NVH性能測試技術(shù)流程研究

1、汽車NVH性能測試技術(shù)流程研究楊明亮 丁渭平（西南交通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車工程研究所 成都 610031）The research about the testing technical process of a vehicle NVH performance Yang Ming-liang Ding Wei-ping(The Research Institute of Automobile Engineering, College of Mechanical Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China)【

2、摘要】汽車NVH性能是評價整車性能重要指標(biāo)之一。其中，NVH性能測試技術(shù)自然成為汽車工程界關(guān)注的焦點(diǎn)。首先運(yùn)用整車NVH性能摸底測試方法驗(yàn)證了某國產(chǎn)轎車NVH主觀感受；其次，介紹了傳遞路徑分析基本原理，并構(gòu)建了基本分析模型，結(jié)合傳遞路徑分析方法與國際先進(jìn)的聲振數(shù)據(jù)測試系統(tǒng)，對可能產(chǎn)生問題的路徑進(jìn)行了聲振測試、分析，并通過排除法得出了該工程問題的初步診斷結(jié)論；最后，在分析、總結(jié)工程實(shí)例基礎(chǔ)之上，建立起了整車NVH性能測試與分析一般技術(shù)流程，為今后工程上解決相關(guān)整車NVH問題提供了參考和依據(jù)，提出了整車NVH性能測試技術(shù)流程研究的意義。 主題詞：NVH；傳遞路徑分析；技術(shù)流程中圖分類號：U467.

3、1+1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A【Abstract】The NVH performance about a vehicle is one of the most important guidelines .Thereinto, the testing technology of NVH performance has been a focus in automobile engineering kingdom naturally. The writer in This paper verified a cars NVH subjective feelings firstly through using

4、the method that called trial testing. Secondly, introducing the keystone of transfer path analysis ,constructing the basic analysis model, and combining with the transfer path analysis methods and the international advanced data test system, the writer makes NVH testing and analysis on each path whe

5、re a NVH problem could be produced, and then, get a preliminary diagnosis by using exclusion method. Finally, on the base of analyzing and summarizing the engineering problems, the general technical process of automobile NVH performance testing and analysis had been established in this paper, that w

6、ill give some references on solving related automobile NVH problems in future. and the significance of research about the testing technical process of a vehicle NVH performance is put forward. Key words： NVH；Transfer Path Analysis；Technical Process0 引言隨著人們對汽車乘坐舒適性期望越來越高以及世界各國有關(guān)環(huán)境保護(hù)的法規(guī)越來越嚴(yán)格，當(dāng)前汽車NVH(N

7、oise, Vibration & Harshness）研究也愈發(fā)受到相關(guān)科研機(jī)構(gòu)和汽車生產(chǎn)廠家的重視1-4。汽車NVH性能可能受很多因素影響，振動和噪聲可以是來自多方面的。工程上解決整車NVH性能問題時，很重要的一個環(huán)節(jié)就是對整車進(jìn)行測試，通過一系列工程方法得出初步診斷結(jié)果。該環(huán)節(jié)必須引起高度重視，因?yàn)橐坏┏醪皆\斷出錯，接下來的工作都會因此而變得毫無意義，大大降低工作效率。1 NVH性能摸底測試某國產(chǎn)乘用車在低轉(zhuǎn)速，尤其是在1500r/min左右時，車內(nèi)有較大的噪聲，振動強(qiáng)烈，產(chǎn)生了共振現(xiàn)象，影響了整車的NVH性能。摸底測試的目的是考察測試結(jié)果是否和人的主觀感受相吻合，尤其是在150

8、0轉(zhuǎn)左右是否有明顯的共振現(xiàn)象。在正駕駛、副駕駛座椅及后排座椅上人的右耳處布置聲傳感器，在前排地板上正、副駕駛處及車身玻璃處安裝振動傳感器。試驗(yàn)工況包括：駐車狀態(tài)：半油門加速（idle POT）、全油門加速（idle WOT）。行車狀態(tài)：半油門加速（POT）、全油門加速（WOT）。在半油門加速（POT）的工況下，測試結(jié)果如圖1-1所示。 噪聲（dB）發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min)（a）前排正駕駛員右耳處噪聲測試結(jié)果發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min)振動加速度(g)（b）副駕駛處地板振動測試結(jié)果 圖1-1 車內(nèi)聲/振測試結(jié)果由圖1-1可以看出，不論是噪聲還是振動在14001500r/min之間都存在一個最大值，并

