基于NVH技术应用

基于NVH的技术和应用【摘要】随着我国车辆的跨越式发展，车辆NVH性能备受顾客和制造商关注。NVH作为等同于安全性、燃油经济性和排放等性能的重要性能之一,在研发过程中如何进行整车NVH性能的设计与控制是值得探讨的重要课题。本文对车辆NVH特性进行了简单的介绍，并对车身减振降噪材料及技术的应用作了详细说明。【关键词】NVH;燃油经济性;车身TechnologyandapplicationbasedontheNVHAbstract:Withthegreat-leap-forwarddevelopmentofChina'svehicleAlotofcustomersandmanufacturerspayattentiontoNVH.Asoneoftheimportantpropertiesequalingtosafety,fueleconomyandemissions,howtodesignandcontrolofautomobileNVHperformanceInthedevelopmentprocessisthemaintaskthatisworthtodiscuss.Inthispaper,thevehicleNVHcharacteristicsarebrieflyintroduced,andthevehiclebodyvibrationandnoisereductionmaterialsandapplicationisdescribedindetail.Keywords：NVH;fueleconomy;vehiclebody1引言汽车NVH是英文noise（噪声）、vibration（振动）、harshness（声振粗糙度）的缩写，由于它们在机械运行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。汽车的NVH特性正是基于这些原理而提出的。它是指在汽车振动和噪声的作用下乘员主观感受到舒适性的变化特性，是人体触觉、听觉以及视觉等方面感受的综合表现。NVH是近年来人们对环保意识的增加而对汽车，尤其是乘用车提出的新要求，是现代汽车设计和生产质量的新标准随着汽车制造技术的进步，人们越来越关注乘用车车内噪声振动的控制，车内的噪声控制水平已成为衡量乘用车制造质量的重要标志之一。2影响汽车舒适性的NVH2.1汽车上的振动主要包括由路面不平度引起的车身垂直方向振动、发动机不平衡往复惯性力产生的车身振动、转向轮受地面冲击和自身摇摆震动、传动系传动过程的扭转振动等。由于汽车的结构和使用工况十分复杂，如果不进行适当的简化，这些振动都是随机振动，通常用振动量(如:位移、速度、加速度)的均方根值来衡量，并且按照频率加权计算。一般来说，对人体舒适性影响较大的振动主要是座椅、地板对人体的低频振动，其频率范围在1Hz~80Hz左右。此外，转向盘、仪表板等部件的抖动也会对人体舒适性产生较大的影响。早期对车辆系统振动进行研究采用的多是集中质量法用理想的刚体质量、线性弹簧、阻尼元件建立整车模型，计算整车系统的状态和响应，进行汽车平顺性的分析。但集中质量模型与真实的车辆差别较大，尤其对采用承载式车身的小型乘坐车而言，车身刚度较小，用刚体模型很难准确地预测车辆的振动。随着计算机技术的发展和系统动力学分析软件的完善，现在己经建立起更准确的车辆振动系统模型，并进行更准确计算机分析。2.2噪声是NVH问题中最主要的部分，常用声压和声压级评价。汽车上的噪声主要包括车身壁板振动产生的噪声、空气冲击摩擦车身形成的噪声以及外界噪声源(如发动机、制动器等)传入的噪声。汽车噪声是城市环境主要的噪声源，必须严格控制。国家标准规定:汽车加速行驶时车外噪声要小于88dB，公共交通类汽车应小于77dB。车内噪声会影响乘员的语言交流，损害驾驶员的听力。由于噪声的计算十分复杂，因此早期汽车噪声的研究以试验方法为主，利用诊断技术识别出噪声源，然后通过改进声源结构减小其产生的噪声，或切断噪声传播的途径来控制车内噪声。