振動噪聲(NVH)的案例
從 “數(shù)據(jù)采集” 到 “性能躍遷”：
Simcenter LMS 如何用振動噪聲試驗，激活高端裝備核心競爭力？
為凸顯LMS振動噪聲試驗解決方案（Simcenter Testlab & Simcenter SCADAS）的價值，我將先點明振動噪聲試驗對高端制造的重要性，再從軟硬件協(xié)同的功能、相較傳統(tǒng)方案的優(yōu)勢，以及在核心行業(yè)的應用展開，展現(xiàn)其專業(yè)性能。
在汽車、航空航天、工程機械等高端制造領域，振動噪聲（NVH）性能直接決定產品可靠性與用戶體驗，高效精準的試驗方案成為企業(yè)研發(fā)的核心支撐。西門子Simcenter推出的LMS振動噪聲試驗解決方案，憑借Simcenter Testlab軟件與Simcenter SCADAS硬件的深度協(xié)同，構建起覆蓋試驗全流程的一體化技術體系。
功能上，該方案實現(xiàn)“采集-分析-應用”無縫銜接。Simcenter SCADAS作為高精度數(shù)據(jù)采集硬件，具備多通道同步采集能力，可在高溫、強電磁干擾等復雜工況下，穩(wěn)定捕獲振動、聲學、應變等數(shù)據(jù)，采樣率與動態(tài)范圍滿足嚴苛行業(yè)標準；Simcenter Testlab軟件則集成模態(tài)分析、聲學映射、振動疲勞評估等專業(yè)模塊，支持試驗流程自動化編程，能快速完成數(shù)據(jù)預處理、深度分析與定制化報告生成，大幅減少人工干預。
相較于傳統(tǒng)分散式方案，其優(yōu)勢顯著：軟硬件協(xié)同優(yōu)化，無需額外適配即可實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時交互，降低系統(tǒng)延遲與數(shù)據(jù)損耗；自動化流程可將單次測試周期縮短30%以上，且內置ISO、SAE等行業(yè)標準算法庫，保障分析結果的一致性與可信度；同時支持實驗室固定測試與現(xiàn)場移動測試場景切換，靈活性極強。 行業(yè)應用中，該方案表現(xiàn)突出。汽車領域，可支撐整車NVH性能標定、動力總成振動溯源，解決行駛噪音、怠速抖動等痛點；航空航天領域，高可靠性滿足發(fā)動機試車振動監(jiān)測、機身結構聲學驗證需求；工程機械領域，能應對液壓系統(tǒng)振動分析、駕駛室降噪優(yōu)化等復雜任務，為高端裝備研發(fā)提供數(shù)據(jù)驅動保障。
展開 電機振動噪聲建模分析：基于Motor-CAD的永磁同步電機E-NVH仿真分析（單一工況點噪聲）
目前，新能源汽車電機的噪聲問題變得越來越突出，電機的電磁振動噪聲是設計人員研究的熱點問題，而電磁振動噪聲的激勵源電磁力波至關重要。本文基于Motor-CAD對永磁同步電機進行電磁振動噪聲（E-NVH）仿真分析，為永磁同步電機的E-NVH分析提供理論依據(jù)，并為永磁同步電機的E-NVH提供優(yōu)化途徑。
Motor-CAD是全球領先的新能源汽車電機選型分析及設計軟件，用于新能源汽車電機的選型匹配，優(yōu)化設計，競品分析，拆解分析等。開發(fā)至今，已被全球主要的整車生產企業(yè)、電機生產商、科研機構及高校等廣泛使用。
Motor-CAD集成化軟件包，可在選型、設計階段高效地對電機進行電磁和熱性能測試；軟件包括：電磁（EMag）、熱（Therm）、機械模塊（Mechanical）和虛擬實驗室（Lab）四個模塊，可在幾分鐘內精確評估電磁、熱和電磁振動噪聲特性。
本例以一臺48S8P永磁同步電機為例，對電機的電磁噪聲進行仿真分析。通過Motor-CAD中的Mechanical模塊對電機E-NVH進行仿真分析，為后續(xù)的降噪方案提供思路。下圖所示電機的Motor-CAD模型圖，內置式永磁同步電機，具體的結構參數(shù)設置在此不再贅述。
展開 LMS-Signature模塊/NVH（振動噪聲測試模塊） 附LMS 振動噪聲測試與分析系統(tǒng)下載
