汽车噪声与振动理论
汽车振动与噪声控制
• 人耳不可闻
– 次声 f<20Hz subsonic 蝴蝶振翅频率 5-6Hz – 超声f>20000Hz supersonic
• 常见频率划分
– 低，低频声 f<500Hz，中频声 500<f<2000Hz – 高频声 f>2000Hz
声音的基本计量
• 波长l：声波传播过程中两个相邻的同相位 点的空间距离 • 声速c：声波在介质中传播的速度 c fl
prms
1 T 2 p (t )dt T 0
prms
pmax 2
2.1.1理想介质中的声场波动方程
• • • 声压p随空间位置、时间而变化 声波波动方程：建立声压和空间位置以及时间 之间的联系，用数学工具表示出来 几个假设：
1. 声传播过程没有能量损耗 2. 媒质静态压强和密度均为常数 3. 声传播过程是绝热过程
2.1.1理想介质中的声场波动方程
• • • 牛顿第二定律 质量守恒定律 物态方程
p0+p F s dx x x+dx
2
ma F
p0+p+dp F+dF
p 1 p 2 2 2 x c t
2
du sdx sdp dt p dp dx x du p sdx s dx dt x du p dt x
2.1 波动方程和声的基本性质
• 理想介质中的声波波动方程 • 声波与声源：平面波，球面波和柱面波， 球面声源，声偶极子，线声源，面声源
2.1.1理想介质中的声场波动方程
• 声场field：声传播经过的媒质空间 • 声传播：声波对于整个媒质来说出现了稠 密和稀疏状态的交替变化的现象 • 声波sound wave：声场空间内媒质的状态随 时间的扰动量变化和传递，如果该变化为 时间的谐波函数形式，则称为简谐声波
车辆nvh基础典型知识普及教材讲解材料
性和稳定性。
02 03
优化方法
通过收集用户反馈、路试数据等信息，分析车辆在实际使用中的nvh性 能表现，找出问题并进行改进。同时，对车辆进行定期维护和保养，确 保其保持良好的工作状态。
优化流程
包括用户反馈收集、数据分析、方案制定、实施改进等步骤，持续提高 车辆的nvh性能和用户满意度。
06 未来车辆nvh技术发展趋 势
车辆振动
总结词
车辆振动是指车体、座椅、方向盘等部件的不规则运动。
详细描述
车辆振动可以由多种因素引起，如发动机运转不平稳、路面状况不良、悬挂系 统设计不合理等。过度的振动会影响乘客的舒适性，并可能对车辆的零部件造 成损坏。
异响问题
总结词
异响是指车辆在行驶过程中出现的异 常声音，通常是由某个部件的故障或 不正常工作引起的。
优化方法
采用精密加工、装配调整等手段提高零部件制造和装配精度， 同时对关键零部件进行质量检测和控制，确保其性能稳定可靠
。
优化流程
包括工艺流程设计、工艺参数优化、工艺验证等步骤，确 保生产过程中的nvh性能得到有效控制。
使用阶段优化
01
优化目标
在使用阶段，nvh性能的优化目标是提高车辆在各种工况下的乘坐舒适
利用仪器和设备对车辆nvh性能进行测量和评估，如使用声级计、振动仪等设备 测量噪音和振动的强度和频谱。评价结果较为客观、准确。
客观测试
通过在特定的道路和环境下，利用仪器和设备对车辆nvh性能进行实际测试，以 获取更真实、全面的评价结果。
评价与测试的标准化
标准化评价
为了确保评价结果的准确性和可比性，需要制定统一的评价标准和规范，如制定评价的指标、方法、 流程等。
标准化测试
NVH是什么
什么是NVH？NVH是指Noise(噪声)，Vibration(振动)和Harshness(声振粗糙度)。
由于以上三者在机械振动中是同时出现且密不可分，因此常把它们放在一起进行研究。
