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汽車NVH相關試驗簡述

2019-06-29 00:22:57·  來源：易萌森戈CAE工作室  作者：黃森  
　
汽車NVH試驗研究主要以性能指標測試、故障診斷、道路模擬試驗等為研究內(nèi)容。任何一款新車型，在開發(fā)過程中都要對整車各項性能指標進行檢驗驗證，同樣對于整車的N
汽車NVH試驗研究主要以性能指標測試、故障診斷、道路模擬試驗等為研究內(nèi)容。任何一款新車型，在開發(fā)過程中都要對整車各項性能指標進行檢驗驗證，同樣對于整車的NVH性能指標，在開發(fā)過程中各個環(huán)節(jié)都要對其進行試驗驗證，如車內(nèi)振動目標值試驗驗證、車外噪聲目標值試驗驗證、發(fā)動機懸置性能試驗驗證等。對于現(xiàn)有車型存在的NVH問題，可以通過試驗手段進行測試分析，查找產(chǎn)生問題的原因，提出可行性的工程治理方案，最后通過試驗驗證治理結(jié)果。由此可以看出試驗手段在汽車NVH特性研究中的重要性。

NVH試驗內(nèi)容主要有以下幾個方面：

①振動試驗：白車身、整車及零部件模態(tài)試驗；振動響應測量；異響識別；隔振器剛度、隔振率測量等。

②噪聲測試：聲腔模態(tài)、車內(nèi)噪聲、通過噪聲、進排氣系統(tǒng)噪聲、動力總成輻射噪聲、殼體輻射噪聲等。

③  靈敏度測量：聲學靈敏度測量、振動靈敏度測量、聲傳遞損失測量等。

1、模態(tài)試驗簡介

模態(tài)分析一般分為如下的四個步驟：

第一步：建立測試系統(tǒng)。 所 謂建立測試系統(tǒng)就是確定實驗對象，選擇激振方式，選擇力傳感器和響應傳感器，并對整個測試系統(tǒng)進行校準。

第二步：測量被測系統(tǒng)的響應數(shù)據(jù)。 這是試驗模態(tài)的關鍵一步，所測量得到的數(shù)據(jù)的準確性和可靠性直接影響到模態(tài)試驗的結(jié)果。 在某一激振力的作用下被測系統(tǒng)一旦被激振起來，就可以通過測試儀器測量得到激振力或響應的時域信號，通過輸血手段將其轉(zhuǎn)化為頻域信號，就可以得到系統(tǒng)頻響函數(shù)的平均估計，在某些情況下不要求計算頻響函數(shù)，只需要時間歷程就可以了。

第三步：進行模態(tài)參數(shù)估計。 即利用測量得到的頻響函數(shù)或時間歷程來估計模態(tài)參數(shù)，包括： 固有頻率，模態(tài)振型，模態(tài)阻尼，模態(tài)剛度和模態(tài)質(zhì)量等。

第四步：模態(tài)模型驗證。 它是對第三步模態(tài)參數(shù)估計所得結(jié)果的正確性進行檢驗，它是對模態(tài)試驗成果評定以及進一步對被測系統(tǒng)進行動力學分析的必要過程。

模態(tài)試驗前需要準備的儀器有動態(tài)信號采集儀、激振器、加速度傳感器、力傳感器及電荷適調(diào)器等。 為保證傳感器、輸入通道及測點的方向一致對應，應預先規(guī)定好車輛坐標系。 制定的模態(tài)試驗分析方法步驟如圖1所示。
 
圖1 模態(tài)試驗分析方法步驟

在測點布置方面需要注意，首先要保證所有的測點連接起來之后可以描繪出被測對象（如車身或者車架的）輪廓形狀，盡量反映出各階振型的變化形態(tài)；其次在布置測點時要注意傳感器的布置方向應與預先規(guī)定的方向一致，對于不易布置的點，可以選擇鄰近的平面去布置，保證數(shù)據(jù)在方向上的準確性；最后通過計算模態(tài)分析可以觀察到剛度弱的部件，在這些部件處應多布置一些測點以反映局部振動情況。激振點應盡量選擇各階振型位移較大的地方。
 
圖2模態(tài)測試
 
2. 車內(nèi)噪聲值測試
圖3消聲室車內(nèi)噪聲測試
 
車內(nèi)噪聲標桿值測試的目的主要是獲取競爭車型或設計新車型的車內(nèi)噪聲量值，為新車型車內(nèi)噪聲目標值設定提供參考依據(jù)；同時驗證開發(fā)的車型車內(nèi)噪聲值是否達到設計要求。標桿值測試是NVH性能基礎性數(shù)據(jù)測試，不論是新車型開發(fā)還是現(xiàn)有車型性能測試都需要做這項試驗。因此，要保證試驗重復性、可靠性、可比性，就需要對試驗對象、測試環(huán)境、測點位置、測試工況等設計定義。由于汽車車內(nèi)噪聲級明顯與測量位置有關， 應該選取能夠代表駕駛員和乘員耳旁的車內(nèi)噪聲分布的測點。以M1類汽車測試為例，一般選取駕駛員右耳和右后座乘員左耳的位置為測量點，傳聲器具體的安裝位置如圖5.47所示。
 
