汽车NVH控制技术的研究现状

汽车NVH控制技术的研究现状冯秋炎车辆（2）班学号：222011322220160摘要：汽车NVH控制技术的研究应包括对振动噪声的来源和产生机理的研究和NVH控制技术的类型以及对比国外我国对NVH控制技术的研究的差距。关键词：NVH控制技术；振动噪声的来源和产生机理；NVH控制技术的类型；与国外的差距1.前言：随着时代的发展，汽车的运用已不再仅仅是以前的简单的代步工具，人们对汽车的的性能提出了更高的要求,包括更好的动力性，更好的经济性和更好的乘坐舒适性。其中动力性和经济性是汽车的通用的要求并且以现在的汽车制造和设计技术，动力性和经济性问题已不再是大难题。乘坐舒适性则是对汽车制造和设计技术提出的更高的要求。运用NVH技术可以很好的解决汽车在发动机，悬架和轮胎等各方面引起的振动噪声。NVH技术可以从根本上减少噪声产生的来源。VNH问题是汽车设计中要解决的问题，车辆的NVH正演变为重要的设计指标，汽车振动噪声的控制水平成为决定车型开发成功与否的一个重要因素。笔者认为对NVH控制技术的研究应包括对振动噪声的来源和产生机理和控制振动噪声控制的技术类型及NVH技术与国外的差距。下面介绍NVH控制技术的研究现状。2.振动噪声的来源和产生机理：降低声源噪声是治本，是噪声控制的最根本、最直接和最有效的途径。为了降低声源噪声，首先必须识别出噪声源，弄清声源产生噪声的机理和规律，然后改进机器设计方案和结构，降低产生噪声的激振力，降低发声部件对激振力的响应，从而达到根治噪声的目的。汽车噪声，即汽车行驶在道路上时，内燃机、喇叭、轮胎等都会发出大量的人类不喜欢的声音。汽车噪声严重影响人的身体健康。近年来，城市机动车辆增长很快，伴随而来的交通噪声污染环境现象也日益突出。汽车的噪音到底来源于哪里呢？有针对性地找出车上不同的噪音来源，才能对症下药，治“噪音”。专家介绍，汽车噪音有四个“源头”：发动机噪音、轮胎噪音、空气中的噪音和车身结构造成的噪音。第一：发动机噪音。发动机噪声中发动机表面辐射噪声是主要的。发动机表面辐射噪声由燃烧噪声和机械噪声两大类构成，是发动机内部的燃烧及机械振动所产生的噪声。燃烧噪声是指气缸燃烧压力通过活塞、连杆、曲轴、缸体等途径向外辐射产生的噪声，机械噪声是指活塞、齿轮、配气机构等运动件之间机械撞击产生的振动噪声。一般情况下，低转速时燃烧噪声占主导地位，高转速时机械噪声占主导地位。两者是密切相关，相互影响的。实践表明，减少振动是降低噪声的根本措施。增加发动机结构的刚度和阻尼，是减少表面振动的方法，从而达到降低噪声的目的。，还包括进气系统噪音，即高速气体经空气滤清器、进气管、气门进入气缸，在流动过程中，会产生一种很强的气动噪音。发动机噪音主要由挡火墙和驾驶室的前底板部位传入驾驶舱。第二：轮胎噪音。一般的胎噪主要由三部分组成：一是轮胎花纹间隙的空气流动和轮胎四周空气扰动构成的空气噪音；二是胎体和花纹部分震动引起的轮胎震动噪音；三是路面不平造成的路面噪音。轮胎在路面滚动产生的噪声是很大的。有关研究表明，在干燥路面上，当汽车时速达到100公里时，轮胎噪声成为整车噪声的重要噪声源。而在湿路面上，即使车速低，轮胎噪声也会盖过其它噪声成为最主要的噪声源。轮胎噪声来自泵气效应和轮胎振动。所谓泵气效应是指，轮胎高速滚动时引起轮胎变形，使得轻胎花纹与路面之间的空气受压挤，随着轮胎滚动，空气又在轮胎离开接触面时被释放，这样连续的“压挤释放”，空气就迸发出噪声，而且车速越快噪声越大，车辆越重噪声越大。轮胎振动与轮胎的刚度和阻尼有关，刚度增大（例如轮胎帘布层数目增加），阻尼减少，轮胎的振动就会增大，噪声也就大了。