摘要

噪声、振动与声振粗糙度（Noise、Vibration、Harshness）是研究和改善行车噪声和振动特性的学科，也给用户带来最直观最直接的使用体验。尽管测量噪声和振动相对比较轻松，但是声振粗糙度更像是一种主观感受，可以通过体验团队评估，或使用可以提供反映人类主观印象的分析工具进行测量。后一种的这些工具被称为心理声学工具。在汽车工业高度发展的时代，优质的NVH往往也是吸引用户的亮点，如何在产品定型前完成可靠的NVH测试，提高产品用户体验，就需要依靠不断发展的NVH测试技术。

前言

前日，一汽马自达生产的轿车阿特兹A/B柱、中控等处异响频发，引起消费者不满。之前，沃尔沃亚太制造的XC60和S90也被爆出存在共振问题，并引发车主不适，可能造成耳膜压迫、恶心、呕吐、耳鸣、头昏脑涨等。由此可见，在汽车工业日臻完善的今天，提高NVH对于车企来说势在必行。

NVH是噪声、振动与声振粗糙度（Noise、Vibration、Harshness）的简写，汽车NVH性能是评价整车性能重要指标之一。车辆中有许多噪音源：发动机曾被认为是最主要的噪音源，因此最初的NVH研究多用来降低发动机和动力总成产生的噪声和振动。经过多年的改进和发展，动力系统的噪音水平已大大降低。此消彼长下，其他噪音源（如路噪、风噪、胎噪）已变得非常凸显。

发动机不仅是乘员舱的重要噪音源，同时也是车内振动的一个重要来源。发动机的振动来自活塞、连杆和曲轴等零部件的往复运动和转动惯量。其他主要的振动源有变速箱、差速器和排气系统等。汽车悬架系统位于路面-轮胎相互作用与车身之间的结构传递路径上，在振动传递中起着关键作用。特别需要注意的是轮胎，轮胎在道路噪声产生和传播中具有双重作用。一方面，轮胎在某些工况下出现响胎现象的极限很低，是直接噪音源；同时，轮胎也会成为间接噪音源，因为它们是由汽车整体振动引起的仪表板和内饰表面的动态位移产生的。

为了实现车辆NVH性能的改善，对主要噪音源和其传输路径形成充分了解是基本工作。本文简要综述了汽车NVH测试的主要实验技术。目的是指出在实际的城市驾驶条件下，这些测试在提升车辆NVH品质和整体噪声和谐度，改善振动问题中的作用。

测试技术的发展需求

近几十年来，几乎所有车辆的噪声和振动特性都有了很大的改善，大大提高了驾驶者对NVH品质的认识，使NVH测试技术成为汽车设计制造产业中的热门领域。汽车行业是典型的成熟行业，围绕着高销量和低利润率而发展。利润率只有百分之几在成功的公司中很常见。此外，行业各层面的价格维持或下调压力很大。因此，NVH检测必须是廉价、快速和经济、有效的。但同时，随着车企的技术不断积累进步，微小的进步都在实际驾乘体验中被凸显出来，NVH品质成为提升产品竞争力的重要元素。

发动机NVH测试技术

·噪声

车辆中的声音产生和传播是在空气中传播的小压力波（空气传播噪声）和车辆结构中传播的振动（结构传播噪声）中发生的。虽然空气传播噪声涉及产生和辐射声音的物理机制（即排气尾管中流体质量的热位移），结构传播噪声是由振动源引起的，该振动源诱导声波穿过固体结构，然后作为空气传播噪声（即发动机结构振动）释放。发动机噪声测试实验技术的主要目标是确定车辆中这两种噪声的特性，以及对驾驶员和乘客的传输路径。只有对噪声和振动源进行准确的识别和表征，才能在设计上实现新的改进并验证解决方案，从而提高车辆内部的声音舒适性。

最新的噪声映射技术（声强）、声全息和波束形成、传输路径分析、模态分析、阶次跟踪被认为是分析和识别车辆中NVH源的最相关的实验技术。只有在消声室或混响室这些特定的受控声场中，声源的噪声才能很容易地与测量的声压相关联，从而保证足够的精度。否则，普通墙壁和其他物体的反射可能会大大改变测量精度。

不过，由于发展了更具创新性的测量技术，声强原位测试现在也逐渐走向实用。在消声条件不适用的情况下，如发动机舱或汽车内部，声强原位测试技术的优点使得测试更加简便快捷。这项技术使用微流P-U强度探头，压力和粒子速度传感器的组合，它们直接在靠近源表面的位置测量标量值声压和矢量值声粒子速度，输出声强。由于直接测量定向粒子速度的近场优势[6]，p-u探头不受背景噪声或反射的影响，可以在实际工作情况下进行测量。通过对所记录视频的每一帧应用自动颜色跟踪来提取传感器位置。这样就可以根据声压、粒子速度或声强直接观察整个空间的声音变化。

这种传感器还可以成功地应用于汽车噪声和振动的测绘和分析领域。通过面板噪声贡献分析，可以非常精确地计算参考点处单个面板的压力贡献；近场声相机，用于瞬态声源定位，甚至在非消声条件下使用；用于测量材料声学特性的原位吸收法，这些是提高汽车声学舒适性的典型工具。

