如何将汽车制造成精品汽车噪声与振动控制

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1、如何将汽车制造成精品如何将汽车制造成精品 汽车噪声与振动控制汽车噪声与振动控制主讲人：李传兵主讲人：李传兵 博士博士目录第一章第一章 汽车精品化：目的和目标汽车精品化：目的和目标第二章第二章 声的测量和声的特性声的测量和声的特性第三章第三章 汽车外部噪声：评价和控制汽车外部噪声：评价和控制第四章第四章 汽车内部噪声：评价和控制汽车内部噪声：评价和控制第五章第五章 振动测试和振动特性振动测试和振动特性第六章第六章 振动源及其控制振动源及其控制第一章汽车精品化：目的和目标一、汽车精品化的介绍1、什么是汽车精品化 精品化就是从粗糙的特征中释放出来，变得高雅或者是完善。精品化不仅是一个过程，而且也是最

2、后状态的描述（精致、优美等）。2、汽车精品化涵盖的内容（1）、NVH（即noise,vibration,harshness）Noise（噪声）：用来描述可听到的声音，特别关注30Hz-4000Hz的声音。Vibration（振动）：用来描述可以感觉到的振动，特别关注30Hz-200Hz的振动。Harshness（声振粗糙度）：指的是由于悬架减振不好而产生的振动与噪声问题。（2）、乘坐舒适性（3）、可操纵性3、精品化后的汽车拥有的特定属性（1）、好的乘坐舒适性；（2）、好的可操纵性；（3）、低风噪声；（4）、低路面噪声；（5）、低发动机噪声；（6）、怠速时低噪声振动；（7）、巡航时低噪声振动和好

3、的乘坐舒适性；（8）、低传动噪声；（9）、低的冲击振动级；（10）、低“吱吱”声、“咯咯”声、“丝丝”声声级；（11）、高质量的低外部噪声级；（12）、噪声作为一个特色被接受。二、汽车精品化的目的1、立法；2、面向新顾客的市场；3、顾客的期望；4、面向现有顾客的市场。三、汽车精品化的目标 设置精品化目标的标准管理工具是PDS文件，这个文件是品牌所有者编写，遵守这个文件是所有供应商签订契约的前提。典型的PDS包括以下精品化指标：1、整车外部噪声指标。 2、单个零部件外部噪声指标（1）、发动机辐射噪声指标（2）、进气口辐射噪声指标 通常在距离进气口100mm处以90入射角记录的噪声 作为最大声压级

4、。（3）、排气管辐射噪声指标 通常在距离排气口500mm处以45入射角记录的噪声 作为最大声压级。3、整车内部噪声指标（1）、内部噪声指标：声压级的明显改进；（2）、内部噪声指标：品牌价值；（3）、内部噪声指标：主观指标。 4、乘车品质指标（包括振动感受指标）。 其中外部噪声指标通常是客观的，而内部噪声指标和乘车品质指标是主观和客观标准的综合。第二章第二章 声的测量和声的特性声的测量和声的特性一、声音的产生和传播 1、声音的介绍（1）、声音的定义 物理学将声音定义为：通过周期性机械振动的中间介质把声音的 能量传播出去。 根据定义可以看出： 1）、声音是一个周期过程； 2）、声音包含着能量的传递

5、。 声音也可以这样描述： 1）、声音的传播包含能量的传递，但并不能引起质点的传播 ； 2）、为了使质点能够围绕它的平衡位置振动，传播声音的介质必须是同时具有惯性和弹性的介质。（2 2）、各种常见声源的频率范围）、各种常见声源的频率范围）、各种常见声源的频率范围）、各种常见声源的频率范围（3 3）、可听的频率范围）、可听的频率范围）、可听的频率范围）、可听的频率范围人耳可听到声音的最低20Hz，在空气中的波长17.15m；人耳可听到声音的最高频率20000Hz，在空气中的波长为17.15m。 （4 4）、用线性连续声学方程式对声音进行精确的数学）、用线性连续声学方程式对声音进行精确的数学）、用线

6、性连续声学方程式对声音进行精确的数学）、用线性连续声学方程式对声音进行精确的数学描述描述描述描述1）、线性平面波方程；2）、球坐标系下的线性波动方程；3）、一维线性平面波方程的解。 2、声音的产生 声音是介质中质点围绕其平衡位置的来回振动。有很多方法可以发出声音，总的来说，这些不同的机构可以分为两类：（1）、直接声学发声装置，其中声音是由物理过程直接产生； 辐射噪声（2）、间接声学发声装置，其中声音是由于力使结构产生振动响应而发出声音。 辐射噪声 物理装置物理装置波动的力波动的力F（f）结构响应结构响应Y（f）辐射特性辐射特性S（f） 3、声音的传播（1）、声音的传播速度二、声音的测量 声级是