第三：空气噪音。一是风噪，就是由车身周围气流分离导致压力变化而产生的噪音；二是风漏，或叫吸出音，是由驾驶室及车身缝隙吸气而与车身周围气流相互作用而产生的噪音；三是其他噪音，包括空腔共鸣等。第四：车身结构噪音。主要是受两个方面因素影响，一是车身结构的震动传递方式，二是车身上的金属构件由于在里外作用下产生震动而产生噪音。3.NVH控制技术的类型：由上可见，固体传播振动通过结构件传播至车身，引起车身的振动，再由车身板壁振动辐射噪声至车内，形成车内噪声：空气传播则将各种噪声源所辐射的噪声通过空气，由车身的缝隙或空洞传播至车内，形成车内噪声。而对于车身而言，它也不是完全被动地接收外界的影响。车身结构的固有频率、振型、阻尼等模态参数，对车内噪声的形成有着重要的作用。当外界激励与车身固有频率一致时，车身发生共振，可使噪声放大；同时，车身上外界振动点的动刚度对振动能量的输入也有很大影响，在一定程度上影响着车内噪声水平。空气、固体传播噪声能量的比例因车型结构和噪声频率的变化有所差别。实践表明，中低频车内噪声（30Hz~400Hz）主要由固体传播这一途径造成，而高频车内噪声则以空气传播为主。如果能够削弱或者消除固体传播，则可使车内噪声大大降低。因此，对车内噪声控制主要从3个方面入手：一是消除噪声源；二是隔绝振源与车身之间的振动传递关系，阻断固体传播；三是进行车身振动的主动控制，通过减少振动来消除噪声。常用的噪声振动控制技术，包括吸声、隔声、消声、隔振和阻尼减振，也称为无源控制技术。第一：隔声降噪：当声波在传播途径中，遇到匀质屏障物（如木版、金属板、墙体等）时，由于介质特性阻抗的变化，使部分声能被屏障物反射回去，一部分被屏障物吸收，只有一部分声能可以透过屏障物辐射到另一空间去，透射声能仅是入射声能的一部分。由于反射与吸收的结果，从而降低噪声的传播。在汽车中一般都采用发动机罩将辐射噪声强烈的发动机遮蔽起来，发动机罩就是一种典型的隔声罩。根据隔声罩的封闭范围可分成三种型式的隔声罩：全隔声罩、半隔声罩和局部隔声罩。全隔声罩可用于机车发动机组降噪。国际上已经成功设计出低噪声机组。汽车驾驶室和客车车厢都属于隔声室这类隔声装置。在高速公路两旁可以采用声屏障来抑制交通噪声对两旁居民的干扰。第二：吸声降噪：在任何有限的空间内，噪声源辐射噪声形成的声场都包含直达声和混响声两部分。如果在噪声源周围的有限空间内布置一些可吸声的材料，就会降低声能的反射量，使混响声部分大大降低，从而达到降噪的目的。这种降噪方法叫做吸声法。采用吸声材料进行声学处理是最常用的吸声降噪措施。工程上具有吸声作用并有工程应用价值的材料多为多孔性吸声材料，而穿孔板等具有吸声作用的材料，通常被归为吸声结构。多孔吸声材料种类很多，按成型形状可分为制品类和砂浆类；按照材料可以分为玻璃棉、岩棉、矿棉等；按多孔性形成机理及结构状况又可分为三种：纤维状、颗粒状和泡沫塑料等。第三：阻尼降噪：汽车、船舶和飞机的壳体、机器的护壁、外罩、通风管道等，都是金属薄板制成的，当汽车行驶或机器运转时，这些金属薄板受激励而振动时，往往辐射噪声并成为机器上的主要噪声辐射部位，是很严重的噪声源。对于这类金属薄板振动辐射的噪声，常采用阻尼降噪技术。阻尼是指系统损耗能量的能力。从减振的角度看，就是将机械振动的能量转变成热能或其他可以损耗的能量，从而达到减振的目的。阻尼技术就是充分运用阻尼耗能的一般规律，从材料、工艺、设计等各项技术发挥阻尼在减振方面的潜力，以提高机械结构的抗振性、降低机械产品的振动、增强机械与机械系统的动态稳定性，减少因机械振动所产生的声辐射，降低机械噪声。