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NVH分析

2017-11-23 10:53

NVH是噪声、振动与声振粗糙度(Noise、Vibration、Harshness)的英文缩写。这是衡量汽车制造质量的一个综合性问题,它给汽车用户的感受是最直接和最表面的。车辆的NVH问题是国际汽车业各大整车制造企业和零部件企业关注的问题之一。有统计资料显示,整车约有1/3的故障问题是和车辆的NVH问题有关系,而各大公司有近20%的研发费用消耗在解决车辆的NVH问题上。NVH特性的研究不仅仅适用于整个汽车新产品的开发过程,而且适用于改进现有车型乘坐舒适性的研究。

详细说明/NVH?

1.对于汽车而言,NVH问题是处处存在的,根据问题产生的来源又可分为发动机NVH、车身NVH和底盘NVH三大部分,进一步还可细分为空气动力NVH、空调系统NVH、道路行驶NVH、制动系统NVH等等。声振粗糙度又可称为不平顺性或冲击特性,与振动和噪声的瞬态性质有关,描述了人体对振动和噪声的主观感受,不能直接用客观测量方法来度量。乘员在汽车中的舒适性感受以及由于振动引起的汽车零部件强度和寿命问题都属于NVH的研究范畴。从NVH的观点来看,汽车是一个由激励源( 发动机、变速器等)、振动传递器(由悬架系统和连接件组成)和噪声发射器(车身)组成的系统。汽车NVH特性的研究应该以整车作为研究对象, 但由于汽车系统极为复杂,因此,经常将它分解成多个子系统进行研究,如发动机子系统(包括动力传动系统)、底盘子系统(主要包括悬架系统)、车身子系统等。

2. NVH问题是系统性的。例如有些轿车行驶时车厢噪声大,查源头在发动机,那么这一个噪声问题可能就涉及到三个部分,一个是发动本身的噪声大,一个是发动机悬置部件减振效果差,一个是车厢前围和地板隔音技术不好,是一个互相关连的系统问题。

3. 当遇到车厢噪声大时,人们一般考虑加强车厢隔音技术和材料,而对真正的噪声发生源-发动机则是无能为力,这只能是“亡羊补牢”,无法从根本上解决问题。但如果运用NVH解决方案,就会涉及发动机、悬置及车架等,从根本上减少噪声产生的来源。因此,NVH问题实质是汽车设计中要解决的问题,而不是汽车进入市场后要解决的问题。

4. 汽车的发动机和车身都通过弹性元件支承在 车桥和轮胎上,构成一个弹性振动系统,整个系统按照各总成部件又分成多个“弹性振动子系统”。当汽车因路面 凸凹不平、发动机及传动系抖动或车轮不平衡而受激振动时,各“弹性振动子系统”发生振动且互相关联。

5.振动是噪声产生的根源之一,行驶时振动大的车辆往往噪声也大。因此,从汽车NVH问题的角度看,解决噪声不能头痛治头,脚痛治脚,而应该考虑到整车其他方面的问题,例如要考虑到车身、发动机、轮胎、弹性支承等诸方面。

零部件生产企业/NVH?

1.随着专业化分工,整车制造企业已经逐渐将大部分零部件交给零部件生产企业来做。盛行的“模块化”生产方式把汽车装配生产线上的部分装配劳动转移到装配生产线以外的地方去进行。这样,零部件生产企业必然遇到NVH问题。设计者考虑的问题也不单纯是零部件的本身,而是零部件与零部件之间,零部件与整车之间的关系。

2.例如在解决车身NVH问题上,长春合成材料有限公司产品具有国内较先进的产品研发及其生产技术,同时可以协同各汽车厂商开展同步开发工作。

3.例如在解决发动机NVH问题时,CooperStandard发动机公司为了获得更好的降噪效果,对发动机做降噪处理外,还对车辆的发动舱、车厢内部设计结构都进行了声学研究,以求最好的解决方案。轮胎也是噪声的主要来源之一,一些厂商除选用低噪声轮胎外,对车轮罩衬垫进行声学特性设计,使其起阻隔噪声的作用。

研究和评价/NVH?

1.研究汽车的NVH特性首先必须利用CAE技术建立汽车动力学模型,已经有几种比较成熟的理论和方法。

多体 系统动力学方法:将系统内各部件抽象为刚体或弹性体,研究它们在大范围空间运动时的动力学特性。在汽车NVH特性的研究中, 多体系统动力学方法主要应用于底盘悬架系统、转向传动系统低频范围的建模与分析。

2.有限元方法(FEM):是把连续的弹性体划分成有限个单元,通过在计算机上划分 网格建立有限元模型,计算系统的变形和应力以及动力学特性。由于有限元方法的日益完善以及相应分析 软件的成熟,使它成为研究汽车NVH特性的重要方法。一方面,它适用于车身结构振动、车室内部空腔噪声的建模分析;另一方面,与多体系统动力学方法相结合来分析汽车底盘系统的动力学特性,其准确度也大大提高。

3.边界元方法(BEM):与有限元方法相比,边界元方法(BEM)降低了求解问题的维数,能方便地处理无界区域问题,并且在计算机上也可以轻松地生成高效率的网格,但计算速度较慢。对于汽车车身结构和车室内部空腔的声固耦合系统也可以采用边界元法进行分析,由于边界元法在处理车室内吸声材料建模方面具有独特的优点,因此正在得到广泛的应用。

4.统计能量分析(SEA)方法:以空间声学和统计力学为基础的 统计能量分析(SEA)方法是将系统分解为多个子系统,研究它们之间能量流动和模态响应的统计特性。它适用于结构、声学等系统的动力学分析。对于中高频(300HZ)的汽车NVH特性预测,如果采用FEM或BEM建立模型,将大大增加工作量而且其结果准确度并不高,因此这时采用统计能量分析方法是合理的。有人利用SEAM软件对某皮卡车建立了SEA模型,分析了它在250Hz以上的NVH特性并研究了模型参数对它的影响,得到令人满意的结果。

控制措施/NVH?

汽车振动和噪声的产生并不是相互独立,而是紧密联系的。可以说,噪声源于振动,振动、噪声和舒适性这三者是密切相关的。既要减小振动、降低噪声,又要提高乘坐舒适性、保证 产品的安全性、环保性以及使用性能。

要改善汽车的NVH特性,首先是对其振动源和噪声源的控制。这就需要改善产生振动和噪声的零部件的结构,改善其振动特性,避免产生共振;改进旋转元件的平衡;提高零部件的加工精度和装配质量,减小相对运动元件之问的冲击与摩擦;改善气体或液体流动状况,避免形成涡流;改善车身结构,提高刚度;施加与噪声源振幅相当而相位相反的声音等。其次要控制振动和噪声传递的途径。这就需要对结构的振动和噪声传递特性进行分析并改进,使之对振动和噪声具有明显的衰减作用而不是放大;优化对发动机悬置的设计,降低发动机向车身传递的振动;对悬架系统进行改进,阻断振动的传递;采用适合于平面振动的阻尼材料、适合于旋转轴类的扭振减振器以及针对其它线振动的质量减振器;分析和改进结构,特别是车身的密封状况,提高密封性能;各种吸音材料、隔音材料和隔音结构的研究及应用,提高汽车内部的吸音和隔音性能等。



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