汽车NVH控制与轻量化.pptx

1、汽车NVH控制与轻量化带来的挑战庞 剑2014年3月19日112动态性能静态性能什么是性能汽车的外观造型及色彩汽车的内室造型、装饰、色彩内室及视野座椅及安全带对人约束的舒适性娱乐音响系统灯光系统硬件功能维修保养性能重量控制噪声与振动（NVH）碰撞安全性能行驶操纵性能燃油经济性能环境温度性能乘坐的舒适性能排放性能刹车性能防盗安全性能电子系统性能可靠性能NVH是汽车最重要的指标之一 3汽车所有的结构都有NVH问题车身动力系统底盘及悬架环境控制系统电子系统在所有性能领域（NVH， 安全碰撞、操控、燃油经济性、等）中，NVH是设计面最广的领域。4什么是NVH噪声 Noise:是人们不希望的声音注解:

2、声音有时是我们需要的是由频率, 声级和品质决定的频率范围: 20-10,000 Hz振动Vibration人身体对运动的感觉, 频率通常在0.5-200 Motion sensed by the body, mainly in .5 hz- 50 hz range是由频率, 振动级和方向决定的 不舒服的感觉Harshness- Rough, grating or discordant sensation NVH: Noise, Vibration and Harshness5NVH对顾客非常重要NVH的好坏是顾客购买汽车的一个非常重要的因素. NVH影响顾客的满意度在所有顾客不满意的问题中,

3、约有1/3是与NVH有关. NVH影响到售后服务约1/5的售后服务与NVH有关为什么要做NVH?6顾客的要求政府法规公司的需要和技术能力竞争车决定NVH的因素7Boom:Drumming Low frequency (20-100 Hz) soundClunk:Transient, low frequency, broadband noiseDrone, Moan:Large amplitude 80-200 Hz soundGroan:100-150 Hz disturbance at start-upGrowl:Broadband noise in the range 100-1000 H

4、zHarshness:Combination of noise and vibration leading to a hard road feelRattle:Noise of metallic parts in contact, usually randomRumble:Broadband 100-500 Hz noise, varying in amplitudeShake:Low frequency (20 Hz) vertical or lateral vibrationsShudder:Low frequency ( 90 km/h3. 风激励噪声28NVH现象与基本问题噪声与振动源

5、噪声与振动传递通道NVH的控制汽车声品质轻量化带来的NVH问题28目录结构传递途径structure-borne车内噪声500 Hz1. 车内噪声传递路径分析的基本概念空气传播途径air-borne车内噪声和振动往往是由多个激励，经由不同的传递路径抵达目标位置后叠加而成的。车内噪声总体上可分为结构声和空气声两种。2. 结构噪声与空气噪声发动机和动力传动系统对车内噪声的辐射有两条途径：空气声结构声空气声的例子：打鼓结构声的例子：火车和铁轨空气传播路径：轮胎/路面、进排气、发动机本体等噪声源通过空气传播路径传递到车内引起的噪声，简称为“空气声”。“空气声”主要通过声学包装技术来控制。3. 空气声对

6、车身的传递结构传递路径：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进行控制。4. 结构声对车内的传递335.NVH通道的总结 结构声的传递通道:空气声的传递通道:34NVH现象与基本问题噪声与振动源噪声与振动传递通道NVH的控制汽车声品质轻量化带来的NVH问题34目录怠速频率1.整车的模态规划2.1 燃烧噪声的控制低频区域: 气缸压力级的最大值主要是由气缸内的压力曲线的形状积分及最大压力值所决定的。气缸的最大压力越高，频谱曲线的低频峰值越高。中频区域: 气缸压力级以对数规律作线性递减，其斜率受气

7、缸压力增长率所控制，因而它是燃烧开始释放热量的函数。压力增长率越大，直线部分就越平坦，反之压力增长率越小，直线部分就越陡。高频区域: 最后区域出现一个压力级的峰值是由于燃烧开始时缸内局部区域压力急剧上升，引起气体高频振动而产生的。2.发动机NVH控制整体模态动力总成的整体弯曲模态容易被发动机本身激励激起发动机激励与动力总成共振频率耦合，会造成动力总成的NVH问题振动会通过悬置支架和传动轴传递给车身，造成车身的NVH问题局部模态局部模态很容易被激励起来局部模态与激励共振时,不仅仅产生振动,而且产生很大的声辐射这种共振还影响声品质2.2 动力总成的整体振动控制2.3 曲轴的扭振及扭转波动曲轴扭振及