下載地址：LMS 振動噪聲測試與分析系統(tǒng)
電機NVH測試優(yōu)化：鑄鐵平臺在噪聲振動測試中的基礎作用
在新能源汽車、工業(yè)電機、家電電機等領域，NVH（噪聲、振動與聲振粗糙度）功能是評估電機品質的核心指標，直接影響產品舒適性、可靠性與市場競爭力。電
電機NVH測試優(yōu)化：鑄鐵平臺在噪聲振動測試中的基礎作用
在新能源汽車、工業(yè)電機、家電電機等領域，NVH（噪聲、振動與聲振粗糙度）功能是評估電機品質的核心指標，直接影響產品舒適性、可靠性與市場競爭力。電機NVH測試的核心訴求是準捕捉噪聲與振動信號，而測試基準的穩(wěn)定性直接決定信號采集的真實性。鑄鐵平臺作為電機NVH測試臺的核心基礎部件，憑借高剛性、低振動、強抗干擾的特性，為噪聲振動測試搭建穩(wěn)定基準，是優(yōu)化NVH測試精度與效率的關鍵支撐。本文深解析鑄鐵平臺在噪聲振動測試中的基礎作用，融入電機噪聲測試平臺、振動測試基準平臺等高頻關鍵詞，為NVH測試方案優(yōu)化提供技術參考。
電機NVH測試的核心痛點是“信號干擾導致測試失真”。噪聲振動信號本身具有微弱性、高頻性特點，測試過程中，電機運行產生的振動易引發(fā)測試基準變形，車間環(huán)境噪聲、地面振動、其他設備運行干擾等，也會混入測試信號，導致真實的電機NVH信號被掩蓋。普通測試基座難以這些干擾，而鑄鐵平臺通過科學的結構與工藝設計，從根源上優(yōu)化測試環(huán)境，為準采集NVH信號筑牢基礎。
鑄鐵平臺在噪聲振動測試中的基礎作用，主要通過三大核心價值實現(xiàn)，為NVH測試優(yōu)化提供關鍵支撐。其一，高剛性結構保障測試基準穩(wěn)定。平臺主體選用HT250強度灰鑄鐵或QT600球墨鑄鐵，經高溫時效+振動時效+自然時效三重處理，殘余應力去除率≥99%，搭配“箱型封閉框架+十字交叉加密筋板”設計，筋板厚度≥25mm，臺面厚度≥100mm，在電機振動載荷作用下，臺面撓度≤0.01mm/m，無塑性變形。穩(wěn)定的基準面可避免電機安裝位置偏移，確保振動傳感器采集的信號真實反映電機本身振動特性，減少基準變形導致的測試誤差。
其二，優(yōu)異阻尼特性抑振動干擾。
展開 
LMS Test.Lab：振動噪聲測試領域的全能王者
LMS Test.Lab 是振動噪聲測試領域的“高端旗艦”，適合預算充足、追求極致精度與全面功能的企業(yè)。對于中小型項目或預算有限的用戶，可考慮Head Artemis或m+p International等替代方案。但若涉及汽車、航空航天等嚴苛需求，LMS Test.Lab 仍是無可爭議的首選。
一句話總結：
“如果你需要行業(yè)頂級的NVH測試方案，LMS Test.Lab 是‘一步到位’的選擇；但若預算有限，需權衡功能與成本。”
【NVH】電機的振動噪聲
電機的振動噪聲
來源：電機技術及應用
定子電磁力影響研究
電機中的定子電磁噪聲主要受兩方面的因素影響，電磁激振力和相應激振力引起的結構響應及聲輻射，以下對引起噪聲的定子電磁力的解析表達及相應的振動和聲輻射的研究情況進行綜述。
英國謝菲爾德大學的Z.Q.Zhu教授等運用解析法對永磁電機定子電磁力及其噪聲進行研究，對永磁無刷電機電磁力進行理論研究，對10 極 9 槽的永磁無刷直流電機的振動噪聲進行研究，理論上研究了電磁力與定子齒寬間的關系，同時分析了轉矩脈動與振動噪聲優(yōu)化結果間的關系。
沈陽工業(yè)大學的唐任遠教授、宋志環(huán)提供了完整的解析方法研究永磁電機內的電磁力及其諧波，為進一步的永磁電機噪聲理論研究提供了理論支持。圍繞正弦波和變頻器供電的永磁同步電機進行電磁振動噪聲源的分析，對氣隙磁場、法向電磁力和振動噪聲的特征頻率進行研究，產生轉矩脈動的原因進行分析，其次運用有限元對轉矩脈動進行仿真并加以實驗驗證，同時分析了不同槽極配合情況下的轉矩脈動，以及氣隙長度、極弧系數(shù)、削角、槽口寬度等對轉矩脈動的影響。
展開 NVH振動和噪聲
