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汽車振動噪聲與舒適度分析

2020-02-14 00:10:32·  來源：正脈科工 CAE  
　
1引言汽車發(fā)明初期，由于發(fā)動機(jī)的功率都比較低，基本上都是低速行駛，其振動與噪聲問題并不十分明顯，然而，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和社會的進(jìn)步，發(fā)動機(jī)功率不斷增
1 引言
 
汽車發(fā)明初期，由于發(fā)動機(jī)的功率都比較低，基本上都是低速行駛，其振動與噪聲問題并不十分明顯，然而，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和社會的進(jìn)步，發(fā)動機(jī)功率不斷增大，高速公路的出現(xiàn)更是促進(jìn)了車速的快速提高，這就導(dǎo)致了車輛噪聲問題的日益突出。車輛噪聲不僅會造成環(huán)境污染，而且會影響駕駛員行駛的專注程度和車輛的行駛安全，甚至?xí)噧?nèi)人員的精神和生理造成危害。所以，多數(shù)顧客在選購汽車時都希望汽車的駕駛環(huán)境是安靜的，乘坐起來是平穩(wěn)的，能夠享受駕駛的樂趣，為此，汽車的振動與噪聲性能就顯得尤為重要。統(tǒng)計結(jié)果顯示，汽車的振動與噪聲性能和顧客對汽車總體印象評價有直接關(guān)系，顧客除了追求傳統(tǒng)的低噪聲與振動外，對于聲音品質(zhì)的要求也越來越高，于是，汽車的NVH(Noise、Vibration & Harness)性能，即噪聲、振動和聲振粗糙度性能便成為當(dāng)前研究的熱點。
 
為控制車輛產(chǎn)生的噪聲污染，各國相繼出臺了相關(guān)的環(huán)保法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格限制車輛產(chǎn)生的噪聲。我國于1979年出臺了機(jī)動車噪聲允許標(biāo)準(zhǔn)GB1495-1979，2002年在《機(jī)動車輛允許噪聲》基礎(chǔ)上又頒布了GB1495-2002《汽車加速行駛車外噪聲限值及測量方法》，與先前頒布的GB1495-1979相比，GB1495-2002彌補(bǔ)了GB1495-1979的一些缺陷，對測量場地應(yīng)達(dá)到的聲學(xué)條件加以具體規(guī)定。不過，GB1495-2002卻只相當(dāng)于歐洲經(jīng)濟(jì)委員會1997年頒布的ECE R51/02《汽車加速行駛車外噪聲限值》，2007年，歐洲經(jīng)濟(jì)委員會針對機(jī)動車輛噪聲又制定了新版測試方法，簡稱ECE R51/03[4]，與ECE R51/02相比要求更加嚴(yán)格。
 
由此可見，國內(nèi)在機(jī)動車輛噪聲法規(guī)制定和實施方面與發(fā)達(dá)國家存在不小的差距，車輛噪聲與振動問題需要進(jìn)一步加強(qiáng)，汽車的設(shè)計水平也有待提高。與國外一些著名的大汽車公司，如德國大眾、日本豐田、美國通用等相比，國內(nèi)汽車廠家在車輛NVH 性能研究方面還存在很大差距，研究不夠深入，這也成為制約國產(chǎn)汽車發(fā)展的一個重要因素。汽車通常由發(fā)動機(jī)、底盤、電氣設(shè)備和車身系統(tǒng)組成，而承載式轎車車身系統(tǒng)是車內(nèi)乘員的直接載體，主要由鈑金件組成，它的設(shè)計既要考慮汽車行駛安全性，又要考慮乘坐空間、空氣阻力和外型美觀等問題，而且車身振動特性及車內(nèi)噪聲特性也直接影響乘客的乘坐舒適性。針對車輛乘坐室內(nèi)的噪聲問題，研究其產(chǎn)生機(jī)理，探索車內(nèi)噪聲產(chǎn)生的途徑并采取一些方法進(jìn)行控制，譬如，通過結(jié)構(gòu)修改、敷設(shè)阻尼層、附加質(zhì)量等控制板件的振動輻射噪聲，有利于改善車內(nèi)的聲學(xué)特性，對提高汽車的市場競爭力有著重大意義。
 