7、通过传声器联结一些电子信号调理和分析装置来测量的。有很多类型的传声器，它们采用不同方法将波动压力转换为电信号，主要类型有：电动式、带状板、电介质、电容式。在声级测量中，经常采用精度较高的电容式传声器。 1、电容传声器的构造 电容传声器的工作原理是用一个膜片作为平行板空气电容器的运动电极。膜片在相当高的频率下将产生受控于两电级之间空气运动的共振。 在标准的温度和压力下，声音传播速度大约为343m/s声音声音极板间的距离随着在声音引起的空气极板间的距离随着在声音引起的空气压力的变化而变化，而电容量也随之压力的变化而变化，而电容量也随之发生相应改变，引起电容的不断充放发生相应改变，引起电容的不断充放

8、电，从而将声音信号转换成了电信号电，从而将声音信号转换成了电信号2、电容放大器的特征：灵敏度 传声器的电极越大，由膜片在给定的挠度下产生的电荷越多，且传声器的灵敏度越高。精密的电容式传声器通常分为四种尺寸，由它们的外部直径来表示（1）1in，（2）0.5in，（3）1/4in，（4）1/8in。 通常引用开路灵敏度来直接比较两个传声器。这个开路灵敏度等于用200V极化电压在250Hz时每1Pa压力产生的电压（mV）。传感器灵敏度随温度和气压的变化而变化。3、频率响应 灵敏度随频率的变化被称为传声器的频率响应。电容传声器的频率响应主要由以下四个因素决定： （1）、膜片刚度； （2）、由于两电极之

9、间空气流动所造成的粘性阻力引起的膜片机械阻尼； （3）、膜片质量 ； （4）、在发生干涉和衍射效应的频率处，传声器直径与冲击声音的波长同阶。4、指向特性 电容传声器的指向特性取决于连接到前置放大器的装置的大小，且许多不同种类的特定类型的传声器都有相同的指向特性。1in传声器在所有传声器中有着最好的指向特性（特别在10kHz以上时）。5、动态范围 一个电容传声器的动态范围的最低限与前置放大器一起由内部噪声级决定，动态范围的最高限由失真度决定。6、前置放大器 设计的前置放大器是为了得到高输入阻抗，一般在10-50G。设计的前置放大器要有低输入阻抗，目的在于保留高频响应。7、电源8、测量放大器 测量

10、放大器作为电源的同时也将前置放大器变动的电压输出转换成以下两种中的一种：（1）、把磁带记录或者数字存储的信号变成放大的电压；（2）、定量化噪声的均方根级9、声级计 把传声器膜片、前置放大器、电源和测量电路连接起来，并放在盒子中则就是一个声级计。10、校正 每一个传声器都提供一个单独的校准图，这个图表包括带有灵敏度数据的完整频响曲线。在声场中，从传声器膜片到分析仪显示的整个信号链可以使用以下方法之一进行校准： （1）、声学校正器； （2）、活塞发声器。11、声音的记录 声音的记录需注意以下几方面： （1）、选择一个恰当的录音工具； （2）、要仔细设置记录的声压级，确保不过载即使是偶尔的瞬时噪声；

11、 （3）、在记录数据前，先将校正音调记录10s； （4）、“锁住”所有记录的声级，以免被干扰。12、分贝 声级一般用给定位置上的噪声源声功率（W）输出和声压幅值（Pa）来描述。然而，由于在宽广范围内存在声压和声功率，分贝是很有用的。为了使描述声级这种情况简化，一般用分贝来描述声级。 两个相同的声级叠加在一起，其噪声级比一个噪声源所产生的声级高3dB（A）。将一个噪声级与另外一个幅值小于10dB（A）的噪声级叠加，叠加的结果对最高噪声级的增加可以忽略不计。13、声级的计权（1）、频率计权 1）、A计权 2）、B计权 3）、 C计权（ 2）、时间计权 1）、快，指数时间常数为125ms 2）、慢，

12、指数时间常数为1s 3）、峰值保持，指数时间常数不到100s三、噪声数据的显示和分析1、单值指数法（1）、压力时程（2）、压力的均方根（3）、声压级时程（4）、等效连续声级（5）、统计声级2、基于频率的指数法（1）、1倍频程（2）、1/3倍频程滤波器（3）、1/12倍频程滤波器（4）、1/24倍频程滤波器（5）、阶次跟踪：当分析旋转机械的噪声时，常采用阶次跟踪技术。（6）、恒定带宽级频率分析方法（7）、瀑布图第三章第三章 汽车外部噪声：评价和控制汽车外部噪声：评价和控制 对整车外部噪声的主要贡献是进气噪声、排气噪声、轮胎噪声等。所以控制这些噪声源对控制整车外部噪声是很重要的。噪声源的排列方法：

13、1、隔离2、屏蔽3、近声场的传声器技术4、声强画图5、声场空间转换方法6、来自振动的噪声7、建模一、进气系统噪声1、进气系统主要部件（1）、滤清器壳（2）、进气管（3）、压缩管（4）、容积腔（5）、流道由进气和排气系统运行造成的噪声可以分为：1）、主要噪声源：由通过气阀的不稳定质量流动引起，造成气管中的压力波动，并传播到进气口（或排气管），最后作为噪声辐射出去。2）、次噪声源：由流过进气和排气系统的气体运动造成的噪声。3）、壳体噪声源：由主噪声源和次噪声源激励引起的来自进气和排气管的结构辐射噪声。（1）、进气口的位置（2）、进气管和滤清器壳的尺寸（3）、为改进发动机性能而进行的进气系统设计（4

