汽车NVH介绍-普及稿ppt课件

1、1,汽车NVH介绍,庞 剑 博士,长安汽车工程研究院,2010年5月22日,2,NVH现象与基本问题 噪声与振动源 NVH传递通道 NVH的响应与评估 NVH试验 NVH的CAE分析 NVH开发及目标体系 汽车声品质,3,动态性能,静态性能,什么是性能,汽车的外观造型及色彩 汽车的内室造型、装饰、色彩 内室及视野 座椅及安全带对人约束的舒适性 娱乐音响系统 灯光系统 硬件功能 维修保养性能 重量控制,噪声与振动（NVH） 碰撞安全性能 行驶操纵性能 燃油经济性能 环境温度性能 乘坐的舒适性能 排放性能 刹车性能 防盗安全性能 电子系统性能 可靠性能,NVH是汽车最重要的指标之一,4,汽车所有的

2、结构都有NVH问题,车身 动力系统 底盘及悬架 环境控制系统 电子系统,在所有性能领域（NVH， 安全碰撞、操控、燃油经济性、等）中，NVH是设计面最广的领域,5,什么是NVH,噪声 Noise: 是人们不希望的声音 注解: 声音有时是我们需要的 是由频率, 声级和品质决定的 频率范围: 20-10,000 Hz 振动Vibration 人身体对运动的感觉, 频率通常在0.5-200 Motion sensed by the body, mainly in .5 hz- 50 hz range 是由频率, 振动级和方向决定的 不舒服的感觉Harshness - Rough, grating o

3、r discordant sensation,NVH: Noise, Vibration and Harshness,6,为什么要做NVH,NVH对顾客非常重要 NVH的好坏是顾客购买汽车的一个非常重要的因素. NVH影响顾客的满意度 在所有顾客不满意的问题中, 约有1/3是与NVH有关. NVH影响到售后服务 约1/5的售后服务与NVH有关,7,决定NVH的因素,顾客的要求,政府法规,公司的需要和技术能力,竞争车,8,Boom:Drumming Low frequency (20-100 Hz) sound Clunk:Transient, low frequency, broadband

4、noise Drone, Moan:Large amplitude 80-200 Hz sound Groan:100-150 Hz disturbance at start-up Growl:Broadband noise in the range 100-1000 Hz Harshness:Combination of noise and vibration leading to a hard road feel Rattle:Noise of metallic parts in contact, usually random Rumble:Broadband 100-500 Hz noi

5、se, varying in amplitude Shake:Low frequency (20 Hz) vertical or lateral vibrations Shudder:Low frequency (20 Hz) longitudinal vibrations of a vehicle Squeal: Tick and Hash:Miscellaneous noise from the engine compartment Whine:200-2000 Hz sound, usually a tone and its harmonics,NVH对不同的声音和振动有特定的描述,9,

6、NVH 车速 发动机转速的关系,10,路面及动力系统 的振动 Road & P/T Vibration,路面及动力系统的噪声Road & P/T Sound,风激励噪声Wind Noise,动力系统的声品质 P/T Sound Quality,0 Hz,100 Hz,250 Hz,800 Hz,5000 Hz,NVH与频率的关系,11,多通道分析,源-通道-接受体模型,源 动力系统 风 路面 其他 通道 底盘 车身 内饰 其他 接受体 耳朵 手 脚 座椅,12,NVH现象与基本问题 噪声与振动源 NVH传递通道 NVH的响应与评估 NVH试验 NVH的CAE分析 NVH开发 汽车声品质,13,

7、源: 动力系统NVH,动力系统 Powertrain,动力总成 Powerplant,14,发动机噪声源,机械振动与噪声 曲轴系统 突轮轴系统 链,齿轮,皮带 非燃烧引起的冲击 附件,燃烧噪声 活塞载荷 气缸盖载荷 曲轴轴承载荷,流动噪声 进气 排气 风扇,15,引起的问题 曲轴共振 曲轴的应力集中和断裂,曲轴扭转振动,阻尼器Damper 橡胶阻尼器 液压阻尼器,16,发动机阶次-转速-频率的关系,1 cylinder engine: firing order: order 2 cylinder engine: firing order: 1st order 4 cylinder engine