8、扭转波动带来的问题：使得整个传递系统的扭转振动大，从而引起曲轴共振曲轴的应力集中和断裂变速器的敲击解决扭振及扭转波动的办法：提高扭振第一阶模态频率使用扭转减震器使用双质量飞轮2.4 壳体振动与声辐射结构的控制结构频率的控制对单层结构，频率要尽可能提高以避免共振结构加筋连接点的数量和力结构模态的控制避免与相连接的部件模态耦合结构响应的控制使得结构响应尽可能低，如采用三明治结构新材料结构（铝合金、镁合金等）采用局部阻尼处理连接点的隔振处理车身的整体刚度指标是汽车开发中的基础指标是整车NVH性能、碰撞安全、疲劳耐久和异响控制等性能的基础指标。3. 车身结构振动与声辐射控制整车模态内饰车身模态白车身模

9、态3.1 刚度控制3.2 模态控制局部结构带来的噪声振动问题局部振动问题板结构振动对车内的辐射局部结构模态与声腔模态的偶合局部模态的控制方法增加刚度/提高频率阻尼处理加动态吸振器和增加质量局部部件，如转向系统、反光镜局部板结构，如前壁板、地板3.3 局部结构控制击励点423.4 车身阻尼控制在车身板上, 加阻尼材料可以减小结构振动和产生的辐射噪声(中频). 43车身的设计影响到风激励噪声3.5 车身造型与风噪控制444. 底盘/悬挂系统的NVH 控制4.2 轮胎的控制 声腔模态结构模态轮胎的平衡4.1 悬架系统的控制悬架的模态频率悬架的刚度与阻尼 悬架跳动的频率悬架部件的频率455. 振动通道

10、的控制车身结构的控制：提高结构和支架的刚度, 阻止振动的传递隔振器吸振器阻尼材料振动通道控制的方法有:车身传递通道的灵敏度46例子1：动力总成的振动隔离动力总成隔离的三个目标从主动边到被动边的振动衰减10倍动力总成的六个模态解耦绕主惯性轴的模态频率必须满足隔振垫隔振垫的控制隔振垫的刚度隔振垫的刚度与车架刚度的比值例子2：底盘的振动隔离6. 空气声传递通道的控制6.1.密封控制功能性孔的密封工艺孔的密封错误孔和缝隙的密封 6.2 隔声与吸声控制吸声隔声50NVH现象与基本问题噪声与振动源噪声与振动传递通道NVH的控制汽车声品质轻量化带来的NVH问题50目录511. 声品质好听的声音不好听的声音5

11、2传统上, 噪声控制就是降低声音的大小仅考虑声级的大小和频率成分八十年代后, 在汽车界开始使用声品质汽车的声音与发动机转速有关汽车的声音与发动机发火阶次有关声音的成分影响听觉声音影响到顾客的满意度部件的声品质影响汽车的品牌 品牌的象征 汽车的DNA53关门声品质动力系统的声品质器声品质2. 三大声品质问题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声音大高频率象铃的声音多次碰撞声,嘁嘁喳喳.例子：关门声品质车门结构车身结构门锁结构（Latch/striker）车门的附件结构（如玻璃、扬声器、内饰件等）密封系统防撞块车内容积和排气结构（air extractor）2.1 关门

12、声品质汽车的声音除了与频率有关外，还与转速和阶次有关声音的大小与频率、转速、阶次交织在一起的声音就形成了汽车特有的动力声品质：快乐感豪华感运动感动力感安全感这些感受表现为人对汽车的一些情感2.2 动力声品质的特征舒适型声品质(comfort SQ)动力型声品质(Powerful SQ)运动型声品质(Sporty SQ)频率、阶次、转速成分决定了这三类动力声品质：频率(Frequency)：低频给人以力量和动力的感觉，高频给人明亮与兴奋的感觉阶次(Order)：单纯的发火阶次给人舒适感，而半阶次给人运动感转速(Speed)：舒适型驾驶和动力型驾驶通常是在低速和中速部位，而运动感会到高转速部位动力

13、声品质的分类旋转部件：会带来不平衡多个叶片：具备谐频特征运动线圈：电磁力2.3 电器的结构特征叶片不平衡：阶次噪声叶片与流体切割：脉动噪声液体运动：扰动声电磁力作用：电磁噪声叶轮脉动噪声流体扰动噪声电器：发动机压缩机电机油泵电器的噪声特征供油系统由燃油泵、燃油管路、燃油分配管、喷油器等组成。例子：油泵噪声油泵噪声油轨噪声喷油嘴噪声供油系统噪声源：叶片产生的噪声电机产生的噪声电压器产生的噪声油泵噪声1阶2阶8阶第一阶段：降低噪声 这是汽车NVH控制的最基本阶段，即传统意义上所说的“减振降噪”和消除“错误状态”。“降低噪声”是满足客户最基本的要求，主要是满足低端汽车的消费者。比如：“发动机噪声大”