14、）、进气噪声源（5）、管道流畅声学（6）、简单进气系统的声学性能（7）、锥形进气管（8）、进气管伸进滤清器壳（9）、赫尔姆霍次共振腔（10）、侧置分开式（1/4波长）共鸣器（11）、流动对侧置分开式共鸣器的影响（12）、进气系统安装2、当设计进气系统时，需要考虑以下问题3、汽车进气系统设计初期关键的活动（1）、概念阶段：标明容积（2）、发动机原型阶段：通过进气管设计，研究发动机进气和波形作用的调谐；使系统压力损失最小化；研究空气过滤；定标通气口噪声；研制消声器和谐振器（3）、汽车原型阶段：精品化包装；外部噪声级测试（4）、预生产汽车：精细汽车内部和外部噪声级（5）、预生产评价：解释噪声品质的任

15、何问题4、进气噪声控制（案例分析）（1）、圆锥形进气管：在噪声衰减中，圆锥形进气管可以用来减少波谷的深度。（2）、进气管伸到滤清器中：伸到滤清器主体内的进气管扮演了侧置式共鸣器的角色。（3）、赫尔姆霍次共振器：是小于120Hz的进气噪声通常用的消声元件。（4）、侧置式共鸣器（5）、歧管和拉链管的效果（6）、进气系统支架 1、当设计排气系统时，需要考虑以下问题（1）、在排气系统中，由更高流速引起的流动影响更大（2）、温度梯度非常大，特别是在排气歧管中（3）、在消声器设计中，耐久性/抵抗腐蚀经常是限制因素（4）、背压要比排气歧管中波的作用对发动机性能有更大的影响。（5）、深入消声器中的穿孔管经常被

16、用来提供气体的梯度膨胀，在带来较小背压损失情况下取得噪声衰减。可以提供若干个平行的流动途径，且每个管路通过穿孔管来连接。（6）、采用隔板划分消声器的方法，可以在单个消声器壳体内得到多个消声器腔室。（7）、来自消声器外表面的辐射噪声可能较大。（8）、由流体本身产生的噪声也可能较大。（9）、和普通进气系统惯例相比，较少使用侧置式共鸣器和赫尔姆霍次共振器。（10）、消声器内经常塞有诸如玄武石、钢丝绒或玻璃纤维绳的吸声材料。二、排气系统噪声 2、 排气噪声控制（1）、有关通过排气阀的流量（2）、计算排气温度（11）、在车辆下面安装排气系统很重要，要避免产生结构噪声进入车内的途径。三、轮胎空气噪声 1、

17、 轮胎空气噪声产生的机理（1）、在接触过程期间，当空气泵入、泵出轮胎面和道路空 穴时产生的噪声。（2）、由接触过程造成的轮胎振动产生的噪声。 2、 道路表面对轮胎空气噪声的影响 三种道路特性影响轮胎噪声：（1）、表面粗糙度。（2）、摆脱表面水的能力。（3）、声的吸收。 3、 如何通过设计控制轮胎空气噪声（1）、减少轮胎面模量（2）、在轮胎面上使用更柔软的橡胶，以减少接触斑点前缘 胎面花纹块的冲击。（3）、避免胎面花纹块中的张紧，以减少接触斑点后缘切向 振动。（4）、避免出现横向花纹槽，以减少声学空穴共振的影响， 一端开口的短花纹槽则更有利于减少影响。（5）、通过选择性布置不同尺寸的轮胎元素来提

18、供轮胎中的 频率调制，因而称为节距排列。四、车外汽车通过噪声的测量 1、自从在70/157/EEC中介绍认证噪声级以来，M1客车的整车通过噪声限值为74 dB(A) 2、 测量方法第四章第四章 汽车内部噪声：评价和控制汽车内部噪声：评价和控制汽车内部噪声是以下各因素的综合：（1）、发动机噪声；（2）、道路噪声；（3）、进气噪声；（4）、排气噪声；（5）、气动噪声；（6）、来自部件和附件的噪声；（7）、制动噪声；（8）“吱吱”、“格格”和“丝丝”声。 车辆内部噪声源噪声源噪声源1与车辆结构的相互与车辆结构的相互作用作用-滤波效应滤波效应噪声辐射噪声辐射噪声源噪声源2与车辆结构的相互与车辆结构的相

