车辆产品研发过程中整车NVH性能的设计与控制

车辆产品研发过程中振动噪声性能的设计与控制

南京航空航天大学车辆工程系翁建生

摘要:随着我国车辆的跨越式发展，车辆振动、噪声与不平顺性（NVH）性能备受顾客和制造商关注。车辆NVH 性能作为等同于安全性、燃油经济性和排放等性能的重要性能之一, 在研发过程中如何进行整车NVH性能的设计与控制是值得探讨的重要课题。本文针对车辆产品研发过程中各阶段整车NVH要求和任务，分析与探讨了整车NVH性能的设计与控制方法和流程。

关键词：车辆NVH 设计流程

0 引言

车辆的NVH性能是车辆产品各主要性能中重要的性能指标之一。世界主要的车辆与工程机械跨国公司均在车辆研发流程的各个阶段，将车辆的NVH性能等同于安全性、燃油经济性和排放等性能，进行设计和控制。

如何从根本上解决车辆NVH问题，必需从车辆产品规划、产品设计、试制和批量生产各阶段将车辆NVH性能作为等同于排放与安全指标来考虑，将车辆NVH设计纳入车辆产品设计流程。

1 车辆NVH研发流程

车辆研发过程大致可分为规划阶段、设计阶段、试制开发阶段、试生产阶段和批量生产阶段。

车辆研发流程图

为了提高车辆HVH性能，根据车辆产品研发流程，NVH研发工作通常分为：

(1)车辆概念设计阶段，车辆NVH性能工程师应参加到车辆总体概念过程，参与制定车辆NVH指标及协调与其它性能之间的关系。通过收集同类车辆NVH信息，标杆样车的NVH性能分析与试验，建立符合概念样车的NVH性能目标。

(2) 设计阶段的NVH工作主要是结合CAD，运用不同CAE方法进行车辆各零件、部件和整车的NVH性能分析。主要工作内容为: 系统和整车CAE分析, 系统和整车目标值校核，设计方案选择及验证，优化及改进设计等。

(3) 开发阶段，工作的重心转换到以试验为主的性能调试。全面测试样车的NVH性能，并对比所设立目标值，找出差距，提出设计改进方案。

(4) 试产阶段则需要做小批量车的NVH检核，以发现和解决可能由生产装配，供应商产品质量等所引发的NVH性能问题。及时诊断解决这些可能的问题，确保投产的顺利进行是这部分工作的最终目的。

(5) 投产阶段的NVH开发工作为初始质量的抽查和解决可能遗留的性能问题。

由于NVH开发工作有着明显的时间特征，应根据上述阶段的节点纳入到车辆产品的研发流程中，才有可能保证新产品的NVH 性能达到确定的目标。

2 车辆产品开发前期NVH设计与流程

2.1影响NVH性能因素

在车辆概念设计阶段，主要目标是制定总体技术指标。影响车辆NVH性能目标制定的主要因素：

(1)顾客要求

主要包括设计新型车辆的市场定位和顾客群的要求。由于车辆产品的NVH性能涉及的知识背景比较复杂，这一部分工作，世界上车辆公司有通过专业咨询公司或NVH部门与市场部联合进行。

(2) 政府强制法规

主要是根据公告要求设定，同时对动力传动系统和进、排气系统设计要对标杆样车有定量分析，对振动噪声处理方法方面有全面了解。

(3) 竞争对手样车水平

由于国内新型车辆设计主要通过车辆公司研发部门自主设计和外委设计与分析相结合的方式进行，而且国内对外委设计与CAE分析主要是结构设计和静力学（强度）和运动学方面的分析为主，对NVH基本性能要求不明确，基础数据不够，NVH性能方面的专家多为试验方面的专家，从整车NVH方面提出要求和分解到子系统方面要求还不够明确。因此，对竞争对手样车NVH水平的研究在前期开发中特别重要。