NVH設計中承受的壓力是巨大的：法規(guī)中噪聲和振動限值的規(guī)定日益嚴苛；市場競爭要求企業(yè)必須在降低成本的條件下實現(xiàn)其核心品牌價值；而消費者則希望產品更好、更完善。但與此同時，開發(fā)具有期望的NVH水平的部件、子系統(tǒng)和整車，卻代表了汽車開發(fā)過程中最復雜的方面之一。整車NVH性能——即司機切身體驗到的舒適性和聲品質——是汽車中諸多子系統(tǒng)和部件之間，通過多種復雜的物理機理相互影響的結果。
LMS工程服務部將先進的能力、專業(yè)的流程與實踐經驗和創(chuàng)新性的技術獨一無二地結合在一起，支持車輛開發(fā)團隊優(yōu)化其設計的NVH性能。LMS可以全權負責從概念設計階段到整車階段的車輛NVH的開發(fā)，集中解決新開發(fā)的車型或現(xiàn)有車型中存在的各種NVH問題。LMS也可以幫助NVH工程團隊優(yōu)化他們的設計流程和工程實踐。LMS已有過提供NVH問題成功解決方案的記錄，這些解決方案既考慮了成本效益，又考慮了橡膠模具制造上的限制，并且已證實不會與其他重要屬性如平順性和操穩(wěn)性、耐久性或抗碰撞性能等發(fā)生矛盾沖突。
具有競爭力的對標分析和目標設定
部件、子系統(tǒng)和整車對標分析測試。
在競爭車型中實現(xiàn)噪聲源排序的快速分析，包括客觀和主觀的噪聲評估，以及主要傳遞途徑的辨識。
設定具有競爭力的、現(xiàn)實的整車NVH目標。
概念開發(fā)
以參考車型滿意度分析為基礎的設計指導。
在生成細節(jié)的CAD模型和FE模型之前，先建立概念設計的仿真模型，利用這些模型實施快速的NVH評估并提供切實的設計指導。
車輛的NVH工程細節(jié)
采用快速虛擬建模和NVH評估技術，對所提出的設計方案進行NVH性能評估。
研討設計方案以優(yōu)化NVH性能，并提出符合耐久性、碰撞性能、平順性和操穩(wěn)性要求的其它可供選擇的設計方案。
新車型和現(xiàn)有車型動力總成的匹配，包括對懸置系統(tǒng)布置、引擎懸置和副車架的優(yōu)化。
變速和傳動系統(tǒng)的開發(fā)，包括結構優(yōu)化和噪聲輻射的優(yōu)化。
展開 電驅動系統(tǒng)NVH系列：電機徑向力相位對振動噪聲的影響
但由于開槽及飽和效應，斜極后不同段上電磁力相位差并不滿足上述關系，進而導致型斜極及ZigZag斜極并不能有效改善高速區(qū)NVH問題。由此說明應該高速區(qū)振動噪聲峰值一方面取決于徑向電磁力幅值，另一方面不同段上電磁力的相位將對徑向振動的幅值產生顯著影響。
在電驅動系統(tǒng)早期開發(fā)或者NVH優(yōu)化時，為控制高速區(qū)徑向振動問題，通常對徑向電磁力幅值進行控制或優(yōu)化。但如果忽略了不同段之間徑向力相位的影響，有可能導致優(yōu)化目標不準確,甚至預期降噪效果與實際降噪效果產生嚴重偏離。
本文借助仿真結果,首先對比理想狀態(tài)下即徑向力相位差與斜極角度滿足1式條件下，不同斜極形式對振動噪聲的影響；其次對比實際狀態(tài)下不同斜極形式對振動噪聲的影響；最后，提取某電磁方案在迭代優(yōu)化過程中不同段上徑向電磁力幅值及相位的變化，借此探討如何在優(yōu)化過程中考慮相位對振動響應的影響，進而得到更加準確合理的優(yōu)化目標。
1.零階結構模態(tài)
本文計算中結構前三階圓柱模態(tài)如下圖1.1所示，更高階零階模態(tài)超出了本文分析頻段范圍，在此不再展示。前三階零階模態(tài)頻率如表1.1所示。
展開 行業(yè)應用方案 | 噪聲、振動與聲振粗糙度 （NVH）
噪聲、振動與聲振粗糙度（Noise、Vibration、Harshness，即NVH）是指在某特定工況下用戶對汽車的主觀感覺，如抖動和轟鳴噪聲，是衡量汽車制造質量的一個綜合性能指標。
提升NVH性能不僅要從發(fā)動機設計之初開始，還要從整套動力系統(tǒng)集成、匹配角度進行考量。整車振動噪聲是國內客戶買車時越來越關注的重點性能，更是自主品牌轎車要進入國際先進車輛行列從而打進國際市場的關鍵指標之一。