19、互作用作用-滤波效应滤波效应与车辆结构的相互与车辆结构的相互作用作用-滤波效应滤波效应噪声源噪声源3噪声辐射噪声辐射噪声辐射噪声辐射车辆车辆内部内部噪声噪声滤波滤波效应效应内部噪声内部噪声 除了车厢里出现的“吱吱”、 “格格”和“丝丝”声外，噪声或振动通常起源于外部并以某种方式与汽车结构相互作用，从而在车厢内产生辐射噪声。其中与结构相互作用的形式可以分为空气噪声途径和结构噪声途径 。 一、 车内噪声产生的机理（1）、外部噪声透过车身传入的空气噪声。（2）、外部力作用在车身上使车身壁板产生振动而产生的结构噪声。（3）、已经产生的声音在车内被反射、吸收，或声腔共鸣被放大。振动振动输入输入噪声噪声输

20、入输入车内噪声车内噪声 动力总成动力总成进进气气系系统统排排气气系系统统悬置悬置系统系统 传动轴传动轴 悬架悬架路面不平路面不平 悬架系统悬架系统动力总成动力总成 进气噪声进气噪声 排气噪声排气噪声 路面噪声路面噪声 风噪声风噪声FiFiFiFiFiFiFiFiFiFiAiAiAiAiAiAiAiAiAiAi车身车身结构噪声结构噪声空气噪声空气噪声 1、空气噪声 ROAD/TIRE NOISEPOWERTRAINNOISEINTERIORNOISEWIND NOISE2、结构噪声 BODY MOUNTSPOWERTRAINVIBRATIONROAD/TIRE VIBRATION3、发动机噪声

21、发动机噪声是燃烧噪声和机械噪声的总和，两种成分的相对混合将随不同的发动机而变化。发动机噪声取决于发动机转速，对某些型号的发动机（如正常进气的直喷柴油机，特别是汽油机）来说，也取决于发动机负载。（1）、燃烧噪声 燃烧噪声来自于作用在发动机结构上的气体压力，它引起振动，然后辐射产生噪声。因此，用间接噪声产生机理来说明它的产生。在发动机工作循环期间每个缸体上的气体压力是变化的。当由压力上升速率引起的激励力最大时，发动机的振动响应最大。缸体压力谱是燃烧噪声更有用/可靠的指标。（2）、机械噪声曲柄机构（活塞、连杆、曲轴、轴承）承受了由气体压力产生的外部激励力，和由它本身惯性引起的内部激励力。发动机机构对

22、这些合力的反应通过间接噪声产生机理产生机械噪声。（3）、发动机噪声控制的方案： 1）、增加机构刚度，把共振频率推到最高激励频率之上； 2）、把部件和激励源隔离开来； 3）、用大块的罩板把噪声源抱起来； 4）、在共振出现的地方增加阻尼。 4、道路噪声（1）、车辆内部道路噪声主要是低频噪声问题，噪声贡献有： 1）、通过汽车悬架的结构噪声途径； 2）、轮胎通过汽车结构的直接空气途径 。 内部道路噪声级可能在250Hz出现大约60dB（A）65dB （A）的峰值，并随频率的增加而跌落。频率大于1000Hz的噪声级比频率小于300Hz的噪声级一般低15dB（A）。（2）、分析结构道路噪声 由于道路噪声的

23、噪声途径分析具有复杂性，所以经常使用拆除试验。将激振器连接到轮毂上，测量车厢内产生的噪声级（或特定结构单元的振动速度幅值）。拆除悬架零件的效果，及因此当作潜在的噪声途径非常容易确定。 经常使用测量的NTF噪声(Pa)和力输入(N)之比。当激振器（及力量规）依次连接到每个悬架点时，用一个两通道的FFT分析仪可以找到车厢内部传声器的NTF。道路噪声典型的NTF指标最大值为0.01Pa/N。 （3）、控制内部道路噪声的一些设计准则： 1）、选择安静的轮胎； 2）、在所用的悬架连接点，却得0.01Pa/N的NTF； 3）、用刚度介于1/5到1/10车体刚度的悬架衬套； 4）、采用柔顺的副车架，让悬架装

24、到这个改进的副车架上，使得悬架弹性地连接到车体上； 5）、采用噪声减轻处理来减少内部噪声级； 6）减少由减振器引起的噪声。5、气动（风）噪声 对于许多高速驾驶的汽车， 气动（风）噪声是车内噪声的一个重要来源。它很容易和道路噪声混淆，本质上它是宽带噪声，但它有很强的低频偏置。形成气动（风）噪声的机理：（1）、汽车上所谓的“上车身表面”（玻璃制品和车顶板）的气动激励引起车内的结构辐射噪声。（2）、汽车底部的空气流动造成空气声传递到车内，特别是车轮拱区域。（3）、由于吸气（泄露）或由于密封上的空气流动扰动造成的门和玻璃的气动激励，引起噪声通过门和玻璃密封传递到车内。（4）、车体突出物（比如天线、车顶

25、支架等）的涡旋脱落造成有音调的空气噪声。（5）、空气空穴流过半开的窗户和车顶遮阳篷顶造成强烈的低频噪声（低于25Hz）和振动。6、制动噪声（1）、制动噪声分为以下几类： 1）、制动长尖叫声 2）、制动呻吟声 3）、制动爬行“嘎吱”声 4）、制动颤抖声（2）、制动噪声的来源就是制动块和制动盘之间的成对摩擦表面。制动长尖叫声是由制动元件本身辐射出去，因为用激光测振仪技术可以很清晰地看到。但是，由于制动元件的共振频率一般较高，因此是车辆的悬架在制动呻吟声、制动爬行“嘎吱”声和制动颤动声中扮演了共振系统角色。（3）、控制制动噪声没有选择的余地。应仔细挑选摩擦（是静态摩擦系数和动态摩擦系数之间的差别才导

