1 引言
在汽车发明的早期，由于发动机的功率比较低，基本上是低速行驶，其振动和噪音问题并不明显，但是，随着科学技术的发展和社会的进步，发动机功率越来越大，高速公路的出现就是促进了车速的快速提高， 这导致了日益突出的车辆噪音问题。车辆噪音不仅会造成环境污染，还会影响驾驶员的驾驶重点和车辆安全，甚至对车内人员的精神和身体伤害。
因此，大多数客户在选购汽车时都希望驾驶环境安静，乘坐平稳，可以享受驾驶的乐趣，因此，汽车的振动和噪音性能尤为重要。统计结果表明，汽车的振动和噪音性能与客户对汽车的整体评价印象直接相关，除了追求传统的低噪音和振动外，对音质的要求越来越高，所以汽车的NVH（噪音，振动和线束）性能，即： 噪声、振动和声学粗糙度性能已成为当前研究的热点。
为了控制车辆产生的噪音污染，各国纷纷出台相关环保法规和标准，严格限制车辆产生的噪音。我国于1979年出台了机动车噪声许可证标准GB1495-1979，并于2002年在《机动车辆噪声允许噪声》的基础上颁布了GB1495-2002《汽车噪声极限外加速和测量》。方法，与之前颁布的GB1495-1979相比，GB1495-2002弥补了GB1495-1979的一些缺点，并规定了测量现场要满足的声学条件。然而，GB1495-2002仅相当于欧洲经济委员会1997年颁布的ECE R51/02"汽车加速噪声限值"，并于2007年欧洲经济委员会开发了新版本的机动车噪声测试方法，称为ECE R51/03，比ECE R51/02更严格。
可以看出，国内机动车噪声法规与发达国家的制定和实施存在较大差距，车辆噪声和振动问题有待进一步加强，汽车的设计水平也有待提高。与德国大众、日本丰田、美国通用等国外知名车企相比，国内汽车制造商在车辆NVH的性能研究方面还有很大的差距，研究还不够深入，这已成为制约国产汽车发展的重要因素。汽车通常由发动机、底盘、电气设备和车身系统组成，而载体车身系统是乘员的直接载体，主要由钣金件组成，其设计不仅要考虑汽车的安全性，还要考虑乘坐空间、空气阻力和美观的外观，而车身的振动特性和车内的噪音特性也直接影响乘客的乘坐舒适性。针对车辆乘车房中的噪声问题，研究其生产机理，探索车内噪声产生的方式，并采取一些控制方法进行控制，例如通过结构改造、阻尼层、附加质量等控制板振动辐射噪声，有利于提高汽车的声学特性， 提高汽车的市场竞争力具有重要意义。
第2章 汽车NVH概要
汽车NVH定义
汽车NVH是指汽车的噪声（噪声）、振动（振动）和声振粗糙度（舒适性），主要研究汽车噪声和振动对车辆性能和舒适性的影响。
噪音是一种引起烦躁或太大而无法损害人体健康的声音。汽车噪音不仅增加了驾驶员的疲劳，还影响了汽车的驾驶安全，增加了环境噪音，是城市噪音的主要来源，而车内的噪音会影响乘员之间的语言交流。噪声通常针对频率范围为20-10kHz的声压级进行评估。汽车噪声主要包括结构噪声（由车身墙板振动引起的噪声）、辐射噪声（如发动机、排气系统、制动器等发出的噪声）、空气动力学噪声（风噪声、车身上空气摩擦引起的噪声）等。
振动是噪声的原因，因此对振动噪声的研究是密不可分的。振动通常由加速度、速度、位移等参数来描述，其研究频率范围约为0.5-50OHz。汽车振动主要包括路面不平整引起的车身垂直方向振动，发动机不平衡往复惯性力引起的车身振动，方向盘的摆动和传动系的扭曲摆动，以及方向盘、仪表盘等的振动， 频率范围为1-80Hz。