2 汽車NVH概述
 
汽車NVH定義
 
汽車NVH是指汽車的Noise(噪聲)、Vibration(振動)和Harshness(舒適性)，主要是研究汽車的噪聲和振動對整車性能和舒適性的影響。
 
Noise(噪聲)是指引起人煩躁或者音量過強(qiáng)而危害人體健康的聲音。汽車噪聲不但增加駕駛員和乘員的疲勞，而且影響汽車的行駛安全、增加環(huán)境噪聲，是城市噪聲的主要來源，同時車內(nèi)噪聲會影響乘員間的語言交流。噪聲常用聲壓級評價，其頻率范圍在20-10kHz。汽車噪聲主要包括結(jié)構(gòu)噪聲(車身壁板振動產(chǎn)生的噪聲)、輻射噪聲(如發(fā)動機(jī)、排氣系統(tǒng)、制動器等輻射的噪聲)、空氣動力噪聲(風(fēng)噪、空氣摩擦車身形成的噪聲)等。
 
vibration(振動)描述的是系統(tǒng)狀態(tài)的參量(如位移)在其基準(zhǔn)值上下交替變化的過程。汽車低頻振動危害駕駛員和乘員的身體健康，同時不良的振動會給汽車零部件帶來損壞，影響零部件的壽命。振動是噪聲產(chǎn)生的原因，因此，振動噪聲的研究是密不可分的。振動常以加速度、速度、位移等參量來描述，其研究頻率范圍大致在0.5-50OHz。汽車振動主要包括由路面不平整而引起的車身垂直方向振動、發(fā)動機(jī)的不平衡往復(fù)慣性力產(chǎn)生的車身振動、轉(zhuǎn)向輪的擺振和傳動系的扭轉(zhuǎn)擺動等，還有方向盤、儀表板等振動，其頻率范圍在1-80Hz。
 
Harshness(舒適性)指的是振動和噪聲的品質(zhì)，它并不是一個與振動、噪聲相并列的物理概念，而是描述人體對振動和噪聲的主觀感覺，不能直接用客觀測量方法來直接度量。由于聲振粗糙度描述的是振動和噪聲使人不舒服的感覺，因此有人稱Harshness為不平順性或危害。又因為聲粗糙度經(jīng)常用來描述沖擊激勵產(chǎn)生的使人極不舒服的瞬態(tài)響應(yīng)，也有人稱Harshness為沖擊特性?？偟恼f來，舒適性描述的是振動和噪聲共同產(chǎn)生的使人感到疲勞的程度。
 
汽車NVH特性
 
汽車NVH體現(xiàn)在噪聲、振動和舒適性三個方面，它們在汽車中是同時出現(xiàn)且密不可分的，因此常把它們放在一起進(jìn)行研究。汽車NVH特性是指在汽車車內(nèi)振動、噪聲的作用下，駕駛員和乘員舒適性主觀感受的變化特性。它是人體觸覺、聽覺以及視覺等方面感受的綜合表現(xiàn)。簡單的說，乘員在汽車中的一切觸覺和聽覺感受都屬于NVH研究的范疇，此外，還包括汽車零部件由于振動引起的強(qiáng)度和壽命等問題。
根據(jù)NVH特性，汽車NVH問題可以用下面表達(dá)式2-1和圖2-1來描述:
源(激勵源)x傳遞路徑(靈敏度)=響應(yīng)(接收者)                 (2-1)

圖 2-1 整車NVH圖析
 
汽車NVH研究一般都是依照2-1表達(dá)式，從噪聲振動舒適性的角度分析車內(nèi)、外噪聲振動產(chǎn)生的機(jī)理，即通過接收者(駕駛員、乘員)感受來尋找噪聲振動的激勵源，再對激勵源如何產(chǎn)生噪聲振動的機(jī)理以及傳播途徑進(jìn)行分析研究，找到降噪減振的方法，來降低車內(nèi)外噪聲振動的大小，最終達(dá)到提高汽車乘坐舒適性，使其滿足顧客、廠家的要求。由于激勵源是影響整車NVH性能的根本原因，知己知彼，百戰(zhàn)不殆，只有對其激勵源及其產(chǎn)生噪聲振動的機(jī)理熟知，才能找到降低噪聲振動的方法。
 