8、: firing order: 2nd order 6 cylinder engine: firing order: 3rd order,发火频率,17,彩色图来表达,可以用三维水瀑图来表达 Waterfall Plot,与发动机相关的NVH表达图,18,变速器啸叫,T.E. vs. Gear Noise,k(t,e(t,Xa,Xb,Gear Mesh,齿轮制造精度不够 齿轮匹配对中不好 齿轮材料不好,啸叫的原因：齿轮捏合不好,19,变速器敲击,啸叫的原因： 曲轴扭振 传动轴系转速波动 变速器齿轮间隙控制不好,20,动力总成NVH,动力总成的弯曲模态 动力总成的辐射噪声 悬置位置的振动 附件的

9、振动及辐射噪声,21,启动噪声,发动机缸盖15CM处,CM5_CB10改进前,浪迪_K14,五菱_B12,CM5_CB10改进后,改进方案为：1、加强飞轮 2、飞轮启动齿轮不倒角 3、加大飞轮启动齿圈直径,22,传递轴系的NVH,第一阶传递轴激励 传递齿轮啸叫 2阶激励,23,1. 齿轮啮合Gear Meshing,传递误差Transmission Error (TE,完好的齿轮啮合应该是 几何完满 对中完美 齿轮刚度无限大,实际的齿轮啮合为:Actual gears in mesh,TE,2. 轴的不平衡Shaft Imbalance,3. 由十字连接引起的2阶激励2nd Order Exc

10、itation caused by Cardon joint,24,进气系统和排气系统的NVH,歧管的设计与声品质,25,进气系统NVH,空滤器,谐振腔,四分之一波长管,进气口噪声 壳体的辐射噪声,26,排气系统的NVH,控制指标 挂钩传递到车体的力 排气尾管噪声 壳体辐射噪声,控制方法： 消音器的设计 波纹管/球连接的选择 吊耳刚度,27,路面-悬挂-底盘的NVH,激励源 路面表面的形状 轮胎的刚度和压力 轮胎块的长度和形状 轮胎的宽度和尺寸 汽车的速度 传递路径隔离 悬挂的隔振设计 结构模态: 控制臂, 稳定杆, 等 轮胎的声腔模态和结构模态的耦合 响应: 车身灵敏度,28,风激励噪声,风

11、激励噪声: 由于气流绕着汽车运动而产生的噪声 激励源: 空气动力湍流 Cavity resonance 其他: 天线的涡流, 挡风玻璃的湍流产 Path Unsealed holes and openings Transmission though components Control: vehicle shape sealing,90 km/h,29,NVH现象与基本问题 噪声与振动源 NVH传递通道 NVH的响应与评估 NVH试验 NVH的CAE分析 NVH开发及目标体系 汽车声品质,30,NVH通道的控制,结构声的传递通道,空气声的传递通道,31,噪声通道控制,噪声通道是由声学包装来完成

12、的 车身的密封 孔洞的控制 隔声材料的应用 吸声材料的应用,32,振动通道的控制,车身结构的控制：提高结构和支架的刚度, 阻止振动的传递 隔振器 吸振器 阻尼材料,振动通道控制的方法有,车身传递通道的灵敏度,33,结构通道控制: 车身结构,整车模态 - 白车身 - 装饰车身 局部模态 车身的结构灵敏度,34,车身的结构模态应该与其他相邻结构模态分开 车身结构模态应该与车身声腔模态分开 整车模态的刚度要足够大,以避免产生奇异噪声 局部模态应该足够高,以避免引起NVH问题, 如轰鸣声, 等,结构通道控制: 车身结构,35,车身阻尼处理,在车身板上, 加阻尼材料可以减小结构振动和产生的辐射噪声(中频

13、,Floorpan,Roof,Package Tray,Wheelhouse,Dash,Oil Pan,Valve Cover,Doors,36,车身的设计影响到风激励噪声,车身的设计: 减小风激励引起的噪声,37,底盘/悬挂系统的NVH,轮胎的控制: 声腔模态 结构模态 轮胎的平衡,悬架系统的控制 悬架的模态频率 悬架的刚度与阻尼 悬架跳动的频率 悬架部件的频率,隔振垫 隔振垫的控制 隔振垫的刚度 隔振垫的刚度与车架刚度的比值,38,动力总成的隔离,动力总成隔离的三个目标,从主动边到被动边的振动衰减10倍 动力总成的六个模态解耦 绕主惯性轴的模态频率必须满足,39,橡胶隔振器,半主动隔振器,

