汽车(NVH)测试与分析课件

汽车振动与噪声(NVH)测试与分析华南理工大学机械与汽车工程学院丁康教授2012年10月9日汽车振动与噪声(NVH)测试与分析华南理工大学机械与汽1第一部分：汽车NVH概述第二部分：汽车NVH测试内容第三部分：NVH测试实例主要内容第一部分：汽车NVH概述主要内容21.NVH的定义2.必要性和意义3.汽车噪声法规和标准4.汽车NVH的分类和控制方法5.我国汽车NVH研发设计水平6.国内外汽车噪声预测理论方法第一部分：汽车NVH概述1.NVH的定义第一部分：汽车NVH概述31Noise（噪声）2Vibration(振动)3Harshness(声振粗糙度)1.NVH的定义噪声和振动的品质主观评价1Noise2Vibration3Harshness1.N4车辆NVH系统的内在关系车辆NVH系统的内在关系5NVH问题产生的后果NVH问题产生的后果62.必要性和意义汽车约有1/3的故障问题与NVH有关，而各大公司有近20%的研发费用消耗在解决车辆的NVH问题上，中高档轿车在研发期间与NVH有关的实验量最大；汽车的NVH性能已被越来越多的用户所重视，用户需求是企业动力；良好的NVH性能是汽车企业竞争力的体现，高档汽车对NVH性能要求很高；噪音污染是三大污染之一，国家制定法规和标准来控制噪声的污染和对人体的危害。2.必要性和意义7汽车(NVH)测试与分析课件83.汽车噪声法规和标准GB1495-2002《汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法》(M1是包括驾驶员在内不超过9座，最大质量不超过1000KG)3.汽车噪声法规和标准GB1495-2002《汽车加速行驶9汽车(NVH)测试与分析课件10GB16170—1996汽车定置噪声限值GB16170—1996汽车定置噪声限值114.汽车NVH的分类和控制4.汽车NVH的分类和控制12汽车(NVH)测试与分析课件13汽车(NVH)测试与分析课件14汽车(NVH)测试与分析课件15汽车(NVH)测试与分析课件16汽车(NVH)测试与分析课件17汽车(NVH)测试与分析课件18汽车(NVH)测试与分析课件19汽车(NVH)测试与分析课件20汽车(NVH)测试与分析课件21汽车(NVH)测试与分析课件225.我国汽车NVH研发设计水平较国外先进水平滞后15-20年，相当于国外90年代中期水平。国内较领先的是长安、奇瑞等。自主品牌NVH性能开发现状：目标及分解不明确没有足够的多方案设计不能再开发的前期发现问题在前期不能做到与其他性能间的平衡与D&R工程师的合作不密切不能预测工装车NVH性能5.我国汽车NVH研发设计水平较国外先进水平滞后15-20236.国内外汽车噪声预测理论方法有限元法边界元法中低频统计能量法高频6.国内外汽车噪声预测理论方法有限元法边界元法中低频统计241.汽车NVH试验2.测试中的信号处理3.结构声灵敏度测试分析4.声隔离测试分析5.声源识别6.发动机悬置性能测试分析第二部分：汽车NVH内容1.汽车NVH试验第二部分：汽车NVH内容251、汽车NVH试验1、汽车NVH试验26汽车(NVH)测试与分析课件27汽车(NVH)测试与分析课件28汽车(NVH)测试与分析课件29汽车NVH试验系统汽车NVH试验系统301.传感器2.电荷放大器3.数据采集系统4.便携式计算机测试设施与设备1.传感器2.电荷放大器3.数据采集系统4.便携式计31汽车(NVH)测试与分析课件32汽车(NVH)测试与分析课件3394dB(A)94dB(A)34汽车(NVH)测试与分析课件35汽车(NVH)测试与分析课件36汽车(NVH)测试与分析课件37汽车(NVH)测试与分析课件38汽车(NVH)测试与分析课件39汽车(NVH)测试与分析课件40汽车(NVH)测试与分析课件41

2.测试中的信号处理频谱分析是现代信号处理技术最基本和最常用的方法之一，在机械、电力、图像处理、电子对抗、仪器仪表等许多领域的生产实践和科学研究中获得极为广泛的应用。频谱分析2.测试中的信号处理频谱分析是现代信号处理技术最基本和42在时频域的转化关系中设：采样频率采样点数，FFT和谱分析点数采样时间间隔转化为频域的频率分辨率（离散频谱相邻两谱线间的频率间隔）在时频域的转化关系中设：采样频率采样点数，FFT和谱分析点数43时间与频率之间存在下列关系：（1）采样频率与采样时间间隔互为反比（2）频率分辨率时域：频域：直流分量：时间与频率之间存在下列关系：（1）采样频率与采样时间间隔互为44时域：幅值谱：自谱：对数谱：理想无泄露状态下，一般时频域幅值之间有下列关系：时域：幅值谱：自谱：对数谱：理想无泄露状态下，一般时频域幅值45汽车(NVH)测试与分析课件46信号离散引起的误差信号离散引起的误差47采样采样48汽车(NVH)测试与分析课件49汽车(NVH)测试与分析课件50加窗加窗51采样定理为：连续的时域信号x(t)，如果其频率只分布在有限频率区域内，即