声振粗糙度是指噪声和振动的品质，是描述人体对振动和噪声的主观感觉，不能直接用客观测量方法来度量。
由于声振粗糙描述的是振动和噪声使人不舒适的感觉，因此有人称Harshness为不平顺性。
又因为声振粗糙度经常用来描述冲击激励产生的使人极不舒适的瞬态响应，因此也有人称Harshness为冲击特性。
举个例子，当汽车通过接缝或凸包时将产生瞬态振动（Harshness），它包括冲击和缓冲两种感觉。
系统刚度越大，车身瞬态振动的幅值越大，冲击越严重，同时固有频率增加使振动衰减变快，缓冲的效果变好。
同时它还给出了利用多元回归模型得到的冲击和缓冲方面感觉等级的经验公式。
总的说来，声振粗糙度描述是振动和噪声共同产生的使人感到极度疲劳的感觉。
简单地讲，乘员在汽车中的一切触觉和听觉感受都属于汽车NVH特性研究的范畴，此外，还包括汽车零部件由于振动引起的强度和寿命等问题。
从NVH的观点来看，汽车是一个由激励源（发动机、变速器等）、振动传递器（由悬挂系统和边接件组成）和噪声发射器（车身）组成的系统。
汽车传动系统NVH特性研究是以汽车传动系统作为研究对象的，是属于于汽车整车NVH特性研究的子系统。
目前的研究来看，汽车传动系统NVH特性研究主要是研究由发动机作为一个激励源产生的或汽车处于某种工况下的传动系统NVH特性。
国外对动力传动系振动特性的研究起步较早，国外先进的汽车厂家从80年代以来已经将汽车结构的动态特性纳入产品开发的常规内容。
尤其是20世纪90年代以来，丰田（Toyota）、通用（GM）、福特(Ford)、克莱斯勒（Chrysler）等大汽车公司的工程研究中心专门设立了NVH分部，集中处理汽车的噪声（Noise）、振动（Vibration）和来自路面接触冲击的噪声声振粗糙度（Harshness）。
汽车振动与噪声控制2.pdf
机械振动有哪些类型
2.按振动系统的自由度数分类
多自由度系统振动——确定系统在振动过程中任何瞬 时几何位置需要多个独立坐标的振动；
机械振动有哪些类型
3.按系统的响应（输出振动规律）分类
周期振动——能用时间的周期函数表示系统响应的振动； 瞬态振动——只能用时间的非周期衰减函数表示系统响应 的振动； 随机振动——不能用简单函数或函数的组合表达运动规律， 而只能用统计方法表示系统响应的振动。(汽车行驶在路面)
Steer转向
Body车身
Suspension悬架 Chair座椅
Tire轮胎
Br论是分析任何机器和结构的动态特性的理 论基础之一
• 汽车的动态性能：汽车行驶的舒适性、操纵稳定 性、车内噪声水平以及音质等。
• 汽车的行驶平顺性、乘坐舒适性、发动机减振和 隔振、车身结构的模态分析均以振动为基础。
量纲： m:kg k:N/m c: N.s/m
如何进行机械振动的分析研究
• 理论分析
数学工具
解析 解
实际 力学原理 微分
振动
系统
方程 计算机
数值 解
特性
• 建立系统力学模型：将所研究的对象以及外界
对其作用简化为一个即简单又能在动态特性方面与 原来研究对象等效的力学模型
• 建立运动微分方程并求解，得出响应规律
汽车振动与噪声控制 Control of Vibration and Noise
in Road Vehicles
2012.秋
内容安排
• 第1章 振动理论基础 • 第2章 声学理论基础 • 第3章 发动机振动分析与控制 • 第4章 动力传动及转向系统振动 • 第5章 汽车平顺性 • 第6章 发动机及动力总成噪声 • 第7章 底盘系统噪声 • 第8章 车身及整车噪声
整车NVH介绍
