发动机及动力总成传动系统NVH

发动机及动力总成传动发动机及动力总成传动系统系统述述系统系统NVHNVH概述概述庞庞剑剑博士博士目录第一部分：发动机及动力总成传动系统的噪声振动问题第二部分：发动机噪声振动源分析第部分：发动机噪声振动源分析第三部分：燃烧噪声与机械噪声第五部分：发动机附件的振动与噪声特征第四部分：发动机的结构振动与声辐射第五部分：发动机附件的振动与噪声特征第六部分：动力总成传动系统及变速器的啸叫和敲击第七部分：发动机及动力总成系统的声品质问题第八部分：发动机及动力总成系统的NVH目标体系第八部分：发动机及动力总成系统的NVH目标体系第一部分：发动机及动力传动系统的噪声振动问题1.发动机哪些部件产生噪声振动问题2.动力系统的噪声振动问题3.发动机噪声的分类4.结构噪声与空气噪声5发动机及动力传动系统对车内噪声振动的传递5.发动机及动力传动系统对车内噪声振动的传递6.动力总成NVH特征11发动机哪些部件产生噪声振动问题发动机哪些部件产生噪声振动问题1.1.发动机哪些部件产生噪声振动问题发动机哪些部件产生噪声振动问题发动机基本结构和组成¾固定结构：缸体、缸盖、油底壳¾两大机械运动机构:¾两大机械运动机构:‡曲柄连杆机构：活塞、连杆、飞轮、曲轴等‡配气机构：进气门、排气门、凸轮轴、凸轮轴正时齿轮等¾五大系统：燃油供给系统汽油泵汽油滤清器进气管排气管空气‡燃油供给系统：汽油泵、汽油滤清器、进气管、排气管、空气滤清器等‡点火系统：蓄电池、发电机、点火线圈、火花塞等‡冷却系统：水泵、节温器、风扇、气缸水套等‡润滑系统：油底壳、机油泵、润滑油道、机油滤清器等‡起动系统：包括起动机及其附属装置‡起动系统：包括起动机及其附属装置发动机所有部件都产生噪声振动发动机所有部件都产生噪声振动¾固定结构：结构振动、声辐射两大机械运动机构¾两大机械运动机构:‡曲柄连杆机构：承载着燃烧压力和惯性力，主要的噪声振动源‡配气机构：产生“嗒嗒”的敲击声，并将冲击振动传给整机‡配气机构：产生嗒嗒的敲击声，并将冲击振动传给整机¾五大系统‡燃油供给系统：喷油噪声等‡点火系统：发电机噪声等‡冷却系统水泵风扇等噪声‡冷却系统：水泵，风扇等噪声‡润滑系统：油泵噪声等‡起动系统：起动机噪声起动系统起动机噪声2.2.动力传动系统的噪声振动问题动力传动系统的噪声振动问题‡发动机几个概念‡动力总成‡动力总成传动系统几个概念‡动力总成传动系统‡动力传动系统‡动力系统动力传动系统动力传动系统分动器后驱动桥前半轴万向节变速箱后传递轴后半轴前传递轴前驱动桥支撑轴承后传递轴前传递轴动力传动系统的噪声振动问题动力传动系统的噪声振动问题•齿轮传递结构：变速器、驱动桥（前桥和后桥）：产生啸叫、敲击后桥）：产生啸叫、敲击•传动轴：产生共振啸叫•传动轴：产生共振、啸叫连轴结产生二次振动O•连轴结：产生二次振动θrOAB33发动机噪声的分类发动机噪声的分类33．．发动机噪声的分类发动机噪声的分类‰‰燃烧噪声燃烧噪声‡活塞‡缸盖‡缸体由于气体压力变化而产生的噪声‡缸体‡曲轴系统‡凸轮系统‡凸轮系统‡喷油系统‡传动皮带系统‰机械噪声由于机械运动而产生的噪声‡正时皮带和正时链系统‡附件‡进气噪声‡排气噪声风扇噪声‰‰流动噪声流动噪声由于气体流动而产生的噪声‡风扇噪声结构噪声与空气噪声结构噪声与空气噪声44．．结构噪声与空气噪声结构噪声与空气噪声发动机和动力传动系统对车内发动机和动力传动系统对车内噪声的辐射有两条途径：•空气声结构声•结构声空气声的例子：打鼓结构声的例子：火车和铁轨55发动机及动力系统对车内噪声振动的传递发动机及动力系统对车内噪声振动的传递55．发动机及动力系统对车内噪声振动的传递．