1、汽車NVH控制與輕量化帶來的挑戰龐 劍2014年3月19日112動態性能靜態性能什么是性能汽車的外觀造型及色彩汽車的內室造型、裝飾、色彩內室及視野座椅及安全帶對人約束的舒適性娛樂音響系統燈光系統硬件功能維修保養性能重量控制噪聲與振動（NVH）碰撞安全性能行駛操縱性能燃油經濟性能環境溫度性能乘坐的舒適性能排放性能剎車性能防盜安全性能電子系統性能可靠性能NVH是汽車最重要的指標之一 3汽車所有的結構都有NVH問題車身動力系統底盤及懸架環境控制系統電子系統在所有性能領域（NVH， 安全碰撞、操控、燃油經濟性、等）中，NVH是設計面最廣的領域。4什么是NVH噪聲 Noise:是人們不希望的聲音注解:

2、聲音有時是我們需要的是由頻率, 聲級和品質決定的頻率范圍: 20-10,000 Hz振動Vibration人身體對運動的感覺, 頻率通常在0.5-200 Motion sensed by the body, mainly in .5 hz- 50 hz range是由頻率, 振動級和方向決定的 不舒服的感覺Harshness- Rough, grating or discordant sensation NVH: Noise, Vibration and Harshness5NVH對顧客非常重要NVH的好壞是顧客購買汽車的一個非常重要的因素. NVH影響顧客的滿意度在所有顧客不滿意的問題中,

3、約有1/3是與NVH有關. NVH影響到售后服務約1/5的售后服務與NVH有關為什么要做NVH?6顧客的要求政府法規公司的需要和技術能力競爭車決定NVH的因素7Boom:Drumming Low frequency (20-100 Hz) soundClunk:Transient, low frequency, broadband noiseDrone, Moan:Large amplitude 80-200 Hz soundGroan:100-150 Hz disturbance at start-upGrowl:Broadband noise in the range 100-1000 H

4、zHarshness:Combination of noise and vibration leading to a hard road feelRattle:Noise of metallic parts in contact, usually randomRumble:Broadband 100-500 Hz noise, varying in amplitudeShake:Low frequency (20 Hz) vertical or lateral vibrationsShudder:Low frequency ( 90 km/h3. 風激勵噪聲28NVH現象與基本問題噪聲與振動源

5、噪聲與振動傳遞通道NVH的控制汽車聲品質輕量化帶來的NVH問題28目錄結構傳遞途徑structure-borne車內噪聲500 Hz1. 車內噪聲傳遞路徑分析的基本概念空氣傳播途徑air-borne車內噪聲和振動往往是由多個激勵，經由不同的傳遞路徑抵達目標位置后疊加而成的。車內噪聲總體上可分為結構聲和空氣聲兩種。2. 結構噪聲與空氣噪聲發動機和動力傳動系統對車內噪聲的輻射有兩條途徑：空氣聲結構聲空氣聲的例子：打鼓結構聲的例子：火車和鐵軌空氣傳播路徑：輪胎/路面、進排氣、發動機本體等噪聲源通過空氣傳播路徑傳遞到車內引起的噪聲，簡稱為“空氣聲”。“空氣聲”主要通過聲學包裝技術來控制。3. 空氣聲對

6、車身的傳遞結構傳遞路徑：外界激勵源直接激勵或傳遞到車身，引起車體及壁板件振動,并與車內聲腔耦合而產生的車內噪聲，簡稱為“結構聲”。“結構聲”主要通過車身結構的模態匹配進行控制。4. 結構聲對車內的傳遞335.NVH通道的總結 結構聲的傳遞通道:空氣聲的傳遞通道:34NVH現象與基本問題噪聲與振動源噪聲與振動傳遞通道NVH的控制汽車聲品質輕量化帶來的NVH問題34目錄怠速頻率1.整車的模態規劃2.1 燃燒噪聲的控制低頻區域: 氣缸壓力級的最大值主要是由氣缸內的壓力曲線的形狀積分及最大壓力值所決定的。氣缸的最大壓力越高，頻譜曲線的低頻峰值越高。中頻區域: 氣缸壓力級以對數規律作線性遞減，其斜率受氣