声振粗糙度是指振动和噪声的质量，它不是一个与振动和噪声并存的物理概念，而是描述人体对振动和噪声的主观感知，不能通过客观的测量方法直接测量。由于声学粗糙度描述了振动和噪音的不舒服的感觉，有些人称伤害是不可观的或有害的。此外，由于声学粗糙度通常用于描述对冲击激发的极度不舒服的瞬态反应，因此也称为冲击特性。
一般来说，舒适性描述了振动和噪音共同作用的程度，使人们感到疲倦。
汽车NVH特性
汽车NVH体现在噪音、振动和舒适性上，它们在车内是同步和不可分割的，因为它们经常被放在一起进行研究。汽车NVH特性是指汽车在振动和噪声作用下驾驶员和乘员舒适度的主观感觉的变化特征。它是人情味、听觉和视觉的全面表达。简而言之，车内乘员的所有触觉和听觉感觉都属于NVH研究的范围，以及由于振动引起的汽车零部件的强度和寿命等问题。根据NVH特性，汽车NVH问题可以用以下表达式2-1和图2-1来描述：源（激励源）x传输路径（灵敏度）-响应（接收方）
图2-1 车辆NVH分析
汽车NVH研究一般都是基于2-1的表达，从噪声振动舒适性的角度分析内外噪声振动机理，即通过接收机（驾驶员、乘员）的感觉来寻找噪声振动的激励源，然后激励源如何产生噪声振动机理和传动路径进行分析和研究， 要找到一种降噪方法，降低车内外的噪音振动，最终提高车的舒适性，让客户、厂家满意。因为激励源是影响车辆性能的根本原因，NVH是知己，百战之余，只有其励磁源及其产生噪声振动的机制，才能找到降低噪声振动的方法。
影响汽车NVH性能的主要激励源包括发动机、动力总成、轮胎和路面、空气等，它们产生的振动噪声通过悬架系统、车身结构系统等变送器的作用传递到车身和车内，形成振动和声学声音。在不同的速度下，噪声振动的主要来源是不一样的。其中，发动机是低速行驶时噪声振动的主要来源，轮胎和路面的摩擦和结构振动是汽车高速行驶时噪声振动的主要来源，而当汽车高速行驶时，车身摩擦和空气摩擦和声音泄漏成为主要噪声源。
以下是这些激励措施的快速概述。
1、发动机
发动机是汽车的心脏，动力的源泉。发动机产生动力，推动驱动轴系统，然后驱动车轮向前行驶。同一类型的发动机也是汽车噪音和振动的主要来源。发动机的噪音和振动由不同的顺序组成，与之相关的部件的噪音和振动也与顺序有关，例如进气系统中进气口的噪音，排气系统中尾管的噪音，发动机悬架系统振动的传递， 等。此外，内饰噪音、地板振动、方向盘振动等也与发动机的顺序有关。发动机燃烧过程的周期性和一些受迫部件的往复运动构成了汽车噪声振动的主要来源，其中动机噪声主要有三种类型：燃烧噪声、机械噪声和空气动力学噪声。发动机的总噪音水平与发动机类型、转速、功率、缸径等参数有关。
（1）燃烧噪声是在发动机气缸内产生的，混合气在气缸内燃烧，产生的气缸内气体压力直接刺激发动机结构，引起结构振动，并通过内外传动通道到达发动机表面，由发动机表面辐射形成空气噪声。可以看出，燃烧噪声是由气缸内气体压力的变化引起的，其中包括气缸内压力急剧变化引起的功率负荷，以及冲击波引起的气体高频振动。气体动力负荷引起的噪声强度取决于压力增长率和最大压力增长率的持续时间。燃烧噪声的大小不仅与气缸压力谱有关，还与发动机的结构衰减特性有关，因为噪声是由振动产生的，这取决于振动系统的激励特性和结构响应特性。气缸压力级与发动机噪声声压级之差称为衰减。性。当结构衰减时，噪音很小。