9、且與發(fā)動機(jī)的二階次有關(guān)，這與對該車的主觀評價相符在1500r/min左右振動強(qiáng)烈。對該車做頻譜分析，結(jié)果如圖1-2所示。噪聲（dB）頻率(Hz)（a）車內(nèi)噪聲的頻譜分析振動加速度(g)頻率(Hz)（b）車內(nèi)振動的頻譜分析圖1-2 車內(nèi)聲振頻譜分析從圖1-2（a）可以看出，在1500r/min左右，不論是駕駛員側(cè)、副駕駛側(cè)還是在后排座椅處， 該車在50Hz左右的幅值最大。從圖1-2（b）可以看出，在1500r/min左右，不論是地板還是玻璃，其振動都在50Hz處取得了最大值，也就是說50Hz的頻率最各處的振動影響最大。綜上所述，該車在主觀上感覺低轉(zhuǎn)速時振動噪聲較大的原因，是因?yàn)樵撥囋?40015

10、00r/min區(qū)間的噪聲和振動都出現(xiàn)了峰值，并且與發(fā)動機(jī)的二階次關(guān)聯(lián)最大。從頻譜圖上看出，50Hz是對噪聲和振動影響最大的頻率，也處在引起人主觀感覺不舒適的主要頻率帶內(nèi)（20Hz200Hz）。2 傳遞路徑分析2.1 傳遞路徑分析基本原理汽車內(nèi)部噪聲和振動現(xiàn)象，往往是由多個激勵，經(jīng)由不同的傳遞路徑抵達(dá)目標(biāo)位置后疊加而成的。當(dāng)今汽車工業(yè)新產(chǎn)品研發(fā)過程中，為了進(jìn)一步優(yōu)化整車NVH性能，往往要綜合考慮各個激勵和傳遞路徑的情況，傳遞路徑分析(即TPA: Transfer Path Analysis)就是一個行之有效的方法。通過傳遞路徑分析，確定各途徑流入的激勵能量在整個問題中所占的比例，找出傳遞途徑上對

11、車內(nèi)噪聲起主導(dǎo)作用的環(huán)節(jié)，通過控制這些主要環(huán)節(jié)，如使聲源的強(qiáng)度，路徑的聲學(xué)靈敏度等參數(shù)在合理的范圍里，以使車內(nèi)噪聲控制在預(yù)定的目標(biāo)值內(nèi)5-12?？傮w上可按結(jié)構(gòu)聲和空氣聲兩種情況進(jìn)行處理6。在結(jié)構(gòu)聲情況下，激勵源和目標(biāo)點(diǎn)分屬于兩個不同的系統(tǒng)，激勵源一側(cè)的結(jié)構(gòu)稱為主動方，目標(biāo)點(diǎn)一側(cè)的結(jié)構(gòu)稱為受動方，一般兩者在分界處(可稱之為耦合點(diǎn))通過某種耦合元件連接起來，具體可表現(xiàn)為發(fā)動機(jī)、底盤部件在車身上的支撐、鉸連及橡膠軸套等。比如，作為激勵源的發(fā)動機(jī)為主動方，車身結(jié)構(gòu)為受動方，其間的支撐為耦合元件。而目標(biāo)可以是某點(diǎn)的聲壓，也可以該點(diǎn)某一自由度上的振動。在空氣聲的情況，路徑上不存在耦合點(diǎn)，如果有N個輻射聲源

12、就形成N條傳遞路徑。 圖2-1 傳遞路徑分析模型假設(shè)系統(tǒng)是線性時不變的，則車內(nèi)目標(biāo)點(diǎn)的聲壓或振動水平等于各激勵源以工作載荷激勵時沿不同路徑傳播到車內(nèi)的能量的疊加，如圖2-1所示。TPA的目的是研究能量在這些路徑上的傳播情況。由以上分析和假設(shè)可知，來自不同路徑的所有部分貢獻(xiàn)構(gòu)成了總響應(yīng)， （2-1）其中:為乘員位置處的總聲壓；為傳遞途徑在方向?qū)Τ藛T位置總聲壓的部分貢獻(xiàn)。 （2-2）其中:為傳遞路徑上方向到乘員位置的傳遞函數(shù)，結(jié)構(gòu)-聲學(xué)傳遞函數(shù)或聲學(xué)傳遞函數(shù)；為傳遞路徑上方向上的實(shí)際激勵。由公式(2-2)可知，進(jìn)行傳遞路徑分析的主要工作包括:（1）工作載荷的獲取。對于結(jié)構(gòu)聲，是各耦合點(diǎn)處每個自由度