则它可由等时间间隔序列唯一确定的条件是

从物理意义上讲，条件如果不满足，采样频率小于信号可能具有最大频率的2倍，那么在此信号的一个周期内采样的数据不超过2个，采样的离散序列不足以表现信号的周期性，因此会产生假频或称频率混淆。采样定理与频率混淆采样定理为：连续的时域信号x(t)，如果其52当采样频率确定后，如果信号中包含有高于采样频率一半的频率成分，将折叠到分析频率范围内，并与该频率内的数据发生混淆。时的频率混叠现象根本原因：时域离散化和连续信号中具有的最高频率成分大于采样频率的一半。当采样频率确定后，如果信号中包含有高于采样53实际产生混频折叠方式：第一、三、五等奇次折叠以为对称轴产生折叠。第二、四、六等偶次折叠以零频率为对称轴产生折叠。消除频率混淆的方法有两种:一：提高采样频率；二：在进行采样之前用模拟式低通滤波器抗混滤波器进行低通滤波。低通滤波器滤波特征实际产生混频折叠方式：消除频率混淆的方法有两种:低通滤波器滤54传递分析的目的是研究系统的固有特性。通过测量力和响应，研究两者随频率变化的比例来估计系统的固有特性，主要是研究系统的固有频率、阻尼比等。相干函数是用来检验传递函数测试结果的可靠性的，只有相干函数值高（最大为1）点的传递才有意义。设系统的输入函数为，输出为，系统的传递函数定义为：传递函数和相关分析传递分析的目的是研究系统的固有特性。通过测量55相干函数(凝聚函数)定义为：为输入信号与输出信号的互谱。在多段平均时，相干系数才有意义，相干系数只进行一段传递函数分析，相干系数恒为1。式中：分别为输入和输出信号的自谱，传递函数两种表示法：1）用实部和虚部表示；2）用幅值和相位表示。相干函数(凝聚函数)定义为：为输入信号与输出信号的互谱56幅频特性：相频特性：在实际计算中，传递函数有四种计算方法，称为估计方法，其中估计是传递函数的有偏估计，估计是传递函数的无偏估计。实际使用中，估计是应用最广泛的传递函数计算方法。实频特性：虚频特性：幅频特性：相频特性：在实际计算中，传递函数有四种计57传递函数的估计算法：传递函数的估计算法：传递函数的估计算法：传递函数的估计算法：传递函数的估计算法：传递函数的估计算法：传递函数的估计算法58传递函数激振器法力锤法传递函数激振器法力锤法59汽车(NVH)测试与分析课件60相干函数相干函数61某金属框架实测的传递函数实频和虚频特性只有在幅频特性或虚频特性峰值处的频率附近的相干系数很高(工程测试一般要求大于0.7)频率才是系统的固有频率。注意:某金属框架实测的传递函数实频和虚频特性只有在幅频特性或虚62某金属框架实测的传递函数幅频特性和相干函数某金属框架实测的传递函数幅频特性和相干函数63倍频程倍频程64定义：若使每一频带的上限频率比下限频率高一倍，即频率之比为2，这样划分的每一个频程称1倍频程，简称倍频程。如果在一个倍频程的上、下限频率之间再插入两个频率，使4个频率之间的比值相同（相邻两频率比值=1.26倍）。这样将一个倍频程划分为3个频程，称这种频程为1/3倍频程。定义：若使每一频带的上限频率比下限频率高一倍，即65将频谱分为若干个频段，每个频段为一个频程，以直方图表示。N=1:一倍频程，简称倍频程N=1/3:三分之一倍频程N=1/12:十二分之一倍频程…中心频率：带宽：连续频段：一个频段的上限频率是下一个频段的下限频率。将频谱分为若干个频段，每个频段为一个频程，以直方图表示。N=66汽车(NVH)测试与分析课件67汽车(NVH)测试与分析课件68阶次阶次69汽车(NVH)测试与分析课件70阶次分析实现方法阶次分析实现方法71FFT谱图和Order谱图FFT谱图和Order谱图72结构噪声和空气传播噪声相互叠加形成车内噪声。结构噪声分析方法仿真分析试验分析相互补充3.结构声灵敏度测试分析结构噪声和空气传播噪声相互叠加形成车内噪声。结构噪声仿真分析73外界激励源直接激励或传递到车身，引起车体及壁板件振动并与车内声腔耦合而产生的车内噪声，简称为“结构声”。“结构声”主要通过车身结构的模态匹配、声灵敏度等进行控制。噪声源振动源结构传递途径接受体主观感受外界激励源直接激励或传递到车身，引起车体及壁板件振动并与车内74结构噪声控制—车身声灵敏度路面噪声是路面/轮胎系统的振动经悬架系统,使车身发生振动的车内噪声。因此车身是把悬架传递过来的振动变换为声的关键要素设计时要尽可能地减少变换效率(即车身声灵敏度)。车身声灵敏度是指给车体的悬架安装点加振时车室内声压。为了使车身声灵敏度减小,常见方法是增加悬架安装点车体刚度和优化地板等发音部分刚度和阻尼。仿真试验车身有限元模型车身灵敏度试验结构噪声控制—车身声灵敏度路面噪声是路面/轮胎75结构噪声控制—板件声贡献量分析仿真建立白车身分析模型仿真方法分析计算板件声音贡献量分析结构优化提高刚度增加阻尼验证轿车乘坐室内噪声是由组成乘坐室的所有板件振动引起的,车身板件的不同区域对于乘坐室内部任意位置声压的贡献是不同的。因此在结构修改之前有必要进行面板声学贡献度分析(PACA),以确定对乘坐室内噪声影响最大的结构板件,这是进行乘坐室低噪声设计的重要环节和有效手段。结构噪声控制—板件声贡献量分析仿真建立白车身分析模型仿真方法76前围板地板顶棚后背箱验证结构噪声控制—板件声贡献量分析试验车身主要板件示意图板件声振频谱板件声振模态和贡献量分析板件结构优化和阻尼片布置高灵敏度频率前围板地板顶棚后背箱验结构噪声控制—板件声贡献量分析试验车身774.声隔离测试分析车内噪声结构声(低频)空气声(中高频)密封是关键4.声隔离测试分析车内噪声结构声(低频)空气声(中高频)密78相关实验方法该装置用于轿车仓内漏气量测量，采用低噪声风机，抽取气体，加注到轿车仓内，手动调节风机变频器改变空气流量，保持一定的压力，通过空气流量计测量轿车仓内的正压泄露量。气密性实验相关实验方法该装置用于轿车仓内漏气量测量，采用低噪声风机，抽79烟雾发生器实验渗漏检测仪在车内布置烟雾发生器，通过转向管柱孔连接鼓风机通风管至车内，利用鼓风机吹散车内烟雾，观察车身各部位漏气情况。通过接受置于车外的发射器发射的超声波的声平来评估渗漏级别。烟雾发生器实验渗漏检测仪在车内布置烟雾发生器，通过转向管柱孔80车身隔声测量根据模型布置测点建立车身结构模型车内布置声源，调节车内声压近似相等依次测量车外测点处声压值车身隔声测量根据模型布置测点建立车身结构模型车内布置声源，调81可以看到整车及各子结构在某个频率或某个频率段的声压分布，从而找到漏声严重区域。125Hz防火墙漏声严重可以看到整车及各子结构在某个频率或某个频率段的声压分布，从而82800-2000Hz后视镜前后门把手800-2000Hz后视镜前后门把手835.声源识别最常用方法声源识别常用方法

