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1、,吉林大学汽车工程学院,吉林大学汽车工程学院吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室王登峰,汽车NVH分析与控制技术,吉林大学汽车工程学院,1、国内汽车NVH研究现状,3、汽车噪声源识别方法与应用,4、车架和车身的低频声振分析匹配,5、汽车中高频噪声的SEA分析方法与应用,2、声学基础,7、客车噪声分析控制技术举例,6、关键零部件噪声控制-风扇,吉林大学汽车工程学院,一、国内汽车NVH研究现状,吉林大学汽车工程学院,1、必要性和意义,噪声污染是世界公认的三大污染源之一； 汽车作为一种流动的噪声污染源危害更大； 噪声对驾乘人员听力、健康产生损害； 为了保护环境和驾乘人员的身心健康，保证汽车工业可持续健
2、康发展，各国都制定出相应的法规或标准，来控制汽车噪声对环境的污染和对人体危害； 汽车噪声标准或法规的越来越严格，以及用户对汽车乘坐舒适性越来越高的要求，是对汽车NVH分析与控制研究工作的持续推动力。,吉林大学汽车工程学院,2、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,1）中国,车外,吉林大学汽车工程学院,ECE R51规定的汽车加速行驶车外噪声限值,2）欧洲,吉林大学汽车工程学院,3）美国： 因各州有独立立法权，规定的汽车噪声限值标准各不相同， N2&N3（GVM）3.5t、P150kW811dB(A) ； 轿车一般在74 1dB(A) 。4） 日本: 1）
3、JASO Z101车外噪声试验方法规定： N2&N3（GVM）3.5t、P150kW ）81dB(A) 轿车加速行驶车外加速噪声限值75dB(A)。 车内 各国虽然没有强制的标准和法规对车内噪声值进行限制，只有在产品鉴定或等级评定时给出不同的参考限值。 1）代表汽车声学品质优劣。是评价汽车产品质量重要指标之一； 2）影响行驶平顺性、乘坐舒适性、客户购车取向和市场竞争力。,吉林大学汽车工程学院,吉林大学汽车工程学院,4、汽车NVH分析与控制方法,2017/11/18,吉林大学汽车工程学院科研情况简介,10,5、汽车NVH开发流程,车外噪声车内噪声声品质乘坐舒适性,目标制定,分系统目标,结构、声腔
4、与连接件修改,车身有限元模型,车身结构+声腔模型,子系统建模分析,底盘模型,用户满意度预测,成本重量和其它性能,单元目标,车身声学性能,悬置特性,车内声腔,连接件,底盘输入,副车架,车身部件的动态刚度,子系统目标,底盘部件的振动特性,车身结构,减震器,部件有限元模型,(验证车身的刚度与振动特性),(考核车身的声学性能）,(考核底盘的振动特性),(考核底盘的激励力),用户满意度评价,用户满意度目标设定,车身声固耦合模型+底盘模型,部件特性的分层对标,对标分析,主观评价,NVH性能分析预测,车身模型,底盘模型,车内噪声,前轮,车身+输入,用户满意度验证,传递路径分析（TPA）,(基于试验的模拟）,
5、后轮,吉林大学汽车工程学院,二、声学基础,2017/11/18,吉林大学汽车工程学院,12,一、声学基础1、基本概念1）声功率 指单位时间内声源辐射出来的总的声波能量，它表示声源的基本物理特性，单位是瓦（W）。2）声压 声波在空气中传播过程中，引起空气质点振动，致使空气密度发生变化，空气压强就在大气压强附近迅速起伏变化，这个压强起伏部分称为声压。 p=pf - p03）声能密度 介质在单位体积内所包含的声能成为声能密度，它和声压之间的关系为：,2017/11/18,吉林大学汽车工程学院,13,4) 声强 单位时间内通过垂直于指定传播方向单位面积上的声音能量称为声强，单位为：W/m2。声强的大小
6、与离开声源的距离有关。 对于自由场： I =p2rms/c 对于扩散场从某一方向通过单位面积的声强为： I=p2rms/4c5）点声源 如果声源的尺度远小于声源与接收器之间的距离，该声源就可以看成点声源。其声强随距离的变化关系为： I =W/4r2 可见，声强反比于声源和接受器间的距离的平方，距离增加一倍则衰减6dB。,2017/11/18,吉林大学汽车工程学院,14,2、噪声的量度与计算1）声压级和声强级 声压和声强一样，都是用以10为底的对数标度来度量的称为声压级和声强级，单位用分贝（dB)表示。 声压级定义为： Lp=20log(prms/p0)式中：prms-为声压有效值； p0 -
7、为基准声压等于210-5Pa 声强级定义为： Lp=10log(I/I0 )式中：I -为待测声强； I0 - 为基准声强等于10-12W/m2,2017/11/18,吉林大学汽车工程学院,15,声压级与声强级的关系： LI =Lp+10log(400/0c) 因0 c400Ns/m2，等号右边的第二项很小，所以声强级与声压级数值近似相等。2)分贝的计算 当同时存在多个声源，或同一声源中存在多种频率成分时则需要求其合成声压（级）及声强（级）。多个声源时，其合成的有效声压：,合成的声压级为：,合成的声强级为：,2017/11/18,吉林大学汽车工程学院,16,当存在几个相同声源时，其合成声压级为