圖4測點布置
 
車內(nèi)噪聲測點布置
 
用戶所關心的車內(nèi)噪聲，主要表現(xiàn)在以下幾種工況的車內(nèi)噪聲：怠速工況下噪聲級高低、全負荷工況下噪聲級高低、高速工況下車內(nèi)語音清晰度指數(shù)、高速工況下車內(nèi)噪聲級高低等。因此，對車內(nèi)噪聲測試的試驗工況分為定置工況和路試工況。其中，定置工況下主要測試發(fā)動機在怠速和不同轉(zhuǎn)速下的車內(nèi)噪聲量值；路試工況主要測試勻速行駛、加速行駛、減速行駛、急加速工況下的車內(nèi)噪聲量值。

路面對于車內(nèi)噪聲的影響是不同的，因此進行車內(nèi)噪聲目標值測試的過程中，一般還要選擇幾種典型的路面進行測試，主要包括粗糙路面、光滑路面和沖擊路面。車內(nèi)噪聲的評價主要是噪聲量值大小和聲品質(zhì)。由于車內(nèi)噪聲直接作用于人耳，所以噪聲量值的大小用dB（A）來表示，對于其頻率特性，采用聲功率密度函數(shù)來分析，頻率分辨率要求達到1 Hz。聲品質(zhì)是指聲給人的特有的聽覺感受，聲品質(zhì)好是指人們察覺不到噪聲的存在或者聲音并不讓人煩惱，而聲品質(zhì)壞是指噪聲使人不舒服并讓人有煩惱的感受。對于聲品質(zhì)的評價，主要包括響度、音色、音調(diào)、尖銳度、粗糙度、抖晃度、語音清晰度等指標。

3. 異響識別試驗

汽車出現(xiàn)NVH問題，主要包括整車或零部件出現(xiàn)各種不明的、異常的噪聲振動，系統(tǒng)或零部件的NVH目標值沒有達到設計要求，產(chǎn)生這些問題的根源就是要診斷的故障目標。NVH故障診斷的主要途徑從查找噪聲振動源、分析噪聲振動傳遞路徑入手，找出問題的原因，提出解決方案。噪聲源識別試驗

分析分為以下幾個步驟來進行：

① 主觀評價；

② 試驗設計；

③ 數(shù)據(jù)采集；


④ 數(shù)據(jù)分析；

④   得出結(jié)論。

制定獲取異響噪聲的試驗工況，分為路試工況和定置工況，如表1和表2所示。

表1路試工況

表2定置工況

測點選取遵循近場測量的原則，再結(jié)合信號處理的方法對異響進行測量分析。如果認定該異響噪聲與發(fā)動機、變速箱密切相關，就在發(fā)動機、變速箱近場布置傳聲器和加速度傳感器，同時在駕駛室內(nèi)布置相應的輸出傳聲器，主要位置包括駕駛員左右耳、副駕駛左右耳、后排座右乘員左右耳、后備廂，具體測點位置如圖5所示。

圖5測點布置

圖6 共振問題示意

4. 動力總成輻射噪聲測試

測試動力總成輻射噪聲通常是在發(fā)動機運轉(zhuǎn)時， 在距離發(fā)動機1 m處用聲功率計測試。動力總成可以安裝在臺架上，在發(fā)動機消聲室內(nèi)測試，也可以在車載狀態(tài)下測試。兩種測試方法的結(jié)果當然會有一定的差別，要根據(jù)實際情況來選擇。測試的位置一般包括發(fā)動機上方、進氣側(cè)、排氣側(cè)和底部。圖7所示為動力總成輻射噪聲消聲室測試。

