汽車NVH測試評價方法

文 | 大友科技北京總部 張滿良 安宏偉 崔玉祥

汽車NVH測試評價方法

文 | 大友科技北京總部 張滿良 安宏偉 崔玉祥

本文針對汽車NVH 測試評價，分別從汽車NVH 關(guān)注點(diǎn)、評價要求和條件做了介紹，并就汽車車內(nèi)噪聲、動力總成懸置隔振和支架共振頻率、懸掛隔振特性等方面進(jìn)行了較詳細(xì)的實(shí)例評價。

NVH對標(biāo)；支架共振頻率；動力總成懸置隔振；懸掛振動傳遞率；主觀評價；客觀測試

引言

近年來，由于市場客戶要求的提高、市場競爭程度的激烈和產(chǎn)品性能的提升，使得制造廠家對汽車NVH的性能越來越重視，具有良好NVH性能的汽車是他們的目標(biāo)。整個產(chǎn)品開發(fā)過程中，建立可靠的NVH評價能力是NVH性能開發(fā)的基礎(chǔ)和必要手段。NVH 評價一般用于對標(biāo)分析、問題診斷和產(chǎn)品驗(yàn)證。

常規(guī)的評價方法有主觀評價、客觀測試評價、CAE仿真評價、聲音品質(zhì)評價。

·主觀評價：通過汽車駕駛操作，對其進(jìn)行主觀感受，采用打分或分級的方式對整車和系統(tǒng)的NVH水平進(jìn)行定性評價。主要用于對標(biāo)分析和問題診斷。

·客觀測試評價：采用測試的方式，對車輛的NVH水平進(jìn)行定量評價。用于對標(biāo)分析、問題診斷和產(chǎn)品試驗(yàn)驗(yàn)證。

·CAE 仿真評價：通過CAE仿真的方式，對車輛的NVH 水平進(jìn)行預(yù)測評估，目前主要是車身結(jié)構(gòu)和空腔模態(tài)、單位力輸入的振動和噪聲傳遞特性分析評價，一般為對比評價。一般用于對標(biāo)分析和產(chǎn)品設(shè)計(jì)驗(yàn)證。

本文主要從客觀測試出發(fā)，舉例介紹了車內(nèi)噪聲、動力總成懸置、懸架隔振的評價方法，以供相關(guān)的人士參考。

1.車NVH關(guān)注點(diǎn)

要做好NVH評價，首先要確定NVH 的關(guān)注點(diǎn)。關(guān)注點(diǎn)一般從用戶、專業(yè)人士、市場競爭需要、性能提升需要等角度來確定。

1.1.戶關(guān)注點(diǎn)：主要是整車NVH特性，如常用駕駛工況下車內(nèi)噪聲大小、座椅、地板、方向盤、后視鏡等觸覺和視覺感受到的振動大小。

1.2.業(yè)人士關(guān)注點(diǎn)：除用戶關(guān)注點(diǎn)外，還要關(guān)注在一些非常用駕駛工況和一些極限駕駛工況下的整車、系統(tǒng)和部件的NVH特性。

1.3.場競爭需要的關(guān)注點(diǎn)：競爭對手的產(chǎn)品在哪些NVH特性方面超過自己的產(chǎn)品，這些特性在市場上是否是其競爭優(yōu)勢。該關(guān)注點(diǎn)一般僅局限于某些關(guān)鍵特性。

1.4.能提升需要的關(guān)注點(diǎn)：現(xiàn)有產(chǎn)品在哪些NVH特性方面還不足，需要改善。在新一代產(chǎn)品中是否將其作為賣點(diǎn)。

NVH關(guān)注點(diǎn)也可從車身、底盤懸掛、動力傳動系統(tǒng)和關(guān)鍵模態(tài)4個方面來考慮：

對車身系統(tǒng)，關(guān)注的NVH現(xiàn)象有轟鳴聲、儀表板振動/抖動、方向盤振動、座椅振動、機(jī)-電系統(tǒng)噪聲、空調(diào)暖風(fēng)系統(tǒng)噪聲（HVAC）、車外噪聲、風(fēng)噪聲。

對底盤懸掛系統(tǒng)，關(guān)注的NVH現(xiàn)象有道路“轟隆”聲、減震器 “咯咯”聲、動力轉(zhuǎn)向系的“嘶嘶”、“嗚嗚”聲和異響、制動噪聲/振動、方向盤抖動/擺動。

