噪声与振动

汽车NVH 特性中振动与噪声概述

摘要

随着汽车产业的发展，N V H 已经成为评价汽车品质的最重要的技术指标。本文介绍了汽车的N V H 特性的意义，分析了汽车振动噪声的来源及其产生的机理，提出了相应的控制策略。

关键词:汽车、N V H 、振动、噪声

1 引言

汽车的噪声( Noise) 、振动( Vibration) 、声振粗糙度( Harshness) 统称为汽车的NVH 特性[1], 是衡量汽车设计及制造质量的一个重要因素。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[2]。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。

随着社会的进步、科技的发展和人们的生活水平的不断提高，人们对汽车品质的要求也越来越高。另一方面，由于国内汽车制造业的迅速发展，竞争的日益激烈，各汽车制造企业加大对汽车品质的研究，而NVH已经成为评价汽车品质的最重要的技术指标。国外各大汽车公司投巨资研究NVH，可以说，NVH 问题已经关系到公司未来的成长。

在NVH 的特性中，振动与噪声是最为重要的两个指标[3]。汽车是一个由激励源（发动机、变速器、路况、轮胎等）、振动传递器（由悬挂系统和连接件组成）和噪声发射器（车身）组成的系统。

2 振动噪声的研究

振动噪声的来源主要有：⑴发动机振动噪声；⑵空气动力引起的振动噪声；

⑶轮胎而引起的振动；⑷传动系统齿轮啮合冲击产生的振动噪声；⑸由于路面不平而产生的振动等等。

2.1 发动机振动噪声及防治措施

发动机是汽车的动力源，发动机噪声占汽车噪声的二分之一以上,包括进气噪声和本体噪声(如发动机振动, 配气轴的转动, 进、排气门开关等引起的噪声)，因此发动机的减振、降噪成为汽车噪声控制的关键。借助于改进悬置、平衡技术以及使用声学隔离材料等技术来降低车身振动噪声[4]。

2.2 空气动力引起的振动噪声

汽车在行驶时，空气动力引起的振动噪声包括：空气通过门窗或孔道进入车内而引起的振动；气流和车身产生涡流而引起的振动以及外面的空气与车身摩擦

而引起的振动噪声；车身外表突出结构，如雨刷、后视镜、天线、外饰物等引起的振动噪声。尤其汽车在高速行驶时，空气动力引起的振动噪声也是主要的振动噪声之一。车身全面隔音体系，有效降低高速行驶过程中产生的振动噪声传入车内。

2.3 轮胎引起的振动噪声

轮胎也是振动的主要来源之一，引起振动主要有：由于轮胎径向的刚度变化（在周围）、失效（轮胎不同心或者不是圆形）或者缺乏同心度（轮的几何中心不在轮的旋转中心）所造成的轮胎受迫振动[2]。可以选用圆度和同心度好的轮胎来减少振动。轮胎产生的噪声是：位于花纹槽中的空气被地面挤出与重新吸入过程所引起的空气噪声和轮胎花纹与路面的撞击声等等。可以通过选用低噪声轮胎等措施减少其传入车内。

2.4 传动系统齿轮啮合等冲击产生的振动

在传动系统中，可能产生振动与噪声主要由齿轮副的啮合精度、轴承的精度以及传动系中各个零部件的弯曲、扭转振动所造成的。传动系统这种振动是高频振动，主要对NVH 性能中的噪声影响比较大，可以通过提高加工和装配精度来减少振动。

2.5 路面产生的振动

路面的影响是与路况条件有关。车体与路面是由轮胎和悬挂系统隔离的,悬架系统和转向系统对路面不平度激励的传递和响应对驾驶员及乘客的乘坐舒适性有很大影响。路面的不平度对车辆的振动与噪声的影响与车辆行进的速度有关，可以通过使用大直径轮胎，能够稍微改进由于路面不规则性而带来的振动。一般地，车身模态应高于20Hz，可能高达25Hz,可以增加车身频率模态来达到减振的目的，但同时也是以增加噪声为代价，所以必须找到最好的妥协方案。

3 汽车NVH 控制与改善措施

由上述对汽车振动和噪声的分析可以看出, 汽车振动和噪声的产生并不是相互独立的, 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间的冲击与摩擦; 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[5]。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。

噪声的控制主要有主动措施和被动措施两方面; 主动措施要求从噪声源头

降低噪声，如改进机械结构、提高激振频率，降低发动机低速噪声，同时提高零部件的加工精度和装配质量，减少运动噪声，改善部件的悬挂系统，阻断振动传递，改进车身结构、提高刚度、提高一阶模态，减少局部模态数量等; 被动措施要求要好的吸音、吸振、密封、隔音、隔振、阻尼材料。迄今为止，阻尼、吸声材料及结构在汽车噪声控制领域获得了极为广泛的应用，例如: 阻尼涂层，泡沫材料，约束层阻尼结构，内饰吸声表面，以及最近出现的ABA 隔热墙衬垫，等等。这些已成为改善车辆NVH 性能最主要的工程处理手段。

四结论

随着汽车技术的发展, 以及人们对汽车可靠性、舒适性等性能要求的不断提高, 汽车的NVH 特性以及对振动和噪声的控制已成为汽车设计过程中越来越重要的研究项目。降低NVH 不只是噪声的问题，也不仅仅只是振动的问题，是一个系统性的问题。既要控制振动噪声源，又要采取衰减振动与噪声的措施。随着设计经验的不断丰富和CAE 技术的广泛应用，发动机、传动系统等的振动与噪声会越来越小；随着对汽车振动噪声机理研究的深入和吸振降噪材料的不断涌现，NVH 特性优越的汽车将是人们良好的出行工具。

参考文献

[1] 林逸,天飞等.汽车NVH 特性研究综述[J].汽车工程.2002,(3):177-186

[2] 庞剑,谌刚,何华.汽车噪声与振动理论与应用[M].北京:北京理工大学出版社.2006.6

[3] 靳晓雄,张立军,江浩.汽车振动分析[ M] .上海:同济大学出版社, 2002.

[4] 吴振华，陈剑，陈心昭.汽车NVH 特性及整车噪声控制[C]. 安徽制造业发展博士论坛.合肥：合肥工业大学出版社.2004.

[5] 何渝生.汽车噪声控制[M]. 北京：机械工业出版社.1995