摘要：隨著科技的發(fā)展，混動(dòng)汽車(chē)已被公認(rèn)為是21世紀(jì)世界汽車(chē)工業(yè)改造和發(fā)展的主要方向。混合動(dòng)力汽車(chē)具有新的部件、動(dòng)力系統(tǒng)，傳動(dòng)系統(tǒng)及運(yùn)行模式，雖然其降低了傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的掩蔽噪聲，但因其整車(chē)結(jié)構(gòu)和相關(guān)系統(tǒng)的變化，致使整車(chē)在振動(dòng)噪聲方面出現(xiàn)了一系列的新問(wèn)題。因此針對(duì)性地列舉了混合動(dòng)力汽車(chē)存在的NVH問(wèn)題，分析了車(chē)內(nèi)振動(dòng)、噪聲的產(chǎn)生原因及傳遞路徑，提出了振動(dòng)噪聲的控制方法，最后對(duì)混合動(dòng)力汽車(chē)NVH問(wèn)題的解決技術(shù)作出了展望。

關(guān)鍵詞：NVH性能；振動(dòng)噪聲源；傳遞路徑；控制對(duì)策

1引言

混合動(dòng)力汽車(chē)因其節(jié)油環(huán)保的優(yōu)勢(shì)現(xiàn)如今已成為各大汽車(chē)公司研究開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)m。在混合動(dòng)力汽車(chē)這個(gè)市場(chǎng)中，靜也越來(lái)越激烈，如日本豐田的Prius和本田公司的In_sight兩種HEv就已小批量投放市場(chǎng)，并取得不錯(cuò)的銷(xiāo)量。不同品牌混合動(dòng)力車(chē)的使用性能和安全性能之間的差別越來(lái)越小。相比之下，汽車(chē)的舒適性就常常成為區(qū)分汽車(chē)品牌好壞的重要因素之』。作為用戶(hù)親身感受的汽車(chē)舒適性、噪聲控制的主要評(píng)價(jià)參數(shù)NvH已成為評(píng)價(jià)汽車(chē)性能的重要指標(biāo)，其重要性等同于安全性、燃油經(jīng)濟(jì)陛和排放等性能。而混合動(dòng)力汽車(chē)的動(dòng)力系統(tǒng)，傳動(dòng)系統(tǒng)及其運(yùn)行模式都作了改變，致使整車(chē)的振動(dòng)噪聲出現(xiàn)了一系列的新問(wèn)題，因此提高我國(guó)混合動(dòng)力汽車(chē)NvH控制水平就成為新的核心技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力。希望為國(guó)內(nèi)混合動(dòng)力汽車(chē)工程領(lǐng)域開(kāi)展NvH工作提供必要的信息，啟發(fā)與借鑒。

2 混合動(dòng)力汽車(chē)NVH問(wèn)題的研究現(xiàn)狀

2．1 混合動(dòng)力汽車(chē)NVH問(wèn)題國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

噪聲污染為三大污染之一，城市噪聲的70％來(lái)源于交通噪聲閥；而汽車(chē)噪聲又占交通噪聲的主要部分；因此在汽車(chē)開(kāi)發(fā)中，企業(yè)把振動(dòng)噪聲問(wèn)題作為一項(xiàng)重要的性能指標(biāo)來(lái)進(jìn)行研究。汽車(chē)NVH(Noise，VibmtionaIldHarshness，NVH)是指在汽車(chē)駕駛途中，駕乘人員直接感受到的噪聲(Noise)、振動(dòng)(vibmti帆鬧聲振粗糙度(Harsllness)，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)行研究同。而混合動(dòng)力汽車(chē)由于增加了新的部件，動(dòng)力系統(tǒng)，傳動(dòng)系統(tǒng)以及改變后的運(yùn)行模式都有所改變，雖然其降低了傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的掩蔽噪聲，但整車(chē)的振動(dòng)噪聲出現(xiàn)了一系列的新問(wèn)題。提高車(chē)輛噪聲水平已成為混合動(dòng)力汽車(chē)新的競(jìng)爭(zhēng)焦點(diǎn)和技術(shù)發(fā)展方向。

