發動機NVH的案例
基于模態提升發動機NVH優化研究
對發動機缸體模態進行分析可從源頭上鎖定發動機缸體振動噪聲問題，縮小了排查發動機NVH問題的范圍，提高了優化設計的效率。
針對振動噪聲問題采用試驗和仿真分析的方法進行，從易整改的零部件著手進行了模態提升，避免了整機產生共振噪聲問題。
文章來源：汽車制造業
基于某款發動機減振皮帶輪對NVH性能的影響分析
2 原因分析
對存在敲擊噪聲的發動機和整車進行NVH 測試，經數據處理分析，得到不同轉速與不同階次下噪聲幅值的變化情況，為NVH 性能的優化提供整改方向。
對NVH 主觀評價存在敲擊噪聲的整車進行NVH 測試發現，噪聲峰值出現在4.5、6、7.5、9 階次，對應曲軸系統的彎曲振動頻率約為280Hz。如圖1所示。
圖1 整車NVH 測試結果
對所搭載的減振皮帶輪（TVD）進行模態測試，實測彎曲頻率為465Hz，與實測曲軸系統的彎曲頻率相差比較大。根據動力消振器的工作原理可知，對發動機工作過程中產生的振動吸收效果較差，導致敲擊噪聲比較明顯。如圖2 所示。
圖2 整改前TVD 模態測試結果
3 整改措施
對減振皮帶輪結構進行整改優化，采用雙模結構，增加彎曲方向橡膠，增加慣性環慣量，優化彎曲頻率至280Hz 左右。如圖3 所示。
圖3 雙模TVD 結構
4 試驗驗證
對按照整改方案制作的減振皮帶輪樣件進行模態測試，實測彎曲頻率為285 Hz，如圖4 所示。
圖4 整改后雙模TVD 模態測試結果
對按照整改方案制作的減振皮帶輪樣件搭載于整車進行NVH 測試，噪聲幅值下降了2～4dB（A），如圖5 所示。
圖5 整改后雙模TVD 整車NVH 測試結果
5 結論
不同結構的減振皮帶輪，各個方向的固有頻率特性不同，不同的頻率特性對發動機NVH 性能產生一定的影響。在汽車產品開發過程中，為滿足日益嚴格的NVH 性能要求，前期進行系統布置時，要從多方面考慮零件結構對NVH 性能的影響，提取主要的影響特性參數作為結構設計的參考目標，實現正向設計，以減少汽車產品開發過程中的問題反復，縮短汽車產品開發上市周期。
展開 汽車噪聲、振動與舒適性原因淺析
業界將噪聲、振動與舒適性的英文縮寫為NVH（Noise、Vibration、Harshness），統稱為車輛的NVH問題，它是國際汽車業各大整車制造企業和零部件企業關注的問題之一。有統計資料顯示，整車約有1/3的故障問題是和車輛的NVH問題有關系，而各大公司有近20%的研發費用消耗在解決車輛的NVH問題上。
對于汽車而言，NVH問題是處處存在的，根據問題產生的來源又可分為發動機NVH、車身NVH和底盤NVH三大部分，進一步還可細分為空氣動力NVH、空調系統NVH、道路行駛NVH、制動系統NVH等等。
NVH問題是系統性的。例如有些轎車行駛時車廂噪聲大，查源頭在發動機，那么這一個噪聲問題可能就涉及到三個部分，一個是發動本身的噪聲大，一個是發動機懸置部件減振效果差，一個是車廂前圍和地板隔音技術不好，是一個互相關連的系統問題。
當遇到車廂噪聲大時，人們一般考慮加強車廂隔音技術和材料，而對真正的噪聲發生源-發動機則是無能為力，這只能是“亡羊補牢”，無法從根本上解決問題。但如果運用NVH解決方案，就會涉及發動機、懸置及車架等，從根本上減少噪聲產生的來源。因此，NVH問題實質是汽車設計中要解決的問題，而不是汽車進入市場后要解決的問題。
汽車的發動機和車身都通過彈性元件支承在車橋和輪胎上，構成一個彈性振動系統，整個系統按照各總成部件又分成多個“彈性振動子系統”。當汽車因路面凸凹不平、發動機及傳動系抖動或車輪不平衡而受激振動時，各“彈性振動子系統”發生振動且互相關聯。
振動是噪聲產生的根源之一，行駛時振動大的車輛往往噪聲也大。因此，從汽車NVH問題的角度看，解決噪聲不能頭痛治頭，腳痛治腳，而應該考慮到整車其他方面的問題，例如要考慮到車身、發動機、輪胎、彈性支承等諸方面。
