汽车振动与噪声控制-综述

汽车振动噪声与控制文献综述

中国汽车产业已进入内涵式发展的稳健增长期，车型品质的提升已取代产能的增长成为发展的主流，这对汽车的噪声、振动与声振粗糙度(Noise, Vibration, Harshness, NVH)提出日益苛刻的要求，使得汽车NVH性能越来越受到重视，成为衡量汽车品质最重要的指标之一。

前期汽车NVH控制主要集中在发动机、车身等主要系统上，随着这些主要系统的NVH问题得到解决，其研究重心开始转向声品质技术、新能源汽车NVH、车身底盘NVH、制动系和悬架系NVH以及振动主动控制等方面。

汽车的NVH问题可以从三个层面上考虑：接受体（方向盘的加速度或人耳处的声压等，但最终是人对振动噪声的感觉）；传递路径（隔振隔声系统，车身及内饰等）；振动噪声源（发动机/驱动电机、齿轮传动系统、路面不平、风噪声等）。

一、接受体处NVH分析与控制

1.1声品质评价

首先，在对车辆振动与噪声进行分析前需对其NVH状况进行评价。驾驶室内成员处的振动评价相对简单，而人耳对噪声的感知则较为复杂，同时由于汽车车身及底盘技术、汽车发动机技术的突飞猛进，特别是新能源汽车的持续推广，除发动机噪声外，其他排气噪声、传动系噪声、轮胎噪声、空气动力噪声及车身壁板结构振动辐射噪声等，对车辆整体噪声的贡献相对增大，使得车辆噪声控制问题变得更加复杂。

因此，声品质技术应运而生。声品质是指在特定的技术目标或任务内涵中声音的适宜性，声品质中的“声”是人耳的听觉感知，“品质”则是指人耳对声音事件的听觉感知过程，并最终做出的主观判断。人是声品质最终的接受者和最直接的评价者，声品质受到声音固有特性、评价者的生理、心理等各方面的综合影响，因此声品质的研究是一个综合多领域的多学科研究。

声品质主观评价是以人为主体，通过问卷调查或评审团评议的形式，运用试验心理学来研究噪声问题，涉及测试对象选择、噪声准备、听测环境和评价方法

等较多因素。国际上常用的方法有成对比较法、语义细分法、等级评分法、排序法、多维尺度分析法等，是声品质研究中的一个重要方面。

品质客观评价是以声音的物理参数及心理学客观参数为基础，根据声音的频率、包络、调制及调幅等方面，从物理声学、心理声学等方面对噪声声品质进行评价。经过长期的理论和试验研究，提出了许多的客观评价参量，最基本的心理声学参数如响度、尖锐度、粗糙度、波动度等，还有语音清晰度、愉悦度、劲度、响亮度、轰鸣度等。

声品质最终的评判标准是人的听觉感受，但主观评价试验的一致性和重复性较差，且需要大量的人力、物力和时间。主客观统一模型综合主观评价和客观评价的优点，试图采用客观定量的方法来描述声品质的主观评价，实现以心理声学评价参数为基础的能够客观衡量的声品质评价模型。

数理统计方法是最常用的建立主观与客观评价结果映射关系的方法，通过主成分分析、显著度分析，构造多元线性或非线性回归模型；神经网络方法因其非线性和自主学习特征，在建立声品质主客观统一模型中也得到了大量应用，但需要面对样本数量不够充分引起的“小样本难题”；支持向量机(SVM)方法具有非线性、小样本及泛化能力强等特点，在声品质研究领域已得到越来越多的应用；其他如灰色关联度分析、粒子群算法等现代方法也开始在汽车NVH方面得以尝试。

1.2噪声主动控制技术

有源噪声控制又称主动噪声控制，指人为产生次级声源，引入一个与原噪声声波（初级声源）幅值大小相等而相位相反的次级声波，使其产生的噪声与原噪声在一定区域内相互抵消，达到降噪目的。

传统噪声控制技术，多采用阻尼比较大的材料，利用隔声、隔振，甚至重新进行结构设计来控制噪声，对一些车身结构的振动及其辐射的低频噪声仍无法得到有效控制。而噪声主动控制(ANC)技术在消声机制、控制机理及系统研究和应用等方面，弥补了噪声被动控制的诸多不足，特别是在控制管道低频噪声中获得了良好的降噪效果，因而倍受噪声控制界的关注和重视。

二、噪声振动的传递路径及控制

2.1噪声传递路径及其控制

乘员室内噪声包含结构噪声和空气噪声，其中结构噪声主要集中于中低频段，由车身壁板振动引发，与车身结构动态特性有直接的联系，其控制必然牵涉到车辆系统内各总成之间的动态匹配与车身结构的改进。

车身整体刚度和模态已经广泛得到有效控制，但局部结构（如板结构）常常会带来局部振动、声辐射、声腔共鸣、隔声差等问题。结构优化分析方法有2种，第1种是直接以车身的NVH指标为优化目标，如车身的模态、频率、响应等。第2种方法是能量分析，其是一种间接方法，如分析应变能。

很多系统（如动力总成、排气系统、悬架系统等）与车身相连接，而且把振动传递到车身，因此这些连接点的原点动刚度研究非常重要。另外玻璃、座椅等局部结构也会影响车内噪声传播。

空气噪声多集中在高频段，主要通过空气经由车身结构的孔隙进入乘员室，控制方法与结构噪声完全不同，可以通过多孔吸声材料、密封等措施来降低这部分噪声。

2.2振动传递路径及其控制

悬架主要由轮胎、弹簧、减振器和连接杆系等组成。悬架连接着车轮与车身，并允许二者间的相对运动。作为车辆与地面间运动的传递媒介，悬架系统对车辆的NVH特性有很重要影响。

悬架系统的一个重要功能就是衰减由地面传来的振动和噪声。振动衰减的主要手段包括：隔振、减振和吸振。除通过悬架减振器-弹簧组合和橡胶衬套分别

实现了在低频和高频范围内的减振和隔振，当以上2种方法无法达到要求的NVH 性能时，还可通过吸振器手段进一步提高悬架的NVH性能。

另外，主动和半主动悬架技术的应用也给悬架系统的NVH性能带来进一步提升空间。由于主动悬架技术不仅能改善汽车乘坐舒适性，还能提高汽车行驶安全性，近年来已成为汽车悬架技术发展的研究热点。半主动悬架由可调刚度弹簧或可调阻尼减振器构成，其工作原理是根据簧载质量加速度等反馈信号调节弹簧刚度或减振器阻尼，以达到良好的减振效果。半主动悬架在控制效果上接近于主动悬架，且结构简单，能耗小，在智能悬架技术发展中具有广阔的应用前景。