NVH与汽车开发

NVH与汽车开发泛亚汽车技术中心副总经理魏燕钦一、概述随着汽车市场竞争的日益激烈和市场对汽车产品要求的日趋多样化，促使各整车和零部件企业的产品开发的周期越来越短。

过去那种集整车和零部件开发于一体的开发方式已走向越来越分工和专业化。

随着中国加入世贸组织，零部件的全球采购已成为可能，这不仅大大提升了零部件对整车开发的支持力，而且在向整车开发提供高质量零部件的同时也促使整车开发方式转变，整车开发已成为除车身结构的设计外，主要是零部件的(结构)整合和(性能)匹配(标定)行为。

从一定意义上讲，整车开发已不在是单纯的结构设计和机构的实现，如何在取得优质零部件总成的基础上，整合匹配出满足法规和标准要求或最优的整车系统性能，已成为整车开发的核心。

影响汽车乘坐和使用环境重要因素的振动噪声性能，英译NVH (noise & vibration & harshness) ，作为重要的法规和竞争指标在当今产品竞争中体现的越来越举足轻重。

振动噪声控制和研究更加受到重视，从方法上看，随着整车开发职能的转变使得整车开发对于整车振动噪声性能的控制的重点从过去的控制零部件和总成入手转变为偏重于对总成之间性能的总体匹配。

二、 NVH定义NVH主要是研究车辆的噪声和振动对整车性能和舒适性的影响。

车辆的噪声源,主要包括：发动机，排气系统，高速行驶时的风噪声、轮胎噪声。

其它任何运动的部件都有可能发出噪声。

车辆的振源，主要包括：发动机，传动系统，不平的路面。

三、 NVH在汽车开发中的三步骤：在汽车开发过程中，确定客户要求、诊断故障识别噪声、控制降低噪声是研究NVH的重要三步骤，由于三步骤之间的关联性，在实际的开发过程中相辅相成。

1,步骤一明确客户要求现代轿车一般都能轻易满足振动噪声方面的强制性法规，但是客户对乘坐舒适性的要求越来越高加之日益激烈的市场竞争，NVH问题已从原有的法规强制转变为客户强制。

因此在实际开发过程中，我们会根据客户的要求进行测量，除了提交测量结果外，还给出一定程度的结论或主客观评价。

所有提供给客户的“产品”应保证正确、公正，并满足客户要求。

客观评价是用描述振动噪声的参数如加速度、声压等来评价车辆NVH性能。

我们既可以用试验也可以用分析手段得到这些客观参数。

系统的动态特性或系统的响应均可作为客观参数如：静态和动态刚度、传递函数、模态频率和振型、声压级等。

然而，NVH问题最终应该由主观评价来完成。

客户通过直接接触来体验感觉车辆情况，客户的反应来自于他们的感觉、印象或是否喜欢这款车。

客户往往会给出定性地描述：如感觉太硬或太吵。

因为不同的人对同一辆车的评价往往不同，这取决于个人的背景、经历、期望、心情及其它与车辆无关的因素重复性差、对车辆小的修改不敏感。

从心理声学的角度来分析无论如何，汽车总是要发出声音的；车厢的隔音措施再好，也不能把所有的声音都挡在外面。

另一方面，人们也需要、或喜欢汽车发出的某些声音，如喇叭声，年青人偏爱跑车马达所发出的某种有力的声音。

因此当车辆的总体噪声水平显著降低后，人们开始愈来愈讲究他们听到的声音的“品质”；人耳是灵敏的，原本被发动机和排气管的轰鸣声、尖啸声淹盖的其它噪声，此时都显露了出来，有不少是令人不快的，有些则反映了零部件的故障。

这些都对NVH的测量、分析和零部件的改进提出了更高的要求。

心理声学用量化指标来反映人们对声音“好坏”的感觉，例如响度，粗糙度，尖锐度。

人有五官感觉，且非常灵敏，同时人又是汽车产品的惟一使用者，其评价优劣是产品成败的关键所在之一，因此NVH方面的主观评估是车辆及其零部件质量检验、故障诊断的必要手段。

