整车NVH控制技术

1、 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司1 博士Jian (James) Pang, Ph.D.2009年7月16日July 16, 2009长安汽车股份有限公司Changan Automobile Co. L 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司3pNVH对顾客非常重要NVH is very important to customersn NVH的好坏是顾客购买汽车的一个非常重要的因素. pNVH影响顾客的满意度NVH influences customers satisfactionn 在所有顾客不满意的问题中, 约有1/3是与NVH有关.

2、pNVH影响到售后服务NVH influences after-sale servicesn 约1/5的售后服务与NVH有关 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司4q噪声与振动（NVH）q碰撞安全性能Safetyq行驶操纵性能Dynamicsq燃油经济性能Performance/Fuel Economyq环境温度性能Climate Controlq乘坐的舒适性能Ride Comfortq排放性能Emissionq刹车性能Breakingq防盗安全性能Securityq电子系统性能Electricityq可靠性能Durabilityq。在所有动态性能领域（在所有动态性能领域（NVH， 安全碰

3、撞、操控、燃安全碰撞、操控、燃油经济性、等）中，油经济性、等）中，NVH是涉及面最广的领域。是涉及面最广的领域。p 车身车身Bodyp 发动机、变速器及动力系发动机、变速器及动力系统统Powertrianp 底盘及悬架底盘及悬架Suspensionp 环境控制系统环境控制系统Climate Controlp 电子系统电子系统Electricity p 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司5q 目标设定与分解目标设定与分解q 噪声振动源的控制噪声振动源的控制q 噪声振动传递通道的控制噪声振动传递通道的控制q NVH的评价的评价q NVH的试验与分析手段的试验与分析手段qTarget Sett

4、ing and cascading qSource ControlqPath ControlqNVH EvaluationqNVH Test and A 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司6整车系统子系统零部件战略决策开发开始项目确认试生产出厂目标分解性能验证NVH开发是一个目标制定开发是一个目标制定-分解分解-验证的过程验证的过程NVH development is a process of “Target Setting Cascading Verification”q Benchmarking Competitionq Vehicle and system level databa

5、seq Quick contribution analysis Competitive vehiclesq 目标设定Set Targetsq Future with respect to competitive actionsq Balance with respect to other attributes, cost, weightq 目标分解Cascade Requirement to Subsystemsq 设计论证Design V 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司7顾客的要求顾客的要求Customers WantCustomers Want政府法规政府法规Government

6、 Government RegulationRegulation公司的需要和技术公司的需要和技术能力能力Corporate Wants Corporate Wants and Technology Availableand Technology Available竞争车竞争车Benchmark Benchmark VehiclesV 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司8leaderAmong the leaderCompetitor车1,2,3是市场上最好的三款车Car1, car2 and car3 are the best cars in the markets这三款车作为bench

7、mark的汽车The 3 cars are used for benchmark vehicles根据benchmark的结果,设定目标Based on the benchmark test results, new target will be set up目标的分类目标的分类Target Classification:领导者Leadership: above Best-In-Class领导群体之中Among the Leaders (Best-in-Class)竞争者CompetitorTarget LevelsTarget Levelsq 整车(顾客)级目标,例如车内噪声 Vehicle

8、 level (Customer level), such as interior soundq 系统级目标, 如动力系统的噪声 System level, such as powertrain noiseq 子系统级目标, 如排气口的噪声 Subsystem level, such as exhaust tailpipe noiseq 部件级目标,如消声器的传递损失 Component level, such as Muffler TL 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司9整车级目标整车级目标Vehicle Level Target系统级目标系统级目标System Level Targ

9、et子系统级目标子系统级目标Subsystem Level Target部件级目标部件级目标Component Level Target目标分解是从上至下 Target setting is from upper level to lower level目标设定也是双向的 Target setting is a two-way processing目标分解也是双向的 Target cascading is a two-way processing开发一款车，需要设置几百个NVH目标 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司10怠速频率p 在产品开发的初期,对所有系统和部件建立模态频率表 Set

