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汽车NVH相关试验简述
2019-06-29 00:22:57· 来源：易萌森戈CAE工作室 作者：黄森
汽车NVH试验研究主要以性能指标测试、故障诊断、道路模拟试验等为研究内容。任何一款新车型，在开发过程中都要对整车各项性能指标进行检验验证，同样对于整车的N
汽车NVH试验研究主要以性能指标测试、故障诊断、道路模拟试验等为研究内容。任何一款新车型，在开发过程中都要对整车各项性能指标进行检验验证，同样对于整车的NVH性能指标，在开发过程中各个环节都要对其进行试验验证，如车内振动目标值试验验证、车外噪声目标值试验验证、发动机悬置性能试验验证等。对于现有车型存在的NVH问题，可以通过试验手段进行测试分析，查找产生问题的原因，提出可行性的工程治理方案，最后通过试验验证治理结果。由此可以看出试验手段在汽车NVH特性研究中的重要性。
NVH试验内容主要有以下几个方面：
①振动试验：白车身、整车及零部件模态试验；振动响应测量；异响识别；隔振器刚度、隔振率测量等。
②噪声测试：声腔模态、车内噪声、通过噪声、进排气系统噪声、动力总成辐射噪声、壳体辐射噪声等。
③ 灵敏度测量：声学灵敏度测量、振动灵敏度测量、声传递损失测量等。
1、模态试验简介
模态分析一般分为如下的四个步骤：
第一步：建立测试系统。 所 谓建立测试系统就是确定实验对象，选择激振方式，选择力传感器和响应传感器，并对整个测试系统进行校准。
第二步：测量被测系统的响应数据。 这是试验模态的关键一步，所测量得到的数据的准确性和可靠性直接影响到模态试验的结果。 在某一激振力的作用下被测系统一旦被激振起来，就可以通过测试仪器测量得到激振力或响应的时域信号，通过输血手段将其转化为频域信号，就可以得到系统频响函数的平均估计，在某些情况下不要求计算频响函数，只需要时间历程就可以了。
第三步：进行模态参数估计。 即利用测量得到的频响函数或时间历程来估计模态参数，包括： 固有频率，模态振型，模态阻尼，模态刚度和模态质量等。
第四步：模态模型验证。 它是对第三步模态参数估计所得结果的正确性进行检验，它是对模态试验成果评定以及进一步对被测系统进行动力学分析的必要过程。
模态试验前需要准备的仪器有动态信号采集仪、激振器、加速度传感器、力传感器及电荷适调器等。 为保证传感器、输入通道及测点的方向一致对应，应预先规定好车辆坐标系。 制定的模态试验分析方法步骤如图1所示。
图1 模态试验分析方法步骤
在测点布置方面需要注意，首先要保证所有的测点连接起来之后可以描绘出被测对象（如车身或者车架的）轮廓形状，尽量反映出各阶振型的变化形态；其次在布置测点时要注意传感器的布置方向应与预先规定的方向一致，对于不易布置的点，可以选择邻近的平面去布置，保证数据在方向上的准确性；最后通过计算模态分析可以观察到刚度弱的部件，在这些部件处应多布置一些测点以反映局部振动情况。激振点应尽量选择各阶振型位移较大的地方。
图2模态测试
2. 车内噪声值测试
图3消声室车内噪声测试
车内噪声标杆值测试的目的主要是获取竞争车型或设计新车型的车内噪声量值，为新车型车内噪声目标值设定提供参考依据；同时验证开发的车型车内噪声值是否达到设计要求。标杆值测试是NVH性能基础性数据测试，不论是新车型开发还是现有车型性能测试都需要做这项试验。因此，要保证试验重复性、可靠性、可比性，就需要对试验对象、测试环境、测点位置、测试工况等设计定义。由于汽车车内噪声级明显与测量位置有关， 应该选取能够代表驾驶员和乘员耳旁的车内噪声分布的测点。以M1类汽车测试为例，一般选取驾驶员右耳和右后座乘员左耳的位置为测量点，传声器具体的安装位置如图5.47所示。
图4测点布置
车内噪声测点布置
用户所关心的车内噪声，主要表现在以下几种工况的车内噪声：怠速工况下噪声级高低、全负荷工况下噪声级高低、高速工况下车内语音清晰度指数、高速工况下车内噪声级高低等。因此，对车内噪声测试的试验工况分为定置工况和路试工况。其中，定置工况下主要测试发动机在怠速和不同转速下的车内噪声量值；路试工况主要测试匀速行驶、加速行驶、减速行驶、急加速工况下的车内噪声量值。
路面对于车内噪声的影响是不同的，因此进行车内噪声目标值测试的过程中，一般还要选择几种典型的路面进行测试，主要包括粗糙路面、光滑路面和冲击路面。车内噪声的评价主要是噪声量值大小和声品质。由于车内噪声直接作用于人耳，所以噪声量值的大小用dB（A）来表示，对于其频率特性，采用声功率密度函数来分析，频率分辨率要求达到1 Hz。声品质是指声给人的特有的听觉感受，声品质好是指人们察觉不到噪声的存在或者声音并不让人烦恼，而声品质坏是指噪声使人不舒服并让人有烦恼的感受。对于声品质的评价，主要包括响度、音色、音调、尖锐度、粗糙度、抖晃度、语音清晰度等指标。
3. 异响识别试验
汽车出现NVH问题，主要包括整车或零部件出现各种不明的、异常的噪声振动，系统或零部件的NVH目标值没有达到设计要求，产生这些问题的根源就是要诊断的故障目标。NVH故障诊断的主要途径从查找噪声振动源、分析噪声振动传递路径入手，找出问题的原因，提出解决方案。噪声源识别试验
