什么是汽车的NVH特性?详细回答

什么是汽车的NVH特性?详细回答
什么是汽车的NVH特性?
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什么是汽车的NVH特性?详细回答
NVH是指Noise(噪声),Vibration(振动)和Harshness(声振粗糙度),由于以上三者在汽车等机械振动中是同时出现且密不可分,因此常把它们放在一起进行研究.声振粗糙度是指噪声和振动的品质,是描述人体对振动和噪声的主观感觉,不能直接用客观测量方法来度量.由于声振粗糙描述的是振动和噪声使人不舒适的感觉,因此有人称Harshness为不平顺性.又因为声振粗糙度经常用来描述冲击激励产生的使人极不舒适的瞬态响应,因此也有人称Harshness为冲击特性.文献[12]认为当汽车通过接缝或凸包时将产生瞬态振动（Harshness）,它包括冲击和缓冲两种感觉.系统刚度越大,车身瞬态振动的幅值越大,冲击越严重,同时固有频率增加使振动衰减变快,缓冲的效果变好.同时它还给出了利用多元回归模型得到的冲击和缓冲方面感觉等级的经验公式.总的说来,声振粗糙度描述是振动和噪声共同产生的使人感到极度疲劳的感觉.简单地讲,乘员在汽车中的一切触觉和听觉感受都属于汽车NVH特性研究的范畴,此外,还包括汽车零部件由于振动引起的强度和寿命等问题.从NVH的观点来看,汽车是一个由激励源（发动机、变速器等）、振动传递器（由悬挂系统和边接件组成）和噪声发射器（车身）组成的系统.汽车传动系统NVH特性研究是以汽车传动系统作为研究对象的,是属于于汽车整车NVH特性研究的子系统.目前的研究来看,汽车传动系统NVH特性研究主要是研究由发动机作为一个激励源产生的或汽车处于某种工况下的传动系统NVH特性.国外对动力传动系振动特性的研究起步较早,国外先进的汽车厂家从80年代以来已经将汽车结构的动态特性纳入产品开发的常规内容.尤其是20世纪90年代以来,丰田（Toyota）、通用（GM）、福特(Ford)、克莱斯勒（Chrysler）等大汽车公司的工程研究中心专门设立了NVH分部,集中处理汽车的噪声（Noise）、振动（Vibration）和来自路面接触冲击的噪声声振粗糙度（Harshness）.
1.汽车的NVH特性
NVH是指Noise〔噪声)、Vibration(振动)和Harshness〔声振租糙度),由于它们在车辆等机械中是同时出现且密不可分的,因此常把它们放在一起进行研究.
声振粗糙度是指噪声和振动的品质,是描述人体对振动和噪声的主观感觉的,不能直接用客观测量方法来度量.由于声振粗糙度描述的是振动和噪声使人不舒适的感觉,因此有人称Harshness为不平顺性.又因为声振粗糙度经常用来描述冲击激励产生的使人极不舒适的瞬态响应,因此也有人称Harshness为冲击特性.
简单地讲,乘员在汽车中的一切触觉和听觉感受都属于NVH研究的范畴,此外,还包括汽车零部件由于振动引起的强度和寿命等问题.从NVH的观点来看,汽车是一个由激励源(发动机、变速器等)、振动传递器(由悬挂系统和边接件组成)和噪声发射器〔车身)组成的系统.汽车NVH特性的研究应该是以整车作为研究对象的,但由于汽车系统极为复杂,因此经常将它分解成多个子系统进行研究,如底盘子系统(主要包括前、后悬架系统)、车身子系统等,也可以研究某一个激励源产生的或某一种工况下的NVH特性.
根据1996年对欧洲汽车市场的调查,由于汽车的性能、质量等方面均已达到较高的水平,因此顾客对乘坐舒适性的要求明显提高,仅次于汽车款式.对于中小型汽车,由于市场的激烈竞争使得汽车的重量、价格等因素被严格约束,这就使以改善汽车乘坐舒适性为目的的汽车NVH特性的研究变得更加重要.
2.汽车NVH特性研究的建模和评价方法
研究汽车的NVH特性首先必须利用CAE技术建立汽车动力学模型,已经有几种比较成熟的理论和方法.
多体(M系统动力学方法将系统内各部件抽象为刚体或弹性体,研究它们在大范围空间运动时的动力学特性.在汽车NVH特性的研究中,多体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)是把连续的弹性体划分成有限个单元,通过在计算机上划分网格建立有限元模型,计算系统的变形和应力以及动力学特性.由于有限元方法的日益完善以及相应分析软件的成熟,使它成为研究汽车NVH特性的重要方法.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,其准确度也大大提高.
与有限元方法相比,边界元方法(BEM)降低了求解问题的维数,能方便地处理无界区域问题,并且在计算机上也可以轻松地生成高效率的网格,但计算速度较慢.对于汽车车身结构和车室内部空腔的声固耦合系统也可以采用边界元法进行分析,由于边界元法在处理车室内吸声材料建模方面具有独特的优点,因此正在得到广泛的应用.
以空间声学和统计力学为基础的统计能量分析(SEA)方法是将系统分解为多个子系统,研究它们之间能量流动和模态响应的统计特性.它适用于结构、声学等系统的动力学分析.对于中高频（300HZ）的汽车NVH特性预测,如果采用FEM或BEM建立模型,将大大增加工作量而且其结果准确度并不高,因此这时采用统计能量分析方法是合理的.有人利用SEAM软件对某皮卡车建立了SEA模型,分析了它在250Hz以上的NVH特性并研究了模型参数对它的影响,得到令人满意的结果.
3.NVH特性研究在改进汽车乘坐舒适性中的应用
NVH特性的研究不仅仅适用于整个汽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.这时一圾是针对汽车的某一个系统或总成进行建模分析,找出对乘坐舒适性影响最大的因素,通过改善激励源振动状况(降幅或移频)或控制激励源振动噪声向车室内的传递来提高乘坐舒适性.
汽车动力总成悬置系统的隔振研究以及发动机进排气噪声的研究是改善整车舒适性的重要内容,动力总成液压悬置系统的发展与完善使这一问题得到较好的解决.悬架系统和转向系统对路面不平度激励的传递和响应对驾驶员及乘客的乘坐舒适性有很大影响,分析悬架系统的动力学特性可以改善它的传递特性,减少振动和噪声；通过对转向操纵机构和仪表板进行有限元分析,可以使转向柱管、方向盘的固有频率移出激励频率范围并保证仪表板的响应振幅最小.汽车制动时产生的噪声严重影响了车室内乘员的舒适性,实验证明制动噪声主要是由于制动器摩擦元件磨损不均匀造成的,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整车NVH特性.另外,随着车速的不断提高,高速流动的空气与车身撞击摩擦产生的振动噪声已经成为车室噪声的重要来源.
汽车在使用一段时间之后,一些元件(如传动系的齿轮、联轴节、悬架中的橡胶衬套、制动器中的制动盘等)的磨损将对整车的NVH特性产生重要影响,它们的强度、可*性和灵敏度分析是研究整车特性的重要工作,这也就是所谓高行驶里程下汽车NVH特性的研究.