题分析目标：结构模态响应,NVH-CAE分析方法,有限元分析边界元分析统计能量分析其它声学分析模态综合分析传递路经分析,56,
18、NVH现象与基本问题噪声与振动源NVH传递通道NVH的响应与评估NVH试验NVH的CAE分析NVH开发及目标体系汽车声品质,57,NVH开发流程,58,设定目标的原则,59,Benchmarking CompetitionVehicle and system level databaseQuick contribution analysis Competitive vehicles目标设定Set TargetsFuture with respect to competitive actionsBalance with respect to other attributes, cost, wei
19、ght目标分解Cascade Requirement to Subsystems设计论证Design Verification,目标制定-分解-验证,目标的级别Target Levels整车(顾客)级目标,例如车内噪声系统级目标, 如动力系统的噪声子系统级目标, 如排气口的噪声部件级目标,如消声器的传递损失,60,车1,2,3是市场上最好的三款车这三款车作为benchmark的汽车根据benchmark的结果,设定目标,目标的分类:领导者领导群体之中竞争者,目标制定设定,61,模态分离策略,在产品开发的初期,对所有系统和部件建立模态频率表为设计和目标制定提供模态分析的策略,62,目标分解目标分
20、解是从上至下目标分解也是双向的目标分解也是双向的,63,NVH现象与基本问题噪声与振动源NVH传递通道NVH的响应与评估NVH试验NVH的CAE分析NVH开发及目标体系汽车声品质,64,声品质Sound Quality: 主观评价,好听的声音Nice Sound,不好听的声音Bad Sound,声品质介绍Introduction of Sound Quality,65,传统上, 噪声控制就是降低声音的大小仅考虑声级的大小和频率成分八十年代后, 在汽车界开始使用声品质汽车的声音与发动机转速有关汽车的声音与发动机发火阶次有关声音的成分影响听觉声音影响到顾客的满意度部件的声品质影响汽车的品牌 品牌的象征 汽车的DNA,声品质,66,关门声品质电器声品质动力系统的声品质,三大声品质问题,好听的声音安静频率低(结实)一次碰撞声没有额外的噪声,不好听的声音声音大高频率象铃的声音多次碰撞声,嘁嘁喳喳.,例子：关门声品质,67,动力系统声品质,乘用车：安静感受跑车：运动感受,控制动力系统声品质的关键系统：进气歧管和排气歧管的设计进气系统设计排气系统设计,动力系统的噪声源发动机辐射噪声进气口噪声排气尾管噪声传动系统的辐射噪声结构噪声,动力系统声品质设计原则阶次的平衡避免高频噪声消除共振(提高线性度)半阶成分会增加运动感,68,谢谢!,