26、致了爬行“嘎吱”声、颤抖声和呻吟声），而对于制动长尖叫声来说，可采用几层金属薄板铆在一起放在制动块的后面当作有效减振器的方法。 二、车内噪声的测量1、怠速噪声 对各档位、空调开与关等工况分别进行测试。2、车内声压随发动机转速的变化(Overall Level VS. RPM) 测试加速和减速两种工况一般选择能覆盖整个转速范围的二档进行测试。3、车内声品质指标随发动机转速的变化 主要指标：语言清晰度、尖锐度、粗糙度。4、匀速噪声 主要关注中高速：80km/h、100km/h、120km/h。5、滑行噪声 120km/h以上开始，空档滑行到60km/h，测试车内噪声随车速的变化。三、 车内噪声的评

27、价主观评价1、驾驶方法2、试听室方法客观评价1、怠速噪声 （1）、评价内容与方法 1 ）、声音大小 2）、声音品质，是否让人不舒服 3）、是否存在共鸣声或轰鸣声 （2）、评价工况 1）、开关空调 2）、P、N、D、R档 3）、开关大灯等大的用电器 空空调关关空空调开开N或或P37464050D或或R395042542、加速噪声（3）、轿车怠速噪声声压参考大小 dB（A）（1）、评价内容 1）、声音大小； 2）、声音变化是否均匀，随着发动机转速的增加，车内噪声不断 地增大 是正常的，但应该是比较均匀地增大，如果在某个（些）转速下声音突然增大，则表明在该转速下存在轰鸣噪声问题，轰鸣噪声问题是必须在

28、汽车开发中解决的车内噪声问题 ； 3）、声品质：声音是否有不舒服感。（2）、评价工况 在2档或3档（自动档D档）分别全油门和半油门加速（3）、轰鸣噪声较好的加速噪声存在轰鸣的加速噪声3、减速噪声（1）、评价内容 1）、评价声音大小 2）、评价声音变化是否平稳，即是否存在轰鸣声 3）、评价声品质 4）、评价是否存在变速器啸叫声（2）、评价工况 在2档或3档将发动机提速到额定转速后松开油门，让汽车自然地减速4、匀速噪声（1）、评价内容 1）、声音大小 2）、声音品质 3）、注意风噪声与路面噪声（2）、评价工况 在低中高速（如80kn/h、100km/h、120km/h）匀速行驶 （3）、轿车匀速噪

29、声参考大小 100km/h：6873dB(A) 120km/h：6974dB(A)四、 噪声途径分析1、汽车噪声控制途径的可行性方案（1）、来自发动机的结构噪声 1）、用发动机支架改进隔振； 2）、减少由发动机产生的振动； 3）、在发动机室壁和底部敷设阻尼。（2）、来自发动机的空气噪声 1）、通过增加屏障层来改进发动机室壁和/或底部的TL； 2）、堵住所有由不配套金属扣眼等引起的发动机室壁间隙； 3）、在发动机室盖下面增加阻尼处理。（3）、来自道路的结构噪声 1）、更换轮胎； 2）、更换支架衬套； 3）、更换减振架衬套； 4）、对发动机室壁和底部的共振部分进行阻尼处理。（4）、来自轮胎的空气噪

30、声 1）、更换轮胎； 2）、通过增加屏障层和隔离层来改进发动机室壁和/或底部的TL； 3）、如果必要的话，改进门的密封（5）、来自排气装置的结构噪声 1）、通过采用更柔顺的支架来改进隔振效果，且把支架固定在底盘上高 阻抗点和排气系统的节点上； 2）、通过增加屏障层和隔离层来改进机体和/或后底部的TL； 3）、在发动机机体和底部的共振部位进行阻尼处理； 4）、在催化器出口和排气系统的其余部分之间增加弹性耦合。（6）、来自排气装置的空气噪声 1）、通过增加屏障层和隔离层来改进发动机室壁和/或后底部的TL； 2）、如果必要的话改进底部密封。（7）、来自进气装置的结构噪声 1）、在弹性支架上安装进气系

31、统车身侧元件。（8）、来自进气装置的空气噪声 1）、通过增加屏障层和隔离层来改进发动机室壁和/底部的TL； 2）、如果有必要的话改进门的密封； 3）、在发动机室盖下面增加阻尼处理。（9）、气动噪声 1）、重新绘制外视镜，天线和门把等轮廓； 2）、如果有必要的话，改进门的密封；（10）、发动机部件噪声 1）、采用更静的部件来减少噪声源； 2）、通过增加屏障层和隔离层来改进发动机室壁和/底部的TL； 3）、在发动机室盖下面增加阻尼处理。2、噪声途径分析的相干方法3、噪声途径分析的标准方法4、噪声途径分析的非侵入方法五、测量内燃机和其他汽车噪声源的声功率1、近场和远场声源在自由声场中辐射产生的声场可

