汽車的NVH特性
互聯(lián)網(wǎng) ytaudi 汽車構(gòu)造維修 2006-11-16
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NVH是指Noise(噪聲),Vibration(振動(dòng))和Harshness(聲振粗糙度),由于以上三者在汽車等機(jī)械振動(dòng)中是同時(shí)出現(xiàn)且密不可分,因此常把它們放在一起進(jìn)行研究。聲振粗糙度是指噪聲和振動(dòng)的品質(zhì)，是描述人體對(duì)振動(dòng)和噪聲的主觀感覺(jué)，不能直接用客觀測(cè)量方法來(lái)度量。由于聲振粗糙描述的是振動(dòng)和噪聲使人不舒適的感覺(jué)，因此有人稱Harshness為不平順性。又因?yàn)槁曊翊植诙冉?jīng)常用來(lái)描述沖擊激勵(lì)產(chǎn)生的使人極不舒適的瞬態(tài)響應(yīng)，因此也有人稱Harshness為沖擊特性。文獻(xiàn)[12]認(rèn)為當(dāng)汽車通過(guò)接縫或凸包時(shí)將產(chǎn)生瞬態(tài)振動(dòng)（Harshness），它包括沖擊和緩沖兩種感覺(jué)。系統(tǒng)剛度越大，車身瞬態(tài)振動(dòng)的幅值越大，沖擊越嚴(yán)重，同時(shí)固有頻率增加使振動(dòng)衰減變快，緩沖的效果變好。同時(shí)它還給出了利用多元回歸模型得到的沖擊和緩沖方面感覺(jué)等級(jí)的經(jīng)驗(yàn)公式�？偟恼f(shuō)來(lái)，聲振粗糙度描述是振動(dòng)和噪聲共同產(chǎn)生的使人感到極度疲勞的感覺(jué)。簡(jiǎn)單地講，乘員在汽車中的一切觸覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)感受都屬于汽車NVH特性研究的范疇，此外，還包括汽車零部件由于振動(dòng)引起的強(qiáng)度和壽命等問(wèn)題。從NVH的觀點(diǎn)來(lái)看，汽車是一個(gè)由激勵(lì)源（發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器等）、振動(dòng)傳遞器（由懸掛系統(tǒng)和邊接件組成）和噪聲發(fā)射器（車身）組成的系統(tǒng)。汽車傳動(dòng)系統(tǒng)NVH特性研究是以汽車傳動(dòng)系統(tǒng)作為研究對(duì)象的，是屬于于汽車整車NVH特性研究的子系統(tǒng)。目前的研究來(lái)看，汽車傳動(dòng)系統(tǒng)NVH特性研究主要是研究由發(fā)動(dòng)機(jī)作為一個(gè)激勵(lì)源產(chǎn)生的或汽車處于某種工況下的傳動(dòng)系統(tǒng)NVH特性。國(guó)外對(duì)動(dòng)力傳動(dòng)系振動(dòng)特性的研究起步較早，國(guó)外先進(jìn)的汽車廠家從80年代以來(lái)已經(jīng)將汽車結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性納入產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的常規(guī)內(nèi)容。尤其是20世紀(jì)90年代以來(lái)，豐田（Toyota）、通用（GM）、福特(Ford)、克萊斯勒（Chrysler）等大汽車公司的工程研究中心專門設(shè)立了NVH分部，集中處理汽車的噪聲（Noise）、振動(dòng)（Vibration）和來(lái)自路面接觸沖擊的噪聲聲振粗糙度（Harshness）。 1.汽車的NVH特性 NVH是指Noise〔噪聲)、Vibration(振動(dòng))和Harshness〔聲振租糙度)，由于它們?cè)谲囕v等機(jī)械中是同時(shí)出現(xiàn)且密不可分的，因此常把它們放在一起進(jìn)行研究。 聲振粗糙度是指噪聲和振動(dòng)的品質(zhì)，是描述人體對(duì)振動(dòng)和噪聲的主觀感覺(jué)的，不能直接用客觀測(cè)量方法來(lái)度量。由于聲振粗糙度描述的是振動(dòng)和噪聲使人不舒適的感覺(jué)，因此有人稱Harshness為不平順性。又因?yàn)槁曊翊植诙冉?jīng)常用來(lái)描述沖擊激勵(lì)產(chǎn)生的使人極不舒適的瞬態(tài)響應(yīng)，因此也有人稱Harshness為沖擊特性。 簡(jiǎn)單地講，乘員在汽車中的一切觸覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)感受都屬于NVH研究的范疇，此外，還包括汽車零部件由于振動(dòng)引起的強(qiáng)度和壽命等問(wèn)題。從NVH的觀點(diǎn)來(lái)看，汽車是一個(gè)由激勵(lì)源(發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器等)、振動(dòng)傳遞器(由懸掛系統(tǒng)和邊接件組成)和噪聲發(fā)射器〔車身)組成的系統(tǒng)。汽車NVH特性的研究應(yīng)該是以整車作為研究對(duì)象的，但由于汽車系統(tǒng)極為復(fù)雜，因此經(jīng)常將它分解成多個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行研究，如底盤子系統(tǒng)(主要包括前、后懸架系統(tǒng))、車身子系統(tǒng)等，也可以研究某一個(gè)激勵(lì)源產(chǎn)生的或某一種工況下的NVH特性。 根據(jù)1996年對(duì)歐洲汽車市場(chǎng)的調(diào)查，由于汽車的性能、質(zhì)量等方面均已達(dá)到較高的水平，因此顧客對(duì)乘坐舒適性的要求明顯提高，僅次于汽車款式。對(duì)于中小型汽車，由于市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)使得汽車的重量、價(jià)格等因素被嚴(yán)格約束，這就使以改善汽車乘坐舒適性為目的的汽車NVH特性的研究變得更加重要。 2.汽車NVH特性研究的建模和評(píng)價(jià)方法 研究汽車的NVH特性首先必須利用CAE技術(shù)建立汽車動(dòng)力學(xué)模型，已經(jīng)有幾種比較成熟的理論和方法。 