汽车振动噪声与舒适度

汽车振动噪声与舒适度目录汽车振动噪声与舒适度...........................................................................................................11引言.......................................................................................................................................22汽车NVH概述.....................................................................................................................32.1汽车NVH定义..........................................................................................................32.2汽车NVH特性..........................................................................................................32.3汽车NVH特性研究的应用......................................................................................63.汽车NVH的发展................................................................................................................84NVH问题的研究方法.........................................................................................................105汽车NVH控制与改善措施...............................................................................................116结束语..................................................................................................................................11郑建华11/11/20141引言汽车发明初期，由于发动机的功率都比较低，基本上都是低速行驶，其振动与噪声问题并不十分明显，然而，随着科学技术的发展和社会的进步，发动机功率不断增大，高速公路的出现更是促进了车速的快速提高，这就导致了车辆噪声问题的日益突出。车辆噪声不仅会造成环境污染，而且会影响驾驶员行驶的专注程度和车辆的行驶安全，甚至会对车内人员的精神和生理造成危害。所以，多数顾客在选购汽车时都希望汽车的驾驶环境是安静的，乘坐起来是平稳的，能够享受驾驶的乐趣，为此，汽车的振动与噪声性能就显得尤为重要。统计结果显示，汽车的振动与噪声性能和顾客对汽车总体印象评价有直接关系，顾客除了追求传统的低噪声与振动外，对于声音品质的要求也越来越高，于是，汽车的NVH(Noise、Vibration&Harness)性能，即噪声、振动和声振粗糙度性能便成为当前研究的热点。为控制车辆产生的噪声污染，各国相继出台了相关的环保法规和标准，严格限制车辆产生的噪声。我国于1979年出台了机动车噪声允许标准GB1495-1979，2002年在《机动车辆允许噪声》基础上又颁布了GB1495-2002《汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法》，与先前颁布的GB1495-1979相比，GB1495-2002弥补了GB1495-1979的一些缺陷，对测量场地应达到的声学条件加以具体规定。不过，GB1495-2002却只相当于欧洲经济委员会1997年颁布的ECER51/02《汽车加速行驶车外噪声限值》，2007年，欧洲经济委员会针对机动车辆噪声又制定了新版测试方法，简称ECER51/03[4]，与ECER51/02相比要求更加严格。由此可见，国内在机动车辆噪声法规制定和实施方面与发达国家存在不小的差距，车辆噪声与振动问题需要进一步加强，汽车的设计水平也有待提高。与国外一些著名的大汽车公司，如德国大众、日本丰田、美国通用等相比，国内汽车厂家在车辆NVH性能研究方面还存在很大差距，研究不够深入，这也成为制约国产汽车发展的一个重要因素。汽车通常由发动机、底盘、电气设备和车身系统组成，而承载式轿车车身系统是车内乘员的直接载体，主要由钣金件组成，它的设计既要考虑汽车行驶安全性，又要考虑乘坐空间、空气阻力和外型美观等问题，而且车身振动特性及车内噪声特性也直接影响乘客的乘坐舒适性。针对车辆乘坐室内的噪声问题，研究其产生机理，探索车内噪声产生的途径并采取一些方法进行控制，譬如，通过结构修改、敷设阻尼层、附加质量等控制板件的振动辐射噪声，有利于改善车内的声学特性，对提高汽车的市场竞争力有着重大意义。2汽车NVH概述2.1汽车NVH定义汽车NVH是指汽车的Noise(噪声)、Vibration(振动)和Harshness(舒适性)，主要是研究汽车的噪声和振动对整车性能和舒适性的影响。Noise(噪声)是指引起人烦躁或者音量过强而危害人体健康的声音。汽车噪声不但增加驾驶员和乘员的疲劳，而且影响汽车的行驶安全、增加环境噪声，是城市噪声的主要来源，同时车内噪声会影响乘员间的语言交流。