消去法：

覆盖法：

频谱分析法：

声强测试法：避免了分别运转消去法的一些部件停止转动带来的不利影响，较高的精度，低频段由于覆盖物的隔声效果较差，因而容易有较大的测量误差。简单易行，直观性强，声源定位粗略。噪声源都有不同的频率特性，如发动机噪声与点火频率有关，风扇噪声与叶片数有关，进、排气噪声与进、排气门的开闭频率有关，齿轮噪声与基节频率有关等。声强是矢量，能区分出声波入射的方向，从而找出噪声声源，并可测量可能声源的位置。5.声源识别最常用方法声源识别常用方法避免了分别运转消去84消去法采用消去法找到声源后效果明显！排气管消去法采用消去法找到声源后效果明显！排气管85消去法+频谱分析法原始状态，某试制车前座47.1dB(A),后座47.6dB(A)。88HZ频率为燃油泵频率，该频率在前后噪声的频谱图上幅值相差不大，前座噪声(红色)较小一些。88HZ消去法+频谱分析法原始状态，某试制车前座47.1dB(A),86分离油箱后，前座噪声降为42.7dB(A)。88HZ在前座噪声频谱图上的幅值明显降低，符合预期该频率由燃油泵引起。88HZ分离油箱后，前座噪声降为42.7dB(A)。88HZ在前座噪876.发动机悬置性能测试分析汽车动力总成悬置系统是指动力总成与车架或车身之间的弹性连接系统，包括汽车动力总成和悬置元件。悬置性能的评价指标：(1)静态特性（静刚度），即悬置在3个垂直方向上的力－位移曲线，一般为非线性；(2)动刚度，滞后角（阻尼系数）（动静比）低频、大振幅激励和高频、小振幅激励；(3)高频动态硬化的最低频率。6.发动机悬置性能测试分析汽车动力总成悬88悬置的静刚度静刚度值是力一位移曲线中力的变化量与位移变化量之间的比值，其计算公式为:其中F为力，S为位移。测试力一位移曲线加载过程要求无限缓慢。发动机悬置常见的刚度线性静态:100～300N/mm悬置的静刚度89悬置的动刚度

动刚度为物体抵御动态外力的能力

最简单的动态外力

一般来说，橡胶悬置元件动刚度K*受4个工况因素的影响:激励频率，预载荷，温度和动态载荷幅值。在每一个不同频率的激励下，橡胶悬置的力一位移循环形成一个如下图所示的迟滞回线，所包含的面积，就是由于橡胶悬置的内部阻尼而消耗的功，代表消耗的量。

