“工程技術解決方案之NVH性能開發（一）NVH性能開發流程1.引言NVH性能作為汽車最重要的性能指標之一，直接決定著用戶感知質量，提高產品的舒適性可以保證優良的市場競爭性，汽車企業在NVH性能研發方向投入了大量的人力、物力，組建專門的NVH團隊進行NVH性能開發”

工程技術解決方案之NVH性能開發（一）

NVH性能開發流程

1.引言

NVH性能作為汽車最重要的性能指標之一，直接決定著用戶感知質量，提高產品的舒適性可以保證優良的市場競爭性，汽車企業在NVH性能研發方向投入了大量的人力、物力，組建專門的NVH團隊進行NVH性能開發，解決產品NVH問題。一項汽車新產品從立項開始，經過概念設計、對標分析、正向工程設計、試驗驗證等過程，每一個環節都與NVH性能相關，整車NVH開發流程如圖1所示。本文針對汽車產品研發過程中概念設計、對標分析、目標設定、正向工程設計、試驗驗證各階段整車NVH要求和任務，分析與探討了整車NVH性能的設計與流程。

圖1 整車NVH開發流程

2.概念設計階段

汽車NVH研發人員應在產品概念設計階段就要參與進來，參與制定整車NVH性能指標，協調與其它性能之間的關系。通過對競品車、標桿車及同類車型的NVH性能對標與解析，建立符合待開發車型的整車級、系統級、部件級的NVH性能目標。整車NVH級目標通常包括怠速振動噪聲、緩加速噪聲、急加速噪聲、路面噪聲，以及用戶操作聲等等。系統級NVH目標一般包括進排氣噪聲、輪胎噪聲、動力總成噪聲、座椅振動等。

2.1 對標分析

汽車對標的目的是詳細掌握競爭產品的NVH性能，通常要進行主觀評價和客觀測試。

NVH主觀評價通常依據主觀評價表進行，主觀評價表要詳細記錄評價工況、路面、環境條件、評價人員，以及評價車輛狀態等關鍵信息，主觀評價通常都在整車狀態下進行，也可對零部件（如玻璃升降器、雨刮等）工作時的性能和NVH性能進行一定的評價。主觀評價一般采用十分制評分法，針對車型特點對不同的工況還可以進行分值加權處理。主觀評價內容除了聲壓級、聲品質，通常還需要關注異響情況，異響通常發生在內飾件上，如儀表板、車門內飾板等處。

由于主觀評價不能獲得標桿車性能指標客觀數值，無法指導產品設計，因此需要開展客觀測試。客觀測試包括靜態測試和動態測試。靜態測試是指車身模態、傳遞函數、動剛度測試。動態測試是車輛在行駛狀態下進行的，如加速噪聲、路面噪聲等。

整車級測試

整車級別NVH測試內容有很多，應該根據需要選取。一般包括以下內容：怠速試驗、道路試驗、動力總成試驗、通過噪聲試驗、風噪試驗、異響試驗、車門關閉聲試驗等，如圖2所示。試驗有時在路面上進行，有時在試驗室內進行。道路試驗盡可能選擇專用的NVH試驗場，以保證試驗結果的一致性、可重復性和人車安全，圖3為整車級別NVH測試。

圖2 整車級NVH測試內容

圖3 整車級NVH測試

系統級對標測試

系統級測試包括車身系統、動力總成系統、驅動系統、進排氣系統、轉向系統、懸置系統等，如圖4所示，有些測試是在總成級別上進行的，例如車身模態，如圖5所示，底盤連接點動剛度、振動傳遞函數、聲學傳遞函數都是在內飾車身上進行的。模態、靜剛度測試可以在白車身狀態下進行。其他系統級別測試，如懸架系統模態、排氣系統模態、轉向系統模態等，都需要將每個系統單獨拆解下來進行試驗。

圖4 系統級NVH測試內容

圖5 駕駛室模態測試

零部件級對標測試

有些測試是在零部件上進行的，如支架模態、傳動軸模態、轉向盤面擺模態等，圖6為座椅模態測試圖。

圖6 座椅模態測試

2.2 CAE分析

CAE分析內容一般與測試是對應的，分析內容包括：整車CAE模型建立、調整，白車身模態分析，白車身靜剛度、動剛度分析，排氣系統振動特性分析，轉向系統振動特性分析，懸置系統模態分析，振動及噪聲傳遞函數分析，怠速振動聲分析，路面噪聲分析，車身模態分析，動力總成懸置分析等。圖7為車身CAE模態分析結果云圖。

