发动机NVH测试与分析_ch
nvh 测试原理
NVH测试是测量和分析汽车零部件的噪声（Noise）、振动（Vibration）和声振粗糙度（Harshness）的过程，是优化汽车性能的重要手段。
NVH测试的原理基于机械理论，通过测量空气传播产生的噪音和发动机机架震动产生的噪音的综合结果，能够直观地反映出汽车产品使用的市场反馈情况。
NVH分析能够改善现有发动机结构件的振动频率匹配状况，并大幅度消除震动过程中产生的耦合现象。
此外，NVH分析还能极大程度地改善和提升产品的抗震动特性，让汽车发动机在运转过程中尽可能地降低其噪声和振动，以此创造良好的驾驶和使用体验。
通过应用NVH新型机械理论，可以为静音车型的开发和
设计提供最直接的性能指标。
相关技术人员可以结合NVH的设计要求，对零部件的生产和组装等各个环节进行精细化管理并对各生产环节的衔接和组装工艺的优化实施工艺升级。
因此，NVH测试原理是通过对汽车零部件的噪声、振动和声振粗糙度进行测量和分析，以改善现有发动机结构件的振动频率匹配状况、消除震动过程中的耦合现象、提升产品的抗震动特性，从而创造良好的驾驶和使用体验。
几种汽车NVH试验方法研究
几种汽车NVH试验方法研究一、本文概述随着汽车工业的迅速发展，消费者对汽车的要求已经不仅仅局限于外观、性能和价格等传统因素，汽车的乘坐舒适性和静谧性（NVH，即Noise、Vibration、Harshness）日益受到重视。
NVH性能是衡量汽车质量的重要指标之一，它直接关联到驾驶者和乘客的乘坐体验。
因此，研究和发展有效的汽车NVH试验方法，对于提升汽车品质和满足消费者需求具有重要意义。
本文旨在对几种常见的汽车NVH试验方法进行研究，分析各方法的优缺点，探讨其在汽车NVH性能评估中的应用。
我们将介绍NVH的基本概念和评估标准，明确试验的目的和重要性。
接着，我们将重点介绍几种常用的NVH试验方法，包括噪声测试、振动测试和冲击测试等，并分析这些方法的原理、操作步骤以及需要注意的事项。
本文还将探讨如何选择合适的试验方法，以提高试验的准确性和效率。
通过本文的研究，我们希望能够为汽车工程师和研发人员提供有益的参考，推动汽车NVH试验方法的不断改进和优化，为汽车工业的可持续发展做出贡献。
二、NVH试验方法的分类与特点NVH（Noise, Vibration, Harshness）试验是评估汽车乘坐舒适性和产品质量的重要手段。
根据不同的试验目的和测试环境，NVH试验方法可以分为多种类型，每种类型都有其独特的特点和应用场景。
道路试验是最直接反映车辆实际运行状况的NVH测试方法。
通过在真实道路环境中驾驶车辆，可以获取到最接近实际使用情况的噪声、振动和冲击数据。
这种方法的优点是结果真实可靠，能够反映车辆在各种路况和速度下的NVH性能。
然而，道路试验的成本较高，且受天气、路况等外部因素影响较大。
实验室试验通常在室内进行，可以控制试验条件，减少外部干扰。
常见的实验室试验包括：半消声室试验：在半消声室中模拟车辆运行环境，通过调整声源和反射面，可以精确测量车辆的噪声水平。
这种方法的优点是测量精度高，可以排除外部噪声的干扰。
发动机NVH问题与挑战介绍
高频区域: 最后区域出现一个压力级的峰值是由于燃烧开始时缸内局部区域压力急剧 上升，引起气体高频振动而产生的。
影响燃烧噪声的因素
• 通过悬置到达车内 • 通过与前壁板连接的管路、拉索到达车内 • 通过传动轴到达车内 • 通过排气消声器吊耳到达车内
通过悬置系统的传递
在频率域内，结构声与空气声的比例
100
80 例子:发动机转速 = 3000 rpm
60
结构声
40
空气声
20
0 200 500
1000 频率 (Hz)
2000
在低频时，结构声占的比例较大 在中高频时，空气声占的比例较大
• ……
Response @ Inertia M
8
6
4
2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
结构振动
固体结构的振动 ① 动力总成的整体振动
② 曲轴的振动
③ 凸轮轴的振动
④ ……
壳体结构的表面振动 ① 正时罩壳 ② 油底壳 ③ 隔热罩 ④ ……
固体结构振动与壳体结构振动的区别 • 固体结构振动：主要给车内传递结构声 • 表面振动：主要给车内传递空气声