7、缸壓力增長率所控制，因而它是燃燒開始釋放熱量的函數。壓力增長率越大，直線部分就越平坦，反之壓力增長率越小，直線部分就越陡。高頻區域: 最后區域出現一個壓力級的峰值是由于燃燒開始時缸內局部區域壓力急劇上升，引起氣體高頻振動而產生的。2.發動機NVH控制整體模態動力總成的整體彎曲模態容易被發動機本身激勵激起發動機激勵與動力總成共振頻率耦合，會造成動力總成的NVH問題振動會通過懸置支架和傳動軸傳遞給車身，造成車身的NVH問題局部模態局部模態很容易被激勵起來局部模態與激勵共振時,不僅僅產生振動,而且產生很大的聲輻射這種共振還影響聲品質2.2 動力總成的整體振動控制2.3 曲軸的扭振及扭轉波動曲軸扭振及

8、扭轉波動帶來的問題：使得整個傳遞系統的扭轉振動大，從而引起曲軸共振曲軸的應力集中和斷裂變速器的敲擊解決扭振及扭轉波動的辦法：提高扭振第一階模態頻率使用扭轉減震器使用雙質量飛輪2.4 殼體振動與聲輻射結構的控制結構頻率的控制對單層結構，頻率要盡可能提高以避免共振結構加筋連接點的數量和力結構模態的控制避免與相連接的部件模態耦合結構響應的控制使得結構響應盡可能低，如采用三明治結構新材料結構（鋁合金、鎂合金等）采用局部阻尼處理連接點的隔振處理車身的整體剛度指標是汽車開發中的基礎指標是整車NVH性能、碰撞安全、疲勞耐久和異響控制等性能的基礎指標。3. 車身結構振動與聲輻射控制整車模態內飾車身模態白車身模

9、態3.1 剛度控制3.2 模態控制局部結構帶來的噪聲振動問題局部振動問題板結構振動對車內的輻射局部結構模態與聲腔模態的偶合局部模態的控制方法增加剛度/提高頻率阻尼處理加動態吸振器和增加質量局部部件，如轉向系統、反光鏡局部板結構，如前壁板、地板3.3 局部結構控制擊勵點423.4 車身阻尼控制在車身板上, 加阻尼材料可以減小結構振動和產生的輻射噪聲(中頻). 43車身的設計影響到風激勵噪聲3.5 車身造型與風噪控制444. 底盤/懸掛系統的NVH 控制4.2 輪胎的控制 聲腔模態結構模態輪胎的平衡4.1 懸架系統的控制懸架的模態頻率懸架的剛度與阻尼 懸架跳動的頻率懸架部件的頻率455. 振動通道

10、的控制車身結構的控制：提高結構和支架的剛度, 阻止振動的傳遞隔振器吸振器阻尼材料振動通道控制的方法有:車身傳遞通道的靈敏度46例子1：動力總成的振動隔離動力總成隔離的三個目標從主動邊到被動邊的振動衰減10倍動力總成的六個模態解耦繞主慣性軸的模態頻率必須滿足隔振墊隔振墊的控制隔振墊的剛度隔振墊的剛度與車架剛度的比值例子2：底盤的振動隔離6. 空氣聲傳遞通道的控制6.1.密封控制功能性孔的密封工藝孔的密封錯誤孔和縫隙的密封 6.2 隔聲與吸聲控制吸聲隔聲50NVH現象與基本問題噪聲與振動源噪聲與振動傳遞通道NVH的控制汽車聲品質輕量化帶來的NVH問題50目錄511. 聲品質好聽的聲音不好聽的聲音5

