搜索實(shí)現(xiàn)無聲的藝術(shù) NVH真有那么玄？
2016-12-23 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
NVH :噪聲、振動(dòng)與聲振粗糙度(Noise、Vibration、Harshness)的英文縮寫。這是衡量汽車制造質(zhì)量的一個(gè)綜合性問題,它給汽車用戶的感受是最直接和最表面的。
車輛的NVH問題是國際汽車業(yè)各大整車制造企業(yè)和零部件企業(yè)關(guān)注的問題之一。有統(tǒng)計(jì)資料顯示,整車約有1/3的故障問題是和車輛的NVH問題有關(guān)系,而各大公司有近20%的研發(fā)費(fèi)用消耗在解決車輛的NVH問題上。
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(gè)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(xiàng)針對(duì)汽車的某一個(gè)系統(tǒng)或總成進(jìn)行建模分析,找出對(duì)乘坐舒適性影響最大的因素,通過改善激勵(lì)源振動(dòng)狀況(降幅或移頻)或控制激勵(lì)源振動(dòng)噪聲向車室內(nèi)的傳遞來提高乘坐舒適性。
汽車動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的隔振研究以及發(fā)動(dòng)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(dòng)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(duì)路面不平度激勵(lì)的傳遞和響應(yīng)對(duì)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(dòng)力學(xué)特性可以改善它的傳遞特性,減少振動(dòng)和噪聲;通過對(duì)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(lì)頻率范圍并保證儀表板的響應(yīng)振幅最小。汽車制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的噪聲嚴(yán)重影響了車室內(nèi)乘員的舒適性,實(shí)驗(yàn)證明制動(dòng)噪聲主要是由于制動(dòng)器摩擦元件磨損不均勻造成的,通過對(duì)制動(dòng)盤等元件進(jìn)行有限元分析以及它的磨損特性對(duì)產(chǎn)生噪聲的影響等問題的研究,可以改善制動(dòng)工況下的整車NVH特性。另外,隨著車速的不斷提高,高速流動(dòng)的空氣與車身撞擊摩擦產(chǎn)生的振動(dòng)噪聲已經(jīng)成為車室噪聲的重要來源。
汽車在使用一段時(shí)間之后,一些元件(如傳動(dòng)系的齒輪、聯(lián)軸節(jié)、懸架中的橡膠襯套、制動(dòng)器中的制動(dòng)盤等)的磨損將對(duì)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。
對(duì)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(dòng)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(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)和噪聲的主觀感受,不能直接用客觀測(cè)量方法來度量。乘員在汽車中的舒適性感受以及由于振動(dòng)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(diǎn)來看,汽車是一個(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(duì)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(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))、底盤子系統(tǒng)(主要包括懸架系統(tǒng))、車身子系統(tǒng)等。
NVH問題是系統(tǒng)性的。例如有些轎車行駛時(shí)車廂噪聲大,查源頭在發(fā)動(dòng)機(jī),那么這一個(gè)噪聲問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)問題。
當(dāng)遇到車廂噪聲大時(shí),人們一般考慮加強(qiáng)車廂隔音技術(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(yùn)用NVH解決方案,就會(huì)涉及發(fā)動(dòng)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(shí)質(zhì)是汽車設(shè)計(jì)中要解決的問題,而不是汽車進(jìn)入市場(chǎng)后要解決的問題。
汽車的發(fā)動(dòng)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(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)汽車因路面凸凹不平、發(fā)動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)系抖動(dòng)或車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)。
振動(dòng)是噪聲產(chǎn)生的根源之一,行駛時(shí)振動(dòng)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(dòng)機(jī)、輪胎、彈性支承等諸方面。
NVH零部件生產(chǎn)
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(dòng)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(jì)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。
例如在解決車身NVH問題上,長(zhǎng)春某公司產(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(shí)可以協(xié)同各汽車廠商開展同步開發(fā)工作。
例如在解決發(fā)動(dòng)機(jī)NVH問題時(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)車輛的發(fā)動(dòng)艙、車廂內(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源之一,一些廠商除選用低噪聲輪胎外,對(duì)車輪罩襯墊進(jìn)行聲學(xué)特性設(shè)計(jì),使其起阻隔噪聲的作用。
研究和評(píng)價(jià)
研究汽車的NVH特性首先必須利用CAE技術(shù)建立汽車動(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)用于底盤懸架系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)系統(tǒng)低頻范圍的建模與分析。
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NVH特性的重要方法。一方面,它適用于車身結(jié)構(gòu)振動(dòng)、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(dòng)力學(xué)方法相結(jié)合來分析汽車底盤系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性,其準(zhǔn)確度也大大提高。
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(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(dú)特的優(yōu)點(diǎn),因此正在得到廣泛的應(yīng)用。
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,得到令人滿意的結(jié)果。
控制措施
汽車振動(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,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)軸類的扭振減振器以及針對(duì)其它線振動(dòng)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。
為了質(zhì)感的提升 淺談汽車NVH開發(fā)與設(shè)計(jì)
來源:汽車之家 編輯:張戈
1
NVH的定義、實(shí)驗(yàn)室和意義
如果把雙眼蓋住,在看不到品牌和外觀的情況下讓您判斷一輛車的好壞,您將采取怎樣的標(biāo)準(zhǔn)?我想聲音、振動(dòng)以及車輛行駛中的平順性應(yīng)該是很多人十分看重的,而這三個(gè)因素就組成了今天的話題,那就是NVH。如果您對(duì)于這三個(gè)字母還比較陌生,那么來看這篇文章就對(duì)了。
為了更好地了解這方面內(nèi)容,我們來到了長(zhǎng)安汽車工程研究總院,之所以選擇這里,是因?yàn)?span>長(zhǎng)安目前有著超過200人的全國最大NVH研發(fā)團(tuán)隊(duì),同時(shí)擁有達(dá)到世界水準(zhǔn)的NVH實(shí)驗(yàn)室,并與現(xiàn)任長(zhǎng)安汽車工程研究總院副院長(zhǎng)和總工程師龐劍博士進(jìn)行了交流。
什么是NVH?