（2）机械噪声是指运动部件在气压和惯性力作用下受到冲击和振动的噪声，主要有活塞爆震噪声、齿轮啮合噪声、供油系统噪声、配气机构噪声、正时系统噪声、辅助系统噪声、由本体振动和噪声以及轴承噪声引起的不平衡惯性力。机械噪音随着速度的增加而增加，并通过身体向外扩散。发动机的空气动力噪声得到有效控制后，高速运转的机械噪声往往是主要的噪声源。
（3）空气动力学噪声是由气流（例如定期进气，排气）或物体在空气中的运动产生的噪音，通过该噪音，空气与物体碰撞，引起空气产生的涡流，或由气压突然变化引起的干扰和膨胀（例如，高压气体注入空气中）引起的噪音。
2、动力总成
动力传动系统中振动的主要来源有：传动、传动、传动轴、传动桥、半轴和万能结。
变速器中有许多齿轮，通过不同齿轮之间的啮合，驱动轴以不同的速度旋转，从而改变车轮的速度。这些齿轮之间无法完全接合，因此会产生振动。同样在驱动桥内部和传递中，动力的传递和分配也是通过齿轮啮合进行的，同样齿轮啮合不好会产生振动。驱动轴和传递器是旋转的运动部件，当轴系统的中心与旋转的中心线不重合时，它们会产生离心力，并且这些额外的离心力将振动传递到身体。此外，当系统的弯曲和扭曲频率与发动机的振动频率一致时，由从变速器到半轴的整体组成的系统会产生共振。当轴系统与跨轴刚性通用节点连接时，由于无源轴的角度不均匀，会产生二阶振动。
动力传动系统的噪声源有：传动、变送、传动桥和传动轴。噪音是由它们的振动产生的。此外，驱动轴在运行过程中也会发出噪音。传动系统通过轴承和减震器连接到车身，因此这些激励源产生的振动通过这些轴承和减震器传递到载体，从而产生振动和声学响应。在车辆中感受到的主要噪音是：由驱动轴系统旋转顺序引起的动臂，与发动机点火命令相关的呻吟（Moans），由齿轮啮合引起的单频噪音以及一些碰撞噪音。在汽车中感受到的振动是：内饰底板的振动，方向盘的振动和座椅的振动。
3、路面及轮胎
道路激励通过轮胎和车轴传递到悬架，并通过悬架系统传递到车身，导致车身中发生振动和声学噪声。同时，轮胎与路面之间的摩擦会造成轮胎噪音，当车辆以超过50公里/小时的速度行驶时，轮胎噪音成为驾驶车辆噪音的主要组成部分。当发动机噪音降低时，轮胎噪音成为噪音的主要来源。不同类型的道路对轮胎噪声有不同的影响，技术人员通过比较不同路面与轮胎噪声的关系，分析特定模型中路况对轮胎噪声的影响，如表2-1所示。同一种路面的不平整度对整车的噪声振动有不同的影响，不平整系数小的路面产生的噪声振动小，反之则大。表2-1 同一车型轮胎噪声对不同路面的影响
4、空气
风激励一般产生风噪声，这是汽车在高速行驶时遇到的主要噪声，风噪声是一种空气动力噪声，汽车在行驶中随气流相对运动，气流扰动作用于汽车的各个部位，直接或间接地影响着车内的噪音。低速行驶时，车内噪音主要来自发动机和路面轮胎噪音，风噪成分小，但当车速超过80km/h时，风噪逐渐占主导地位。汽车NVH特性研究的应用 汽车NVH测试研究在新车型的开发和现有车型的性能提升中发挥着重要作用。
对汽车NVH特异性的研究可以反映在新车型的开发过程中以及现有车型的改进设计中。1.在新模型开发中的应用 在新模型的研发中，对汽车NVH特性的研究可以看作是一种基于计算机仿真分析的设计方法。在车辆开发过程中，NVH性能研究可分为以下四个阶段：
（1）研究并确定车辆目标
