Полное руководство по тестированию уровня шума и вибрации в автомобилях: методы, оборудование и особенности электромобилей.

< Назад к развитию производительности

Джонни Лю, генеральный директор компании Dowway Vehicle.

Опубликовано: 3 марта 2026 г.

За годы работы в области автомобильной акустики я заметил существенный сдвиг. Покупателей автомобилей больше всего волнует тишина и плавность хода. Показатели NVH (шум, вибрация и жесткость) раньше были второстепенным фактором. Теперь же от них зависит успех автомобиля на рынке. В этом руководстве мы рассмотрим, что означает NVH, как мы проводим его тестирование на разных уровнях, какое оборудование используем и какие новые проблемы возникают с появлением электромобилей.

1. Введение в автомобильные NVH-тесты

Автомобильные испытания на шум и вибрацию (NVH) используют строгие методы и высокочувствительное оборудование для отслеживания шумов и вибраций во время движения автомобиля. Инженеры изучают эти сигналы, чтобы определить точные источники, измерить, насколько сильно они ощущаются пассажиром, и внести корректировки в конструкцию.

Основная концепция NVH

Показатель NVH (шум, вибрация и жесткость) охватывает три взаимосвязанных параметра, которые позволяют оценить звук и вибрацию автомобиля:

• Шум: Звуки, которые вы слышите в воздухе во время движения. Сюда входят шум трансмиссии (гудок двигателя), шум ветра, шум шин и звуки, излучаемые вибрацией листового металла. Мы измеряем их с помощью уровня звукового давления (дБ) и частотного спектра.
• Вибрация: Физическая вибрация, которую вы ощущаете через сиденья, пол или руль. Она вызвана работой силового агрегата, неровными дорогами и аэродинамическими нагрузками. Мы отслеживаем её с помощью показателей ускорения, перемещения или скорости. Её частота и величина напрямую влияют на комфорт поездки.
• Жесткость: Вот как люди на самом деле ощущают шум и вибрацию. Это описывает внезапное ощущение удара или толчка, особенно в среднечастотном диапазоне (15-300 Гц). Представьте себе сильную тряску на неровной дороге или резкий рывок при запуске двигателя.

Тестирование NVH (шум, вибрация, жесткость) связывает достоверные данные с ощущениями человека. Вибрация является основной причиной шума, а жесткость — это просто реакция нашего организма на оба фактора.

2. Классификация методов испытаний автомобильных NVH-датчиков.

Для комплексного решения проблем со звуком инженеры разделяют тестирование на шумо- и виброизоляцию на три отдельных уровня:

1. Тестирование NVH на уровне автомобиля: Мы тестируем полнофункциональные прототипы или серийные автомобили в реальных условиях эксплуатации. Это позволяет выявить такие серьезные проблемы, как шум ветра на высоких скоростях, резонанс кузова и раздражающие дребезжания в салоне.
2. Тестирование NVH на уровне подсистем: Мы рассматриваем конкретные группы деталей, такие как силовой агрегат, шасси и кузов. Это позволяет точно определить источники шума (например, уровень шума и вибрации в подвеске шасси или акустические характеристики кузова), чтобы идеально подобрать подсистему к остальной части автомобиля.
3. Тестирование NVH на уровне компонентов: Мы проверяем отдельные детали. Проверка шин, опор двигателя, уплотнителей дверей или корпусов двигателя позволяет нам устранить шум и вибрацию непосредственно в источнике.

3. Необходимые условия и оборудование для проведения испытаний на шум и вибрацию (NVH).

Качественные испытания на шум и вибрацию основаны на одном простом правиле: точный захват сигналов, блокирование внешних помех и имитация реальных условий вождения.

Строгие требования к среде тестирования

• Акустические камеры: Шумовые испытания проводятся в полубезэховых камерах (которые имитируют открытые пространства с фоновым шумом <20 дБ(А)) или в полностью безэховых камерах для точного определения источников звука (фоновый шум <10 дБ(А)).
• Контроль вибрации: Испытательные стенды изолируют автомобиль от земли, поддерживая ускорение вибрации пола ниже 0,01 м/с².
• Климат-контроль: Для обеспечения безупречной работы датчиков в помещениях поддерживается температура 23±2℃ и относительная влажность 50±5%.
• Подготовка автомобиля: Мы проверяем правильность давления в шинах, уровня масла и охлаждающей жидкости. Силовой агрегат должен быть полностью прогрет, и мы убираем все незакрепленные предметы из салона.

