Руководство по NVH транспортного средства: анализ и оптимизация шума

< Назад к развитию производительности

Автор: Джонни Лю, генеральный директор Dowway Vehicle

Опубликовано: 28 февраля 2026 г

Введение в анализ шума автомобиля в NVH

NVH означает шум, вибрацию и резкость. Это основная инженерная дисциплина, ориентированная на повышение комфорта пассажиров и тишина в салоне. Автомобильная промышленность быстро смещается в сторону интеллектуальных и электрических автомобилей. Из-за этого покупатели хотят большего, чем базовый транспорт; Они ожидают премиальной, тихой поездки. В настоящее время NVH Research and Development (R&D) занимает от 15% до 20% от общего количества затрат на разработку транспортных средств. Для люксовых брендов это число становится еще выше. Шум является наиболее очевидным негативным опытом для пассажира. Откуда это? В нем смешаны несколько сложных областей: механическая вибрация, аэродинамика и материаловедение.

Почему мы анализируем шум автомобиля? Основная цель — найти именно то, где начинается звук, отслеживать, как он путешествует, и измерить его точную силу. Затем инженеры используют структурные настройки, лучшие материалы и модернизацию производства, чтобы поддерживать шум в кабине в строгих ограничениях комфорта. В этом руководстве я расскажу о технических системах, новейших инструментах тестирования и точных рабочих процессах, которые мы используем для устранения проблем с шумом автомобиля.

Понимание шума автомобиля: определения и категории

Шум автомобиля NVH означает нерегулярные звуковые волны, которые создают детали автомобиля и внешние силы во время вождения. Общий фоновый шум в основном остается неизменным. Но шум автомобиля меняется в зависимости от того, как вы едете. Ваша скорость, вес в машине и тип дороги — все меняют звук. Кроме того, звук и физическая тряска всегда идут вместе.

Оценка рассматривает две основные области:

• Объективные показатели: Жесткие числа, такие как уровень звукового давления (SPL в дБ), частотные диапазоны (Гц) и спектральные паттерны.
• Субъективное восприятие (суровость): Насколько грубой или неудобной поездкой на самом деле кажется человеку. Машина не может легко измерить это чувство, что делает его сложной задачей при тестировании NVH.

Основываясь на том, как формируются звуки, мы группируем шум автомобиля в четыре основных ведра:

1. Шум трансмиссии

Это самый большой шум для автомобилей как для автомобилей с двигателем внутреннего сгорания (льда), так и для новых энергетических автомобилей (NEVS). Он составляет от 30% до 50% от общего шума автомобиля.

• Механический шум (20-2000Гц): Приходит от движения двигателя или мотора, например, поршни, попадающие или шлифовальные шестерни. Шаг меняется напрямую с оборотами двигателя.
• Аэродинамический шум (100-5000Гц): Поставляется от впускных и выхлопных труб или вентиляторов охлаждения. Поскольку воздух движется быстрее, шум становится намного громче.
• Электромагнитный шум (1000-10000Гц): Встречается в основном в NEVS. Это происходит, когда магнитные силы двигателей и ротора взаимодействуют, создавая высокое хныканье.

2. Дорожный шум

Ухабистые дороги и трение шин создают этот звук. На него приходится от 20% до 40% от общего шума.

• Шум шин: Вы слышите звуки рисунка протектора (1000-8000 Гц), удары ударов (50-500 Гц) и низкие упругие вибрации (20-200 Гц).
• Шум подвески (50-1000 Гц): Контрольные рычаги вибрируют, а резиновые втулки теряются во время движения.
• Структура кузова вибрация Шум (20-500 Гц): Дорога трясет подвеску, которая затем встряхивает металлические панели кузова автомобилей.

3. Шум ветра

Когда вы проезжаете более 80 км/ч, воздух попадает в машину и создает шум ветра. Это составляет от 20% до 30% от общего звука.

• Шум разделения воздуха (500–5000 Гц): Воздух поражает такие формы, как передние стойки или боковые зеркала, разбивается и вращается в шумные вихри.
• Шум утечки (1000-3000Гц): Высокий свист происходит, когда воздух пробирается сквозь крошечные промежутки в дверных уплотнениях.

4. Дополнительный шум

Это включает в себя вентилятор, рулевые рейки, тормоза и вибрационные пластмассы приборной панели. Обычно вы слышите эти звуки включения и выключения в диапазоне 20-5000 Гц.

Передовые технологии тестирования для анализа шума автомобиля

Хороший анализ NVH начинается с идеальных данных. Наше правило простое: собирать данные без помех, тестировать каждое состояние вождения и идеально синхронизировать все датчики.

