汽车NVH技术及发展

北京航空航天大学汽车工程系2019/8/171汽车NVH技术介绍及发展第一节引言第二节汽车的振动及控制第三节汽车的噪声及控制第四节声品质第五节汽车振动、噪声测试技术测试北京航空航天大学汽车工程系2019/8/172第一节引言NVH—Noise,Vibration,Harshness(粗糙的事物，严肃,刺耳,在汽车界称为声振粗糙度,不舒适性，是指人对振动和噪声的主观感觉)——噪声、振动与舒适性。就乘坐而言，当然大家喜欢乘坐轿车了，为什么呢？其原因：速度快；乘坐舒适。北京航空航天大学汽车工程系2019/8/173为什么轿车比较舒适呢？振动小。振动的概念，振动的描述量：位移、速度、加速度、频率。对舒适性产生影响的量：加速度值、频率。振动会引起人体内器官的振动或共振，从而诱发疾病的产生。人体感觉最不舒服的频率：4-12Hz，感觉最舒服的频率：1.6Hz散步的频率。乘坐舒适的轿车频率在1.6Hz附近。北京航空航天大学汽车工程系2019/8/174人体振动系统模型不同的著作上数据略有不同！！北京航空航天大学汽车工程系2019/8/175可见改善汽车的振动和噪声情况很有必要。对于汽车的振动和噪声有国家要求的标准，例如GB1495-2002，不达到标准的汽车不能投放市场，再有振动和噪声大的汽车，顾客不满意，该汽车也将失去市场竞争力。所以国内汽车企业目前已经充分重视汽车的NVH。国际上更是这样，以美国的通用汽车公司为例，设计人员中有1/3～1/4、CAE人员中有1/3，试验人员中1/2与NVH有关。在汽车NVH方面日本的公司比美国的做的好。目前在汽车上有关的振动与噪声都是控制，但并不是在任何设备上都要进行抑制，振动有有利的一面（例如….），声音也不是越小越好！！！北京航空航天大学汽车工程系2019/8/176第二节汽车的振动及控制按照与噪声之间的关系，汽车的振动可分成两类，一是可产生噪声的振动（大于20Hz），二是不可产生噪声的振动(小于20Hz)。噪声是由振动产生的，噪声与振动是一家，研究噪声则必然研究振动。它们都是以波的形式传播：横波、纵波、表面波（瑞利波）、板波（兰姆波），传播速度的关系！北京航空航天大学汽车工程系2019/8/177可以看出汽车的振源主要有：路面不平度、发动机。另外,传动系振动、制动以及转弯时的惯性力和离心力也可引起车身的振动。再详细地分析：车身的连接点有很多，究竟哪些连接点对车身的振动贡献大？谁贡献大就关注谁，如何进行振源识别？如何确定振动的传递路径？这些都是研究的热点！！做研究需要细致的工作！减小振源对车身的激振是减轻乘客振动的重要途径。为此在设计发动机时加以重视；同时良好的路面也是必要的。若路面以及发动机是确定的，要减轻乘客的振动就要研究振动的传播途径。分别讨论这两个振源产生的振动的控制方法以及传动系的振动以及控制。北京航空航天大学汽车工程系2019/8/1783、悬架磁流变减振器悬架系统应能够在不同的路面情况、不同的行驶状态下，使汽车同时具有良好的平顺性和操纵稳定性，主动悬架是可以较好实现这一目的。但是，主动悬架的复杂性、高成本和高能耗致使其实用性和广泛应用受到了限制。于是，基于仅通过调节装置改变悬架系统阻尼的半主动悬架系统受到关注。传统的半主动减振器不易实现阻尼力快速连续调节，且其控制频率的范围较小。以磁流变液为工作介质的磁流变减振器可以实现阻尼力快速无级调节,适于实时控制,且能耗低,在汽车悬架振动控制领域具有广阔的发展前景。北京航空航天大学汽车工程系2019/8/179北京航空航天大学汽车工程系2019/8/1710三、传动系的振动控制传动系：大型客车、货车等传递路线长，结构大，发动机速度低、转速不平稳明显。产生的振动较大一定要采用一定措施减振。变速器中齿轮的啮合间隙导致冲击、振动和噪声。传动轴转速不平稳，质量不平衡导致振动，并传至支承→车架、车身，引起振动和噪声。主减速器中齿轮的啮合间隙导致冲击、振动和噪声。