1-汽车_nvh

7
汽车NVH 类别
按照频率:
• 低频 • 中频 • 高频
按照来源-途径-接收
• 来源 • 途径 • 接收
按照特殊的专题 按照构造
• 车身
• 动力系统 • 底盘 • 空气动力噪声
• 结构噪声
• 风激噪声 • 道路噪声
• ……
• 滑音和冲击噪声
8
汽车 NVH – 汽车车速 – 发动机转速
动力传动系统NVH
250 Hz
5000 Hz
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NVH CAE
用于振动分析的CAE
功能 模态分析 动力学分析 描述 提供结构模态形状和频率 提供结构力, 速率, 移位, 传递功能
软件: Nastran, I-DEAS, Cosmos, Ansys, etc.
用于声学分析的CAE
1. 一维排气管噪声/进气口噪声: WAVE/GT-Power 2. 三维表面辐射噪声: Sysnoise, Comet, SEAM 3. 三维声学的腔, 风激励噪声: Radioss
1974
1984
1995
• 汽车品牌效应
- 品牌形象 (动力系统)
为什么关心通过噪声? • • 消费者关心噪声污染 政府规定噪声标准
旁通噪声
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整车 NVH
1. 模态分离策略
2. 模态合成分析
3. 源 –通道 – 接受体模型
17
整车 NVH
模态分离策略
目的: 在制造发展的开始为所有系统和部件设置模态频率
50 m
3. 敏感性测试 / 传递功能测试: 噪声衰减, 由结构振动 产生的噪声
10m
>3m
麦克风
7.5m
10m
7.5m
麦克风
10m 10m 10m 10m
A-A
B-B
Hammer 发动机 Accelerator Accelerator
14
NVH 评价
汽车NVH的两种评价
Microphone
• •
6
NVH中涉及到的一些噪声术语
Boom噪声：低频嗡声噪音 (20-100 Hz) ，嗡嗡的声音 Clunk噪声：瞬时, 低频, 宽带噪声，金属噪声 Drone, Moan噪声：大振幅，80-200 Hz的噪声，嗡嗡声 Groan 噪声：启动时产生的100-150 Hz的扰动噪声，嘎吱声 Growl噪声：在100-1000 Hz范围内的宽带噪声，轰鸣声 Harshness不舒适性：噪声与振动的结合,导致一种道路上的不舒适感觉 Rattle噪声：金属零件接触产生的噪声， 通常是随机的 Rumble 噪声：宽频带 的噪声100-500 Hz,，振幅不同，隆隆声 Shake 颤动：低频率 (<20 Hz)纵向的或者横向的振动 Shudder抖动：汽车纵向的低频率 (<20 Hz) 振动 Squeal 噪声声：长声尖叫 Tick and Hash噪声：从发动机箱体发出的混杂的噪声，嘀嗒声和刺耳声 Whine噪声：200-2000 Hz 的声音, 通常是一个音调和它的谐波，猫叫噪声
发动机噪声和振动
两大振动源: 1. 由惯性力和运动件的运动产生 2. 由气体压力产生
惯性
扭矩 不平衡力及运动
气体压力
扭矩
x
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源: 动力系统 NVH
结构性负荷: 动力装置的隔振问题
隔振器隔离设计的三个条件
1. 振动从主动的一边向被动的一边衰减
2. 动力装置 6 个刚性模态的模态解藕
3. 必须确定横向转动模态频率
Light-off Catalyst Flex Decoupler Underbody catalyst
喷嘴
Plenum 歧管
Y-Pipe
Hot End
Resonator Muffler
Cold End
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传递通道控制
传递通道控制
1. 吸声与隔声系统: 噪声吸收和隔离 2. 振动隔离和衰减
传递通道分析的好处
统计学的能量分析
1 2 3
软件: •
•
对于高频使用 (400-10,000Hz) 用于计算声学的辅助系统：内部噪声,
AutoSEA •
•
4 5 6
SEAS
•
风激噪声
用于计算结构的子系统
11
NVH CAE
现有的汽车平台
CAE的重要性
• • • • • 降低成本. 缩小模型. 节省时间 可供选择的设计 多功能分析 强度设计
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NVH 测试
• 道路测试 • 实验室测试
测试条件 – WOT: 大开度节气门 – POT: 部分开度节气门 – Idle: 自然空转和停车空转 – 向下滑行 – 向上滑行 – 起动停车 – 踩油门踏板和松开油门踏板
4 口后部混合器
1. 振动测试: 模态测试, 动力响应测试 2. 声学测试: 孔的噪声, 内部噪声
汽车噪声与振动综述
1
汽车结构
• • • • • • 汽车车身 动力系统 (发动机, 变速器) 动力系统辅助系统 底盘/悬架 空调控制系统 电气设备
2
什么是NVH?
