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1、汽车振动噪声与控制文献综述中国汽车产业已进入内涵式发展的稳健增长期， 车型品质的提升已取代产能 的增长成为发展的主流，这对汽车的噪声、振动与声振粗糙度 （Noise, Vibratio n, Harshness, NVH）提出日益苛刻的要求，使得汽车 NVH性能越来越受到重视，成 为衡量汽车品质最重要的指标之一。前期汽车NVH控制主要集中在发动机、车身等主要系统上，随着这些主要 系统的NVH问题得到解决，其研究重心开始转向声品质技术、新能源汽车NVH、 车身底盘NVH、制动系和悬架系NVH以及振动主动控制等方面。汽车的NVH问题可以从三个层面上考虑：接受体（方向盘的加速度或人耳 处的声压等，但
2、最终是人对振动噪声的感觉）；传递路径（隔振隔声系统，车身 及内饰等）；振动噪声源（发动机/驱动电机、齿轮传动系统、路面不平、风噪 声等）。一、接受体处NVH分析与控制1.1声品质评价首先，在对车辆振动与噪声进行分析前需对其 NVH状况进行评价。驾驶室 内成员处的振动评价相对简单，而人耳对噪声的感知则较为复杂，同时由于汽车 车身及底盘技术、汽车发动机技术的突飞猛进，特别是新能源汽车的持续推广， 除发动机噪声外，其他排气噪声、传动系噪声、轮胎噪声、空气动力噪声及车身 壁板结构振动辐射噪声等，对车辆整体噪声的贡献相对增大，使得车辆噪声控制 问题变得更加复杂。因此，声品质技术应运而生。声品质是指在特定
3、的技术目标或任务内涵中声 音的适宜性，声品质中的“声”是人耳的听觉感知，“品质”则是指人耳对声音事件的听觉感知过程，并最终做出的主观判断。人是声品质最终的接受者和最直 接的评价者，声品质受到声音固有特性、评价者的生理、心理等各方面的综合影 响，因此声品质的研究是一个综合多领域的多学科研究。声品质主观评价是以人为主体，通过问卷调查或评审团评议的形式，运用试 验心理学来研究噪声问题，涉及测试对象选择、噪声准备、听测环境和评价方法 等较多因素。国际上常用的方法有成对比较法、语义细分法、等级评分法、排序 法、多维尺度分析法等，是声品质研究中的一个重要方面。品质客观评价是以声音的物理参数及心理学客观参数
4、为基础，根据声音的频率、包络、调制及调幅等方面，从物理声学、心理声学等方面对噪声声品质进行 评价。经过长期的理论和试验研究，提出了许多的客观评价参量，最基本的心理 声学参数如响度、尖锐度、粗糙度、波动度等，还有语音清晰度、愉悦度、劲度、 响亮度、轰鸣度等。声品质最终的评判标准是人的听觉感受，但主观评价试验的一致性和重复性 较差，且需要大量的人力、物力和时间。主客观统一模型综合主观评价和客观评 价的优点，试图采用客观定量的方法来描述声品质的主观评价，实现以心理声学 评价参数为基础的能够客观衡量的声品质评价模型。数理统计方法是最常用的建立主观与客观评价结果映射关系的方法，通过主成分分析、显著度分析
5、，构造多元线性或非线性回归模型； 神经网络方法因其非 线性和自主学习特征，在建立声品质主客观统一模型中也得到了大量应用，但需要面对样本数量不够充分引起的“小样本难题”；支持向量机 （SVM）方法具有非 线性、小样本及泛化能力强等特点，在声品质研究领域已得到越来越多的应用； 其他如灰色关联度分析、粒子群算法等现代方法也开始在汽车NVH方面得以尝试。1.2噪声主动控制技术有源噪声控制又称主动噪声控制，指人为产生次级声源，引入一个与原噪声 声波（初级声源）幅值大小相等而相位相反的次级声波， 使其产生的噪声与原噪 声在一定区域内相互抵消，达到降噪目的。传统噪声控制技术，多采用阻尼比较大的材料，利用隔声
6、、隔振，甚至重新 进行结构设计来控制噪声，对一些车身结构的振动及其辐射的低频噪声仍无法得 到有效控制。而噪声主动控制（ANC）技术在消声机制、控制机理及系统研究和应 用等方面，弥补了噪声被动控制的诸多不足，特别是在控制管道低频噪声中获得 了良好的降噪效果，因而倍受噪声控制界的关注和重视。、噪声振动的传递路径及控制2.1噪声传递路径及其控制乘员室内噪声包含结构噪声和空气噪声，其中结构噪声主要集中于中低频段， 由车身壁板振动引发，与车身结构动态特性有直接的联系， 其控制必然牵涉到车 辆系统内各总成之间的动态匹配与车身结构的改进。车身整体刚度和模态已经广泛得到有效控制，但局部结构（如板结构）常常 会
