汽車的NVH特性

www.gzyongxun.cn 來源：互聯網作者：ytaudi 類別：汽車構造維修時間：2006-11-16

NVH是指Noise(噪聲),Vibration(振動)和Harshness(聲振粗糙度),由于以上三者在汽車等機械振動中是同時出現且密不可分,因此常把它們放在一起進行研究。聲振粗糙度是指噪聲和振動的品質，是描述人體對振動和噪聲的主觀感覺，不能直接用客觀測量方法來度量。由于聲振粗糙描述的是振動和噪聲使人不舒適的感覺，因此有人稱Harshness為不平順性。又因為聲振粗糙度經常用來描述沖擊激勵產生的使人極不舒適的瞬態響應，因此也有人稱Harshness為沖擊特性。文獻[12]認為當汽車通過接縫或凸包時將產生瞬態振動（Harshness），它包括沖擊和緩沖兩種感覺。系統剛度越大，車身瞬態振動的幅值越大，沖擊越嚴重，同時固有頻率增加使振動衰減變快，緩沖的效果變好。同時它還給出了利用多元回歸模型得到的沖擊和緩沖方面感覺等級的經驗公式。總的說來，聲振粗糙度描述是振動和噪聲共同產生的使人感到極度疲勞的感覺。簡單地講，乘員在汽車中的一切觸覺和聽覺感受都屬于汽車NVH特性研究的范疇，此外，還包括汽車零部件由于振動引起的強度和壽命等問題。從NVH的觀點來看，汽車是一個由激勵源（發動機、變速器等）、振動傳遞器（由懸掛系統和邊接件組成）和噪聲發射器（車身）組成的系統。汽車傳動系統NVH特性研究是以汽車傳動系統作為研究對象的，是屬于于汽車整車NVH特性研究的子系統。目前的研究來看，汽車傳動系統NVH特性研究主要是研究由發動機作為一個激勵源產生的或汽車處于某種工況下的傳動系統NVH特性。國外對動力傳動系振動特性的研究起步較早，國外先進的汽車廠家從80年代以來已經將汽車結構的動態特性納入產品開發的常規內容。尤其是20世紀90年代以來，豐田（Toyota）、通用（GM）、福特(Ford)、克萊斯勒（Chrysler）等大汽車公司的工程研究中心專門設立了NVH分部，集中處理汽車的噪聲（Noise）、振動（Vibration）和來自路面接觸沖擊的噪聲聲振粗糙度（Harshness）。
1.汽車的NVH特性
NVH是指Noise〔噪聲)、Vibration(振動)和Harshness〔聲振租糙度)，由于它們在車輛等機械中是同時出現且密不可分的，因此常把它們放在一起進行研究。
聲振粗糙度是指噪聲和振動的品質，是描述人體對振動和噪聲的主觀感覺的，不能直接用客觀測量方法來度量。由于聲振粗糙度描述的是振動和噪聲使人不舒適的感覺，因此有人稱Harshness為不平順性。又因為聲振粗糙度經常用來描述沖擊激勵產生的使人極不舒適的瞬態響應，因此也有人稱Harshness為沖擊特性。
簡單地講，乘員在汽車中的一切觸覺和聽覺感受都屬于NVH研究的范疇，此外，還包括汽車零部件由于振動引起的強度和壽命等問題。從NVH的觀點來看，汽車是一個由激勵源(發動機、變速器等)、振動傳遞器(由懸掛系統和邊接件組成)和噪聲發射器〔車身)組成的系統。汽車NVH特性的研究應該是以整車作為研究對象的，但由于汽車系統極為復雜，因此經常將它分解成多個子系統進行研究，如底盤子系統(主要包括前、后懸架系統)、車身子系統等，也可以研究某一個激勵源產生的或某一種工況下的NVH特性。
根據1996年對歐洲汽車市場的調查，由于汽車的性能、質量等方面均已達到較高的水平，因此顧客對乘坐舒適性的要求明顯提高，僅次于汽車款式。對于中小型汽車，由于市場的激烈競爭使得汽車的重量、價格等因素被嚴格約束，這就使以改善汽車乘坐舒適性為目的的汽車NVH特性的研究變得更加重要。

2.汽車NVH特性研究的建模和評價方法
研究汽車的NVH特性首先必須利用CAE技術建立汽車動力學模型，已經有幾種比較成熟的理論和方法。
多體(M系統動力學方法將系統內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特性。在汽車NVH特性的研究中，多體系統動力學方法主要應用于底盤懸架系統、轉向傳動系統低頻范圍的建模與分析。
有限元方法(FEM)是把連續的彈性體劃分成有限個單元，通過在計算機上劃分網格建立有限元模型，計算系統的變形和應力以及動力學特性。由于有限元方法的日益完善以及相應分析軟件的成熟，使它成為研究汽車NVH特性的重要方法。一方面，它適用于車身結構振動、車室內部空腔噪聲的建模分析；另一方面，與多體系統動力學方法相結合來分析汽車底盤系統的動力學特性，其準確度也大大提高。
與有限元方法相比，邊界元方法(BEM)降低了求解問題的維數，能方便地處理無界區域問題，并且在計算機上也可以輕松地生成高效率的網格，但計算速度較慢。對于汽車車身結構和車室內部空腔的聲固耦合系統也可以采用邊界元法進行分析，由于邊界元法在處理車室內吸聲材料建模方面具有獨特的優點，因此正在得到廣泛的應用。
以空間聲學和統計力學為基礎的統計能量分析(SEA)方法是將系統分解為多個子系統，研究它們之間能量流動和模態響應的統計特性。它適用于結構、聲學等系統的動力學分析。對于中高頻（300HZ）的汽車NVH特性預測，如果采用FEM或BEM建立模型，將大大增加工作量而且其結果準確度并不高，因此這時采用統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對它的影響，得到令人滿意的結果。

3.NVH特性研究在改進汽車乘坐舒適性中的應用
NVH特性的研究不僅僅適用于整個汽車新產品的開發過程，而且適用于改進現有車型乘坐舒適性的研究。這時一圾是針對汽車的某一個系統或總成進行建模分析，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的傳遞來提高乘坐舒適性。
汽車動力總成懸置系統的隔振研究以及發動機進排氣噪聲的研究是改善整車舒適性的重要內容，動力總成液壓懸置系統的發展與完善使這一問題得到較好的解決。懸架系統和轉向系統對路面不平度激勵的傳遞和響應對駕駛員及乘客的乘坐舒適性有很大影響，分析懸架系統的動力學特性可以改善它的傳遞特性，減少振動和噪聲；通過對轉向操縱機構和儀表板進行有限元分析，可以使轉向柱管、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振幅最小。汽車制動時產生的噪聲嚴重影響了車室內乘員的舒適性，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行有限元分析以及它的磨損特性對產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生的振動噪聲已經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、聯軸節、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特性產生重要影響，它們的強度、可*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。