1 引言
在汽車發明的早期，由于發動機的功率比較低，基本上是低速行駛，其振動和噪音問題并不明顯，但是，随着科學技術的發展和社會的進步，發動機功率越來越大，高速公路的出現就是促進了車速的快速提高， 這導緻了日益突出的車輛噪音問題。車輛噪音不僅會造成環境污染，還會影響駕駛員的駕駛重點和車輛安全，甚至對車内人員的精神和身體傷害。
是以，大多數客戶在選購汽車時都希望駕駛環境安靜，乘坐平穩，可以享受駕駛的樂趣，是以，汽車的振動和噪音性能尤為重要。統計結果表明，汽車的振動和噪音性能與客戶對汽車的整體評價印象直接相關，除了追求傳統的低噪音和振動外，對音質的要求越來越高，是以汽車的NVH（噪音，振動和線束）性能，即： 噪聲、振動和聲學粗糙度性能已成為目前研究的熱點。
為了控制車輛産生的噪音污染，各國紛紛出台相關環保法規和标準，嚴格限制車輛産生的噪音。我國于1979年出台了機動車噪聲許可證标準GB1495-1979，并于2002年在《機動車輛噪聲允許噪聲》的基礎上頒布了GB1495-2002《汽車噪聲極限外加速和測量》。方法，與之前頒布的GB1495-1979相比，GB1495-2002彌補了GB1495-1979的一些缺點，并規定了測量現場要滿足的聲學條件。然而，GB1495-2002僅相當于歐洲經濟委員會1997年頒布的ECE R51/02"汽車加速噪聲限值"，并于2007年歐洲經濟委員會開發了新版本的機動車噪聲測試方法，稱為ECE R51/03，比ECE R51/02更嚴格。
可以看出，國内機動車噪聲法規與發達國家的制定和實施存在較大差距，車輛噪聲和振動問題有待進一步加強，汽車的設計水準也有待提高。與德國大衆、日本豐田、美國通用等國外知名車企相比，國内汽車制造商在車輛NVH的性能研究方面還有很大的差距，研究還不夠深入，這已成為制約國産汽車發展的重要因素。汽車通常由發動機、底盤、電氣裝置和車身系統組成，而載體車身系統是乘員的直接載體，主要由钣金件組成，其設計不僅要考慮汽車的安全性，還要考慮乘坐空間、空氣阻力和美觀的外觀，而車身的振動特性和車内的噪音特性也直接影響乘客的乘坐舒适性。針對車輛乘車房中的噪聲問題，研究其生産機理，探索車内噪聲産生的方式，并采取一些控制方法進行控制，例如通過結構改造、阻尼層、附加品質等控制闆振動輻射噪聲，有利于提高汽車的聲學特性， 提高汽車的市場競争力具有重要意義。
第2章 汽車NVH概要
汽車NVH定義
汽車NVH是指汽車的噪聲（噪聲）、振動（振動）和聲振粗糙度（舒适性），主要研究汽車噪聲和振動對車輛性能和舒适性的影響。
噪音是一種引起煩躁或太大而無法損害人體健康的聲音。汽車噪音不僅增加了駕駛員的疲勞，還影響了汽車的駕駛安全，增加了環境噪音，是城市噪音的主要來源，而車内的噪音會影響乘員之間的語言交流。噪聲通常針對頻率範圍為20-10kHz的聲壓級進行評估。汽車噪聲主要包括結構噪聲（由車身牆闆振動引起的噪聲）、輻射噪聲（如發動機、排氣系統、制動器等發出的噪聲）、空氣動力學噪聲（風噪聲、車身上空氣摩擦引起的噪聲）等。
振動是噪聲的原因，是以對振動噪聲的研究是密不可分的。振動通常由加速度、速度、位移等參數來描述，其研究頻率範圍約為0.5-50OHz。汽車振動主要包括路面不平整引起的車身垂直方向振動，發動機不平衡往複慣性力引起的車身振動，方向盤的擺動和傳動系的扭曲擺動，以及方向盤、儀表盤等的振動， 頻率範圍為1-80Hz。