11、2傳統上, 噪聲控制就是降低聲音的大小僅考慮聲級的大小和頻率成分八十年代后, 在汽車界開始使用聲品質汽車的聲音與發動機轉速有關汽車的聲音與發動機發火階次有關聲音的成分影響聽覺聲音影響到顧客的滿意度部件的聲品質影響汽車的品牌 品牌的象征 汽車的DNA53關門聲品質動力系統的聲品質器聲品質2. 三大聲品質問題好聽的聲音安靜頻率低(結實)一次碰撞聲沒有額外的噪聲不好聽的聲音聲音大高頻率象鈴的聲音多次碰撞聲,嘁嘁喳喳.例子：關門聲品質車門結構車身結構門鎖結構（Latch/striker）車門的附件結構（如玻璃、揚聲器、內飾件等）密封系統防撞塊車內容積和排氣結構（air extractor）2.1 關門

12、聲品質汽車的聲音除了與頻率有關外，還與轉速和階次有關聲音的大小與頻率、轉速、階次交織在一起的聲音就形成了汽車特有的動力聲品質：快樂感豪華感運動感動力感安全感這些感受表現為人對汽車的一些情感2.2 動力聲品質的特征舒適型聲品質(comfort SQ)動力型聲品質(Powerful SQ)運動型聲品質(Sporty SQ)頻率、階次、轉速成分決定了這三類動力聲品質：頻率(Frequency)：低頻給人以力量和動力的感覺，高頻給人明亮與興奮的感覺階次(Order)：單純的發火階次給人舒適感，而半階次給人運動感轉速(Speed)：舒適型駕駛和動力型駕駛通常是在低速和中速部位，而運動感會到高轉速部位動力

13、聲品質的分類旋轉部件：會帶來不平衡多個葉片：具備諧頻特征運動線圈：電磁力2.3 電器的結構特征葉片不平衡：階次噪聲葉片與流體切割：脈動噪聲液體運動：擾動聲電磁力作用：電磁噪聲葉輪脈動噪聲流體擾動噪聲電器：發動機壓縮機電機油泵電器的噪聲特征供油系統由燃油泵、燃油管路、燃油分配管、噴油器等組成。例子：油泵噪聲油泵噪聲油軌噪聲噴油嘴噪聲供油系統噪聲源：葉片產生的噪聲電機產生的噪聲電壓器產生的噪聲油泵噪聲1階2階8階第一階段：降低噪聲 這是汽車NVH控制的最基本階段，即傳統意義上所說的“減振降噪”和消除“錯誤狀態”。“降低噪聲”是滿足客戶最基本的要求，主要是滿足低端汽車的消費者。比如：“發動機噪聲大”

14、是顧客經常抱怨的問題。“錯誤狀態”是指不應該存在的狀態，例如各種嘯叫、敲擊、共振引起的轟鳴，等。噪聲大會引起顧客的抱怨，而“錯誤狀態”會使得顧客不滿。3. 聲品質的發展歷程好的聲品質例子：運動感強的聲音、功率強的聲音、平順好的聲音、快速響應的聲音。好的聲品質給顧客帶來驚喜、愉悅，具有吸引力。聲品質是有共性的，例如聲音悅耳。聲品質是有個性的，例如豪華感的聲品質與運動感的聲品質是不一樣的。聲品質是在消除了“錯誤狀態”和達到一定噪聲水平之后才能實現的。第二階段：聲品質控制世界一流公司都是以“聲品質控制”作為NVH開發的目標少數自主品牌公司開始從“降低噪聲”向“聲品質控制”轉變動力聲品質是汽車的重要D

15、NA。動力聲品質使得不同品牌汽車有自己特定的聲音，使得它能區別于別的品牌，因此動力聲品質是與品牌緊密相連的。聲品質DNA提供顧客帶來正面的、積極的精神上的滿足。顧客將聲品質作為識別某品牌汽車的一個特征。NVH控制上升到“設計聲品質”階段。第三階段：聲品質DNA世界一流公司中，以“品牌”引領市場的車型是以“聲品質DNA”為目標進行NVH控制自主品牌離這個階段還有很長的路動力聲品質開發戰略62NVH現象與基本問題噪聲與振動源噪聲與振動傳遞通道NVH的控制汽車聲品質輕量化帶來的NVH問題62目錄20世紀70年代兩次石油危機促進發展節能汽車。美國國會1975年通過能源政策和保護議案，要求汽車制造商生產

