王海洋
（中国汽车技术研究中心有限公司 天津 300300）
摘要：乘用车的舒适度成为现代乘用车行业追求的关键竞争优势，乘用车NVH工程设计对车型开发的重要性逐渐提高。因此本文结合车辆开发的工程实践，分析了乘用车NVH性能的整车目标分解体系，详细阐述整车NVH目标分解和子系统零部件设计要点。
关键词：乘用车，NVH,目标分解
0 引言
为了提高乘用车的环保性能．国家正在制定关于乘用车车内噪声．振动和乘车环境的行业标准。同时，客户对乘用车的乘坐也提出了安静、优雅和舒适等更高的要求。在这样的形势下，许多主机厂未雨绸缪，一项新的工程设计——乘用车NVH(Noise．Vibration，HarShness)(噪声振动舒适性)工程设计应运而生。NVH工程是运用各种手段．最大限度地抑制车身振动，控制车内噪声，使乘坐更舒适。从工程设计角度，对乘用车NVH性能的整车目标进行分解，并制定子系统零部件设计要点，对乘用车性能的正向开发有重要意义。
1 整车目标的确定
在整车设计过程中，NVH特性的研究可以分为四个阶段：整车目标的确定、子系统目标的部署、性能目标的实现和样车的试验与调整。
对于整车NVH设计来说，前期的任务是制定振动噪声指标，并把它们分解到各个系统和部件。影响整车NVH目标制定的具体因素为：
(1)顾客需求
满足顾客所要求的振动噪声和舒适性水平。制定出顾客在各种驾车状况和路况下的振动噪声目标。驾驶状况有怠速、WOT、POT和倒车等，路况有平滑路面和各种粗糙路面等。还要满足顾客需要的声品质，比如购买运动车的顾客和购买豪华车的顾客对声品质的要求是大相径庭的。
(2)政府法规
政府对振动噪声的要求是乘用车的通过噪声能达到法定水平。由于每个国家的通过噪声可能不一样，因此在开发初期就必须确定未来市场对通过噪声的限值。
(3)竞争对手
现在NVH已经成为乘用车品牌的一部分，有的乘用车就因为低噪声低振动而赢得巨大的市场份额。新车型的振动噪声和舒适性指标需要强化和丰富某一特定品牌的内涵，而不是削弱它。在开发一款新车时，必须认真研究竞争对手的产品。
一般来说，企业均是通过对于竞争对手样车水平定性和定量分析，来进行乘用车产品开发前期NVH设计目标选定的。由于在国内新型乘用车设计主要通过乘用车公司研发部门自主设计和外委设计与分析相结合的方式进行的，而且国内对外委设计与CAE分析主要是结构设计和静力学(强度)和运动学方面的分析为主，从整车NVH方面提出要求和分解到子系统方面要求还不够明确。因此，对竞争对手样车NVH水平的研究在前期开发中特别重要。
对市场上竞争对手同类型的车辆和本公司已有参考车辆的NVH性能参数在各种运行工况下进行充分的测试，得出各种主、客观评价指标，包括振动参数、噪声参数、声振粗糙度以及NVH特性。通过对比样车的试验提出整车级与部件级振动噪声的指标，例如频率范围、隔振、吸振、隔声与消声要求。
2整车NVH目标分解和零部件设计要点
当整车NVH目标制定后，就要将其分解到各个系统、子系统和部件及各供应商。这种分解是双向的，整车系统目标和部件目标，系统和部件目标又影响整车目标。分解可以用“源——路径——接受体”模型的逆过程，即先确定接受体的振动噪声水平，然后分解到各个源和通道的水平。子系统目标的制定主要是来自整车目标的分解，但有时系统目标也独立确定。再根据分解的结果以及协商情况综合制定整车初始目标范围，并规划出未来各子系统及部件品质目标，最后确定具体的计划目标。下面，将对各个零部件的NVH特性目标值进行说明。
2.1发动机NVH设计目标
直接从发动机机体及其主要附件向空间传出的声音,都属于发动机噪声。在降低整车车外和车内噪声的过程中，降低发动机噪声是非常重要的。对于车外加速噪声来说，加速噪声法规将更加严格，而发动机一直是车外噪声的一个重要贡献点。对于车内噪声，发动机不仅影响车内噪声，还影响噪声品质。
针对发动机噪声对车外加速噪声的影响，欧洲的一些科研工作者进行了统计。表1就列出了针对欧洲的车外加速噪声限值，各类型车辆的发动机噪声的要求。
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从统计表中可以看出：
如果车辆没有附加屏蔽件，为了达到现行的欧洲车外加速噪声法规，要求发动机额定工况1米噪声声压级在94～95dB(A)。这一标准适用于从乘用车到卡车的所有类型车辆的发动机；为了满足未来车外噪声降噪和顾客对车内噪声品质的要求，未来欧洲发动机的噪声水平应该在93～97dB(A)之间，并要求有更好的发动机噪声品质。
2.2车身模态规划设计
模态匹配也即结构动力特性匹配。对于整车开发，模态匹配的目的是为了避免系统、子系统、部件之间，或和主要激振源之间发生共振。根据对大量车辆的试验结果表明：整车模态匹配的重点在0——80Hz的频率范围内．此频带基本包括了路面激励和发动机总成范围．也集中存在了发动机刚体模态、悬架模态、车身总体模态、主要操纵结构的共振和一些平面的局部共振。匹配原则是从设计上保证上述模态不与发动机怠速和车轮一阶不平衡激励频率重叠。针对可能的发动机配置，可以准确地取得相应平台其激励频率可能的频带，兼顾结构设计上的可行性和成本．以及各部件的不同性能要求，从而在开发的早期就可以对各大总成的固有频率取值范围进行匹配和规划。
