《NVH與汽車發(fā)展》課件

NVH與汽車發(fā)展汽車工業(yè)的發(fā)展不僅體現(xiàn)在性能和外觀的提升,也離不開對噪音、振動和粗糙度(NVH)的不斷改善。了解NVH特性對提高汽車乘坐品質(zhì)、延長車輛使用壽命至關(guān)重要。NVH概述NVH定義NVH是指噪聲(Noise)、振動(Vibration)和聲波(Harshness)的縮寫，是汽車工程領(lǐng)域中一個重要的研究對象。NVH重要性NVH對車輛的駕乘舒適性、安全性和使用壽命等有著重要影響，是衡量汽車質(zhì)量的關(guān)鍵指標之一。NVH控制難點NVH涉及諸多因素，控制難度大，需要綜合運用聲學、材料學、結(jié)構(gòu)動力學等領(lǐng)域的知識。NVH的定義和重要性NVH概念NVH是指汽車在行駛過程中產(chǎn)生的噪聲、振動和舒適性的總稱。它是評判汽車性能和乘坐感受的重要指標之一。重要性良好的NVH性能不僅影響駕駛和乘車的舒適度,還關(guān)系到車輛的安全性、耐久性和燃油經(jīng)濟性。因此NVH是汽車開發(fā)的重點。設(shè)計挑戰(zhàn)改善NVH性能需要復雜的工程設(shè)計和仿真分析,涉及結(jié)構(gòu)動力學、聲學等多個學科,是汽車研發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)之一。NVH的主要影響因素材料材料特性是影響NVH的關(guān)鍵因素,不同材料在剛度、阻尼和密度等方面的差異會直接影響噪聲和振動的傳播。結(jié)構(gòu)設(shè)計零件的幾何形狀、連接方式以及整車結(jié)構(gòu)的設(shè)計都會影響振動和噪聲的產(chǎn)生和傳播。制造工藝生產(chǎn)制造過程中的各種參數(shù),如焊接、裝配等工藝也會導致NVH問題的產(chǎn)生。工作環(huán)境熱、寒、濕度等環(huán)境因素的變化也會對NVH性能產(chǎn)生影響,需要進行針對性的設(shè)計和控制。噪聲的成因與控制1源頭識別找出噪聲的產(chǎn)生源頭2路徑阻斷在聲音傳播途徑上設(shè)置隔音隔振措施3終端吸收采用消聲裝置及聲吸收材料降低噪聲控制汽車噪聲的關(guān)鍵在于從源頭、傳播途徑和終端三方面著手。首先要精確找出噪聲的產(chǎn)生源頭,如發(fā)動機、齒輪箱、車輪等。然后針對傳播路徑設(shè)置隔音隔振裝置,阻斷噪聲的傳播。最后在車內(nèi)外采用消聲器及吸聲材料,最大限度地降低噪聲的影響。振動的成因與控制1機械振動的源頭汽車上的引擎、變速箱、輪胎等部件在工作過程中會產(chǎn)生自身的振動。這些振動源通過車身結(jié)構(gòu)傳遞到整車，成為車內(nèi)振動的主要來源。2振動的傳播途徑振動通過車身結(jié)構(gòu)、懸架系統(tǒng)等機械結(jié)構(gòu)從振源傳播到乘客艙內(nèi)。不同的傳播途徑會導致振動特性的差異。3振動控制措施通過合理的減振器設(shè)計、車身結(jié)構(gòu)優(yōu)化等措施,可以有效阻隔和吸收振動,減少乘客感受到的振動。電動車還可采用主動降噪技術(shù)。聲波傳播的基本規(guī)律聲源與媒質(zhì)聲波是由聲源產(chǎn)生的機械振動在媒質(zhì)中傳播的過程。聲波傳播離不開產(chǎn)生聲波的源頭以及聲波所傳播的介質(zhì)。傳播距離和強度聲波在傳播過程中會隨距離的增大而逐漸衰減。聲波強度的衰減主要受到介質(zhì)特性、傳播距離等因素的影響。反射和折射聲波在遇到障礙物時會發(fā)生反射和折射。反射和折射的規(guī)律遵循入射角等于反射角的原理。聲波的頻率和強度聲波的頻率范圍從超低頻到超高頻，每個頻率段都有相應的聲源。聲強越高，聲音越大，對人體可能產(chǎn)生更大影響。了解不同頻段的聲源及強度有助于更好地控制噪聲。噪聲對人體的影響聽力損害長期暴露在高分貝噪音中會導致聽力受損,影響人們的日常生活與社交。