通过政府法规、消费者要求和竞争模型对NVH性能水平的研究，制定新开发的NVH标准模型。这一阶段一般是通过政府法规、新模式的消费者市场问卷调查，同时对竞争模型进行NVH性能目标值测试等手段，获取新模型设计NVH性能目标数据，从而基于这些数据开发NVH目标值的新模型。
（2）车辆仿真分析与匹配子系统目标
每个子系统的性能目标值根据车辆NVH性能目标确定。子系统通常包括发动机、悬架系统、动力总成悬架系统、车身、座椅和转向系统。例如，车辆和路面之间产生的振动通过悬架系统传递到车身墙板，导致壁板振动，从而在车内形成噪音。在此过程中，车身结构和内腔可以通过数学模型来描述，即通过建立整车的CAE模型可以进行仿真研究。通过CAE仿真，可以将结构的实际道路特性与子系统参数（如悬架刚度等）联系起来，以便根据车辆的NVH性能目标值确定每个部件的目标值，但需要注意的是，每个子系统的目标值应满足设计目标和实验要求。
（3）为了通过构件的结构设计来实现子系统和车辆的性能目标 这里需要做以下几点：首先，要确定每个构件的详细特性，这些特性在之前的建模分析中可能没有显示出来，比如连接孔、工艺、焊接位置等。其次，进行各子系统部件的可靠性设计和多目标优化设计，以改善汽车的NVH特性，确保结构部件的设计最优。第三，必须满足设计模型条件（例如极限尺寸等），并且必须满足极端操作条件（例如悬架冲击）的检查。
（4）原型车的测试和调整 在原型车生产完成后，可以进行真正的汽车测试，测试一般在实验室或道路上进行，通过加速度传感器、变送器等来测试车辆的NVH目标值，从而根据测试产品的性能与设计目标之间的差异做出必要的调整和修改。
2、在现有模型NVH性能改进过程中的应用
（1）针对用户提出的车辆存在未知、异常噪声振动试验，给出一定程度的客观评价结果。这些任务需要掌握和正确应用测量方法和仪器。
（2）根据步骤（1）的试验结果，在初步了解了现有的噪声振动问题后，制定噪声振动源识别、噪声振动源传输路径分析等测试方案，实验分析可以与CAE仿真计算的结果进行比较，使故障排除和噪声振动源识别更加准确。
（3）根据试验分析结果进行有效的工程管理，实施降噪降振，满足客户要求。降噪减振的基本方法：
A、消除振动噪声源。这涉及修改产生振动噪声的部件的结构，例如，改善其振动特性并避免共振;
B、切断振动噪声传播的路径。它涉及对结构振动传输特性的分析和改进，使其对振动噪声而不是放大具有显着的衰减作用。
3. 汽车NVH的发展
在传统意义上，噪声控制是缩小声音的大小，只考虑声级的大小和频率的组成，20世纪80年代以后，汽车工业开始采用音质，音质主导NVH的发展，如发动机音响、喷射音组或电动剃须刀的声学性能，都体现了一定方面的音质。对产品音质的感知是表征其特性的重要因素。音质不再局限于降噪，塑造正确的产品音效是一项复杂的任务，产品开发过程涉及多个步骤和工具。国际学术界广泛认可的完整音质的定义，首先由BLAUER给出："音质是声音在特定技术目标或任务内涵中的适用性，而声质中定义的"声音"不是指声波等物理事件，声波是人耳对声音事件的听觉感知过程， 并最终做出主观判断。"汽车行业的音质问题已经由原车、发动机等主要部件研究，融入到各个部件的各个环节研究，未来发展的汽车环保、安全、舒适、低成本是主线，而这些主线NVH性能占据了很大比重。统计数据显示，车辆约三分之一的故障问题与车辆的NVH问题有关。良好的NVH匹配不仅实现了良好的动态性能，而且节省了生产成本。
