NVH 是指Noise ( 噪聲) 、Vibration ( 振動) 和Harshness( 聲振粗糙度) 。汽車NVH 特性是指在車室振動、噪聲的作用下, 乘員舒適性主觀感受的變化特性。NVH 可以理解為一種能降低顧客欣賞度的觸覺或者視覺的干擾, 是車輛的動態(tài)結構響應。
隨著汽車的日益普及, 對汽車舒適性的要求日益提高, 環(huán)境意識的日益覺醒, 車外噪聲控制相關環(huán)保法規(guī)及標準日益嚴格, 人們對作為提高汽車舒適性和控制車外噪聲的核心內容和評價主要參數(shù)———NVH 的研究變得日益緊迫。汽車NVH 將是汽車工業(yè)角逐的主戰(zhàn)場, 它的性能參數(shù)的高低, 將直接影響汽車企業(yè)的生存與發(fā)展。
1 NVH 問題處理原則
從NVH 的觀點來看, 汽車是一個由激勵、傳遞路徑和響應器組成的系統(tǒng)。激勵源主要包括發(fā)動機、動力總成、車輪和輪胎、不平路面和風等。它們產生的振動、噪聲通過懸架系統(tǒng)、車身結構系統(tǒng)等傳遞路徑傳入車身和車室聲學空腔, 形成振動和聲學響應。汽車中NVH 響應的最終表現(xiàn)為座椅地板和轉向盤的觸覺振動, 駕駛員和乘客的耳旁噪聲,儀表板、后視鏡的視覺振動等現(xiàn)象。
NVH 的傳播路徑不外乎空氣傳播和結構傳播兩種途徑。空氣傳播主要包括: 輻射和衰減噪聲; 柱管的入射或導出噪聲; 沖擊噪聲以及空氣沖擊噪聲等。而結構傳播的主要是振動和能量。
將兩者結合起來就可以得到基本的NVH 問題處理原則: 利用降低激勵源的激勵, 優(yōu)化空氣傳播和結構傳播途徑, 并且改善響應器的接收特性; 在激勵源、傳遞路徑和響應器三者之間尋求性能和成本的平衡點。具體框圖如圖1。
2 NVH 設計原則
改善汽車NVH 性能的關鍵是要有完善的NVH設計流程, 因為下游NVH 問題的確認與改善將代價昂貴而且效率低下。經常會出現(xiàn)由于成本的原因導致有缺陷的汽車體系結構也會持續(xù)使用很長一段時間的現(xiàn)象。
為了保持競爭性, 在設計開始的時候, 確認和控制汽車設計體系結構是非常關鍵的———建立具有挑戰(zhàn)性的NVH 目標, 設計最理想的體系結構, 并且一直堅持完善。要做到這些, 需要遵循系統(tǒng)工程學方法, 運用層疊圖表去引導發(fā)展目標的設定, 將優(yōu)化對象的汽車水平目標與系統(tǒng)及系統(tǒng)組成部件的目標聯(lián)系起來。
在設計過程中, 遵循以下設計原則:
( 1) 運用NVH 流程表去追蹤引導設計;
( 2) 設計出好的車身結構;
( 3) 運用激勵源—傳遞路徑—響應器的流程方案;
( 4) 在任何時候都首先要對激勵源進行準確定位;
( 5) 避免與主模態(tài)共振;
( 6) 關注激勵力傳遞的衰減。
3 NVH 正向設計流程
3.1 “V”型NVH 設計流程
汽車NVH 特性的研究主要針對新車型的研發(fā)過程, 也可以在對現(xiàn)有車型的改進設計中起到重要作用。以汽車NVH 特性為設計目標, 汽車整車設計可以看作是建立在計算機仿真分析基礎之上的。在整車NVH 正向設計過程中, 提出“V”型NVH 正向開發(fā)流程, 主要步驟如圖2。
3.2 NVH 設計步驟
根據“V”型NVH 正向開發(fā)流程, 可以將整車NVH 正向設計分為以下幾個階段:
( 1) 對客戶需求調研, 建立用戶需求定義庫
整車NVH 設計是以改善汽車乘坐舒適性, 提高客戶滿意度為最終目標。為達到這一目標, 首先必須對客戶需求進行調研, 并對主觀的要求和評價作出客觀的表述, 建立需求定義庫。
( 2) 測試車輛NVH 性能參數(shù), 總結優(yōu)化對象
對市場上同類型競爭對手的車輛和本公司優(yōu)化目標車輛的NVH 性能參數(shù)在各種運行工況下進行充分的測試, 得出各種主、客觀評價指標, 包括: 振動參數(shù)、噪聲參數(shù)、聲振粗糙度以及聲學NVH 現(xiàn)象。再將NVH 問題分類, 主要的分類參數(shù)包括: 操作狀態(tài)( 空轉、剎車、巡航? ) 、主觀反應( 隆隆聲、搖晃) 、客觀衡量標準( 聲壓、速度) 、頻率范圍、來源( 動力系統(tǒng)、公路、風, 等等) 、與機載相對的運載設備等; 同時, 為避免相連系統(tǒng)出現(xiàn)共振, 規(guī)定各系統(tǒng)及主要部件的模態(tài)頻率范圍并制成規(guī)劃表格; 最后, 列出優(yōu)化對象清單, 將存在NVH 問題的、模態(tài)重疊的系統(tǒng)和部件作為主要優(yōu)化目標, 并加入為滿足客戶NVH 需求而要采取的行動措施。