影響汽車NVH性能的主要激勵源包括發(fā)動機(jī)、動力總成、輪胎和路面、空氣等，它們產(chǎn)生的振動噪聲通過懸架系統(tǒng)、車身結(jié)構(gòu)系統(tǒng)等傳遞器的作用傳入車身和車室內(nèi)形成振動和聲學(xué)響應(yīng)。在不同車速下，主要的噪聲振動源也不相同。其中低速行駛時發(fā)動機(jī)是主要的噪聲振動源；汽車中速行駛時，輪胎和路面的摩擦及結(jié)構(gòu)振動是主要的噪聲振動源；汽車高速行駛時，車身與空氣摩擦、聲泄露變成了最主要的噪聲源。下面簡要介紹這幾個激勵源。
 
1、發(fā)動機(jī)
發(fā)動機(jī)是汽車的心臟，動力的來源。發(fā)動機(jī)產(chǎn)生動力，推動傳動軸系，然后帶動車輪前進(jìn)。同樣發(fā)動機(jī)也是汽車主要的噪聲與振動源。發(fā)動機(jī)的噪聲與振動是由不同階次分量組成的，與它相聯(lián)系部件的噪聲與振動也都與階次有關(guān)，比如進(jìn)氣系統(tǒng)中進(jìn)氣口的噪聲、排氣系統(tǒng)中尾管的噪聲、發(fā)動機(jī)懸置系統(tǒng)振動的傳遞等。另外，車內(nèi)噪聲、地板的振動、方向盤上的振動等等也與發(fā)動機(jī)的階次有關(guān)。
發(fā)動機(jī)燃燒過程的周期性及部分受力機(jī)件的往復(fù)運(yùn)動是構(gòu)成汽車最主要的噪聲振動源，其中發(fā)動機(jī)噪聲主要有三種：燃燒噪聲、機(jī)械噪聲和空氣動力噪聲。發(fā)動機(jī)總噪聲級與發(fā)動機(jī)的類型、轉(zhuǎn)速、功率、缸徑等參數(shù)有關(guān)。
(1)燃燒噪聲是在發(fā)動機(jī)汽缸中產(chǎn)生的，混合氣在氣缸內(nèi)燃燒，并產(chǎn)生的缸內(nèi)氣體壓力直接激振發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)，引起結(jié)構(gòu)振動，并通過外部和內(nèi)部傳播途徑傳到發(fā)動機(jī)表面，由發(fā)動機(jī)表面輻射形成空氣噪聲。由此可以看出燃燒噪聲是由于氣缸內(nèi)氣體壓力的變化引起的，它包括由氣缸內(nèi)壓力急劇變化引起的動力載荷，以及由沖擊波引起氣體的高頻振動。由氣體動力載荷引起的噪聲，其強(qiáng)弱程度取決與壓力增長率及最高壓力增長率持續(xù)的時間。燃燒噪聲的大小不僅與氣缸壓力頻譜有關(guān)，還與發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)衰減特性有關(guān)，這是因為噪聲是由振動產(chǎn)生的，振動取決于激勵力特性和振動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)響應(yīng)特性。氣缸壓力級與發(fā)動機(jī)的噪聲聲壓級差稱為衰減量。衰減量反應(yīng)了發(fā)動機(jī)本身結(jié)構(gòu)上的固有特性，發(fā)動機(jī)的有關(guān)運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)如發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速、負(fù)荷以及供油系統(tǒng)的調(diào)整等對它不會產(chǎn)生根本的影響。發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)衰減表征了結(jié)構(gòu)對激振力響應(yīng)特性。結(jié)構(gòu)衰減大，噪聲就小。
(2)機(jī)械噪聲是指氣體壓力和慣性力的作用下，使運(yùn)動部件產(chǎn)生沖擊和振動而激發(fā)的噪聲，主要有活塞敲擊噪聲、齒輪嚙合噪聲、供油系噪聲、配氣機(jī)構(gòu)噪聲、正時系統(tǒng)噪聲、輔助系統(tǒng)噪聲、不平衡慣性力引起的機(jī)體振動與噪聲和軸承噪聲等。機(jī)械噪聲是隨著轉(zhuǎn)速的提高而增加的，通過機(jī)體向外傳播。在發(fā)動機(jī)空氣動力性噪聲得到有效控制后，高速運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械噪聲常常是主要噪聲源。
(3)空氣動力噪聲是氣體流動(如周期性進(jìn)氣，排氣)或物體在空氣中運(yùn)動，空氣與物體撞擊，引起空氣產(chǎn)生的渦流；或者由于空氣發(fā)生壓力突變形成擾動與膨脹(如高壓氣體向空氣中噴射)等而產(chǎn)生的噪聲。
 