2、步骤二故障诊断。

在开发过程中，客户的车辆或零部件出现了原因不明的、异常的振动噪音，就需要我们帮助他们找到引起这种振动噪音的根源进行必要的故障珍断，而这些工作离不开对测量方法和测量仪器的掌握和正确运用，也离不开识别各种振动噪音的知识和经验的逐步积累。

试验NVH方法与CAE计算分析手段结合，对于故障诊断和噪声源识别方面往往能产生很好的效果。

试验模态分析结果可用来验证和修改有限元分析模型；试验的测量数据既可作为输入参数，由有限元分析模型计算需要的量，也可作为输出结果，验证有限元分析的结果；对于一部份难以建立有限元模型的构件采用试验模态模型，而对希望改进的构件采用有限元分析模型，将两种构件“装配”在一起，型成一种“混合型”的分析模型。

然而，噪声诊断只是为了发现问题，查出根本原因，并没有达到客户的最终目的。

客户往往进一步希望消除或减少这种振动噪声。

作为汽车开发人员，我们需要不仅能够发现问题，还要能够解决问题。

3、步骤三、根据客户提出的目标，对某一对象设计并实施减振、降噪隔音的方案。

以下是实现减振降噪的一些基本方法：1) 消除振动噪音产生的根源。

这涉及到修改产生振动噪音的零部件结构，例如改善其振动特性，避免共振；改进旋转件的平衡；减小相对运动元件之间的磨擦；改善管道内气体或液体流动状况；改善包装容器的刚度及密封性能；施加与噪声源振幅相当而相位相反的声音等等。

产品的改进既可以是在原件基础上的修改，也可以是工作原理的重大变革。

这一点仅靠NVH工程师往往是很难完成的，必须与有关的产品工程师协同工作才能实现。

2) 切断振动噪音传递的路径。

涉及到对结构振动传递特性的分析和改进，使之对振动噪声具有明显的衰减作用而不是放大。

就车内降噪而言，对结构密封性能的分析和改进，对各种吸音材料特性的了解和应用，并且掌握骨架结构与吸音材料的搭配使用的方法。

例如：质量阻尼减振器、共振腔消音器。

它们主要是用于窄带振动或噪音成份的减弱和消除。

基本的测量理论和方法、数据处理理论，现成的教科书里有，花上时间和精力就能掌握。

市场上有各种各样的测量仪器可供选择，测量仪器供应商也是我们不断了解、跟踪国际上测量方法和手段的重要渠道（所以应经常参加那些仪器供应商的产品介绍会）。

关健是根据客户的要求和目标，如何选择恰当、正确的测量手段，并据此分析得出有用的信息。

为了达到减振降噪的效果，就要修改有关的结构，这需要综合的能力和经验。

此时须全面考虑修改方案对其它性能和功能的影响，考虑实施所要花费的时间和成本。

四、NVH分类、研究及开发实例而对NVH噪声定义、测量评价分析及噪声的控制往往是通过研究车外和车内的噪声振动情况来体现。

1、车外NVH噪声1）车外噪声源：影响车外噪声的主要有发动机噪声、冷却噪声、排气噪声、轮胎辐射噪声和排气系统的再生辐射噪声以及其他机械噪声。

这些噪声一般在中高频范围内，由于车外噪声直接构成了对周围环境的污染排放，因此各国都有严格的限值和测试方法。

2）车外噪声的测量和评价：A、加速行驶车外噪声测量及评价：加速行驶车外噪声是对于整车噪声水平等综合评价，是汽车认证最重要的指标之一。

各国的认证标准对测量方法的规定基本相同(包括刚刚颁布我国标准GB1495-2002)，由于各国发展水平不同因此限制有一定的差异(比如：GB1495-2002对于轿车的限值要比欧洲大3dB(A))。