在低频区域．一个合理的结构固有频率的规划．能够有效地避免各总成系统之间的模态耦合．和相应共振现象的发生。而这些共振模态包括乘用车刚体模态，底盘系统模态．车身弹性体模态和大零部件模态。
通过对整车系统级的固有频率进行规划．可以得到相应的“模态分布图”，频率的合理错开使子系统之间发生的耦合作用处于最小值。而如何实现频率的合理错开则是NVH设计与分析中的关键。
乘用车整车刚体模态——乘用车的整车刚体模态产生在1.0-5.0Hz范围之内。大多数的乘用车．有篷货车和轻型卡车都在这个范围。
动力总成刚体模态——动力总成刚体模态应该安排在悬架模态以下，大约11Hz以下。
车身弹性体模态——第一阶的车身弹性体总体模态在整车设计中非常关键。车身一阶模态应该和底盘的模态有充分的隔离。推荐在初始设计时应留有至少3Hz的间隙。路面不平度激励的振幅将随频率的增加而递减．所以车身的一阶频率应该越高越好。传统的承载式车身的一阶弹性体模态超过23Hz。23Hz的一阶总体车身弹性体模态能够有效地避开底盘系统的各个模态．从而也使整车的NVH性能达到同类型世界级车型的水准。非传统的车身结构(比如货车、旅行车和多功能运动车等)的一阶频率要略低于23Hz。通常期望在17—35Hz的低频范围内，存在的系统共振模态越少越好。模态数量越少，车辆就越容易取得好的行驶平顺性。一般而青，车身的些局部模态（车门，仪表板、车底部、顶盖等)应该处于车身整体弹性体模态之上。这些类型的初始设计目标值可设为28Hz。
大零部件系统模态——所谓的“大部件”被定义为质量超过1Kg的部件。一般而言，期望大部件的共振频率为35Hz以上。这是为了避免在低频范围内高密度的模态和局部振动。但是，控制每个大部件的共振频率使之超过35Hz显得不切实际。因此，在保证这些部件的频率避开车身弹性体频率的同时，也要保证这些部件有很好的隔振设计。
2.3排气系统NVH设计目标
排气系统作为整车的一个重要的零部件，对车外、车内噪声均有很大的影响。下面从空气传播噪声和结构传播噪声两个方面进行阐述。
2.3.1 空气传播噪声
对于排气系统来说，空气传播噪声主要包括排气尾管噪声、消声器壳体辐射噪声。对于全油门加速工况来说，其排气尾管噪声的声压级和阶次噪声要求如图1所示：
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图1 排气尾管噪声限值
其中，麦克风的位置为：同排气口中心在同一高度，距离排气口50cm，同排气口中轴线成45°夹角。
2.3.2 结构传播噪声
对于排气系统振动引起的车内噪声，主要通过控制排气系统模态、吊钩隔振率、支架动刚度等进行判定。
排气系统的模态需要掌握几个主要模态：第1 阶纵向弯曲模态、第1 阶横向弯曲模态、第1 阶扭转模态。这几个模态是最容易被发动机激励起来的。一般要求排气系统的一阶模态要低于怠速的发火频率。
排气吊钩是排气系统振动传递到车身的主要路径，其安装位置需要尽量靠近排气系统的模态节点。同时其隔振率一般也要求大于20dB。
排气吊钩支架刚度不够会影响车内的全油门加速噪声，因此，一般要求吊钩支架的动刚度大于300Hz以上。
2.4进气系统NVH设计目标
进气系统噪声是乘用车最主要的噪声源之一，同时，进气噪声也是乘用车最主要的通过噪声源。进气噪音主要是指进气口处的噪声，这个噪声源离车厢的距离很近，所以对车内噪声的贡献非常大。
进气噪声主要是进气口辐射噪声和空滤器壳体辐射噪声对车内外噪声的影响较大，需要在设计时对其噪声值进行限制。
对于进气口噪声，限值要求如图2所示：
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图2 进气口噪声限值
其中，麦克风的位置为：同进气口中心在同一高度，距离进气口中轴线10cm，同排气口中轴线成90°夹角。
2.5发动机悬置NVH设计目标
动力总成悬置系统在设计、布置和安装上受到了许多约束条件的限制和制约，在设计时应结合具体实际情况综合考虑，既要满足性能和功能要求，也要满足整车成本要求，同时还要考虑零部件制造工艺水平的情况。
对于怠速工况，要求发动机的六阶刚体模态最大值要小于，且各阶模态之间有很好的解耦率，一般相互解耦率要大于80%。
对于全油门加速工况，悬置的隔振率需要确认，一般要求悬置的隔振率至少要高于15dB，最好是大于20dB
2.6车身内饰件NVH设计目标
乘用车内饰材料除具有美观、装饰等功能外，还同时具有吸声材料的功能。在乘用车内部合理地设计与使用吸声材料．可以取得降低车内噪声、提高语言清晰度的整车NVH性能提升的效果。乘用车内部吸声性能的好坏．完全取决于乘用车内饰材料如地毯、顶棚、座椅等吸声性能。在设计开始时就需要考虑内饰材料的声学性能。相关的研究表明，要取得好的车内声学效果，基于材料属性考虑。
3结论
随着汽车工业的不断发展，越来越多的车企开始将整车的NVH性能开发工作重心前移，对整车目标值设定和分解工作也会越来越重视。本文结合实际工作仅对乘用车NVH工程设计的目标值设定和子系统设计要点做了简单的介绍。而影响乘用车NVH性能的因素有很多，需要工程师在车辆开发的全流程中投入更多的精力。希望本文能为国内乘用车NVH工程设计技术研究探索提供参考。