顺序跟踪分析是另一种实用的技术，它可以提供有关车辆传动系部件中产生的振动和声音信号的有用信息，这些振动和声音信号与发动机转速有关，特别是与点火频率有关。这样的分析可以直观地看到与阶谱线排列在一起的谱的幅度峰值，并且提供了识别噪声排放占主导地位的工作条件和感兴趣的频率范围的可能性。

·振动

结构测量技术在车辆开发过程中也起着关键作用。尤其是动力总成的隔振设计，如果仔细执行，可以将从动力装置传递到底盘和车身结构的结构振动降到最低。最常见的加速度传感器是压电式加速度计。加速度计能够检测非常小的振动，并且在0.2赫兹到10千赫的宽频率范围保证准确不被损坏。

结构动力学分析的主要方法是试验模态分析法（EMA），操作模态分析（OMA）和操作挠度形状（ODS）。传统EMA的目标是通过测量力传感器和响应传感器之间的频率响应函数，建立被调查物体动态特性的数学模型[14]，OMA只利用结构在工作状态下的响应测量来识别模态特性。另一方面，ODS允许确定实际操作中的强制偏转。随着测试设备性能和计算机性能的提高，模态分析已成为车辆NVH开发的标准工具。了解相关的动态特性有助于工程师避免在高激励频率下发生共振，从而降低损坏或强结构振动或声压级的风险。

变速箱NVH测试技术

变速箱的NVH作为NVH的研究内容之一，具有重要的意义。变速箱的噪声频率在Hz至Hz之间，是驾驶者非常敏感的噪声区间。并且随着传输负载和速度的提高，变速箱产生的噪声比其他类型的噪声更明显。因此，变速箱噪声和振动的改变对整个车辆的NVH问题有很大的影响。在某种程度上，减少变速箱的噪音和振动可以同时帮助改善车辆的声振粗糙度。

正常情况下，变速箱的振动是由于啮合力的波动和齿轮轴中心距离在允许范围内产生偏差等引起的。如果齿轮或轴承发生故障，将产生冲击载荷，振动信号将产生瞬态变化。因此在整个测试过程中，应选择合适的位置固定三向加速度传感器，以获取传动装置的振动信号。这种传感器具有三向输出，可以测量XYZ三个自由度的信号，并具有体积小的特点，易于固定，具有较高的测量精度，均匀性和抗干扰性等。振动与噪声分析系统的核心组件由信号采集的硬件和软件以及信号分析的软件组成。测试前可以通过软件界面设置加速度传感器的麦克风灵敏度和信号采样频率的信号通道灵敏度。开始测试后，每个屏幕窗口都会动态显示采样信号的波形，软件可以自动完成信号采集波形记录并保存采样文件。很多分析软件具有重放波形以及在线和离线信号动态分析的功能，可以进行时域分析频谱分析，信号相关分析和噪声功率谱分析等。

刹车NVH测试技术

全息照相/ESPI——大约年，大众汽车公司的费尔斯克博士将全息计量学引入到制动噪声的研究中。全息照相提供了一个全面的振动信息，整个振动系统刹车。以这种方式对振动系统进行可视化，有助于负责改进NVH的工程师提供帮助。光敏全息记录装置后来被ESPI（电子散斑干涉术）中的CCD摄像机所取代。然而，与全息照相相比，ESPI的分辨率较低，允许在计算机操作相当不受限制的情况下进行即时记录。ESPI同时适用于连续波和脉冲激光光源，可以记录瞬态噪声现象。

激光多普勒扫描系统——在过去的几年里，激光多普勒扫描系统已经成为非常强大的精密工具，可以方便地绘制部件和系统的振动图。然而，测量需要恒定或至少重复振动模式。与散斑图一样，激光多普勒扫描测振仪可以定性和定量地测量结构的动态响应，但不能提供结构系统的模态信息。测量结果通过通用文件格式与模态分析耦合。

在现代计算、声学计量和分析的支持下，先进的声学技术在过去几年取得了重大进展。声全息是基于声强测量，使用麦克风阵列定位噪声源，并提供组件或系统的声学地图。一家德国公司发明了一种基于波干扰技术的声学相机，将声学地图与组件的视频图片结合起来。未来的工作将进一步揭示声强测量或声学相机在多大程度上可作为一种测量刹车噪声的先进设备。

底盘NVH测试技术

车辆动力学和NVH与通过轮胎特性和悬架弹性运动特性传递给车辆底盘的力密切相关。由于影响底盘振动的因素很多，因此很难对悬架振动行为进行精确建模。现有研究中，直接测量悬架-底盘连接处的力和力矩是分析悬架振动特性的唯一有效方法。

