Автомобильный NVH: полное руководство по анализу NTF и VTF

< Назад к развитию производительности

Джонни Лю, генеральный директор Dowway Vehicle | Опубликовано: 28 февраля 2026 г

Примечание авторов: В автомобиле Dowway мы с моей командой проводим инженерные решения, которые делают автомобили ездить более плавными и тихими. Покупатели автомобилей сегодня ожидают комфорта в качестве базовой линии. Чтобы соответствовать этому стандарту, мы в значительной степени полагаемся на конкретные методы тестирования и данных. В этом руководстве разбираются точные инструменты, которые мы используем для решения проблем шума, вибрации и жесткости (NVH): анализ NTF и VTF.

Резюме

• Что такое ВТФ? Функция передачи вибрации измеряет, сколько вибрации проходит от источника (например, колеса) к физической точке соприкосновения (например, рулевое колесо).
• Что такое НТФ? Функция передачи шума измеряет, как эта вибрация превращается в реальный шум, попадающий в уши пассажира.
• Почему это важно: Инженеры используют анализ NTF и VTF, чтобы найти слабые структурные пятна, устранить гулкие шумы и останавливать вибрации на холостом ходу, не всегда нуждаясь в дорогих физических прототипах.

1. Введение в автомобильные функции NVH и передачи

Покупатели автомобилей ожидают тихой и плавной езды. Для автопроизводителей производительность NVH напрямую показывает их инженерную силу. Двигатели, трансмиссии, подвески и шины постоянно создают вибрации и шум во время вождения. Они проходят через конструкцию кузова и воздух в салон. Если их оставить неконтролируемыми, они вызывают дискомфорт пассажиров и повреждают привлекательность рынка автомобилей.

Старый цикл «дизайн-сборка-тест» требует слишком много времени и денег. Сегодня программное обеспечение для моделирования CAE (компьютерная инженерия) ускоряет этот рабочий процесс. Анализ NTF и VTF выделяется в качестве основных инструментов тестирования и моделирования. Они измеряют точную вибрацию и тракты шума, обнаруживают недостатки конструкции и дают инженерам достоверные данные для исправления проблем с обрезанным корпусом (ТБ) или проблемами силовой передачи.

2. Основные определения и физические принципы NTF & ВТФ

2.1 Функция передачи вибрации (VTF) объяснена

VTF – отношение виброотдачи в определенной точке к начальной вибрации.

• Физическая сущность: Он измеряет точную скорость передачи энергии вибрации из точки А в точку В.
• Единицы: Прикладываем единую силу (N) или ускорение (м/с²). Мы измеряем отклик в ускорении (м/с²), скорости (м/с) или смещении (м). Обычными единицами являются m/(s²·n) или m/(s·n).
• Типичные точки ответа: Области, где пассажиры на самом деле касаются, таких как рулевое колесо, крепления сиденья и рычаг переключения передач.

2.2 Функция передачи шума (NTF)

NTF — отношение шумовой реакции к исходному вибрации.

• Физическая сущность: Он вычисляет общую скорость, с которой вибрация превращается в акустическую энергию (шум) в определенной точке.
• Единицы: Вход остается единичной силой или ускорением. Реакция – уровень звукового давления (дБ(А)). Общими единицами являются дБ(А)/Н.
• Типичные точки ответа: Правое ухо водителя, правое ухо переднего пассажира и уши задних пассажиров.

2.3 Физическая связь между NTF и VTF

В любой машине вибрация и шум идут рука об руку. Вибрация выступает в качестве основного триггера для структурного шума. Инженеры сосредотачиваются на прямой цепной реакции: Вибрация возбуждения → Структурная передача → Шумовое излучение.

VTF отображает ход энергии вибрации. Это делает его базовым для NTF. Если VTF работает слишком высоко, структура поглощает очень мало энергии. Эта необработанная энергия поражает панели кузова (например, пол или крышу) и заставляет их излучать шум, что приводит в движение NTF. Из-за этого NTF и VTF имеют совпадающий частотный шаблон. Пик в VTF обычно совпадает с пиком в NTF под тем же источником.

2.4 Инженерные справочные стандарты

Инженеры судят NTF и VTF по строгим ориентирам на основе данных конкурентов и целей изоляции:

• Цели ВТФ (20-100 Гц): При единичной нагрузке скорость на рулевом колесе должна оставаться ниже 0,3 мм/с/н (строгой цели: 0,2 мм/с/н). Крепления сиденья должны оставаться ниже 0,1 мм/с/н (строгие цели: 0,03 мм/с/н).
• Цели NTF (20-200 Гц): При единичной нагрузке уровень звукового давления в первичном направлении должен оставаться ниже 55-60 дБ(А), а вторичное направление ниже 60-65 дБ(А).

