ISO 219552021 车辆 - 将活动部件从试验台产生的动力转换到车辆的实验方法标准立项发展报告

车辆活动部件动态力传递试验方法标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Acoustics—ExperimentalMethodforTranspositionofDynamicForcesGeneratedbyanActiveComponentfromaTestBenchtoaReceivingStructure摘要随着汽车工业的快速发展，车辆振动与噪声控制已成为衡量整车性能品质的关键技术指标。在车辆开发过程中，发动机、电机、变速箱等主动部件的动态力激励是引起车内振动噪声（NVH）问题的主要根源。如何在试验台架上准确获取活动部件产生的动态力，并将其有效转换至实际接收结构，是工程实践中长期存在的技术难题。ISO21955:2021《车辆-将活动部件从试验台产生的动力转换到车辆的实验方法》由国际标准化组织（ISO）正式发布，为这一技术难题提供了统一的实验方法与技术框架。本报告系统梳理了该标准的立项背景、技术内容、关键方法与行业应用价值，分析了标准对车辆NVH性能开发、多动力源系统集成及跨行业技术迁移的支撑作用，并就该标准在我国的落地实施与未来发展方向提出建议。该标准的发布实施，填补了国际范围内活动部件动态力传递实验方法标准化领域的空白，对于提升车辆NVH开发效率、促进国际技术交流与贸易便利化具有重要意义。关键词：动态力传递；试验台架；接收结构；NVH性能；振动噪声；标准化；ISO21955Keywords:DynamicForceTransposition;TestBench;ReceivingStructure;NVHPerformance;VibrationandNoise;Standardization;ISO21955一、引言1.1标准立项背景在车辆工程领域，振动与噪声（NVH）性能是衡量整车品质的核心指标之一，直接影响驾乘舒适性、产品竞争力和品牌形象。随着新能源汽车的快速普及和消费者对驾乘品质要求的不断提升，车辆NVH性能开发在整车研发流程中的地位日益凸显。发动机、驱动电机、变速箱、空调压缩机等主动部件（activecomponents）在运行过程中会产生动态力，这些动态力经由悬置系统、副车架等路径传递至车身结构，最终以结构噪声和振动形式被驾乘人员感知。准确获取主动部件自身产生的动态力特性，是进行车辆振动噪声预测、悬置系统优化设计和整车NVH性能匹配的关键前提。然而，在工程实践中，主动部件的动态力难以直接测量。通常的做法是将部件安装在刚性试验台架上，测量其在特定工况下的动态力响应。但试验台架与实际车辆接收结构（receivingstructure）在机械阻抗特性上存在显著差异，导致台架测量结果不能直接反映部件在实际车辆上的动态力传递行为。因此，如何将活动部件从试验台架测得的动力转换到实际接收结构，成为车辆NVH工程领域亟待解决的技术问题。1.2标准立项的必要性在ISO21955:2021发布之前，国际上缺乏统一的动态力传递实验方法标准。各汽车制造商、零部件供应商和科研机构往往采用各自的内部规范和试验方法，导致以下问题：第一，测试结果可比性差。不同机构采用不同的试验台架和测量方法，获取的动态力数据缺乏统一的技术基准，难以进行横向比较和数据共享。第二，开发效率低下。由于缺乏标准化的传递方法，整车厂和零部件供应商在进行联合开发时，需要反复进行试验验证和修正，延长了开发周期，增加了开发成本。第三，数据通用性不足。动态力数据作为重要的技术资产，其价值在于跨平台、跨车型的重复利用。缺乏统一标准使得数据迁移和复用困难重重。第四，技术壁垒明显。在全球化采购和国际合作日益普遍的背景下，缺乏统一的国际标准直接形成了技术壁垒，增加了国际贸易和技术合作的障碍。因此，制定一项统一的国际标准，规范活动部件动态力从试验台架到接收结构的传递实验方法，具有重要的工程意义和产业价值。