汽车NVH分析与控制技术

吉林大学汽车工程学院吉林大学汽车工程学院吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室王登峰汽车NVH分析与控制技术吉林大学汽车工程学院1、国内汽车NVH研究现状3、汽车噪声源识别方法与应用4、车架和车身的低频声振分析匹配5、汽车中高频噪声的SEA分析方法与应用2、声学基础7、客车噪声分析控制技术举例6、关键零部件噪声控制-风扇吉林大学汽车工程学院一、国内汽车NVH研究现状吉林大学汽车工程学院1、必要性和意义噪声污染是世界公认的三大污染源之一；汽车作为一种流动的噪声污染源危害更大；噪声对驾乘人员听力、健康产生损害；为了保护环境和驾乘人员的身心健康，保证汽车工业可持续健康发展，各国都制定出相应的法规或标准，来控制汽车噪声对环境的污染和对人体危害；汽车噪声标准或法规的越来越严格，以及用户对汽车乘坐舒适性越来越高的要求，是对汽车NVH分析与控制研究工作的持续推动力。吉林大学汽车工程学院2、汽车噪声法规和标准GB1495-2002《汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法》汽车分类噪声限值dB（A）第一阶段第二阶段2002.10.1～2004.12.30期间生产的汽车2005.1.1以后生产的汽车M17774M2（GVM≤3.5t），或N1（GVM≤3.5t）：GVM≤2t2tGVM≤3.5t78797677M2（3.5tGVM≤5t），或M3（GVM5t）：P150kWP≥150kW82858083N2（3.5tGM≤12t），或N3（GVM）12t）：P75kW75kW≤P≤150kWP≥150kW8386888183841）中国车外吉林大学汽车工程学院ECER51规定的汽车加速行驶车外噪声限值车型分类限值（dB(A)）6.2.2.1.1客车，包括驾驶员在内的座位不超过9个。746.2.2.1.29座（包括驾驶员座位）以上的客车，最大授权质量超过3.5t。6.2.2.1.2.1其发动机功率小于150kW（ECE）786.2.2.1.2.2使用150kW（ECE）或以上功率的发动机806.2.2.1.39座（包括驾驶员座位）以上的客车，以及货车6.2.2.1.3.1最大授权质量不超过2t时766.2.2.1.3.2最大授权质量大于2t不超过3.5t776.2.2.1.4最大授权质量超过3.5t的货车6.2.2.1.4.1发动机功率小于75kW（ECE）776.2.2.1.4.2发动机功率在75~150kW（ECE）786.2.2.1.4.3发动机功率为150kW（ECE）或以上802）欧洲吉林大学汽车工程学院3）美国：因各州有独立立法权，规定的汽车噪声限值标准各不相同，N2&N3（GVM）3.5t、P≥150kW81±1dB(A)；轿车一般在74±1dB(A)。4）日本:1）JASOZ101《车外噪声试验方法》规定：N2&N3（GVM）3.5t、P≥150kW）81dB(A)轿车加速行驶车外加速噪声限值75dB(A)。车内各国虽然没有强制的标准和法规对车内噪声值进行限制，只有在产品鉴定或等级评定时给出不同的参考限值。1）代表汽车声学品质优劣。是评价汽车产品质量重要指标之一；2）影响行驶平顺性、乘坐舒适性、客户购车取向和市场竞争力。吉林大学汽车工程学院吉林大学汽车工程学院整车噪声与乘坐舒适性目标发动机吸隔声屏蔽技术消声器匹配优化技术发动机风扇低噪声设计与优化技术车身中高频噪声吸隔声与密封车身结构与声腔低频声振特性匹配动力总成与车身悬置匹配优化统计能量分析（SEA）方法车身结构与内饰声腔流固耦合分析方法动力总成悬置隔振与解耦，车身刚弹耦合虚拟样机技术吸隔声材料性能屏蔽部位和屏蔽结构优化热声流耦合分析与台架试验相结合匹配设计方法CFD分析与台架试验相结合的方法4、汽车NVH分析与控制方法2020/2/25吉林大学汽车工程学院科研情况简介105、汽车NVH开