发动机NVH测试与分析_ch
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LMS France Paris
LMS Germany
Göttingen Kaiserslautern Leonberg Marburg München
LMS Russia
LMS Romania
LMS NA Washington D.C.
LMS France Lyon - Toulouse
LMS Italia Torino – NToovrainrora - Milano
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?)
动力总成 NVH 的基本设计目标
动力总成系统的NVH性能应尽量满足以下要求:
对于低频: 在怠速及常用工作转速范围内，尽量降低动力总成基体及相关部件发生共振的 可能性 10阶以下的主要阶次成分必须符合一定的声品质指标要求
对于高频: 尽量避免或降低动力总成基体及附件传到车内的直达声 尽量使噪声的 1/3 倍频程谱比较平滑，努力控制变速箱的异常噪音（如打齿及 啸叫声），尽量保证良好的声音主观品质。
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
最终找到根源 3. 根本原因
2. 传递途径...结构形式 3. 源...机械运动
测试流程的建议 接收点 = 传递途径 x 源
测试流程
接收点
工况下状态
▪ 噪声 ▪ 振动 ▪ 应力 ▪ 疲劳
= 传递途径 x
结构特性
▪ 结构模态特性 ▪ 惯量/质量 ▪ 流体 (空气) 特性
源
工作载荷
▪力 ▪ 力矩
噪声 =
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
拥有全球工程创新的伙伴 … 超过100.000研发工程师分布在5000个制造企业
在欧洲，美国和亚洲拥有30多个办事处 … 超过850名专业人才
在行业中投入研发和工程创新的力度最大 … 30 %的预算用于研发 很强的财务增长记录 … 在过去的25年中平均增长超过两位数
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
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
=
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
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
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
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
discrete frequencies
spectrum shape
wenku.baidu.com
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
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
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
持续不断的进行产品的研究和开发
深入研究产品的性能，以为未来的新产品设计做准备
对标试验
对竞争对手进行分析
发动机NVH测试目的
噪声问题故障诊断
客户抱怨噪音太大... ...因此第一步进行噪音测试
Noise
但是什么是 噪音的根源
所在?
► 振动
► 机械运动
有效的测试方法 系统的测试方法
源 | 传递途径 | 接收点
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
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。
将噪声，振动，动力性能等表象指标分解 到接收点，传递途径以及源，对测试分析 流程会有很大的帮助。
噪声 = 接收点
燃烧 + 机械运动 =
源
想象一个医生是如何发现一种奇怪的流行性 疾病的。对于疾病的研究，他们首先要：
结构形式 + 振动 = 传递途径
1. 听诊器
1. 接收点...噪声
然后他们会思考疾病的可能传播途径 2. 载体
LMS, 提供产品开发和工程创新的平台工具和技术服务
LMS Test.Lab LMS Test.Xpress LMS Tec.Ware
完整的振动噪声试验解决方案
LMS Engineering
工程咨询服务和技术转让
LMS Virtual.Lab
3D仿真技术的集成解决方案
LMS Imagine.Lab
Source
critical loads
critical dynamics
worst case scenario
谐次分析 谱分析 倍频程分析 滤波回放
传递函数测试 模态分析
谐次分析 谱分析 相干性分析
工作状态下的试验结果
时域振型模拟 工作变形分析 相干性分析 包络分析 时频分析
结构系统的特性分析
自动提取模态参数 工况下的模态分析
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
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
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
LMS 发动机 NVH 测试
旋转机械分析
声学分析
P
结构测试
发动机 &
动力总成
发动机集成
路试
LMS 发动机 NVH 测试
旋转机械分析
信号特征分析 阶次跟踪 角度域分析 扭振测试 ODS
信号特征分析 阶次跟踪 ODS 扭振测试
信号特征分析 阶次跟踪 ODS
声学分析
声全息 / 声聚焦 声强测试 声功率测试
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
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 …
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
X
Source
X
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
LMS Germany
Göttingen Kaiserslautern Leonberg Marburg München
LMS Russia
LMS Romania
LMS NA Washington D.C.
LMS France Lyon - Toulouse
LMS Italia Torino – NToovrainrora - Milano
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?)
动力总成 NVH 的基本设计目标
动力总成系统的NVH性能应尽量满足以下要求:
对于低频: 在怠速及常用工作转速范围内，尽量降低动力总成基体及相关部件发生共振的 可能性 10阶以下的主要阶次成分必须符合一定的声品质指标要求
对于高频: 尽量避免或降低动力总成基体及附件传到车内的直达声 尽量使噪声的 1/3 倍频程谱比较平滑，努力控制变速箱的异常噪音（如打齿及 啸叫声），尽量保证良好的声音主观品质。
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
最终找到根源 3. 根本原因
2. 传递途径...结构形式 3. 源...机械运动
测试流程的建议 接收点 = 传递途径 x 源
测试流程
接收点
工况下状态
▪ 噪声 ▪ 振动 ▪ 应力 ▪ 疲劳
= 传递途径 x
结构特性
▪ 结构模态特性 ▪ 惯量/质量 ▪ 流体 (空气) 特性
源
工作载荷
▪力 ▪ 力矩
噪声 =
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
拥有全球工程创新的伙伴 … 超过100.000研发工程师分布在5000个制造企业
在欧洲，美国和亚洲拥有30多个办事处 … 超过850名专业人才
在行业中投入研发和工程创新的力度最大 … 30 %的预算用于研发 很强的财务增长记录 … 在过去的25年中平均增长超过两位数
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
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
=
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
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
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
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
discrete frequencies
spectrum shape
wenku.baidu.com
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
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
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
持续不断的进行产品的研究和开发
深入研究产品的性能，以为未来的新产品设计做准备
对标试验
对竞争对手进行分析
发动机NVH测试目的
噪声问题故障诊断
客户抱怨噪音太大... ...因此第一步进行噪音测试
Noise
但是什么是 噪音的根源
所在?
► 振动
► 机械运动
有效的测试方法 系统的测试方法
源 | 传递途径 | 接收点
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
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。
将噪声，振动，动力性能等表象指标分解 到接收点，传递途径以及源，对测试分析 流程会有很大的帮助。
噪声 = 接收点
燃烧 + 机械运动 =
源
想象一个医生是如何发现一种奇怪的流行性 疾病的。对于疾病的研究，他们首先要：
结构形式 + 振动 = 传递途径
1. 听诊器
1. 接收点...噪声
然后他们会思考疾病的可能传播途径 2. 载体
LMS, 提供产品开发和工程创新的平台工具和技术服务
LMS Test.Lab LMS Test.Xpress LMS Tec.Ware
完整的振动噪声试验解决方案
LMS Engineering
工程咨询服务和技术转让
LMS Virtual.Lab
3D仿真技术的集成解决方案
LMS Imagine.Lab
Source
critical loads
critical dynamics
worst case scenario
谐次分析 谱分析 倍频程分析 滤波回放
传递函数测试 模态分析
谐次分析 谱分析 相干性分析
工作状态下的试验结果
时域振型模拟 工作变形分析 相干性分析 包络分析 时频分析
结构系统的特性分析
自动提取模态参数 工况下的模态分析
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
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
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
LMS 发动机 NVH 测试
旋转机械分析
声学分析
P
结构测试
发动机 &
动力总成
发动机集成
路试
LMS 发动机 NVH 测试
旋转机械分析
信号特征分析 阶次跟踪 角度域分析 扭振测试 ODS
信号特征分析 阶次跟踪 ODS 扭振测试
信号特征分析 阶次跟踪 ODS
声学分析
声全息 / 声聚焦 声强测试 声功率测试
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
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 …
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
X
Source
X
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