10、 up modal frequency chart for all systems and components at the beginning of production development p 为设计和目标制定提供模态分析的策略 Provide a standard modal analysis strategy for vehicle program design and target 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司11动力系统Powertrain风Wind路面Road其他Other (Structure-borne and airborne) 底盘Chassis车身Bo

11、dy 内饰Interior其他Other耳朵Drivers and passengers ears手Drivers and passengers hands (steering wheel)脚Drivers and passengers feet (pedal, toe board)座椅Drivers and passengers but (seats) 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司12q 燃烧噪声Combustion Noiseq 机械振动与噪声Mechanical Vibration & Noiseq 流动噪声Flow Noiseq 变速器啸叫Transmission Whin

12、eq 变速器敲击Transmission R 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司13排气系统排气系统Exhaust system进气系统进气系统Induction systemTailpipeOrificeq 进气口噪声Intake orifice noise q 壳体的辐射噪声Shell radiation noiseq 挂钩传递到车体的力Hanger force transferred to bodyq 排气尾管噪声Tailpipe noiseq 壳体辐射噪声Shell radiation 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司14变速箱分动器 后传递轴后驱动桥后半轴前传递轴前驱动

13、桥前半轴支撑轴承万向节Balance Planep第一阶传递轴激励First order driveline excitation (dynamic imbalance)p传递齿轮啸叫Transmission gear whine (Gear dynamic meshing force)p2阶激励2nd order excitation by Cardon J 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司15Excitation Sourcesq 路面表面的形状Road surface profileq 轮胎的刚度和压力Tire stiffness & pressureq 轮胎块的长度和形状Tir

14、e patch length and shapeq 轮胎的宽度和尺寸Tire width & sizeq 汽车的速度Vehicle 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司16 风激励噪声Wind noise: 由于气流绕着汽车运动而产生的噪声the noise caused by air movement around the vehicle 激励源Excitation:q空气动力湍流Aerodynamic turbulenceq其他: 天线的涡流, 挡风玻璃的湍流产Other: antenna vortex, windshield turbulence qCavity resonance

15、90 km/ 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司17q 车身的结构模态应该与其他相邻结构模态分开 Body Modes should be separated from other systemsq 车身结构模态应该与车身声腔模态分开 Body structural modes should be separated with body cavity modesq 白车身和装饰车身模态的刚度要足够大,以避免产生奇异噪声 White body and trimmed body modes should stiff enough to avoid causing squeak and rat

16、tleq 局部模态应该足够高,以避免引起NVH问题, 如轰鸣声, 等. Local modes should be stiffness enough to avoid NVH problems, such boom, resonance, etc.q 车身要实现风噪最小设计Body design should let wind noise minimized 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司18轮胎的控制轮胎的控制: tire control声腔模态 acoustic cavity 结构模态 structural mode轮胎的平衡 type balance悬架系统的控制悬架系统的控制

17、 Suspension controln悬架的模态频率 suspension moden悬架的刚度与阻尼 stiffness and dampingn悬架跳动的频率 hop frequencyn悬架部件的频率 parts frequency隔振垫隔振垫 Isolator隔振垫的控制 isolator control隔振垫的刚度 isolator stiffness隔振垫的刚度与车架刚度的比值 isolator stiffness and frame 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司19#1#2#3#4#1#2#3#4q 隔振器 Vibration isolators q 吸振器 Vib

18、ration absorption, e.g., dampersq 阻尼材料Damping materials q 提高结构和支架的刚度, 阻止振动的传递High structure and bracket stiffnessq 车身连接点灵敏度的控制Body connected point sensitivity 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司20q 车身的密封Sealing of vehicle body q 孔洞的控制Control of open holes and openingsq 隔声材料的应用Sound isolation materialq 吸声材料的应用Sound

19、 absorption 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司21p 车外通过噪声的评估车外通过噪声的评估 Pass-by Noise Evaluation p 车内车内NVH的评估的评估 Interior NVH Evaluation级度 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 不能接受 接受的过渡 可以接受 接受对象 所以顾客 绝大多数顾客 比较挑剔的顾客 受过培训的人员 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司22整车级客观评估的内容整车级客观评估的内容: Items of Vehicle Level Objective Evaluations:p 驾驶员和乘客耳朵的声音: Driv