发流程车外噪声车内噪声声品质乘坐舒适性目标制定分系统目标结构、声腔与连接件修改车身有限元模型车身结构+声腔模型子系统建模分析底盘模型用户满意度预测成本重量和其它性能ＯＫ单元目标车身声学性能悬置特性车内声腔连接件底盘输入副车架车身部件的动态刚度子系统目标底盘部件的振动特性车身结构减震器部件有限元模型(验证车身的刚度与振动特性)(考核车身的声学性能）(考核底盘的振动特性)(考核底盘的激励力)用户满意度评价Eng.SoundatFullThrottleAccelJ25SPassatAvensisJ39AFocusGolfBMW318iAudiA4y=1.6189x-3.6388R2=0.92777.588.596.406.606.807.007.207.407.607.80ObjectiveMetricAPEALSCORE用户满意度目标设定车身声固耦合模型+底盘模型部件特性的分层对标对标分析主观评价NVH性能分析预测车身模型底盘模型＋010203040500100200300400Frequency[Hz]SPL[dB(A)]010203040500100200300400Frequency[Hz]SPL[dB(A)]1020304050600100200300400Frequency[Hz]SPL[dB(A)]010203040500100200300400Frequency[Hz]SPL[dB(A)]010203040500100200300400Frequency[Hz]SPL[dB(A)]010203040500100200300400Frequency[Hz]SPL[dB(A)]010203040500100200300400Frequency[Hz]SPL[dB(A)]车内噪声前轮车身+输入Eng.SoundatFullThrottleAccelJ25SPassatAvensisJ39AFocusGolfBMW318iAudiA4y=1.6189x-3.6388R2=0.92777.588.596.406.606.807.007.207.407.607.80ObjectivemetricAPEALSCORE用户满意度验证传递路径分析（TPA）(基于试验的模拟）后轮吉林大学汽车工程学院二、声学基础2020/2/25吉林大学汽车工程学院12一、声学基础1、基本概念1）声功率指单位时间内声源辐射出来的总的声波能量，它表示声源的基本物理特性，单位是瓦（W）。2）声压声波在空气中传播过程中，引起空气质点振动，致使空气密度发生变化，空气压强就在大气压强附近迅速起伏变化，这个压强起伏部分称为声压。p=pf-p03）声能密度介质在单位体积内所包含的声能成为声能密度，它和声压之间的关系为：22ρcpDrms2020/2/25吉林大学汽车工程学院134)声强单位时间内通过垂直于指定传播方向单位面积上的声音能量称为声强，单位为：W/m2。声强的大小与离开声源的距离有关。对于自由场：I=p2rms/ρc对于扩散场从某一方向通过单位面积的声强为：I=p2rms/4ρc5）点声源如果声源的尺度远小于声源与接收器之间的距离，该声源就可以看成点声源。其声强随距离的变化关系为：I=W/4r2可见，声强反比于声源和接受器间的距离的平方，距离增加一倍则衰减6dB。2020/2/25吉林大学汽车工程学院142、噪声的量度与计算1）声压级和声强级声压和声强一样，都是用以10为底的对数标度来度量的称为声压级和声强级，单位用分贝（dB)表示。声压级定义为：Lp=20log(prms/p0)式中：prms-为声压有效值；p0-为基准声压等于2×10-5Pa声强级定义为：Lp=10log(I/I0)式中：I-为待测声强；I0-为基准声强等于10-12W/m22020/2/25吉林大学汽车工程学院15声压级与声强级的关系：LI=Lp+10log(400/ρ0c)因ρ0c≈400Ns/m2，等号右边的第二项很小，所以声强级与声压级数值近似相等。