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轿车的NVH及其对策


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轿车 轿车的 的NVH NVH及其对策 及其对策

2008/9 NVH培训班 (大连)

(讲师) 吉川诚 (IAT(北京)) (翻译) 刘显臣 (北京CAE )

影响车内安静的主要原因

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轰鸣音(压迫感)



② 加速时异音 ③ ④ Peak感 音质的変化

影响车内安静的主要原因①
①?轰鸣音 ②?加速时异音 ③?Peak感 ④?音质的変化 こもり感の大きさ

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?轰鸣音は乗員に圧迫感を与える

→ 车速

影响车内安静的主要原因②
①?轰鸣音 ②?加速时异音

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?加速时异音产生,并伴有嘈杂音, 给乘客不舒服的感觉 加速时异音的发生量

③?Peak感 ④?音质的变化 负荷增加

→ 车速

影响车内安静的主要原因③
①?轰鸣音 ②?加速时异音 ③?Peak感 ④?音质的变化

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?随着车速的上升,车内音压级上升。 但如果有Peak感存在,会给乘客 不安的感觉。 Level的Peak感

→ 车速

影响车内安静的主要原因 ④ 内安静的主要原因④
①?轰鸣音 ②?加速时异音 ③?Peak感 ④?音质的变化 音质的変化量 ?随着发动机旋转速度及频率的变化,

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全体的音质如果变动,会有嘈杂感觉。

→ 车速

桥车主要NVH现象
① ② ③ ④ ⑤ Idle振动 轰鸣音 Engine音 Transmission Gear音 Road Noise

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⑥ 空气音

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1.Idle振动
停车时、Idle状态: 受Engine的振动激励,由于Floor、Seat、Steering Wheel 等的振动,给乘客一种不舒服的感觉

Idle振动现象发生原理
f (t )
Engine起振力

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m
Engine Mount传达

k

c
车体振动响应

4缸发动机的激振力

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1

1

上下力-往复惯性力 ~(Piston系重量)×(Engine旋转数ω) ×COS(2ωt)

2

2

Rolling Moment -往复惯性力 ~(Piston系重量)×(Engine旋转数ω) ×SIN(2ωt) Rolling Moment –燃焼压力 ~-(Piston径)2×(Conn-rod长) ×SIN(2ωt)

Engine Mount系的 振动模态 系的振

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惯性主轴
&G m& x ? ? K 11 ? ? ? ? &G m& y ? ? K 21 ? ? ? K 31 ? m& z&G ?+ ? ? && ? I φ && ? I ψ & & θ I x xy zx ? ? K 41 ? & & & & ? ? I x θ + I y φ ? I yz ψ && ? ? K 51 ? ? ? && ? I φ && + I ψ & & θ I ? ? ? zx yz z ? K 61 ? ? ? K 12 K 22 K 32 K 42 K 52 K 62 K 13 K 23 K 33 K 43 K 53 K 63 K 14 K 24 K 34 K 44 K 54 K 64 K 15 K 25 K 35 K 45 K 55 K 65 K 16 K 26 K 36 K 46 K 56 K 66 ? ? xG ?? y ?? G ?? zG ?? ?? θ ?? φ ?? ? ?ψ ?? ? ? F x (t ) ? ? ? F (t ) ? ? ? ? y ? ? F z (t ) ? ? ? = ? ? ? N x (t )? ? ? N y (t )? ? ? ? ? ? ? ? N z (t )? ?

Power-plant的惯性质量

m k

c

Engine Mount系的综合弹簧刚度 综合减衰系数 ?受Mount的弹簧特性和 Mount Layout影响

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Engine Mount系 的振动传达特性 系的振

m k
c
传 达 率 ω0

Idle时 Engine起振力频率范围

√ 2ω0

频率

(共振频率)

按照这个关系选定Engine Mount系的弹簧刚度 和布置

Body振动特性(CAE分析)

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Power-plant Bouncing

Body 扭转

Body 弯曲

等 感度曲线、振动评价 等感度曲
101 振动加速度 (m/s2) 极差 差 不满 Border 满足 无感觉 桥车Idle振动Level 10-2 10-3

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100 10-1

1 2

5 10 20 频率 (Hz)

50 100

Idle振动Level 1/2
Floor振动 1.0 振 动 加速度Level(m/s2) 0.3

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0.1 0.03 0.01 500 20 600 700 25 800 30 900 1000 C2 Hz 35 1100 1200

Engine旋转速度 (rpm)

