NVH是噪聲、振動(dòng)與聲振粗糙度(Noise、Vibration、Harshness)的英文縮寫。這是衡量汽車制造質(zhì)量的一個(gè)綜合性問題,它給汽車用戶的感受是最直接和最表面的。車輛的NVH問題是國際汽車業(yè)各大整車制造企業(yè)和零部件企業(yè)關(guān)注的問題之一。有統(tǒng)計(jì)資料顯示,整車約有1/3的故障問題是和車輛的NVH問題有關(guān)系,而各大公司有近20%的研發(fā)費(fèi)用消耗在解決車輛的NVH問題上。NVH特性的研究不僅僅適用于整個(gè)汽車新產(chǎn)品的開發(fā)過程,而且適用于改進(jìn)現(xiàn)有車型乘坐舒適性的研究。
1.對(duì)于汽車而言,NVH問題是處處存在的,根據(jù)問題產(chǎn)生的來源又可分為發(fā)動(dòng)機(jī)NVH、車身NVH和底盤NVH三大部分,進(jìn)一步還可細(xì)分為空氣動(dòng)力NVH、空調(diào)系統(tǒng)NVH、道路行駛NVH、制動(dòng)系統(tǒng)NVH等等。聲振粗糙度又可稱為不平順性或沖擊特性,與振動(dòng)和噪聲的瞬態(tài)性質(zhì)有關(guān),描述了人體對(duì)振動(dòng)和噪聲的主觀感受,不能直接用客觀測(cè)量方法來度量。乘員在汽車中的舒適性感受以及由于振動(dòng)引起的汽車零部件強(qiáng)度和壽命問題都屬于NVH的研究范疇。從NVH的觀點(diǎn)來看,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(由懸架系統(tǒng)和連接件組成)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)該以整車作為研究對(duì)象, 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,如發(fā)動(dòng)機(jī)子系統(tǒng)(包括動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng))、底盤子系統(tǒng)(主要包括懸架系統(tǒng))、車身子系統(tǒng)等。
2. NVH問題是系統(tǒng)性的。例如有些轎車行駛時(shí)車廂噪聲大,查源頭在發(fā)動(dòng)機(jī),那么這一個(gè)噪聲問題可能就涉及到三個(gè)部分,一個(gè)是發(fā)動(dòng)本身的噪聲大,一個(gè)是發(fā)動(dòng)機(jī)懸置部件減振效果差,一個(gè)是車廂前圍和地板隔音技術(shù)不好,是一個(gè)互相關(guān)連的系統(tǒng)問題。
3. 當(dāng)遇到車廂噪聲大時(shí),人們一般考慮加強(qiáng)車廂隔音技術(shù)和材料,而對(duì)真正的噪聲發(fā)生源-發(fā)動(dòng)機(jī)則是無能為力,這只能是“亡羊補(bǔ)牢”,無法從根本上解決問題。但如果運(yùn)用NVH解決方案,就會(huì)涉及發(fā)動(dòng)機(jī)、懸置及車架等,從根本上減少噪聲產(chǎn)生的來源。因此,NVH問題實(shí)質(zhì)是汽車設(shè)計(jì)中要解決的問題,而不是汽車進(jìn)入市場(chǎng)后要解決的問題。
4. 汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)和車身都通過彈性元件支承在 車橋和輪胎上,構(gòu)成一個(gè)彈性振動(dòng)系統(tǒng),整個(gè)系統(tǒng)按照各總成部件又分成多個(gè)“彈性振動(dòng)子系統(tǒng)”。當(dāng)汽車因路面 凸凹不平、發(fā)動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)系抖動(dòng)或車輪不平衡而受激振動(dòng)時(shí),各“彈性振動(dòng)子系統(tǒng)”發(fā)生振動(dòng)且互相關(guān)聯(lián)。
5.振動(dòng)是噪聲產(chǎn)生的根源之一,行駛時(shí)振動(dòng)大的車輛往往噪聲也大。因此,從汽車NVH問題的角度看,解決噪聲不能頭痛治頭,腳痛治腳,而應(yīng)該考慮到整車其他方面的問題,例如要考慮到車身、發(fā)動(dòng)機(jī)、輪胎、彈性支承等諸方面。
