NVH
簡介
NVH特性研究在改進(jìn)汽車乘坐舒適性中的應(yīng)用
NVH特性的研究不僅僅適用于整個汽車新產(chǎn)品的開發(fā)過程，而且適用于改進(jìn)現(xiàn)有車型乘坐舒適性的研究。這是一項針對汽車的某一個系統(tǒng)或總成進(jìn)行建模分析，找出對乘坐舒適性影響最大的因素，通過改善激勵源振動狀況(降幅或移頻)或控制激勵源振動噪聲向車室內(nèi)的傳遞來提高乘坐舒適性。
汽車動力總成懸置系統(tǒng)的隔振研究以及發(fā)動機(jī)進(jìn)排氣噪聲的研究是改善整車舒適性的重要內(nèi)容，動力總成液壓懸置系統(tǒng)的發(fā)展與完善使這一問題得到較好的解決。懸架系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對路面不平度激勵的傳遞和響應(yīng)對駕駛員及乘客的乘坐舒適性有很大影響，分析懸架系統(tǒng)的動力學(xué)特性可以改善它的傳遞特性，減少振動和噪聲；通過對轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)和儀表板進(jìn)行有限元分析，可以使轉(zhuǎn)向柱管、方向盤的固有頻率移出激勵頻率范圍并保證儀表板的響應(yīng)振幅最小。汽車制動時產(chǎn)生的噪聲嚴(yán)重影響了車室內(nèi)乘員的舒適性，實驗證明制動噪聲主要是由于制動器摩擦元件磨損不均勻造成的，通過對制動盤等元件進(jìn)行有限元分析以及它的磨損特性對產(chǎn)生噪聲的影響等問題的研究，可以改善制動工況下的整車NVH特性。另外，隨著車速的不斷提高，高速流動的空氣與車身撞擊摩擦產(chǎn)生的振動噪聲已經(jīng)成為車室噪聲的重要來源。
汽車在使用一段時間之后，一些元件（如傳動系的齒輪、聯(lián)軸節(jié)、懸架中的橡膠襯套、制動器中的制動盤等）的磨損將對整車的NVH特性產(chǎn)生重要影響，它們的強(qiáng)度、可靠性和靈敏度分析是研究整車特性的重要工作，這也就是所謂高行駛里程下汽車NVH特性的研究。
詳細(xì)說明
1.對于汽車而言，NVH問題是處處存在的，根據(jù)問題產(chǎn)生的來源又可分為發(fā)動機(jī)NVH、車身NVH和底盤NVH三大部分，進(jìn)一步還可細(xì)分為空氣動力NVH、空調(diào)系統(tǒng)NVH、道路行駛NVH、制動系統(tǒng)NVH等等。聲振粗糙度又可稱為不平順性或沖擊特性，與振動和噪聲的瞬態(tài)性質(zhì)有關(guān)，描述了人體對振動和噪聲的主觀感受，不能直接用客觀測量方法來度量。乘員在汽車中的舒適性感受以及由于振動引起的汽車零部件強(qiáng)度和壽命問題都屬于NVH的研究范疇。從NVH的觀點來看，汽車是一個由激勵源（ 發(fā)動機(jī)、變速器等）、振動傳遞器（由懸架系統(tǒng)和連接件組成）和噪聲發(fā)射器（車身）組成的系統(tǒng)。汽車NVH特性的研究應(yīng)該以整車作為研究對象， 但由于汽車系統(tǒng)極為復(fù)雜，因此，經(jīng)常將它分解成多個子系統(tǒng)進(jìn)行研究，如發(fā)動機(jī)子系統(tǒng)（包括動力傳動系統(tǒng)）、底盤子系統(tǒng)（主要包括懸架系統(tǒng)）、車身子系統(tǒng)等。
2. NVH問題是系統(tǒng)性的。例如有些轎車行駛時車廂噪聲大，查源頭在發(fā)動機(jī)，那么這一個噪聲問題可能就涉及到三個部分，一個是發(fā)動本身的噪聲大，一個是發(fā)動機(jī)懸置部件減振效果差，一個是車廂前圍和地板隔音技術(shù)不好，是一個互相關(guān)連的系統(tǒng)問題。
3. 當(dāng)遇到車廂噪聲大時，人們一般考慮加強(qiáng)車廂隔音技術(shù)和材料，而對真正的噪聲發(fā)生源-發(fā)動機(jī)則是無能為力，這只能是“亡羊補(bǔ)牢”，無法從根本上解決問題。但如果運用NVH解決方案，就會涉及發(fā)動機(jī)、懸置及車架等，從根本上減少噪聲產(chǎn)生的來源。因此，NVH問題實質(zhì)是汽車設(shè)計中要解決的問題，而不是汽車進(jìn)入市場后要解決的問題。
4. 汽車的發(fā)動機(jī)和車身都通過彈性元件支承在車橋和輪胎上，構(gòu)成一個彈性振動系統(tǒng)，整個系統(tǒng)按照各總成部件又分成多個“彈性振動子系統(tǒng)”。當(dāng)汽車因路面凸凹不平、發(fā)動機(jī)及傳動系抖動或車輪不平衡而受激振動時，各“彈性振動子系統(tǒng)”發(fā)生振動且互相關(guān)聯(lián)。
5.振動是噪聲產(chǎn)生的根源之一，行駛時振動大的車輛往往噪聲也大。因此，從汽車NVH問題的角度看，解決噪聲不能頭痛治頭，腳痛治腳，而應(yīng)該考慮到整車其他方面的問題，例如要考慮到車身、發(fā)動機(jī)、輪胎、彈性支承等諸方面。
零部件生產(chǎn)企業(yè)
1.隨著專業(yè)化分工，整車制造企業(yè)已經(jīng)逐漸將大部分零部件交給零部件生產(chǎn)企業(yè)來做。盛行的“模塊化”生產(chǎn)方式把汽車裝配生產(chǎn)線上的部分裝配勞動轉(zhuǎn)移到裝配生產(chǎn)線以外的地方去進(jìn)行。這樣，零部件生產(chǎn)企業(yè)必然遇到NVH問題。設(shè)計者考慮的問題也不單純是零部件的本身，而是零部件與零部件之間，零部件與整車之間的關(guān)系。