(4) 公司技术水平

公司在车辆NVH设计、分析与试验方面的能力和配套供应商水平。

2.2整车NVH性能评价

2.2.1主观评价

从整车出发的主观评价包括振动、噪声和不平顺性三方面。

振动方面评价包括：座椅振动、前地板振动、方向盘振动、后视镜振动、动力总成的振动；主要工况有泊车状态下，点火、熄火时在车外观察车身振动，泊车状态下怠速、急加速和减速；行驶状态下恒定车速（常用车速）、加速、滑行、缓制动和紧急制动；路面状态有高速环路、普通路面、砖石路面、扭曲路面、不同坡度等。对于工程机械还有在各种工作条件下振动噪声性能。

噪声主观评价有在泊车状态下怠速、急加速和减速时、正、副驾驶员和后座椅乘员的耳旁的车内噪声大小和声音品质、车内BOOMING声、开、关门声、泊车时发动机怠速、急加速和减速时发动机部位车外噪声、排气声和进气声；行驶状态下恒定车速（常用车速）、加速、滑行、缓制动和紧急制动；路面状态有高速环路、普通路面、砖石路面、扭曲路面、不同坡度等不同状态下的正、副驾驶员和后座椅乘员的耳旁的车内噪声大小和声音品质、车内BOOMING声，通过噪声。

2.2.2客观评价

对竞争对手样车NVH客观评价是制定整车振动指标和分解的主要依据，主要分两大类试验：整车和部件NVH水平测试、整车NVH固有特性试验。

（1）整车和部件NVH水平测试

a) 振动测试：整车状态下，座椅振动、前地板振动、方向盘振动、后视镜振动大小（RMS）和方向、主要峰值频率。用与转速相关的发动机阶次关系、频谱表示。

工况：泊车状态下怠速、加减速、点火和熄火；行驶状态下恒定车速（常用车速）、加速、滑行、缓制动和紧急制动；路面状态有高速环路、普通路面、砖石路面、扭曲路面、不同坡度等。

部件：动力总成的振动大小（RMS）和方向、主要峰值频率。用与转速的关系、发动机阶次关系、频谱表示。悬架振动大小和频率、前后桥振动大小与频率。

b) 噪声测试：正、副驾驶员和后座椅乘员的耳旁的车内噪声大小（1/3倍频程）和声音品质（阶次频率）、频谱和随转速变化的关系。通过噪声测试（大小，频谱）。开关门声音频谱。发动机噪声、消声器口噪声、进气噪声、风扇噪声

工况：泊车状态下怠速、加减速、点火和熄火；行驶状态下恒定车速（常用车速）、加速、滑行、缓制动和紧急制动；路面状态有高速环路、普通路面、砖石路面、扭曲路面、不同坡度等。

(2) 整车NVH固有特性试验

包括：整车模态试验、白车身和整备驾驶室模态试验、车架和整备车架模态试验、动力总成刚体模态试验、动力总成弹性模态试验、悬架固有频率试验和减振器阻尼特性、前后桥模态试验、排气系统模态试验、座椅和转向系统模态试验，传动轴模态试验。悬架弹簧刚度、动力总成悬置和车身悬置、排气系统隔振器刚度试验；动力总成转动惯量、车身转动惯量、整车转动惯量试验；行驶状态下车身隔振率、动力总成隔振率、排气系统隔振率试验，传动轴隔振率。车身声腔模态，排消声器插入损失，进气系统隔声率试验；隔声与消声材料特性试验。

对整车试验中要特别注意参考样车隔振、吸振结构、隔声与消声材料与结构，通过试验理解这些结构的作用和对整车振动和噪声控制的贡献。

表1是某标杆样车整车NVH性能客观评价项目表。

表1 某标杆样车整车NVH性能客观评价项目表

4 车辆产品开发中期NVH设计与流程

开发中期主要是车型详细设计，这时要将NVH目标融入到设计之中。特别是外包出去的系统和部件，应将NVH指标成为工程标书和合同的一部分。NVH问题通常比较复杂，多环节相互关联和耦合，当一个零、部件改动设计后，可对整车NVH性能产生影响，而且NVH性能与其它性能要求存在矛盾，要在整车项目团队中协调解决。