发动机及动力系统对车内噪声振动的传递发动机的辐射噪声变速器的辐射噪声空气声的传递：源空气声的传递：源进气噪声排气噪声附件的辐射噪声，例如：水泵，发电机等风扇的辐射噪声排气噪声空气声穿透车身隔吸声材料到达车内空气声的传递：路径空气声的传递：路径空气声穿透车身隔吸声材料到达车内空气声通过空洞和缝隙到达车内例子:发动机噪声通过前壁板对车内的传递板对车内的传递结构声的传递结构声的传递通过各种与车身连接部件(如拉索空调管件(如拉索,空调管,油管等)的传递通过排气挂钩的传递通过悬置系统的传递通过传递周系的传递•通过悬置到达车内通过悬置到达车内•通过与前壁板连接的管路、拉索到达车内•通过传动轴到达车内•通过排气消声器吊耳到达车内车身附件结构，如方向盘声腔模态车身结构对动力系统噪声振动的影响车身结构对动力系统噪声振动的影响声腔模态车身部板结构车身局部板结构•局部板结构会被激励起来，对车内辐射噪声局部板结构会被激励起来，对车内辐射噪声•局部板结构会与声腔模态耦合共振•空腔模态会与噪声源的某些频率共振•空腔模态会与噪声源的某些频率共振空气声和结构声对车内传递小结空气声和结构声对车内传递小结源传递通道响应空气声和结构声对车内传递小结空气声和结构声对车内传递小结排气噪声车身声传递灵敏度声传递进气噪声动力总成的声辐射车身声传递灵敏度车身声传递灵敏度车身声传递灵敏度空气声动力总成的声辐射车身声传递灵敏度车内噪声传动轴系支座刚度车身灵敏度悬置刚度车身结构灵敏度动力总成结构振动声传递排气系统振动吊耳刚度车身结构灵敏度结构声发动机附件振动前壁板接合刚度车身结构灵敏度100在频率域内，结构声与空气声的比例80100结构声例子:发动机转速=3000rpm6040空气声20200050010002000200050010002000频率(Hz)‰在低频时结构声占的比例较大‰在低频时，结构声占的比例较大‰在中高频时，空气声占的比例较大发动机和动力系统发动机和动力系统的个特征的个特征６．发动机和动力系统６．发动机和动力系统NVHNVH的几个特征的几个特征•阶次阶次•共振•声品质特征为什么会形成阶次？为什么会形成阶次？发动机和动力传动系统的噪声振动与发动机的转速直接相关•发动机和动力传动系统的噪声振动与发动机的转速直接相关•这些噪声振动的大小又是随着频率而变化的•将噪声振动大小与频率和转速结合起来，就形成了阶次关系发动机发火阶次发动机发火阶次发动机发火阶次发动机发火阶次4冲程发动机发动机发火阶次发动机发火阶次发动机发火阶次发动机发火阶次冲程发动机•单缸发动机:发火阶次:½阶•2缸发动机:发火阶次:1st阶•4缸发动机:发火阶次:2nd阶6缸发动机发火阶次3d阶180360540720IntakeCompressionExplosionExhaust180360540720180360540720IntakeCompressionExplosionExhaust•6缸发动机:发火阶次:3rd阶•发火频率气缸数2*60气缸数rpmfd=发动机的转速范围600rpm6000rpm发动机的转速范围：600rpm–6000rpm例子:4缸发动机,发火频率(2阶）:f=20Hz–200Hz6缸发动机发火频率(3阶)6缸发动机,发火频率(3阶):f=30Hz–300Hz18阶次问题阶次问题频率(Hz)例子:4-缸发动机阶次阶次--转速转速--频率的关系频率的关系阶次问题阶次问题频率()例子:4-缸发动机4th阶4004阶2002nd阶1001st阶2阶发动机转速(rpm)60001st阶19机转(p)6000阶次特征的几种表示阶次特征的几种表示‰彩图‰瀑布图‰瀑布图‰平面图‰平面图7080Overall3rdOrder6thOrder15thorder506070dB(A)1.5thorder4.5thorder203040100020003000400050006000rpm共振问题共振问题共振问题共振问题•发动机和动力系统的激励频率很宽•发动机和动力系统的很多部件的频率小于500Hz，具有这些频率的部件很容易被激起来，从而产生共振例子：发动机悬置上的共振声品质声品质动力系统的声品质可以从两个方面来评价:动力系统的声品质可以从两个方面来评价:‰车内评价‰对动力系统本身的评价‰对动力系统本身的评价声品质的评价有声品质的评价有:‰主观评价‰客观评价在第六部分介绍第六部分：发动机及动力总成系统的声品质问题在第六部分介绍第二部分：发动机噪声振动源分析第二部分：发动机噪声振动源分析1.