动力总成的整体振动 整体模态
¾动力总成的整体弯曲模态容易被发动机本身激励激起 ¾发动机激励与动力总成共振频率耦合，会造成动力总成的NVH问题 ¾振动会通过悬置支架和传动轴传递给车身，造成车身的NVH问题
发动机噪声的分类
燃烧噪声 由于气体压力变 化而产生的噪声
发动机NVH测试与分析_ch
接收点 分析
在工作状态下测试得到的结果
工况下的测试结果说明了该型号产品的NVH性能表现 H但是，仅仅有工况下的测试结果，并不能判断出为什么该产品会有这样的NVH性能 测试中出现的噪声峰值到底是由于结构的设计形式不合适所引起的，还是由于这个工况 下的载荷力所造成的？或者是两者都起了作用？
噪声
接收点
=
保证结构各主要部件的第一阶弯曲模态频率以及动力总成附件的局部模态在发 动机最大转速所对应的 2阶激励频率+30%
发动机额定转速 Rev/min 5000
6500
7000
频率 Hz 216
282
303
降低2阶主要激励所引起结构声的手段和措施
主要设计目标
轻活塞，长连杆 (最大化 l/r) 优化轴的动平衡 将发动机-变速箱与短背支架及相关附件一体化设计 (降低结构整体的惯量) 发动机变速箱接合传动处漏斗形设计 (提高结构整体的刚度) 支架及附件安装点要求高刚度设计 重量优化
进一步降低高阶激励所引起结构声的手段和措施
激励
最小化曲轴轴承处所产生的高阶谐波激励力
结构传递途径
动力总成悬置支架的共振频率至少要高于 500 Hz，以保证在其不会与某些的 高阶次主要激励发生共振
主要设计目标
车身底部大刚度设计 (如使用梯形车架) 相应的大刚度曲轴设计 动力总成支架与动力总成刚性耦合，大刚度设计 动力总成悬置在整个频率范围内，具备不同的刚度特性。
discrete frequencies
SPL
accel
结构声
accel
2nd order excitation
harmonic pattern
激励
mount character-
汽车(NVH)测试与分析
1. NVH的定义
1
Noise （噪声）
2
Vibration (振动)
3
Harshness (声振粗糙 度)
噪声和振动的品质 主观评价
车辆NVH系统的内在关系
NVH问题产生的后果
2. 必要性和意义
汽车约有1/3的故障问题与NVH有关， 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，中高 档轿车在研发期间与NVH有关的实 验量最大；
汽车振动与噪声(NVH)测试与分析
华南理工大学 机械与汽车工程学院 丁 康 教授
2012年10月9日
主要内容
第一部分：汽车NVH概述 第二部分：汽车NVH测试内容 第三部分：NVH测试实例
第一部分：汽车NVH概述
1. NVH的定义 2. 必要性和意义 3. 汽车噪声法规和标准 4. 汽车NVH的分类和控制方法 5. 我国汽车NVH研发设计水平 6. 国内外汽车噪声预测理论方法
直流分量： f,2 f, ,(N1) ffs f
2
2
理想无泄露状态下，一般时频域幅值之间有下列关系：
时域： x (t) A s in (2f0 t)
幅值谱： 自谱：
Gxrms(f)
A(f
2
f0)
Gx(f)A22(f f0)
对数谱： G x d B ( f ) 1 0 l o g G x ( f ) 2 0 l o g G x r m s ( f )
在多段平均时，相干系数才有意义，相干系数 0rxy(f )1
只进行一段传递函数分析，相干系数恒为1。
传递函数两种表示法：
1）用实部和虚部表示；
2）用幅值和相位表示。
实频特性： C ( f ) 虚频特性：D ( f )
汽车(NVH)测试与分析
结构噪声控制—板件声贡献量分析
试验 顶棚 后背箱 高灵敏度频率
前围板
地板
车身主要板件示意图
板件声振频谱
验 证
板件结构优化和阻尼片布置 板件声振模态和贡献量分析
4. 声隔离测试分析
车内噪声 空气声(中高频)
结构声(低频)
密 封 是 关 键
相关实验方法
气密性实验
该装置用于轿车仓内漏气量测量，采用低噪声风机，抽取气 体，加注到轿车仓内，手动调节风机变频器改变空气流量， 保持一定的压力，通过空气流量计测量轿车仓内的正压泄露 量。