3. NTF & Принципы и методологии тестирования VTF

3.1 Основные принципы тестирования

Оба теста рассматривают установку NVH как линейную систему в диапазоне частот тестирования (обычно 20-2000 Гц). Мы используем Быстрое преобразование Фурье (FFT) Превратить сигналы во временной области в сигналы частотной области. Мы тоже бежим Анализ когерентности Для проверки линейной корреляции данных.

3.2 Схемы физического тестирования автомобиля

Подготовка к тесту:

Транспортные средства или обрезанные кузова (ТБ) должны находиться в стандартном производстве или состоянии прототипа. Мы проводим испытания внутри полубезэховой или полностью безэховой камеры при 20±5°C и влажности 40%-60%. Требуемая передача включает электродинамические шейкеры (0-2000 Гц), ударные молотки, пьезоэлектрические акселерометры IEPE (диапазон ± 50–500 г), микрофоны в свободном поле и многоканальные системы DAQ (например, LMS Siemens LMS). scaDas) с частотой дискретизации не менее 51,2к/с.

Стратегия расположения датчика:

• Точки возбуждения: Крепления трансмиссии (3 направления), точки соединения подвески (башни амортизаторов, нижние рычаги), центры шин и подвески выхлопных газов.
• Точки ответа: Точки VTF (рейлинги седла, рулевое колесо на 12 часов) используют 3-осевые акселерометры. Точки NTF (уши пассажира) используют микрофоны.

Тестирование рабочего процесса:

1. Настройка & калибровка.
2. Возбуждение: Запустите синусоидальную развертку (20-2000 Гц со скоростью 1 окт/мин) с амплитудой силы 5-10N.
3. Сбор данных: Записывайте сигналы 3 раза на точку, чтобы сохранить коэффициент вариации ниже 5%.
4. Обработка: Запуск FFT и анализ когерентности. Отбросьте любые данные, где когерентность ($\gamma^2$) падает ниже 0,8.
5. Выход: Сгенерируйте конечные кривые амплитуды/фазы и частоты.

3.3 Рабочие процессы моделирования моделирования CAE

1. Модель здания: Импортируйте данные САПР для построения модели конечного элемента ТБ. Они часто превышают 2,45 миллиона элементов ячеистой сети.
2. Граничные условия: Настройте физические ограничения и примените единичные силы.
3. Вычисление: Решите частоты VTF/NTF с помощью таких программ, как OptiStruct или Abaqus.
4. Валидация: Проверить результаты на физических данных тестов. Держите запас погрешности ниже 10% и при необходимости отрегулируйте конструкцию конструкции.

4. Методы анализа данных и инженерная интерпретация

4.1 Индикаторы анализа основных данных

• Амплитудные характеристики: Пиковые частоты говорят нам, в чем именно заключается неисправность. Сопоставляем их с известными источниками: двигателем холостого хода (20-50 Гц), ускорением двигателя (50-200 Гц), вибрацией шин (20-200 Гц), резонансом подвески (10-30 Гц) и модальными частотами кузова (20-100 Гц).
• Фазовые характеристики: Резкий фазовый сдвиг (от 0° до 180°) указывает на системный резонанс, который сильно повышает скорость передачи.
• Анализ когерентности ($\gamma^2$): Это проверяет нашу математику. Оценка $\gamma^2\Ge 0,8$ означает, что данные являются сильными и действительными.

4.2 Типичный случай анализа данных: Шум внедорожника

• Проблема: Внедорожник производил низкочастотный шум (56 Гц и 112 Гц) возле водительского уха на скорости 60 км/ч.
• Тестирование: Мы приложили силу к шинному центру, отслеживали VTF на креплении сиденья и измеряли NTF на ухо водителя.
• Анализ: VTF достиг пика 0,15 мм/с/н, а NTF достиг 62 дБ(А)/Н на 56 Гц и 112 Гц. Это доказало, что необработанные вибрационные ходы непосредственно вызывали шум в салоне.
• Локализация пути: С помощью Анализ пути передачи (TPA), мы нанесли точный маршрут: Центр шин → Задняя подвеска Нижнее рычаг → Пол кузова → Полость салона.

5. Инженерные приложения в оптимизации NVH

5.1 Оптимизация пути передачи

Следуя приведенному выше случаю внедорожника, для разрешения гула 112 Гц требовалось три прямых изменения:

1. Структура: Мы увеличили поперечное сечение нижнего рычага подвески, чтобы повысить динамическую жесткость.
2. демпфирование: Мы поместили новые резиновые втулки на соединение рычага и корпуса, подняв коэффициент демпфирования до 0,25.
3. Пол кузова: Мы приварили ребра жесткости к полу, чтобы сместить его модальную частоту с зоны 112 Гц.
   Результат: VTF упал до 0,08 мм/с/н, а NTF упал до 53,55 дБ(А)/Н. Громкий шум исчез.