聲振粗糙度是指振動和噪聲的品質，它不是一個與振動和噪聲并存的實體概念，而是描述人體對振動和噪聲的主觀感覺，不能通過客觀的測量方法直接測量。由于聲學粗糙度描述了振動和噪音的不舒服的感覺，有些人稱傷害是不可觀的或有害的。此外，由于聲學粗糙度通常用于描述對沖擊激發的極度不舒服的瞬态反應，是以也稱為沖擊特性。
一般來說，舒适性描述了振動和噪音共同作用的程度，使人們感到疲倦。
汽車NVH特性
汽車NVH展現在噪音、振動和舒适性上，它們在車内是同步和不可分割的，因為它們經常被放在一起進行研究。汽車NVH特性是指汽車在振動和噪聲作用下駕駛員和乘員舒适度的主觀感覺的變化特征。它是人情味、聽覺和視覺的全面表達。簡而言之，車内乘員的所有觸覺和聽覺感覺都屬于NVH研究的範圍，以及由于振動引起的汽車零部件的強度和壽命等問題。根據NVH特性，汽車NVH問題可以用以下表達式2-1和圖2-1來描述：源（激勵源）x傳輸路徑（靈敏度）-響應（接收方）
圖2-1 車輛NVH分析
汽車NVH研究一般都是基于2-1的表達，從噪聲振動舒适性的角度分析内外噪聲振動機理，即通過接收機（駕駛員、乘員）的感覺來尋找噪聲振動的激勵源，然後激勵源如何産生噪聲振動機理和傳動路徑進行分析和研究， 要找到一種降噪方法，降低車内外的噪音振動，最終提高車的舒适性，讓客戶、廠家滿意。因為激勵源是影響車輛性能的根本原因，NVH是知己，百戰之餘，隻有其勵磁源及其産生噪聲振動的機制，才能找到降低噪聲振動的方法。
影響汽車NVH性能的主要激勵源包括發動機、動力總成、輪胎和路面、空氣等，它們産生的振動噪聲通過懸架系統、車身結構系統等變送器的作用傳遞到車身和車内，形成振動和聲學聲音。在不同的速度下，噪聲振動的主要來源是不一樣的。其中，發動機是低速行駛時噪聲振動的主要來源，輪胎和路面的摩擦和結構振動是汽車高速行駛時噪聲振動的主要來源，而當汽車高速行駛時，車身摩擦和空氣摩擦和聲音洩漏成為主要噪聲源。
以下是這些激勵措施的快速概述。
1、發動機
發動機是汽車的心髒，動力的源泉。發動機産生動力，推動驅動軸系統，然後驅動車輪向前行駛。同一類型的發動機也是汽車噪音和振動的主要來源。發動機的噪音和振動由不同的順序組成，與之相關的部件的噪音和振動也與順序有關，例如進氣系統中進氣口的噪音，排氣系統中尾管的噪音，發動機懸架系統振動的傳遞， 等。此外，内飾噪音、地闆振動、方向盤振動等也與發動機的順序有關。發動機燃燒過程的周期性和一些受迫部件的往複運動構成了汽車噪聲振動的主要來源，其中動機噪聲主要有三種類型：燃燒噪聲、機械噪聲和空氣動力學噪聲。發動機的總噪音水準與發動機類型、轉速、功率、缸徑等參數有關。
（1）燃燒噪聲是在發動機氣缸内産生的，混合氣在氣缸内燃燒，産生的氣缸内氣體壓力直接刺激發動機結構，引起結構振動，并通過内外傳動通道到達發動機表面，由發動機表面輻射形成空氣噪聲。可以看出，燃燒噪聲是由氣缸内氣體壓力的變化引起的，其中包括氣缸内壓力急劇變化引起的功率負荷，以及沖擊波引起的氣體高頻振動。氣體動力負荷引起的噪聲強度取決于壓力增長率和最大壓力增長率的持續時間。燃燒噪聲的大小不僅與氣缸壓力譜有關，還與發動機的結構衰減特性有關，因為噪聲是由振動産生的，這取決于振動系統的激勵特性和結構響應特性。氣缸壓力級與發動機噪聲聲壓級之差稱為衰減。性。當結構衰減時，噪音很小。