悬置的动刚度90根据迟滞回线，可以计算橡胶悬置在该频率下的动刚度K*、存储刚度k’、损失刚度K和阻尼滞后角计算公式如下:迟滞回线示意图及刚度阻尼关系图根据迟滞回线，可以计算橡胶悬置在该频率下的动91德国MTS（液压测试机）831型弹性体测试系统悬置与刚度特性测试悬置测试设备德国MTS（液压测试机）831型弹性体测试系统悬置与刚92某直列式4缸发动机的橡胶悬置作为试件，激振频率为40Hz、振幅为0.5mm、预载500N时,激励位移与恢复力的时域关系。橡胶悬置激励位移和恢复力某直列式4缸发动机的橡胶悬置作为试件，激振频率为40H93橡胶悬置的动刚度曲线动刚度：对激振频率和振幅有较大的依从性,随频率的增大而增大,随振幅的增大而减小;滞后角：在60Hz以下随着频率和振幅的增大而略有增大,在60Hz以上却会减小。不同位移激励的橡胶悬置低频动态特性不同位移激励的橡胶悬置高频动态特性（a）动刚度（b）滞后角（a）动刚度（b）滞后角橡胶悬置的动刚度曲线动刚度：对激振频率和振幅有较94橡胶悬置的动静刚度比随激振频率增大而非线性增大，在60Hz左右超过2，表明此时悬置黏弹滞后性大，动刚度显著增大，隔振性能变差。橡胶悬置的动静刚度比动静刚度比橡胶悬置的动静刚度比随激振频率增大而非线性增大951.动应变测试2.发动机扭振测试分析3.白车身模态分析第三部分：NVH测试实例1.动应变测试第三部分：NVH测试实例961.动应变测试某轻型卡车的离合器壳体投入使用前，通过实车安装下的动应变测试试验,分析其动应变值的大小与分布，为其强度分析提供试验依据。1.动应变测试某轻型卡车的离合器壳体投97测试方法设备：1)温度自补偿型单轴应变片2)YE29003A桥盒24个3)江苏联能YE3817C型6路动态应变放大仪4台4)德国米勒贝姆（BBM）数据采集分析系统，包括28路模拟输入通道的MKII动态数据采集仪和配有PAK数据采集分析软件的笔记本电脑。离合器壳上应变片

桥盒数据采集分析系统（BBM)应变放大仪传动轴上加载不平衡量设备：1)温度自补偿型单轴应变片离合器壳上应变片98测点分布在离合器壳体上按顺时针方向布置31个测点，测点主要布置在离合器与发动机的螺栓联接处及加强筋两侧。测点3测点10测点13测点分布测点3测点10测点1399测试工况将车的后轮支起，在传动轴上加装不平衡块(24g)。1)分别挂上空档、1档、2档、3档、4档和5档，将油门踩到底，待发动机转速稳定后测试离合器壳体上各测点的动应变。2)挂上5档，缓慢踩下油门直至到底，测试升速下各测点的动应变。测试实况图如下图所示。测试工况100汽车(NVH)测试与分析课件101测试数据分析（1）稳定工况各测点在各档下动应变峰值如下图，测点3的动应变最大。

测试数据分析（1）稳定工况102取动应变最大的测点3为例，分别做出各档下的频谱图，3档的动应变峰值频谱图如下图：1倍频半倍频的3倍2倍频半倍频的5倍3倍频4倍频1-4档位下基本没有发动机输出转频当油门踩到底时，各档发动机的转速约4000rpm，即转频约为67hz。取动应变最大的测点3为例，分别做出各档下的频1035档的动应变峰值频谱图如下图：3倍频4倍频92.1hz,发动机输出轴的转频1倍频2倍频半倍频的5倍5档的动应变峰值频谱图如下图：3倍频4倍频92.1hz,发动104（2）升速工况测点3时频分析如图所示：（2）升速工况105结论从稳定工况可以看出：1.各测点中测点3的动应变最大；2.当传动轴转速较低时，各测点的动应变基本只受发动机振动的影响，受传动轴的不平衡的影响很小，如在1-4档；3.当传动轴转速较高，如在5档且发动机转速达最高时，各测点动应变在一定程度上受到传动轴不平衡的影响，但影响相对于发动机本身的影响来说仍然较小；且一般来说，实际很少会工作在这种工况下。从升速工况可以看出：1.在整个变速器输入输出轴工作转速范围内都没有发生共振；2.受传动轴的不平衡量影响很小。结论1062.发动机扭振测试分析稳态分析方法阶比跟踪分析瞬态分析方法Kalman滤波分析转速跟踪分析基于能量重心法的转速跟踪分析法能量重心法此次测试采用方法2.发动机扭振测试分析稳态分析方法基于能量107测试方法：在发动机台架上进行发机瞬态扭振信号提取。测试实况图电涡流测功机发动机光电编码器

(EPC260)信号采集器

(MKII)测试分析系统

(PAK)

发动机测控系统测试方法：在发动机台架上进行发机瞬态扭振信号提取。测108数据分析图1瞬态扭转和转速信号数据分析图1瞬态扭转和转速信号109图2瞬态扭转信号各谐次幅值随时间变化图2瞬态扭转信号各谐次幅值随时间变化110结论