2、動力總成
動力傳動系統(tǒng)的振動源主要有：變速箱、分動器、傳動軸、驅(qū)動橋、半軸和萬向節(jié)等。變速箱里面有很多齒輪，通過不同齒輪之間的嚙合，傳動軸以不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，從而使得車輪的運(yùn)轉(zhuǎn)速度變化。這些齒輪之間不可能完美嚙合，因此，會產(chǎn)生振動。同樣在驅(qū)動橋內(nèi)部和分動器中，動力的傳遞和分配也是靠齒輪嚙合進(jìn)行，同樣齒輪嚙合不好會產(chǎn)生振動。傳動軸和分動器都是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動部件，當(dāng)軸系的質(zhì)心與旋轉(zhuǎn)中心線不重合的時候就會產(chǎn)生離心力，而這些額外的離心力會將振動傳遞到車身上。另外，從變速箱到半軸組成一個整體的系統(tǒng)，當(dāng)這個系統(tǒng)的彎曲和扭轉(zhuǎn)頻率與發(fā)動機(jī)的激振頻率一致的時候，系統(tǒng)會發(fā)生共振。當(dāng)軸系用十字軸式剛性萬向節(jié)連接時，由于被動軸的角度不均勻，所以會產(chǎn)生2階振動。
動力傳動系統(tǒng)的噪聲源有：變速箱、分動器、驅(qū)動橋和傳動軸等。由于它們的振動均會產(chǎn)生噪聲。另外，傳動軸在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中也能發(fā)出噪聲。傳動系統(tǒng)是通過軸承和隔振器與車體連接的，因此這些激勵源產(chǎn)生的振動通過這些軸承和隔振器傳遞到車廂內(nèi)，產(chǎn)生振動和聲學(xué)響應(yīng)。車內(nèi)感覺到的噪聲主要有:傳動軸系旋轉(zhuǎn)階次引起的轟鳴聲(Boom)，與發(fā)動機(jī)點火階次有關(guān)的呻吟聲(Moan)，齒輪嚙合引起的單頻噪聲，以及一些碰撞噪聲。車內(nèi)感覺到的振動主要有:車內(nèi)底板的振動、方向盤的振動和座椅的振動等。
 
3、路面和輪胎
路面激勵通過車胎和車軸傳遞到懸架，通過懸架系統(tǒng)傳遞到車身，使車身產(chǎn)生振動和聲學(xué)響應(yīng)。同時輪胎和路面的摩擦?xí)疠喬ピ肼暎?dāng)汽車行駛速度超過50km/h時，輪胎噪聲就成了行駛車輛噪聲中的主要成分。當(dāng)發(fā)動機(jī)噪聲有所下降時，輪胎噪聲就成為主要噪聲源。
不同類型的路面對輪胎噪聲的影響是不同的，技術(shù)人員通過對不同路面與輪胎噪聲的關(guān)系進(jìn)行對比測試，分析路面狀況對某一車型的輪胎噪聲影響如表2-1所示。同種路面的不平度不同對整車的噪聲振動影響也是不同的，不平度系數(shù)小的路面產(chǎn)生的噪聲振動小，相反就大。
表2-1 不同路面對同一車型輪胎噪聲的影響

4、空氣
風(fēng)激勵一般產(chǎn)生風(fēng)噪聲，是汽車在高速行駛時遇到的主要噪聲，風(fēng)噪聲是一種空氣動力噪聲，汽車在行駛時與氣流發(fā)生相對運(yùn)動，氣流激擾作用在汽車各處，直接或間接的影響車內(nèi)噪聲。汽車在低速行駛時，車內(nèi)噪聲主要來自發(fā)動機(jī)和路面一輪胎噪聲，風(fēng)噪聲成分小，但當(dāng)行駛速度超過80km/h時，風(fēng)噪聲逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位。
 
