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NVH分析

2017-11-23 10:53:00

NVH是噪聲、振動(dòng)與聲振粗糙度（Noise、Vibration、Harshness）的英文縮寫(xiě)。這是衡量汽車(chē)制造質(zhì)量的一個(gè)綜合性問(wèn)題，它給汽車(chē)用戶(hù)的感受是最直接和最表面的。車(chē)輛的NVH問(wèn)題是國(guó)際汽車(chē)業(yè)各大整車(chē)制造企業(yè)和零部件企業(yè)關(guān)注的問(wèn)題之一。有統(tǒng)計(jì)資料顯示，整車(chē)約有1/3的故障問(wèn)題是和車(chē)輛的NVH問(wèn)題有關(guān)系，而各大公司有近20%的研發(fā)費(fèi)用消耗在解決車(chē)輛的NVH問(wèn)題上。NVH特性的研究不僅僅適用于整個(gè)汽車(chē)新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)過(guò)程，而且適用于改進(jìn)現(xiàn)有車(chē)型乘坐舒適性的研究。

1.對(duì)于汽車(chē)而言，NVH問(wèn)題是處處存在的，根據(jù)問(wèn)題產(chǎn)生的來(lái)源又可分為發(fā)動(dòng)機(jī)NVH、車(chē)身NVH和底盤(pán)NVH三大部分，進(jìn)一步還可細(xì)分為空氣動(dòng)力NVH、空調(diào)系統(tǒng)NVH、道路行駛NVH、制動(dòng)系統(tǒng)NVH等等。聲振粗糙度又可稱(chēng)為不平順性或沖擊特性，與振動(dòng)和噪聲的瞬態(tài)性質(zhì)有關(guān)，描述了人體對(duì)振動(dòng)和噪聲的主觀(guān)感受，不能直接用客觀(guān)測(cè)量方法來(lái)度量。乘員在汽車(chē)中的舒適性感受以及由于振動(dòng)引起的汽車(chē)零部件強(qiáng)度和壽命問(wèn)題都屬于NVH的研究范疇。從NVH的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，汽車(chē)是一個(gè)由激勵(lì)源（ 發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器等）、振動(dòng)傳遞器（由懸架系統(tǒng)和連接件組成）和噪聲發(fā)射器（車(chē)身）組成的系統(tǒng)。汽車(chē)NVH特性的研究應(yīng)該以整車(chē)作為研究對(duì)象， 但由于汽車(chē)系統(tǒng)極為復(fù)雜，因此，經(jīng)常將它分解成多個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行研究，如發(fā)動(dòng)機(jī)子系統(tǒng)（包括動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)）、底盤(pán)子系統(tǒng)（主要包括懸架系統(tǒng)）、車(chē)身子系統(tǒng)等。

2. NVH問(wèn)題是系統(tǒng)性的。例如有些轎車(chē)行駛時(shí)車(chē)廂噪聲大，查源頭在發(fā)動(dòng)機(jī)，那么這一個(gè)噪聲問(wèn)題可能就涉及到三個(gè)部分，一個(gè)是發(fā)動(dòng)本身的噪聲大，一個(gè)是發(fā)動(dòng)機(jī)懸置部件減振效果差，一個(gè)是車(chē)廂前圍和地板隔音技術(shù)不好，是一個(gè)互相關(guān)連的系統(tǒng)問(wèn)題。

3. 當(dāng)遇到車(chē)廂噪聲大時(shí)，人們一般考慮加強(qiáng)車(chē)廂隔音技術(shù)和材料，而對(duì)真正的噪聲發(fā)生源-發(fā)動(dòng)機(jī)則是無(wú)能為力，這只能是“亡羊補(bǔ)牢”，無(wú)法從根本上解決問(wèn)題。但如果運(yùn)用NVH解決方案，就會(huì)涉及發(fā)動(dòng)機(jī)、懸置及車(chē)架等，從根本上減少噪聲產(chǎn)生的來(lái)源。因此，NVH問(wèn)題實(shí)質(zhì)是汽車(chē)設(shè)計(jì)中要解決的問(wèn)題，而不是汽車(chē)進(jìn)入市場(chǎng)后要解決的問(wèn)題。