1）由图1可以看出，估计转速曲线与实测转速曲线完全吻合，充分说明了基于能量重心法的转速跟踪分析提取转速的精确性；2）由图2可以看出，基于能量重心法的转速跟踪分析幅值提取的正确性。结论1113.白车身模态分析轿车白车身模态特性分析是车身结构设计与研究的重要内容。模态频率和振型直接反映车身的动态性能，特别是车身的前几阶模态对汽车设计相当重要，识别车身系统模态对避免车身结构与声腔共振、降低车内噪声有着重要的意义。白车身试验模态有限元法试验法修正仿真模型车身动态特性研究结构优化和NVH预测仿真和试验结合3.白车身模态分析轿车白车身模态特性分1121.支撑条件支撑条件一般分为自由支撑和地面支撑两类。自由支撑应用较多。车身与橡胶绳形成的质量弹簧系统的频率远小于车身的一阶固有频率。一般要求支撑系统固有频率小于被测件第1阶固有频率的10%~20%。白车身自由支撑在ME'scope软件里建立模型1.支撑条件白车身自由支撑在ME'scope软件里建立模型1132.测点和激振点的选择测点反应车身结构，并能明确显示模态振型的特征，避开各阶振型的节点（底盘和车身连接点）对于模态可能较多的局部区域可增加测点。测点数目增加测试工作量增加测试工作量一般轿车白车身布点在200-350之间白车身A柱布点白车身B柱布点2.测点和激振点的选择测增加测试工作量增加测试工作量一般轿114单点激振法与多点激振法。(1)激励点的位置应避开系统弯扭振型的节点；(2)激励点位置的刚度应足够大。悬挂安置点、座椅安装点附近，一般为常见弯扭阵型节点。激振点选择单点激振法与多点激振法。悬挂安置点、座椅安装点附近，一般为1153.结果分析A柱B柱C柱加油口3.结果分析A柱B柱C柱加油口116在白车身自由模态计算中,前六阶模态为刚体模态,从第七阶开始为弹性模态（一阶弹性模态一般在20HZ之后）。某白车身一阶扭转模态29HZ某白车身一阶弯曲模态38HZ某白车身二阶弯曲模态52HZ某白车身二阶扭转模态38HZ车身关键框架结构影响弯扭转模态频率。频率在70Hz以下时,车身模态主要为主振型,该频段的模态特性对整车的动态性能有重要影响。在白车身自由模态计算中,前六阶模态为刚体117在弹性模态中会出现许多局部模态,它们往往是由车身局部刚度薄弱产生。根据局部模态的振型特点可以进行有针对性的车身局部薄弱结构的改进或加强。白车身零件的板厚、横截面形状及连接状态是决定其模态频率的主要因素。一般车身A柱、C柱的刚度及其和顶盖的连接刚度是影响白车身整体一阶扭转模态频率的“敏感区”。某白车身振动模态165HZ车身顶棚明显的局部模态在弹性模态中会出现许多局部模态,它们往往是由车身局部刚度薄弱118感谢！欢迎大家提问！感谢！欢迎大家提问！119汽车振动与噪声(NVH)测试与分析华南理工大学机械与汽车工程学院丁康教授2012年10月9日汽车振动与噪声(NVH)测试与分析华南理工大学机械与汽120第一部分：汽车NVH概述第二部分：汽车NVH测试内容第三部分：NVH测试实例主要内容第一部分：汽车NVH概述主要内容1211.NVH的定义2.必要性和意义3.汽车噪声法规和标准4.汽车NVH的分类和控制方法5.我国汽车NVH研发设计水平6.国内外汽车噪声预测理论方法第一部分：汽车NVH概述1.NVH的定义第一部分：汽车NVH概述1221Noise（噪声）2Vibration(振动)3Harshness(声振粗糙度)1.NVH的定义噪声和振动的品质主观评价1Noise2Vibration3Harshness1.N123车辆NVH系统的内在关系车辆NVH系统的内在关系124NVH问题产生的后果NVH问题产生的后果1252.必要性和意义汽车约有1/3的故障问题与NVH有关，而各大公司有近20%的研发费用消耗在解决车辆的NVH问题上，中高档轿车在研发期间与NVH有关的实验量最大；汽车的NVH性能已被越来越多的用户所重视，用户需求是企业动力；良好的NVH性能是汽车企业竞争力的体现，高档汽车对NVH性能要求很高；噪音污染是三大污染之一，国家制定法规和标准来控制噪声的污染和对人体的危害。2.必要性和意义126汽车(NVH)测试与分析课件1273.汽车噪声法规和标准GB1495-2002《汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法》(M1是包括驾驶员在内不超过9座，最大质量不超过1000KG)3.汽车噪声法规和标准GB1495-2002《汽车加速行驶128汽车(NVH)测试与分析课件129GB16170—1996汽车定置噪声限值GB16170—1996汽车定置噪声限值1304.汽车NVH的分类和控制4.汽车NVH的分类和控制131汽车(NVH)测试与分析课件132汽车(NVH)测试与分析课件133汽车(NVH)测试与分析课件134汽车(NVH)测试与分析课件135汽车(NVH)测试与分析课件136汽车(NVH)测试与分析课件137汽车(NVH)测试与分析课件138汽车(NVH)测试与分析课件139汽车(NVH)测试与分析课件140汽车(NVH)测试与分析课件1415.我国汽车NVH研发设计水平较国外先进水平滞后15-20年，相当于国外90年代中期水平。国内较领先的是长安、奇瑞等。自主品牌NVH性能开发现状：目标及分解不明确没有足够的多方案设计不能再开发的前期发现问题在前期不能做到与其他性能间的平衡与D&R工程师的合作不密切不能预测工装车NVH性能5.我国汽车NVH研发设计水平较国外先进水平滞后15-201426.国内外汽车噪声预测理论方法有限元法边界元法中低频统计能量法高频6.国内外汽车噪声预测理论方法有限元法边界元法中低频统计1431.汽车NVH试验2.测试中的信号处理3.结构声灵敏度测试分析4.声隔离测试分析5.声源识别6.发动机悬置性能测试分析第二部分：汽车NVH内容1.汽车NVH试验第二部分：汽车NVH内容1441、汽车NVH试验1、汽车NVH试验145汽车(NVH)测试与分析课件146汽车(NVH)测试与分析课件147汽车(NVH)测试与分析课件148汽车NVH试验系统汽车NVH试验系统1491.传感器2.电荷放大器3.数据采集系统4.便携式计算机测试设施与设备1.传感器2.电荷放大器3.数据采集系统4.便携式计150汽车(NVH)测试与分析课件151汽车(NVH)测试与分析课件15294dB(A)94dB(A)153汽车(NVH)测试与分析课件154汽车(NVH)测试与分析课件155汽车(NVH)测试与分析课件156汽车(NVH)测试与分析课件157汽车(NVH)测试与分析课件158汽车(NVH)测试与分析课件159汽车(NVH)测试与分析课件160