（2）機械噪聲是指運動部件在氣壓和慣性力作用下受到沖擊和振動的噪聲，主要有活塞爆震噪聲、齒輪齧合噪聲、供油系統噪聲、配氣機構噪聲、正時系統噪聲、輔助系統噪聲、由本體振動和噪聲以及軸承噪聲引起的不平衡慣性力。機械噪音随着速度的增加而增加，并通過身體向外擴散。發動機的空氣動力噪聲得到有效控制後，高速運轉的機械噪聲往往是主要的噪聲源。
（3）空氣動力學噪聲是由氣流（例如定期進氣，排氣）或物體在空氣中的運動産生的噪音，通過該噪音，空氣與物體碰撞，引起空氣産生的渦流，或由氣壓突然變化引起的幹擾和膨脹（例如，高壓氣體注入空氣中）引起的噪音。
2、動力總成
動力傳動系統中振動的主要來源有：傳動、傳動、傳動軸、傳動橋、半軸和萬能結。
變速器中有許多齒輪，通過不同齒輪之間的齧合，驅動軸以不同的速度旋轉，進而改變車輪的速度。這些齒輪之間無法完全接合，是以會産生振動。同樣在驅動橋内部和傳遞中，動力的傳遞和配置設定也是通過齒輪齧合進行的，同樣齒輪齧合不好會産生振動。驅動軸和傳遞器是旋轉的運動部件，當軸系統的中心與旋轉的中心線不重合時，它們會産生離心力，并且這些額外的離心力将振動傳遞到身體。此外，當系統的彎曲和扭曲頻率與發動機的振動頻率一緻時，由從變速器到半軸的整體組成的系統會産生共振。當軸系統與跨軸剛性通用節點連接配接時，由于無源軸的角度不均勻，會産生二階振動。
動力傳動系統的噪聲源有：傳動、變送、傳動橋和傳動軸。噪音是由它們的振動産生的。此外，驅動軸在運作過程中也會發出噪音。傳動系統通過軸承和減震器連接配接到車身，是以這些激勵源産生的振動通過這些軸承和減震器傳遞到載體，進而産生振動和聲學響應。在車輛中感受到的主要噪音是：由驅動軸系統旋轉順序引起的動臂，與發動機點火指令相關的呻吟（Moans），由齒輪齧合引起的單頻噪音以及一些碰撞噪音。在汽車中感受到的振動是：内飾底闆的振動，方向盤的振動和座椅的振動。
3、路面及輪胎
道路激勵通過輪胎和車軸傳遞到懸架，并通過懸架系統傳遞到車身，導緻車身中發生振動和聲學噪聲。同時，輪胎與路面之間的摩擦會造成輪胎噪音，當車輛以超過50公裡/小時的速度行駛時，輪胎噪音成為駕駛車輛噪音的主要組成部分。當發動機噪音降低時，輪胎噪音成為噪音的主要來源。不同類型的道路對輪胎噪聲有不同的影響，技術人員通過比較不同路面與輪胎噪聲的關系，分析特定模型中路況對輪胎噪聲的影響，如表2-1所示。同一種路面的不平整度對整車的噪聲振動有不同的影響，不平整系數小的路面産生的噪聲振動小，反之則大。表2-1 同一車型輪胎噪聲對不同路面的影響
4、空氣
風激勵一般産生風噪聲，這是汽車在高速行駛時遇到的主要噪聲，風噪聲是一種空氣動力噪聲，汽車在行駛中随氣流相對運動，氣流擾動作用于汽車的各個部位，直接或間接地影響着車内的噪音。低速行駛時，車内噪音主要來自發動機和路面輪胎噪音，風噪成分小，但當車速超過80km/h時，風噪逐漸占主導地位。汽車NVH特性研究的應用 汽車NVH測試研究在新車型的開發和現有車型的性能提升中發揮着重要作用。
對汽車NVH特異性的研究可以反映在新車型的開發過程中以及現有車型的改進設計中。1.在新模型開發中的應用 在新模型的研發中，對汽車NVH特性的研究可以看作是一種基于計算機仿真分析的設計方法。在車輛開發過程中，NVH性能研究可分為以下四個階段：
（1）研究并确定車輛目标