7、带来局部振动、声辐射、声腔共鸣、隔声差等问题。结构优化分析方法有2种，第1种是直接以车身的NVH指标为优化目标，如车身的模态、频率、响应 等。第2种方法是能量分析，其是一种间接方法，如分析应变能。很多系统（如动力总成、排气系统、悬架系统等）与车身相连接，而且把振 动传递到车身，因此这些连接点的原点动刚度研究非常重要。另外玻璃、座椅等局部结构也会影响车内噪声传播。空气噪声多集中在高频段，主要通过空气经由车身结构的孔隙进入乘员室， 控制方法与结构噪声完全不同，可以通过多孔吸声材料、密封等措施来降低这部 分噪声。2.2振动传递路径及其控制悬架主要由轮胎、弹簧、减振器和连接杆系等组成。悬架连接着车轮与
8、车身， 并允许二者间的相对运动。作为车辆与地面间运动的传递媒介，悬架系统对车辆 的NVH特性有很重要影响。悬架系统的一个重要功能就是衰减由地面传来的振动和噪声。振动衰减的主要手段包括：隔振、减振和吸振。除通过悬架减振器 -弹簧组合和橡胶衬套分别 实现了在低频和高频范围内的减振和隔振，当以上2种方法无法达到要求的NVH 性能时，还可通过吸振器手段进一步提高悬架的 NVH性能。另外，主动和半主动悬架技术的应用也给悬架系统的 NVH性能带来进一步 提升空间。由于主动悬架技术不仅能改善汽车乘坐舒适性，还能提高汽车行驶安 全性，近年来已成为汽车悬架技术发展的研究热点。半主动悬架由可调刚度弹簧 或可调阻尼
9、减振器构成，其工作原理是根据簧载质量加速度等反馈信号调节弹簧 刚度或减振器阻尼，以达到良好的减振效果。半主动悬架在控制效果上接近于主 动悬架，且结构简单，能耗小，在智能悬架技术发展中具有广阔的应用前景。主动悬置技术最早由Herrich提出，主要采用主动作动器代替传统液压悬置 或橡胶悬置，在宽频范围内有效隔绝发动机激励向车身的传递，改善汽车乘坐舒适性，根据产生作动力的原理不同，分为电磁式主动悬置、压电式主动悬置、电 致伸缩式主动悬置、气动伺服式主动悬置和液压伺服式主动悬置等。半主动悬置 又称为可调式悬置，与主动悬置相比，半主动悬置不需要外界持续的能量输入， 包括结构参数调节式的真空式和电控式悬置
10、和性能参数调节式的电流变和磁流 变悬置。三、振动噪声源NVH控制3.1轮胎轮胎作为车辆的重要部件之一，对整车的 NVH性能有重要影响。有关研究 表明，轮胎噪声已经成为车辆噪声的重要来源之一。 由于影响轮胎噪声的因素众 多，因此降低轮胎噪声的途径和方法很多： 优化橡胶配方降噪，优化胎体结构降 噪，良好的胎面花纹设计可以有效降低轮胎噪声，另外，通过向轮胎内腔中或者外胎安装位置附近添加吸声材料等可起到降低轮胎外部辐射噪声及车辆室内噪 声的效果。3.2发动机发动机的噪声是有多种噪声源发出的噪声组合而成。 主要噪声源大致可分为 气体动力噪声、燃烧噪声和结构动力噪声。其中气体动力噪声直接辐射，燃烧噪 声和
11、结构动力噪声由发动机表面辐射。气体动力噪声中的排气噪声通常可用排气消声器进行降噪。合理选用和设计 消声器，使得排气噪声处于比较次要地位即可。 风扇噪声可以通过适当控制风扇 转速、改变风扇叶片的形状和材质来降低噪声。对于燃烧噪声，可以改变其发火 特性使燃烧进程变得平缓，以及选择合理的燃烧室结构，能取得较好的降噪效果。 对于结构动力噪声中的齿轮噪声，可以通过提高齿轮的加工精度、改变齿轮材质、 齿轮的啮合方式和提高齿轮室盖刚度来达到降噪的目的。适当减少活塞与气缸间的间隙、将活塞销孔偏置可降低活塞敲击噪声。3.3驱动电机（新能源车辆）在新能源汽车中，由于驱动电机的存在，改变了汽车的NVH性能。与传统发
12、动机噪声相比，电机噪声频率更高，往往处于人对噪声的敏感频带，因此电机 噪声对整车的乘坐舒适性有重大的影响。电机噪声根据其来源一般可分为机械噪 声、电磁噪声和气动噪声。电机噪声根据其来源一般可分为机械噪声、电磁噪声 和气动噪声。在电机运行过程中，由电磁力引起的定子振动而辐射的电磁噪声往 往是电机噪声的最主要来源。车用驱动电机转速运行范围宽，尤其是考虑电流谐波等非理想因素之后，电 磁力阶次丰富，很难避免结构共振，而且大幅改变结构固有特性也需要非常高的 成本。因此，目前的电机减振降噪主要从激励源优化角度进行优化，主要包括如定子斜槽和转子斜极等结构参数优化以及控制策略优化。3.4变/减速器变速器噪声的产生主要是由于齿轮系统的冲击振动和箱体的振动， 造成这些 噪声产生的原因有：齿轮参数的设计不合理及加工、安装误差等；箱体结构设计 的不合理，主要表现在箱体刚度不足，箱体在工作时发生共振等。变速器的振动 与噪声可通过下列措施进行改善： 通过齿轮螺旋角、压力角、模数及齿宽等基本 参数优化和齿轮修形减小齿轮的动态激励力；通过增加箱体结构刚度、结构阻尼 降低箱体的声辐射效率。