现代汽车NVH研究发展概况

2016-11-17 by:CAE仿真在线来源:互联网

现代汽车NVH研究发展概况(汽车设计专栏系列六十一)

NVH是指Noise〔噪声)、Vibration(振动)和Harshness〔声振粗糙度)。从NVH的观点来看,汽车是一个由激励源(动力系统、路面等)、振动传递器(由悬挂系统和连接件组成)和噪声发射器〔车身)组成的系统。

车内噪声产生机理主要有三种:空气动力性噪声;机械噪声;空腔共鸣。

汽车NVH特性研究的建模有下列方法:多体(MB)系统动力学方法。主要应用于底盘悬架系统、转向传动系统低频范围的建模与分析。有限元方法(FEM)。一方面,它适用于车身结构振动、车室内部空腔噪声的建模分析;另一方面,与多体系统动力学方法相结合来分析汽车底盘系统的动力学特性,效率能大大提高。边界元方法(BEM)。与有限元方法相比,此法能方便地处理无界区域问题,但计算速度较慢。此法在处理车室内吸声材料建模方面具有独特的优点。此法与有限元法都较适合于中、低频范围。统计能量分析(SEA)方法。对于中高频(300Hz以上)的汽车NVH特性预测,如果采用FEM建立模型,将大大增加工作量而且准确度并不高,此时采用SAE法是比较合理的。同捷公司目前主要是将前三种方法结合运用。

汽车NVH特性的研究国内外并没有统一的客观评价方法。一般是将汽车的NVH特性分为十个等级,通过专家实际乘坐的感受来评价好坏。另外,有些文献中介绍了一种主、客观评价指标之间转化的参考经验公式,把触觉、听觉方面主观上的等级,和测点的运动速度、加速度等值联系起来做出评价。

同捷公司的NVH分析贯穿了整个整车开发流程。首先根据市场现有同类型汽车的NVH性能水平设定新车型的NVH标准,再根据整车NVH性能目标的要求确定各主要子系统的性能标准。这些子系统包括悬架系统、动力总成悬置系统、车身、排气系和转向系统等。

车身、车架结构动刚度分析结构刚度方面的缺陷。动力总成悬置系统的隔振研究是改善整车舒适性的重要内容,液压悬置系统的发展与完善使这一问题得到较好的解决。排气管悬置系统的隔振研究是为了改善动力总成的激励由排气管传递给车身的振动,可以通过改变悬挂点位置、刚度来实现。悬架系统和转向系统,通过合理匹配悬架系统各参数,可以改善整车平顺性。制动噪声,通过对制动盘等元件进行有限元分析以及它的磨损特性对产生噪声的影响等问题的研究,可以改善制动工况下的NVH特性。

NVH特性的研究不仅适用于整车新产品的开发过程,而且适用于改进现有车型乘坐舒适性的研究。同捷公司的某些底盘优化项目,车身结构不变,只改进车架和底盘,通过子系统分析,改善了动力系统和排气管悬置的NVH特性。

汽车NVH特性的研究在国外汽车工程界受到广泛重视。各大汽车公司(如福特、戴姆勒一克莱斯勒等)都成立了专门的NVH研究机构.并且在汽车新产品的开发过程中起着重要作用。

随着人们对噪声控制和生活环境要求的提高,为与国际汽车市场接轨同捷公司培养和发展了30余名优秀的CAE工程师,率先对汽车NVH特性研究的应用给予极大的关注和支持,不仅注重技术人员的培训和软硬件的配备,还聘请了国内外经验丰富的专家进行指导。截至目前,同捷汽车设计工程研究院CAE仿真与分析研究分院已成功完成了不同车型的仿真分析优化项目,通过各个项目的经验积累,同捷公司的NVH技术力量正不断增强,向国际先进水平靠拢。《中国汽车报》(2004年11月15日第24版)

最佳的选择就是用有限元处理结构振动,边界元模拟外声场

目前世界上唯一做到这两者结合的就是LMS.SYSNOISE 和MSC.ACTRAN

车辆噪声与控制

引言

随着汽车工业的迅速发展,人们对于汽车的舒适性和振动噪声控制的要求越来越严格。据国外有关资料表明,城市噪声的70%来源于交通噪声,而交通噪声主要是汽车噪声。它严重地污染着城市环境,影响着人们的生活、工作和健康。所以噪声的控制,不仅关系到乘坐舒适性,而且还关系到环境保护。然而一切噪声又源于振动,振动能够引起某些部件的早期疲劳损坏,从而降低汽车的使用寿命;过高的噪声既能损害驾驶员的听力,还会使驾驶员迅速疲劳,从而对汽车行驶安全性构成了极大的威胁。所以噪声控制,也关系到汽车的耐久性和安全性。因此振动、噪声和舒适性这三者是密切相关的,既要减小振动,降低噪声,又要提高乘坐舒适性,保证产品的经济性,使汽车噪声控制在标准范围之内。

噪声的种类

产生汽车噪声的主要因素是空气动力、机械传动、电磁三部分。从结构上可分为发动机(即燃烧噪声),底盘噪声(即传动系噪声、各部件的连接配合引起的噪声),电器设备噪声(冷却风扇噪声、汽车发电机噪声),车身噪声(如车身结构、造型及附件的安装不合理引起的噪声)。其中发动机噪声占汽车噪声的二分之一以上,包括进气噪声和本体噪声(如发动机振动,配气轴的转动,进、排气门开关等引起的噪声)。因此发动机的减振、降噪成为汽车噪声控制的关键。此外,汽车轮胎在高速行驶时,也会引起较大的噪声。这是由于轮胎在地面流动时,位于花纹槽中的空气被地面挤出与重新吸入过程所引起的泵气声,以及轮胎花纹与路面的撞击声。

噪声要求

欧洲的法规规定,从1996年10月起,客车的外部噪声必须从77dBA降到74dBA,减少了一半噪声能量,到本世纪末进一步降低到71dBA。日本的法规规定,小型汽车在今后十年内噪声标准控制在76dBA以下。国内的一些大城市也计划在2010年交通干线的噪声平均值控制在70dBA以内。而据国内目前有关资料表明,国内的大客车的噪声许可值则不得超过82dBA,轻型载货车为83 5dBA。由此可见,我国在车辆噪声控制方面还得狠下工夫。

噪声评价

噪声评价指标主要是指车内、外的噪声值和振动适应性。评价方法可分为主观评价和客观评价。影响汽车噪声主观评价的主要因素是舒适性、响度和确定性,例如可以利用语义微分法进行主观评价。在客观评价时,可以采用PCNM噪声测量装置测量试验进行分析;此外模拟技术中的有限元法(FEM)和边界元法(BEM)也被广泛应用。

噪声的控制

根据噪声产生和传播的机理,可以把噪声控制技术分为以下三类: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。其中对噪声源的控制是最根本、最直接的措施,包括降低噪声的激振力及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、减振及隔振等措施。汽车的减振降噪水平与整车的动力性、经济性、可靠性及强度、刚度、质量、制造成本和使用密切相关。

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