圖7 發(fā)動機噪聲測試

圖8某款發(fā)動機噪聲測試曲線

5. 進氣噪聲測試

進氣噪聲測試是在消聲內(nèi)進行測試，樣車左右兩側(cè)前輪停放在轉(zhuǎn)鼓上，而當汽車前輪轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)鼓用來模擬實際道路阻力，這樣測得的進氣噪聲接近于實際路況的情況。在將進氣系統(tǒng)與節(jié)氣門體安裝之前，首先要在發(fā)動機艙上面鋪上隔音材料，比如鉛板和隔音墊，如圖8所示，這是為了在實驗進行中，將發(fā)動機艙內(nèi)的噪聲隔離，使其不會影響進氣系統(tǒng)進氣口測得的噪聲。一般情況下，隔離后發(fā)動機艙內(nèi)傳出的噪聲要小于3～5dB。  在進氣口的軸線上距離進氣口100mm，與中心線垂直的角度放置一個傳聲器來測量的。如果測試的位置有障礙物，應盡可能拆除。試驗時，發(fā)動機、驅(qū)動系統(tǒng)等按正規(guī)式樣，冷卻系統(tǒng)保持關閉狀態(tài)。測試應該在帶底盤驅(qū)動電機的消聲室內(nèi)進行，如圖9所示。
 

圖9進氣噪聲測試

6. 排氣噪聲測試

排氣噪聲測試是在排氣管500 mm處以45°入射角進行測試的，需要關注的是總的聲壓級和發(fā)動機點火階次聲壓級。排氣噪聲可以在試驗臺架上進行，也可以在實車上進行。圖10所示為排氣噪聲臺架測試。實車測試時，應該采取必要的措施以排除進氣噪聲、路面噪聲的影響。
 
圖10排氣噪聲測試示意圖

7. 路面噪聲測試

路面噪聲主要是指輪胎噪聲。影響路面噪聲的因素包括路面、輪胎類型、車速等。汽車在高速行駛時，路面噪聲占車內(nèi)噪聲的主導地位。對路面噪聲的以及路面噪聲對車內(nèi)噪聲的影響。

8. 風噪聲測試

為了消除輪胎和發(fā)動機噪聲的影響， 風噪聲測試一般需要在聲學風洞試驗室內(nèi)進行，汽車靜止不動，由風洞產(chǎn)生不同速度的氣流，模擬風噪聲對汽車的影響。測試結(jié)果主要關注車外流場分布、車外特定點的空氣壓力和速度、車體振動和車內(nèi)噪聲。

9. 通過噪聲測試

通過噪聲測試大多數(shù)是在露天試驗場測試，如圖11所示。試驗場包括一個長20m、寬20 m的主體部分，10 m長的駛?cè)氲缆泛?0 m長的駛出道路，這兩條道路的寬度至少為3 m。在駛?cè)牒婉偝龅牡缆穬蛇呥€要有與之連接的道路，以便汽車開進和離開試驗場地。通過噪聲的試驗場必須滿足下面的條件和測量要求：

① 聲場條件：在50 m半徑范圍內(nèi)，不能有明顯的障礙物，如建筑物、墻壁、橋梁和巖石等；在傳聲器附近，不能有任何影響聲場的物體；人不能站在聲源和傳聲器之間。

② 背景噪聲： 一般要求背景噪聲比汽車通過時的噪聲低15dB， 絕對不能低于10 dB。

③ 路面條件：路面要非常平，其誤差不能超過±0.05m，路面的材料不能吸聲。
圖11通過噪聲測試
  
④ 天氣條件：大氣的溫度在0 ℃～40 ℃。在傳聲器高度處的風速不能超過5 m/s，下雨的時候不能進行測試。

⑤ 傳聲器的位置： 如圖5.56所示， 兩個傳聲器放在試驗場的南北中軸線上，離水平中軸線的距離為（7.5±0.05）m，傳聲器離地面的高度為（1.2±0.02）m。

⑥ 測量次數(shù)：每邊最少測量4次，4次測量中，每兩次測量的最大噪聲的差值不能超過2 dB，否則要增加測量次數(shù)。

⑦ 汽車的速度：不同的汽車（如轎車和卡車等）和不同的變速器（如自動變速器和手動變速器），到達A—A線時的速度和離開B—B線時的速度是不一樣的，SAE J1470和其標準中都有詳細規(guī)定，讀者可以參閱有關標準。一般情況下，到達A—A線時的速度應該為50 km/h。汽車應該沿著水平中心線行駛，當接近A—A線時，盡快將油門踩到底，發(fā)動機全負荷工作。一直保持這種狀態(tài)，直到汽車的尾部離開B—B線，這時迅速放開油門。露天測試通過噪聲，對試驗場的要求不高，測試起來非常方便，成本低，但卻受到自然因素的限制，在風大和下雨的天氣下不能測試。對于位于北方的試驗場，整個冬天都不能進行試驗。于是，有的公司就建了室內(nèi)通過噪聲試驗室。這樣的試驗室是一個巨大的半消聲室，汽車放在試驗臺架上，汽車帶動試驗臺架上的輪子運動。在汽車兩邊各放一排傳聲器，如圖12所示，這樣就可以模擬汽車運動狀況。

圖12室內(nèi)通過性噪聲測試示意
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