生理傷害噪音干擾會引起心率加快、血壓升高,對心血管系統(tǒng)造成不利影響。心理壓力高噪音環(huán)境會造成人體重度壓力,導致失眠、焦慮等心理問題。其他影響噪音還可能引發(fā)消化系統(tǒng)問題,并且降低工作效率和學習能力。振動對車輛駕乘性能的影響乘坐舒適性過大的振動會降低車內(nèi)乘坐的舒適感,影響駕駛員和乘客的疲勞程度。操控穩(wěn)定性車身的振動會影響車輛的操控性,使駕駛員難以精確控制車輛的行駛軌跡。行車安全性劇烈的振動會影響輪胎與路面的接觸,降低制動和轉(zhuǎn)向的響應能力,威脅行車安全。汽車NVH的發(fā)展歷程120世紀初汽車問世,NVH問題初現(xiàn)220世紀中葉隔音降噪技術(shù)開始應用320世紀70年代NVH問題得到系統(tǒng)重視421世紀初主動控制技術(shù)廣泛應用汽車NVH問題自汽車誕生就一直存在。早期通過簡單的隔音和減振措施得到了初步控制。隨著汽車技術(shù)的不斷進步,NVH問題受到了更加系統(tǒng)和深入的關(guān)注。目前,主動控制技術(shù)在汽車NVH改善中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。先進NVH技術(shù)在汽車上的應用先進的NVH技術(shù)已經(jīng)在汽車行業(yè)廣泛應用,包括主動降噪、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、隔音材料、頻率分析等。這些技術(shù)可以有效減少車內(nèi)外噪音和振動,提高駕乘舒適性和車輛性能。同時,NVH技術(shù)還被廣泛應用于新能源汽車的設(shè)計與開發(fā)中,以應對電機噪音、電池振動等問題。NVH測試技術(shù)發(fā)展趨勢新型傳感器和測量裝置采用先進的麥克風、振動傳感器等，實現(xiàn)更精確、高效的噪聲和振動測量。數(shù)字信號處理技術(shù)運用高性能的數(shù)字信號處理器，提高數(shù)據(jù)采集和分析的速度和精度。虛擬仿真技術(shù)通過計算機模擬，在不實際制造原型的情況下進行NVH特性的預測和優(yōu)化。在線監(jiān)測與控制實時采集和分析NVH參數(shù)，自動進行噪聲和振動的主動控制。NVH仿真分析技術(shù)多物理場耦合仿真利用先進的有限元分析和多物理場耦合技術(shù),可以模擬噪聲、振動和聲波傳播的全過程,為NVH優(yōu)化提供寶貴依據(jù)。智能算法優(yōu)化將人工智能技術(shù)引入NVH仿真,可以大幅提高計算效率,并快速找到最優(yōu)設(shè)計方案?？梢暬O(shè)計分析先進的仿真分析軟件提供了直觀的建模界面和交互式結(jié)果展示,幫助工程師快速理解問題本質(zhì)。聲學優(yōu)化設(shè)計方法基于實驗模型通過試驗性建立聲學特性模型，識別關(guān)鍵參數(shù)對噪聲的影響。優(yōu)化設(shè)計可依此模型進行參數(shù)調(diào)整，達到降噪目標?；诜抡娣治隼肅AE仿真工具分析系統(tǒng)的聲學傳播特性,找出噪聲源及傳播路徑,從而進行針對性的優(yōu)化設(shè)計?；诼犛X評價通過聽覺實驗評估設(shè)計方案的聲音品質(zhì),結(jié)合主觀感受調(diào)整優(yōu)化,提升產(chǎn)品的噪音舒適性?；诶碚摲治鲞\用聲學理論分析系統(tǒng)的共振頻率、阻抗特性等,選擇合理的結(jié)構(gòu)參數(shù)及吸聲材料進行優(yōu)化設(shè)計。隔振降噪技術(shù)1減振基礎(chǔ)通過設(shè)置隔振裝置,將振動源和傳遞路徑隔離,大幅降低振動傳播。2材料選擇利用優(yōu)質(zhì)的減振材料,如橡膠、金屬彈簧等,可有效吸收和阻隔振動。3結(jié)構(gòu)設(shè)計合理的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計,可形成良好的減振效果,例如采用獨立支撐懸架。