整车NVH介绍一、 NVH定义NVH是指Noise(噪声),Vibration(振动)和Harshness(声振粗糙度),由于以上三者在汽车等机械振动中是同时出现且密不可分,因此常把它们放在一起进行研究。
声振粗糙度是指噪声和振动的品质，是描述人体对振动和噪声的主观感觉，不能直接用客观测量方法来度量。
由于声振粗糙描述的是振动和噪声使人不舒适的感觉，因此有人称Har shness为不平顺性。
又因为声振粗糙度经常用来描述冲击激励产生的使人极不舒适的瞬态响应，因此也有人称Harshness为冲击特性。
二、噪声的种类产生汽车噪声的主要因素是空气动力、机械传动、电磁三部分。
从结构上可分为发动机(即燃烧噪声),底盘噪声(即传动系噪声、各部件的连接配合引起的噪声),电器设备噪声(冷却风扇噪声、汽车发电机噪声),车身噪声(如车身结构、造型及附件的安装不合理引起的噪声及噪声源通过各种声学途径传入车内的噪声及汽车各部分振动传递途径激发车身板件的结构振动向驾驶室内辐射的噪声组成车内噪声。
)。
其中发动机噪声占汽车噪声的二分之一以上,包括进气噪声和本体噪声(如发动机振动,配气轴的转动,进、排气门开关等引起的噪声)。
因此发动机的减振、降噪成为汽车噪声控制的关键。
此外,汽车轮胎在高速行驶时,也会引起较大的噪声。
这是由于轮胎在地面流动时,位于花纹槽中的空气被地面挤出与重新吸入过程所引起的泵气声,以及轮胎花纹与路面的撞击声。
三、噪声的抑制1、改进噪声源噪声源抑制主要为发动机减震、进气噪声抑制、排气噪声抑制及传动系噪声抑制，即优化前消声器、主消声器及降低排气吊挂刚度；改进空气滤清器；采用小动不平衡量传动轴（在动力线校核后基础上）。
1.1、发动机减震减震垫布置原则：动力总成悬置布置主要分为三点式、四点式两种，KZ218系列车型动力总成悬置采用三点式布置。
动力总成质心理论上应布置在三角形重心上，并发动机悬置平面法线交点应在动力总成惯性主轴上方。
汽车的NVH特性
1 噪声、振动与声振粗糙度是衡量汽车制造质量的一个综合性问题它给汽车用户的感受是最直接和最表面的。
业界将噪声、振动与舒适性的英文缩写为NVHNoise、Vibration、Harshness统称为车辆的NVH问题它是国际汽车业各大整车制造企业和零部件企业关注的问题之一。
有统计资料显示整车约有1/3的故障问题是和车辆的NVH 问题有关系而各大公司有近20的研发费用消耗在解决车辆的NVH问题上。
对于汽车而言NVH问题是处处存在的根据问题产生的来源又可分为发动机NVH、车身NVH 和底盘NVH三大部分进一步还可细分为空气动力NVH、空调系统NVH、道路行驶NVH、制动系统NVH等等。
NVH问题是系统性的。
例如有些轿车行驶时车厢噪声大查源头在发动机那么这一个噪声问题可能就涉及到三个部分一个是发动本身的噪声大一个是发动机悬置部件减振效果差一个是车厢前围和地板隔音技术不好是一个互相关连的系统问题。
当遇到车厢噪声大时人们一般考虑加强车厢隔音技术和材料而对真正的噪声发生源-发动机则是无能为力这只能是“亡羊补牢”无法从根本上解决问题。
但如果运用NVH解决方案就会涉及发动机、悬置及车架等从根本上减少噪声产生的来源。
因此NVH问题实质是汽车设计中要解决的问题而不是汽车进入市场后要解决的问题。
汽车的发动机和车身都通过弹性元件支承在车桥和轮胎上构成一个弹性振动系统整个系统按照各总成部件又分成多个“弹性振动子系统”。
当汽车因路面凸凹不平、发动机及传动系抖动或车轮不平衡而受激振动时各“弹性振动子系统”发生振动且互相关联。
振动是噪声产生的根源之一行驶时振动大的车辆往往噪声也大。
因此从汽车NVH问题的角度看解决噪声不能头痛治头脚痛治脚而应该考虑到整车其他方面的问题例如要考虑到车身、发动机、轮胎、弹性支承等诸方面。