2.测试中的信号处理频谱分析是现代信号处理技术最基本和最常用的方法之一，在机械、电力、图像处理、电子对抗、仪器仪表等许多领域的生产实践和科学研究中获得极为广泛的应用。频谱分析2.测试中的信号处理频谱分析是现代信号处理技术最基本和161在时频域的转化关系中设：采样频率采样点数，FFT和谱分析点数采样时间间隔转化为频域的频率分辨率（离散频谱相邻两谱线间的频率间隔）在时频域的转化关系中设：采样频率采样点数，FFT和谱分析点数162时间与频率之间存在下列关系：（1）采样频率与采样时间间隔互为反比（2）频率分辨率时域：频域：直流分量：时间与频率之间存在下列关系：（1）采样频率与采样时间间隔互为163时域：幅值谱：自谱：对数谱：理想无泄露状态下，一般时频域幅值之间有下列关系：时域：幅值谱：自谱：对数谱：理想无泄露状态下，一般时频域幅值164汽车(NVH)测试与分析课件165信号离散引起的误差信号离散引起的误差166采样采样167汽车(NVH)测试与分析课件168汽车(NVH)测试与分析课件169加窗加窗170采样定理为：连续的时域信号x(t)，如果其频率只分布在有限频率区域内，即

则它可由等时间间隔序列唯一确定的条件是

从物理意义上讲，条件如果不满足，采样频率小于信号可能具有最大频率的2倍，那么在此信号的一个周期内采样的数据不超过2个，采样的离散序列不足以表现信号的周期性，因此会产生假频或称频率混淆。采样定理与频率混淆采样定理为：连续的时域信号x(t)，如果其171当采样频率确定后，如果信号中包含有高于采样频率一半的频率成分，将折叠到分析频率范围内，并与该频率内的数据发生混淆。时的频率混叠现象根本原因：时域离散化和连续信号中具有的最高频率成分大于采样频率的一半。当采样频率确定后，如果信号中包含有高于采样172实际产生混频折叠方式：第一、三、五等奇次折叠以为对称轴产生折叠。第二、四、六等偶次折叠以零频率为对称轴产生折叠。消除频率混淆的方法有两种:一：提高采样频率；二：在进行采样之前用模拟式低通滤波器抗混滤波器进行低通滤波。低通滤波器滤波特征实际产生混频折叠方式：消除频率混淆的方法有两种:低通滤波器滤173传递分析的目的是研究系统的固有特性。通过测量力和响应，研究两者随频率变化的比例来估计系统的固有特性，主要是研究系统的固有频率、阻尼比等。相干函数是用来检验传递函数测试结果的可靠性的，只有相干函数值高（最大为1）点的传递才有意义。设系统的输入函数为，输出为，系统的传递函数定义为：传递函数和相关分析传递分析的目的是研究系统的固有特性。通过测量174相干函数(凝聚函数)定义为：为输入信号与输出信号的互谱。在多段平均时，相干系数才有意义，相干系数只进行一段传递函数分析，相干系数恒为1。式中：分别为输入和输出信号的自谱，传递函数两种表示法：1）用实部和虚部表示；2）用幅值和相位表示。相干函数(凝聚函数)定义为：为输入信号与输出信号的互谱175幅频特性：相频特性：在实际计算中，传递函数有四种计算方法，称为估计方法，其中估计是传递函数的有偏估计，估计是传递函数的无偏估计。实际使用中，估计是应用最广泛的传递函数计算方法。实频特性：虚频特性：幅频特性：相频特性：在实际计算中，传递函数有四种计176传递函数的估计算法：传递函数的估计算法：传递函数的估计算法：传递函数的估计算法：传递函数的估计算法：传递函数的估计算法：传递函数的估计算法177传递函数激振器法力锤法传递函数激振器法力锤法178汽车(NVH)测试与分析课件179相干函数相干函数180某金属框架实测的传递函数实频和虚频特性只有在幅频特性或虚频特性峰值处的频率附近的相干系数很高(工程测试一般要求大于0.7)频率才是系统的固有频率。注意:某金属框架实测的传递函数实频和虚频特性只有在幅频特性或虚181某金属框架实测的传递函数幅频特性和相干函数某金属框架实测的传递函数幅频特性和相干函数182倍频程倍频程183定义：若使每一频带的上限频率比下限频率高一倍，即频率之比为2，这样划分的每一个频程称1倍频程，简称倍频程。