汽车NVH技术研究现状与展望

2023年12月19日发(作者：凯迪拉克xt5价格及图片 价格表)

汽车NVH技术研究现状与展望

薛亮;黄森

【摘 要】汽车的NVH特性是研究如何解决和降低车辆运行中的噪声、振动、舒适性的问题.针对近些年来汽车振动与噪声控制技术领域的最新进展及发展趋势进行综述,对NVH技术的发展、研究方法和未来的发展趋势做出论述,为国内汽车工程领域开展相关工作提供必要的信息和指导.

【期刊名称】《汽车零部件》

【年(卷),期】2013(000)005

【总页数】4页(P78-81)

【关键词】汽车;噪声;振动;NVH技术

【作 者】薛亮;黄森

【作者单位】陕西法士特汽车传动工程研究院,陕西西安710119;陕西法士特汽车传动工程研究院,陕西西安710119

【正文语种】中 文

0 引言

汽车的NVH特性是研究如何解决和降低车辆运行中的噪声、振动、舒适性的问题。近年来，随着人们环境、健康意识的不断提高，车辆的舒适度及声品质越来越受到人们的关注，较高噪声和振动的车辆不仅对周围环境产生声污染，同时也危害驾驶员和乘客的健康。在竞争激烈的汽车市场上，提高车辆噪声水平已成为新的竞争焦

点和技术发展方向。与此同时，国际市场越来越严格的汽车噪声标准对车辆的准入设定了更高的限制。在此背景下，车辆的NVH性能正在成为汽车研发过程中最为重要的性能指标，也是用户所关心的整车性能指标之一，汽车噪声控制水平必将成为汽车技术创新的重要高地，与之相关的分析、测试及材料技术等自然成为汽车工程领域关注的新焦点。作者针对近些年来汽车振动与噪声控制技术领域的最新进展及发展趋势进行综述，为国内汽车工程领域开展相关工作提供必要的信息和指导。

1 现代汽车NVH的发展

传统意义上噪声控制就是降低声音的大小，仅仅考虑声级的大小和频率成分，20世纪80年代后，汽车界开始使用声品质，声品质主导的NVH开发，如发动机的声音、喷气飞机的声调组成或电动剃须刀的声学表现，都体现了声音品质某个方面。对产品声音品质的感知是表征其特点的一个重要因素。声品质不再局限于噪声的削减，塑造恰当的产品声音是一个复杂的任务，产品开发过程涉及多个步骤及工具。被国际学术界广泛认同的完整声品质定义首先由BLAUER［1］给出:“声品质是在特定技术目标或任务内涵中声音的适宜性，声品质中定义的‘声’不是指声波这样一个物理事件，是由人耳对声音事件的听觉感知过程，并最终做出的主观判断。”汽车行业中的声品质问题已经由最初的整车、发动机等主要部件的研究，进入各个部件和方面的研究。未来汽车的发展环保、安全、舒适、低成本是主线，而这些主线中NVH性能占据很大比重。统计表明，整车约有1/3的故障问题是和车辆的NVH问题有关的。良好的NVH匹配不仅能够实现良好的动力学特性也能节省生产成本。

20世纪60—70年代，西方各主要汽车公司开始关注汽车的NVH问题，我国NVH研究起步较晚，自主品牌发展到现在只有10多年的时间，从国际NVH水平来看，日本在这方面做得最好，美国也不错，欧洲次之。各国政府在NVH法规方面，并没有过于严格的规定，大多来自于顾客对车辆性能日益苛刻的要求，欧洲法

规要求轿车通过噪声小于74 dB，中国M2柴油机为77 dB，M1类柴油机机车为75 dB。良好的NVH特性可以提高汽车部件由于振动引起的早期失效风险，提高部件的可靠性。相比于国外，我国NVH水平存在着一定的差距。比如空调开时车辆怠速的噪声值，日本、北美车辆为43～45 dB，而我国本土车辆往往达到50

dB。国产某轻型客车噪声值见图1，几款轿车噪声值见图2。

汽车是一个由激励源(发动机、变速器、路面等)、振动传递器(由悬挂系统、悬置系统和边接件组成)和噪声发射器(车身)组成的系统。它包含3大声品质问题:(1)动力系统的声品质控制技术;(2)车身声品质控制技术;(3)电器系统的声品质控制技术。一般来说车辆的噪声源，主要包括:发动机，变速箱，排气系统，高速行驶时的风噪声、轮胎噪声。其他任何运动的部件都有可能发出噪声。车辆的振源，主要包括:发动机，传动系统，不平的路面。