汽車NVH問題也涉及到零部件生產企業。
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業界將噪聲、振動與舒適性的英文縮寫為NVH（Noise、Vibration、Harshness），統稱為車輛的NVH問題，它是國際汽車業各大整車制造企業和零部件企業關注的問題之一。有統計資料顯示，整車約有1/3的故障問題是和車輛的NVH問題有關系，而各大公司有近20%的研發費用消耗在解決車輛的NVH問題上。
對于汽車而言，NVH問題是處處存在的，根據問題產生的來源又可分為發動機NVH、車身NVH和底盤NVH三大部分，進一步還可細分為空氣動力NVH、空調系統NVH、道路行駛NVH、制動系統NVH等等。
NVH問題是系統性的。例如有些轎車行駛時車廂噪聲大，查源頭在發動機，那么這一個噪聲問題可能就涉及到三個部分，一個是發動本身的噪聲大，一個是發動機懸置部件減振效果差，一個是車廂前圍和地板隔音技術不好，是一個互相關連的系統問題。
當遇到車廂噪聲大時，人們一般考慮加強車廂隔音技術和材料，而對真正的噪聲發生源-發動機則是無能為力，這只能是“亡羊補牢”，無法從根本上解決問題。但如果運用NVH解決方案，就會涉及發動機、懸置及車架等，從根本上減少噪聲產生的來源。因此，NVH問題實質是汽車設計中要解決的問題，而不是汽車進入市場后要解決的問題。
汽車的發動機和車身都通過彈性元件支承在車橋和輪胎上，構成一個彈性振動系統，整個系統按照各總成部件又分成多個“彈性振動子系統”。當汽車因路面凸凹不平、發動機及傳動系抖動或車輪不平衡而受激振動時，各“彈性振動子系統”發生振動且互相關聯。
振動是噪聲產生的根源之一，行駛時振動大的車輛往往噪聲也大。因此，從汽車NVH問題的角度看，解決噪聲不能頭痛治頭，腳痛治腳，而應該考慮到整車其他方面的問題，例如要考慮到車身、發動機、輪胎、彈性支承等諸方面。
汽車NVH問題也涉及到零部件生產企業。
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汽車噪聲、振動與舒適性原因淺析
業界將噪聲、振動與舒適性的英文縮寫為NVH（Noise、Vibration、Harshness），統稱為車輛的NVH問題，它是國際汽車業各大整車制造企業和零部件企業關注的問題之一。有統計資料顯示，整車約有1/3的故障問題是和車輛的NVH問題有關系，而各大公司有近20%的研發費用消耗在解決車輛的NVH問題上。
對于汽車而言，NVH問題是處處存在的，根據問題產生的來源又可分為發動機NVH、車身NVH和底盤NVH三大部分，進一步還可細分為空氣動力NVH、空調系統NVH、道路行駛NVH、制動系統NVH等等。
NVH問題是系統性的。例如有些轎車行駛時車廂噪聲大，查源頭在發動機，那么這一個噪聲問題可能就涉及到三個部分，一個是發動本身的噪聲大，一個是發動機懸置部件減振效果差，一個是車廂前圍和地板隔音技術不好，是一個互相關連的系統問題。
當遇到車廂噪聲大時，人們一般考慮加強車廂隔音技術和材料，而對真正的噪聲發生源-發動機則是無能為力，這只能是“亡羊補牢”，無法從根本上解決問題。但如果運用NVH解決方案，就會涉及發動機、懸置及車架等，從根本上減少噪聲產生的來源。因此，NVH問題實質是汽車設計中要解決的問題，而不是汽車進入市場后要解決的問題。
汽車的發動機和車身都通過彈性元件支承在車橋和輪胎上，構成一個彈性振動系統，整個系統按照各總成部件又分成多個“彈性振動子系統”。當汽車因路面凸凹不平、發動機及傳動系抖動或車輪不平衡而受激振動時，各“彈性振動子系統”發生振動且互相關聯。
振動是噪聲產生的根源之一，行駛時振動大的車輛往往噪聲也大。因此，從汽車NVH問題的角度看，解決噪聲不能頭痛治頭，腳痛治腳，而應該考慮到整車其他方面的問題，例如要考慮到車身、發動機、輪胎、彈性支承等諸方面。