16、和銷售符合燃油經濟性指標的車輛。節能為應對全球氣候變暖，1997年京都議定書，限制CO2排放,再次促進汽車輕量化。環保安全性、燃油經濟性、排放、噪聲、回收方面的法規法規1.汽車輕量化的背景2. 汽車輕量化帶來的問題3. 輕量化的途徑汽車輕量化的技術途徑結構設計與優化輕質材料與工藝模塊化集成設計結構拓撲優化新型材料成形工藝高強度鋼非金屬材料熱成形激光拼焊鋁合金材料液壓成形板厚減薄優化輥壓成形鎂合金材料連接工藝鉚接粘接焊接先進工藝車身輕量化主要通過產品結構優化設計、先進的制造工藝和輕質材料的集成應用來實現。金屬材料阻尼材料聲學包裝以塑代鋼65鎂合金的應用鎂的本質特征：1)密排六方結構，塑性差；2)

17、強度低，缺乏有效強化相； 3)活性高，耐腐蝕性差；4）較優良的阻尼、吸震和減振性能。車身應用的部件：座椅骨架、儀表板骨架(轉向支撐)、方向盤骨架、前端模塊等4. 應用例子：金屬材料的輕量化鋁的特征：鋁的彈性模量、沖壓成形性和疲勞強度比鋼鐵的低；熱膨脹系數，耐腐蝕性卻比鋼鐵的高；重量輕，密度是鋼的1/3。汽車應用部件：車門、引擎蓋、后備箱蓋、翼子板、全鋁車身、前后防撞橫梁等應用例子鋁合金的應用塑料零件比鈑金零件具有成本優勢，如果開發純電動車型，那么采用塑料零件具有重量輕及成本低的雙重優勢汽車應用部件：翼子板、前端模塊、備胎池、背門等主機廠車型應用部位材料及工藝奔馳Smart for two全部車

18、身外板熱塑性塑料注塑成型寶馬X1,X5,X6塑料翼子板雪鐵龍世嘉，C4畢加索塑料翼子板標志307，308，408塑料翼子板零件材料前端框架LGFT（長玻纖增強塑料）門模塊LGFT/GMT備胎池GMT/SMC背門內板：SMC/LGFT外板：SMC/熱塑性塑料前罩蓋SMC途安前端框架梅賽德斯A級備胎盒Smart 塑料車身外板邁騰塑料備胎池應用例子以塑代鋼成本相對較高不可進行二次利用 應用例子碳纖維復合材料5.1 “材料不變，結構優化”帶來的NVH問題基本上是以整體剛度和模態為優化目標低階模態的性能不變對板結構振動會帶來很大影響板和聲腔耦合發生變化5. 輕量化帶來的NVH問題705.2 “結構不變，

19、更換輕量化材料”帶來的NVH問題輕量化材料(如鋁鎂合金)的剛度和強度低于鋼，帶來NVH問題：1）整體剛度降低整體模態變化（K、M）2）局部板結構振動特征變化板與聲腔耦合變化3）加工工藝對NVH的影響加工后,應力和厚度變化714）板件的隔聲性能降低板的密度降低在質量控制區，增加板的質量是提高隔聲量的主要手段 頻率增加一個倍頻程時，隔聲量增加6分貝。質量增加一倍時，隔聲量增加6分貝，即隔聲曲線整體向上移6dB。725.3 “非金屬材料減輕”帶來的NVH問題1. 聲學包裝材料輕量化：隔聲性能降低吸聲性能提升2. 阻尼材料輕量化：聲輻射降低局部隔聲降低3. 內飾材料（車門內板）輕量化：隔聲量降低736.1 剛度與模態研究白車身整體的剛度與模態內飾車身的剛度與模態6. 金屬結構輕量化的NVH研究746.2 聲波在柔性板中的傳遞和聲輻射研究柔性板的振動與聲輻射的關系研究簡單封閉模型：長方