( 3) 確定整車NVH 目標, 并分解成各個系統(tǒng)及部件目標
在以上的工作基礎上, 結合政府法規(guī)要求和自身的技術水平、市場定位, 以及成本、時間要求等綜合因素, 確定預計整車NVH 目標。當整車NVH 目標制定后, 就要將其分解到各個系統(tǒng)、子系統(tǒng)和部件上。這種分解是雙向的, 整車目標指導系統(tǒng)和部件目標, 系統(tǒng)和部件目標又影響整車目標?？梢圆捎?/SPAN>"激勵源- 傳遞路徑- 響應器"模型逆過程法或用有限元和模態(tài)分析等CAE 工具分解, 或系統(tǒng)目標獨立確定, 再輸入整車模型。
由于近年隨著專業(yè)化分工趨勢加強, 整車制造企業(yè)已經逐漸將大部分零部件交給零部件生產企業(yè)來做, 所以設計者考慮的問題就不單是零部件的本身, 還要包括零部件與零部件之間, 零部件與整車之間的關系。這樣, 就要根據BOM(Bill of Material) , 即材料清單, 和零部件廠商協(xié)商, 共同制定零部件優(yōu)化目標。再根據分解的結果以及協(xié)商情況綜合制定整車初始目標范圍, 并規(guī)劃出未來各子系統(tǒng)及部件品質目標, 包括聲品質、車體靈敏度等, 最后確定具體的計劃目標( 運用質量功能展開法QFD(Quality Function Deployment) ) 。
( 4) 建模與優(yōu)化
建模與優(yōu)化的方法主要有整車CAE 模型法和模態(tài)綜合分析兩種方法, 一般較多采用模態(tài)綜合分析法。
為保證汽車NVH 目標的實現(xiàn), 要求各子系統(tǒng)目標的確定也要符合試驗設計和可靠性設計的要求。在這些子系統(tǒng)部件中, 尤其要注意的是車身系統(tǒng)、車身聲學空腔系統(tǒng)、轉向柱管、輪胎和懸架系統(tǒng)等。
( 5) 制作虛擬模型車
在優(yōu)化設計后, 將最優(yōu)結構安裝在虛擬的模型車上, 并檢查安裝空間、成本和質量等因素; 如果不滿足要求, 就修改完善, 直至滿意為止。
( 6) 樣車的試驗與調整
設計完成后, 再生產出樣車, 就可以在試驗室中或道路上進行試驗。一般是用三向加速度傳感器測量人—車接觸面之間的差異, 從而進行必要的調整與修改。最后直至順利批量生產。具體流程圖見圖3。
3.3 NVH 流程重要環(huán)節(jié)
( 1) BOM(Bill of Material) , 即材料清單。由于整車制造企業(yè)所需的大部分零部件都是交由零部件生產企業(yè)訂單生產的, 同時, 企業(yè)生產的車型有很多款式, 所以要求盡可能采用通用設計, 因此, 就需要把這些成熟通用的設計分門別類整理, 形成材料清單。這樣, 在產品設計初期, 就可以粗略定出哪些零部件可以沿用現(xiàn)有的產品, 哪些需要部分或全部重新設計, 從而能估計車型的性能和成本等重要參數(shù)。
( 2) QFD(Quality Function Deployment) , 質量功能展開法, 它是把顧客或市場的要求轉化為設計要求、零部件特性、工藝要求、生產要求的多層次演繹分析方法, 它體現(xiàn)了以市場為導向, 以顧客要求為產品開發(fā)惟一依據的指導思想。
4 結束語
汽車NVH 技術支持體系是一個以噪聲控制的相關技術法規(guī)和標準為先導, 以噪聲、振動控制技術為核心, 并具有自我更新與發(fā)展能力的面向全行業(yè)的分布式系統(tǒng)化技術服務平臺, 具有技術支持、交流、管理等的主要職能。當前需要確立NVH 仿真與試驗交互式流程、加強不確定性影響因素分析、提高仿真分析置信度, 并建立相應的評價準則和標準。
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