14、是顾客经常抱怨的问题。“错误状态”是指不应该存在的状态，例如各种啸叫、敲击、共振引起的轰鸣，等。噪声大会引起顾客的抱怨，而“错误状态”会使得顾客不满。3. 声品质的发展历程好的声品质例子：运动感强的声音、功率强的声音、平顺好的声音、快速响应的声音。好的声品质给顾客带来惊喜、愉悦，具有吸引力。声品质是有共性的，例如声音悦耳。声品质是有个性的，例如豪华感的声品质与运动感的声品质是不一样的。声品质是在消除了“错误状态”和达到一定噪声水平之后才能实现的。第二阶段：声品质控制世界一流公司都是以“声品质控制”作为NVH开发的目标少数自主品牌公司开始从“降低噪声”向“声品质控制”转变动力声品质是汽车的重要D

15、NA。动力声品质使得不同品牌汽车有自己特定的声音，使得它能区别于别的品牌，因此动力声品质是与品牌紧密相连的。声品质DNA提供顾客带来正面的、积极的精神上的满足。顾客将声品质作为识别某品牌汽车的一个特征。NVH控制上升到“设计声品质”阶段。第三阶段：声品质DNA世界一流公司中，以“品牌”引领市场的车型是以“声品质DNA”为目标进行NVH控制自主品牌离这个阶段还有很长的路动力声品质开发战略62NVH现象与基本问题噪声与振动源噪声与振动传递通道NVH的控制汽车声品质轻量化带来的NVH问题62目录20世纪70年代两次石油危机促进发展节能汽车。美国国会1975年通过能源政策和保护议案，要求汽车制造商生产

16、和销售符合燃油经济性指标的车辆。节能为应对全球气候变暖，1997年京都议定书，限制CO2排放,再次促进汽车轻量化。环保安全性、燃油经济性、排放、噪声、回收方面的法规法规1.汽车轻量化的背景2. 汽车轻量化带来的问题3. 轻量化的途径汽车轻量化的技术途径结构设计与优化轻质材料与工艺模块化集成设计结构拓扑优化新型材料成形工艺高强度钢非金属材料热成形激光拼焊铝合金材料液压成形板厚减薄优化辊压成形镁合金材料连接工艺铆接粘接焊接先进工艺车身轻量化主要通过产品结构优化设计、先进的制造工艺和轻质材料的集成应用来实现。金属材料阻尼材料声学包装以塑代钢65镁合金的应用镁的本质特征：1)密排六方结构，塑性差；2)

17、强度低，缺乏有效强化相； 3)活性高，耐腐蚀性差；4）较优良的阻尼、吸震和减振性能。车身应用的部件：座椅骨架、仪表板骨架(转向支撑)、方向盘骨架、前端模块等4. 应用例子：金属材料的轻量化铝的特征：铝的弹性模量、冲压成形性和疲劳强度比钢铁的低；热膨胀系数，耐腐蚀性却比钢铁的高；重量轻，密度是钢的1/3。汽车应用部件：车门、引擎盖、后备箱盖、翼子板、全铝车身、前后防撞横梁等应用例子铝合金的应用塑料零件比钣金零件具有成本优势，如果开发纯电动车型，那么采用塑料零件具有重量轻及成本低的双重优势汽车应用部件：翼子板、前端模块、备胎池、背门等主机厂车型应用部位材料及工艺奔驰Smart for two全部车

18、身外板热塑性塑料注塑成型宝马X1,X5,X6塑料翼子板雪铁龙世嘉，C4毕加索塑料翼子板标志307，308，408塑料翼子板零件材料前端框架LGFT（长玻纤增强塑料）门模块LGFT/GMT备胎池GMT/SMC背门内板：SMC/LGFT外板：SMC/热塑性塑料前罩盖SMC途安前端框架梅赛德斯A级备胎盒Smart 塑料车身外板迈腾塑料备胎池应用例子以塑代钢成本相对较高不可进行二次利用 应用例子碳纤维复合材料5.1 “材料不变，结构优化”带来的NVH问题基本上是以整体刚度和模态为优化目标低阶模态的性能不变对板结构振动会带来很大影响板和声腔耦合发生变化5. 轻量化带来的NVH问题705.2 “结构不变，

19、更换轻量化材料”带来的NVH问题轻量化材料(如铝镁合金)的刚度和强度低于钢，带来NVH问题：1）整体刚度降低整体模态变化（K、M）2）局部板结构振动特征变化板与声腔耦合变化3）加工工艺对NVH的影响加工后,应力和厚度变化714）板件的隔声性能降低板的密度降低在质量控制区，增加板的质量是提高隔声量的主要手段 频率增加一个倍频程时，隔声量增加6分贝。质量增加一倍时，隔声量增加6分贝，即隔声曲线整体向上移6dB。725.3 “非金属材料减轻”带来的NVH问题1. 声学包装材料轻量化：隔声性能降低吸声性能提升2. 阻尼材料轻量化：声辐射降低局部隔声降低3. 内饰材料（车门内板）轻量化：隔声量降低736.1 刚度与模态研究白车身整体的刚度与模态内饰车身的刚度与模态6. 金属结构轻量化的NVH研究746.2 声波在柔性板中的传递和声辐射研究柔性板的振动与声辐射的关系研究简单封闭模型：长方