汽車NVH特性研究的應(yīng)用
汽車NVH試驗研究對于新車型開發(fā)和現(xiàn)有車型的性能改善都起著重要的作用。對汽車NVH特性的研究既貫穿于新車型的研發(fā)過程，也可以體現(xiàn)在現(xiàn)有車型的改進(jìn)設(shè)計中。
1、在新車型開發(fā)過程中的應(yīng)用
在新車型的研發(fā)中，汽車NVH特性研究可以看作是建立在計算機(jī)仿真分析基礎(chǔ)之上的以汽車NVH特性為設(shè)計目標(biāo)的一種設(shè)計方法。在整車研發(fā)過程中，NVH性能研究可以分為以下4個階段：
(1)調(diào)研并確定整車目標(biāo)
通過對政府法規(guī)的要求、消費(fèi)者的要求和競爭車型的NVH性能水平的調(diào)研，制定新開發(fā)車型的NVH標(biāo)準(zhǔn)。這個階段一般通過對政府法規(guī)要求的查閱，新車型消費(fèi)者市場問卷調(diào)研，同時對競爭車型進(jìn)行NVH性能目標(biāo)值測試等手段，來獲得所要設(shè)計的新車型的NVH性能的目標(biāo)數(shù)據(jù)，從而根據(jù)這些數(shù)據(jù)來制定新車型的NVH目標(biāo)值。
(2)整車仿真分析并匹配子系統(tǒng)目標(biāo)
根據(jù)整車NVH性能目標(biāo)值來確定各個子系統(tǒng)的性能目標(biāo)值。子系統(tǒng)一般包括發(fā)動機(jī)、懸架系統(tǒng)、動力總成懸置系統(tǒng)、車身、座椅和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等。例如：車輛與路面之間產(chǎn)生的振動通過懸架系統(tǒng)傳遞到車身壁板，使壁板產(chǎn)生振動從而形成車內(nèi)部噪聲。在這個過程中，車身結(jié)構(gòu)和車室內(nèi)空腔可以通過數(shù)學(xué)模型來描述，即可以通過建立整車的CAE模型來進(jìn)行仿真研究。通過CAE仿真，可以將結(jié)構(gòu)實際的道路特性與子系統(tǒng)參數(shù)(如懸架剛度等)聯(lián)系起來，這樣就可以根據(jù)整車的NVH性能目標(biāo)值來確定各個子系統(tǒng)的NVH目標(biāo)值。但要注意，各個子系統(tǒng)目標(biāo)值的確定要符合試驗設(shè)計和可靠性設(shè)計的要求。
(3)通過元件的結(jié)構(gòu)設(shè)計實現(xiàn)子系統(tǒng)和整車的性能目標(biāo)
在此須完成以下工作：第一，確定每個元件的詳細(xì)特征，這些特征可能在以前的建模分析中沒有表現(xiàn)出來，如連接孔、工藝、焊點位置等。第二，進(jìn)行各個子系統(tǒng)元件的可靠性設(shè)計和多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計，改善汽車的NVH特性，以確保結(jié)構(gòu)元件的設(shè)計方案為最佳。第三，必須滿足設(shè)計模型條件(如極限尺寸等)，進(jìn)行極限工況的校核(如懸架撞擊)。
(4)樣車的試驗與調(diào)整
生產(chǎn)出樣車后，就可以進(jìn)行實車試驗，試驗一般在試驗室中或者道路上進(jìn)行，通過加速度傳感器、傳聲器等對整車的NVH目標(biāo)值進(jìn)行檢驗，從而根據(jù)測試產(chǎn)品的性能與設(shè)計目標(biāo)之間的差異，進(jìn)行必要的調(diào)整與修改。
 
2、在現(xiàn)有車型NVH性能改善過程中的應(yīng)用
(1)對于用戶提出的車輛存在的不明的、異常的噪聲振動進(jìn)行測試，給出一定的主客觀評價結(jié)果。這些工作要求對測量方法和測量儀器的掌握和正確運(yùn)用。
(2)根據(jù)步驟(1)的測試結(jié)果，對存在的噪聲振動問題有了初步的了解后，進(jìn)行噪聲振動源識別、噪聲振動源傳遞路徑分析等試驗方案的制定，進(jìn)行試驗分析，分析的試驗結(jié)果可以與CAE仿真計算的結(jié)果進(jìn)行對比，使得故障診斷和噪聲振動源的識別更加準(zhǔn)確。
(3)根據(jù)測試分析的結(jié)果進(jìn)行有效的工程治理，實施降噪減振，達(dá)到客戶的要求。實現(xiàn)降噪減振的基本方法：
A、消除振動噪聲產(chǎn)生的根源。這涉及到修改產(chǎn)生振動噪聲的零部件結(jié)構(gòu)，例如改善其振動特性，避免共振；
B、切斷振動噪聲傳遞的路徑。涉及到對結(jié)構(gòu)振動傳遞特性的分析和改進(jìn)，使之對振動噪聲具有明顯的衰減作用而不是放大。
 
