NVH的产生和防治
摘要 面对越来越严格的环保噪声要求,国内各大汽车制造商开始了新一轮的研究改进热潮。本文介绍了车内噪声产生的来源、机理,分析了其传播路径,并针对国内汽车行业现状,从可操作性、有效性出发,提出了相应解决之道。
关键词 nvh;噪声;产生;防治
中图分类号u467.4 文献标识码a 文章编号1674-6708(2010)26-0121-02
0 引言
汽车噪声一直以来都是世界各大汽车制造商研究的重点。随着世界各国对环保的日益重视以及消费者对汽车产品的舒适性要求越来越高,一个汽车新产品的诞生,其噪声水平如何,将直接影响其市场表现业绩。
国家标准gb7258-2004《机动车运行安全技术》、城建部标准cj/t162-2002《城市客车分等级技术要求与配置》、交通部标准jt/t325-2006《营运客车类型划分及等级评定》、《客车车内噪声限值及测量方法》对各档次的客车车内噪声作出了明确的规定。
1 nvh的产生
nvh是英语noise、vibration、harshness三个单词首字母的缩写,意思是噪声(不需要的声音)、振动、刺耳声(粗糙的声音/声振粗糙度)。它侧重于人体感觉上不需要的声音(或振动引起)。以上三者在汽车等机械振动中是同时出现且密不可分,因此常把它们放在一起进行研究。
1.1 nvh产生的机理及危害
在车辆的的特定结构中,我们可以根据nvh产生的机理,分为机械噪声、空气动力性噪声、电磁噪声。
机械噪声是由于机械部件之间在摩擦力、撞击力各非平衡力的作用下振动而产生的;空气动力性噪声是由于高速气流与周围空气介质剧烈混合而辐射噪声;电磁噪声是由电磁场的交替变化,而引起某些机械部件或空间容积振动产生的。
nvh的存在带来了车辆整体品质的下降。它不但使人感到烦燥不安,而且长时间在较大强度的nvh环境下,驾乘人员容易疲劳、反应迟钝,对nvh敏感人(如孕妇)更能造成身体上的损害。
1.2 nvh的传递路径
发动机噪声主要有3条传入路径:
1)发动机噪声→仪表板→室内;
2)发动机噪声→车体骨架→地板→室内;
3)发动机噪声→车顶→室内。
路面行驶噪声主要有5条传入路径:
1)路面噪声→轮罩,地板→室内;
2)路面噪声→车身→支柱→车顶→室内;
3)路面噪声→前柱→车顶→室内;
4)路面噪声→后柱→车顶→室内;
5)路面噪声→行李箱(共鸣)→室内;
挡风玻璃噪声传递路径如下:
挡风玻璃噪声→前挡风玻璃→车顶前部→车顶→室内
空调,其中加热器噪声有二条传入路径:
(1)空调、加热器噪声→仪表板→室内
(2)空调、加热器噪声→支柱→车顶→室内
2 nvh的防治
通过上面的分析我们了解,目前车内nvh防治的最主要目标是控制机械噪声。由于噪声和振动是密切相联的,有许多噪声是由振动诱发产生的。因此,防治nvh的重点就是降噪减振。隔绝传播途径是行之有效、最常用的降噪途径。常用的措施有:隔振、隔声、提高车室密封性。吸声
处理也是降低噪声强度的常用方法。通常在噪声源周围布置一些吸收声能的多孔材料,当声波进入材料孔隙时,引起孔隙中的空气和材料的细小纤维波动,由于摩擦和粘滞阻尼的作用,将传播中的噪声声能转变为热能,降低声能的反射量,起到降噪的目的。
噪声的控制可分为主动控制和被动控制:主动控制主要是从噪声源头采取的控制措施,主要途径有提高零部件加工精度、改进发动机结构、改善悬挂系统;被动控制主要是从车身控制角度出发的措施,主要途径有吸音、吸振、密封、隔音、隔振、阻尼。本文主要是从被动控制方面阐述nvh的防治。
2.1 噪声和振动的传播特性
事实上,一个噪声源发出的噪声,一般都包含多个频率的声波。声音在介质中传播,遇到不同声特性阻抗的介质时会发生部分反射、部分透射。声波的绕射声波频率、波长和障碍物大小有关。
振动以弹性波的形式在基体中传播,并在传播过程中向外辐射噪声,称为固体声。在单自由度系统受迫振动模型中,阻尼系数的大小对振幅起着决定性的作用。
当ω=ω0=时,系统的振幅为:
a=f0/ωδ
式中 ω为激振力圆频率,rad·s-1;
ω0为系统振动圆频率,rad·s-1;
k为弹簧的弹性系数,n/m;
m汽车车顶架为振动系统的质量,m;
a为振动的振幅,m;
f0为激振力,n;
δ为系统阻尼系数,n·s/m。
可见,当阻尼系数偏小时,就可能引发共振现象。
2.2 车内降噪减振的方法
根据nvh传递路径的分析,对已定型的车身来说,车内降噪减振最主要的就是治理发动机噪声、路面噪声、空调加热器噪声。因声波在空气的传播中,由于扩散、被介质吸收、被反射散射导致不断的被衰减。而振动的阻断是由于被隔振和阻尼。对于变速器、传动系等运动部件的支承,尽量引入弹性阻尼元件, 可避免引起车身结构的振动。车内隔声对高频噪声较有效,对低频噪声效果较差。为确保低频隔声的效果,应选用面密度和阻尼均大的隔声材料。车身壁板上的缝隙与孔道,可使噪声直接传入车内,使壁板的隔声能力大大降低,因此,提高车室密封性也非常重要。根据其特性,在车内材料应用及车身结构处理上,对它们需采取不同的对策,如噪音如表1。
表1降噪减振对策
2.3 材料的选择与布置
为了降低实际操作难度,在不考虑车体结构的改进设计问题,而只是从前面分析的nvh传递路径及对策入手,通过对车身各部位喷涂、粘贴或填充辅助材料,来达到降噪减振的效果。
隔声材料应具有良好的耐高温性能。多孔材料的吸声效果为最好。多孔材料多为有机无机纤
维、纤维材料制品,还有蜂窝材料、泡沫材料等。当多孔材料的厚度增加时,对低频声吸收增加,对高频声影响不大,对于中、高频噪声一般可采用2cm~5cm厚的吸声板。阻尼材料不但要求有较高的高耗损因数,同时也应有较好的粘结性,在强烈振动下不脱落、不老化。
车身不同部位需选择不同的材料应用方案,材料有效应用区域应面对声源产生部位及发生大面积转移区域。如仪表板可采用消声垫、隔离片、沥青垫;地板可采用膨胀型沥青垫、特种橡胶片;门板可采用防振垫、增强垫、磁性阻尼垫、高密度阻尼垫;车顶可采用车顶密封带、消音阻尼垫等。
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