随着计算机技术的发展，逐渐完善的噪声分析软件可以方便地建立声学模型并相当准确地预测汽车上的噪声，进而分析其产生机理和传播途径，在产品设计阶段就对其噪声进行有效控制。2.3声振粗糙度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，它描述的是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度量。因为汽车的乘坐舒适性最终要表现为人体的感觉，所以声振粗糙度在NVH特性研究中占有十分重要的地位,这也是世界各大汽车公司坚持采用专家实际乘坐汽车的方式来最终评价汽车NVH特性的缘故。由于它描述的是振动和噪声使人不舒适的感觉，因此有称之为不平顺性的。又因为它经常用来描述冲击激励(如:道路的接缝或凸起)产生的使人极不舒适的瞬态响应,因此也有称之为冲击的。总的说来,声振粗糙度描述的是振动和噪声共同产生的使人感到极度疲劳的感觉。3车内噪声控制技术从本质上讲，汽车NVH技术的研究就是解决汽车的振动和噪声问题，这个研究不仅仅适用于汽车新产品的整个开发过程，而且适用于改进现有车型的乘坐舒适性。同时，由于汽车NVH特性的研究基本上是与汽车产品的整个设计、开发过程同步进行的，所以发现的问题可以及时得到修改，不必等到生产出样车之后，从而节省了大量的时间和资金。实现汽车轻量化方法可以分为以下几类：3.1车内噪声的来源及传递方式NVH主要是研究车辆的噪声和振动对整车性能和舒适性的影响车辆的噪声源，主要包括：发动机，排气系统，高速行驶时的风噪声轮胎噪声其它任何运动的部件都有可能发出噪声车辆的振源，主要包括：发动机，传动系统，不平的路面车内噪声一般是由外界产生的噪声传递到车内的，噪声传递的方式有两种：一是通过空气传递，二是通过固体（结构）传递对于传递到车内的噪声，有研究表明，一般对于中低频噪声（30~400HZ）来说是通过结构振动传递的，而对于高频噪声则较多通过车身中的孔洞缝隙等由空气传播到车内部，如果能够削弱或消除固体传播，则可使车内噪声大大降低。对汽车噪声控制来说，影响车内噪声的外界噪声源主要有发动机传动系等动力总成产生的噪声路面激励产生的噪声风激励车身钣金产生的噪声、进排气产生的噪音等。3.2汽车噪声控制车辆噪声控制方面，国内外专家学者很早就开始了试验研究。李卡多试验室，在大型车辆上采用屏蔽和隔声罩所得到的结果证实，把附有吸声材料的屏蔽贴层紧贴在发动机表面上，能有效地降低车辆噪声4—5dB(A)。还有人员的试验，是在发动机变速箱底部采用0.9mm厚的钢板制成简单隔声罩，曾使车辆外部噪声降低2dB(A)。在我国，对降低噪声也作了不少的试验研究，例如张沛商通过试验研究发现，对球磨机采取隔声措施，能使其对外辐射噪声降低30dB(A)。声学专家马大酞等针对吸声材料吸收低频噪声性能较差的特点，提出了微穿孔板吸声结构，大大地加宽了吸声频带向低频方向扩展。已在工程中得到了广泛应用。根据噪声产生和传播的机理，可把噪声控制技术分为三类：一是对噪声源的控制，二是对噪声传播途径的控制，三是对噪声接受者的保护。对噪声源的控制是降低车内噪声最根本、最直接的措施(包括降低噪声的激振力和降低发动机部位对激振力的响应等。即改造振源和声源。但是对噪声源难以进行控制时，就需要在噪声的传播途径中采取措施例如：吸声、隔声、消声、减振、隔振等)。3.3车身减振降噪技术及材料的应用如前所述，影响车内噪声的因素非常多，涉及到整车的各个环节，但车内噪音的产生是由外界激励通过车身的孔洞缝隙由空气传播，或是由车身结构产生振动传递到车内形成的booming(嗡嗡)声因此车身减振降噪技术无非就是控制车身的密封性，避免外部噪声直接通过缝隙传递；设计合理的车身结构，使整个白车身结构模态的固有频率避开外界产生的激励频率，从而削弱由于车身共振引起的车内噪声贡献度；应用一些隔音吸音材料，吸收车内噪声对于成品车来说，通过实施一些减振降噪的材料来改善结构的强度或减弱钣金的振动就成为一种切实可行的方法。（一）车身密封性的整改实施及材料应用1.