圖7 車身CAE分析結果云圖

2.3 目標設定

通過對市場和客戶需求分析，由開發部門轉化成工程語言，研究其性能指標，通過對競品車輛的研究，結合自身車輛的市場定位、價格區間等，最終確定整車NVH性能目標，NVH目標設定流程如圖8所示。

圖8 目標設定流程

2.3.1 整車級別NVH目標

怠速振動噪聲

在怠速工況下，車內振動和噪聲水平相對較低，車內乘坐人員對振動和噪聲非常敏感。因此，怠速工況下的振動噪聲應當做重要指標加以控制。研究怠速噪聲時，除了聲壓級的幅值以外，還要關注聲音的品質。圖9是市場上幾款常見中級車的怠速噪聲測試結果。

圖9 汽車的怠速車內噪聲測試值

路面噪聲

路面噪聲的激勵源來自于路面，路面上的凸凹不平會產生周期性或者隨機性激勵，通過輪胎、懸架系統向車身傳遞。設定路面噪聲目標時，應根據車型定位設定合理的目標值水平，不同級別車型的路面噪聲存在較大差異。圖10所示為路面噪聲傳遞路徑示意圖。

圖10 路面噪聲傳遞路徑

加速噪聲

對車輛加速行駛時NVH評價主要車內關注聲音的總體水平、線性度和聲品質。總體加速噪聲最能代表一款汽車的水平，它是與發動機轉速相對應的，因此，在設定加速噪聲目標時，通常是以發動機轉速為參考。

風噪

風噪屬于空氣動力噪聲，具有寬頻特性。當車輛高速行駛時，車輛與空氣產生劇烈的摩擦，在車輛表面形成一個邊界層，特別是在一些結構突變的位置，如刮水器、天線、后視鏡等處。邊界層處出現氣流分離，形成渦流和湍流。紊亂的氣流相互作用，產生壓力變動，這些激勵作用到車身上，引起車身振動，并產生輻射噪聲。圖11是車速150km/h時在A柱附近測試得到的噪聲。

圖11 風噪測試結果

2.3.2 系統級別NVH目標

汽車是由各個子系統構成的，如車身、動力總成、懸架系統、轉向系統、進氣系統、排氣系統等。各個子系統的NVH性能綜合在一起，決定了整車的NVH性能。因此，需要設定每個子系統的NVH目標。

車身

如果車身剛度設計不合理，車身模態會很容易被激勵起來。某些部位在低頻范圍內產生局部共振，進而引起車室內的空氣共鳴。車身受到載荷時，如果變形過大，則會使搭載在其上的內飾件產生異響。所以對于車身系統需分別進行靜剛度、模態、動剛度、VTF、NTF等目標設定。如圖12所示為典型的白車身示意圖。

圖12 白車身結構示意圖

動力總成

動力總成是汽車上最大的激勵源，除了直接產生噪聲以外，在工作過程中還會產生振動，振動通過懸置、排氣吊掛等路徑向車身傳遞。動力總成系統需進行模態的目標設立，動力總成模態―般包括剛體模態、彈性模態和局部模態。圖13為某動力總成的剛體模態。

圖13 動力總成的剛體模態

驅動系統

驅動系統結構復雜，存在大量的模態，頻率范圍寬，是車身的主要激勵源之一。因此，在設計驅動系統時，要與整車通盤考慮，保證相關模態分布合理。圖14所示為典型的前橫置四驅系統示意圖。

圖14 前橫置四驅系統

進排氣系統

在整車性能開發過程中，需要設定進排氣系統的噪聲指標。設定進氣系統噪聲目標值，除了考慮整體噪聲以外，還要考慮諧階次噪聲。在排氣系統設計和匹配過程中，需要重點關注尾管噪聲、插入損失、傳遞損失以及排氣背壓等參數。

轉向系統

轉向系統結構復雜，從轉向盤到轉向柱、轉向柱橫梁(CCB)、車身、車輪，是轉向系統的主要傳遞路徑。如果發動機懸置匹配不好，那么怠速時發動機的激勵沒有經過充分衰減就通過懸置傳遞到車身，引起車身彎曲振動，帶動轉向盤振動，即怠速振動。