米兰理工大学的运输安全实验室报道了一种道路车辆悬架室内试验方法，目的是在0~Hz的频率范围内测量和分析悬架-底盘连接处的力和力矩。这项研究针对实际悬架/车身连接点，进行了一些特殊设计，以设计具有可比惯性（可调刚度元件）的模块化支撑底盘结构，六轴测力传感器用于测量作用在每个悬架/车身连接点的力/力矩。在试验过程中，当车轮通过固定在滚筒上的不同夹板时，悬架系统会受到激励，并记录车轮的瞬态运动。室内试验台的车轮和底盘加速度测量值与在平坦道路上以不同速度行驶并使用同一组夹板的参考车辆的试验测量值进行了比较。通过分析悬架系统上测得的力和加速度对时域和频域数据的分析，评估运行条件和不同悬架设置对轮胎/悬架系统振动特性相关性能指标的影响，并进行了全局灵敏度分析。

混合动力车的NVH测试

混合动力汽车最大的NVH问题之一是车辆行驶时发动机起动或关闭的瞬态条件。这会由于燃烧过程的变化而导致系统的扭转输入，燃烧过程沿曲轴移动并传递到系统的其余部分。数据被视为在条件出现的转速范围内的缓慢上升和下降。

在一般条件下，电动机产生的声音和振动不如发动机。因此，有助于在变频器部件附近以及齿轮和链条噪声可能更突出的不同位置获取一些近场麦克风数据。当两种动力系统的振动主频接近时，可能会发生跳动现象。另外还有附加频率的问题，其导致的共振可能比在传统动力系统中来得要大。为了测试这种情况，必须对混合动力汽车系统进行手动控制。如果可以手动控制节气门位置，则可以实现信息的完整采集。这将提供每个发动机转速与每个电机转速的信息。当踏板位置、油门位置和输出速度可以同时控制时，可以测试所有部件输出的组合。

心理声学与声振糙度

心理声学的研究包括对人类声音感知的量化。换句话说，它旨在将物理声学参数与实际的声音感知联系起来。现在有很多不同的心理声学指标，在车辆NVH中最多考虑的是兹威克响度、锐度、响度、粗糙度和起伏强度。人的耳朵在大约2.5kHz到5kHz的频率范围内最敏感，在4千赫以上时人类的听觉灵敏度下降。

使用车内测量的声压进行心理声学分析,其目标是能够使用在车外测量的悬架振动数据预测驾驶员耳朵位置的心理声学影响。利用振动数据，可以评估激励能量进入车内的传递路径。利用这一点，利用外部振动测量数据预测的舱内心理声学结果与来自舱内噪声测量的直接心理声学计算之间的相关性被证明是可能的.

响度分析表明，响度与车厢内的感知响度有良好的相关性。在每小时15公里和20公里的道路上，响度逐渐增加。

锐度是一个相当好的描述描述感知噪音在汽车，影响时，击中木制台阶是可见的。在20km/h的分析中也可以看到车厢内响动的上升，但不像响度那样明显。对参数波动强度的分析表明，该参数与车内声音的相关性较差。

通过对粗糙度参数的分析，可以得出较完整的结果，粗糙度是对车厢内响板进行跟踪的最佳参数。参数响度和锐度也跟踪变化的感知噪音，但不准确，不过可以进一步表明车内响动与粗糙度之间的直接联系。

NVH测试的未解决问题与未来展望

汽车NVH测试虽然在实践中极其复杂，但在概念上却相当简单。来自发动机、动力传动系、路面或通过车辆的空气的激励会激励结构并产生噪音。并非所有的噪音和振动都是不受欢迎的，因为它们有时候会给驾驶人提供有用的信息（比如所谓的反馈与路感）。在过去，我们的目标常常是尽量减少噪音和振动。现在车辆的NVH特性常常被用作增强车辆形象的一种方法。一个跑车爱好者可能真的期望某些特征性的噪音和振动，但是追求静谧的豪华车买家会觉得不愉快。因此，声音和振动工程必须解决各种噪声和振动源，并根据产品定制，以向潜在客户传达正确的形象。

也许汽车NVH测试中最根本的问题是汽车行业经常制造出无法进行分析的产品。这些限制可能是技术上的或者经济上的。结果是测试环节成了目前产品开发过程中不可分割的一部分。测试中的另一个困难来源是，根据客户的感知，产品的许多接受或拒绝标准都是主观的。接受新产品的许多正式标准都有主观因素。除了最小固有频率、最大声级等目标规范外，通常还有令人不快的噪音或振动之类的内容。因此，经常有一些测试涉及代表性客户或产品工程师的陪审团。幸运的是，基于陪审员的音质分析和乘坐舒适度指标等新工具正在开发中，以帮助量化人们的反应。

测试在产品开发中的作用NVH测试是汽车产品开发的重要组成部分。尽管制造商正在努力减少对昂贵且耗时的原型的需求，但分析工具或设计实践不太可能很快消除对测试的需求。业务环境要求执行的任何测试必须准确、可重复，并为设计人员提供实用的建议。这反过来要求训练有素的人员、组织间良好的沟通和不断改进测试实践。做不到这些事情的公司活不了多久。

参考文献

[1]LiuZ,YuanS,XiaoS,etal.Fullvehiclevibrationandnoiseanalysisbasedonsubstructurepowerflow[J].ShockandVibration,.

[2]Panza,MA.AreviewofexperimentaltechniquesforNVHanalysisona

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