對動力傳動系統(tǒng)關(guān)注NVH現(xiàn)象有發(fā)動機(jī)噪聲、發(fā)動機(jī)振動/抖動、啟動/熄火時的噪聲和振動、發(fā)動機(jī)附件噪聲、排氣/進(jìn)氣系統(tǒng)噪聲、變速箱噪聲、橋噪聲（后輪驅(qū)動）等。

整車和系統(tǒng)的模態(tài)分布與NVH共振特性有非常密切的關(guān)系，因此需要關(guān)注的關(guān)鍵模態(tài)有車身的垂直扭轉(zhuǎn)和彎曲、空腔縱向、轉(zhuǎn)向柱彎曲模態(tài)等；底盤系統(tǒng)的車架或副車架彎曲和扭轉(zhuǎn)、懸掛上前后偏頻、懸掛下垂直同向跳動和反向跳動等模態(tài)；動力總成系統(tǒng)的剛體、彎曲、傳動軸彎曲、排氣系統(tǒng)彎曲模態(tài)等。

2.車NVH評價條件

評價條件對于做好NVH評價，保證重復(fù)性、一致性和可比性非常關(guān)鍵，所以應(yīng)建立統(tǒng)一的評價條件。一般從以下方面考慮：

2.1.試車輛要求

車輛保養(yǎng)完好，滿足車輛技術(shù)條件，完成磨合里程至少500公里；

2.2.試場地要求

測試評價場地應(yīng)在國家級試驗(yàn)場或具有同等條件的試驗(yàn)場地進(jìn)行，評價路面包括平滑路面、粗糙路面和沖擊路面，路面均應(yīng)保持干燥、清潔、無積水和積雪。 平滑路面應(yīng)選擇盡量長的直線道，粗糙路面選擇如試車場的小卵石路或鄉(xiāng)村路，沖擊路面選擇減速帶路面等。

2.3.候環(huán)境要求

測試評價環(huán)境應(yīng)符合GB/T 12534-90《汽車道路試驗(yàn)方法通則》3.4的規(guī)定。環(huán)境噪聲應(yīng)低于被測噪聲10dB；

2.4.輛載荷條件

試驗(yàn)載荷按輕載、半載、滿載兩種狀態(tài)進(jìn)行測試評價。輕載狀態(tài)定義為整備質(zhì)量加一名駕駛員；半載狀態(tài)定義為整備質(zhì)量和一名駕駛員，再加一名測試工程師和儀器設(shè)備質(zhì)量。 滿載狀態(tài)定義為滿載設(shè)計(jì)載荷，滿足軸載質(zhì)量設(shè)計(jì)技術(shù)要求。載荷可以是乘員，也可以是人體模型，人體模型需摸擬人體狀態(tài)固定可靠。

2.5.輛工作工況

測試評價一般分為定置和行駛工況。主要工況有怠速、定置轉(zhuǎn)速掃描、高檔低速、急加速、緩加速、滑行、勻速、勻速。

3.車NVH評價方法實(shí)例介紹

由于NVH評價方法內(nèi)容很多，限于篇幅，本文的重點(diǎn)在車內(nèi)噪音、動力總成懸置、懸掛隔振等方面介紹。

針對某個乘用車，我們做了車內(nèi)噪聲評價、動力總成懸置和支架的測試評價。載荷為滿載，測試在國內(nèi)某試驗(yàn)場進(jìn)行。測試以3檔為例。

3.1.內(nèi)噪音評價

車內(nèi)噪音評價分怠速、勻速、加速和減速噪音。測點(diǎn)以車內(nèi)駕駛員和成員耳旁為主。本文以勻速和急加速、緩加速、滑行為例進(jìn)行評價。測點(diǎn)在駕駛員和乘員耳旁。

3.1.1.速車內(nèi)噪聲測試

勻速噪聲評價按車速分中低速和高速。對乘用車來說，一般中低速指80km/h以下，主要評價發(fā)動機(jī)、排氣引起的結(jié)構(gòu)和空氣穿透噪聲；而高速則指80km以上，主要評價風(fēng)噪和輪胎噪聲傳到車內(nèi)的空氣聲。測試路面為平滑路面。測試項(xiàng)目為車內(nèi)聲壓級（dBA）、響度（Sones）、語音清晰度指數(shù)（AI %）等。