4吸聲降噪采用高吸音材料包覆在振動源或傳播路徑上,可有效阻隔和吸收噪音。電動車NVH控制特點電機噪音控制電動機運轉(zhuǎn)產(chǎn)生的噪音是電動車NVH控制的關(guān)鍵重點。需要采用低噪音電機設(shè)計和完善的吸振隔音技術(shù)。驅(qū)動系統(tǒng)優(yōu)化電動車的減速機、變速箱等驅(qū)動系統(tǒng)部件會產(chǎn)生振動噪音,需要進行精密設(shè)計和優(yōu)化。聲學隔離設(shè)計合理的隔音和隔振設(shè)計對于降低電動車內(nèi)外部噪聲非常關(guān)鍵。材料選擇和結(jié)構(gòu)布局是重要因素。電磁噪音控制電動車電路及電磁裝置也會產(chǎn)生噪音,需要采用電磁屏蔽等技術(shù)進行有效控制。新能源車型NVH控制措施電機噪音控制采用高性能永磁電機并通過優(yōu)化電機結(jié)構(gòu)和驅(qū)動控制策略來最大程度降低電機噪音。電池系統(tǒng)靜音利用隔音材料和減振設(shè)計來控制電池系統(tǒng)運行時產(chǎn)生的噪音和振動。減振降噪優(yōu)化通過整車的懸架系統(tǒng)、車身結(jié)構(gòu)和內(nèi)部部件的優(yōu)化設(shè)計來降低整車的噪音和振動。聲學隔離采用隔音吸音材料來達到聲學隔離,提高乘客的舒適性。NVH在整車設(shè)計中的重要地位1提高駕乘舒適性NVH性能直接影響車內(nèi)噪聲振動水平,關(guān)乎駕乘體驗。2提升整車安全性合理的NVH設(shè)計有助于增強車輛的操控穩(wěn)定性和安全性。3強化產(chǎn)品競爭力優(yōu)秀的NVH表現(xiàn)可以提升車型的整體品質(zhì)形象和市場競爭力。4促進結(jié)構(gòu)輕量化科學的NVH設(shè)計有助于實現(xiàn)車身結(jié)構(gòu)的輕量化目標。結(jié)構(gòu)NVH優(yōu)化設(shè)計模型建立建立準確的結(jié)構(gòu)有限元模型,反映車輛結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性。頻響分析通過模態(tài)分析和頻響分析,識別關(guān)鍵振動模態(tài)和頻段。優(yōu)化設(shè)計針對關(guān)鍵振動問題,采用質(zhì)量、剛度、阻尼的優(yōu)化設(shè)計方法。試驗驗證通過試驗測試,驗證結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的有效性。汽車NVH性能驗證整車NVH測試通過整車NVH測試,全面評估整車在各工況下的噪振性能,確保符合客戶要求。關(guān)鍵部件NVH分析對關(guān)鍵總成件和部件進行NVH分析測試,找出噪振的主要源頭和傳遞路徑。仿真與試驗相結(jié)合利用CAE仿真工具預測NVH性能,并與試驗數(shù)據(jù)對比驗證,提高預測精度。CAE與試驗同步在產(chǎn)品開發(fā)的各階段,CAE仿真與試驗數(shù)據(jù)相結(jié)合,促進快速優(yōu)化。整車NVH問題診斷與排查系統(tǒng)診斷全面檢查車輛各系統(tǒng),發(fā)現(xiàn)潛在的噪聲和振動源,確定問題根源。數(shù)據(jù)分析收集和分析NVH測試數(shù)據(jù),辨識問題特征,為后續(xù)解決提供依據(jù)。問題定位通過工程分析和專業(yè)診斷,準確定位噪聲和振動的發(fā)生位置。方案制定根據(jù)問題根源,制定有針對性的降噪和減振解決措施。NVH指標體系及測試方法NVH測量儀器采用先進的音頻分析儀、加速度傳感器等專業(yè)測量設(shè)備對汽車內(nèi)外部噪聲和振動進行全面采集和分析。測試實驗室在標準化的實驗室環(huán)境中，可模擬各種道路和工況條件,對汽車NVH性能進行可靠的測試和評價。