5.2 Структурный дизайн & Выбор компонента

Прежде чем строить физические автомобили, имитация CAE помогает нам регулировать толщину панели кузова и крепления трансмиссии. Мы также тестируем и выбираем физические компоненты, такие как конкретные марки шин, амортизаторы и прочные резиновые втулки, которые естественным образом блокируют ход вибрации.

5.3 Массовое производство и устранение неполадок

Когда стандартный серийный седан страдал от сильной вибрации седла (30 Гц) на холостом ходу, тестирование VTF поймало передающее усилие трансмиссии со скоростью 0,35 мм/с/н. Заменив резиновые втулки креплений для более высокой демпфирующей версии, мы снизили VTF до 0,2 мм/с/н и быстро решили проблему без дорогостоящего отзыва.

6. Технические проблемы и будущие тенденции

6.1 Текущие технические узкие места

• Высокочастотная точность: После того, как частоты пересекают 1000 Гц, потеря сигнала и фоновый шум значительно усложняют тестирование.
• Нелинейные системы: Жесткое ускорение или неровные дороги заставляют автомобиль действовать вне стандартных линейных предположений, выбрасывая стандартные тестовые модели.
• Перегрузка данных: Инженерам часто приходится перебирать сотни кривых переноса из более чем 20 различных точек крепления автомобиля.

6.2 Будущие тенденции развития

Индустрия движется к более жесткому сочетанию физического тестирования и моделирования CAE. Автопроизводители также создают инструменты ИИ для автоматической сортировки массивов данных и автоматического обнаружения рисков. Кроме того, инженеры создают новые методы испытаний для обработки высокочастотных шумов нытья, обнаруженных в новых энергетических автомобилях (NEVS).

7. Заключительные мысли

Анализ NTF и VTF составляет основу автомобильной инженерной системы NVH. Отображая, как именно вибрация распространяется и превращается в шум, команды могут заметить точную часть, вызывающую проблему. Освоение этих инструментов, наряду с моделированием CAE, дает автопроизводителям возможность создавать более тихие автомобили, снижать затраты на НИОКР и завоевывать требовательных водителей.

8. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

Q1: Что такое NTF и VTF и как они определяются в автомобильной технике?

Ответ: В транспортном средстве NVH, VTF (функция передачи вибрации) Отслеживает, как вибрации перемещаются от источника (например, ступицы колеса) к частям, к которым вы прикасаетесь (например, к рулевому колесу). NTF (функция передачи шума) Измеряет, как та же самая вибрация превращается в реальное звуковое давление, поражающее уши пассажиров. Оба используют математику, чтобы сравнить начальную силу с конечной реакцией кабины на разных частотах.

Q2: Какова основная цель проведения анализа NTF и VTF?

Ответ: Мы проводим эти тесты, чтобы найти слабые структурные пятна и сопоставить точные пути, которые шум и вибрация принимают, чтобы войти в салон. Глядя на данные о переносе, мы можем выделить конкретную часть, например, жесткую втулку подвески или тонкую панель пола, которая увеличивает проблему, что дает нам четкую цель для исправления.

Q3: Как инженеры интерпретируют результаты передаточной функции, чтобы найти проблемы с NVH?

Ответ: Мы внимательно смотрим на кривые частотно-реагирования, генерируемые нашими датчиками. Мы ищем острые «пики» на графике, где вибрация или шум выходят за пределы наших проектных целей.

Пик означает, что структура очень чувствительна при этой конкретной частоте. Мы сопоставляем эту пиковую частоту (скажем, 30 Гц) с известным источником (например, холостым двигателем), чтобы отследить первопричину.

Q4: Каковы наиболее распространенные способы оптимизации или уменьшения неблагоприятных передаточных функций в транспортных средствах?

Ответ: Когда мы находим плохую функцию передачи, моя команда на Dowway Vehicle обычно исправляет ее:

• Увеличение жесткости: Добавление жесткости для смещения резонанса деталей от проблемной частоты.
• Обновление демпфирования: Замена резиновых втулок или опор двигателя для материалов, которые поглощают больше энергии.
• Развязывающие пути: Изменение того, как детали соединяются друг с другом, чтобы несколько вибрационных путей перестали укреплять друг друга.

Q5: Как конкретно используются NTF и VTF в течение жизненного цикла разработки автомобиля?

Ответ: Инженеры используют эти инструменты с первого дня. На ранней стадии проектирования мы запускаем программное обеспечение CAE для моделирования NTF/VTF на виртуальных моделях автомобилей, чтобы улавливать очевидные недостатки. На этапе прототипа мы помещаем настоящие автомобили в испытательные камеры, чтобы проверить, соответствуют ли физические номера виртуальным моделям. Даже после того, как автомобиль попадет на конвейер, мы используем тесты VTF для быстрой диагностики непредвиденных заводских проблем, таких как холостые вибрации.