懸架系統

懸架系統是路面激勵向車身的傳遞通道，要求能夠有效地對路面激勵加以衰減。懸架系統本身具有多個模態，這些模態與相關激勵或者模態不能產生耦合。

懸置系統

懸置要承受動力裝置的重量，在受到沖擊作用的時候，位移不能太大，這樣就要求懸置的剛度硬些，但是沖擊能量需要依靠阻尼吸收，所以懸置的阻尼要大。隔振的時候，頻率相對高些，這時剛度低和阻尼小才會達到理想的隔振效果。一個理想的懸置應該是在低頻時剛度高而阻尼大，而在高頻時剛度低而阻尼小。

車架

車架是動力總成的載體，同時也是動力總成激勵、路面激勵的主要傳遞路徑。因此，在設計車架時，要注意激勵的衰減，涉及搭載點的選擇、車架自身模態和剛度。同時，還要考慮車架的疲勞強度、輕量化性能要求。

聲學包裝

處理高頻噪聲的主要方法就是聲學包裝，針對不同的聲源頻率特性，需要結合成本采取有針對性的降噪措施。在設計階段，需要對每個影響整車聲學包裝性能的部位設定目標。

2.3.3 模態分布表

汽車是一個復雜的系統，各部件互相關聯，需要采用整車模態規劃來避免NVH問題的出現，或者解決已經存在的NVH問題，如果問題頻率較低，則主要通過模態規劃來實現，如果問題的頻率較高，則主要通過聲學包裝來實現。簡單地講，就是通過模態分離，以避免出現共振。如圖15所示，模態規劃表可以用來指導汽車的總體NVH設計，因此，模態規劃表非常重要。

圖15 整車模態規劃表

3. 工程設計階段

按照整車開發流程，當完成概念設計和目標設定及分解以后，就進入了正向工程設計階段。正向設計過程中的分析內容應該能夠涵蓋零部件、系統和整車，與NVH目標項是對應的。

零部件級分析

汽車上的一些零部件需要保證模態和剛度要求，如動力總成中的曲軸、連桿、活塞、機油泵殼體、氣門室罩蓋等關鍵件，底盤系統中的擺臂、轉向節，制動系統中的制動盤、制動鉗，驅動軸、懸置支架、空氣濾清器殼體等。圖16所示為制動盤模態分析示意圖。

圖16 制動盤模態圖

系統級分析

系統級分析包括：白車身（可以開展靜剛度、模態、動剛度分析等），動力總成（激勵分析，模態分析，發動機、變速箱殼體輻射噪聲分析等），懸置系統（模態分布、解耦率、隔振率和傳遞力等）分析。如圖17所示為振動傳遞函數（VTF）和噪聲傳遞函數（NTF）結果。

圖17 傳遞函數曲線

整車級分析

整車模型搭建完成后，首先用來進行模態分析，模態分析結果要填進整車模態分布表，查看各系統的模態分布，保證相關模態和激勵之間不產生耦合。無論各個系統是否滿足了目標要求，最終都需要在整車上加以驗證。

結果評價及優化

正向工程設計過程中，會輸出大量的計算報告。零部件級、系統級以至整車級的各項分析項目，都要對分析結果進行評價，評價的標準是事先制定的目標值。對于不滿足目標值的，首先要判斷該項的風險程度，同時結合其他相關項進行綜合考慮。對于風險較高的項目，要采取措施進行優化。

4. 試驗驗證階段

在正向工程設計階段，所有的分析項目完成，大部分性能滿足目標要求，沒有滿足目標要求的風險項都在可控范圍內，并且有合理的解決預案，此時就可以進入下一個階段，開始進行樣車試制。

4.1 樣車試制

試制樣車完成后需進行各種測試評價，目的是查找存在的問題，對正向工程設計階段的分析結果加以驗證。首先進行的是主觀評價，確定樣車存在的NVH問題。此外主觀評價要與客觀測試結合進行，這一階段的試驗目的是為了暴露問題，因此，試驗項目要盡可能全面。

4.2 小批量制造

小批量制造階段的樣車也有可能出現NVH問題，這時候出現的問題多數是由于產品質量穩定性、安裝穩定性等因素造成的。有些樣車要進行NVH試驗，以檢驗生產線上出來的汽車的性能穩定性。

5.結語

汽車NVH正向開發涉及到NVH的設計與NVH性能控制，是一項復雜的系統工程，要求在汽車設計的各階段運用試驗與CAE分析方法進行大量的分析工作。NVH開發流程作為一種切切實可行的手段，已廣泛地應用于汽車產品開發過程，包括標桿樣車分析、目標值設定、系統選配、系統設計改進和驗證、整車的性能驗證和改進、設計和生產問題解決、質量問題追蹤及改進等。