通過政府法規、消費者要求和競争模型對NVH性能水準的研究，制定新開發的NVH标準模型。這一階段一般是通過政府法規、新模式的消費者市場問卷調查，同時對競争模型進行NVH性能目标值測試等手段，擷取新模型設計NVH性能目标資料，進而基于這些資料開發NVH目标值的新模型。
（2）車輛仿真分析與比對子系統目标
每個子系統的性能目标值根據車輛NVH性能目标确定。子系統通常包括發動機、懸架系統、動力總成懸架系統、車身、座椅和轉向系統。例如，車輛和路面之間産生的振動通過懸架系統傳遞到車身牆闆，導緻壁闆振動，進而在車内形成噪音。在此過程中，車身結構和内腔可以通過數學模型來描述，即通過建立整車的CAE模型可以進行仿真研究。通過CAE仿真，可以将結構的實際道路特性與子系統參數（如懸架剛度等）聯系起來，以便根據車輛的NVH性能目标值确定每個部件的目标值，但需要注意的是，每個子系統的目标值應滿足設計目标和實驗要求。
（3）為了通過構件的結構設計來實作子系統和車輛的性能目标 這裡需要做以下幾點：首先，要确定每個構件的詳細特性，這些特性在之前的模組化分析中可能沒有顯示出來，比如連接配接孔、工藝、焊接位置等。其次，進行各子系統部件的可靠性設計和多目标優化設計，以改善汽車的NVH特性，確定結構部件的設計最優。第三，必須滿足設計模型條件（例如極限尺寸等），并且必須滿足極端操作條件（例如懸架沖擊）的檢查。
（4）原型車的測試和調整 在原型車生産完成後，可以進行真正的汽車測試，測試一般在實驗室或道路上進行，通過加速度傳感器、變送器等來測試車輛的NVH目标值，進而根據測試産品的性能與設計目标之間的差異做出必要的調整和修改。
2、在現有模型NVH性能改進過程中的應用
（1）針對使用者提出的車輛存在未知、異常噪聲振動試驗，給出一定程度的客觀評價結果。這些任務需要掌握和正确應用測量方法和儀器。
（2）根據步驟（1）的試驗結果，在初步了解了現有的噪聲振動問題後，制定噪聲振動源識别、噪聲振動源傳輸路徑分析等測試方案，實驗分析可以與CAE仿真計算的結果進行比較，使故障排除和噪聲振動源識别更加準确。
（3）根據試驗分析結果進行有效的工程管理，實施降噪降振，滿足客戶要求。降噪減振的基本方法：
A、消除振動噪聲源。這涉及修改産生振動噪聲的部件的結構，例如，改善其振動特性并避免共振;
B、切斷振動噪聲傳播的路徑。它涉及對結構振動傳輸特性的分析和改進，使其對振動噪聲而不是放大具有顯着的衰減作用。
3. 汽車NVH的發展
在傳統意義上，噪聲控制是縮小聲音的大小，隻考慮聲級的大小和頻率的組成，20世紀80年代以後，汽車工業開始采用音質，音質主導NVH的發展，如發動機音響、噴射音組或電動刮胡刀的聲學性能，都展現了一定方面的音質。對産品音質的感覺是表征其特性的重要因素。音質不再局限于降噪，塑造正确的産品音效是一項複雜的任務，産品開發過程涉及多個步驟和工具。國際學術界廣泛認可的完整音質的定義，首先由BLAUER給出："音質是聲音在特定技術目标或任務内涵中的适用性，而聲質中定義的"聲音"不是指聲波等實體事件，聲波是人耳對聲音事件的聽覺感覺過程， 并最終做出主觀判斷。"汽車行業的音質問題已經由原車、發動機等主要部件研究，融入到各個部件的各個環節研究，未來發展的汽車環保、安全、舒适、低成本是主線，而這些主線NVH性能占據了很大比重。統計資料顯示，車輛約三分之一的故障問題與車輛的NVH問題有關。良好的NVH比對不僅實作了良好的動态性能，而且節省了生産成本。