NVH是三個(gè)英文單詞的縮寫,即Noise(噪聲)、Vibration(振動(dòng))和Harshness(聲振粗糙度,也可以通俗地理解為不平順性)。由于以上三者在汽車等機(jī)械振動(dòng)中是同時(shí)出現(xiàn)且密不可分,因此常把它們放在一起進(jìn)行研究。簡(jiǎn)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(dòng)引起的強(qiáng)度和壽命等問題。
車輛的噪聲源主要包括:發(fā)動(dòng)機(jī),排氣系統(tǒng),高速行駛時(shí)的風(fēng)噪聲、輪胎噪聲、以及其它任何運(yùn)動(dòng)的部件都有可能發(fā)出噪聲。車輛的振動(dòng)源主要包括:發(fā)動(dòng)機(jī),傳動(dòng)系統(tǒng),不平的路面等。由于聲音是由物體振動(dòng)產(chǎn)生的,所以噪音和振動(dòng)往往不是單獨(dú)出現(xiàn)的。從NVH的觀點(diǎn)來看,汽車是一個(gè)由激勵(lì)源(產(chǎn)生噪音與震動(dòng)的源頭,如發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器等)、振動(dòng)傳遞器(由懸掛系統(tǒng)和邊接件組成)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)該是以整車作為研究對(duì)象的,但由于汽車系統(tǒng)極為復(fù)雜,因此常將它分解成幾個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行研究,如底盤子系統(tǒng)(主要包括前/后懸架系統(tǒng))、車身子系統(tǒng)等,也可以研究某一個(gè)激勵(lì)源產(chǎn)生的或某一工況下的NVH特性。
當(dāng)然,對(duì)于NVH的概念和標(biāo)準(zhǔn)不能“一刀切”。比如購買家用車或者豪華轎車的消費(fèi)者通常希望車輛在行駛中車廂內(nèi)能夠盡量安靜,振動(dòng)較小,同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)平順;但對(duì)于高性能車款甚至是超級(jí)跑車的消費(fèi)者而言,洪亮的排氣聲浪、鏗鏘頓挫的換擋感受以及直接傳入車內(nèi)的路面顛簸在很多人眼中都變成了“駕駛樂趣”。
NVH研發(fā)在哪里進(jìn)行?
其實(shí)答案很簡(jiǎn)單,就是NVH實(shí)驗(yàn)室,不過這個(gè)實(shí)驗(yàn)室并不是普通的實(shí)驗(yàn)室。以長(zhǎng)安為例,由16個(gè)子實(shí)驗(yàn)室組成的振動(dòng)噪聲實(shí)驗(yàn)室均達(dá)到了國際上的先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)。其中,半消聲實(shí)驗(yàn)室用于測(cè)試靜態(tài)噪聲大小,由德國朗德提供消聲技術(shù)的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)環(huán)境音量只有18分貝,在這樣的環(huán)境里人耳會(huì)有一種不舒服壓迫感,因?yàn)橹挥性诤馨察o的環(huán)境內(nèi)才能識(shí)別出車上的聲音,而在自然界中這種環(huán)境并不存在。一般來說街面上的音量約為60、70分貝,辦公室約為40、50分貝。為防止外界的震動(dòng)對(duì)試驗(yàn)的影響,實(shí)驗(yàn)室的地基不是剛性連接的,并抵抗8級(jí)地震。
除了對(duì)整車NVH進(jìn)行測(cè)試,半消聲實(shí)驗(yàn)室同時(shí)承擔(dān)著測(cè)試通過噪聲的任務(wù)。國家法規(guī)規(guī)定的通過噪聲標(biāo)準(zhǔn)是74分貝,如不通過法規(guī)則無法上市銷售。在測(cè)試中通過分布在一側(cè)的收音器進(jìn)行測(cè)試,以此來模擬接收車輛駛過不同距離時(shí)的聲音。
為何進(jìn)行NVH開發(fā)?
