汽车NVH设计中振动与噪声控制技术研究

汽车NVH设计中振动与噪声控制技术研究

刘伟、耿金涛 、赵利平

北京汽车研究总院有限公司，北京市， 101300

摘要：文章主要研究了基于振动与噪声控制技术的汽车NVH设计，包括振动与噪声的基本概念、控制技术和应用。首先介绍了NVH问题对汽车舒适性和品质的影响，然后对振动与噪声控制技术进行了系统的分析与总结，包括主动与被动控制技术、材料与结构设计优化等方面。通过对相关研究和案例的分析，探讨了当前NVH设计中的挑战和趋势，并提出了一些解决方案和建议，旨在为汽车NVH设计提供参考和借鉴。

关键词：汽车NVH；振动与噪声控制技术；舒适性

引言：

随着汽车工业的迅速发展，消费者对汽车舒适性和品质的要求越来越高，NVH问题（即噪音、振动和刺耳感）已成为制约汽车品质的重要因素之一。振动和噪声不仅会影响乘坐舒适性，还可能对车辆的可靠性和安全性产生负面影响。因此，深入研究和应用振动与噪声控制技术对于解决汽车NVH问题具有重要意义。

1 振动与噪声的基本概念

振动与噪声是汽车NVH（Noise, Vibration, and Harshness）问题的核心概念。振动指的是物体在一定时间内围绕其平衡位置做周期性的来回运动，而噪声则是具有不愉快感的声音。在汽车工程中，振动和噪声被广泛分类，包括结构振动（例如引擎振动、底盘振动）、空气噪声（例如风噪声、空调噪声）、机械噪声（例如发动机噪声、传动系统噪声）等。汽车NVH问题具有其独特的特点和挑战。首先，不同工况下车辆产生的振动和噪声频谱各异，例如低速行驶产生的噪声与高速行驶产生的振动存在显著差异。其次，现代汽车的轻量化设计和高功率引擎增加了NVH问题的复杂性，需要在保证车辆性能的同时提升乘坐舒适性。此外，全球范围内对环境噪声标准的不断提高也对汽车NVH控制提出了更高要求。因此，有效控制汽车振动与噪声对于提高车辆品质和用户体验至关重要。

2 振动与噪声控制技术分析

2.1 主动控制技术：主动噪声控制、主动振动控制

主动控制技术是指通过系统反馈和调节，在噪声和振动产生之前对其进行干预和控制，以降低其影响。主动噪声控制主要采用声学反馈和抗噪声技术，通过在车内放置的传感器捕捉噪声信号，然后通过喇叭或振动器发出与噪声相位相反的声波或振动来消除或抵消原始噪声，从而减轻噪声对车内空间的影响。主动振动控制则利用电磁悬挂系统或电液悬挂系统等装置，通过调节悬挂硬度和阻尼来减少车辆在不同路况下的振动，提升乘坐舒适性。主动控制技术的优势在于其响应速度快、效果明显，能够实时调节并适应不同的工况。然而，主动控制技术也存在着高成本、能耗较大等问题，需要综合考虑经济性和实用性。

2.2 被动控制技术：隔音隔振材料、结构设计优化

被动控制技术主要通过使用隔音隔振材料和优化车辆结构设计来减少振动和噪声的传递和影响。隔音隔振材料包括声学隔离材料和振动隔离材料，通过其良好的吸收和反射特性，有效降低了外部噪声和振动对车辆内部的传递。同时，优化车辆结构设计，例如增加结构刚度、减少共振点等措施，也能有效减少振动传递和产生的噪声。被动控制技术的优势在于成本相对较低、能耗小，且对车辆整体性能影响较小。然而，被动控制技术的效果受限于材料性能和结构设计，无法实现实时调节和适应不同工况。