20世紀60年代和70年代，西方各大車企開始關注汽車的NVH問題，我國NVH研究起步較晚，自主品牌的發展現在隻有10年的時間，從國際NVH水準來看，日本在這方面，美國也不錯，歐洲排名第二。政府在NVH法規中，沒有過于嚴格的規定，大多來自客戶對車輛性能的要求越來越嚴格，歐洲法規要求汽車通過噪音小于74DB，中國M2柴油機77DB，RM1柴油機車75DB。良好的NVH特性可以提高汽車零部件因振動而過早失效的風險，并提高零部件的可靠性。
與國外相比，我國NVH水準存在一定差距。例如，當空調打開時，車輛怠速的噪音值，日本，北美車輛為43-45DB，而中國國産車輛往往達到50DB。一輛國産輕型乘用車的噪聲值如圖3-1所示，幾輛車的噪聲值如圖3-2所示。
國内企業在NVH産能上已經達到了一定水準，如上海通用/泛亞汽車技術中心，具有一定的開發能力，其餘合資企業在國内NVH的工作主要是實體測試認證，而國内自主品牌大多處于樣機測試改進（通常與國外測試咨詢公司合作）階段， CAE容量及其與測試的內建仍需加強。
其他業務的現狀如下：
（1）上汽同濟噪聲與振動工程中心、同濟大學汽車學院NVH實驗室硬體一流，且相對齊全，其靜音室（帶低噪聲集線器）為遠東地區最大，達到1200m3，混響室為268m3，測試系統為LMS等主流裝置;
（2）奇瑞的正常NVH測試工程與合肥工業大學噪聲振動實驗室合作進行研究，并對部分産品進行NVH性能的提升，主要通過與國外測試咨詢公司的合作來完成。例如：通過與意大利Prototipo實驗公司的合作，為東方之子和新奇雲模型的NVH方面的一些小項目進行了改進，在提高産品競争力的同時大大提高了技術人員的水準。奇瑞擁有4套LMS振動噪聲測試系統等主流裝置，設立了NVH部門，CAE擁有專門的NVH分析師;
（3）一汽NVH測試能力較早建立。其中，噪聲實驗室按國際标準建造，包括：車輛噪聲實驗室、動力總成噪聲實驗室。其中，車輛噪聲實驗室為半靜音室，可配備品質500~12000kg、軸距2.2~6.5、各種類型的轎車、輕型車、中型卡車、廂式貨車、公共汽車等車輛的内外噪聲試驗、動力總成噪聲試驗，以及最大功率為200KW的發動機振動噪聲試驗， 最大扭矩為400N m，最高速度為7500r/min，也可以進行。
（4）兩廂NVH起步較早，有專門的NVH研究機構，其靜音室為6.8m×5.2m×6m，混響室5.6m×6.7m×5.8m。早在1996-1998年，葉志剛帶領團隊對"乘用車噪聲測試的分析與控制"進行了更深入的研究，研究結果應用于東風汽車公司乘用車産品開發，解決了乘用車噪聲大的問題，取得了較好的效果。該項目創造性地應用了對車身結構進行結構分析與控制，對結構的聲音傳感功能，更好地解決了發動機懸架對車内噪聲的影響，随後榮獲2001年中國汽車工業科技進步獎;
（5）重慶長安主要與隆德科技合作，于2006年建立了車輛靜音室，測試系統還采用了頭部聲學等行業主流裝置;
（6）福田由德國Fiast為聲室建造，測試系統配備了32通道LMS振動模态分析系統，60通道B-K通過噪聲測試分析系統以及36通道BBM噪聲源分析和聲質評價分析系統;
（7）江淮具有正常NVH性能測試評價能力，擁有LMS等主流廠家振動噪聲測試系統2套;（8）吉利硬體擁有正常的振動噪聲測試裝置，可完成正常測試工作，其研究院還擁有專人從事NVH CAE工作，音室等大型實驗室的準備工作也已開始初步研究，産品NVH性能的提高主要通過與國外專業公司合作實作。