噪声常用声压级评价，其频率范围在20-10kHz。汽车噪声主要包括结构噪声(车身壁板振动产生的噪声)、辐射噪声(如发动机、排气系统、制动器等辐射的噪声)、空气动力噪声(风噪、空气摩擦车身形成的噪声)等。vibration(振动)描述的是系统状态的参量(如位移)在其基准值上下交替变化的过程。汽车低频振动危害驾驶员和乘员的身体健康，同时不良的振动会给汽车零部件带来损坏，影响零部件的寿命。振动是噪声产生的原因，因此，振动噪声的研究是密不可分的。振动常以加速度、速度、位移等参量来描述，其研究频率范围大致在0.5-50OHz。汽车振动主要包括由路面不平整而引起的车身垂直方向振动、发动机的不平衡往复惯性力产生的车身振动、转向轮的摆振和传动系的扭转摆动等，还有方向盘、仪表板等振动，其频率范围在1-80Hz。Harshness(舒适性)指的是振动和噪声的品质，它并不是一个与振动、噪声相并列的物理概念，而是描述人体对振动和噪声的主观感觉，不能直接用客观测量方法来直接度量。由于声振粗糙度描述的是振动和噪声使人不舒服的感觉，因此有人称Harshness为不平顺性或危害。又因为声粗糙度经常用来描述冲击激励产生的使人极不舒服的瞬态响应，也有人称Harshness为冲击特性。总的说来，舒适性描述的是振动和噪声共同产生的使人感到疲劳的程度。2.2汽车NVH特性汽车NVH体现在噪声、振动和舒适性三个方面，它们在汽车中是同时出现且密不可分的，因此常把它们放在一起进行研究。汽车NVH特性是指在汽车车内振动、噪声的作用下，驾驶员和乘员舒适性主观感受的变化特性。它是人体触觉、听觉以及视觉等方面感受的综合表现。简单的说，乘员在汽车中的一切触觉和听觉感受都属于NVH研究的范畴，此外，还包括汽车零部件由于振动引起的强度和寿命等问题。根据NVH特性，汽车NVH问题可以用下面表达式2-1和图2-1来描述:源(激励源)x传递路径(灵敏度)=响应(接收者)(2-1)图2-1整车NVH图析汽车NVH研究一般都是依照2-1表达式，从噪声振动舒适性的角度分析车内、外噪声振动产生的机理，即通过接收者(驾驶员、乘员)感受来寻找噪声振动的激励源，再对激励源如何产生噪声振动的机理以及传播途径进行分析研究，找到降噪减振的方法，来降低车内外噪声振动的大小，最终达到提高汽车乘坐舒适性，使其满足顾客、厂家的要求。由于激励源是影响整车NVH性能的根本原因，知己知彼，百战不殆，只有对其激励源及其产生噪声振动的机理熟知，才能找到降低噪声振动的方法。影响汽车NVH性能的主要激励源包括发动机、动力总成、轮胎和路面、空气等，它们产生的振动噪声通过悬架系统、车身结构系统等传递器的作用传入车身和车室内形成振动和声学响应。在不同车速下，主要的噪声振动源也不相同。其中低速行驶时发动机是主要的噪声振动源；汽车中速行驶时，轮胎和路面的摩擦及结构振动是主要的噪声振动源；汽车高速行驶时，车身与空气摩擦、声泄露变成了最主要的噪声源。下面简要介绍这几个激励源。1、发动机发动机是汽车的心脏，动力的来源。发动机产生动力，推动传动轴系，然后带动车轮前进。同样发动机也是汽车主要的噪声与振动源。发动机的噪声与振动是由不同阶次分量组成的，与它相联系部件的噪声与振动也都与阶次有关，比如进气系统中进气口的噪声、排气系统中尾管的噪声、发动机悬置系统振动的传递等。另外，车内噪声、地板的振动、方向盘上的振动等等也与发动机的阶次有关。发动机燃烧过程的周期性及部分受力机件的往复运动是构成汽车最主要的噪声振动源，其中发动机噪声主要有三种：燃烧噪声、机械噪声和空气动力噪声。发动机总噪声级与发动机的类型、转速、功率、缸径等参数有关。(1)燃烧噪声是在发动机汽缸中产生的，混合气在气缸内燃烧，并产生的缸内气体压力直接激振发动机结构，引起结构振动，并通过外部和内部传播途径传到发动机表面，由发动机表面辐射形成空气噪声。由此可以看出燃烧噪声是由于气缸内气体压力的变化引起的，它包括由气缸内压力急剧变化引起的动力载荷，以及由冲击波引起气体的高频振动。由气体动力载荷引起的噪声，其强弱程度取决与压力增长率及最高压力增长率持续的时间。燃烧噪声的大小不仅与气缸压力频谱有关，还与发动机的结构衰减特性有关，这是因为噪声是由振动产生的，振动取决于激励力特性和振动系统的结构响应特性。气缸压力级与发动机的噪声声压级差称为衰减量。衰减量反应了发动机本身结构上的固有特性，发动机的有关运转参数如发动机的转速、负荷以及供油系统的调整等对它不会产生根本的影响。发动机的结构衰减表征了结构对激振力响应特性。结构衰减大，噪声就小。(2)机械噪声是指气体压力和惯性力的作用下，使运动部件产生冲击和振动而激发的噪声，主要有活塞敲击噪声、齿轮啮合噪声、供油系噪声、配气机构噪声、正时系统噪声、辅助系统噪声、不平衡惯性力引起的机体振动与噪声和轴承噪声等。机械噪声是随着转速的提高而增加的，通过机体向外传播。在发动机空气动力性噪声得到有效控制后，高速运转的机械噪声常常是主要噪声源。(3)空气动力噪声是气体流动(如周期性进气，排气)或物体在空气中运动，空气与物体撞击，引起空气产生的涡流；或者由于空气发生压力突变形成扰动与膨胀(如高压气体向空气中喷射)等而产生的噪声。2、动力总成动力传动系统的振动源主要有：变速箱、分动器、传动轴、驱动桥、半轴和万向节等。变速箱里面有很多齿轮，通过不同齿轮之间的啮合，传动轴以不同的转速旋转，从而使得车轮的运转速度变化。这些齿轮之间不可能完美啮合，因此，会产生振动。同样在驱动桥内部和分动器中，动力的传递和分配也是靠齿轮啮合进行，同样齿轮啮合不好会产生振动。传动轴和分动器都是旋转运动部件，当轴系的质心与旋转中心线不重合的时候就会产生离心力，而这些额外的离心力会将振动传递到车身上。另外，从变速箱到半轴组成一个整体的系统，当这个系统的弯曲和扭转频率与发动机的激振频率一致的时候，系统会发生共振。当轴系用十字轴式刚性万向节连接时，由于被动轴的角度不均匀，所以会产生2阶振动。动力传动系统的噪声源有：