4. 汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)和車(chē)身都通過(guò)彈性元件支承在 車(chē)橋和輪胎上，構(gòu)成一個(gè)彈性振動(dòng)系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)按照各總成部件又分成多個(gè)“彈性振動(dòng)子系統(tǒng)”。當(dāng)汽車(chē)因路面 凸凹不平、發(fā)動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)系抖動(dòng)或車(chē)輪不平衡而受激振動(dòng)時(shí)，各“彈性振動(dòng)子系統(tǒng)”發(fā)生振動(dòng)且互相關(guān)聯(lián)。

5.振動(dòng)是噪聲產(chǎn)生的根源之一，行駛時(shí)振動(dòng)大的車(chē)輛往往噪聲也大。因此，從汽車(chē)NVH問(wèn)題的角度看，解決噪聲不能頭痛治頭，腳痛治腳，而應(yīng)該考慮到整車(chē)其他方面的問(wèn)題，例如要考慮到車(chē)身、發(fā)動(dòng)機(jī)、輪胎、彈性支承等諸方面。

1.隨著專(zhuān)業(yè)化分工，整車(chē)制造企業(yè)已經(jīng)逐漸將大部分零部件交給零部件生產(chǎn)企業(yè)來(lái)做。盛行的“模塊化”生產(chǎn)方式把汽車(chē)裝配生產(chǎn)線(xiàn)上的部分裝配勞動(dòng)轉(zhuǎn)移到裝配生產(chǎn)線(xiàn)以外的地方去進(jìn)行。這樣，零部件生產(chǎn)企業(yè)必然遇到NVH問(wèn)題。設(shè)計(jì)者考慮的問(wèn)題也不單純是零部件的本身，而是零部件與零部件之間，零部件與整車(chē)之間的關(guān)系。

2.例如在解決車(chē)身NVH問(wèn)題上，長(zhǎng)春合成材料有限公司產(chǎn)品具有國(guó)內(nèi)較先進(jìn)的產(chǎn)品研發(fā)及其生產(chǎn)技術(shù)，同時(shí)可以協(xié)同各汽車(chē)廠(chǎng)商開(kāi)展同步開(kāi)發(fā)工作。

3.例如在解決發(fā)動(dòng)機(jī)NVH問(wèn)題時(shí)，CooperStandard發(fā)動(dòng)機(jī)公司為了獲得更好的降噪效果，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)做降噪處理外，還對(duì)車(chē)輛的發(fā)動(dòng)艙、車(chē)廂內(nèi)部設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)都進(jìn)行了聲學(xué)研究，以求最好的解決方案。輪胎也是噪聲的主要來(lái)源之一，一些廠(chǎng)商除選用低噪聲輪胎外，對(duì)車(chē)輪罩襯墊進(jìn)行聲學(xué)特性設(shè)計(jì)，使其起阻隔噪聲的作用。

1.研究汽車(chē)的NVH特性首先必須利用CAE技術(shù)建立汽車(chē)動(dòng)力學(xué)模型，已經(jīng)有幾種比較成熟的理論和方法。

多體 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法：將系統(tǒng)內(nèi)各部件抽象為剛體或彈性體，研究它們?cè)诖蠓秶臻g運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)力學(xué)特性。在汽車(chē)NVH特性的研究中， 多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法主要應(yīng)用于底盤(pán)懸架系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)系統(tǒng)低頻范圍的建模與分析。

2.有限元方法(FEM)：是把連續(xù)的彈性體劃分成有限個(gè)單元，通過(guò)在計(jì)算機(jī)上劃分 網(wǎng)格建立有限元模型，計(jì)算系統(tǒng)的變形和應(yīng)力以及動(dòng)力學(xué)特性。由于有限元方法的日益完善以及相應(yīng)分析 軟件的成熟，使它成為研究汽車(chē)NVH特性的重要方法。一方面，它適用于車(chē)身結(jié)構(gòu)振動(dòng)、車(chē)室內(nèi)部空腔噪聲的建模分析；另一方面，與多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法相結(jié)合來(lái)分析汽車(chē)底盤(pán)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性，其準(zhǔn)確度也大大提高。