32、以分成三个区域：（1）、气动近声场：紧邻振源的区域（2）、几何近声场：与气动近声场相邻的声场（3）、远声场：超过几何近声场的延伸声场区域 2、测量声功率的不同方法（1）、远场中声压测量（2）、几何近声场中声压测量 （3）、声强测量（4）、表面振速测量3、在自由场中采用声压技术测量声功率 在自由场中用声压测量来完成声功率测量的步骤为：（1）、把声源放在一个足够大的消声或半消声空间里，目的是在远离空间吸声表面的合适距离处满足自由场条件（2）、计算远离声源的最小传播距离，用这个距离可以可靠地预估自由场条件；（3）、在自由场中构造声源声学中心，围绕该中心是一个完整的球表面；（4）、把球的表面划分成合理

33、数目的相等区域；（5）、对测量的Lpi作时间平均；（6）、如果任意一块面积（Si）和通常的（Sn）不同，那么应用下面的修正公式 Lpi,corr=Lpi+10log10Si/Sn；（7）、按前面描述的方法计算Lw。4、漫射声场中声功率的测量 在漫射声场中，任一点的净声强等于零。因此，不能用基于声强的方法来确定自由场中的声功率。作为替代，声功率的确定是在已知空间吸声特性的情况下，通过采用声压测量来估计空间能量均值。 为了提供漫射声场，测试房间应该满足以下特性： （1）、房间应该有足够的体积和合适的形状 （2）、频率超过研究范围的边界在声学上可以看作是刚性的5、半混响远场中声功率的测量 含有噪声源

34、的大多数房间既不是吸声的，也不是真正的混响。当确定这种空间的声源声功率时，不需要对声场的性质作出假定 ，而只需对房间提出以下要求：（1）、声源应该设置在正常位置（2）、房间应该足够大到允许完成远场测试（3）、传声器应该放在远离任何房间反射面至少1/4波长位置6、近声场中声功率测量 所有早期的确定声功率的方法都要求： （1）、远声场中声压测试要求房间足够大 （2）、背景噪声可以忽略 近声场技术可用于并不满足以上判据的场合。近声场技术包括完成围绕近声场声源整个测试表面的声压级测试。7、用表面振速测量确定声功率 振动结构的辐射噪声声功率可由表面振动速度的均方值来估计。8、用声强仪确定声功率 对于相同

35、的目标，用声强仪确定声功率要比声压技术有以下优点：（1）、声压技术必须假定在一个自由场条件，在这个条件下声音只往往远离声源的方向传播。声强仪确定声的传播方向，因此可以确定出声功率，甚至几何近声场中的声功率；（2）、振动表面的一些面可担当声的辐射源，而另一些面可担当声的吸收源。声强仪扫面这些表面时，可以探测到这些现象；（3）、声强仪的输出给出的幅值和方向经常用于声源定位。表面声压测试的输出给出的信息较少。9、不同环境下测量声功率的标准方法 对于测量声功率，有英国国家标准（BS）和国际标准（ISO）认可的标准方法。以下为常用的标准清单：（1）、英国国家标准BS 4196-0：1981（ISO 37

36、40:1980）（2）、英国国家标准BS 4196-1：1991（欧洲标准 EN23741：1991 国际标准ISO 3741：1988）（3）、英国国家标准BS 4196-2：1991（欧洲标准 EN23742：国际标准ISO 3742：1988）（4）、英国国家标准BS 4196-5：1981（ISO 3745：1977）（5）、英国国家标准BS 4196-7：1988（ISO 3747：1987）（6）、英国国家标准BS 4196-8：1991（ISO 6929：1990）等第五章第五章 振动测试和振动特性振动测试和振动特性什么是振动？振动现象无处不在从空间位置看，即机械系统绕其平衡位置

37、作往复运动；从数学观点看，即机械系统的位移、速度、加速度均在某一数值附近随时间而波动。 人对不同频率的振动感觉不一样，一般只对50Hz以下的振动有明显的感觉，而在水平方向又以12Hz的振动感觉最为强烈，在垂直方向上以48Hz感觉最为强烈。1、振动的度量振动可以通过位移、速度或加速度随时间的变化来度量。在汽车的振动中，多用加速度随时间的变化来描述振动。2、振动的测量最常用的两类振动传感器是：加速度计和速度传感器。汽车振动通常通过加速度计来进行测量，而振动的位移、速度等信号则可通过加速度信号的处理来得到。（1）、加速度计压电材料压电材料 加速度计提供最直接的振动加速度测量，特点如下：1）、属于用一