汽车NVH问题也涉及到零部件生产企业。
近年随着专业化分工整车制造企业已经逐渐将大部分零部件交给零部件生产企业来做。
盛行的“模块化”生产方式把汽车装配生产线上的部分装配劳动转移到装配生产线以外的地方去进行。
噪声与振动控制
噪声与振动控制引言：噪声和振动是我们生活和工作中常见的问题。
无论是在家庭、城市还是工业环境中，噪声和振动都可能对人们的健康和生活质量产生负面影响。
为了保护环境和人类的健康，噪声和振动控制成为了重要的研究和工程领域。
本文将探讨噪声和振动的基本概念、产生原因以及控制的方法和技术。
一、噪声和振动的基本概念1. 噪声的定义和特点：噪声是指对人耳有害或令人不快的声音。
根据声音的频率和强度，噪声可被分为不同类型，如低频噪声、高频噪声和冲击噪声等。
噪声会对人的听力、心理和生理健康产生负面影响。
2. 振动的定义和特点：振动是指物体在一定频率范围内的周期性运动。
振动可能由机械设备、交通工具或环境因素引起。
不良的振动会对人体的健康产生负面影响，如造成眩晕、恶心或骨骼疼痛等。
二、噪声和振动的产生原因1. 工业过程和机械设备：在工业生产和机械运行中，往往会产生大量的噪声和振动。
这些噪声和振动可能来自于机械零件的摩擦、冲击或共振等。
对于工业企业来说，减少噪声和振动不仅可以改善工作环境，还可以提高生产效率和产品质量。
2. 交通运输：汽车、火车和飞机等交通工具的运行也会产生噪声和振动。
车辆的引擎、轮胎和路面的摩擦都会导致噪声和振动的产生。
对于城市居民来说，交通噪声是日常生活中最主要的噪声源之一。
三、噪声和振动控制的方法与技术1. 声音吸收和减振材料：合适的吸声材料和减振材料可以有效降低噪声和振动的产生和传播。
比如，在机房和音乐工作室中使用吸声材料，可以降低声音的反射和传播；在车辆和机械设备中使用减振材料，可以降低振动的传播。
2. 声屏障和振动隔离：声屏障和振动隔离可以将噪声和振动源与周围环境隔离开来。
在城市环境中，建设高效的声屏障可以有效降低交通噪声；在工业场所中，使用振动隔离设备可以减少机械振动对周围环境的影响。
3. 控制源头噪声：控制源头噪声是最有效的噪声控制方法之一。
通过改进机械设备的结构和工作方式，可以减少噪声和振动的产生。
NVH介绍要点
一：定义汽车NVH是指汽车的Noise(噪声)、Vibration(振动)和Harshness(舒适性)。
汽车NVH研究以提高顾客的听觉、触觉、视觉等感官舒适度、改善汽车乘坐舒适性为目的，以提高车辆结构动态响应性能为手段，实现汽车的舒适性设计。
Noise(噪声)是指引起人烦躁、音量过强而危害人体健康的声音。
汽车噪音不但增加驾驶员和乘员的疲劳，而且影响汽车的行驶安全。
它是NVH问题中最主要的部分，常用声压级评价。
汽车噪声主要包括车身壁板产生的噪声、空气冲击摩擦车身形成的噪声以及外界噪声源(如发动机、制动器等)传入的噪声。
噪声是NVH问题中最主要的部分，汽车上的噪声主要包括车身壁板振动产生的噪声、空气冲击摩擦车身形成的噪声以及外界噪声源(如发动机、制动器等)传入的噪声。
人耳能分辩的声音频率一般在lkHz以下，噪声常用声压和声压级评价。
国家标准规定：汽车加速行驶时车外噪声要小于88dB，M1类汽车应小于77dBN；而车内噪声会影响乘员的语言交流，损伤驾驶员的听力，美国在1965年就规定公共汽车的车内噪声不得超过88dB。
主要通过频率、级别和音质来描述。
Vibration(振动)描述的是系统状态的参量(如位移)在其基准值上下交替变化的过程。