20世纪60年代和70年代，西方各大车企开始关注汽车的NVH问题，我国NVH研究起步较晚，自主品牌的发展现在只有10年的时间，从国际NVH水平来看，日本在这方面，美国也不错，欧洲排名第二。政府在NVH法规中，没有过于严格的规定，大多来自客户对车辆性能的要求越来越严格，欧洲法规要求汽车通过噪音小于74DB，中国M2柴油机77DB，RM1柴油机车75DB。良好的NVH特性可以提高汽车零部件因振动而过早失效的风险，并提高零部件的可靠性。
与国外相比，我国NVH水平存在一定差距。例如，当空调打开时，车辆怠速的噪音值，日本，北美车辆为43-45DB，而中国国产车辆往往达到50DB。一辆国产轻型乘用车的噪声值如图3-1所示，几辆车的噪声值如图3-2所示。
国内企业在NVH产能上已经达到了一定水平，如上海通用/泛亚汽车技术中心，具有一定的开发能力，其余合资企业在国内NVH的工作主要是物理测试认证，而国内自主品牌大多处于样机测试改进（通常与国外测试咨询公司合作）阶段， CAE容量及其与测试的集成仍需加强。
其他业务的现状如下：
（1）上汽同济噪声与振动工程中心、同济大学汽车学院NVH实验室硬件一流，且相对齐全，其静音室（带低噪声集线器）为远东地区最大，达到1200m3，混响室为268m3，测试系统为LMS等主流设备;
（2）奇瑞的常规NVH测试工程与合肥工业大学噪声振动实验室合作进行研究，并对部分产品进行NVH性能的提升，主要通过与国外测试咨询公司的合作来完成。例如：通过与意大利Prototipo实验公司的合作，为东方之子和新奇云模型的NVH方面的一些小项目进行了改进，在提高产品竞争力的同时大大提高了技术人员的水平。奇瑞拥有4套LMS振动噪声测试系统等主流设备，设立了NVH部门，CAE拥有专门的NVH分析师;
（3）一汽NVH测试能力较早建立。其中，噪声实验室按国际标准建造，包括：车辆噪声实验室、动力总成噪声实验室。其中，车辆噪声实验室为半静音室，可配备质量500~12000kg、轴距2.2~6.5、各种类型的轿车、轻型车、中型卡车、厢式货车、公交车等车辆的内外噪声试验、动力总成噪声试验，以及最大功率为200KW的发动机振动噪声试验， 最大扭矩为400N m，最高速度为7500r/min，也可以进行。
（4）两厢NVH起步较早，有专门的NVH研究机构，其静音室为6.8m×5.2m×6m，混响室5.6m×6.7m×5.8m。早在1996-1998年，叶志刚带领团队对"乘用车噪声测试的分析与控制"进行了更深入的研究，研究结果应用于东风汽车公司乘用车产品开发，解决了乘用车噪声大的问题，取得了较好的效果。该项目创造性地应用了对车身结构进行结构分析与控制，对结构的声音传感功能，更好地解决了发动机悬架对车内噪声的影响，随后荣获2001年中国汽车工业科技进步奖;
（5）重庆长安主要与隆德科技合作，于2006年新建了车辆静音室，测试系统还采用了头部声学等行业主流设备;
（6）福田由德国Fiast为声室建造，测试系统配备了32通道LMS振动模态分析系统，60通道B-K通过噪声测试分析系统以及36通道BBM噪声源分析和声质评价分析系统;
（7）江淮具有常规NVH性能测试评价能力，拥有LMS等主流厂家振动噪声测试系统2套;（8）吉利硬件拥有常规的振动噪声测试设备，可完成常规测试工作，其研究院还拥有专人从事NVH CAE工作，音室等大型实验室的准备工作也已开始初步研究，产品NVH性能的提高主要通过与国外专业公司合作实现。