通過調(diào)查和研究,我們可以知道,NVH是消費(fèi)者選擇購買汽車的一項(xiàng)非常重要的因素,據(jù)龐劍博士介紹,在購車后的滿意度方面,在所有汽車用戶不滿意的問題中,約有1/3的問題與NVH有關(guān);同時(shí),1/5的售后問題與NVH有關(guān)。而對(duì)于消費(fèi)者而言,由于噪音、震動(dòng)、平順性感受等直接決定了一輛車的“質(zhì)感”,所以NVH的開發(fā)設(shè)計(jì),就是為了車輛質(zhì)感的提升。
另外,早期的自主品牌轎車在NVH方面做得不盡如人意,用戶在使用過程中感到噪音和振動(dòng)偏大,同時(shí)在開關(guān)門的聲音和質(zhì)感方面感受也差強(qiáng)人意。不過隨著自主品牌的日漸成熟,同時(shí)很多廠家希望將品牌價(jià)值提升至新的高度,NVH對(duì)于車輛品質(zhì)提升的重要性成為了自主品牌普遍的共識(shí)。
2
NVH的開發(fā)過程和成果
怎樣進(jìn)行NVH開發(fā)?
廠家在車型項(xiàng)目上馬的同時(shí),就會(huì)同步進(jìn)行NVH的開發(fā),通過與市場(chǎng)部一起做市場(chǎng)調(diào)研,開發(fā)的過程一般需要3年,主要分為五個(gè)步驟:
一、項(xiàng)目啟動(dòng)(廠家稱之為KO):研發(fā)初期,設(shè)定對(duì)標(biāo)車型,即尋找關(guān)注度高的同級(jí)別車型作為目標(biāo)對(duì)手,先全方位測(cè)量其整車的數(shù)據(jù),制定整車的NVH目標(biāo);
二、將對(duì)標(biāo)車型解體,并測(cè)量車身剛度,供進(jìn)行車身部分NVH開發(fā)的使用;
三、對(duì)于對(duì)標(biāo)車輛按照車身、動(dòng)力系統(tǒng)、底盤和懸架系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)以及電子系統(tǒng)等大類進(jìn)行測(cè)量,并分成零部件設(shè)定目標(biāo)。全車NVH可以劃分出1000多個(gè)目標(biāo),并且要做到每部分的目標(biāo)都是可控的。
四、將這些目標(biāo)數(shù)據(jù)提供給配套廠和材料供應(yīng)商,要求其提供達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的零部件。
五、得到零部件后,將其組裝成大類系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)的NVH實(shí)驗(yàn),在系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)通過后,進(jìn)行整車的實(shí)驗(yàn)與調(diào)整。
以上就是NVH開發(fā)的全部過程,通俗地講,就是總(對(duì)標(biāo)整車)→分(系統(tǒng)和部件)→總(我方整車)的過程。
做好NVH有什么好處?
這個(gè)問題似乎不是很專業(yè),但卻是與消費(fèi)者和用戶關(guān)系最密切的。廠家投入大量成本進(jìn)行NVH的開發(fā)和設(shè)計(jì),作為消費(fèi)者,我們得到了什么?
答案就是整車的舒適性。據(jù)廠家介紹,長(zhǎng)安在悅翔之后所有車型都開始注重NVH的開發(fā)。怠速噪聲是比較有代表性的,目前的逸動(dòng)、CS35車型在怠速時(shí)的噪聲為38分貝,睿騁37分貝。在NVH方面,長(zhǎng)安表示其水平已經(jīng)與天籟、凱美瑞處同一級(jí)別,普遍優(yōu)于同級(jí)別美系和德系車型,消費(fèi)者在駕駛車輛中,便可以感受到車輛寧靜和平順帶來的舒適感受。
編輯總結(jié):
通過對(duì)長(zhǎng)安振動(dòng)噪聲實(shí)驗(yàn)室的走訪,使我們初步地了解了NVH開發(fā)的過程,以及在整車研發(fā)中所處的地位?？梢哉f,一輛車的舒適性與NVH是密不可分的,當(dāng)我們駕駛或者乘坐在舒適的轎車中愜意地旅行時(shí),這樣的車內(nèi)環(huán)境是由上千個(gè)開發(fā)和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,經(jīng)歷了千百次地測(cè)試造就的;同時(shí),由于對(duì)NVH開發(fā)的重視程度日漸提高,我們也確實(shí)感受到了自主品牌車輛在“質(zhì)感”方面的進(jìn)步。
相關(guān)標(biāo)簽搜索：實(shí)現(xiàn)無聲的藝術(shù) NVH真有那么玄？ Actran培訓(xùn) Actran培訓(xùn)課程 Actran分析 Actran在線視頻教程 Actran技術(shù)學(xué)習(xí)教程 Actran軟件教程 Actran資料下載 Actran代做 Actran基礎(chǔ)知識(shí) Fluent、CFX流體分析 HFSS電磁分析 Ansys培訓(xùn)