图1 国产某轻型客车噪声值

图2 几款轿车噪声值

国内企业中NVH能力已达到了一定的水准，如上海通用/泛亚汽车技术中心，有一定的开发能力，其余合资企业在国内的NVH工作主要就是物理试验认证;而国内自主品牌大多处在样车试验改进(通常与国外试验咨询公司合作)阶段，CAE能力及其与试验的糅合仍需加强。其他企业的现状如下，(1)上汽同济噪声与振动工程中心、同济大学汽车学院的NVH实验室硬件一流，且比较完备，其消声室(带低噪声转毂)为远东最大，达到1200 m3，混响室为268 m3，测试系统为LMS等主流设备;(2)奇瑞常规的NVH试验工程及研究与合肥工业大学的噪声振动实验室合作，而针对部分产品的NVH性能提升，主要通过与国外试验咨询公司合作的方式来完成。如:通过与意大利Prototipo试验公司的合作，针对东方之子与新旗云等车型的NVH方面多个小项目进行改进，提升产品竞争力的同时也大大提高了技术人员的水平。奇瑞已具有4套LMS的振动噪声测试系统等主流设备，成立了

NVH科室，CAE方面有专门NVH分析人员;(3)一汽的NVH试验能力较早就已建立。其中噪声试验室是按国际标准所建，包括:整车噪声试验室;动力总成噪声试验室。其中整车噪声试验室为半消声室，可以进行整备质量500～12000 kg，轴距在2.2～6.5 m范围的各类轿车、轻型车、中型卡车、厢式车、大客车等车型的车外、车内噪声试验，动力总成噪声试验;也可以进行最大功率200 kW、最大扭矩400 N·m、最高转速7500 r/min的发动机及其动力总成振动噪声试验研究;(4)二汽NVH方面起步较早，有专门的NVH研究组织，其消声室为6.8 m×5.2 m×6.0

m，混响室5.6 m×6.7 m×5.8 m。早在1996—1998年，叶志刚曾带领其团队对“乘用车内噪声试验研究分析及控制”做了比较深入的研究，其成果在东风汽车公司乘用车产品开发中得到应用，解决了乘用车车内噪声大的问题，取得了较好的效果。该项目在车身结构分析及控制中创造性应用结构声响感度函数较好地解决了发动机悬架对车内噪声的影响，后获2001年中国汽车工业科学技术进步奖;(5)重庆长安主要与朗德科技合作，2006年新建立了整车消声室，测试系统亦是用的Head Acoustic等行业内主流设备;(6)福田由德国Fiast为其建造消声室，测试系统配备有32通道LMS振动模态分析系统、60通道B＆K通过噪声测试分析系统和36通道BBM噪声源分析及音质评价分析系统等;(7)江淮具有常规的NVH性能测试评价的能力，已有2套LMS等主流厂家的振动噪声测试系统;(8)吉利硬件方面已有常规的振动噪声测试设备，可以完成常规的试验工作，其研究院亦有专人搞NVH方面的CAE工作，对消声室等大型实验室的筹备工作亦开始了初期调研，对产品NVH性能的改善主要通过与国外专业公司合作来实现。如:在金刚设计开发过程中，专门聘请专业的汽车降噪公司——意大利Alipalia公司SCS技术中心的专业团队进行专项NVH工程处理。近些年来，NVH已经不只是整车厂关注的重点，汽车零部件企业也开始重视零部件的NVH性能开发，如专业生产变速箱的法士特集团已经建成行业领先的消声室，投入精力开发低噪声的变速器产品。总体来

说，乘用车NVH走在前列，商用车也开始建立自己的NVH开发团队，配备了主流的噪声振动测试系统和专业的消声室以及专业的NVH工程人员。

综上，国内的NVH开发越来越受到重视，在追逐国外技术的同时也注重培养自己的专业团队，取得了一些成就。目前，国内汽车厂家不太注意早期NVH开发，整车设计与零配件企业产品之间的特性匹配度有待提高。零部件企业在向整车开发提供高质量零部件的同时也促使整车开发方式转变，整车开发已成为除车身结构设计外，主要是零部件的(结构)整合和(性能)匹配(标定)行为。整车开发已不再是单纯的结构设计和机构的实现，如何在取得优质零部件总成的基础上，整合匹配出满足法规和标准要求或最优的整车系统性能，已成为整车开发的核心。另外，传统汽车设计针对的是零里程汽车，有良好的NVH性能，而忽略高里程的NVH性能，如今高里程的NVH性能对顾客长期的满意度来说越来越重要，因此提高NVH的稳健性也是重要课题。通过近些年的发展，中国汽车NVH领域具备了基本的试验条件，但是数量上远远不够;具备了基本的CAE条件，但硬件和软件支撑上还不够强大;开展了不少NVH领域，但是专业人员工程实践经验不足。今后应该建立NVH数据库，完善NVH设计流程与部分规范，加强规范的执行力，培养自己的专家队伍。