Основное испытательное оборудование и датчики

1. Системы сбора данных (DAQ): «Мозг» системы. Системы высшего уровня, такие как Siemens LMS SCADAS или HBK QuantumX, обрабатывают от 32 до более чем 256 каналов. Они отличаются частотой дискретизации ≥51,2 кГц и динамическим диапазоном ≥160 дБ. Кроме того, они включают в себя питание от IEPE, автоматическое распознавание TEDS и синхронизацию с GPS.
2. Микрофоны: Для записи используются прецизионные микрофоны диаметром 1/4 или 1/2 дюйма (чувствительность ≥50 мВ/Па, 20 Гц–20 кГц). Акустические камеры используют согласованные по фазе микрофонные массивы, а искусственные головы записывают трехмерный бинауральный звук.
3. Акселерометры и виброметры: Пьезоэлектрические датчики IEPE измеряют физические колебания (от ±50g до ±500g, 0,5 Гц-10 кГц) рулевых колес и опор. Лазерные виброметры сканируют горячие выхлопные газы или вращающиеся корпуса двигателей, не касаясь их.
4. Вспомогательные датчики: Тахометры и энкодеры отслеживают вращение деталей, а датчики силы выполняют анализ траектории передачи (TPA).
5. Программное обеспечение и испытательные стенды: Программы типа Siemens Testlab, HEAD ArtemiS или B&K PULSE позволяют проводить БПФ в реальном времени, отслеживать заказы и выполнять психоакустические измерения (громкость, резкость, шероховатость). Физическое оборудование включает в себя шасси-динамометры, стенды для испытаний силовых агрегатов и вибростенды.

4. Стандартные процедуры и международные правила

Методологии пошагового тестирования

• На уровне транспортного средства: Мы проверяем уровень шума в салоне на холостом ходу, при движении со скоростью 40/80/120 км/ч, при разгоне и накатом. В хорошо настроенном автомобиле уровень шума в салоне на скорости 120 км/ч не превышает 62 дБ. Мы также измеряем шум от проезжающих мимо машин снаружи. Для измерения BSR (жужжание, скрип и дребезжание) акустические камеры отслеживают звуки трения на неровных испытательных трассах.
• Уровень подсистемы: * Силовой агрегат: Динамометры улавливают шум шестерен или двигателей. В отличных электромобилях шум высокоскоростных двигателей не превышает 30 дБ.

• Шасси: Технология TPA точно определяет, как вибрация распространяется по раме при проезде лежачих полицейских или гравийных участков.
• Тело: Ударные молотки и вибростенды проверяют собственную частоту и затухание металла, чтобы предотвратить резонанс.
• На уровне компонентов: Мы изучаем низкочастотный шум от шин в диапазоне 20-200 Гц, проверяем, насколько хорошо опоры двигателя поглощают удары, и проверяем шум, исходящий от корпусов двигателя.

Глобальные стандарты тестирования

Инженеры придерживаются строгих правил для обеспечения согласованности данных во всем мире:

• Международный: ISO 362 и ECE R51 (Внешний шум), ISO 5128 (Шум в салоне), ISO 2631 (Вибрация всего тела) и ISO 5349 (Вибрация, передаваемая через руки).
• Национальный (Китай): GB 1495 (соответствует ECE R51), GB/T 18697 (соответствует ISO 5128) и GB/T 4970 (Комфорт езды).

5. Новые вызовы в тестировании NVH (шум, вибрация и жесткость) электромобилей

Переход на электропитание полностью меняет правила работы с шумом и вибрацией:

1. Изменение источников шума: Громкий звук бензинового двигателя больше не заглушает другие звуки. Главным раздражающим фактором становится высокочастотный свист электродвигателя (2000-8000 Гц), для устранения которого требуется точное определение источника шума.
2. Выраженный низкочастотный гул: Более медленные вибрации электромобиля естественным образом совпадают с частотой колебаний кузова. Это вызывает низкочастотный гул в диапазоне 20-200 Гц, который ухудшает комфорт пассажиров.
3. Расширенные сценарии использования электромобилей: Теперь тестировщики проверяют физические толчки при запуске и остановке двигателя, звук рекуперативного торможения и шум вентилятора охлаждения во время быстрой зарядки высокой мощности.

6. Передовые технологии преобразуют тестирование NVH (шума, вибрации и жесткости).