2.例如在解決車身NVH問題上，長春合成材料有限公司產(chǎn)品具有國內(nèi)較先進(jìn)的產(chǎn)品研發(fā)及其生產(chǎn)技術(shù)，同時可以協(xié)同各汽車廠商開展同步開發(fā)工作。
3.例如在解決發(fā)動機(jī)NVH問題時，CooperStandard發(fā)動機(jī)公司為了獲得更好的降噪效果，對發(fā)動機(jī)做降噪處理外，還對車輛的發(fā)動艙、車廂內(nèi)部設(shè)計結(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源之一，一些廠商除選用低噪聲輪胎外，對車輪罩襯墊進(jìn)行聲學(xué)特性設(shè)計，使其起阻隔噪聲的作用。
研究和評價
研究汽車的NVH特性首先必須利用CAE技術(shù)建立汽車動力學(xué)模型，已經(jīng)有幾種比較成熟的理論和方法。
1.多體系統(tǒng)動力學(xué)方法：將系統(tǒng)內(nèi)各部件抽象為剛體或彈性體，研究它們在大范圍空間運動時的動力學(xué)特性。在汽車NVH特性的研究中，多體系統(tǒng)動力學(xué)方法主要應(yīng)用于底盤懸架系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向傳動系統(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單元，通過在計算機(jī)上劃分網(wǎng)格建立有限元模型，計算系統(tǒng)的變形和應(yīng)力以及動力學(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NVH特性的重要方法。一方面，它適用于車身結(jié)構(gòu)振動、車室內(nèi)部空腔噪聲的建模分析；另一方面，與多體系統(tǒng)動力學(xué)方法相結(jié)合來分析汽車底盤系統(tǒng)的動力學(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)降低了求解問題的維數(shù)，能方便地處理無界區(qū)域問題，并且在計算機(jī)上也可以輕松地生成高效率的網(wǎng)格，但計算速度較慢。對于汽車車身結(jié)構(gòu)和車室內(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室內(nèi)吸聲材料建模方面具有獨特的優(yōu)點，因此正在得到廣泛的應(yīng)用。
4.統(tǒng)計能量分析(SEA)方法：以空間聲學(xué)和統(tǒng)計力學(xué)為基礎(chǔ)的統(tǒng)計能量分析(SEA)方法是將系統(tǒng)分解為多個子系統(tǒng)，研究它們之間能量流動和模態(tài)響應(yīng)的統(tǒng)計特性。它適用于結(jié)構(gòu)、聲學(xué)等系統(tǒng)的動力學(xué)分析。對于中高頻（300HZ）的汽車NVH特性預(yù)測，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，因此這時采用統(tǒng)計能量分析方法是合理的。有人利用SEAM軟件對某皮卡車建立了SEA模型，分析了它在250Hz以上的NVH特性并研究了模型參數(shù)對它的影響，得到令人滿意的結(jié)果。
控制措施
汽車振動和噪聲的產(chǎn)生并不是相互獨立，而是緊密聯(lián)系的。可以說，噪聲源于振動，振動、噪聲和舒適性這三者是密切相關(guān)的。既要減小振動、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。
要改善汽車的NVH特性，首先是對其振動源和噪聲源的控制。這就需要改善產(chǎn)生振動和噪聲的零部件的結(jié)構(gòu)，改善其振動特性，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，減小相對運動元件之問的沖擊與摩擦；改善氣體或液體流動狀況，避免形成渦流；改善車身結(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。其次要控制振動和噪聲傳遞的途徑。這就需要對結(jié)構(gòu)的振動和噪聲傳遞特性進(jìn)行分析并改進(jìn)，使之對振動和噪聲具有明顯的衰減作用而不是放大；優(yōu)化對發(fā)動機(jī)懸置的設(shè)計，降低發(fā)動機(jī)向車身傳遞的振動；對懸架系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，阻斷振動的傳遞；采用適合于平面振動的阻尼材料、適合于旋轉(zhuǎn)軸類的扭振減振器以及針對其它線振動的質(zhì)量減振器；分析和改進(jìn)結(jié)構(gòu)，特別是車身的密封狀況，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，提高汽車內(nèi)部的吸音和隔音性能等。