本文僅對該乘用車的聲壓測試進(jìn)行測試，結(jié)果如表1，總體看車內(nèi)噪音較差，特別是中低速，根據(jù)1/3倍頻譜分析，主要集中在315Hz的倍頻帶內(nèi)，這與發(fā)動機(jī)有很大的關(guān)系。

3.1.2.速和滑行噪聲

加速噪聲分急加速（WOT）、緩加速（Part-load），主要評價發(fā)動機(jī)輻射噪聲、進(jìn)排氣噪聲。滑行主要評價傳動系、道路噪聲。

對該乘用車在急加速、緩加速、滑行行駛條件下測量，測點(diǎn)為駕駛員耳旁、副駕駛員耳旁、左后乘員耳旁和右后乘員耳旁，各測點(diǎn)總噪聲級（20Hz-1000Hz）結(jié)果見圖3 。對其進(jìn)行階次后處理分析，分別提取第2、3、4、5、6階。以第4、6階為例，其貢獻(xiàn)見圖4和圖5。

評價結(jié)論：

① 車內(nèi)噪音在WOT時比緩加速和和滑行時聲壓級高很多，特別在低速時；

② 在WOT時，4、6階有很高的共振量級，對低速時的總聲壓級貢獻(xiàn)很大。在后座也有很高的二階噪聲。在高速時前座有很高的二階噪聲;

③ 在WOT時，高的共振量級與懸置支架共振和差的懸置衰減相對應(yīng)。

3.2.力總成懸置和支架評價

動力總成懸置分怠速、定置加速、急加速、緩加速、滑行負(fù)荷條件下測試評價，測點(diǎn)為左懸、右懸、后懸置的主被動邊的X、Y、Z三個方向的垂直加速度。本文以急加速、緩加速、滑行為例進(jìn)行評價。

3.2.1.懸置評價

左懸置主被動邊在急加速、緩加速、滑行負(fù)荷條件下振動加速度及隔振效果見圖6。對其進(jìn)行階次后處理分析，得到發(fā)動機(jī)邊和車身邊的第2、3、4、5、6階次貢獻(xiàn)。以急加速為例，發(fā)動機(jī)和車身邊階次貢獻(xiàn)分別見圖9和圖10。發(fā)動機(jī)邊支架共振頻率見表2。

表1.內(nèi)噪聲測試結(jié)果

表2.動機(jī)邊支架共振頻率

表3.加速時在2500r/min時主被動邊6階振動

從附圖8 可看出，在急加速時 2500 r/min（250 Hz ）6階車身邊的峰值，與車內(nèi)噪聲的峰值一致。急加速時在2500 r/min時主被動邊6階振動見表3。

評價結(jié)論：

支架共振頻率剛好處于可接受邊緣； WOT時有差的懸置衰減從而引起車內(nèi)峰值噪音 。

3.2.2.懸置評價

右懸置主被動邊在急加速、緩加速、滑行負(fù)荷條件下振動加速度及隔振效果見附圖5，對其發(fā)動機(jī)和車身邊分別進(jìn)行與左懸置相同的階次貢獻(xiàn)分析，分析結(jié)果如下：

發(fā)動機(jī)邊支架沒有明顯共振。但在X、Y、Z三個方向3500r/min（6階350Hz）附近存在一個小峰，但量級較小。振動主要由發(fā)動機(jī)2階支配，特別是Z向。 Z向在6000r/min 的量級大約70 m/s2，在可以接受的范圍內(nèi)。在4700r/min（2階）存在一個峰，這可能與發(fā)動機(jī)附件的共振有關(guān)，但與車內(nèi)噪聲關(guān)系不大。

車身邊振動在3500r/min（6階350Hz）有明顯的峰，特別是急加速，緩加速也比較明顯，但該峰在發(fā)動機(jī)邊不明顯。見表4。

評價結(jié)論：

① 在急加速時，懸置衰減都很差。

② 車內(nèi)噪聲的峰值與懸置隔振性能差也有關(guān)系。

3.2.3.懸置評價

后懸置主被動邊在急加速、緩加速、滑行負(fù)荷條件下振動加速度及隔振效果見圖8，對其發(fā)動機(jī)和車身邊分別進(jìn)行與左懸置相同的階次貢獻(xiàn)分析，分析結(jié)果如下：