測試流程通過系統(tǒng)化的測試流程,可以全面診斷汽車NVH性能,并針對問題制定有針對性的改善措施。數(shù)據(jù)分析采用先進的數(shù)據(jù)處理和分析技術(shù),可以深入挖掘NVH測試數(shù)據(jù),為優(yōu)化設(shè)計提供重要依據(jù)。整車NVH性能評價全面評估汽車整車的NVH性能,需要從多個角度進行全面分析和測試。主要包括噪聲指標、振動指標、聲學指標等的測量和分析。80噪音分貝控制車內(nèi)噪音水平在80分貝以下,以確保良好的駕乘體驗。0.5振動加速度限制車內(nèi)振動加速度在0.5g以內(nèi),提高乘坐舒適性。500聲壓級優(yōu)化車內(nèi)聲壓級在500Hz以下,降低低頻噪音對乘客的干擾。輕量化對NVH的影響重量降低輕量化通過使用新材料和優(yōu)化設(shè)計可以大幅降低整車重量,這將有利于減少振動和降低噪音。剛性優(yōu)化輕量化設(shè)計同時也需要提高車身結(jié)構(gòu)的剛性,以減少共振導致的振動和噪音。隔音改善輕量化有利于采用更有效的隔音材料和減振部件,從而更好地控制車內(nèi)外噪音。NVH對整車制造的挑戰(zhàn)復雜的工藝要求汽車制造涉及大量精密工藝,從車身裝配到內(nèi)飾安裝,每一步都對NVH性能有影響,需要精細調(diào)控。嚴格的驗證標準整車NVH性能必須經(jīng)過嚴格測試和驗證,確保達到預期指標,這增加了制造難度和投入成本。新材料應用挑戰(zhàn)新型輕量化材料的應用給NVH控制帶來新的難題,需要針對性的解決方案。電子系統(tǒng)干擾各種電子控制系統(tǒng)的噪音和振動干擾需要進行綜合管控,確保整車NVH達標。主動控制NVH技術(shù)主動噪聲控制系統(tǒng)主動噪聲控制系統(tǒng)利用反相信號來抵消噪音,通過實時監(jiān)測和分析噪聲模式,發(fā)出相位相反、幅度相同的"抵消"信號,從而從根源上降低噪音。這種主動控制方式對于高頻噪聲尤其有效。主動振動控制系統(tǒng)主動振動控制系統(tǒng)可以探測車輛振動情況,并發(fā)出相反相位的驅(qū)動信號,通過夸張的動作來抵消振動。這種方式可以有效減輕車輛內(nèi)部的振動感知。電子隔振技術(shù)電子隔振技術(shù)依靠傳感器探測車輛振動情況,然后通過電子控制系統(tǒng)驅(qū)動隔振裝置,形成能動的隔振效果。這可以大幅提升NVH性能。聲反射控制系統(tǒng)聲反射控制系統(tǒng)通過探測車內(nèi)噪音特性,并發(fā)出相位相反的聲波信號,從而實現(xiàn)對噪音的有效削減。該技術(shù)可以針對性地抑制特定頻段的噪聲。新材料在NVH中的應用隨著汽車輕量化發(fā)展趨勢,新型材料在NVH控制中發(fā)揮著重要作用。碳纖維復合材料、金屬基復合材料等新型輕質(zhì)材料不僅可以減輕整車重量,還能提高車身剛度,有效抑制振動傳播。此外,新型隔聲吸音材料也被廣泛應用于車身內(nèi)飾和發(fā)動機罩等部位,大幅降低噪聲傳播。未來,新材料的創(chuàng)新應用將持續(xù)推進汽車NVH性能的進一步優(yōu)化,為消費者帶來更靜謐舒適的駕乘體驗。NVH監(jiān)測與預測技術(shù)實時監(jiān)測利用傳感器實時監(jiān)測車輛運行中的噪聲和振動數(shù)據(jù),為后續(xù)分析和優(yōu)化提供基礎(chǔ)。故障診斷通過監(jiān)測數(shù)據(jù)分析異常情況,快速診斷故障源,提高維修效率。性能預測利用歷史數(shù)據(jù)建立預測模型,對車輛未來的NVH性能進行預測分析。優(yōu)化改進結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)和預測模型,針對具體問題進行針對性的優(yōu)化設(shè)計。未來NVH技術(shù)發(fā)展趨勢1