長(zhǎng)期以來(lái)，有關(guān)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)汽車(chē)噪聲控制問(wèn)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(wèn)題的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)f7】。目前，國(guó)外大型汽車(chē)公司有近20％的費(fèi)用投人在汽車(chē)NvH上嗣。以美國(guó)的通用汽車(chē)公司為例，設(shè)計(jì)人員中有1，3～l，4、cAE人員中有1／3，試驗(yàn)人員中有1／2與NvH有關(guān)。在此方面，日本做得最好，美國(guó)也不錯(cuò)，歐洲次之。

目前，國(guó)內(nèi)的NvH的研究水平經(jīng)過(guò)十余年的發(fā)展已經(jīng)有了一定的提高。如上海通用／泛亞汽車(chē)技術(shù)中心也已有一定的開(kāi)發(fā)能力；一汽的NVH試驗(yàn)?zāi)芰^強(qiáng)。其中噪聲試驗(yàn)室是按國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)所建，包括：整車(chē)噪聲試驗(yàn)室；動(dòng)力總成噪聲試驗(yàn)室；特別強(qiáng)調(diào)的是，作為自主研發(fā)新能源汽車(chē)的吉利在NvH方面做出了較大的努力，并已初具規(guī)模。其擁有常規(guī)的振動(dòng)噪聲測(cè)試設(shè)備，可以完成常規(guī)的試驗(yàn)工作；成立了NvH專(zhuān)門(mén)小組；在cAE方面設(shè)置NvH分析人員；由此可見(jiàn)，國(guó)內(nèi)汽車(chē)企業(yè)正日益重視汽車(chē)的NvH技術(shù)。但我國(guó)NVH總體水平和國(guó)外相比還是有一定的距離。比如空調(diào)開(kāi)時(shí)車(chē)輛怠速的噪聲值，日本、北美車(chē)輛為(43。45)dB，而我國(guó)車(chē)輛則達(dá)到50dB。

2．2 混合動(dòng)力汽車(chē)NVH問(wèn)題的現(xiàn)象及其性能

混合動(dòng)力汽車(chē)在不同的車(chē)速，會(huì)出現(xiàn)不同的NvH問(wèn)題，大致可以分為如下幾種情況：

(1)在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)，汽車(chē)會(huì)出現(xiàn)：點(diǎn)火噪聲，怠速噪聲．空調(diào)噪聲，座椅抖；

(2)當(dāng)車(chē)速在(20～50)km／h，汽車(chē)會(huì)出現(xiàn)：低速轟鳴，沖擊現(xiàn)象，離合器抖動(dòng)，齒輪噪聲；(3)當(dāng)車(chē)速在(50—80)km／h，汽車(chē)會(huì)出現(xiàn)：不平順，制動(dòng)抖動(dòng)，輪胎噪聲，排氣噪聲；

(4)當(dāng)車(chē)速在(80一120)km／h，汽車(chē)會(huì)出現(xiàn)：高速風(fēng)噪，發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲，轉(zhuǎn)向盤(pán)振動(dòng)，粗糙度叫。

由此可見(jiàn)，在不同車(chē)速時(shí)，汽車(chē)會(huì)表現(xiàn)出不同的NvH現(xiàn)象，直接影響到駕乘人員的主觀感受。

要解決混合動(dòng)力汽車(chē)的NvH問(wèn)題，首先要分析其N(xiāo)vH性能?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)是利用發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)兩種動(dòng)力驅(qū)動(dòng)源來(lái)驅(qū)動(dòng)的環(huán)保車(chē)，由此引起整車(chē)結(jié)構(gòu)和動(dòng)力系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)以及車(chē)身和底盤(pán)系統(tǒng)的變化，以滿足多種能源驅(qū)動(dòng)汽車(chē)的各種要求。其增加了傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)沒(méi)有的其它零部件，如：動(dòng)力分配裝置、電動(dòng)機(jī)、能量轉(zhuǎn)換裝置以及大質(zhì)量蓄電池等(12)?？偟膩?lái)說(shuō)，混合動(dòng)力汽車(chē)與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力汽車(chē)相比，混合動(dòng)力汽車(chē)的結(jié)構(gòu)布置更加復(fù)雜化。因此混合動(dòng)力車(chē)的NvH性能也較為復(fù)雜?；旌蟿?dòng)力車(chē)NVH的性能模型，如圖l所示。