2)分贝的计算当同时存在多个声源，或同一声源中存在多种频率成分时则需要求其合成声压（级）及声强（级）。多个声源时，其合成的有效声压：2232221nppppp合成的声压级为：)ppppp(Lnps202232221log10合成的声强级为：0321log10IIIIILnIs2020/2/25吉林大学汽车工程学院16当存在几个相同声源时，其合成声压级为：nLLslog101当n=2时，则Ls=L1+3，即当2个相同声压级的噪声源在一起时，其总声压级只比一个噪声源增加3dB。当有两个声级强度不同的噪声源L1和L2、且L1L2时，其合成声压级为：Ls=L1+L式中：增加量L也可以从下表中查得：10/)LL(2110110logL表2-1合成声压级的增加量（dB）L1-L20123456789101112131415L32.52.11.81.51.210.80.60.50.40.30.30.20.20.12020/2/25吉林大学汽车工程学院17从表2-1中可以看出，如果两个声源中的一个声压级超过另一个10dB以上时，较弱的声源可以忽略不计。可见，对有多个噪声源的汽车进行噪声控制时，必须首先识别和治理最主要的噪声源才会对汽车的整体噪声发生作用。3）频谱大多数噪声源发出的声音通常包含许多频率成分，进行噪声测量时，由传声器测得的噪声信号标定后为声压（级）的时间历程，为了便于了解噪声中包含的频率成份，可对上述声压—时间历程信号进行FFT变换，得到噪声信号的频谱，从频谱图中可以分析出噪声能量随频率的分布规律，并为噪声控制提供依据。图2-1车内噪声的频谱-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.8100.140.280.420.560.690.830.971.111.251.391.531.671.811.942.082.222.362.52.642.782.923.063.19时间t/s幅值A/V2020/2/25吉林大学汽车工程学院科研情况简介18图2-2噪声谱分析示意图图2-3FFT分析流程2020/2/25吉林大学汽车工程学院194）倍频程与1/3倍频程倍频程数n的定义为：n=log2(fH/fL)，当n=1时为倍频程，当n=1/3时为1/3倍频程。中心频率定义为：f0=(fHfL)1/2带宽1/n倍频程是指以某个频率为中心的滤波器的带宽，并可以由以下公式计算获得：带宽=[(2(1/n)-1)*中心频率]上下限对1/3倍频某个中心频率的滤波器，上限频率为=中心频率*21/6,下限频率=中心频率/21/6倍频程和1/3倍频程的关系2020/2/25吉林大学汽车工程学院科研情况简介20图2-4倍频程和1/3倍频程的比较图2-5倍频程和1/3倍频程中心频率与上下限2020/2/25吉林大学汽车工程学院科研情况简介215）频域计权在噪声的物理量度中，声压级是评价噪声强度的常用量，声压级越高，噪声越强。但人耳对噪声的感觉，不仅与声压级有关，还与频率、持续的时间等因素有关。人耳对高频率噪声较敏感，对低频率噪声较迟钝。声压级相同而频率不同的声音，很可能听起来是不一样的。为了反映噪声的各种复杂因素对人的主观影响程度，需要有一个对噪声的评价指标。常用的评价指标有响度级和A计权声压级。其中最常用的是A计权。A计权－是为模仿响度级为40phon的等响曲线的倒置曲线，它对低频声(500Hz以下)有较大衰减；B计权－70phon等响曲线；C计权－100phon等响曲线，主要用于评价特别响或低频为主的噪声；线性计权－对原始测量信号没有施加任何计权的噪声级。2020/2/25吉林大学汽车工程学院22图2-6频率计权曲线2020/2/25吉林大学汽车工程学院科研情况简介236）声学测试环境媒质中有声波存在的区域叫声场。声场大致可分为自由场、混响场和压力场。自由场：声波在任何方向无反射，声场各点接受的声音，仅有来自声源的直达声而无反射声。开阔的旷野，周围较大范围内无反射物，可以近似为自