8、：,当n=2时，则Ls=L1+3，即当2个相同声压级的噪声源在一起时，其总声压级只比一个噪声源增加3dB。 当有两个声级强度不同的噪声源L1和L2、且L1L2时，其合成声压级为： Ls=L1+L 式中：增加量L也可以从下表中查得：,表2-1 合成声压级的增加量（dB）,2017/11/18,吉林大学汽车工程学院,17,从表2-1中可以看出，如果两个声源中的一个声压级超过另一个10dB以上时，较弱的声源可以忽略不计。可见，对有多个噪声源的汽车进行噪声控制时，必须首先识别和治理最主要的噪声源才会对汽车的整体噪声发生作用。3）频谱 大多数噪声源发出的声音通常包含许多频率成分，进行噪声测量时，由传声器
9、测得的噪声信号标定后为声压（级）的时间历程，为了便于了解噪声中包含的频率成份，可对上述声压时间历程信号进行FFT变换，得到噪声信号的频谱，从频谱图中可以分析出噪声能量随频率的分布规律，并为噪声控制提供依据。,图2-1车内噪声的频谱,2017/11/18,吉林大学汽车工程学院科研情况简介,18,图2-2 噪声谱分析示意图,图2-3 FFT分析流程,2017/11/18,吉林大学汽车工程学院,19,4）倍频程与1/3倍频程 倍频程数n的定义为：n=log2(fH/fL)，当n=1时为倍频程，当n=1/3时为1/3倍频程。 中心频率定义为：f0=(fHfL)1/2 带宽 1/n倍频程是指以某个频率为
10、中心的滤波器的带宽，并可以由以下公式计算获得： 带宽=(2(1/n)-1)*中心频率 上下限 对1/3倍频某个中心频率的滤波器， 上限频率为 = 中心频率 *21/6 , 下限频率 = 中心频率 / 21/6 倍频程和1/3 倍频程的关系,2017/11/18,吉林大学汽车工程学院科研情况简介,20,图2-4 倍频程和1/3倍频程的比较,图2-5 倍频程和1/3倍频程中心频率与上下限,2017/11/18,吉林大学汽车工程学院科研情况简介,21,5）频域计权 在噪声的物理量度中，声压级是评价噪声强度的常用量，声压级越高，噪声越强。但人耳对噪声的感觉，不仅与声压级有关，还与频率、持续的时间等因素
11、有关。人耳对高频率噪声较敏感，对低频率噪声较迟钝。声压级相同而频率不同的声音，很可能听起来是不一样的。 为了反映噪声的各种复杂因素对人的主观影响程度，需要有一个对噪声的评价指标。常用的评价指标有响度级和A计权声压级。其中最常用的是A计权。A 计权是为模仿响度级为40 phon 的等响曲线的倒置曲线，它对低频声(500Hz以下)有较大衰减； B 计权70phon等响曲线； C 计权100phon等响曲线，主要用于评价特别响或低频为主的噪声； 线性计权对原始测量信号没有施加任何计权的噪声级。,2017/11/18,吉林大学汽车工程学院,22,图2-6 频率计权曲线,2017/11/18,吉林大学汽
12、车工程学院科研情况简介,23,6）声学测试环境 媒质中有声波存在的区域叫声场。声场大致可分为自由场、混响场和压力场。自由场：声波在任何方向无反射，声场各点接受的声音，仅有来自声源的直达声而无反射声。 开阔的旷野，周围较大范围内无反射物，可以近似为自由场。消声室是一种人为的自由场。消声室的四壁、顶棚和地板都有吸声能力很强的吸声材料或吸声尖劈，消声室可用来对声源、音响设备进行较准确的测量，是理想的声学测量设备。混响场：声能量均匀分布，并在各个传播方向上做无规则传播的声场，称混响场。如混响室，混响室可用于测量材料的隔声、吸声性能、声源声功率。压力场：当声波波长比所处腔体空间大时，声压分布均匀，此时称
13、为压力场。当传声器插入声压级校准器中时，即是压力场。本底噪声：是指被测对象噪声不存在时周围的环境噪声。试验时本底噪声至少要比被测对象噪声低10dB才能保证测试精度。,2017/11/18,吉林大学汽车工程学院科研情况简介,24,图2-7 三种典型声场示意图,吉林大学汽车工程学院,三、汽车噪声源识别方法与应用,吉林大学汽车工程学院,1、声强测试与分析方法,1）优点 声强测量对测试环境的要求较低。 1）被测声源周围的背景噪声对声强测量的影响较小； 2）可以在工作现场进行。 声强测量能反映出噪声的能量及其流动情况。 1）由于声强具有方向性，所以测得的声强可以全面反映从声源发出的噪声能量的传播状态。
14、2）用声强法测量声功率时，对测量封闭面的形状没有特殊要求。 声强法的测量结果直观、可视性强。 1）由于声强是矢量，所以声强测量法的后处理能力强； 2）通过数据处理，可以得到声强的矢量图、等声强线图、三维声强图等。由这些图线分析声源的位置和频谱特性直观、易于掌握。,吉林大学汽车工程学院,2）声强测量系统简介,信号放大前端,声强探头,数据采集分析系统,声强测量系统组成,2017/11/18,28,3）声强测量网格的布置 在离被测表面一定距离处设置一个网格测量面，为了避免被测表面近场局部反射声波的干扰给测量结果带来误差，测量面距被测表面至少应大于15cm。 对噪声源预先未知的大型复杂系统，可以采用先疏后局部加密的网格以减少测试工作量，网格间距一般在5cm25cm之间选取。 测量网格一般比被测对象外表面轮廓大2-3个网格间距，以便能覆盖被测对象，底部的第一行测点应距地面20cm以上，以避免地面局部反射声波的干扰给测量结果带来误差。,吉林大学汽车工程学院,2、发动机噪声源声强识别,发动机排气侧噪声源识别,吉林大学汽车工程学院,发动机排气管侧总声强频谱,在1KHz 3.2kHz的频率范围内声强较大，最大声强频率发生在1.6kHz，次高声强频率为2.5kHz，再次依次为2kHz、1.25kHz、1kHz及3.2kHz。高声强级噪声以中高频为主。,