1）用实部和虚部表示；
2）用幅值和相位表示。
实频特性： C ( f ) 幅频特性：
虚频特性： D( f )
2 2
H( f ) C ( f ) D ( f )
相频特性： ( f
) tg [ D( f ) / C ( f )]
1
H 1、H 2、H 3、H 4 在实际计算中，传递函数有四种计算方法，称为 H1
估计方法，其中 H 1、H 2 估计是传递函数的有偏估计，H 3、H 4估计
是传递函数的无偏估计。实际使用中， 递函数计算方法。 估计是应用最广泛的传
传递函数的 H 1 估计算法：
Y ( f ) Y ( f ) X ( f ) Gxy ( f ) H1 ( f ) X ( f ) X ( f ) X ( f ) Gxx ( f )
原装车状态 油管连接拆除后
43.6 43.4 43.3 42.6
dB(A)
排气管连接拆除后 油管、排气管连接均拆 除后
驾驶员内耳
后排乘车内耳
排气管 采用消去法找到声 源后效果明显！
•消去法+频谱分析法
汽车(NVH)测试与分析ppt课件
55
相干函数(凝聚函数)定义为： 2
rxy
(
f
)
Gxy ( f ) Gxx ( f )Gyy
(
f
)
式中：Gxx ( f )、Gyy ( f ) 分别为输入和输出信号的自谱，
Gxy ( f ) 为输入信号与输出信号的互谱。
(2) 汽车的NVH性能已被越来越多的用户所重视，用户 需求是企业动力 ；
(3) 良好的NVH性能是汽车企业竞争力的体现，高档汽 车对NVH 性能要求很高；
(4) 噪音污染是三大污染之一，国家制定法规和标准来 控制噪声的污染和对人体的危害。
7
8
3. 汽车噪声法规和标准
GB1495-2002《汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法》
33
94dB(A)
34
35
36
37
38
39
40
41
2. 测试中的信号处理
•频谱分析
频谱分析是现代信号处理技术最基本和最常用的方法之 一，在机械、电力、图像处理、电子对抗、仪器仪表等 许多领域的生产实践和科学研究中获得极为广泛的应用42 。
在时频域的转化关系中设：
fs
采样频率
N
采样点数，FFT和谱分析点数
汽车振动与噪声(NVH)测试与分析
华南理工大学 机械与汽车工程学院 丁 康 教授
2012年10பைடு நூலகம்9日
1
主要内容
第一部分：汽车NVH概述 第二部分：汽车NVH测试内容 第三部分：NVH测试实例
2
第一部分：汽车NVH概述
1. NVH的定义 2. 必要性和意义 3. 汽车噪声法规和标准 4. 汽车NVH的分类和控制方法 5. 我国汽车NVH研发设计水平 6. 国内外汽车噪声预测理论方法
nvh测试方法
NVH（Noise, Vibration, and Harshness）测试是用于评估汽车或其他机械系统噪音、振动和粗糙度的一种测试方法。
以下是一些常用的NVH测试方法：
1. 噪音测试：使用音频记录设备（如麦克风）和声学分析软件来测量和分析系统产生的噪音。
可以在不同的工作条件下对车辆或机械系统进行静态或动态噪音测试。
2. 振动测试：使用加速度计或振动传感器来测量系统的振动水平。
可以通过将传感器放置在关键位置（如发动机、底盘等）来评估振动的频率、幅度和特征。
3. 响应频谱分析：使用频谱分析仪来分析系统的频率响应。
通过施加特定频率的激励信号并测量系统的响应，可以评估系统的共振频率、传递函数和模态特性。
4. 声学反射测试：使用声学探头和软件工具来测量和分析声波在车辆或机械系统内的传播和反射。
这可以帮助识别噪音源、减少共振和改进声音品质。
5. 结构模态分析：通过施加激励信号并测量结构的响应来评估系统的模态特性。
这可以揭示系统的固有振动频率、模态
相对振动模式和结构刚度等。
以上只是一些常见的NVH测试方法，具体的测试方法和设备选择可能因应用领域和要求而有所不同。
专业的汽车工程师或振动噪声专家通常会根据具体情况选择适当的测试方法和工具来进行NVH测试。
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f=50Hz…原因???