發(fā)動機(jī)邊支架在X、Y向有很強(qiáng)的共振。共振頻率見表5。共振頻率大約為230Hz，有點(diǎn)太低，為不可接受。在3950r/min 6階、4700r/min 5階、5800r/min 4階 Z方向都有很尖的峰，頻率大約為395 Hz。230 Hz的峰與車內(nèi)噪聲相關(guān)性很高。

表4.懸置主被動邊在3500r/min 6階急加速時的振動

表5.振轉(zhuǎn)速與共振峰

表6.懸置在X方向主被動邊 2800 r/min 5階的振動

表7.0km/h 傳遞率測量結(jié)果

車身邊的結(jié)果顯示，對于X方向與發(fā)動機(jī)邊有相同的峰值。對于急加速、緩加速和滑行工況下，后懸置在共振處有很差的振動衰減。見表6。

評價結(jié)論：

① 對于發(fā)動機(jī)邊和車身邊，振動峰值與車內(nèi)噪音的峰值相關(guān)性很高。

② 后懸置支架頻率太低，懸置隔振也很差，從而引起車內(nèi)噪聲的有較大的峰值。

3.3.掛隔振特性評價

懸掛的隔振特性與車內(nèi)振動車內(nèi)振動和道路噪聲有很密切的關(guān)系。評價一般分為低速粗糙路（試驗(yàn)場中等強(qiáng)度的可靠性路面，激勵頻率較低，如小卵石路）和中速C級以上公路（如年久失修的瀝青路或較平的鄉(xiāng)村路）。本文的評價分別在某試驗(yàn)場的卵石路乙和某地的鄉(xiāng)村路上進(jìn)行，按照前后懸掛上、下傳遞率表示。在卵石路上在滿載和半載工況下進(jìn)行了測量評價，見表7：

在鄉(xiāng)村路上的測試進(jìn)行了不同的兩臺車對標(biāo)測試，車速60km/h，載荷為半載。從圖1、圖2中可看出，甲車（圖中紅線）在（39～50）Hz有差的隔振率，超過0.4，且存在峰值；右前懸100Hz以上隔振很差。從圖1、2中可看出，乙車（圖中綠線）右前懸在100Hz以下有良好的隔振率，左前懸在200Hz之內(nèi)有非常好的隔振效果?？傮w優(yōu)于甲車。

4.束語

NVH特性的評價對于汽車NVH性能開發(fā)具有重要的意義，也是其工作的基礎(chǔ)。本文只是針對有限的幾項(xiàng)NVH特性介紹了較詳細(xì)的評價方法，實(shí)際上汽車NVH評價方法具有非常廣泛的內(nèi)容，對于汽車整車的每個NVH子特性以及每個子系統(tǒng)和部件都應(yīng)建立科學(xué)的、可靠和一致的評價方法。要做好NVH評價工作，有經(jīng)驗(yàn)的人才培養(yǎng)、良好的測試分析設(shè)備、知識和數(shù)據(jù)的不斷積累是至關(guān)重要的。

[1] GB/T 12534-90《汽車道路試驗(yàn)方法通則》

[2] GB/T 18697-2002《聲學(xué)汽車車內(nèi)噪聲測量方法》

[3] Antonio Vecchio, Herman Van der Auweraer，Erik Verhaeven,Guido Lenaers， “NHV Testing on Modern Vehicle Power Train Technologies”，2004 SAE International

[4] Hadi, R. and Sachdeva, “Effect of mounting strategy on vehicle NVH”, SAE Technical Paper, No. 2003-01-1467 (2003).

The Test Evaluation Methods for Vehicle NVH Performance

This paper introduces briefly about vehicle NVH evaluation methods from vehicle NVH concerns,evaluation requirements and conditions. Detailed evaluation are presented case by case for the interior noise, powertrain mount vibration isolation and bracket resonant frequencies, suspension system vibration transmissibility.

NVH benchmarking；mount bracket resonant frequency；powertrain mount vibration isolation；suspension vibration transmissibility；subjective evaluation；objective testing

男，漢族，高級工程師，1963年4月生。大友科技北京總部技術(shù)總監(jiān)。1983年7月畢業(yè)于西安交通大學(xué)應(yīng)用數(shù)學(xué)專業(yè)。曾先后在東風(fēng)汽車公司、美國福特汽車公司、美國通力汽車公司北京代表處、比利時LMS公司北京代表處、北汽福田汽車公司從事NVH測試和CAE分析工作多年。