汽车噪声控制技术的最新进展与发展趋势(通用版)

汽车噪声控制技术的最新进展与发展趋势(通用版) Safety is the prerequisite for enterprise production, and production is the guarantee of

efficiency. Pay attention to safety at all times.

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汽车噪声控制技术的最新进展与发展趋势

(通用版)

摘要：对汽车噪声控制技术领域的最新进展及发展趋势进行综述,包括噪声控制技术在汽车新产品设计中的应用(整车级别的声学品质目标设定、系统和元件级别的声振特性目标设定)、NVH 仿真分析的置信度、NVH虚拟环境技术、车辆噪声控制的材料及结构技术等相关主题。

关键词：汽车噪声控制技术趋势

1前言

近年来,随着发动机技术的突飞猛进,发动机噪声有较大幅度的降低。发动机之外的其他噪声来源如传动系噪声、轮胎噪声、排气噪声以及车身壁板结构振动辐射噪声等,对车辆整体噪声的

贡献份额相对增大,对它们实施控制的重要性也与发动机噪声控制同样重要。

车辆噪声控制问题的复杂程度剧增,主要体现在噪声控制方向的模糊性、广泛性,以及各类噪声来源与车辆整体噪声水平之间的弱相关性。这里需要指出,由车身壁板结构振动辐射的噪声,在车内空间建立声场并与车身结构振动相耦合,其噪声能量主要集中在低频。对于这类噪声,特别是在20～200Hz的频段内,给人的主观感受是一种所谓的“轰鸣声”,即通常所说的“Booming”,能造成司乘人员强烈的不适感。在如此低的频段内,常规的吸声降噪措施几乎无效。目前,主动消声技术尚不成熟,由于其用做控制声源的大体积低频扬声器的空间布置受到限制,亦不能很好地实现工程应用。事实上,对Booming的控制仍是目前世界性的难题。

当前,同档次车型在常规性能方面的综合性价比越来越接近且均已达到较高水平,因此,提高车辆噪声控制水平已成为新的竞争焦点和技术发展方向。在此背景下,车辆的

NVH(Noise/Vibration/Harshness)性能正逐渐演变为重要的设计指标,这也是用户所关心的整车性能指标之一。汽车噪声控制水平必将成为决定车型开发成功与否的不可或缺的重要因素之一,与之相关的分析、测试及材料技术等自然成为汽车工程领域关注的新焦点。

2噪声控制技术已应用在汽车新产品的设计阶段

国外一些汽车公司已将噪声控制的理念和技术纳入到新车型设计流程的关键环节,例如概念设计、技术设计以及改进设计等阶段,以期从设计源头上确保车辆的NVH品质。噪声控制技术应用于新产品的设计阶段,其主要技术环节亦按照内在的逻辑而构成相对规范化的技术流程,一般包括车辆声学品质目标设定、低噪声设计与优化、声学品质评价及设计验证等步骤。当前,声学品质的目标设定已成为工程应用领域研究的新热点,具体又可分成如下2个层次。

2.1整车级别的声学品质目标设定

按照新的设计理念,整车级别的声学品质应当既能够满足一

般意义上的声学舒适性要求,又能够充分体现车型档次并强化品牌特色。正如每个人都拥有自己特定的音质和音色一样,或委婉动听以体现其优雅性,或浑厚深沉以体现其尊贵性,或豪迈奔放以体现其充沛的动力性,等等。具体处理时,往往可以从对照(竞争)车型的声学品质出发,“剔除”其中不满意的成分,然后再将其设定为新车型的声学品质目标。

在这方面,近年来迅速发展起来的小波分析技术为问题的解决提供了有效手段。国外已有汽车公司将小波变换用于冲击噪声特性的修改[9],其处理过程类似于经典的短时傅立叶变换,但却更为有效。

2.2系统和元件级别的声振特性目标设定

显而易见,系统和元件的声振特性必须服从于整车声学品质的总体目标要求。这意味着,应当从整车声学品质出发,采用“自顶向下、层层分解”的方法来确定各个系统和元件应达到的声振特性目标要求———即“Cascade”,而仿真分析和最优化技术则是支持Cascade处理过程的有效手段。

噪声控制技术包含主动控制、被动控制两个方面,如何将其统一于汽车新产品的设计流程中,并与汽车结构的低噪声优化设计相结合,将成为进一步研究的方向,也预示着相关技术的发展趋势。

3仿真分析的置信度仍然是应用领域关注的重点

3.1NVH是一个系统性问题

现阶段,计算机仿真分析技术在汽车产品设计开发中的应用已相当普遍,然而,仿真分析的置信度一直是该技术应用中的“瓶颈”问题。对于物理机理和数学模型高度复杂的车辆NVH性能,其仿真分析的置信度更是不易保证。这主要因为:NVH是一个系统性的问题,涉及车辆多个系统的相互作用,问题的研究与解决依赖于声学、结构振动及系统动力学等多个学科中的深层知识。同时,车辆行驶环境具有较大的随机性,其内在的有关结构、性能参数也具有一定的分散性和变异性,这些不确定性因素的存在使问题变得更加复杂。另外,很多情况下用作仿真分析输入条件的基础性技术数据并不完备,这会对仿真分析的置信度产生致命影

响。

3.2NVH性能仿真试验与分析工具

当前,对于车辆NVH性能的仿真分析研究均十分重视其置信度的检验与提高。一般认为,最具说服力的仿真分析置信度检验方式是分析与测试结果的一致性对比。然而,测试结果本身也存在“置信度”的问题。特别是声学测试,对于测试流程、条件及环境非常敏感,在很多情况下测试结果本身就具有较大的分散性,因而导致仿真分析置信度检验标准的缺失(不可靠)。

为扭转这种被动局面,国外已有研究者将重点转向“试验可靠性”的提高。另一方面,当前应用领域出现了多种支持NVH仿真分析的CAE软件系统,如SYSNOISE、AUTOSEA等。基于不同核心技术的软件系统,其处理问题的适用范围各有侧重。为确保仿真分析的置信度,应充分考虑具体问题的特点而合理选择软件工具。例如:声振耦合有限元技术主要适用于低频范围,是分析车内低频结构辐射噪声的有效工具;而统计能量法则更适合于模态密集的中、高频段噪声分析。值得注意的是,为完善仿真分析