传递途径
f=50Hz…
结构
x
源 不平衡力
f=50Hz…
系统的进行噪声振动的测试 与 源-传递途径-接收点 这样的思路关联起来
Receiver
Receiver
Receiver
=
Transmitter
=
Transmitter
=
Transmitter
X
Source
Source
X
discrete frequencies
spectrum shape
SPL
Accel
Body Noise TF
harmonic pattern
车内噪声
发动机测试流程 方法
数据典型性验证 边界条件 + 灵敏度分析
源? 路径? 可见的工况响应 深入分析 原因假设 验证假设
对产品改进提出建议
第 1 阶段: 确定当前产品的NVH状态水平 谐次分析 – ODS 心理声学 – 声源识别
载荷/力的确定
时频分析 工作变形分析 包络分析 声强扫描 间接法进行力识别 燃烧分析
dy n stiffness transfer function
dB/N
动力总成相关 NVH 机械噪声与燃烧噪声, 结构声与空气声
accel
SPL
空气声
2nd order excitation
spectrum shape
进一步降低高阶激励所产生的空气辐射噪声的手段和措施
激励
降低活塞-汽缸、汽阀机构、以及其他附机驱动装置所产生的脉冲力 在满足发动机性能要求的前提下，降低燃烧压力的爬升速度
结构传递途径
减少动力总成的辐射表面积 通过提高刚度、隔振、使用阻尼材料等手段，降低发动机缸体、油底壳、阀 门以及附机驱动装置外壳的表面振动
第 2 阶段: 循环的进行故障诊断 分析源到接收点的贡献量 结构特性分析 机械运动分析 燃烧分析
第三阶段: 循环的进行改变某个环节的效果验证 评价贡献量（源及传播途径）的改变 评价结构修改效果 评价机械运动变化后的效果 评价燃烧特性变化后的效果
第 4 阶段: 对设计的修改进行验证 分析工具与阶段 1 相同
discrete frequencies
SPL
accel
结构声
accel
2nd order excitation
harmonic pattern
激励
mount character-
istics
减震
chassis dynamics
传递
dB/dB
Transmission
Loss
Σ
SPL
dB
level & linearity
保证结构各主要部件的第一阶弯曲模态频率以及动力总成附件的局部模态在发 动机最大转速所对应的 2阶激励频率+30%
发动机额定转速 Rev/min 5000
6500
7000
频率 Hz 216
282
303
降低2阶主要激励所引起结构声的手段和措施
主要设计目标
轻活塞，长连杆 (最大化 l/r) 优化轴的动平衡 将发动机-变速箱与短背支架及相关附件一体化设计 (降低结构整体的惯量) 发动机变速箱接合传动处漏斗形设计 (提高结构整体的刚度) 支架及附件安装点要求高刚度设计 重量优化
1D多领域系统仿真集成平台
LMS Tec.Manager
试验和仿真的数据管理系统
LMS, 全球性的响应客户需求
LMS NA Los Angeles
LMS The Netherlands
LMS NA - Detroit
LMS NA Coralville
LMS HQ Leuven - Belgium
LMS ULMKS UK Coventry - MilCtoonvKenetyrnyes
LMS 国防领域的客户
船舶：
701所 武汉船舶设计研究所 702所 中国船舶科学研究中心(无锡) 703所 哈尔滨船舶锅炉涡轮机研究所 704所 上海船舶设备研究所 705所 西安精密机械研究所 711所 上海船用柴油机研究所 715所 杭州应用声学研究所 719所 武汉第二船舶设计研究所 725所 洛阳船舶材料研究所
1/3 倍频程分析 小波分析
声全息 / 声聚焦 声品质
发动机传递路径分析 ASQ
1/3 倍频程分析 室内通过噪声
各缸冲击载荷
曲轴弯曲振动
LP发Mr动eSfe机rCrNeAdVEHPPa测rrot试ndeu目rco的tsf Dassault Systèmes
测试目的
故障诊断
客户抱怨 返修 …需要快速得到测试结果并提出解决方案!