例如：在金刚的设计开发过程中，专业聘请专业汽车降噪公司——意大利Alipalia SCS技术中心专业团队进行NVH专项代理管理。近年来，NVH不仅成为整车厂商关注的焦点，汽车零部件企业也开始关注NVH零部件的性能开发，如专业生产变速器，法士特集团已经建成了行业领先的静音室，投入研发低噪音变速器产品。总体来看，乘用车NVH走在前列，商用车也开始建立自己的NVH开发团队，配备主流噪声振动测试系统和专业的静音室，以及专业的NVH工程师。
4 NVH问题的研究方法
汽车噪声的主要来源来自发动机、进排气系统、风扇噪声、传动系统、轮胎噪声、制动噪声、汽车声学结构噪声、气动噪声。为了实现各组件噪声贡献的合理匹配，NVH的特性研究应以车辆为研究对象，并将各子系统的噪声贡献保持在最低限度。控制汽车噪声和振动问题的主要理论方法是有限元法、边界元法和统计能量法，应用有限元法分析结构的动态特性。边界元法适用于处理噪声的辐射问题。统计能量法是将一个复杂的结构系统或声学系统划分为几个耦合子系统，每个子系统在相应的频率范围内有几个共振频率，根据系统的各种参数建立每个子系统的能量流之间的关系。现阶段，计算机仿真分析技术（CAE）在汽车产品设计开发中的应用已经相当普遍，极大地方便了对设计机制的理解和掌握，提高了设计开发的效率，促进了产品的加速换代。
然而，CAE分析的置信度是一个"瓶颈"问题，其仿真分析的置信度对于机制和模型的高度复杂的车辆NVH性能难以保证。为了解决这一"瓶颈"，通常的做法是将CAE技术与实验测试相结合，通过比较仿真的拟合和测试结果来确定仿真的有效性。然而，测试结果对于测试过程、条件和另一方面，目前应用领域已经出现了各种支持NVH仿真分析的CAE软件系统，如ADAMS、SYSNOISE、AUTOSEA、LMS等。基于不同内核技术的软件系统对其处理问题的应用范围有不同的关注点。为了保证仿真分析的可信度，我们应该充分考虑具体问题的特点，合理选择软件工具。例如：声学振动耦合有限技术主要适用于低频范围，是分析车内低频结构辐射噪声（Booming）的有效工具;统计能量定律更适合于模态密集型中高频段噪声分析等。值得注意的是，为了完成仿真分析所需的基础数据条件，国外汽车工程行业做出了不懈的努力。目前，车载噪声数据库系统已经建立，可以覆盖15款车型的典型驾驶条件，从而有效支持仿真分析过程，有助于保证其信心。
5 汽车NVH控制与改进措施
噪声控制主要有两个方面：主动措施要求降低噪声源，如改善机器结构，提高振动频率，降低发动机低速噪声，同时提高部件的加工精度和装配质量，降低运动噪声，改善部件的悬架系统，阻断振动传递，改善车身结构， 提高刚度，改善一阶模式，减少局部模态的数量等。被动措施要求良好的吸音、吸振、密封、隔音、隔振、阻尼材料。迄今为止，阻尼、吸声材料和结构已广泛应用于汽车噪声控制应用，如阻尼涂料、泡沫材料、约束层阻尼结构、内部吸音表面以及最近的ABA隔热墙衬等。这些已成为提高车辆性能SNVH的最重要工程手段。
6 结束语
长期以来，各大发达国家高度重视汽车噪声控制问题，积累了丰富的理论技术研究成果和解决问题的实践经验。但是，由于问题的复杂性，该领域仍存在大量的理论和技术差距，其中许多是世界性的问题。国内汽车工业应充分抓住这一机遇，在后续、学习国外先进技术形成"落后优势"的同时，通过自主创新实现部分方面的初步突破，从而带动汽车噪声控制技术整体跨越式发展。