13、上的工作力輸入；對于空氣聲則是聲源的體積速度/加速度。該項(xiàng)工作需要大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)作為輸入，是TPA最繁重的部分，也直接決定分析結(jié)果的可信程度。（2）路徑頻響函數(shù)的獲取。對于結(jié)構(gòu)聲，測量耦合點(diǎn)處每個自由度到響應(yīng)位置的頻響函數(shù)，測量時受動方與主動方應(yīng)在各耦合點(diǎn)處應(yīng)解耦。對空氣聲，測量目標(biāo)點(diǎn)到聲源的頻響函數(shù)。2.2 傳遞路徑試驗(yàn)測試分析就本項(xiàng)目而言，從結(jié)構(gòu)方面看，其振動傳遞主要有兩個途徑：一是由路面激勵，經(jīng)懸架系統(tǒng)作用在車身上；二是由發(fā)動機(jī)激勵，經(jīng)由發(fā)動機(jī)懸置或排氣管，作用于前副車架，再最終作用在車身上。針對這兩條傳遞路徑分別布置相應(yīng)的振動傳感器，進(jìn)行傳遞路徑的分析。首先對懸架系統(tǒng)進(jìn)行分析。對懸架進(jìn)

14、行“過減速帶的路面激勵試驗(yàn)”。試驗(yàn)工況與摸底測試一致。頻率(Hz)傳遞率1-2 懸架系統(tǒng)傳遞函數(shù)分析對懸架系統(tǒng)的傳遞函數(shù)進(jìn)行分析，如圖2-2所示。從圖可以知道，該車的懸架系統(tǒng)在低頻的隔振效果比較好，無論是前懸架還是后懸架，在50Hz左右的傳遞函數(shù)都明顯的低于1，即懸架系統(tǒng)對50Hz是起衰減作用的。綜上所述，懸架系統(tǒng)在1500r/min時，50Hz對應(yīng)的振動幅值較小，并且整個懸架系統(tǒng)對50Hz起到衰減作用。初步判斷50Hz不是來源于懸架系統(tǒng)的振動。對發(fā)動機(jī)懸置及前副車架進(jìn)行分析。該車有前、后、左、右四個懸置，都是一般的橡膠懸置。首先對發(fā)動機(jī)懸置做隔振率分析，試驗(yàn)工況與摸底測試工況一致。測點(diǎn)布置及

15、測試信號如表2-1所示，測試分析結(jié)果如圖2-3所示。表2-1 懸置振動傳遞率試驗(yàn)傳感器測點(diǎn)布置及測試信號序號測點(diǎn)位置測試信號備注1發(fā)動機(jī)前懸置：在發(fā)動機(jī)端和車架端配對布置測點(diǎn)并盡量靠近懸置膠套x、y、z三軸方向的振動加速度（m/s2）基于整車坐標(biāo)系標(biāo)定每個測點(diǎn)的x、y、z三軸方向2發(fā)動機(jī)后懸置：在發(fā)動機(jī)端和車架端配對布置測點(diǎn)并盡量靠近懸置膠套3發(fā)動機(jī)左懸置：在發(fā)動機(jī)端和車架端配對布置測點(diǎn)并盡量靠近懸置膠套4發(fā)動機(jī)右懸置：在發(fā)動機(jī)端和車架端配對布置測點(diǎn)并盡量靠近懸置膠套5發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）-從圖2-3分析可看出，懸置振動傳遞比較差(此處加速度單位已作過轉(zhuǎn)換)，尤其在Z向，這也是人體感受最明

16、顯的方向，同時1500r/min左右最為明顯。發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min)振動加速度 (dB) 圖2-3 全油門加速前懸置振動情況（Z向）對前副車架進(jìn)行振動頻譜以及傳遞函數(shù)（FRF）分析。測試工況與摸底測試工況一致，分別在發(fā)動機(jī)氣缸蓋上、后懸置輸出端即前副車架、駕駛員位置、副駕駛位置、駕駛員玻璃窗以及后排座椅等地方布置振動傳感器布置，構(gòu)成一個振動傳遞路徑，測試結(jié)果如圖2-4所示。圖2-4（a）是車身各處在1500r/min左右的振動頻譜圖。從圖上可以看出，發(fā)動機(jī)、前副車架、地板在50Hz附近同時達(dá)到最大峰值，可以說地板在50Hz的振動很可能是由于發(fā)動機(jī)激勵前副車架引起的。對前副車架進(jìn)行傳遞函數(shù)分析