20、er and passenger ears sound: sound level and sound quality p 地板或座椅轨道的振动 Floor or seat track vibrationp 方向盘的振动 Steering wheel vibrationp 椅子和人体的振动 Seat vibration and human body vibrationMicrophoneAccelerometerqIdleqWide Open Throttle (WOT)qPartial Open Throttle (POT)qCruiseqReverseqCoastdown qTip-in,

21、tip- 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司23Vehicle NVH targetExhaust Tailpipe Noise TargetMuffler TLExhaust VibrationHanger Force例子Example:q 整车级评估 Vehicle level evaluationq 系统级评估 System level evaluationq 部件级评估 Component level 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司24p 环道 circle roadp 直道 straight road p 平整的沥青路面 asphalt road p 平整的水泥路面

22、smooth road p 粗糙的水泥路面 coarse road p 砖做的路面 brick roadp 鹅石路面 cobble stone roadp 斜坡路面 slope road试验试验: :道路试验道路试验Road TestqIdleqWide Open Throttle (WOT)qPartial Open Throttle (POT)qCruiseqReverseqCoastdown qTip-in, tip- 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司25试验试验: :实验室试验实验室试验Lab Testq 模态试验Modal testq 振动响应Vibration respon

23、seq 异响识别Squeal & rattleq 隔振器刚度Isolator stiffness q 激光测量, 等Laser measurementq 车内噪声Interior soundq 进气噪声Intake noiseq 排气噪声Tailpipe noiseq 动力总成辐射噪声Powertrain radiation noise q 壳体辐射噪声shell radiation noiseq 通过噪声Passby noiseq 声学灵敏度测量Acoustic sensitivityq 振动灵敏度测量Vibration sensitivityq 声传递损失测量Sound transfer

24、长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司26q 有限元分析Finite Element Analysisq 边界元分析Boundary Element Analysisq 统计能量分析Statistical Energy Analysisq 其它声学分析Other Acoustic Analysisq 模态综合分析Modal Synthesis Analysisq 传递路经分析Transfer Path A 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司27p以声品质主导的NVH开发pNVH 主动及半主动控制p高里程NVH问题pNVH稳健性分析p其他NVH技术发展领域pSound QualitypA

25、ctive & Semi-active controlpHigh mile NVHpNVH Robustness AnalysispOther NVH T 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司28传统上, 噪声控制就是降低声音的大小Historically, Approach Vehicle Sound as Noise Control 仅考虑声级的大小和频率成分Only sound Level and frequency content are considered八十年代后, 在汽车界开始使用声品质Sound Quality in Automotive Industry in late

26、 1980s汽车的声音与发动机转速有关Sound is related with engine speed汽车的声音与发动机发火阶次有关Sound is related with engine firing orders声音的成分影响听觉Sound contents influence listening声音影响到顾客的满意度All vehicle sounds can influence customer satisfaction部件的声品质Component sound quality影响汽车的品牌A Strong Indicator of Vehicle Brand 品牌的象征Brand

27、 Image (Powertrain) 汽车的汽车的DNA Vehicle DNANVH Development Based on Sound Q 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司2929Sound Quality Control of Powertrian SystemSound Quality of Vehicle BodySound Quality for Electrical System好听的声音好听的声音安静频率低(结实)一次碰撞声没有额外的噪声不好听的声音不好听的声音声音大高频率象铃的声音多次碰撞声,嘁嘁喳喳.例子(example)：关门声品质Close-Door Sou

28、nd QualityGood SoundQuietLow Frequency (Solid) One ImpactNo Extraneous NoisePoor SoundLoudHigh Frequency(Tinny, Cheap)Rings On (Bell)Rattles, Chirps, 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司30EngineFrameActuatorControllerExtra EnergySensor主动控制的元件Active Control Componentsn机械激励器 Mechanical actuatorn传感器 Sensorn电子控制器 Elect