38、个小质量块对压电晶体加载的压电装置；2）、设计的传感器固有频率远高于预期的激励频率范围；3）、尺寸小；4）、体积较大的加速度计有较低的固有频率，灵敏度较高，但不能用来测量高频振动或轻量薄板；5）、体积较小的加速度计有较高的固有频率，能用来测量轻量薄板的振动，但传感器灵敏度较低；6）、多轴加速度计是可行的；7）、加速度计通常价格昂贵且易损坏；8）、对于低频振动测量，可用橡皮泥、蜡、磁座安装加速度计；对于高频振动测量，需要利用硬的环氧树脂或氰基丙烯酸盐粘合剂粘结或螺钉联接； 9）、优先采用高阻抗加速度计，它的电荷信号放大效果较好；10）、电荷放大器允许测量频率从0.2Hz开始，它们对连接电缆的长度

39、相对不敏；11）、低阻抗加速度计电压信号放大器价格便宜，但对加速度计与放大器之间的连接线缆长度较敏感，还对加速度计电缆的运动敏感；12）、测量加速度的使用仪器的性能特性可在英国标准BS6841和BS7482的第一和第三部分中查到。 如何选择合适的加速度计：（1）、首先确定是选择高阻抗加速度计还是低阻抗加速度计 1）、高阻抗加速度计的优点： 宽的动态范围； 加速度计和电荷放大器之间可用很长的连接导线； 缺点是价格高 2）、 低阻抗加速度计的优点： 价格便宜； 较简单的信号调理； 缺点是尺寸和质量较大、过载能力低，以及对最低频率相对高的限制。（2）、其次，加速度计的选择取决于以下因素1）、灵敏度：

40、大的传感器有高的灵敏度。2）、频率范围：上限频率取决于压电元件的固有频率。一般来说，小的传感器可用于测量高频振动。下限频率取决于信号调理的时间常数。只有电荷放大加速度计可以测量的振动频率低到几乎0Hz。3）、物理尺寸：作为一般规则，加速度计的质量应该小于被测振动结构质量的10%。否则，加速度计的附加质量将改变结构振动特性。这也经常称作质量加载效应。4）、安装附件：高频振动测量，优先采用螺钉联接加速度计的方法。各种氰基丙烯酸盐粘合剂也可使用。其他安装方法包括：磁座、蜂蜡、橡皮泥和双面胶带。尽管以上方法使用方便，但限制测量的上限频率。有些电缆的接头在加速度计的顶部和加速度计做在一起，方便快速安装。

41、5）、电缆：内置放大器的低阻抗加速度计的频响函数受影响之前，可以直接使用，甚至可用长距离同轴电缆。高阻抗加速度计需要特殊的低噪声、高绝缘电阻屏蔽-微粒电缆，这些电缆的长度是限制的，且易损坏。 加速度计的电荷放大器优质的电荷放大器有以下优点：（1）、在电荷单元的前面板或后面板上带有微粒电缆接头；（2）、传感器灵敏度能到三位有效数字；（3）、放大器允许的输入信号幅值在0.1mV/(m/s2 )和1V/(m/s2 )；（4）、当放大器过载时，指示灯会提醒使用者；（5）、低频极限抑制低频噪声；（6）、积分电路允许直接的速度或位移测量；（7）、在信号放大之前，低频滤波器去除不希望产生的信号成分；（8）、

42、通过电池及变压器的外部交流电提供电源。 加速度计的校准 精密的加速度计带有一条标定曲线和有关灵敏度的详细资料。当和高品质的电荷放大器配套使用时，除了放大器增益会用来计算校准因子（V/（m/s2 ）外，还会用到上述标定曲线和有关灵敏度的详细资料。（2）、速度传感器 速度传感器提供直接的振动速度测量，优点如下： 1）、速度传感器的线圈总是运动的，它悬吊在保持静止的永久磁铁之间； 2）、速度传感器的固有频率设计得较低，要比预期的激励频率范围低很多； 3）、它们通常很大、很重、但耐用； 4）、由于质量负载效应，速度传感器不能用来测量轻型结构； 5）、多轴速度传感器是可行的； 6）、速度传感器是放在基座

43、上的，这个基座通常是可调整的三角架，以方便测试 倾斜的或不平的表面； 7）、要经常用到简单的、低成本的电荷放大器。3、基于激光的振动测试 最重要的激光测振方法：（1）、单点激光多普勒速度计（LDV）；（2）、扫描式激光多普勒速度计（SLDV）；（3）、用于旋转系统的双束激光速度计；（4）、双脉冲激光全息干涉测量法；（5）、电子散斑模式干涉测量法（ESPI）。4、振动数据的显示和分析（1）、固体中波的类型和特性 1）、纵波 2）、旋波 3）、弯曲波（2）、振动波方程 1）、纵波波动方程 2）、扭转（旋转）波波动方程 3）、横向波动方程 4）、薄板振动（3）、量化振动级 1）、单值指数方法 2）、