汽車(chē)的NVH性能作為同于安全性、燃油經(jīng)濟(jì)性和排放等性能的重要性能之一，在研發(fā)過(guò)程中如何進(jìn)行整車(chē)NVH性能的設(shè)計(jì)與控制是值得探討的重要課題。

2．3 混合動(dòng)力汽車(chē)NVH問(wèn)題的原因

2．3．1混合動(dòng)力汽車(chē)振動(dòng)噪聲源

NVH分析主要是研究車(chē)輛的振動(dòng)和噪聲對(duì)整車(chē)性能和舒適性的影響。分析混合動(dòng)力汽車(chē)的振動(dòng)噪聲主要來(lái)源于三個(gè)部分：動(dòng)力總成，風(fēng)激勵(lì)，路面激勵(lì)舊1。動(dòng)力總成中的噪聲源主要包括以下幾個(gè)方面：

(1)發(fā)動(dòng)機(jī)本體，油底殼，進(jìn)氣歧管等殼體在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)輻射出的噪聲；發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸不平衡運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的振動(dòng)。

(2)變速器齒輪的振動(dòng)與噪聲。當(dāng)行駛在電動(dòng)機(jī)模式下時(shí)自變速箱齒輪的高頻噪音會(huì)明顯。

(3)進(jìn)排氣噪聲。

(4)懸置的隔振性能導(dǎo)致車(chē)體振動(dòng)噪聲。混合動(dòng)力車(chē)中的電機(jī)以及與減速器的集成體的懸置系統(tǒng)應(yīng)采用沒(méi)有副車(chē)架的單級(jí)減振結(jié)構(gòu)，以利輕量化；

(5)懸架：結(jié)構(gòu)共振引起車(chē)體產(chǎn)生噪聲，傳動(dòng)系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)引起車(chē)體產(chǎn)生噪聲。

風(fēng)激勵(lì)：汽車(chē)在高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，車(chē)身和附件與空氣相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生對(duì)車(chē)內(nèi)傳遞的噪聲。噪聲與車(chē)速的關(guān)系，如圖2所示。

輪胎路面：車(chē)輛行駛時(shí)，輪胎路面摩擦噪聲、泵氣噪聲等，輪胎不平衡，路面引起的振動(dòng)。吉利混合動(dòng)力車(chē)就利用輪轂電機(jī)的電磁噪聲進(jìn)行輪胎花紋噪聲的混合主動(dòng)消聲控制。

2．3．2混合動(dòng)力汽車(chē)振動(dòng)噪聲的傳遞路徑

解決混合動(dòng)力汽車(chē)的NVH問(wèn)題還應(yīng)分析其傳遞路徑，從而切斷振動(dòng)噪聲傳遞的路徑?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)的噪聲與振動(dòng)現(xiàn)象往往是由多個(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?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)的振動(dòng)傳遞路徑：車(chē)輛的振動(dòng)傳遞通常是通過(guò)各種減振元件、隔振系統(tǒng)傳遞到車(chē)內(nèi)與人體常接觸的部位，比如轉(zhuǎn)向盤(pán)、變速桿、座椅和地板等舊。噪聲傳遞路徑：噪聲傳遞通常是通過(guò)車(chē)輛各密封處，比如開(kāi)啟件與車(chē)體，各通孔，空腔等的傳遞；激勵(lì)源對(duì)板件的激勵(lì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)振動(dòng)，向車(chē)內(nèi)輻射出噪聲等。動(dòng)力總成振動(dòng)噪聲傳遞(結(jié)構(gòu))，如圖3所示。