气缸内的力:气体压力的变化,惯性力气缸内的力气体压力的变化,惯性力2.惯性力引起的噪声振动源3.惯性力矩引起的噪声振动源4.压力扭矩和惯性扭矩引起的噪声振动源衡惯性力发动机噪声振动四个源发动机噪声振动四个源1.不平衡惯性力2.不平衡惯性力矩3.惯性力产生的扭矩4.气体压力产生的扭矩x机械运动气体压力气体压力惯性惯性燃烧机械运动扭矩扭矩不平衡惯性力扭矩扭矩不平衡惯性力矩气缸内的力:‰气体压力‰惯性力‰惯性力惯性力燃烧压力••气体压力气体压力：燃油和空气在气缸内会形成很大的压力。这个压力作用在活塞、燃烧压力成很大的压力。这个压力作用在活塞、气缸体、气缸盖上。••惯性力惯性力运动部件（如活塞）产生惯••惯性力：惯性力：运动部件（如活塞）产生惯性力这两种力是发动机最主要的噪声振动源•这两种力是发动机最主要的噪声振动源单缸发动机气体压力气体压力对发动机的机体来说在垂直方向单缸发动机对发动机的机体来说，在垂直方向：‰向上的压力作用到气缸盖上‰向下的压力作用在活塞上，然后通过曲柄连杆机构作用在缸体上机构作用在缸体上。‰在垂直方向的力得到平衡lφ在周边方向：‰气体压力对气缸壁来说，沿着周边均匀分布。‰周向的力分别得到平衡‰周向的力分别得到平衡rθΩ惯性力惯性力单缸发动机惯性力惯性力‰惯性力作用在活塞上‰通过连杆曲柄结构传递到曲轴单缸发动机‰通过连杆曲柄结构传递到曲轴‰曲轴作用在缸体上‰惯性力没有得到平衡lφlr=λθθ&==Ωdtdxφθcoscoslrx+=θλθ22sin1cos−+=lrxrθΩ35.0≤λ{}θλθ2coscos2+Ω==rmxmF&&1storder2ndorder‰一阶惯性力和二阶惯性力占主要成分‰阶惯性力和二阶惯性力占主要成分‰三阶及以上成分可以忽略不计多缸发动机多缸发动机惯性力惯性力FF2FN惯性力惯性力•每个缸都有一阶和二阶的惯性力每个缸之间有相位差别F12•每个缸之间有相位差别•每个缸的惯性力叠加起来，可能不平衡。是否平衡要取决于各个缸之间的相位对N个缸的发动机来说两个相邻发火的缸之间的曲轴角为πα2=对N个缸的发动机来说,两个相邻发火的缸之间的曲轴角为Nα=第j个缸相对于第1缸的曲轴角为：αθθ)1(1−=−jjFIFIFIFI1234多缸发动机三缸和四缸发动机的惯性力三缸和四缸发动机的惯性力多缸发动机三缸和四缸发动机的惯性力三缸和四缸发动机的惯性力对对33缸发动机来说缸发动机来说•第一阶惯性力平衡•第二阶惯性力平衡第阶惯性力平衡012120=−θθ013240=−θθ对对44缸发动机来说缸发动机来说•第一阶惯性力平衡•第二阶惯性力是各个气缸惯性力之和。即第二阶惯性第二阶惯性力没有平衡力没有平衡力没有平衡力没有平衡解决四缸发动机二阶惯性不平衡的方法：平衡轴多缸发动机多缸发动机惯性力矩惯性力矩惯性力矩惯性力矩‰每个缸都有一阶和二阶的惯性力‰两个缸之间的惯性力就形成了惯性力矩FN‰两个缸之间的惯性力就形成了惯性力矩‰对多缸发动机来说，惯性力矩是否平衡，取决于各缸之间的相位F1F2NN∑∑====NiiiNiiFdMM11ｄ多缸发动机三缸和四缸发动机的惯性力矩三缸和四缸发动机的惯性力矩多缸发动机三缸和四缸发动机的惯性力矩三缸和四缸发动机的惯性力矩对3缸发动机来说‰第阶惯性力距没有平衡‰第一阶惯性力距没有平衡‰第二阶惯性力距没有平衡对4缸发动机来说对缸发动机来说‰第一阶惯性力距平衡‰第二阶惯性力距平衡三缸发动机的Ｐｉｔｃｈ不平衡三缸发动机的Ｐｉｔｃｈ不平衡振动振动振动振动‰对四缸机来说：z控制Ｒｏｌｌ（饶ｘ轴的转动）模态非常重要z第２阶是主要的‰对三缸机来说：Ｚz除了Ｒｏｌｌ外，还得控制Ｐｉｔｃｈ（饶Ｙ轴的转动ＸＹ转动z第１阶很重要，还有第２阶Ｙ惯性力产生的扭矩惯性力产生的扭矩Ｔ＝Ｆｓ惯性力产