北京航空航天大学汽车工程系2019/8/1711变速器振动及控制产生机理：扭振引起的齿间冲击控制措施：减小曲轴转矩波动量减小齿轮副轮齿间隙改善齿轮系的扭振特性改善箱体的固有振动特性采取隔振措施改善润滑油对齿轮的作用北京航空航天大学汽车工程系2019/8/1712传动轴的扭转振动及控制弹性万向节的高弹性对调谐传动系固有扭振特性和降低传动系动载荷具有显著效果，其内阻尼有助于抑制扭振共振响应幅值。不适于连接夹角较大的两轴。北京航空航天大学汽车工程系2019/8/1713万向节和传动轴扭振吸振器扭转吸振器已有在万向节处、轴管中安装橡胶式扭振吸振器(复管式传动轴)分别消减变速器和主减速器噪声的实例。具有失效安全性。尽量置于引起扭振噪声的扭振模态的较高腹点处，以提高减振效率。北京航空航天大学汽车工程系2019/8/1714主减速器振动及控制控制措施：减小传动轴输出转速波动和主减速器锥齿轮副啮合误差改善相关各振系的扭振特性弹性隔振和阻尼减振北京航空航天大学汽车工程系2019/8/1715•八十年代初出现（1984，TOYOTA；1985，BMW）作为一种高效广谱减振器，其良好的减振性能已在大量试验研究和实际应用中得到证实•改善汽车乘坐舒适性，促进汽车NVH控制技术水平的提高•良好的实用性、可行性和市场前景•柴油轿车上使用较多北京航空航天大学汽车工程系2019/8/1716DMF型扭振减振器扭振控制原理引入低刚度环节降低某一阶或某几阶的固有频率，将其移出常用转速区改善系统的转动惯量分布调谐系统的固有扭振特性设置了适当的阻尼以衰减发动机启动/停机过程中可能发生的共振及冲击载荷引起的瞬态振动北京航空航天大学汽车工程系2019/8/1717四、汽车整车振动特性研究汽车是一个复杂的多自由度“质量—刚度—阻尼”振动系统,它是由多个具有固有振动特性的振动子系统所组成,如汽车车身的垂直振动、纵向角振动和侧倾振动、发动机曲轴的扭转振动、变速器内部轴系的扭转振动等.从振动的变量特性角度看,可将汽车振动系统大致分为两个振动系统:汽车车身振动系统和动力传动系扭转振动系统.这些不同形式的振动及其耦合,是影响汽车行驶平顺性、舒适性、安全性及汽车零部件使用寿命的主要原因,要改善汽车的整体性能,就必须对汽车的整车振动特性进行深入研究.北京航空航天大学汽车工程系2019/8/17181汽车车身振动特性的研究汽车车身振动系统包括车身的垂直振动、纵向角振动和侧倾振动、发动机振动、座椅振动等。国内外对汽车车身振动特性的研究起步较早，在理论研究方面已取得较大进展,试验研究也较为成熟.目前对汽车车身振动特性的研究,主要是针对改善汽车的行驶平顺性而进行的,根据研究目的的不同,可将实际车辆系统进行不同程度的简化,然后建立相应的模型,分析研究汽车车身振动特性.常见的振动分析模型有三种:两自由度的四分之一车辆模型、平面四自由度的二分之一车辆模型、三维整车模型。如果车身的质量分配系数接近1，则认为车身前后部的振动是相互独立的,就可以建立代表四分之一车辆的两北京航空航天大学汽车工程系2019/8/1719自由度模型.用这种模型进行分析时,求解容易,计算量小.但只能分析车身和车轮的垂直振动,因此分析结果的精度不高.早期的有关悬架参数和座椅特性参数优化匹配的研究,大多采用这种模型。目前,在许多有关主动和半主动悬架研究的文献中,也普遍应用这种模型来验证控制理论和控制装置的正确性和有效性。由于这种模型忽略了车身的纵向角振动和侧向角振动，因此，一般用于粗略的定性分析研究中。北京航空航天大学汽车工程系2019/8/1720如果车辆相对于纵垂面完全对称,并且左右车轮下的路面不平度变化完全一样,则可认为车辆在纵垂面上振动,就可以将车辆简化为代表二分之一车辆的平面四自由度模型.该模型反映了车身的垂直振动和纵向角振动,路面的不平激励输入包括前轮和后轮.四自由度模型分析得到的结果精度高于二自由度模型,因此,在车辆振动预测与平顺性模拟分析、悬架参数优化设计等研究中，平面四自由度模型得到更广泛的应用。