Idle振动Level 2/2
Steering Wheel振动

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1.0 振 动 加速度Level(m/s2) 0.3

0.1 0.03
C2 Hz

0.01 500

20

25

30

35

600

700

800

900

1000

1100

1200

Engine旋转速度 (rpm)

Body振动特性(CAE分析)

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弯曲振动Mode

影响弯曲振动的刚度要素

Body弯曲共振的降低
Radiator采取弾性支持、形成一个振动系。 这个振动系的共振频率与Body的弯曲共振频率接近、形成 Dynamic Damper m2 k2 m1 Body;弯曲振动系 k1 c1 c2 Dynamic Damper化 Radiator;振动系

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Mount系的防振措施

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Engine T I

md

Engine Mount
U Body的弯曲振动Mode Body Suspension、Tire

Cd 前

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2 .轰鸣音 2.

?拥有一定容积的空间内,音压的分布有充满整个空音 的趋势、以轰鸣音的形式,给人耳一种压迫感。
车室内音响空间

+

-

车体

轰鸣音 的发生原理 音的
?诱发空气柱产生共鸣的激振力,主要是Body的Panel振动等。 (例)低频轰鸣音 Fr.Roof Rail,Roof, Rear Gate的构造系振动Mode

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耦合

轰鸣音发生

音响系前后1次Mode

1Box车 轰鸣音 分析例 1/2 车轰鸣 音分析例
频率域(40~60Hz) 车体振动 Mode

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加振点 发音部位

车室内音 Mode 声音流动
音圧Level大 加振点

1Box车 轰鸣音 分析例 2/2 车轰鸣 音分析例
频率域(60~100Hz) 车体振动 Mode

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加振点 发音部位

车室内音 Mode 声音流动
加振点 音圧Level大

轰鸣音 原因;Power -plant振动 音原因; Power-plant
Power-plant弾性振动

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Torque変动 燃焼

?Engine~T/M 结合刚度

驱动扭矩

Mount Insulator位移
?Mount弹簧刚度特性 ?Mount Bracket振动特性 ?车体振动音响特性

车内音(轰鸣音)

轰鸣音 原因;Body骨格/Dash Panel振动 音原因;

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Engine Mount部入力

Body骨格振动

Dash Panel膜振动共振

车室内音响特性 车内音(轰鸣音)

轰鸣音要 因;排气系振动 音要因;排气系振
Power-plant振动

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排气系振动

Muffler Hanger 前席音/ Hanger入力 Body Floor振动 音响感度 dBA/kg

车室内音响特性

车内音(轰鸣音)

50

100

150 频率 Hz

200

轰鸣音 原因;其他、综合 原因 音原因;其他、 合原因

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空气 Weather Strip遮音性

Body 室内空间

路 面

Tire

Suspension Frame材 防振性、安装刚度 Panel材

Engine

Dash Panel遮音性

(讨论例); 越过突起特时 轰鸣音优化 ;越 时轰鸣
Side Roof Rail~Roof中央间传递函数

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振 动 Level(dB)

Level低下

现状 优化 50
频率(Hz)

fn低下

30
Roof Panel

40 试验结果

前席音 (dB-A)

NO.3 Roof Bow

NO.4 Roof Bow

现状

2.5 dB
优化

Plate追加

30

40

50

60
频率(Hz)

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3.Engine音

Pi w ωt

?在车内可以听到的发动机音,不仅仅是发 动机的透射音,还有由于发动机的振动经 过车体各部分的传达,在车室内形成的放 射音。 ?车内安静不仅指声音级别的大小,还受到 音质的影响。发动机音具有的变化特性, 使其影响很大。

降低Engine音 的研究变迁 音的
Engine单体
?燃焼特性 Level

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单体音评价
空气传播音





?Crank轴振动特性 ?Cylinder Block 振动/放射特性

Level/音质

空气传播音

Level/音质 ?Power-plant 振动特性 ?Crank轴振动、 与Power-plant振动 耦合特性

空气传播音

?遮音性 ?Engine Mount特性 ?Bracket振动特性

Level/音质

空气/固体传播音

音质/Level

固体/空气传播音

车内音评价

?Power-plant振动、 与Body Panel振动 的耦合特性

燃焼音的发生原理
Pi w ωt

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Cylinder Block壁 面振动Mode测量例 壁面
扭 扭转 转Mode Mode( (310Hz 310Hz) ) 1 1次弯曲 次弯曲Mode Mode( (550Hz 550Hz) )