Для решения проблем, связанных с шумом в электромобилях, тестировщики используют новые инструменты:

• Акустические камеры и формирование луча: Модули, подобные NTS.LAB ACX, объединяют микрофоны в группы. Они используют алгоритмы задержки и суммирования (сопоставление моделей плоских или сферических волн) для построения «звуковых тепловых карт», которые точно показывают, где локализован высокочастотный свист мотора.
• Анализ путей передачи (TPA): Методы Fast TPA и Operational TPA (OTPA) позволяют инженерам точно рассчитать, как звук распространяется через раму, без разборки автомобиля.
• Распознавание BSR с помощью ИИ: Программы с искусственным интеллектом автоматически сортируют звуковые файлы. Они улавливают мельчайшие скрипы и дребезжания гораздо лучше, чем человек, слушающий на слух.
• Интеграция виртуального моделирования: Команды объединяют ранние этапы компьютерного моделирования CAE с реальными испытаниями, чтобы создать быстрый цикл тестирования и исправления ошибок.

7. Ключевые точки контроля качества и устранение неполадок

Для получения достоверных данных необходимы строгие правила поведения:

• Настройка датчиков: Направьте микрофоны прямо на поверхность. Акселерометры надежно закрепите болтами или клеем, чтобы они не теряли сигнал.
• Параметры выборки: Для предотвращения эффекта наложения спектров используйте частоту дискретизации, как минимум в 2,56 раза превышающую максимальную частоту сигнала. Запись должна длиться более 10 секунд, и каждый тест следует повторять не менее 3 раз.
• Поиск неисправностей:

• Искажение сигнала: Проверьте крепления и заблокируйте электромагнитные помехи (ЭМП) от электродвигателей.
• Неточная локализация: Расширьте массив микрофонов, используйте ближнепольную акустическую голографию (NAH) или подключите акустические камеры высокого разрешения.
• Низкочастотная неточность: Перейдите на специальные низкочастотные акселерометры, записывайте данные в течение более длительного времени и улучшите звукоизоляцию испытательного стенда.

8. Перспективы на будущее

Тестирование NVH (шума, вибрации и жесткости) автомобилей становится все более совершенным. Искусственный интеллект и большие данные вскоре позволят автоматически выявлять неисправности и предлагать решения. Специалисты будут испытывать автомобили в новых условиях, таких как маршруты автономного вождения и экстремальные погодные условия. По мере того, как правила, специфичные для электромобилей, становятся стандартом, сочетание компьютерного моделирования с физическими испытаниями сократит время разработки и обеспечит людям желаемый уровень тишины в салоне.

Часто задаваемые вопросы (FAQ) об автомобильных NVH-тестах

В1: Что такое автомобильные NVH-тесты?

NVH расшифровывается как шум, вибрация и жесткость. Этот тест измеряет нежелательные звуки и тряску в автомобиле, чтобы сделать его более комфортным и качественным. Он позволяет точно определить местоположение и размеры этих проблем, чтобы инженеры могли их устранить.

В2: Почему важны испытания на шумо- и виброизоляцию в автомобилях?

Это важно по нескольким причинам:

• Комфорт пассажиров: Слишком сильный шум и тряска вызывают усталость.
• Восприятие качества: Тихий автомобиль создает ощущение более комфортного и дорогого автомобиля.
• Соблюдение нормативных требований: Автомобили должны соответствовать строгим нормам по уровню шума как внутри, так и снаружи.
• Потребности в электромобилях: Без громкого бензинового двигателя шум ветра и дороги становится ощутимым. Электромобилям требуется дополнительная работа по снижению шума и вибрации, чтобы обеспечить тихую езду.

В3: Какие основные методы используются в автомобильных NVH-тестах?

К распространенным методам относятся проверка уровня звукового давления (SPL) для определения уровня шума в салоне, вибрационный анализ с использованием акселерометров, анализ путей передачи звука (TPA) для отслеживания распространения звука внутри рамы и модальный анализ для определения мест, где возникает резонанс металла. Мы проводим эти исследования в реальных условиях, на динамометрах или в полубезэховых камерах.

Вопрос 4: Когда следует проводить испытания на шумо- и виброизоляцию (NVH) в процессе разработки автомобиля?

Это помогает на всех этапах. Команды начинают с компьютерного моделирования, переходят к проверке отдельных компонентов, создают полномасштабные прототипы автомобилей для испытаний на закрытой трассе и завершают этапом предсерийной проверки, чтобы гарантировать соответствие автомобиля всем проектным требованиям и мировым стандартам.

В5: Каковы основные препятствия в современных автомобильных испытаниях на шум и вибрацию (NVH)?

Испытатели сталкиваются с трудностями, связанными с изменением погодных условий во время дорожных испытаний, разделением источников шума различного характера и получением точных высокочастотных данных. Электромобили добавляют новые сложности, такие как выявление высокочастотного шума двигателя (2000-8000 Гц) и подавление низкочастотного структурного гула (20-200 Гц).