汽車NVH問題也涉及到零部件生產企業。
展開 AVL EXCITE用于車輛降噪的發動機仿真
圖2 世界范圍產柴油機典型的1m 噪聲級，根據DIN 45636 (SAE J1074)
在無嚴格噪聲法規的地區，發動機噪聲差異巨大，非常先進的低噪聲概念發動機噪聲在下限，而技術過時的發動機噪聲在上限。
圖3 為一典型的聲強測量結果，可有效獲得發動機聲學特征，并確定單個部件對聲功率的貢獻[5]。
圖3 聲強測量結果，獲得單個部件對聲功率的貢獻
在發動機輻射噪聲源中，有許多不同的激勵機理。主要激勵源是燃燒噪聲，即脈動氣缸壓力導致的振動直接激勵軸系振動，另外慣性力、活塞敲擊力、配氣機構和正時驅動、以及齒輪箱部件等也引起軸系和動力總成的振動。從全局或局部對激勵響應、激勵傳遞和噪聲表面輻射的角度來看，動力總成的結構同樣重要。再有，不同激勵力和不同的動力總成部件都強烈影響輻射噪聲頻率范圍。因此，發動機聲學優化應主要瞄準整個動力總成，考慮激勵力、全局結構振動和所有部件的局部振動。
發動機基本振動可通過測量和模擬仿真來了解[1]。低頻段，大約到第7 倍頻程，氣體力和軸系慣性力是最主要的因素；高頻機械噪聲中，活塞敲擊噪聲，配氣機構和正時驅動，齒輪箱部件成為主導因素。曲軸箱的概念和設計決定了動力總成的全局振動行為以及軸系激勵至機體表面的傳遞。最后，如油底殼、閥蓋等部件的表面局部振動也影響噪聲輻射。
2 發動機導致的車輛外部噪聲的仿真
2.1 基于有限元法的發動機NVH 仿真
當前廣泛使用的發動機有限元仿真是發動機開發過程中有效而重要的技術，可用來確定降低NVH 的潛力。
圖4 為簡要框圖，用于探測發動機NVH 的改進潛力。基于三維CAD 數據、材料數據、基本發動機數據等，可建立用于NVH 計算的有限元模型。對現有原形的發動機，可使用模態分析結果來校驗有限元模型。同時，如燃氣壓力、齒輪系、配氣機構和活塞敲擊等激勵力可計算得到，并施加在有限元模型上。
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混合動力總成NVH開發技術研究
P1 +P3方案主要以專用混動發動機(DHE) +專用混動變速箱(DHT) +功率型鋰電池+混動控制系統組成，其中專用混動變速箱由耦合器、發電機、驅動電機、逆變器組成。制動能量回收、使發動機工作在最佳經濟區是混合動力的根本出發點，同時插電外充大功率鋰電池，將保證混動汽車有足夠的電量以更節能的EV模式在城市工況工作，進一步降低油耗。綜上，混動產品正成為主機廠的主流產品，對其進行技術研究已經迫在眉睫，本文以當前主流的P1 + P3方案，從專用混動發動機NVH控制、專用混動變速箱NVH控制、混合動力總成NVH控制、混合動力總成整車匹配NVH控制四個方面對混合動力總成的NVH開發進行研究。
1專用混動發動機NVH開發
發動機噪聲振動源復雜多樣，在不同工況和頻率段主導振動噪聲源不同，發動機噪聲從傳播路徑來分,可分為結構傳播噪聲和空氣傳播噪聲，對結構傳播噪聲又可劃分為燃燒噪聲和機械噪聲，空氣傳播噪聲主要包括：風扇噪聲、進排氣噪聲等。
展開 NVH技術風生水起 又一汽車市場商機乍現
例如有些轎車行駛時車廂噪聲大，經查發現，源頭在發動機，那么這一個噪聲問題可能就涉及到三個部分，一個是發動機本身的噪聲大，一個是發動機懸置部件減振效果差，一個是車廂前圍和地板隔音技術不好，是一個互相關連的系統問題。 這個問題要運用NVH解決方案，會涉及發動機、懸置及車架等，這就從根本上減少噪聲產生的來源。因此，NVH問題實質是汽車設計中要解決的問題，而不是汽車進入市場后要解決的。
遺憾的是，由于國內整車企業大都選擇購買零部件進行組裝，整車企業往往不是系統地看待NVH的問題，而是普遍關注某一個具體問題的解決方法。還只是局限在解決某一突出的問題上，沒有一個系統化的概念。