在车辆产品开发中期，没有模型车，可用CAE数字化样车计算车辆NVH水平和固有特性。为了进行整车NVH数字化平台建设与分析，在这一阶段要对材料特性，零、部件物理特性，例如刚度、转动惯量进行测试和分析。下面列出某一车型进行CAE分析的基础数据要求：CAD三维数模、车身、开闭件、内外饰等；上述部件所用到材料的特性；各零部件之间的连接关系；动力系统、所有底盘部件的质心、质量和转动惯量等；所有悬挂，衬套的动态弹性刚度及阻尼等；弹簧的刚度；减振器的阻尼特性曲线；变速箱，转动系统动力传输比。

某新车型NVH分析要进行的CAE分析工作如表2所示。

表2 某新车型NVH相关CAE分析工作列表第一部分

表3 新车型NVH相关CAE分析工作列表第二部分

表三的NVH整车CAE分析要依赖于是否取精确的轮胎模型，路谱及荷载。否则其结果只具有参考价值用于相对比较。

5 车辆产品开发后期NVH设计与流程

车辆产品开发后期，主要是发现NVH问题和对数字化样车进行验证。同时，通过试验对数字化样车模型进修改，建立混合数字化模型。

5.1 整车NVH调试

样车完成后，需要对不同动力和结构的样车进行NVH调试工作，样车需要完成的试验与标杆车NVH主观和客观评价相同，也需要完成CAE分析中定义的测试项目并出具相应的报告。测试结果将与标杆车辆进行比较，对不能达到目标值的项目做出工作计划；如果测试结果符合要求，将出具达标报告、工程签发标准和风险评估报告。

5.2整车NVH性能改进

由于多种因素，如供应商产品质量，设计及装配问题等，通常会导致一些NVH性能问题。解决这些问题常占据了NVH调试工作绝大部分时间。常用解决问题的方法和步骤有：（1）主客观评价其NVH性能；

（2）对比目标值或参照车基准值，量化需改进值；

（3）对问题所发生原因做诊断；

（4）根据诊断结果提出改进方案；

（5）验证改进方案有效性和可靠性。

（6）最终工程签发时必须满足所有主观和客观NVH目标值要求。

5.3试产时整车NVH工作

试产时期的NVH工作主要在于检测可能由量产所带的NVH问题。主要手段为主观评估和工厂质量管理所用的一些手段，通常包括：

（1）检查专员评估结果；

（2）主观评估生产签发的标定试车；

（3）车间全气门加速和怠车检测结果；

（4）车间车体漏气检测指标；

（5）车间关门力度检测指标；

（6）车间封密条间隙检测指标；

（7）对主观评估和质量检测所发现的问题及时解决，以确保投产顺利进行。

5.4投产时NVH工作

投产后NVH开发工作则让位于质量管理系统。通常NVH需要同时监督下述质量指标：（1）全气门加速和怠车性能；

（2）车体漏气性；

（3）关门力度；

（4）封密条间隙。

6 结束语

NVH测试方法作为一种切实可行的手段多年来已广泛地用于车辆产品开发各阶段，包括：标杆样车分析、目标值确立、系统选配、系统设计改进和验证、整车的性能验证和改进、设计和生产问题解决、质量问题追踪及改进。对于中高频的NVH现象，目前还主要依赖NVH测试方法。近年来，由于计算机技术的高速发展，在NVH 的试验设备、测试分析软件和NVH CAE 分析软件方面已有专业公司研发了适用于车辆产业的高端产品。在这些先进技术平台上，遵循车辆NVH设计流程，我国自主研发的车辆NVH水平一定能达到世界先进水平。

翁建生，博士，教授。2000至2001年美国福特汽车公司科学与工程研究院访问学者。江苏省汽车工程学会常务理事。主要研究方向：车辆与机械振动噪声控制，振动噪声测试技术，车辆动力学与控制。先后参加与主持国家自然科学基金、国防预研项目、航空基金、福特基金和福特汽车、东风汽车、北汽福田、江铃汽车等企业委托项目二十多项。

联系方式:wengjs@https://www.wendangku.net/doc/2d13938655.html, 138********