2 NVH问题的研究方法

汽车噪声来源主要来自发动机、进排气系统、风扇噪声、传动系统、轮胎噪声、制动噪声、车声结构噪声、气动噪声。各个总成的噪声贡献度要达到合理匹配，NVH的特性研究应该是以整车为研究对象，合理匹配各个系统，要求各个子系统的噪声贡献降到最低。通常对汽车噪声和振动问题进行控制主要理论方法有有限元法、边界元法、统计能量法，有限元法适用分析结构动态特性;边界元法适合处理噪声的辐射问题;统计能量法是将一个复杂结构系统或声系统划分成若干耦合的子系统，每个子系统在相应某个频率范围都有若干个共振频率，根据系统的各种参数

建立起各个子系统间能量流动的关系。现阶段，计算机仿真分析技术(CAE)在汽车产品设计开发中的应用已相当普遍，大大方便了工程人员对设计机制的理解与把握，提高了设计开发效率，推动产品加速更新换代。然而，CAE分析的置信度是一个“瓶颈”问题，对于机制和模型高度复杂的车辆NVH性能，其仿真分析的置信度很难保证。为了解决这个“瓶颈”，通常的做法是将CAE技术与试验测试相结合，通过对比仿真和测试结果的吻合度来确定仿真的有效性。然而，测试结果对于测试流程、条件及环境非常敏感，在很多情况下测试结果本身就具有较大的分散性，为了扭转这种被动局面，国外已有研究者将重点转向“试验可靠性”的提高［1］。另一方面，当前应用领域出现了多种支持NVH仿真分析的CAE软件系统，如

ADAMS、SYSNOISE、AUTOSEA、LMS等。基于不同内核技术的软件系统，其处理问题的适用范围各有侧重。为确保仿真分析的置信度，应充分考虑具体问题的特点而合理选择软件工具。例如:声振耦合有限元技术主要适用于低频范围，是分析车内低频结构辐射噪声(Booming)的有效工具;而统计能量法则更适合于模态密集的中、高频段噪声分析，等等。值得注意的是，为完善仿真分析所必需的基础数据条件，国外汽车工程界进行了不懈的努力。目前已有机构建立了车内噪声数据库系统，能够覆盖15种车型的典型行驶工况，从而有效地支持了仿真分析过程并有助于确保其置信度。

为进一步从根本上提高NVH仿真分析的置信度，须立足于有关理论及方法的创新，针对整车结构的多个系统，集成声学、结构振动及系统动力学理论，解析其学科耦合关系，建立多学科综合的车辆NVH性能仿真分析模型，并进一步研制开发适用于工程领域的CAE软件系统;针对仿真分析建模、求解、检验及修正的全过程，确定NVH仿真与试验流程的交互方式，建立分析与试验研究一体化的车辆NVH混合仿真模型，并研制开发相应的软件及试验支持系统;以动力学系统的输入识别理论为基础，引入试验模态分析及KBE技术，通过简单的设计性试验以反求仿真分

析的输入条件，同时确保其具有较高的精度，从而缓解仿真分析基础数据不完备的矛盾;揭示车辆内在结构、性能及使用环境中相关不确定性因素对其NVH性能的影响规律，预测在不确定性因素情况下的仿真分析置信度，并建立相应的评价准则。

在汽车开发过程中，要明确法规和客户要求、诊断故障识别噪声、控制降低噪声是研究NVH的重要三步骤，由于三步骤之间的关联性，在实际的开发过程中相辅相成。明确客户要求，客户对乘坐舒适性的要求越来越高，加之日益激烈的市场竞争，NVH问题已从原有的法规强制转变为客户强制。因此在实际开发过程中，应根据客户的要求进行测量，除了提交测量结果外，还给出一定程度的结论或主客观评价。所有提供给客户的“产品”应保证正确、公正，并满足客户要求。客观评价是用描述振动噪声的参数如加速度、声压等来评价车辆NVH性能，可以用试验分析手段得到这些客观参数。系统的动态特性或系统的响应均可作为客观参数如:静态和动态刚度、传递函数、模态频率和振型、声压级等，但是NVH问题最终应该由主观评价来完成。客户通过直接接触来体验感觉车辆情况，客户的反应来自于他们的感觉、印象或是否喜欢这款车。客户往往会给出定性的描述:如感觉太硬或太吵。不同的人对同一辆车的评价往往不同，这取决于个人的背景、经历、期望、心情及其他与车辆无关的因素。从心理声学的角度来分析，无论如何，汽车总是要发出声音的;车厢的隔音措施再好，也不能把所有的声音都挡在外面。另一方面，人们也需要、或喜欢汽车发出的某些声音。因此，当车辆的总体噪声水平显著降低后，人们开始愈来愈讲究他们听到的声音的“品质”;人耳是灵敏的，原本被发动机和排气管的轰鸣声、尖啸声淹盖的其他噪声，此时都显露了出来，有不少是令人不快的，有些则反映了零部件的故障。这些都对NVH的测量、分析和零部件的改进提出了更高的要求。心理声学用量化指标来反映人们对音品质“好坏”的感觉，例如响度、粗糙度、尖锐度。人是汽车产品的惟一使用者，其评价优劣是产品成败的关键所在之一，降低噪声级的同时提高声品质是车辆及其零部件质量检验的最终目标。