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2 2次弯曲 次弯曲Mode Mode( (740Hz 740Hz) )

膨 膨胀 胀Mode Mode( (1770Hz 1770Hz) )

条件; 4000rpm/全负荷

Cylinder Block振动和车室内嘈杂音
?降低Cylinder Block振动,可以使以Engine音为主体的 车室内騒音减小。

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车 内音 LeveldBA (280Hz以上 成分)

10dB





0

0.1

0.2 Mobility(V/F)

0.3 cm/s?kg

0.4

0.5

(讨论例)降低Cylinder Block振动 曲面化
目标: 高刚度化及、提高固有振动数,可以使問題区域 的振动Level降低

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其他:Rib追加、控制重量増加等,与上 述对策综合考虑,实现薄壁化的目的。

车内音之Engine固体传播音
发动机构造振动 (剛体,弾性) Mt支架振动
?Mt弹簧刚度 ?Mt支架fn

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车体振动
?车体板件刚度 ?fn

底盘要素振动
?梁刚度 ?弹簧刚度

车体振动/音响特性

车 内 音

Engine音质Rumble音 -Rumble
Engine振动向车体传达过程中、 由于Engine Mount Bracket的共振、 混浊音(200~300Hz附近)的级别升高。
发动机 2 2.5 3 3.5 4 旋转次数

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6500
m

600 0

发动

机 rp

频率 Hz

500Hz Rumble感大

Engine Mount Bracket部的 振动増 幅 的振 増幅
C4.5次
振 动 加速度( G)
203 10dB 18倍 256 15倍 324

37/62

前端
36倍

前端

安装部

安装部

振 动 加速度( G)

C4.5次
13倍 10dB

前端
安装部

安装部
180 225 3000 315 4000 360 5000

前端

135 2000

270

C4.5 Hz 发动机旋转速度rpm

降低Bracket振动的思路1/2
1.根据Bracket高刚度化、fn最适化,降低响应级别 ①Bracket安装部刚度増加 ?Boss部面积増加 ?Bolt数量増加 ②Bracket刚度増加 ?封闭断面化 ?Reinforce ?Stay ③Bracket长度缩短

38/62

?由于fn増加响应位移减小 →Body激振力降低
K x

F η Bracket X/F

Hz

降低Bracket振动的思路2/2
2.降低共振Peak Level ①前端质量増加 ?前端加Mass Damper
X/F

39/62

Hz

②Bracket振动减衰 ?Bracket材料高减衰性 (FRP、制振材等) ?Bracket共振时的変形均一化 ③Bracket Dynamic Damper

X/F

Hz X/F

Hz

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4.Transmission Gear音
(A)纯音?????Gear啮合音 ?加速时、匀速时、减速时发生 (B)异音 ?????Gear打齿 ?加速时、减速时发生

车内可听到的Gear音的发生原因图示
Cable类 Gear噛合 Gear train 轴承 Casing (T/M, Diff) 驱动轴 T/M Bracket Mt. Insulator Body bracket

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B O D Y

Knuckle Tire

Suspension 要素 Tie rod

Suspension member Steering column

Gear音发生的起振力、啮合误差
驱动Gear 歯数;Z1

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驱动 驱动Gear Gear

被驱动Gear 歯数;Z2

被 被驱动 驱动Gear Gear

θ1

θ2

啮合误差
1pitch

Δθ=θ2-(Z2/Z1) θ1

原因

①啮合刚度变动(理论原因) ②歯型误差(加工原因)

Transmission Mount传达特性

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◇ Power plant共振(上下, Roll等)形成的特性 和Bracket共振形成的传达特性综合影响。 Power plant共振 传 达 率 Bracket共振

10

100

1000

Hz

Body音响感度

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◇ Engine mount或Suspension安装点处的音响感度在 300Hz以上时,几乎呈现平坦趋势。但是,由于 局部共振而形成的感度峰值会造成很大的影响。

dB/F

300

1000

Hz

驱动动系振动噪音现象及振动Mode
名称 扭转1节 扭转2节 现象 ?颤动 ?Surge - 激振力 ?Engine torque 変动
F/W T/M~ Diff.

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振动Mode
Tire

频率 2-10 Hz

车体



20-40 Hz 40-100 Hz

扭转3节 扭转4节

?轰鸣音、异音 T/M Rattle音 Diff.喀哒音

?Engine torque 変动 ?Propeller shaft 扭转角 ?Engine torque 変动
Clutch Facing

T/M

Diff.