目前，NVH問題不僅影響到汽車公司，也影響到了汽車零部件企業。外國各大公司是從上世紀70年代中期開始重視車輛的NVH問題的。原先，都是各整車廠自己獨立解決有關問題，但是近年來，隨著行業分工細化，整車企業已經逐漸將大部分的工作移交給零部件企業來做了。盛行的“模塊化”生產方式把汽車裝配生產線上的部分裝配勞動轉移到裝配生產線以外的地方去進行。對于不少零部件企業而言，設計者考慮的問題也不單純是零部件本身，而是零部件與零部件之間，零部件與整車之間的關系。能否有效地消除自己產品的NVH負面影響，已經成為影響他們生存的第一大問題。對國內零部件企業來說，這一點也是已經無法回避的問題。以汽車發動機懸置總成為例，國內企業很難進入歐美日大企業的供貨圈。原因就是這個部件牽涉到發動機的NVH問題。如果懸置總成不能夠有效地減輕發動機的振動，則振動會傳到車體上，然后再進入車廂，車內噪聲就會升高。如果橡膠材料和阻尼材料的頻率選擇失當的話，就有可能引發與發動機的共振，會嚴重影響汽車的駕駛舒適性。
巨大的市場潛質
中國的NVH市場潛質很大。
展開 CAE技術為汽車產品設計保駕護航~
CAE技術不僅在整車開發各個階段發揮作用，在汽車行業的應用從最初的線彈性部件分析到汽車結構中大量的非線性問題分析，到現在汽車疲勞壽命分析、NVH分析、碰撞模擬等，CAE分析幾乎涵蓋了汽車性能的方方面面。
01
剛強度分析
車架和車身是汽車結構中最為復雜的受力部件，其強度和剛度分析對整個汽車的承載能力和抗變形能力至關重要。此外，基于強度和剛度分析的車架和車身結構優化對整車的輕量化從而提高經濟性和動力性也有很大作用。
02
外流場分析
汽車外流場分析主要解決汽車在高速行駛時的空氣阻力，優秀的汽車流場設計能降低汽車阻力，適當增加汽車的地面附著力，不管是為了安全還是燃油效率，都是十分必要的。
03
機構運動分析
機構運動分析就是根據原動件的已知運動規律，求該機構其他構件上某些點的位移、軌跡、速度和加速度，以及這些構件的角位移、角速度和角加速度，了解從動件的速度變化規律能否滿足工作要求。主要解決汽車的操作穩定性及平順性問題。
04
NVH分析
所謂NVH就是噪聲、振動與聲振粗糙度，好的NVH設計，會讓車內的人感覺到更平穩，更安靜，更舒服。NVH分析包括白車身NVH、發動機NVH、動力總成的懸置系統NVH、進排氣系統NVH、路面-輪胎-懸架系統的NVH、傳動系統NVH、整車NVH等。
展開 CAE技術為汽車產品設計保駕護航~
04NVH分析
所謂NVH就是噪聲、振動與聲振粗糙度，好的NVH設計，會讓車內的人感覺到更平穩，更安靜，更舒服。NVH分析包括白車身NVH、發動機NVH、動力總成的懸置系統NVH、進排氣系統NVH、路面-輪胎-懸架系統的NVH、傳動系統NVH、整車NVH等。
05耐久性分析
在汽車使用過程中，每個零件都在振動，雖然振動的力度小，但久而久之也可能會造成疲勞失效，耐久性分析主要解決汽車行駛過程中由于疲勞產生的零部件損傷、開裂等問題。汽車零件的耐久性跟汽車的保值性密切相關，更與客戶的安全性密不可分。
06熱管理分析
整車熱管理是從系統的角度去研究整車的傳熱介質流場以及整車換熱過程中所涉及的子系統。熱管理分析還包括發動機冷卻、空調和電池熱管理等。
07碰撞安全分析
汽車碰撞分析不僅需要研究汽車各種角度碰撞的安全性，還要考慮到行人保護以及維修成本。
展開 
混動車型平衡軸齒輪敲擊噪聲優化
1
混動車型平衡軸齒輪敲擊問題介紹
某款2.0T發動機為橫/縱置混動SUV車型共平臺生產，其搭載7DCT自動擋橫置變速器后NVH性能市場表現良好，而搭載縱置9HAT自動擋變速器時，車內外在中高轉速全油門及半油門工況下可明顯感知存在類似嘩啦音的金屬敲擊聲，特別是在2500-5200r/min轉速區間，表現出頻率成分為3000-5000Hz的寬頻段激發特性。同步測試整車各零部件振動發現，油底殼本體振動與油底殼近場噪聲對應性明顯，橫/縱置油底殼近場噪聲和油底殼排氣側振動對比如圖1所示。