17、，如圖2-4（b）所示，在50Hz附近的傳遞函數(shù)遠(yuǎn)大于1，接近29，這說明整個前副車架系統(tǒng)對50Hz的振動有明顯的放大作用。而50Hz又與1500r/min的發(fā)火頻率相符合，即發(fā)動機(jī)在1500r/min時，50Hz的振動幅值最大，雖然發(fā)動機(jī)的懸置亦會對其振動進(jìn)行一定程度的衰減，但因?yàn)檎麄€前副車架系統(tǒng)的放大作用，整個前副車架上的50Hz的振幅較大，從而影響了整個車身的低轉(zhuǎn)速振動。頻率(Hz)振動加速度(g)（a）半油門加速測試各點(diǎn)頻譜分析傳遞率頻率(Hz)（b）前副車架振動傳遞函數(shù)分析圖2-4 前副車架頻譜及傳遞函數(shù)分析2.3 整車NVH性能測試初步診斷結(jié)論通過摸底測試以及聲振傳遞路徑分析，該車

18、在1500r/min低轉(zhuǎn)速工況下的共振現(xiàn)象是由發(fā)動機(jī)工作產(chǎn)生的不平衡的力或力矩，經(jīng)懸置系統(tǒng)傳至副車架，然后引起車身振動，在車內(nèi)形成聲振耦合而產(chǎn)生共振現(xiàn)象。并且該發(fā)動機(jī)是直列四缸四沖程發(fā)動機(jī)，該發(fā)動機(jī)在1500r/min時二階振動的激振頻率為50Hz，由摸底測試知道，動力總成懸置系統(tǒng)（包括副車架）的激振頻率，這是產(chǎn)生共振的最根本原因。綜上所述，該汽車在低轉(zhuǎn)速車內(nèi)共振問題是由發(fā)動機(jī)懸置系統(tǒng)（包括前副車架）的振動引起的，所以要對懸置系統(tǒng)作優(yōu)化改進(jìn)，以提高整車的NVH性能。3 一般技術(shù)流程 工程中經(jīng)常遇到對整車NVH性能測試與診斷問題，工程人員一般都是根據(jù)自己的工程經(jīng)驗(yàn)，對整車NVH性能做出初步診斷。

19、這樣經(jīng)常導(dǎo)致工作效率降低，診斷結(jié)論與實(shí)際問題不一致。本章結(jié)合對某國產(chǎn)乘用車的整車NVH性能初步診斷，總結(jié)出對整車NVH性能測試與診斷的一般技術(shù)流程，如圖3-1所示，希望對工程應(yīng)用產(chǎn)生實(shí)際的效果。圖3-1 整車NVH性能摸底測試與診斷一般技術(shù)流程4 結(jié)論本文從某國產(chǎn)乘用車實(shí)際問題出發(fā)，對整車NVH進(jìn)行了摸底測試，介紹傳遞路徑分析的基本原理，并運(yùn)用聲振傳遞路徑法對該車進(jìn)行了分析，得出了該車在低轉(zhuǎn)速尤其是1500r/min時，車內(nèi)共振的初步診斷結(jié)論。通過分析得到了如下結(jié)論（1）通過對傳遞路徑分析基本原理的闡述，了解到要進(jìn)行傳遞路徑分析主要做的工作有兩方面：一是工作載荷的獲取，二是路徑頻響函數(shù)的獲?。?/p>

20、（2）通過摸底測試和傳遞路徑分析方法，初步判斷出造成某國產(chǎn)乘用車低轉(zhuǎn)速時車內(nèi)共振現(xiàn)象是由動力總成懸置系統(tǒng)振動引起的；（3）依托本項(xiàng)目建立了整車NVH性能摸底測試與診斷的一般技術(shù)流程。參考文獻(xiàn)1 林逸，馬天飛，姚為民 等汽車NVH特性研究綜述汽車工程2002年（24卷）第3期：177-181.2 丁渭平車內(nèi)低頻噪聲與懸架特性參數(shù)的定量關(guān)系噪聲與振動控制2006年10月第5期：70-73.3 李洪亮，丁渭平汽車噪聲控制技術(shù)的最新進(jìn)展與發(fā)展趨勢汽車技術(shù)2007第04期:1-3.4 楊明亮，丁渭平，何森東 等車內(nèi)噪聲與動力總成懸置系統(tǒng)特性參數(shù)的定量關(guān)系研究振動與沖擊2006年25（增刊）：705-708.5 楊明亮汽車動力總成懸置系統(tǒng)NVH性能分析與改進(jìn)設(shè)計西南交通大學(xué)碩士研究生論文成都：西南交通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，2008年.6 Vandeurzen, U.; Van de Ponseele, P.; Lipkens, J. etalProductivity gains in interior and exterior acoustical analysis of passenger cars by automated multi-channel test procedures1991,Publ by U