汽车振动主要包括由路面不平整而引起的车身垂直方向振动、发动机的不平衡往复惯性力产生的车身振动、转向轮的摆振和传动系的扭转摆动等，还有方向盘、仪表板等振动，一般来说，对人体舒适性影响较大的振动主要表现为座椅、地板对人体输入的低频振动，其频率范围在1～80HZ。
主要通过频率、振幅和方向来描述。
Harshness(舒适性)指的是振动和噪声的品质，它并不是一个与振动、噪声相并列的物理概念，而是描述人体对振动和噪声的主观感觉，不能直接用客观测量方法来直接度量。
总的说来，舒适性描述的是振动和噪声共同产生的使人感到疲劳的程度。
二：现象车辆的NVH基本上可以分为车身NVH、发动机NVH和底盘NVH三个部分；类型可以细分为道路NVH、制动NVH、空调系统NVH、空气动力NVH等数个部分。
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进气系统
排气系统
动力装置
结构激励
动力装置振动 排气装置
传动轴
传递轴系
空气激励
通道
动力装置辐射 排气装置
隔振器隔离
感应装置
支架隔离
10
车体敏感度
动力系统 NVH
动力系统 NVH 与发动机转速有关
发动机阶次: 发动机速度: 频率
频率 (Hz)
例: 6-缸 发动机
300
3rd 阶次 1st 阶次
100
发动机速度 (rpm)
•整车模态
-白车身 -装饰车身
•局部模态 •车体 –框架 敏感度 •通道敏感度
-结构通道 -声学通道
车体 NVH
地盘/悬架 NVH
M
x1
x2
m
x
15
源－通道－接受体
噪声通道及控制
• 噪声处理 • 反射:
– 密封 – 障碍物材料
• 吸收: 吸收材料
16
源－通道－接受体
振动通道及控制 • 振动隔离 • 振动吸收
• 不舒适性
- 令人不快的, 刺耳的或者不协调的感觉
4
为什么要考虑NVH?
• NVH 对消费者来说是重要的
– NVH 可能导致顾客不满意和不舒适
• NVH 对消费者的满意度产生影响
– 大约所有问题的1/3 是与 NVH有关的
• NVH 影响理由 • 大约所有保修成本的1/5是与NVH有关的
5
如何确定 NVH?
17
源－通道－接受体
NVH 评价
麦克风
加速计
客观的评价: 用分析法和测试来评价 NVH
• 驾驶员和乘客耳朵处的噪声大小: 声级和声音品质 • 地板和椅子上的振动 • 方向盘的振动 • 座位和人们身体的振动
18
源 – 通道 –接受体
主观评价
主观评价: 顾客的直觉
• 声音: 安静的或者吵闹的, 令人愉快的或者担忧的 • 振动: 大的或者小的, 舒适的或者不舒适的
7
源 – 通道– 接受体模型
•源
– 动力系统 –风 – 道路 – 其它
通道 源
接受体
P
源
P 通道 Pj
源 通道 P
F i
源
源
• 通道 (结构激励和空气激励)
- 底盘
- 车身 - 内部 - 其它
振动噪声源
• 接受体
– 驾驶者和乘客的耳朵
– 驾驶者和乘客的手 (方向盘)
– 驾驶者和乘客的脚 (踏板, 脚趾板)
6000
11
发动机转速(rpm)
• 彩色平面图 • 瀑布平面图
动力系统 NVH
频率 (Hz)
12
源 – 通道 –接受体
道路 NVH
• 激励
– 道路表面形状 – 轮胎刚性和压力 – 轮胎补丁长度和形状 – 轮胎宽度和尺寸 – 汽车车速
• 通道隔离
– 悬架隔离 – 结构样式: 控制臂, 稳定器闩, 等等. – 轮胎弯曲的模式和声学的模式
• 80年代末期汽车工业的噪声品质 •噪声与频率和发动机转速有关 •声音有特殊音调的噪声，尖利度，响度等等. •噪声内容影响听力 •所有的汽车噪声都能影响顾客的满意度 •部件噪声品质
21
源 – 通道 –接受体
例: 户内声品质