分析分为以下几个步骤来进行：
① 主观评价；
② 试验设计；
③ 数据采集；
④ 数据分析；
④ 得出结论。
制定获取异响噪声的试验工况，分为路试工况和定置工况，如表1和表2所示。
表1路试工况
表2定置工况
测点选取遵循近场测量的原则，再结合信号处理的方法对异响进行测量分析。如果认定该异响噪声与发动机、变速箱密切相关，就在发动机、变速箱近场布置传声器和加速度传感器，同时在驾驶室内布置相应的输出传声器，主要位置包括驾驶员左右耳、副驾驶左右耳、后排座右乘员左右耳、后备厢，具体测点位置如图5所示。
图5测点布置
图6 共振问题示意
4. 动力总成辐射噪声测试
测试动力总成辐射噪声通常是在发动机运转时， 在距离发动机1 m处用声功率计测试。动力总成可以安装在台架上，在发动机消声室内测试，也可以在车载状态下测试。两种测试方法的结果当然会有一定的差别，要根据实际情况来选择。测试的位置一般包括发动机上方、进气侧、排气侧和底部。图7所示为动力总成辐射噪声消声室测试。
图7 发动机噪声测试
图8某款发动机噪声测试曲线
5. 进气噪声测试
进气噪声测试是在消声内进行测试，样车左右两侧前轮停放在转鼓上，而当汽车前轮转动时，转鼓用来模拟实际道路阻力，这样测得的进气噪声接近于实际路况的情况。在将进气系统与节气门体安装之前，首先要在发动机舱上面铺上隔音材料，比如铅板和隔音垫，如图8所示，这是为了在实验进行中，将发动机舱内的噪声隔离，使其不会影响进气系统进气口测得的噪声。一般情况下，隔离后发动机舱内传出的噪声要小于3～5dB。 在进气口的轴线上距离进气口100mm，与中心线垂直的角度放置一个传声器来测量的。如果测试的位置有障碍物，应尽可能拆除。试验时，发动机、驱动系统等按正规式样，冷却系统保持关闭状态。测试应该在带底盘驱动电机的消声室内进行，如图9所示。
图9进气噪声测试
6. 排气噪声测试
排气噪声测试是在排气管500 mm处以45°入射角进行测试的，需要关注的是总的声压级和发动机点火阶次声压级。排气噪声可以在试验台架上进行，也可以在实车上进行。图10所示为排气噪声台架测试。实车测试时，应该采取必要的措施以排除进气噪声、路面噪声的影响。
图10排气噪声测试示意图
7. 路面噪声测试
路面噪声主要是指轮胎噪声。影响路面噪声的因素包括路面、轮胎类型、车速等。汽车在高速行驶时，路面噪声占车内噪声的主导地位。对路面噪声的以及路面噪声对车内噪声的影响。
8. 风噪声测试
为了消除轮胎和发动机噪声的影响， 风噪声测试一般需要在声学风洞试验室内进行，汽车静止不动，由风洞产生不同速度的气流，模拟风噪声对汽车的影响。测试结果主要关注车外流场分布、车外特定点的空气压力和速度、车体振动和车内噪声。
9. 通过噪声测试
通过噪声测试大多数是在露天试验场测试，如图11所示。试验场包括一个长20m、宽20 m的主体部分，10 m长的驶入道路和10 m长的驶出道路，这两条道路的宽度至少为3 m。在驶入和驶出的道路两边还要有与之连接的道路，以便汽车开进和离开试验场地。通过噪声的试验场必须满足下面的条件和测量要求：
① 声场条件：在50 m半径范围内，不能有明显的障碍物，如建筑物、墙壁、桥梁和岩石等；在传声器附近，不能有任何影响声场的物体；人不能站在声源和传声器之间。
② 背景噪声： 一般要求背景噪声比汽车通过时的噪声低15dB， 绝对不能低于10 dB。
③ 路面条件：路面要非常平，其误差不能超过±0.05m，路面的材料不能吸声。
图11通过噪声测试
④ 天气条件：大气的温度在0 ℃～40 ℃。在传声器高度处的风速不能超过5 m/s，下雨的时候不能进行测试。
⑤ 传声器的位置： 如图5.56所示， 两个传声器放在试验场的南北中轴线上，离水平中轴线的距离为（7.5±0.05）m，传声器离地面的高度为（1.2±0.02）m。
⑥ 测量次数：每边最少测量4次，4次测量中，每两次测量的最大噪声的差值不能超过2 dB，否则要增加测量次数。
⑦ 汽车的速度：不同的汽车（如轿车和卡车等）和不同的变速器（如自动变速器和手动变速器），到达A—A线时的速度和离开B—B线时的速度是不一样的，SAE J1470和其标准中都有详细规定，读者可以参阅有关标准。一般情况下，到达A—A线时的速度应该为50 km/h。汽车应该沿着水平中心线行驶，当接近A—A线时，尽快将油门踩到底，发动机全负荷工作。一直保持这种状态，直到汽车的尾部离开B—B线，这时迅速放开油门。露天测试通过噪声，对试验场的要求不高，测试起来非常方便，成本低，但却受到自然因素的限制，在风大和下雨的天气下不能测试。对于位于北方的试验场，整个冬天都不能进行试验。于是，有的公司就建了室内通过噪声试验室。这样的试验室是一个巨大的半消声室，汽车放在试验台架上，汽车带动试验台架上的轮子运动。在汽车两边各放一排传声器，如图12所示，这样就可以模拟汽车运动状况。
图12室内通过性噪声测试示意
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