車輛的NVH性能是國際汽車業(yè)各大整車制造企業(yè)和零部件企業(yè)廣泛關注的指標。有統(tǒng)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(fā)費用消耗在解決車輛的NVH問題上。目前CAE仿真分析方法已經廣泛融入到整車及零部件開發(fā)階段中，特別是在試驗樣車和工裝樣車之前，通過虛擬驗證整車NVH性能，并通過優(yōu)化改進，大大降低了整車振動噪聲問題的風險，從而提高了開發(fā)成功率。
Ansys解決方案
Ansys具有業(yè)界頂尖的電磁、結構、多體動力學、聲學分析工具，數(shù)據(jù)無縫鏈接的多物理場仿真平臺，綜合的多物理場模型參數(shù)優(yōu)化平臺，以及允許在設計初期提前體驗噪聲效果的仿真工具軟件。
展開 行業(yè)應用方案 | 噪聲、振動與聲振粗糙度 （NVH）
Ansys 行業(yè)應用方案連載（15） | 噪聲、振動與聲振粗糙度 （NVH）
噪聲、振動與聲振粗糙度（Noise、Vibration、Harshness，即NVH）是指在某特定工況下用戶對汽車的主觀感覺，如抖動和轟鳴噪聲，是衡量汽車制造質量的一個綜合性能指標。
提升NVH性能不僅要從發(fā)動機設計之初開始，還要從整套動力系統(tǒng)集成、匹配角度進行考量。整車振動噪聲是國內客戶買車時越來越關注的重點性能，更是自主品牌轎車要進入國際先進車輛行列從而打進國際市場的關鍵指標之一。
車輛的NVH性能是國際汽車業(yè)各大整車制造企業(yè)和零部件企業(yè)廣泛關注的指標。有統(tǒng)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(fā)費用消耗在解決車輛的NVH問題上。目前CAE仿真分析方法已經廣泛融入到整車及零部件開發(fā)階段中，特別是在試驗樣車和工裝樣車之前，通過虛擬驗證整車NVH性能，并通過優(yōu)化改進，大大降低了整車振動噪聲問題的風險，從而提高了開發(fā)成功率。
Ansys解決方案
Ansys具有業(yè)界頂尖的電磁、結構、多體動力學、聲學分析工具，數(shù)據(jù)無縫鏈接的多物理場仿真平臺，綜合的多物理場模型參數(shù)優(yōu)化平臺，以及允許在設計初期提前體驗噪聲效果的仿真工具軟件。
展開 NVH版正式更名為振動與噪聲版
討論關于NVH Noise(噪聲),Vibration(振動)和Harshness(聲振粗糙度)相關的工程技術問題。
行業(yè)應用方案 | 噪聲、振動與聲振粗糙度 （NVH）
噪聲、振動與聲振粗糙度（Noise、Vibration、Harshness，即NVH）是指在某特定工況下用戶對汽車的主觀感覺，如抖動和轟鳴噪聲，是衡量汽車制造質量的一個綜合性能指標。
提升NVH性能不僅要從發(fā)動機設計之初開始，還要從整套動力系統(tǒng)集成、匹配角度進行考量。整車振動噪聲是國內客戶買車時越來越關注的重點性能，更是自主品牌轎車要進入國際先進車輛行列從而打進國際市場的關鍵指標之一。
車輛的NVH性能是國際汽車業(yè)各大整車制造企業(yè)和零部件企業(yè)廣泛關注的指標。有統(tǒng)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(fā)費用消耗在解決車輛的NVH問題上。目前CAE仿真分析方法已經廣泛融入到整車及零部件開發(fā)階段中，特別是在試驗樣車和工裝樣車之前，通過虛擬驗證整車NVH性能，并通過優(yōu)化改進，大大降低了整車振動噪聲問題的風險，從而提高了開發(fā)成功率。
Ansys解決方案
Ansys具有業(yè)界頂尖的電磁、結構、多體動力學、聲學分析工具，數(shù)據(jù)無縫鏈接的多物理場仿真平臺，綜合的多物理場模型參數(shù)優(yōu)化平臺，以及允許在設計初期提前體驗噪聲效果的仿真工具軟件。Ansys解決方案允許設計者在統(tǒng)一的平臺Workbench中進行系統(tǒng)級的建模，調用Maxwell、Mechanical、optiSLang進行電磁-振動-聲學耦合分析和優(yōu)化，也可將聲學分析結果導入VXPERIENCE Sound中進行噪聲評判和音質設計。