多體(M系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法將系統(tǒng)內(nèi)各部件抽象為剛體或彈性體，研究它們?cè)诖蠓秶臻g運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)力學(xué)特性。在汽車NVH特性的研究中，多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法主要應(yīng)用于底盤懸架系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)系統(tǒng)低頻范圍的建模與分析。 有限元方法(FEM)是把連續(xù)的彈性體劃分成有限個(gè)單元，通過(guò)在計(jì)算機(jī)上劃分網(wǎng)格建立有限元模型，計(jì)算系統(tǒng)的變形和應(yīng)力以及動(dòng)力學(xué)特性。由于有限元方法的日益完善以及相應(yīng)分析軟件的成熟，使它成為研究汽車NVH特性的重要方法。一方面，它適用于車身結(jié)構(gòu)振動(dòng)、車室內(nèi)部空腔噪聲的建模分析；另一方面，與多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法相結(jié)合來(lái)分析汽車底盤系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性，其準(zhǔn)確度也大大提高。 與有限元方法相比，邊界元方法(BEM)降低了求解問(wèn)題的維數(shù)，能方便地處理無(wú)界區(qū)域問(wèn)題，并且在計(jì)算機(jī)上也可以輕松地生成高效率的網(wǎng)格，但計(jì)算速度較慢。對(duì)于汽車車身結(jié)構(gòu)和車室內(nèi)部空腔的聲固耦合系統(tǒng)也可以采用邊界元法進(jìn)行分析，由于邊界元法在處理車室內(nèi)吸聲材料建模方面具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，因此正在得到廣泛的應(yīng)用。 以空間聲學(xué)和統(tǒng)計(jì)力學(xué)為基礎(chǔ)的統(tǒng)計(jì)能量分析(SEA)方法是將系統(tǒng)分解為多個(gè)子系統(tǒng)，研究它們之間能量流動(dòng)和模態(tài)響應(yīng)的統(tǒng)計(jì)特性。它適用于結(jié)構(gòu)、聲學(xué)等系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)分析。對(duì)于中高頻（300HZ）的汽車NVH特性預(yù)測(cè)，如果采用FEM或BEM建立模型，將大大增加工作量而且其結(jié)果準(zhǔn)確度并不高，因此這時(shí)采用統(tǒng)計(jì)能量分析方法是合理的。有人利用SEAM軟件對(duì)某皮卡車建立了SEA模型，分析了它在250Hz以上的NVH特性并研究了模型參數(shù)對(duì)它的影響，得到令人滿意的結(jié)果。 3.NVH特性研究在改進(jìn)汽車乘坐舒適性中的應(yīng)用 NVH特性的研究不僅僅適用于整個(gè)汽車新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)過(guò)程，而且適用于改進(jìn)現(xiàn)有車型乘坐舒適性的研究。這時(shí)一圾是針對(duì)汽車的某一個(gè)系統(tǒng)或總成進(jìn)行建模分析，找出對(duì)乘坐舒適性影響最大的因素，通過(guò)改善激勵(lì)源振動(dòng)狀況(降幅或移頻)或控制激勵(lì)源振動(dòng)噪聲向車室內(nèi)的傳遞來(lái)提高乘坐舒適性。 汽車動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的隔振研究以及發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)排氣噪聲的研究是改善整車舒適性的重要內(nèi)容，動(dòng)力總成液壓懸置系統(tǒng)的發(fā)展與完善使這一問(wèn)題得到較好的解決。懸架系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對(duì)路面不平度激勵(lì)的傳遞和響應(yīng)對(duì)駕駛員及乘客的乘坐舒適性有很大影響，分析懸架系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性可以改善它的傳遞特性，減少振動(dòng)和噪聲；通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)和儀表板進(jìn)行有限元分析，可以使轉(zhuǎn)向柱管、方向盤的固有頻率移出激勵(lì)頻率范圍并保證儀表板的響應(yīng)振幅最小。汽車制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的噪聲嚴(yán)重影響了車室內(nèi)乘員的舒適性，實(shí)驗(yàn)證明制動(dòng)噪聲主要是由于制動(dòng)器摩擦元件磨損不均勻造成的，通過(guò)對(duì)制動(dòng)盤等元件進(jìn)行有限元分析以及它的磨損特性對(duì)產(chǎn)生噪聲的影響等問(wèn)題的研究，可以改善制動(dòng)工況下的整車NVH特性。另外，隨著車速的不斷提高，高速流動(dòng)的空氣與車身撞擊摩擦產(chǎn)生的振動(dòng)噪聲已經(jīng)成為車室噪聲的重要來(lái)源。 汽車在使用一段時(shí)間之后，一些元件(如傳動(dòng)系的齒輪、聯(lián)軸節(jié)、懸架中的橡膠襯套、制動(dòng)器中的制動(dòng)盤等)的磨損將對(duì)整車的NVH特性產(chǎn)生重要影響，它們的強(qiáng)度、可*性和靈敏度分析是研究整車特性的重要工作，這也就是所謂高行駛里程下汽車NVH特性的研究。 |
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