3 汽车NVH控制与改善措施

噪声的控制主要有主动措施和被动措施两方面;主动措施要求从噪声源头降低噪声，如改进机械结构、提高激振频率，降低发动机低速噪声，同时提高零部件的加工精度和装配质量，减少运动噪声，改善部件的悬挂系统，阻断振动传递，改进车身结构、提高刚度、提高一阶模态，减少局部模态数量等;被动措施要求要好的吸音、吸振、密封、隔音、隔振、阻尼材料。迄今为止，阻尼、吸声材料及结构在汽车噪声控制领域获得了极为广泛的应用，例如:阻尼涂层，泡沫材料，约束层阻尼结构，内饰吸声表面，以及最近出现的ABA隔热墙衬垫，等等。这些已成为改善车辆NVH性能最主要的工程处理手段。英国谢菲尔德工学院的M K LING研究了一种由钢板、泡沫聚氨醋层和减振层组成的隔离层，布置在汽车驾驶室和乘客室底板底下，用以降低内部噪声，并对隔音效果进行了分析和研究［2－3］。由于吸声材料对高频噪声效用明显，对低频噪声效果欠佳，降低低频噪声和低频振动是困难大、成本高的一项工程，采取主动控制降低低频噪声已成为主要研究方向。Active

Noise Control是近年来发展的一种全新的噪声控制方法，它可以在指定区域内人为地、有目的地产生一个次级信号去控制初级信号，达到降噪的目的。20世纪80年代中期开始研究封闭空间声场的有源控制［4－5］，80年代末发展了自适应有源降噪技术，可实现选择性降噪。日本尼桑公司1991年在Blue Bird轿车上开始装备有源降噪系统，降低车内噪声5.6 dB。1967年苏联学者ASKyazey发表了第一篇采用振动控制方法降低辐射噪声的论文，开启了Active Vibration Control方法，即在原有振动上用另一种振动与其叠加达到减振、隔振、吸振的目的的先河。目前，美国和澳大利亚等在主动控制的研究方面处于领先地位。在NVH理论、试验验证和经验积累基础上，加强对供应商零部件质量管理，对同一车型基本型、高档型以下指标作出明确技术规定，从而真正形成设计标准化、档次明确化、达到生产一致性，来指导设计、生产、质量改进，并使客户感到物有所值，提高产品竞争

力。降低NVH不只是噪声或振动的问题，是一个系统性的问题。

4 汽车NVH的展望

积极调动各方面力量构建面向全行业的NVH技术支持体系势在必行。如构建NVH技术支持体系，并以噪声控制的相关技术法规和标准为先导，以噪声、振动控制技术为核心，具有自我更新与发展能力的面向全行业的分布式系统化技术服务平台，具有技术支持、交流、管理等的主要职能，完善相关技术法规和标准，提高噪声、振动控制的核心技术。具体涉及工程分析与设计、测试设备与环境、技术经济分析、工程数据与技术信息系统等，并须对相关应用技术的基础理论研究给予足够的重视。对于中国汽车生产商来说，在进行车辆NVH开发时，要对竞争车型做标杆分析，确定哪些NVH指标必须达到或超越竞争对手。随后，一个完整的NVH技术方案必须在项目的一开始就制订出来，在此基础上，工程师必须理解目标消费者的需求。设定开发目标后，汽车生产商应该执行严格的质量标准，并且把重点放在减少车型设计的变化上。通常，大的车型变动，会带来严重的NVH控制问题。未来，NVH开发技术的一个趋势是，分析预测工具的使用有所增长，这可以确保一个可靠的NVH规划的制订。另外，考虑到开发成本和开发周期的限制，主机厂正在趋向于减少汽车改型，这也意味着，供应商必须增加零部件设计的灵活性，以允许开发阶段后期不可避免的设计修改。

5 结束语

长期以来，主要发达国家对汽车噪声控制问题给予了高度重视，积累了较为丰富的理论与技术研究成果和解决问题的工程实践经验。然而，由于问题的复杂性，该领域目前仍然存在着大量的理论和技术空白，其中有许多是世界性的难题。国内汽车行业应当充分把握这一时机，在跟踪、学习国外先进技术以形成“后发优势”的同时，通过自主创新力求在短期内取得某些方面的率先突破，从而带动汽车噪声控制技术的整体跨越式发展。

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