3. 汽車NVH的發(fā)展
傳統(tǒng)意義上噪聲控制就是降低聲音的大小，僅僅考慮聲級的大小和頻率成分，20世紀(jì)80年代后，汽車界開始使用聲品質(zhì)，聲品質(zhì)主導(dǎo)的NVH開發(fā)，如發(fā)動機(jī)的聲音、噴氣飛機(jī)的聲調(diào)組成或電動剃須刀的聲學(xué)表現(xiàn)，都體現(xiàn)了聲音品質(zhì)某個方面。對產(chǎn)品聲音品質(zhì)的感知是表征其特點的一個重要因素。聲品質(zhì)不再局限于噪聲的削減，塑造恰當(dāng)?shù)漠a(chǎn)品聲音是一個復(fù)雜的任務(wù)，產(chǎn)品開發(fā)過程涉及多個步驟及工具。
 
被國際學(xué)術(shù)界廣泛認(rèn)同的完整聲品質(zhì)定義首先由BLAUER給出：“聲品質(zhì)是在特定技術(shù)目標(biāo)或任務(wù)內(nèi)涵中聲音的適宜性，聲品質(zhì)中定義的“聲”不是指聲波這樣一個物理事件，是由人耳對聲音事件的聽覺感知過程，并最終做出的主觀判斷。”汽車行業(yè)中的聲品質(zhì)問題已經(jīng)由最初的整車、發(fā)動機(jī)等主要部件的研究，進(jìn)入各個部件和方面的研究，未來汽車的發(fā)展環(huán)保、安全、舒適、低成本是主線，而這些主線中NVH性能占據(jù)很大比重。統(tǒng)計表明，整車約有三分之一的故障問題是和車輛的NVH問題有關(guān)的。良好的NVH匹配不僅能夠?qū)崿F(xiàn)良好的動力學(xué)特性也能節(jié)省生產(chǎn)成本。
 
20世紀(jì)60-70年代，西方各主要汽車公司開始關(guān)注汽車的NVH問題，我國NVH研究起步較晚，自主品牌發(fā)展到現(xiàn)在只有10多年的時間，從國際NVH水平來看，日本在這方面做得最好，美國也不錯，歐洲次之。各國政府在NVH法規(guī)方面，并沒有過于嚴(yán)格的規(guī)定，大多來自于顧客對車輛性能日益苛刻的要求，歐洲法規(guī)要求轎車通過噪聲小于74DB，中國M2柴油機(jī)為77DB，RM1類柴油機(jī)機(jī)車為75DB。良好的NVH特性可以提高汽車部件由于振動引起的早期失效風(fēng)險，提高部件的可靠性。相比于國外，我國NVH水平存在著一定的差距。比如空調(diào)開時車輛怠速的噪聲值，日本、北美車輛為43-45DB，而我國本土車輛往往達(dá)到50DB。國產(chǎn)某輕型客車噪聲值見圖3-1，幾款轎車噪聲值見圖3-2。

圖3-1 國產(chǎn)某輕型轎車噪聲值

圖3-2 幾款轎車噪聲值
國內(nèi)企業(yè)中NVH能力已達(dá)到了一定的水準(zhǔn)，如上海通用/泛亞汽車技術(shù)中心，有一定的開發(fā)能力，其余合資企業(yè)在國內(nèi)的NVH工作主要就是物理試驗認(rèn)證；而國內(nèi)自主品牌大多處在樣車試驗改進(jìn)(通常與國外試驗咨詢公司合作)階段，CAE能力及其與試驗的糅合仍需加強(qiáng)。
 