2.3 混合控制技术：结合主动与被动技术的应用案例

混合控制技术将主动控制技术和被动控制技术相结合，以充分利用两者的优势，实现更加全面和有效的振动与噪声控制。例如，可以在车辆中采用主动噪声控制技术同时配合声学隔离材料，以实现对内部和外部噪声的双重控制；或者结合主动振动控制技术与优化车辆结构设计，以降低车辆在不同路况下的振动水平。混合控制技术的优势在于能够充分发挥不同技术的优点，实现更加全面、综合的振动与噪声控制效果。然而，混合控制技术也面临着技术整合、系统复杂度等挑战，需要综合考虑各方面因素来实现最佳的控制效果。

3 汽车NVH设计的挑战与趋势

3.1 新能源汽车NVH设计挑战与解决方案

随着新能源汽车的快速发展，包括纯电动汽车、混合动力车辆等，汽车NVH设计面临着新的挑战。首先，电动汽车的动力系统相比传统内燃机具有更低的噪声水平，但电动驱动系统本身也会产生特定频率的噪声，例如电机运转噪声和电子设备的高频噪声。其次，电动汽车的轻量化设计和结构简化可能导致车辆在不同工况下振动特性发生变化，影响乘坐舒适性。针对新能源汽车NVH设计的挑战，可以采取一系列解决方案。首先，优化电动驱动系统的设计和布局，采用有效的隔音隔振技术和结构优化措施，降低电动汽车特有的噪声水平。其次，利用先进的噪声控制技术，如主动噪声控制和有源噪声消除技术，对电动汽车的噪声进行实时监测和调节，提升乘坐舒适性。此外，对新能源汽车的轻量化材料和结构设计进行优化，减少振动传递和产生的噪声，也是重要的解决方案之一。

3.2 智能化技术在NVH控制中的应用

智能化技术在汽车

NVH控制中发挥着越来越重要的作用。通过引入人工智能、大数据分析等技术，可以实现对NVH问题的更加精确的识别和分析。例如，利用智能传感器和数据采集系统对车辆在不同工况下的振动和噪声进行实时监测，快速定位并诊断出现的问题。同时，结合智能化的控制系统，可以实现对振动与噪声的实时调节和优化，提高系统的响应速度和控制精度。智能化技术还可以实现对车辆NVH性能的远程监控和管理，通过云平台和智能算法进行数据分析和模型预测，提前发现潜在问题并采取相应措施，从而降低NVH问题对车辆品质和用户体验的影响。此外，智能化技术还能为NVH设计提供更加精确的仿真模拟和优化方案，加速产品开发周期，提高设计效率。

3.3 NVH设计趋势：轻量化材料、智能化控制系统

未来汽车NVH设计的发展趋势主要体现在两个方面：一是对轻量化材料的广泛应用，二是智能化控制系统的进一步发展和应用。轻量化材料的应用可以有效降低车辆的整体质量，减少振动传递和产生的噪声，同时提升车辆的燃油经济性和性能表现。例如，采用碳纤维复合材料、铝合金等轻量化材料替代传统的钢铁材料，可以降低车身结构的振动和噪声水平。此外，轻量化材料还能提高车辆的抗疲劳性和耐久性，延长车辆的使用寿命。智能化控制系统的发展将进一步提升汽车NVH设计的精确性和效率。通过引入先进的传感器技术、嵌入式系统和人工智能算法，可以实现对车辆振动与噪声的精细化控制和优化。智能化控制系统可以实现对NVH问题的实时监测、快速诊断和调节，提升车辆的乘坐舒适性和品质感。同时，智能化控制系统还能与车辆其他系统进行协同优化，实现全面的车辆性能提升。

结束语：

文章对基于振动与噪声控制技术的汽车NVH设计进行了深入研究和分析，探讨了当前面临的挑战和未来的发展趋势。通过对不同控制技术的比较与总结，提出了一些改进和优化方案，旨在为汽车行业提供更好的NVH设计方案，提升汽车的舒适性和品质。在不断追求技术创新和发展的过程中，相信汽车NVH控制技术将会不断提升，为用户带来更加舒适和安静的驾乘体验，推动汽车产业向更高水平迈进。

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