如果在一个倍频程的上、下限频率之间再插入两个频率，使4个频率之间的比值相同（相邻两频率比值=1.26倍）。这样将一个倍频程划分为3个频程，称这种频程为1/3倍频程。定义：若使每一频带的上限频率比下限频率高一倍，即184将频谱分为若干个频段，每个频段为一个频程，以直方图表示。N=1:一倍频程，简称倍频程N=1/3:三分之一倍频程N=1/12:十二分之一倍频程…中心频率：带宽：连续频段：一个频段的上限频率是下一个频段的下限频率。将频谱分为若干个频段，每个频段为一个频程，以直方图表示。N=185汽车(NVH)测试与分析课件186汽车(NVH)测试与分析课件187阶次阶次188汽车(NVH)测试与分析课件189阶次分析实现方法阶次分析实现方法190FFT谱图和Order谱图FFT谱图和Order谱图191结构噪声和空气传播噪声相互叠加形成车内噪声。结构噪声分析方法仿真分析试验分析相互补充3.结构声灵敏度测试分析结构噪声和空气传播噪声相互叠加形成车内噪声。结构噪声仿真分析192外界激励源直接激励或传递到车身，引起车体及壁板件振动并与车内声腔耦合而产生的车内噪声，简称为“结构声”。“结构声”主要通过车身结构的模态匹配、声灵敏度等进行控制。噪声源振动源结构传递途径接受体主观感受外界激励源直接激励或传递到车身，引起车体及壁板件振动并与车内193结构噪声控制—车身声灵敏度路面噪声是路面/轮胎系统的振动经悬架系统,使车身发生振动的车内噪声。因此车身是把悬架传递过来的振动变换为声的关键要素设计时要尽可能地减少变换效率(即车身声灵敏度)。车身声灵敏度是指给车体的悬架安装点加振时车室内声压。为了使车身声灵敏度减小,常见方法是增加悬架安装点车体刚度和优化地板等发音部分刚度和阻尼。仿真试验车身有限元模型车身灵敏度试验结构噪声控制—车身声灵敏度路面噪声是路面/轮胎194结构噪声控制—板件声贡献量分析仿真建立白车身分析模型仿真方法分析计算板件声音贡献量分析结构优化提高刚度增加阻尼验证轿车乘坐室内噪声是由组成乘坐室的所有板件振动引起的,车身板件的不同区域对于乘坐室内部任意位置声压的贡献是不同的。因此在结构修改之前有必要进行面板声学贡献度分析(PACA),以确定对乘坐室内噪声影响最大的结构板件,这是进行乘坐室低噪声设计的重要环节和有效手段。结构噪声控制—板件声贡献量分析仿真建立白车身分析模型仿真方法195前围板地板顶棚后背箱验证结构噪声控制—板件声贡献量分析试验车身主要板件示意图板件声振频谱板件声振模态和贡献量分析板件结构优化和阻尼片布置高灵敏度频率前围板地板顶棚后背箱验结构噪声控制—板件声贡献量分析试验车身1964.声隔离测试分析车内噪声结构声(低频)空气声(中高频)密封是关键4.声隔离测试分析车内噪声结构声(低频)空气声(中高频)密197相关实验方法该装置用于轿车仓内漏气量测量，采用低噪声风机，抽取气体，加注到轿车仓内，手动调节风机变频器改变空气流量，保持一定的压力，通过空气流量计测量轿车仓内的正压泄露量。气密性实验相关实验方法该装置用于轿车仓内漏气量测量，采用低噪声风机，抽198烟雾发生器实验渗漏检测仪在车内布置烟雾发生器，通过转向管柱孔连接鼓风机通风管至车内，利用鼓风机吹散车内烟雾，观察车身各部位漏气情况。通过接受置于车外的发射器发射的超声波的声平来评估渗漏级别。烟雾发生器实验渗漏检测仪在车内布置烟雾发生器，通过转向管柱孔199车身隔声测量根据模型布置测点建立车身结构模型车内布置声源，调节车内声压近似相等依次测量车外测点处声压值车身隔声测量根据模型布置测点建立车身结构模型车内布置声源，调200可以看到整车及各子结构在某个频率或某个频率段的声压分布，从而找到漏声严重区域。125Hz防火墙漏声严重可以看到整车及各子结构在某个频率或某个频率段的声压分布，从而201800-2000Hz后视镜前后门把手800-2000Hz后视镜前后门把手2025.声源识别最常用方法声源识别常用方法