二、标准概述2.1标准基本信息ISO21955:2021《车辆-将活动部件从试验台产生的动力转换到车辆的实验方法》由国际标准化组织（ISO）于2021年8月17日正式发布。该标准隶属于ISO/TC43（声学技术委员会）和ISO/TC22（道路车辆技术委员会）的联合工作范围，在ISO标准体系中归类为“机器和设备的噪声”领域。标准语言为英语，现行状态为有效（Active）。该标准的发布汇聚了来自全球主要汽车生产国和研究机构的专家智慧，代表了当前国际范围内车辆活动部件动态力传递实验技术的最高水平。2.2标准的适用范围该标准适用于各类道路车辆中主动部件（包括但不限于内燃机、驱动电机、变速箱、压缩机、油泵等）产生的动态力传递实验。标准规定的实验方法覆盖从试验台架测量、数据采集与处理、到力传递至接收结构全过程的各个环节，为工程技术人员提供了一套完整的技术解决方案。三、标准主要技术内容3.1核心术语与定义ISO21955:2021对以下关键术语进行了规范性定义：活动部件（ActiveComponent）：指在运行过程中自身产生动态力的机械设备或子系统，如发动机、电机、变速箱等。试验台架（TestBench）：用于安装和运行活动部件以测量其动态力特性的刚性支撑结构，具有特定的机械阻抗特性。接收结构（ReceivingStructure）：在实际应用中承受活动部件动态力传递的目标结构，如车辆副车架、车身结构等。动态力（DynamicForce）：活动部件在运行工况下产生的随时间变化的交变力，通常以频域形式表征。力传递（ForceTransposition）：将活动部件在试验台架上测得的动态力数据，通过数学方法转换至实际接收结构的过程。3.2动态力传递的数学原理标准中规定的动态力传递方法基于经典的频响函数（FrequencyResponseFunction,FRF）理论。其核心思想是：活动部件在试验台架上测得的动态力信号，经由传递函数修正，可映射至接收结构的实际受力状态。具体而言，标准采用子结构综合（SubstructureSynthesis）方法，将“活动部件—试验台架”系统和“活动部件—接收结构”系统分别建立力学模型，通过矩阵运算求解两者之间的力传递关系。该方法的数学基础可表示为：\[\{F_R\}=[H_{RB}]\cdot\{F_B\}\]其中，$\{F_R\}$为接收结构上的动态力向量，$\{F_B\}$为试验台架上测得的动态力向量，$[H_{RB}]$为台架到接收结构的力传递函数矩阵。3.3实验装置与测量要求标准对试验装置和测量系统提出了明确的技术要求：试验台架：应具备足够的刚度和质量，确保在测试频率范围内台架的固有频率远离活动部件的主要激励频率，以避免台架动态特性对测量结果的干扰。台架的机械阻抗特性应进行标定并记录。力传感器：应采用高精度压电式或应变式力传感器，量程和灵敏度需覆盖被测活动部件的动态力范围和频率范围。传感器安装方式应确保载荷传递路径清晰明确。加速度传感器：用于测量接收结构关键位置的振动响应，传感器的频响特性应满足测试精度要求。数据采集系统：应具备足够的采样率、通道数和动态范围，确保采集数据的精度和可靠性。3.4测试程序标准规定的测试程序主要包括以下步骤：（1）试验台架动态特性标定：对试验台架的机械阻抗、固有频率等动态特性进行标定，获取台架的传递函数特性。（2）台架动态力测量：将活动部件安装于试验台架上，在规定工况下运行，测量部件传递至台架的动态力。（3）接收结构动态特性表征：对目标接收结构的关键接附点进行频响函数测量，获取接收结构的机械阻抗特性。（4）力传递计算：基于台架测量数据和接收结构动态特性，根据标准规定的计算方法求解动态力传递函数，将台架测量力转换为接收结构受力。（5）验证与校核：在条件允许的情况下，通过在接收结构上进行直接测量或间接验证，校核力传递计算结果的准确性。3.5数据表达与报告要求标准对测试结果的表达和报告格式提出了规范化要求，包括动态力频谱曲线、相干函数分析、数据精度评估以及完整的测试条件记录等，要求报告中应详细记录测试工况、试验环境条件、测量设备信息及不确定度分析，以确保测试数据的可追溯性和可重复性。