14、主动隔振器,隔振器的种类,耦和液压隔振器 Hydraulic mount with simple orifice Hydraulic mount with inertia track,解耦的液压隔振器,40,NVH现象与基本问题 噪声与振动源 NVH传递通道 NVH的响应与评估 NVH试验 NVH的CAE分析 NVH开发及目标体系 汽车声品质,41,汽车NVH的两方面的评估,车外通过噪声的评估 车内NVH的评估,车内NVH评估的两个方面 主观驾评 客观测试评估,42,通过噪声,为什么制定通过噪声 顾客关注噪声污染 政府制订了政府法规,什么是通过噪声,43,通过噪声测试,通过噪声标准 标准: 欧

15、标, ISO, SAE, 等. Standards: Euro, ISO362, SAE J986, SAE J1470, etc,44,车内NVH主观评价,顾客对车内NVH给出直觉的感受: 声音: 安静或吵闹, 舒适或烦恼 振动: 大或小, 舒服或不舒服,不同车辆的顾客对NVH有不同的感受 运动车的顾客喜欢有力的发动机声音, 而且感觉刺激 豪华车的顾客喜欢安静而舒适的感觉,主观评级,45,客观评估,客观评估的内容: 驾驶员和乘客耳朵的声音: 地板或座椅轨道的振动 方向盘的振动 椅子和人体的振动,驾车状况 Idle Wide Open Throttle (WOT) Partial Open T

16、hrottle (POT) Cruise Reverse Coastdown Tip-in, tip-out,46,不同级别的评估,Example,整车级评估 系统级评估 部件级评估,47,NVH现象与基本问题 噪声与振动源 NVH传递通道 NVH的响应与评估 NVH试验 NVH的CAE分析 NVH开发及目标体系 汽车声品质,48,室外和室内试验 试验场(路面)试验 实验室试验,试验种类 振动试验 噪声试验 灵敏度试验 其它,试验道路: 环道 直道 平整的沥青路面 平整的水泥路面 粗糙的水泥路面 砖做的路面 鹅石路面 斜坡路面,49,振动试验,4 poster shaker,模态试验 锤子敲击

17、 激振器激励 振动响应 座椅, 方向盘, 等seat track, steering wheel, etc. 异响识别 隔振器刚度 激光测量, 等,50,噪声测试,车内噪声 进气噪声 排气噪声 发动机辐射噪声 壳体辐射噪声 通过噪声,51,灵敏度测量,声学灵敏度测量 振动灵敏度测量 声传递损失测量,灵敏度有时被称为传递函数,52,风洞噪声试验,空气动力声学风洞 车辆风阻试验 车辆稳定性试验 侧风响应试验 车内噪声试验 车外噪声试验 内流优化试验 流动显示试验 雨刮器试验,53,NVH现象与基本问题 噪声与振动源 NVH传递通道 NVH的响应与评估 NVH试验 NVH的CAE分析 NVH开发及目

18、标体系 汽车声品质,54,CAE的重要性别 降低成本 减少摩型车 节约时间 多方案设计 多功能分析 稳健性设计,广泛地应用到汽车开发 目标设定和分解 整车分析 系统/子系统分析 部件分析,55,例子：有限元分析,有限元对低频分析是很精确的 有限元可以用来分析系统/部件的NVH问题 有限元也可以用来分析整车的NVH问题 分析目标： 结构模态 响应,NVH-CAE分析方法,有限元分析 边界元分析 统计能量分析 其它声学分析 模态综合分析 传递路经分析,56,NVH现象与基本问题 噪声与振动源 NVH传递通道 NVH的响应与评估 NVH试验 NVH的CAE分析 NVH开发及目标体系 汽车声品质,57

19、,NVH开发流程,58,设定目标的原则,59,Benchmarking Competition Vehicle and system level database Quick contribution analysis Competitive vehicles 目标设定Set Targets Future with respect to competitive actions Balance with respect to other attributes, cost, weight 目标分解Cascade Requirement to Subsystems 设计论证Design Verification,目标制定-分解-验证,目标的级别Target Levels 整车(顾客)级目标,例如车内噪声 系统级目标, 如动力系统的噪声 子系统级目标, 如排气口的噪声 部件级目标,如消声器的传递损失,60,车1,2,3是市场上最好的三款车 这三款车作为benchmark的汽车 根据benchmark的结果,设定目标,目标的分类: 领导者 领导群体之中 竞争者,目标制定设定,61,模态分离策略,在产品开