例如：在金剛的設計開發過程中，專業聘請專業汽車降噪公司——意大利Alipalia SCS技術中心專業團隊進行NVH專項代理管理。近年來，NVH不僅成為整車廠商關注的焦點，汽車零部件企業也開始關注NVH零部件的性能開發，如專業生産變速器，法士特集團已經建成了行業領先的靜音室，投入研發低噪音變速器産品。總體來看，乘用車NVH走在前列，商用車也開始建立自己的NVH開發團隊，配備主流噪聲振動測試系統和專業的靜音室，以及專業的NVH工程師。
4 NVH問題的研究方法
汽車噪聲的主要來源來自發動機、進排氣系統、風扇噪聲、傳動系統、輪胎噪聲、制動噪聲、汽車聲學結構噪聲、氣動噪聲。為了實作各元件噪聲貢獻的合理比對，NVH的特性研究應以車輛為研究對象，并将各子系統的噪聲貢獻保持在最低限度。控制汽車噪聲和振動問題的主要理論方法是有限元法、邊界元法和統計能量法，應用有限元法分析結構的動态特性。邊界元法适用于處理噪聲的輻射問題。統計能量法是将一個複雜的結構系統或聲學系統劃分為幾個耦合子系統，每個子系統在相應的頻率範圍内有幾個共振頻率，根據系統的各種參數建立每個子系統的能量流之間的關系。現階段，計算機仿真分析技術（CAE）在汽車産品設計開發中的應用已經相當普遍，極大地友善了對設計機制的了解和掌握，提高了設計開發的效率，促進了産品的加速換代。
然而，CAE分析的置信度是一個"瓶頸"問題，其仿真分析的置信度對于機制和模型的高度複雜的車輛NVH性能難以保證。為了解決這一"瓶頸"，通常的做法是将CAE技術與實驗測試相結合，通過比較仿真的拟合和測試結果來确定仿真的有效性。然而，測試結果對于測試過程、條件和另一方面，目前應用領域已經出現了各種支援NVH仿真分析的CAE軟體系統，如ADAMS、SYSNOISE、AUTOSEA、LMS等。基于不同核心技術的軟體系統對其處理問題的應用範圍有不同的關注點。為了保證仿真分析的可信度，我們應該充分考慮具體問題的特點，合理選擇軟體工具。例如：聲學振動耦合有限技術主要适用于低頻範圍，是分析車内低頻結構輻射噪聲（Booming）的有效工具;統計能量定律更适合于模态密集型中高頻段噪聲分析等。值得注意的是，為了完成仿真分析所需的基礎資料條件，國外汽車工程行業做出了不懈的努力。目前，車載噪聲資料庫系統已經建立，可以覆寫15款車型的典型駕駛條件，進而有效支援仿真分析過程，有助于保證其信心。
5 汽車NVH控制與改進措施
噪聲控制主要有兩個方面：主動措施要求降低噪聲源，如改善機器結構，提高振動頻率，降低發動機低速噪聲，同時提高部件的加工精度和裝配品質，降低運動噪聲，改善部件的懸架系統，阻斷振動傳遞，改善車身結構， 提高剛度，改善一階模式，減少局部模态的數量等。被動措施要求良好的吸音、吸振、密封、隔音、隔振、阻尼材料。迄今為止，阻尼、吸聲材料和結構已廣泛應用于汽車噪聲控制應用，如阻尼塗料、泡沫材料、限制層阻尼結構、内部吸音表面以及最近的ABA隔熱牆襯等。這些已成為提高車輛性能SNVH的最重要工程手段。
6 結束語
長期以來，各大發達國家高度重視汽車噪聲控制問題，積累了豐富的理論技術研究成果和解決問題的實踐經驗。但是，由于問題的複雜性，該領域仍存在大量的理論和技術差距，其中許多是世界性的問題。國内汽車工業應充分抓住這一機遇，在後續、學習國外先進技術形成"落後優勢"的同時，通過自主創新實作部分方面的初步突破，進而帶動汽車噪聲控制技術整體跨越式發展。