此外，阻尼还可以使脉冲噪声的脉冲持续时间延长，降低峰值噪声强度。衡量材料阻尼特性的参数是材料损耗因子，大多数阻尼材料的损耗因子随环境条件变化而变化，特别是温度和频率对损耗因子具有重要影响。不同的阻尼材料有不同的性能曲线，适用于不同的使用环境，以下是各种阻尼材料分类的情况阻尼减振技术是通过阻尼结构得以实施的，而阻尼结构又是各种阻尼基本结构与实际工程结构相结合而组成的。阻尼基本结构大致可分为离散型的阻尼器件和附加型的阻尼结构。离散型阻尼器件可分为两类。一类是应用于振动隔离的阻尼器件，如金属弹簧减振器、黏弹性材料减振器、干摩擦减振器等；另一类是应用于吸收振动的阻尼器件，如阻尼吸振器、冲击阻尼吸振器等。附加型阻尼结构可大致分为三类。一类是直接黏附阻尼结构，如自由层阻尼结构、约束尼结构、多层的约束阻尼结构、插条式阻尼结构等；第二类是直接附加固定的阻尼结构，如封砂阻尼结构、空气挤压薄膜阻尼结构；第三类是直接固定组合的阻尼结构，如接合面阻尼结构等。第四：空气动力噪声的控制：消声器能有效地阻止或减弱噪声向外传播，是控制空气动力性噪声的主要技术措施。在空气动力机械的输气管道中或进、排气口上安装合适的消声器，就能使进、出口噪声降低20~50dBA。因此，消声器广泛用于各种风机、内燃机、空气压缩机、燃汽轮机及其它高速气流排放的噪声控制中。消声器的种类很多，根据消声原理，常用的消声器有三大类：阻性消声器、抗性消声器、阻抗复合性消声器。阻性消声器是一种能量吸收性消声器，通过在气流通过的途径上固定多孔性吸声材料，利用多孔吸声材料对声波的摩擦和阻尼作用将声能量转化为热能，达到消声的目的。阻性消声器适合于消除中、高频率的噪声，消声带较宽，对低频噪声的消声效果较差。因此，常使用阻性消声器控制风机类进排气噪声等。抗性消声器是利用声波的反射和干涉效应等，通过改变声波的传播特性，阻碍声波能量向外传播，主要适合于消除低、中频率的窄带噪声，对宽带高频率噪声则效果较差，因此，常用来消除如内燃机排气噪声等。阻抗复合型消声器是由阻性消声器和抗性消声器组合而成，可以同时得到高、中、低频率范围内的消声效果，如微穿孔板消声器就是典型的阻抗复合型消声器，其优点是耐高温、耐腐蚀、阻尼小等，缺点是加工复杂，造价高。4.NVH控制技术与国外的差距：目前，国内的大部分主机厂在NVH方面投入了较多硬件和软件，培养了一定数量的专业人员，但是总体水平和国外相比还有一定的差距。国内一些生产NVH零部件的厂家以往主要依靠制造产品为主，主机厂的同步开发能力普遍较差，可提供的同步开发研究手段和分析方法并不多，同时，零部件厂家在NVH人才队伍方面的建设和培养意识也较弱。近年来，受国际通行的同步开发和模块化供应级系统供货等配套方式的影响，这些厂家已经意识到参与主机厂NVH前期设计和匹配开发的重要性。目前，国内一些零部件厂家已经对NVH控制的主系统具备了一定的同步开发能力，如动力总成悬置系统和发动机排气系统振动控制等重要子系统级一些重要的零部件系统等，一些零部件厂家在NVH硬件开发，人才队伍建设方面投入明显增多，已经取得一定的成效，但还是与国外有一定的差距。5.结论：目前我国的NVH控制技术的研究已经可以解决汽车振动噪声的一般的常见的问题，但还是无法有效地让汽车的乘坐舒适性得到更大一步的提升，对此国家应该引起重视，投入更多的资源和人力物力，建设更好的人才队伍，缩小与国外的差距。参考文献：1.王务林.NVH橡胶减振元件行业研究.汽车工业研究，2007（7）2.徐仰汇.汽车NVH性能开发的关键技术级相关建议