NVH: Noise噪声, Vibration振动 Harshness 不舒适性
• 噪声
在 20～10 KHz 的范围 - 以频率, 声级和品质为特征 - 可能是不希望的 (道路噪声问题) - 可能是希望的 (例如赛车)
C
19
轮胎模型 轮胎模型
整车 NVH
源 – 通道– 接受体模型
• 噪声源
– – – – – – – – – – – – 动力系统 风 道路 其它 底盘 车身 内部 其它 驾驶者和乘客的耳朵 驾驶者和乘客的手 (方向盘) 驾驶者和乘客的脚 (踏板, 脚趾板) 驾驶者和乘客 (座椅)
多通道分析
Noise source 1 Noise source 2 Noise path 1 Noise path 2 Noise path … Vibration path 1 Vibration path 2 Vibration path … Interior Sound & Vibration
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• 声音品质
20世纪80年代汽车工业的声音品质 • 声音与频率和发动机转速有关 • 声音内容影响听力 • 所有的汽车噪声可以影响消费者的 满意度 • 零部件声品质
82 80
• 对消费者的满意度很重要
- 购买经验 (关门的声音) - 使用经验 (动力系统/排气)
77 dB(A) 74 71
1970
……
Noise source N Vibration source 1 Vibration source 2
• 通道 (结构激励和空气激励)
……
Vibration source N
• 接受体
通道 接受体 源
P
P 通道 Pj
源 源 通道 P
F i
源 源
Pj 源 20 Fi 源
风激励噪声
路面噪声
汽车车速
Powertrain NVH Dominance
Road NVH Dominance
Wind NVH Dominance
Wind NVH Road NVH Powertrain NVH Speed 10 30 50 70 Speed 90 110 130 150
9
汽车 NVH – 频率
道路及 PT 振动
道路及P/T 噪声
风激励噪声
0 Hz 100 Hz 250 Hz 800 Hz
P/T 声品质
5000 Hz
10
分析方法
有限元分析
• • • FEA 对于低频率分析非常准确 FEA 可以用来分析系统/部件NVH问题 FEA 可以用来做整车 NVH分析
边界元分析
• FEA 可以用在有限的或者封闭的结构/空间上， 如 果这个空间非常大或者不受限制, FEA 将会太大而不 能够模拟和计算 。 • BEA 则可以用在以上条件
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
方向盘
方向盘第一阶垂向弯曲模态 方向盘第一阶横向弯曲模态
底盘
前车架上下跳动模态 后车架上下跳动模态

动力装置
前后移动模态 左右移动模态 上下移动模态 横向摇转模态 纵向摇转模态 左右摇转模态
排气系统
第一阶垂向弯曲模态 第一阶横向弯曲模态 第一阶扭转模态
•模态表 - 模态平面图安置 - 减小连接附件 •为汽车程序设计和目标设置提供一个标准的模态分析策略
发动机隔振器 X
发动机隔振器 Y 发动机隔振器 Z 反式隔振器 X 反式隔振器 Y
反式隔振器 Z 排气装置支架 1 X 排气装置支架 1 Y 排气装置支架 1 Z
– 空气动力学的湍流 – 空腔共鸣 – 其它: 天线涡流, 挡风玻璃涡流
• 路径
– 没有密封的空洞和缝隙 – 通过部件传递
• 控制:
– 汽车外形 – 密封 > 60 miles/hour
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源: 动力系统 NVH
动力系统
动力系统
隔振 器 进气
排气
动力装置
传动系统
动力装置
发动机
变速器 23
源: 动力系统 NVH
频率 (Hz) 车身/车架
车身第一阶垂向弯曲模态 车身第一阶横向弯曲模态 车身扭转模态 27.5 Hz 29.7 Hz 25.4 Hz 33.5 Hz 36.2 Hz 12.6 Hz 14.8 Hz 7.2 Hz 6.1 Hz 8.3 Hz 13.5 Hz 10.3 Hz 12.4 Hz 23.2 Hz 35.5 Hz 42.7 Hz
• 振动
- 由身体所感知到的运动, 主要在 5 Hz～50Hz 的范围 - 以频率, 幅度和方向为特征
• 不舒适性
- 令人不快的, 刺耳的或者不协调的感觉
3
为什么要考虑NVH?