目前最具先进性而且被广泛采用的要属欧共体51号法规(即：ECE Reg. No.51)测量方法和相应的限值。

值得说明的是：法规只是国家或地区间总体水平等体现，汽车企业为了保持产品的领先地位，往往有更为严格的公司内部限值，作为产品开发的目标。

B、汽车定置噪声测量：它实际上是整车无负荷状态下对发动机和排气噪声的评价，一般作为对车外噪声评价的补充，其方法和限值标准也是作为车外加速噪声测量标准的附件。

3）车外NVH噪声的控制：车外噪声的控制主要是对于噪声源的控制，有效的降低各声源的噪声是保证整车噪声的唯一和根本途径。

降噪是一项费时且投入很高的工作，因此必须首先正确识别影响整车噪声的主要声源。

常用的方法是噪声分解，在整车级分解方法是通过工况排除，系统(或部件)排除和包裹法。

其目的是为了把某一声源从总的噪声中分离出去。

在噪声的振动控制中，进行噪声源进行识别是重要的工作内容之一。

它为噪声的控制提供了基础，决定着噪声控制所努力的方向。

因此，国际上对噪声源识别方法的研究随着科学技术的发展不断深入。

A. 传统的噪声源识别方法主观评价法: 近场测量法、选择运行法、铅覆盖法、表面振动速度（加速度）法、频率分析法B. 利用现代信号处理技术进行噪声源识别：相干诊断方法、分布噪声源的相干诊断方法、噪声源的层次诊断法、倒频谱法、自回归谱法、.表面声强法、声强法、自适应除噪技术(ANC)C. 利用现代图象识别技术进行振动噪声测量：全息摄影技术、电图象干涉测量车外噪声控制的最重要得组成部分是发动机噪声的控制，发动机是汽车的主要噪声源，因此降低发动机的噪声是降低整车噪声的主要措施。

根据多年的试验经验和大量的资料表明：一般发动机噪声与整车噪声的声压级差大约在14-17dB(A)。

这也就是整车噪声限值的降低必定伴随着更低噪声发动机的出现的原因。

例1：以一台六缸柴油机为例，我们对发动机的表面振动与其表面辐射噪声的关系进行了研究。

首先通过实验研究发动机各部件的表面振动特性，并通过表面振动预测了该发动机各部件表面辐射噪声声功率和发动机总的表面噪声声功率。

总声功率预测结果和该发动机实际声功率吻合较好，说明通过发动机表面振动可以较好地进行发动机表面辐射噪声声功率的预测和表面辐射噪声源的识别。

发动机采用进、排气消声器后可以明显地降低气体动力噪声，如果要进一步降低其声功率，必须从表面辐射噪声入手，因此需要对发动机表面辐射噪声源进行识别。

常用的噪声源识别方法有传统铅覆盖法、声强测量法和振动测量法等。

根据英国南安普敦大学的研究，铅覆盖法应该是最可靠的方法，但是该法需要在消声室中进行，而据我国八十年代统计结果整个汽车行业仅有20余个消声室，而且实验工作十分繁杂。

声强测量法是七十年代末美国通用汽车公司发展的测量声功率一种新方法，它可用于现场测量，而无需特殊的声学环境，同时分析速度比传统的铅覆盖法要快，但是声强测量系统价格昂贵，而且用于近场测量时有许多缺陷。

振动测量法是根据表面振动速度计算出表面辐射声功率，不需要特殊的声学环境，但是需要测量大量数据和计算，随着测试手段和数字信号处理技术不断发展，这一方法受到人们的重视。

通过噪声源新识别方法正确测量出声功率后，可通过以下途径降低发动机噪声：A. 改善发动机燃烧过程，减少粗暴燃烧，降低燃烧压力波动；B. 改善运动件的运行平稳，减小机械运动而产生的振动(平衡轴，动力减震器等)；C. 采用优化设计提高缸体等主要噪声辐射部件(尤其是刚体裙部、油底壳等)刚度降低了表面振动速度，从而减小噪声辐射。

比如：台阶型的缸体裙部设计，不仅减小了油底壳的辐射面积，而且增加了缸体和油底壳的刚度；D. 结合发动机轻量化设计采用新型材料，降低材料的噪声辐射效率；E. 采用各种复合材料、阻尼材料生产冲压部件；改变传动机理减小机械噪声；比如改齿轮正时机构为皮带或链条机构，有效地减小齿轮啮合噪声。