对新型号产品进行验证试验
对新的设计进行全面评价 需要进行长期的进行改进验证 …在实验过程中需要考虑降低项目成本
LMS China Beijing
LMS China Shanghai LMS China Guanzhou
LMS India
LMS Singapore
LMS worldwide revenue distrubution
US 23%
Asia 37%
Europe 40%
LMS regional offices : 30 LMS representatives offices : 25
天津一汽夏利 东风日产 东风本田 重庆汽研所 吉利汽车 长城汽车 中兴汽车 海马汽车 比亚迪汽车 江淮汽车
…
LMS 国内发动机领域的客户
潍坊柴油机 康明斯发动机 东安发动机 广西玉柴 上海柴油机公司 无锡柴油机公司 天津内燃机研究所 奇瑞汽车发动机部 无锡博世柴油机 山西柴油机厂 重庆潍柴 绵阳新晨动力公司 贵州航空发动机 北京理工大学车辆学院发动机系 吉林大学汽车学院发动机系 同济大学汽车学院 哈尔滨工程大学能源与动力学院 南京航空航天大学能源与动力学院 …
进一步降低高阶激励所引起结构声的手段和措施
激励
最小化曲轴轴承处所产生的高阶谐波激励力
结构传递途径
动力总成悬置支架的共振频率至少要高于 500 Hz，以保证在其不会与某些的 高阶次主要激励发生共振
主要设计目标
车身底部大刚度设计 (如使用梯形车架) 相应的大刚度曲轴设计 动力总成支架与动力总成刚性耦合，大刚度设计 动力总成悬置在整个频率范围内，具备不同的刚度特性。
发动机激励基本机理
结构声的产生 (以4缸机为例)
偶数阶次
[2阶, 4阶, 6阶, …] 不平衡往复 惯性力
半数阶次
[0.5阶, 1.5阶, 2.5阶, …]
缸与缸之间燃烧波动
奇数阶次
[1阶, 3阶, 5阶, …] 曲轴的弯曲振动
Σ
降低2阶主要激励所引起结构声的手段和措施
激励
降低2阶激励力
结构传递途径
结构形式
x
燃烧 机械运动 流体流动 不平衡…
接收点 测试
工况测试
对工况下的发动机的实验数据进行分析，
时域，频域，与转速相关（阶次域）。
噪声
噪声
传声器及主观评价
▪ 声压
▪ 声功率
▪ 主观评价
应力
振动
加速度计或激光测振
▪ 振动加速度
疲劳
▪ 振动速度
▪ 位移
应力
振动
力传感器或应变片
疲劳 视觉检查 (是否已破坏/是否有裂纹?)
发动机行业所面临的挑战
高的燃油经济性 / 动力性 更好的燃烧性能 更小的体积/重量
提高耐久性能 系统部件集成
符合法规要求 排放指标 噪音指标
舒适性 NVH 操稳
发动机的相关运动机理
汽门机构振动
燃烧噪声
汽门落座冲击噪声
活塞摩擦噪声
轴承振动
缸体敲击
凸轮轴弯曲振动 发动机表面振动
扭转振动 变速箱噪声
发动机附机噪声 不平衡惯性力矩
LMS Korea
LMS Japan Tokyo LMS Japan Nagoya
加速制造企业在开发高性能产品中减少时间，成本和开发风险
安全和可靠性
结构强度和耐久性
噪音和振动
舒适性
速度和性能
精确度
From concept to
certification
工作消耗
节能和排放
LMS, 汽车领域的合作伙伴
LMS, 汽车零部件供应商的合作伙伴
LMS 国内汽车领域的客户
长春一汽技术中心 长春一汽大众 上海通用泛亚汽车 上海大众汽车 上海汇众汽车 重庆长安汽车 沈阳华晨金杯汽车 哈飞汽车 奇瑞汽车 北汽福田汽车 东风商用车研发中心 东风乘用车研发中心 武汉神龙汽车公司 上汽通用五菱汽车 江铃五十铃 南昌江铃 福建东南汽车 郑州宇通 济南重汽
760所 大连测控技术研究所 中国舰船研究院 中国船舶工业集团公司船舶系统 工程部 中国船舶重工集团重庆齿轮箱有 限责任公司
发动机噪声振动测试与分析
目录
发动机 NVH 测试简介及 常用分析工具和方法 结构试验 角度域分析 扭振测试 其他分析功能
目录
发动机 NVH 测试简介及 常用分析工具和方法 结构试验 角度域分析 扭振测试 其他分析功能
LMS –全球制造企业工程创新的伙伴
LMS, 28年的工程创新
唯一一家提供工程咨询服务，虚拟仿真和实物原型测试方 案