29、ronic controllern额外能量 Extra energy supplier动力总成主动振动控制 Powerplant Active Vibration Control音响装置与扬声器麦克风扬声器主动控制装置与麦克风 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司31传统上传统上Traditionally:汽车设计是要求0里程有良好的NVH性能Vehicles have been designed intentionally to have good NVH at 0 mile通常高里程的可靠性很重要,但是NVH不是关注的对象High mileage durability is impor

30、tant, but high mileage NVH is not a concern现在现在Now: 高里程NVH性能对顾客长期的满意度来说越来越重要 Vehicle high mileage NVH performance is becoming more crucial for long term customer satisfaction有必要识别引起高里程NVH恶化的原因 Necessary to identify major reasons which cause high-mile NVH 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司32 在使用的寿命内,当有外界干扰因素的情况下,系

31、统仍然按照设计的功能工作.也就是说,产品的性能对输入源的变化不敏感 the concept of a product to perform its intended function consistently in the presence of noise during its expected life. That is, the performance of the product is insensitive to sources of variability.工程系统工程系统 Engineering System输入信号输入信号Input Signal设计功能设计功能Intended

32、 Function控制因素控制因素Control Factors干扰因素干扰因素Noise FactorsManufacturing variationSystem interactionsCustomer usage/duty cyclesExternal environmentT 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司33q 噪声振动传递路径的精确分析Transfer Path Analysisq 源及通道对车内贡献量分析技术Source and Path Contribution Analysisq 整车高速风噪控制与车身优化技术Wind Noise and Body Designq

33、整车道路噪声控制与悬架系统优化技术Road and Suspension NVH Controlq 轮胎噪声的研究Tire Noise Analysisq 发动机的燃烧噪声Engine Combustion Analysisq 动力总成辐射噪声控制技术Powerplant Radiation Noise Controlq 变速器的啸叫和敲击Transmission Whine and Rattle q 发动机-离合器-变速器传动系统的振动控制Powerplant Shaft Vibration Controlq 由摩擦引起的噪声与振动分析NVH Caused by Frictionq 新能源汽

34、车的NVH控制New Energy Vehicle NVH Controlq 轻量化材料和结构的噪声与振动研究NVH for Light-Materialq 新型隔声材料及结构的研究 New Sound Isolation Material and Structure Analysis q 异响的前期控制技术Advanced Control for Squeal and Rattleq 测量技术的研究Study of Measurement Technologyq 。 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司34p各个方面越来越重视p试验室和CAE的大量投入p人才队伍迅速发展p自主轿车NVH水

35、平大大提升p存在的问题p长安NVH开发状况pMore and more attention on NVHpHuge money on labs and CAEpRapid growth of NVH engineerspSignificantly improvement on Capacity pExisted problems pStatus of Changan NVH 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司35q 企业意识到NVH的重要Importance of NVH is realized by many companiesn 逐年增加投入Money spent on NVH is

36、 increased year by yearn 招聘一流人才The best NVH experts are hiredq 行业关注NVH Attention from auto industryn 例子：各种会议和培训越来越多i.e. more conferences and trainings on NVH q 政府把NVH作为自主汽车的一个重要技术领域NVH is considered one of the most important technologies in auto developmentn 例子：组建企业国家重点实验室i.e. national key lab is un

37、der constructionq 海外华裔学者对中国汽车NVH发展的推进Contribution from oversea scholarsn 讲课、出书、交流等 lectures, books, exchanges 中国汽车NVH工作主要是从2000后才开始 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司36同济大学空气动力与低噪声风洞试验室q 各个公司纷纷兴建试验室，如：Many labs had been constructed, such asn 大型整车消声室Whole vehicle anechoic chambersn 发动机消声室Engine anechoic chambersn 部件实验室 Parts labsq CAE的使用在普及Wide application on CAE 风洞试验室Wind T 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司37q 从事NVH的工程师迅速增加Rapid Growth of NVH Engineersn 以长安汽车公司为例：Take Changan Auto as example:l 2003年：NVH工程师不到10人 less than 10 NVH engineersl 2009年：NVH工程师