動(dòng)力總成噪聲傳遞(空氣)：動(dòng)力總成造成的輻射噪聲，進(jìn)氣噪聲，排氣噪聲。

3 混合動(dòng)力汽車(chē)NVH問(wèn)題的控制對(duì)策

混合動(dòng)力汽車(chē)有幾種行駛模式，純電動(dòng)模式，發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)模式以及混動(dòng)模式。因模式不同，NVH問(wèn)題也不同。對(duì)應(yīng)的混合動(dòng)力汽車(chē)的NVH控制對(duì)策也要做出相應(yīng)的變化。目前，混合動(dòng)力汽車(chē)的降噪措施主要分為兩種：主動(dòng)降噪和被動(dòng)降噪。主動(dòng)降噪包括：(1)工藝以及裝配質(zhì)量的提高；(2)優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)；(3)優(yōu)化懸掛系統(tǒng)；(4)優(yōu)化車(chē)身結(jié)構(gòu)。如福特Fusion混合動(dòng)力車(chē)與豐田“皇冠混合動(dòng)力車(chē)”都采用了采用主動(dòng)噪音消除技術(shù)，利用3個(gè)麥克風(fēng)檢測(cè)車(chē)內(nèi)的沉悶噪音，使揚(yáng)聲器與噪音反相位振動(dòng)，從而將靜音性提高了(5～8)dB左右。被動(dòng)降噪包括：(1)吸音、吸振；(2)密封、隔音、隔振；(3)阻尼、減尼、改變激震形態(tài)；(4)加強(qiáng)、改變激震頻率。例如：前地板位置溫度高，振動(dòng)大，車(chē)在行走過(guò)程地板會(huì)產(chǎn)生扭變，采用樹(shù)脂約束層阻尼板，可以克服扭變產(chǎn)生，起到減少振動(dòng)及噪音的效果110|。這就是被動(dòng)降噪。為了減少混合動(dòng)力汽車(chē)的NvH，提出以下的總體控制策略：

(1)控制振動(dòng)噪聲源；噪聲源控制是提高汽車(chē)NVH性能最根本、最直接的措施，如降低發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲、改善發(fā)動(dòng)機(jī)懸置、改善進(jìn)排氣系統(tǒng)等。其中降低發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)與噪聲是最復(fù)雜的。而在遮蔽懸置結(jié)構(gòu)的振動(dòng)與噪聲時(shí)，混合動(dòng)力車(chē)中的電機(jī)以及與減速器的集成體的懸置系統(tǒng)應(yīng)采用沒(méi)有副車(chē)架的單級(jí)減振結(jié)構(gòu)，以利輕量化。這樣可以有效控制懸置結(jié)構(gòu)的振動(dòng)與噪聲。(2)切斷振動(dòng)噪聲傳遞的路徑；當(dāng)難以控制噪聲源時(shí)，需要在噪聲的傳播途徑中采取吸聲、隔聲、消聲、減振及隔振等措施，如增加屏蔽件、改善整車(chē)密封性、調(diào)整內(nèi)飾件等。混合動(dòng)力汽車(chē)振動(dòng)源和噪聲源分散布置的特點(diǎn)導(dǎo)致對(duì)車(chē)身結(jié)構(gòu)的局部阻抗特性提出了新的要求，可以合理分布車(chē)身裝飾材料、優(yōu)化材料的配置，并且合理布置隔音、隔振材料，以此來(lái)阻斷生源的有效傳播。如在車(chē)廂的密封結(jié)構(gòu)上下功夫，尤其是前圍板和地板的密封隔音性能。

(3)改善振動(dòng)特性，避免共振；優(yōu)化各部件模態(tài)，避免部件之間形成共振。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，一定要使各結(jié)構(gòu)的共振頻率都不能在主要激振頻率范圍內(nèi)。而發(fā)動(dòng)機(jī)的主要激振都在低頻，所以發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)件都是固有頻率越高越好，至少高于發(fā)動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速的二階頻。再者應(yīng)盡量避免采用大面積的薄壁。

4 混合動(dòng)力汽車(chē)NVH問(wèn)題的展望

在混合動(dòng)力車(chē)上增加電動(dòng)機(jī)和不同的行駛模式為NVH工程師帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。要想徹底解決NVH問(wèn)題，則混合動(dòng)力車(chē)的NvH分析技術(shù)不應(yīng)停滯在振動(dòng)噪聲改進(jìn)的水平上，而應(yīng)進(jìn)行早期的NvH設(shè)計(jì)，其減振降噪的作用及效果良好，費(fèi)用更低廉。NvH設(shè)計(jì)一費(fèi)用曲線，如圖4所示。