消去法：

覆盖法：

频谱分析法：

声强测试法：避免了分别运转消去法的一些部件停止转动带来的不利影响，较高的精度，低频段由于覆盖物的隔声效果较差，因而容易有较大的测量误差。简单易行，直观性强，声源定位粗略。噪声源都有不同的频率特性，如发动机噪声与点火频率有关，风扇噪声与叶片数有关，进、排气噪声与进、排气门的开闭频率有关，齿轮噪声与基节频率有关等。声强是矢量，能区分出声波入射的方向，从而找出噪声声源，并可测量可能声源的位置。5.声源识别最常用方法声源识别常用方法避免了分别运转消去203消去法采用消去法找到声源后效果明显！排气管消去法采用消去法找到声源后效果明显！排气管204消去法+频谱分析法原始状态，某试制车前座47.1dB(A),后座47.6dB(A)。88HZ频率为燃油泵频率，该频率在前后噪声的频谱图上幅值相差不大，前座噪声(红色)较小一些。88HZ消去法+频谱分析法原始状态，某试制车前座47.1dB(A),205分离油箱后，前座噪声降为42.7dB(A)。88HZ在前座噪声频谱图上的幅值明显降低，符合预期该频率由燃油泵引起。88HZ分离油箱后，前座噪声降为42.7dB(A)。88HZ在前座噪2066.发动机悬置性能测试分析汽车动力总成悬置系统是指动力总成与车架或车身之间的弹性连接系统，包括汽车动力总成和悬置元件。悬置性能的评价指标：(1)静态特性（静刚度），即悬置在3个垂直方向上的力－位移曲线，一般为非线性；(2)动刚度，滞后角（阻尼系数）（动静比）低频、大振幅激励和高频、小振幅激励；(3)高频动态硬化的最低频率。6.发动机悬置性能测试分析汽车动力总成悬207悬置的静刚度静刚度值是力一位移曲线中力的变化量与位移变化量之间的比值，其计算公式为:其中F为力，S为位移。测试力一位移曲线加载过程要求无限缓慢。发动机悬置常见的刚度线性静态:100～300N/mm悬置的静刚度208悬置的动刚度

动刚度为物体抵御动态外力的能力

最简单的动态外力

一般来说，橡胶悬置元件动刚度K*受4个工况因素的影响:激励频率，预载荷，温度和动态载荷幅值。在每一个不同频率的激励下，橡胶悬置的力一位移循环形成一个如下图所示的迟滞回线，所包含的面积，就是由于橡胶悬置的内部阻尼而消耗的功，代表消耗的量。

悬置的动刚度209根据迟滞回线，可以计算橡胶悬置在该频率下的动刚度K*、存储刚度k’、损失刚度K和阻尼滞后角计算公式如下:迟滞回线示意图及刚度阻尼关系图根据迟滞回线，可以计算橡胶悬置在该频率下的动210德国MTS（液压测试机）831型弹性体测试系统悬置与刚度特性测试悬置测试设备德国MTS（液压测试机）831型弹性体测试系统悬置与刚211某直列式4缸发动机的橡胶悬置作为试件，激振频率为40Hz、振幅为0.5mm、预载500N时,激励位移与恢复力的时域关系。橡胶悬置激励位移和恢复力某直列式4缸发动机的橡胶悬置作为试件，激振频率为40H212橡胶悬置的动刚度曲线动刚度：对激振频率和振幅有较大的依从性,随频率的增大而增大,随振幅的增大而减小;滞后角：在60Hz以下随着频率和振幅的增大而略有增大,在60Hz以上却会减小。不同位移激励的橡胶悬置低频动态特性不同位移激励的橡胶悬置高频动态特性（a）动刚度（b）滞后角（a）动刚度（b）滞后角橡胶悬置的动刚度曲线动刚度：对激振频率和振幅有较213橡胶悬置的动静刚度比随激振频率增大而非线性增大，在60Hz左右超过2，表明此时悬置黏弹滞后性大，动刚度显著增大，隔振性能变差。橡胶悬置的动静刚度比动静刚度比橡胶悬置的动静刚度比随激振频率增大而非线性增大2141.动应变测试2.发动机扭振测试分析3.白车身模态分析第三部分：NVH测试实例1.动应变测试第三部分：NVH测试实例2151.动应变测试某轻型卡车的离合器壳体投入使用前，通过实车安装下的动应变测试试验,分析其动应变值的大小与分布，为其强度分析提供试验依据。1.动应变测试某轻型卡车的离合器壳体投216测试方法设备：1)温度自补偿型单轴应变片2)YE29003A桥盒24个3)江苏联能YE3817C型6路动态应变放大仪4台4)德国米勒贝姆（BBM）数据采集分析系统，包括28路模拟输入通道的MKII动态数据采集仪和配有PAK数据采集分析软件的笔记本电脑。离合器壳上应变片

桥盒数据采集分析系统（BBM)应变放大仪传动轴上加载不平衡量设备：1)温度自补偿型单轴应变片离合器壳上应变片217测点分布在离合器壳体上按顺时针方向布置31个测点，测点主要布置在离合器与发动机的螺栓联接处及加强筋两侧。测点3测点10测点13测点分布测点3测点10测点13218测试工况将车的后轮支起，在传动轴上加装不平衡块(24g)。1)分别挂上空档、1档、2档、3档、4档和5档，将油门踩到底，待发动机转速稳定后测试离合器壳体上各测点的动应变。2)挂上5档，缓慢踩下油门直至到底，测试升速下各测点的动应变。测试实况图如下图所示。测试工况219汽车(NVH)测试与分析课件220测试数据分析（1）稳定工况各测点在各档下动应变峰值如下图，测点3的动应变最大。

测试数据分析（1）稳定工况221取动应变最大的测点3为例，分别做出各档下的频谱图，3档的动应变峰值频谱图如下图：1倍频半倍频的3倍2倍频半倍频的5倍3倍频4倍频1-4档位下基本没有发动机输出转频当油门踩到底时，各档发动机的转速约4000rpm，即转频约为67hz。取动应变最大的测点3为例，分别做出各档下的频2225档的动应变峰值频谱图如下图：3倍频4倍频92.1hz,发动机输出轴的转频1倍频2倍频半倍频的5倍5档的动应变峰值频谱图如下图：3倍频4倍频92.1