• NVH 对消费者来说是重要的
– NVH 可能导致顾客不满意和不舒适
• NVH 对消费者的满意度产生影响
– 大约所有问题的1/3 是与 NVH有关的
• 传递通道分析是 一种非常简便快捷的获得内部噪声和振动的方法
• 噪声源贡献非常清楚 • 传递通道灵敏度非常清楚 • 不同源可以通过内部噪声和振动来平衡 • 例如,如果使导致内部噪声的排气管噪声较大地降低,那么排气 管噪声可能很大
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传递通道控制
传递通道敏感性
传递通道敏感性可以将频率不同的不同通道绘制成一张彩色平面图
6 5
f rn
fe
0.1
2
Powerplant Isolation Area
Mou
Transmissibility
4
0 .2
3 2 1
0 .4
0 .3
0 0 1 2 3 frequency ratio 4 5 6
Mount
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源: 动力系统 NVH
传动系 NVH
源
道路/悬架/底盘NVH
• 激励
– – – – – 道路表面形状 轮胎刚性和压力 轮胎补丁长度和形状 轮胎宽度和尺寸 汽车车速
• 路径隔离
– 悬架隔离 – 结构样式: 控制臂, 稳定器闩, 等等. – 轮胎弯曲的模式和声学的模式
• 响应: 车身敏感度
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源
风激励 NVH
• 风激励噪声: 这种噪声由汽车周围的空气运动而产生 • 激励:
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怠速频率
整车 NVH
车体结构模型 车体声学模型
模态合成分析
动力装置系统
整车模型
车架模型 排气系统模型 … …其他系统
排气系统模型
C C C C C
车身声学模型
C
动力总成模型 车身结构模型
C C C 方向盘系统模型 C C C C
车架模型
C
稳定杆模型
C
C C C C
C
悬挂模型
C
传递轴系模型
悬挂模型
• NVH 影响理由 • 大约所有保修成本的1/5是与NVH有关的
4
汽车NVH的决定因素
消费者要求
政府法规
NVH的水平 汽车 系统 子系统 部件
企业要求和可行技术
汽车标准
5
汽车的性能
1. 安全性 2. 耐久性
3. NVH
4. 动力性能 5. 性能/燃油经济性 6. 发动机控制与调节性能 7. 空调系统性能 8. 电子系统空调系统性能 9. 成本控制 10.技术控制 11.排放及环境性能 12.安装空间/工效学 13.质量控制 14.安全措施 15.重量控制
设计(CAD)
CAE 模型
模型测试
广泛地用在汽车发展上
• • • •
混合 测试/CAE
目标设置和分解 整车 NVH 分析 系统和子系统 NVH 分析 零部件 NVH 分析
统计学的能量分析 (空气动力噪声)
FEA 模态合成
中频改善
FEA 模态合成 统计学的能量分析 (空气动力噪声)
0 Hz
100 Hz
激励力
• 一阶次传动系统激励 (动力不平衡) • 变速器齿轮猫叫噪声(齿轮动力啮合力) • 不等速万向节连接的传动轴的二阶次激励
分动器 前半轴 变速箱 万向节 后驱动桥
支撑轴承
前驱动桥 前传递轴 后传递轴
后半轴
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平衡面
源: 动力系统 NVH
进气和排气 NVH
电磁感应系统 排气系统
排气管
PowerPlant
内部的 NVH 评价 行驶噪声评价
客观的评价: • • 驾驶员和乘客耳朵处的噪声大小: 声级和声品质 地板和椅子上的振动
Accelerometer
•
•
方向盘的振动
座位和人们身体的振动
踩油门 踏板 松开油 门踏板
• 主观等级:
级度 接受对象 2 3 4 不能接受 所以顾客 绝大多数顾客 1 5 6 7 接受的过渡 比较挑剔的顾客 8 9 可以接受 受过培训的人员 10