四、标准的技术创新与突破4.1统一了动态力传递实验方法ISO21955:2021在ISO标准体系框架内首次统一了活动部件动态力从试验台架到接收结构的传递实验方法。标准在充分吸纳全球主要汽车企业、零部件供应商和科研机构多年工程实践经验的基础上，提取了具有广泛适用性的技术要素，形成了一套科学、系统、可操作的标准方法。4.2建立了通用技术框架该标准的核心技术价值在于建立了涵盖术语定义、实验条件、测量方法、计算流程和报告要求在内的完整技术框架。这一框架既适用于传统燃油车辆动力总成的动态力传递分析，也适用于纯电动车辆驱动电机、混合动力车辆多动力源系统的力传递研究，体现了良好的技术普适性和前瞻性。4.3支撑跨行业应用值得注意的是，ISO21955:2021所规定的实验方法虽然以车辆为应用对象，但其技术原理具有跨行业普适性。在工程机械、农业机械、船舶动力系统、工业设备等存在“主动部件—接收结构”力传递问题的领域，均可借鉴或引用该标准的方法框架，实现广泛的技术迁移和行业应用。五、标准的主要参与单位及修订情况5.1国际标准化组织声学技术委员会（ISO/TC43）ISO21955:2021由国际标准化组织声学技术委员会（ISO/TC43）归口管理。ISO/TC43成立于1947年，是ISO中负责声学领域标准制定的核心技术委员会，其工作范围涵盖噪声测量方法、声学环境评价、建筑声学、机器噪声测试等多个方向。截至目前，ISO/TC43已发布各类国际标准百余项，在声学领域的标准制定方面具有全球权威性。在ISO21955:2021的制定过程中，ISO/TC43联合ISO/TC22（道路车辆技术委员会）成立了专门工作组，召集了来自德国、法国、日本、美国、中国等主要汽车生产国的技术专家，经过多轮技术讨论、实验验证和征求意见，最终达成国际共识并正式发布。5.2德国联邦物理技术研究院（PTB）作为ISO/TC43长期活跃成员机构，德国联邦物理技术研究院（Physikalisch-TechnischeBundesanstalt,PTB）深度参与了ISO21955:2021的技术论证与实验验证工作。PTB是德国国家计量与技术研究机构，也是国际计量局（BIPM）的重要成员，在力学量计量、振动与声学测量领域拥有超过百年的技术积累。在ISO21955:2021的制定过程中，PTB科学家团队在力传感器的动态标定方法、力传递函数矩阵的测量不确定度评估、以及台架与接收结构阻抗匹配的理论建模等方面作出了关键性技术贡献，为标准的科学性和严谨性提供了坚实的计量学支撑。六、标准的技术意义与应用价值6.1提升车辆NVH开发效率ISO21955:2021的实施为车辆NVH性能开发提供了标准化的技术工具。整车制造商可通过统一方法获取主动部件的动态力数据，在设计阶段进行整车振动噪声仿真预测，提前识别和规避潜在的NVH风险，减少物理样车试制次数，显著缩短开发周期，降低开发成本。6.2促进供应链技术协同在汽车产业全球化分工的背景下，该标准为整车制造商和零部件供应商之间建立了一套统一的技术语言。零部件供应商按照标准规定的试验方法提供动态力数据，整车制造商直接采用这些数据进行系统匹配和优化设计，有效消除了数据格式和测试方法不一致带来的技术障碍，提升了供应链协同效率。6.3推动多动力源系统集成随着新能源汽车产业的快速发展，混合动力和纯电动车辆的多动力源系统集成成为行业热点。ISO21955:2021为解决“发动机+电机”等多动力源耦合激励下的动态力传递分析提供了方法论基础，为新型动力系统的NVH性能优化提供了标准化的实验支撑。6.4支撑数据资产复用标准化实验方法确保了动态力数据在统一技术框架下生成和表达，使得历史数据和跨车型数据具有可比性和复用性，实现测试数据资产价值的最大化利用。七、结论与展望ISO21955:2021的发布实施是国际车辆振动噪声领域标准化工作的一项重要成果。该标准首次在国际层面统一了活动部件动态力从试验台架到接收结构的传递实验方法，填补了该技术领域标准化工作的空白，为全球车辆NVH性能开发提供了统一的技术依据。从技术发展角度来看，随着新能源汽车电驱动系统的高速化和集成化