圖1 整車油底殼近場噪聲和振動對比
油底殼在2500-5200r/min范圍存在寬頻振動，而其周圍布置旋轉零部件主要激勵源為曲軸或者平衡軸齒輪，在去除平衡軸總成進行整車測試后，敲擊振動噪聲消失，由此判斷該敲擊噪聲來自平衡軸齒輪。
2
橫/縱置平衡軸系統差異性分析
橫置發動機NVH性能市場表現良好，而縱置發動機NVH表現出敲齒振動噪聲，須分析其結構主要變化點，進而分析導致齒輪敲擊變化的影響因素，平衡軸驅動形式如圖2所示。平衡軸驅動齒圈位于曲軸第6平衡塊，平衡軸總成為底置形式，包含兩級齒輪，其中1級齒輪為消隙齒輪，結構如圖3所示。消隙齒輪工作原理是：扭轉彈簧為獨立件，通過中間彈簧產生彈力，使主副齒產生錯齒，消除嚙合側隙，避免由于齒輪側隙產生的敲齒風險。橫/縱置平衡軸系統布置唯一區別為飛輪形式，橫置為DMF（雙質量飛輪），縱置為FTC（液力變矩器飛輪），FTC扭轉慣量約為DMF飛輪的2.6倍。
展開 電動車增程器NVH問題及開發策略
以下圖為例，發動機引起的噪聲隨發動機轉速增高總體呈現增大的趨勢，4000RPM與2500RPM整體聲壓級增加5dB(A)，二階噪聲增加10dB(A)，如增程器因為整車功率需求的原因，存在4000RPM前后的工作點，將帶來車內嚴重的噪聲問題；
增程器加速車內聲音曲線
3
增程器NVH應對策略
增程器的NVH控制主要從基礎NVH性能匹配及增程器標定策略匹配兩個方向實現，增程器選型及匹配是保障增程器NVH體驗的基礎，而標定則是增程器NVH表現的最重要控制措施。
增程器選型：增程器選型需要考慮增程噪的工作區間，建議穩態常用工況下增程噪的工作轉速不超過2500RPM，穩態極限工況不超過3000RPM，超過3000RPM以上的工況只能為瞬態工況，根據如上發動機的工作轉速邊界，結合發動機萬有特性曲線及整車功率需求，選擇合適的發動機；
增程器附件匹配：發動機的NVH開發是另一個更龐大的話題，足夠的結構剛度（包括曲軸剛度、曲拐剛度、軸承座安裝點剛度等）是發動機本體NVH的基礎，同時做好外圍件的NVH匹配，包括TVD的匹配，皮帶的選型和模態避頻等，同時，發動機與發電機之間用花鍵連接，花鍵的精度、花鍵軸的剛度也需要明確的控制。
增程器本體NVH匹配示例
懸置匹配：鐘擺式布置，考慮純電動限位及發動機振動隔振，而發動機的低頻振動和噪聲問題，可能引起更大的抱怨，優先以發動機激勵控制為主，若后懸置拉桿無法滿足可靠性需求，可再增加一個限位懸置。
懸置布置示例
進氣系統：受限于機艙空間布置，增程器的空濾器通常采用頂置空濾布置，消聲容積滿足要求的情況下可滿足進行NVH開發需要，但做好諧振腔的預留。
展開 干貨‖新能源智能汽車EE架構--AUTOSAR（AP）SOA特點
干貨‖內燃機_2
干貨‖內燃機_1
干貨‖冷卻系統_2
干貨‖冷卻系統_1
干貨‖發動機特性曲線概要
干貨‖發動機燃燒_3
干貨‖發動機燃燒_2
干貨‖發動機燃燒_1
干貨‖發動機扭矩管理策略
干貨‖發動機點火系統_2
干貨‖發動機結構
干貨‖發動機點火系統_1
干貨‖發動機_標定
干貨‖Engine NVH
干貨‖CFD Simulation_Tools
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干貨‖新能源動力電池全壽命設計及應用技術培訓系列一
干貨‖內燃機_2
干貨‖內燃機_1
干貨‖冷卻系統_2
干貨‖冷卻系統_1
干貨‖發動機特性曲線概要
干貨‖發動機燃燒_3
干貨‖發動機燃燒_2
干貨‖發動機燃燒_1
干貨‖發動機扭矩管理策略
干貨‖發動機點火系統_2
干貨‖發動機結構
干貨‖發動機點火系統_1
干貨‖發動機_標定
干貨‖Engine NVH
干貨‖CFD Simulation_Tools
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