展開 【NVH專欄】三合一電驅動系統(tǒng)振動噪聲分析研究
為了進一步定性驗證優(yōu)化方案對振動的抑制效果,對不同厚度的加筋板模型的中心點加載單位簡諧激勵,對加筋板模型的螺栓孔采用完全約束,得到不同厚度加筋板模型的中心點對激勵的振動響應頻譜圖,如圖13所示。
圖13 振動響應頻譜圖
從圖13可以看出,在700 ～1 300 Hz段,優(yōu)化方案的振動幅值明顯降低,但厚度為4 mm的加筋板與5 mm的加筋板效果相差不大。
5 測試試驗
對優(yōu)化后的驅動系統(tǒng)進行振動噪聲測試,測試結果如圖14所示。
圖14 優(yōu)化前、后驅動系統(tǒng)的振動測試結果
由圖14可知,在裝有5 mm加筋蓋板與新轉子結構的驅動系統(tǒng)近場噪聲彩圖中,圖3中的2處共振帶不再出現(xiàn);對比優(yōu)化前后的測試數(shù)據(jù)可以看出,蓋板的法向振動加速度有所降低,在最大峰值處優(yōu)化效果顯著;驅動系統(tǒng)的噪聲整體優(yōu)化效果顯著,并且在轉速7 330、5 550、3 770 r/min處噪聲幅值大幅降低,其中采用新轉子結構與5 mm加筋蓋板的驅動系統(tǒng)的噪聲整體下降約13.3 dB。
6 結 論
本文對某新型三合一電驅動系統(tǒng)進行了振動噪聲測試分析,發(fā)現(xiàn)電機端和減速器端的振動激勵起控制器蓋板的彎曲模態(tài)引起蓋板強烈振動和噪聲;提出了一種通過減小電機徑向電磁力波與改進控制器蓋板結構來優(yōu)化三合一電驅動系統(tǒng)噪聲水平的方法,并進行了試驗驗證,結果驅動系統(tǒng)噪聲顯著降低。研究得出以下結論:
(1) 較大面積的蓋板類結構易響應系統(tǒng)的振動激勵,引起結構的共振,從而輻射較大的噪聲。
(2) 通過轉子開槽可減小電機徑向電磁力波,改變蓋板厚度及加筋處理能有效增強蓋板類結構剛度、提高固有頻率、抑制結構振動,顯著改善噪聲水平。
展開 【NVH&聲學】純電動汽車常見噪聲振動問題現(xiàn)象描述及優(yōu)化方法
導讀
Reading guide
測試分析能快速識別純電動車噪聲振動問題特性，并得以工程優(yōu)化驗證，從而提高整車NVH舒適性。文章以某純電動汽車為例，講述了多種常見NVH問題的測試分析及優(yōu)化控制，問題包含整車坡道蠕行轟鳴、整車起步抖動、減速能量回收電機嘯叫、全油門加速工況減速器嘯叫、真空泵噪聲、空調壓縮機噪聲、電子冷卻水泵噪聲、空調水泵噪聲、以及懸置隔振和共振帶等，旨為純電動汽車NVH性能開發(fā)和優(yōu)化提供參考與借鑒。
關鍵詞：
純電動汽車；噪聲振動；測試分析；優(yōu)化控制；嘯叫
作者：朱建，鄭濤，呂運川，劉超
眾泰汽車工程研究院，浙江 杭州
隨著世界環(huán)境問題嚴峻化、國內汽車排放標準嚴格化，純電動汽車作為一種使用電能作為驅動能源的現(xiàn)代交通工具，將作為全球汽車工業(yè)當前和未來發(fā)展的重點。隨著電動汽車技術的不斷發(fā)展，噪聲振動性能越來越備受關注，相比于普通燃油車，客戶對純電動汽車噪聲振動性能有了更高的期望與要求，成為影響電動汽車品牌的一項重要指標。本文以某純電動汽車為例，該純電動車搭載的電驅動系統(tǒng)包含永磁同步電機[3]、固定速比減速器以及三合一控制器。
展開 Ansys | 利用Ansys Motor-CAD NVH調諧分析噪聲、振動和聲振粗糙度
圖6：Motor-CAD軟件與Mechanical軟件之間的結果ERP比較
Motor-CAD軟件中的NVH調諧操作簡單直觀，只需一次模態(tài)分析或測試數(shù)據(jù)即可調諧模態(tài)參數(shù)。正確調諧NVH模型后，我們可以在Motor-CAD軟件中運行NVH分析，以便更好地了解整個工作范圍內的噪聲特征。最終，這將有助于避免產品重新設計和發(fā)布延遲，并且從長遠來看可以有效節(jié)省時間和資金。