政府法规
企业要求和可行技术 标准汽车
消费者要求
属于 汽车 系统 辅助系统 部件 的NVH水平
6
汽车 NVH 问题
• 动力系统粗暴的空转 • 加速 / 减速噪声 • 自动变速 NVH • 巡航 – 平坦的道路 NVH • 传动系统NVH
• Power Steering Moan, Grunt.. • 踩下踏板 / 松开踏板 NVH • 交流发电机 Whine • Take-off / 车道 NVH • 发动机起动 / 关闭 NVH • P/T 声品质 • P/T 声品质 – 音调伪装 • 道路NVH 粗糙的/粗暴的 • 冲击不舒适性和 振动 • 轮胎-轮子产生的振动 & 细咬 • 轮胎噪声
汽车噪声及振动理论
1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
汽车结构
• 汽车车身 (白车身, 装饰车身) • 动力系统 (发动机, 变速器) • 动力系统辅助系统 • 底盘/悬架 • 空调控制系统 • 电气设备
2
汽车属性
1. 安全性 2. 耐久性
3. NVH
4. 动力性能 5. 燃油经济性能 6. 发动机调节性能 7. 空调系统控制 8. 电子系统性能 9. 成本控制 10.技术控制 11.排放控制 12.安装空间/工效学 13.质量控制 14.安全措施 15.重量控制
级度 接受对象
1
234
不能接受
所以顾客 绝大多数顾客
5
67
接受的过渡
比较挑剔的顾客
8
9 10
可以接受
受过培训的人员
历史趋势表明 NVH性能每 10 年改善1 VER
• 声品质
19
源 – 通道 –接受体
声品质
不同的人有不同的声音品位
悠扬的声音 糟糕的声音
20
源 – 通道 –接受体
声品质
• 从历史观点上说，汽车噪声处理称为噪声控制 •只有噪声品质是人们 所关心的 •聚焦大的因素, 例如, P/T,道路, 风激噪声
• 响应: 车身敏感度
13
源－通道－接受体
风激 NVH
• 风激噪声: 这种噪声由汽车周围的空气运动而产生
• 激励:
– 空气动力学的湍流
– 空腔共鸣
– 其它: 天线涡流, 挡风玻璃涡流
• 通道
– 没有密封的空洞和缝隙
– 通过部件传递
• 控制:
– 汽车外形 – 密封
> 60 miles/hour
14
源－通道－接受体
3
什么是NVH?
NVH: Noise噪声, Vibration振动 Harshness 不舒适性
• 噪声 在 20 - 10 khz 的范围
- 以频率, 声级和品质为特征 - 可能是不被期望的 (道路 NVH) - 可能是被期望的 (大功率的发声发动机)
• 振动
- 被身体感知的运动, 主要在 5 hz- 50 hz 的范围 - 以频率, 幅度 和方向为特征
• 道路 / 隧道的风激噪声 • 空气泄漏 • Pass-By / Drive-By 噪声 • 刹车 NVH : 刹车粗暴程度
刹车 Squeal • 空调控制 NVH • 送风机电动机噪声 • 空气急流噪声 • A/C 压缩机 和 制冷剂 • 发动机冷却风扇 • Shield Wipers • 功率锁/ 开关 • Squeak & Rattle NVH NVH/S&R • ……
– 驾驶者和乘客 (座椅)
传递通道
Pj 源
Fi 源
接受体
8
NVH 源和汽车车速
P/T NVH
NVH 源和频率
道路及 P/T 振动
道路噪声
车速
风激噪声
P/T 声品质
道路及P/T 噪声
风激噪声
0 Hz
100 Hz
250 Hz
800 Hz
5000 Hz
9
源 – 通道 –接受体
动力系统 NVH
动力系统
隔振器