3.邊界元方法(BEM)：與有限元方法相比，邊界元方法(BEM)降低了求解問(wèn)題的維數(shù)，能方便地處理無(wú)界區(qū)域問(wèn)題，并且在計(jì)算機(jī)上也可以輕松地生成高效率的網(wǎng)格，但計(jì)算速度較慢。對(duì)于汽車(chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)和車(chē)室內(nèi)部空腔的聲固耦合系統(tǒng)也可以采用邊界元法進(jìn)行分析，由于邊界元法在處理車(chē)室內(nèi)吸聲材料建模方面具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，因此正在得到廣泛的應(yīng)用。

4.統(tǒng)計(jì)能量分析(SEA)方法：以空間聲學(xué)和統(tǒng)計(jì)力學(xué)為基礎(chǔ)的 統(tǒng)計(jì)能量分析(SEA)方法是將系統(tǒng)分解為多個(gè)子系統(tǒng)，研究它們之間能量流動(dòng)和模態(tài)響應(yīng)的統(tǒng)計(jì)特性。它適用于結(jié)構(gòu)、聲學(xué)等系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)分析。對(duì)于中高頻（300HZ）的汽車(chē)NVH特性預(yù)測(cè)，如果采用FEM或BEM建立模型，將大大增加工作量而且其結(jié)果準(zhǔn)確度并不高，因此這時(shí)采用統(tǒng)計(jì)能量分析方法是合理的。有人利用SEAM軟件對(duì)某皮卡車(chē)建立了SEA模型，分析了它在250Hz以上的NVH特性并研究了模型參數(shù)對(duì)它的影響，得到令人滿(mǎn)意的結(jié)果。

汽車(chē)振動(dòng)和噪聲的產(chǎn)生并不是相互獨(dú)立，而是緊密聯(lián)系的?？梢哉f(shuō)，噪聲源于振動(dòng)，振動(dòng)、噪聲和舒適性這三者是密切相關(guān)的。既要減小振動(dòng)、降低噪聲，又要提高乘坐舒適性、保證 產(chǎn)品的安全性、環(huán)保性以及使用性能。

要改善汽車(chē)的NVH特性，首先是對(duì)其振動(dòng)源和噪聲源的控制。這就需要改善產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲的零部件的結(jié)構(gòu)，改善其振動(dòng)特性，避免產(chǎn)生共振；改進(jìn)旋轉(zhuǎn)元件的平衡；提高零部件的加工精度和裝配質(zhì)量，減小相對(duì)運(yùn)動(dòng)元件之問(wèn)的沖擊與摩擦；改善氣體或液體流動(dòng)狀況，避免形成渦流；改善車(chē)身結(jié)構(gòu)，提高剛度；施加與噪聲源振幅相當(dāng)而相位相反的聲音等。其次要控制振動(dòng)和噪聲傳遞的途徑。這就需要對(duì)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)和噪聲傳遞特性進(jìn)行分析并改進(jìn)，使之對(duì)振動(dòng)和噪聲具有明顯的衰減作用而不是放大；優(yōu)化對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)懸置的設(shè)計(jì)，降低發(fā)動(dòng)機(jī)向車(chē)身傳遞的振動(dòng)；對(duì)懸架系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，阻斷振動(dòng)的傳遞；采用適合于平面振動(dòng)的阻尼材料、適合于旋轉(zhuǎn)軸類(lèi)的扭振減振器以及針對(duì)其它線(xiàn)振動(dòng)的質(zhì)量減振器；分析和改進(jìn)結(jié)構(gòu)，特別是車(chē)身的密封狀況，提高密封性能；各種吸音材料、隔音材料和隔音結(jié)構(gòu)的研究及應(yīng)用，提高汽車(chē)內(nèi)部的吸音和隔音性能等。