北京航空航天大学汽车工程系2019/8/1721要全面反映车身的垂直振动、纵向角振动及侧向角振动,并把路面通过各车轮将不平激励传递给车身这一特点反映出来,就应将车辆简化为三维立体模型。该模型将四个车轮所受的路面激励的差、以及车身的侧倾对车身振动的影响考虑进来,这就比较真实地反映了车辆振动的实际状况.采用这种模型,还能将前后悬架结构形式的不同组合情况表示出来,即前独立悬架、后非独立悬架、前后都是独立悬架、前后都是非独立悬架等多种组合。北京航空航天大学汽车工程系2019/8/1722为能更精确地分析车辆振动，有的文献中采用了更复杂的车辆振动模型。如研究长轴距的重型载货汽车的振动时,考虑车架的一阶弯曲和一阶扭转振动,建立了三维十自由度模型，或者为了减小驾驶员座椅的振动，进一步考虑驾驶室本身的三维振动，从而将整车简化为十五个自由度的模型。但是，随着车辆振动模型复杂程度的增加，计算时所需的初始参数也大大增加，如果所有的初始参数不能比较准确地得到，反而会降低计算结果的精度。因此,有学者指出，在建立车辆振动模型时,应考虑在现有的条件下所得到的模型中所需的初始参数的准确数据，不必过分追求模型的复杂程度。北京航空航天大学汽车工程系2019/8/17232汽车动力传动系扭转振动的研究汽车动力传动系,即包括动力总成、传动轴、驱动桥总成组成的系统是一个多自由度的扭转振动系统.当来自发动机、路面产生的周期性扭转激励的频率与动力传动系扭转系统的固有频率一致时,便会发生扭转共振,此时在动力传动系中的某些区段往往产生很大的共振载荷,甚至在齿轮副、花键副间出现敲击,从而影响车辆动力传动系零部件的工作可靠性和产生令人不适的噪声，同时还可能引起车身垂向和纵向振动,影响乘坐的舒适性。因此，建立动力传动系扭转振动分析模型，揭示其扭振特性，寻求降低扭振影响措施，是车辆工程的重要研究课题之一。北京航空航天大学汽车工程系2019/8/17243车身振动与动力传动系扭转振动耦合的研究汽车车身振动与动力传动系扭转振动耦合,是指汽车车身振动与动力传动系扭转振动之间的相互影响。汽车车身振动和动力传动系的扭转振动不仅有各自的固有振动特性，而且存在振动耦合现象。随着对整车振动特性研究的进一步深入，汽车车身振动与动力传动系扭转振动耦合对整车振动特性的影响，已开始为人所关注，成为又一个研究发展方向。北京航空航天大学汽车工程系2019/8/1725汽车车身振动与动力传动系扭转振动耦合机理是很复杂的.有人认为汽车车身振动和动力传动系扭转振动在驱动桥的主减速器处形成耦合。当主减速器主动齿轮将驱动扭矩传到主减速器从动齿轮上时,由于扭矩的反作用,主动齿轮在旋转的同时兼作上下方向的运动,使驱动桥围绕半轴作回旋振动，反之，当驱动桥由于外部激励产生回旋振动时，也同样会对动力传动系扭转振动施加扭转激励。还有人认为由于路面激励等因素引起驱动桥垂向振动,使得驱动轮和路面间垂向作用力变化，地面对驱动轮的切向作用力也相应变化，从而通过驱动轮对扭转振动施加扭转激励力矩，因此，驱动桥等的垂向振动与动力传动系的扭转振动形成耦合。北京航空航天大学汽车工程系2019/8/1726对于汽车这样一个复杂的振动系统，车身振动和动力传动系扭转振动存在各种不同形式的耦合,目前对于其振动耦合机理还有待进一步深入研究。建立全面考虑汽车车身振动、动力传动系扭转振动及其相互间振动耦合的整车振动综合分析模型,是掌握分析整车振动特性的前提.目前有关的汽车整车振动分析模型,都是基于车身振动、动力传动系扭转振动在驱动桥主减速器处形成耦合的假设，进行建模的，且所考虑的外界激励不全面，建模方法单一，未能取得令人满意的精度。北京航空航天大学汽车工程系2019/8/17274汽车整车振动特性研究的发展方向综观汽车整车振动特性的国内外研究概况可知,对汽车车身振动和动力传动系扭转振动特性各自研究的已相对成熟，传统的理论计算、试验模态分析、模态综合方法和有限元法得到了综合应用，所建模型具有一定的精度，结合试验研