應(yīng)將NVH設(shè)計(jì)朝著“主動(dòng)設(shè)計(jì)”的方向發(fā)展，將NVH設(shè)計(jì)融入整車(chē)的設(shè)計(jì)過(guò)程，而不是在車(chē)型上市后，用戶(hù)抱怨汽車(chē)性能后再去解決。因此應(yīng)進(jìn)行早期NVH設(shè)計(jì)，逐步能夠在汽車(chē)設(shè)計(jì)的時(shí)候，為汽車(chē)的振動(dòng)陛能進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，從而將NvH分析技術(shù)貫穿在汽車(chē)設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程中，這就是NvH設(shè)計(jì)思想的主要部分。汽車(chē)振動(dòng)的NvH設(shè)計(jì)有很多方法，如國(guó)際上NvH開(kāi)發(fā)進(jìn)程大致分成三個(gè)階段舊：第一是把振動(dòng)和噪聲降低的原始階段；第二是聲品質(zhì)提升階段；第三是聲音的DNA階段，進(jìn)入這個(gè)層次也就是進(jìn)入了世界一流汽車(chē)企業(yè)的行列?；旌蟿?dòng)力標(biāo)準(zhǔn)的NvH程序是先解決發(fā)動(dòng)機(jī)問(wèn)題，然后是傳動(dòng)系、發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)，最后是整車(chē)。

綜上NvH開(kāi)發(fā)的總體過(guò)程可分為以下幾個(gè)步驟進(jìn)行：(1)制訂混合動(dòng)力車(chē)整車(chē)振動(dòng)噪聲的設(shè)計(jì)指標(biāo)；(2)混合動(dòng)力車(chē)整車(chē)結(jié)構(gòu)模態(tài)分析與頻率規(guī)劃；(3)針對(duì)頻率分配進(jìn)行混合動(dòng)力車(chē)主要部件(如車(chē)身等)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，并進(jìn)行計(jì)算模態(tài)分析；(4)CAE分析、評(píng)審混合動(dòng)力車(chē)的結(jié)構(gòu)及性能，確定產(chǎn)品是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，改正錯(cuò)誤，此時(shí)改進(jìn)措施所產(chǎn)生的效果很小，但費(fèi)用是相當(dāng)昂貴。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和汽車(chē)用戶(hù)對(duì)車(chē)輛要求的不斷提高，汽車(chē)振動(dòng)噪聲NvH性能已成為汽車(chē)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的重要方面和汽車(chē)產(chǎn)品未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。NvH開(kāi)發(fā)是一項(xiàng)必須與混合動(dòng)力汽車(chē)開(kāi)發(fā)流程緊密相連的復(fù)雜的系統(tǒng)性工程，它要求在混合動(dòng)力汽車(chē)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的各個(gè)階段運(yùn)用NVH設(shè)計(jì)和控制方法進(jìn)行大量的工作。論文提出了混動(dòng)汽車(chē)振動(dòng)和噪聲的結(jié)構(gòu)與性能特點(diǎn)，逐步分析其振動(dòng)噪聲源及傳遞路，并給出了其控制方法。研究解決此類(lèi)問(wèn)題時(shí)，應(yīng)先通過(guò)主客觀評(píng)價(jià)確定客戶(hù)要求、借助測(cè)量?jī)x器和技術(shù)知識(shí)正確診斷故障和識(shí)別噪聲源，以及建立匹配法和指標(biāo)控制來(lái)降低振動(dòng)噪聲。研究有關(guān)混合動(dòng)力車(chē)噪聲控制的各種方法，對(duì)提高國(guó)產(chǎn)車(chē)的形象與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

作者：岳明明，周一丹，馬改

作者單位：(南通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，江蘇南通200093)

來(lái)源：機(jī)械設(shè)計(jì)與制造