44、加速度级（dB） 3）、速度级（dB） 4）、基于频率的指数方法（4）、评价振动级人体振动响应5、振动模态和共振（1）、基本概念 用来描述一个系统的运动所需要的独立坐标的数目称为系统的自由度。一个在空间运动的质点需要三个自由度，一个刚体需要六个自由度。 在系统本身的力而不是外载荷的作用下，系统发生自由振动。这样的系统将在一个或多个固有频率下振动，而固有频率表示的是动态系统的特性，并取决于系统分布质量和刚度。在每个固有频率处，弹性体会出现特别的振动形态，成为振型。强迫振动下的系统将会在激励频率处和固有频率处有响应。如果激励频率和系统的固有频率吻合，则系统会发生共振。（2）、单自由度系统的自由振动

45、（3）、多自由度系统的自由振动（4）、单自由度强迫振动（5）、多自由度强迫振动（6）、单跨粱的横向振动（7）、矩形板的横向振动6、模态分析 常用的模态提取方法是单自由度拟合方法，它好于圆拟合方法。 第六章第六章 振动源及其控制振动源及其控制一、有阻尼的振动 “阻尼”一词是用来描述隐含在系统内部的力，这个力起着限制系统振动行为的作用。阻尼有以下几种类型：1 、结构阻尼：能量是通过材料本身内部结构振动来耗散的，在这种情况下，每个周期耗散的能量正比于振动位移幅值的平方，而与频率无关。2、库仑阻尼：它是两个干燥表面滑动的结果。阻尼力等于法向力和摩擦系数的乘积，并假定一旦运动开始后，阻尼力与速度无关。3

46、、粘性阻尼：是由粘性流体扰动引起的。被用来描述包括粘性阻尼在内的系统运动的代数式比其他形式阻尼的要简单得多，因此用等效粘性阻尼系数计算一般阻尼。二、阻尼的影响1、共振点的峰值响应；2、共振峰的锐度；3、质量块的响应与激振力之间存在相位滞后。三、材料阻尼 当材料处于循环应力时，能量在材料内部耗散。对于大多数工程材料，每个周期耗散的能量具有以下特点：1、与激振频率无关；2、与位移振幅的平方成正比。四、滞迟回线五、复数模量六、摩擦阻尼 摩擦阻尼来自于两个相对滑动的干燥表面，一旦运动开始后，其大小与速度无关。七、表面阻尼处理八、振动隔离和吸收 1、动力减震器 2、三维质量的隔振 3、实际的非理想的隔振

47、器 4、高频隔振器九、发动机和动力传动系统振动 发动机是汽车的心脏，也是汽车最大的振动噪声源，要想提高整车NVH水平必然需要更安静和平顺的发动机。 发动机和汽车都有自己的固有（特征）频率，只要往复激振力作用在任何一个系统上，就会带来振动响应。当激励力的频率成分和系统的特征频率吻合时，一个特别大的响应（共振）就会开始，而其只能由这个频率处的阻尼来控制。调节这两个系统特征频率的经验法则如下：1、为了隔离来自汽车动力传动系统的振动，动力传动系统的特征频率应该落在主要激励力频率范围之外；2、对于可接收的次要的乘坐品质，发动机特征频率应该和车轮、轮毂和悬架特征频率区分开，除非采用了液力发动机悬置，发动机

48、才可用作动力减震器来应对共振悬置运动；3、对于可接受的耐久性，发动机俯仰特征频率不应该和汽车纵向平移特征频率吻合。1、为什么要平衡发动机2、静平衡和动平衡 曲轴存在两类不平衡：静不平衡和动不平衡3、作用在单个曲柄体上的力（1）、气体力（2）、惯性力（3）、沿曲轴的力矩4、控制发动机转矩和转速：飞轮5、动力传动系统和曲轴振动模态（1）、摩擦和粘性减振器（2）、扭转振动调谐吸振器（3）、单摆减振器6、发动机悬置（1）、设计发动机悬置的目的： 1）、在汽车运动的同时，约束动力总成的运动，把作用在动力总成上或底盘上的高循环应力引起的损坏危险最小化。 2）、在汽车运动的同时，约束动力总成的运动，保证可操

49、纵性。 3）、减少汽车结构辐射噪声和振动。（2）、设计发动机悬置的合理方法： 1）、通过发动机循环分析，确定由力、力矩和转矩产生的强迫力。 2）、采用刚体动力建模，求解六自由度系统运动方程。 3）、对于刚体动力建模来说，由于导纳提供了弹性边界条件，采用有限元分析计算悬置位置处发动机和底盘的导纳。十、汽车和底盘振动：乘坐平顺性 汽车和底盘振动的主要后果就是降低了乘客的舒适性。最影响乘客舒适性的三类振动是：颤动、主要乘坐性、次要乘坐性。以上三类振动的影响是： 1、乘客舒适性的降低； 2、疲劳导致的任务熟练程度的下降； 3、对健康和安全的威胁。 以上影响的起因和严重性取决于振动幅度、频率范围、乘客位置和暴露时间的长度。其他影响，具体到驾驶汽车的经验需要稍微思考后辨清： 1、削弱了精细的汽车技能的熟练程度，不涉及疲劳，仅由手的振动引起； 2、背痛、颈痛和模糊不清的视觉； 3、运动呕吐； 4、对驾驶经验总的不满足。谢谢谢谢！