1.隨著專業(yè)化分工,整車制造企業(yè)已經(jīng)逐漸將大部分零部件交給零部件生產(chǎn)企業(yè)來做。盛行的“模塊化”生產(chǎn)方式把汽車裝配生產(chǎn)線上的部分裝配勞動(dòng)轉(zhuǎn)移到裝配生產(chǎn)線以外的地方去進(jìn)行。這樣,零部件生產(chǎn)企業(yè)必然遇到NVH問題。設(shè)計(jì)者考慮的問題也不單純是零部件的本身,而是零部件與零部件之間,零部件與整車之間的關(guān)系。
2.例如在解決車身NVH問題上,長春合成材料有限公司產(chǎn)品具有國內(nèi)較先進(jìn)的產(chǎn)品研發(fā)及其生產(chǎn)技術(shù),同時(shí)可以協(xié)同各汽車廠商開展同步開發(fā)工作。
3.例如在解決發(fā)動(dòng)機(jī)NVH問題時(shí),CooperStandard發(fā)動(dòng)機(jī)公司為了獲得更好的降噪效果,對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)做降噪處理外,還對(duì)車輛的發(fā)動(dòng)艙、車廂內(nèi)部設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)都進(jìn)行了聲學(xué)研究,以求最好的解決方案。輪胎也是噪聲的主要來源之一,一些廠商除選用低噪聲輪胎外,對(duì)車輪罩襯墊進(jìn)行聲學(xué)特性設(shè)計(jì),使其起阻隔噪聲的作用。
1.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 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。
2.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。
3.邊界元方法(BEM):與有限元方法相比,邊界元方法(BEM)降低了求解問題的維數(shù),能方便地處理無界區(qū)域問題,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。
4.統(tǒng)計(jì)能量分析(SEA)方法: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。
汽車振動(dòng)和噪聲的產(chǎn)生并不是相互獨(dú)立,而是緊密聯(lián)系的。可以說,噪聲源于振動(dòng),振動(dòng)、噪聲和舒適性這三者是密切相關(guān)的。既要減小振動(dòng)、降低噪聲,又要提高乘坐舒適性、保證 產(chǎn)品的安全性、環(huán)保性以及使用性能。
要改善汽車的NVH特性,首先是對(duì)其振動(dòng)源和噪聲源的控制。這就需要改善產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲的零部件的結(jié)構(gòu),改善其振動(dòng)特性,避免產(chǎn)生共振;改進(jìn)旋轉(zhuǎn)元件的平衡;提高零部件的加工精度和裝配質(zhì)量,減小相對(duì)運(yùn)動(dòng)元件之問的沖擊與摩擦;改善氣體或液體流動(dòng)狀況,避免形成渦流;改善車身結(jié)構(gòu),提高剛度;施加與噪聲源振幅相當(dāng)而相位相反的聲音等。其次要控制振動(dòng)和噪聲傳遞的途徑。這就需要對(duì)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)和噪聲傳遞特性進(jìn)行分析并改進(jìn),使之對(duì)振動(dòng)和噪聲具有明顯的衰減作用而不是放大;優(yōu)化對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)懸置的設(shè)計(jì),降低發(fā)動(dòng)機(jī)向車身傳遞的振動(dòng);對(duì)懸架系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn),阻斷振動(dòng)的傳遞;采用適合于平面振動(dòng)的阻尼材料、適合于旋轉(zhuǎn)軸類的扭振減振器以及針對(duì)其它線振動(dòng)的質(zhì)量減振器;分析和改進(jìn)結(jié)構(gòu),特別是車身的密封狀況,提高密封性能;各種吸音材料、隔音材料和隔音結(jié)構(gòu)的研究及應(yīng)用,提高汽車內(nèi)部的吸音和隔音性能等。