局部 ↑

?Idle rattle音 ?Clutch judder

T/M

?Clutch非线性
T/M~Diff.

~10 Hz

驱动动系振动騒音现象和Clutch特性的关系
Torque ③加速Rattle音 ④轰鸣音 第3段 (加速侧) 扭转角 第1段 第2段

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①Idle Rattle音 ②Floating异音 (减速侧)

③减速Rattle音

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5.Road Noise
?从Tire或Suspension单体的問題、到经过Suspension 传达到车体侧形成噪音問題、使发生原因增加。

发生 原理-激 振力系 生原理 激振力系

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100 激振力 (N) 10

1次气柱共鸣 Mode 1次弯曲Mode 2次弯曲 Mode

上下方向 1 纵向 横向 400

0.1 0

100

200 频率 (Hz)

300

发生原理-传达系

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Lower armの上下方向Mode 10

Chassis cross-member 的左右方向Mode

Inertance (g/kg)

上下方向 左右方向

1

0.1 20 100 200 频率 (Hz) 300 400

(讨论例)Suspension安装部动刚度
?Suspension安装部位Body侧 ?200~300Hz Filter成分 90 音响感度(dBA/kg) E车 80 70 60 F车 Upper arm Lower arm 102 103 动刚度(kg/mm) 104 Lower arm Original 加強

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(讨论例 )Body放射 系的贡献量 3/3 例) 射系的

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100~200 Hz Re.←

200~300 Hz → Fr.

; 对车内音贡献量高的部位

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6.Door 关闭音
(A)构成部件间的冲击音(Door Latch、Striker等) (B)Door Panel的振动音

车门关闭音 的音质评价 音的音
?频率构成随时间变化而不同的两上音的比较。
(A);低频成分为主体、减衰性也好。 (B);频段宽、具有残音性 柔软音质 强硬音质

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( (A) A)
音圧 Level dB


0.2

( ) (B B)
间 s

0.2





100 80 0 1 频率 kHz 2 0

0 0 1 频率 kHz 2



Door关闭音的发生 原理 1/2
(a)Striker和Latch Fork的撞击音 (b)Latch Fork的半沟与Pole的撞击音 (c)Rubber Damper与Body Panel的撞击音 音圧
(f)

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时间
(e)

(d)Pole Stopper的撞击音 (Over Run状态) (e)从Over Run后的回位时 的撞击音(Full Latch) (f)Weather Strip和 Body Panel的撞击音 的残响

Latch Fork

(a)

(c) (b)

(d)

Pole Pole Stopper Striker

Door关闭音的发生 原理 2/2 生原理

55/62

0

20

40

60

80

100

120 140 160

180 200 ms

车门关闭音的音质、及影响因素
过大 过小 关闭性 不良感 关闭性 不良感

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构成部件间的撞击音 Door Panel的振动音

异音感 刚度的 不足感

适当的合成音音质的形成

?Latch部分、树脂Coating等 ?Panel刚度、Weather strip构造

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7.风噪
?高速行驶时车体与外部空气磨擦、主要发生以下两种 现象、形成噪音: ① 外部形状的段差或装饰器引起的空气流动 紊乱(渦流发生) ② 车外部负压使车室内的空气被吸出,外部 的声音容易进入车内。

(讨论例)风噪的发生状 況 1/2 状況

58/62

800Hz

Door Panel~Weather Strip之间的间隙进入车内倾向。

(讨论例),风噪发生状 況 2 /2 状況 2/

59/62

1250Hz

Door Panel~Weather Strip之间的间隙进入车室内的倾向得到 确认。在此处,Weather Strip内部构造是一个噪音传达系。

车体 的遮音性-等 价面密度评价 体的 等价
RV 大众车 中级车 车 内噪音Level(dBA) 高级车

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5dB

1

1.5

2

车体等价面密度比

(讨论例)降低吸出音-提高Sash刚度
测量点;与Door Sash部前进方向 垂直方向 吸出音 发生 20 最高速 吸出力 kg 10 负 荷 kg 20

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10 傾き;Sash刚度

0 0 100 200 车速 km/h

0 0

2

4

6 位移 mm

车速-吸出力的关系

Sash刚度特性

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总结:NVH优化的进展方向

1.理解发生原理 ?3个系统(起振力系,传达系,放射系)的分离 ?建立动力学方程 2.明确目标 ?确认现状级别、竞争车级别及商品性 3.防止噪音/振动的流程及实施 ?综合考虑効果、Cost、重量,采取最优化设计


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