车身涂胶对于汽车生产工艺来说，车身涂胶主要是通过焊装涂装总装三大工艺来实现车身密封的焊装用胶种类主要包括：折边胶隔振胶点焊密封胶等涂装用胶为：焊缝密封胶PVC抗石击涂料等其中焊缝密封胶主要应用与白车身内外表面的焊缝不规则的孔洞中，保证焊缝及孔洞处的密封对焊缝来说，可以使用焊缝密封胶和点焊密封胶来进行密封总装用胶主要为玻璃胶，用来粘接前后挡玻璃，侧窗玻璃等，并起到周圈密封作用。2.孔塞整个白车身孔位有几千个，除了安装孔之外，还有焊接定位孔避让孔工艺孔漏液孔减重孔等，这些孔位对于影响乘座舱密封的，在整车装配过程中都应开发孔塞或胶片等进行封堵孔塞一般开发成橡胶孔塞铁孔塞PVC贴片及一些隔音胶片等，孔塞与车身相应孔位应配合紧密，不易松动或脱落。地板前围（防火墙）上的孔位若密封不好，势必会影响发动机及路面噪音泄漏进来，因此必须进行完全密封，一般此处在涂装电泳后就用孔塞封堵，在孔塞边缘还要进行涂胶密封，由于涂装温度较高，此处孔塞一般为铁孔塞或耐高温橡胶孔塞。3.空腔旁路密封空腔旁路密封的原理即是通过对车身空腔（如侧围立柱空腔门槛下边梁空腔等）进行堵塞密封，阻止汽车高速行驶时，气流进入空腔，在空腔中形成高速气流撞击薄板件形成轰鸣声。汽车旁路密封应用的材料一般有海绵，膨胀胶片，三维预成型膨胀胶等一般中低端的车型空腔中基本都应用了海绵而现代汽车生产也广泛应用了膨胀胶片和三维预成型膨胀胶，应用于空腔的一些横断面上，通过对空腔一些易使进气流进入的区域进行横向堵塞，阻止形成空腔内高速气流其中膨胀胶片是通过自粘层粘贴到车身钣金上，通过涂装高温发泡（膨胀率达800%）来堵塞空腔，但膨胀胶片高温发泡后，其刚性较差，且发泡过多有流挂的缺陷，因此其应用于空腔较窄的区域对于空腔较大的区域，应用新型的三维预成型膨胀胶，能有效隔绝空腔三维预成型膨胀胶中部是耐高温塑料模具件，可以根据空腔形状进行开发，周圈安装的膨胀胶能高温膨胀，整个件安装卡扣，可以直接固定到车身钣金上。4.车门的密封性车门的密封性是影响整车密封强相关的因素，车门密封性相关因素较多，与其相关零部件有：车门及门框系统铰链限位器门密封胶条其中车门及门框系统影响门密封性主要是设计及制造过程的控制，铰链与限位器影响门密封性主要为设计制造控制及车门装调控制，门密封胶条主要是其断面设计形式及材质影响车门密封性车门密封性在设计过程应严格控制，若控制不好，后期整改的难度较大。除了上述实施的整车密封措施外，还有其他一些密封方法，如在翼子板与A柱处的空腔，填充发泡材料进行密封，可以减小高速气流或胎噪从此处空腔流入前门处，从而尽量避免此处的噪音渗入车内；在各安装件的配合型面上加海绵或密封橡胶，以增加密封性等。（二）车身减振性能的整改及材料的应用如前所述，中低频噪声主要是通过外界激励引起车身结构振动传递到车内的，形成让乘客难以忍受的“booming”（嗡嗡声），若在车身结构设计中能够对结构刚性进行控制，使其白车身的模态激振频率能尽量避开外界激励频率，那就基本控制车内的中低频噪声但车身结构设计涉及的技术含量相当高，控制车身模态有相当大的难度，基本需要对成品进行降噪减振，由于车身已开发到位，整改难度及成本很高，因而一些减振材料就广泛应用到车身上。1.车身阻尼垫的应用所谓阻尼减振技术，就是将高阻尼材料附着在结构件表面，通过耗散结构件的能量达到减振目的这种方法不改变机器的声辐射特征，却能有效控制其振动水平，从而使噪声减小。阻尼垫的一般有沥青类阻尼垫和橡胶类阻尼垫前者是以沥青为主要材料，加入橡胶纤维等的混合物，目前以开发出普通型自粘型和热融型阻尼垫，应用到车身地板前围板等部位，通过涂装烘房溶化，冷却后粘接到车身钣金上鉴于其工艺特性，对于在一些立板或斜面上应用阻尼垫，阻尼垫与钣金粘接侧加磁粉及涂胶将改善其工艺性后者是以橡胶为主要材料的，再加入还氧树脂等材料混合而成。沥青基阻尼垫是一种很好的减振材料，目前广泛应用于汽车上其原理是通过内部水平方向有较多纤维物质，在钣金发生振动时，由于其布置纵横交错，其内摩擦力必然要吸收相当多的动