其他企業(yè)的現(xiàn)狀如下：
(1)上汽同濟(jì)噪聲與振動工程中心，同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院的NVH實驗室硬件一流，且比較完備，其消聲室(帶低噪聲轉(zhuǎn)轂)為遠(yuǎn)東最大，達(dá)到1200m3，混響室為268m3，測試系統(tǒng)為LMS等主流設(shè)備；
(2)奇瑞常規(guī)的NVH試驗工程及研究與合肥工業(yè)大學(xué)的噪聲振動實驗室合作，而針對部分產(chǎn)品的NVH性能提升，主要通過與國外試驗咨詢公司合作的方式來完成。如: 通過與意大利Prototipo實驗公司的合作，針對東方之子與新旗云等車型的NVH方面多個小項目進(jìn)行改進(jìn)，提升產(chǎn)品競爭力的同時也大大提高了技術(shù)人員的水平。奇瑞已具有4套LMS的振動噪聲測試系統(tǒng)等主流設(shè)備，成立了NVH科室，CAE方面有專門NVH分析人員；
(3) 一汽的NVH試驗?zāi)芰^早就已建立。其中噪聲試驗室是按國際標(biāo)準(zhǔn)所建，包括：整車噪聲試驗室、動力總成噪聲試驗室。其中整車噪聲試驗室為半消聲室，可以進(jìn)行整備質(zhì)量500~12000kg，軸距在2.2~6.5,范圍的各類轎車、輕型車、中型卡車、廂式車、大客車等車型的車外、車內(nèi)噪聲試驗，動力總成噪聲試驗；也可以進(jìn)行最大功率200KW、最大扭矩400N m、最高轉(zhuǎn)速7500r/min的發(fā)動機(jī)及其動力總成振動噪聲試驗研究；
(4)二汽NVH方面起步較早，有專門的NVH研究組織，其消聲室為6.8m*5.2m*6m，混響室5.6m*6.7m*5.8m。早在1996-1998年，葉志剛曾帶領(lǐng)其團(tuán)隊對“乘用車內(nèi)噪聲試驗研究分析及控制”做了比較深入的研究，其成果在東風(fēng)汽車公司乘用車產(chǎn)品開發(fā)中得到應(yīng)用，解決了乘用車車內(nèi)噪聲大的問題，取得了較好的效果。該項目在車身結(jié)構(gòu)分析及控制中創(chuàng)造性應(yīng)用結(jié)構(gòu)聲響感度函數(shù)較好地解決了發(fā)動機(jī)懸架對車內(nèi)噪聲的影響，后獲2001年中國汽車工業(yè)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎；
(5)重慶長安主要與朗德科技合作，2006年新建立了整車消聲室，測試系統(tǒng)亦是用的Head Acoustic等行業(yè)內(nèi)主流設(shè)備；
(6)福田由德國Fiast為其建造消聲室，測試系統(tǒng)配備有32通道LMS振動模態(tài)分析系統(tǒng)、60通道B&K通過噪聲測試分析系統(tǒng)和36通道BBM噪聲源分析及音質(zhì)評價分析系統(tǒng)等;
(7)江淮具有常規(guī)的NVH性能測試評價的能力，已有2套LMS等主流廠家的振動噪聲測試系統(tǒng); 
(8)吉利硬件方面已有常規(guī)的振動噪聲測試設(shè)備，可以完成常規(guī)的試驗工作，其研究院亦有專人搞NVH方面的CAE工作，對消聲室等大型實驗室的籌備工作亦開始了初期調(diào)研，對產(chǎn)品NVH性能的改善主要通過與國外專業(yè)公司合作來實現(xiàn)。如:在金剛設(shè)計開發(fā)過程中，專門聘請專業(yè)的汽車降噪公司——意大利Alipalia公司SCS技術(shù)中心的專業(yè)團(tuán)隊進(jìn)行專項NVH工程處理。近些年來，NVH已經(jīng)不只是整車廠關(guān)注的重點，汽車零部件企業(yè)也開始重視零部件的NVH性能開發(fā)，如專業(yè)生產(chǎn)變速箱的法士特集團(tuán)已經(jīng)建成行業(yè)領(lǐng)先的消聲室，投入精力開發(fā)低噪聲的變速器產(chǎn)品。總體來說，乘用車 NVH走在前列，商用車也開始建立自己的NVH開發(fā)團(tuán)隊，配備了主流的噪聲振動測試系統(tǒng)和專業(yè)的消聲室以及專業(yè)的NVH工程人員。
 
4 NVH問題的研究方法
汽車噪聲來源主要來自發(fā)動機(jī)、進(jìn)排氣系統(tǒng)、風(fēng)扇噪聲、傳動系統(tǒng)、輪胎噪聲、制動噪聲、車聲結(jié)構(gòu)噪聲、氣動噪聲。各個總成的噪聲貢獻(xiàn)度要達(dá)到合理匹配，NVH的特性研究應(yīng)該是以整車為研究對象，合理匹配各個系統(tǒng)，要求各個子系統(tǒng)的噪聲貢獻(xiàn)降到最低。通常對汽車噪聲和振動問題進(jìn)行控制主要理論方法有有限元法、邊界元法、統(tǒng)計能量法，有限元法適用分析結(jié)構(gòu)動態(tài)特性; 邊界元法適合處理噪聲的輻射問題; 統(tǒng)計能量法是將一個復(fù)雜結(jié)構(gòu)系統(tǒng)或聲系統(tǒng)劃分成若干耦合的子系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)在相應(yīng)某個頻率范圍都有若干個共振頻率，根據(jù)系統(tǒng)的各種參數(shù)建立起各個子系統(tǒng)間能量流動的關(guān)系。
 
現(xiàn)階段，計算機(jī)仿真分析技術(shù)(CAE)在汽車產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)中的應(yīng)用已相當(dāng)普遍，大大方便了工程人員對設(shè)計機(jī)制的理解與把握，提高了設(shè)計開發(fā)效率，推動產(chǎn)品加速更新?lián)Q代。然而，CAE分析的置信度是一個“瓶頸”問題，對于機(jī)制和模型高度復(fù)雜的車輛 NVH 性能，其仿真分析的置信度很難保證。為了解決這個“瓶頸“，通常的做法是將CAE技術(shù)與試驗測試相結(jié)合，通過對比仿真和測試結(jié)果的吻合度來確定仿真的有效性。然而，測試結(jié)果對于測試流程、條件及環(huán)境非常敏感，在很多情況下測試結(jié)果本身就具有較大的分散性，為了扭轉(zhuǎn)這種被動局面，國外已有研究者將重點轉(zhuǎn)向“試驗可靠性”的提高。
 
另一方面，當(dāng)前應(yīng)用領(lǐng)域出現(xiàn)了多種支持NVH仿真分析的CAE軟件系統(tǒng)，如ADAMS、SYSNOISE、AUTOSEA、LMS等?；诓煌瑑?nèi)核技術(shù)的軟件系統(tǒng)，其處理問題的適用范圍各有側(cè)重。為確保仿真分析的置信度，應(yīng)充分考慮具體問題的特點而合理選擇軟件工具。例如：聲振耦合有限元技術(shù)主要適用于低頻范圍，是分析車內(nèi)低頻結(jié)構(gòu)輻射噪聲(Booming)的有效工具; 而統(tǒng)計能量法則更適合于模態(tài)密集的中、高頻段噪聲分析，等等。值得注意的是，為完善仿真分析所必需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)條件，國外汽車工程界進(jìn)行了不懈的努力。目前已有機(jī)構(gòu)建立了車內(nèi)噪聲數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，能夠覆蓋15種車型的典型行駛工況，從而有效地支持了仿真分析過程并有助于確保其置信度。
 
5 汽車NVH控制與改善措施
噪聲的控制主要有主動措施和被動措施兩方面：主動措施要求從噪聲源頭降低噪聲，如改進(jìn)機(jī)械結(jié)構(gòu)，提高激振頻率，降低發(fā)動機(jī)低速噪聲，同時提高零部件的加工精度和裝配質(zhì)量，減少運(yùn)動噪聲，改善部件的懸掛系統(tǒng)，阻斷振動傳遞，改進(jìn)車身結(jié)構(gòu)、提高剛度、提高一階模態(tài)，減少局部模態(tài)數(shù)量等; 被動措施要求要好的吸音、吸振、密封、隔音、隔振、阻尼材料。迄今為止，阻尼、吸聲材料及結(jié)構(gòu)在汽車噪聲控制領(lǐng)域獲得了極為廣泛的應(yīng)用，例如: 阻尼涂層，泡沫材料，約束層阻尼結(jié)構(gòu)，內(nèi)飾吸聲表面，以及最近出現(xiàn)的ABA隔熱墻襯墊，等等。這些已成為改善車輛NVH性能最主要的工程處理手段。
 
6結(jié)束語
長期以來，主要發(fā)達(dá)國家對汽車噪聲控制問題給予了高度重視，積累了較為豐富的理論與技術(shù)研究成果和解決問題的工程實踐經(jīng)驗。然而，由于問題的復(fù)雜性，該領(lǐng)域目前仍然存在著大量的理論和技術(shù)空白，其中有許多是世界性的難題。國內(nèi)汽車行業(yè)應(yīng)當(dāng)充分把握這一時機(jī)，在跟蹤、學(xué)習(xí)國外先進(jìn)技術(shù)以形成“后發(fā)優(yōu)勢”的同時，通過自主創(chuàng)新力求在短期內(nèi)取得某些方面的率先突破，從而帶動汽車噪聲控制技術(shù)的整體跨越式發(fā)展。 
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