Основное оборудование для тестирования

• Устройства сбора шума: Используем микрофоны в свободном и поле с давлением. Мы также используем искусственные головки для записи звука точно так, как слышат человеческие уши. Системы сбора данных (DAQ) собирают эти данные с высокой скоростью (≥51,2 кГц). Наконец, акустические камеры помогают нам на самом деле «видеть» горячие точки на экране.
• Вспомогательное испытательное оборудование: Акселерометры IEPE отслеживают вибрации. Тахометры отслеживают обороты двигателя. Мы делаем все это внутри симуляторов окружающей среды, таких как гемайно-анеховые камеры или экстремальные климатические комнаты.

Ключевые условия тестирования

• Статические условия: Мы тестируем машину при стоянке. Оставляем его на холостом ходу, включаем кондиционер, поворачиваем рулевое колесо и имитируем тяжелые нагрузки.
• Динамические условия: Управляем машиной на постоянной скорости. Мы проверяем широко-открытую дроссельную заслонку (WOT) ускорение. Мы управляем машиной по грубым бельгийским кварталам и взрываем его высокоскоростными боковыми ветром.

Предварительная обработка данных

Необработанные звуковые файлы полны бесполезных ошибок. Мы их убираем. Мы используем фильтры верхних и нижних частот. Убираем линейные тенденции. Мы применяем окна Хэннинга или Хэмминга, чтобы остановить утечку данных. Мы удаляем странные статистические выбросы и стандартизируем окончательные числа на A-взвешенные децибелы (DBA).

Основные технологии в анализе шума автомобиля

Технология анализа спектра

Этот метод превращает звуковые волны, основанные на времени, в частотные графики. Мы смотрим на полосы спектральной плотности мощности (PSD) и октавные полосы, чтобы увидеть, где обитает энергия. Например, всплеск на частоте 50-200 Гц обычно означает дорожный шум. Всплеск более 1000 Гц обычно означает ветер или нытье электродвигателя.

Технология анализа заказов

Мы используем это для звуков, которые повторяются, когда части вращаются быстрее. Используя математику отслеживания заказов, инженеры связывают определенные звуки с физическими частями. Мы можем доказать, что HUM — это двигатели 2-го поршня 2-го порядка, или магнитный хныканье электромоторов 8-го порядка.

Технология анализа пути передачи (TPA)

TPA измеряет, сколько звука проходит по конкретным маршрутам. Звук переходит от источника к уху водителя. Мы используем традиционный анализ TPA или операционного пути (OPA) для его отслеживания. Это говорит нам о том, что дорожный шум проходит по воздуху или трясется через металлические рычаги подвески.

Технология локализации источника звука

Это точно отвечает «где» живет шум. Акустические камеры дают нам точную точность для шума ветра. Звуковая интенсивность зондов отслеживает гул двигателя. В ближней акустической голографии (NAH) показано, как именно вибрирует межкомнатная дверная панель.

Стратегии оптимизации шума автомобиля и тематические исследования

Когда мы исправляем проблемы с шумом, мы следуем строгому порядку:

1. Исходное управление (наивысший приоритет): Остановите шум до того, как он начнется. Мы настраиваем сгорание двигателя, ставим на колеса более тихие шины и разглаживаем дверные ручки, чтобы исправить аэродинамику.
2. Блокировка пути (вторичная): Не позволяйте шуму путешествовать. Мы устанавливаем более мягкие гидравлические крепления подвески Мы делаем кузов автомобиля более жестким (роскошные автомобили часто достигают 40 000 Нм/градус жесткости на кручение). Мы также загружаем в стены приборной панели толстую акустическую пену.
3. Подавление ответов (дополнительно): Если шум все еще проходит, мы его поглощаем. Наклеиваем тяжелые коврикы на металлические панели. Мы также используем динамики активного шумоподавления (ANC) для воспроизведения противоположных звуковых волн и отмены шума.

Реальный инженерный пример примера: компактный автомобиль HUM

• Проблема: При скорости 80 км/ч компактная машина имела громкий 65 дБ(А) низкочастотный шум внутри салона.
• Анализ: Мы запустили тесты спектра и заказа. Мы нашли пик дорожного шума с частотой 150 Гц и 300 Гц поршневого пика. TPA показал, что 55% всего звука проходило прямо через подвеску.
• Решение: Мы атаковали все три уровня. Мы добавили шины с низким уровнем шума (источник). Мы поменялись местами в втулках гидравлической подвески (путь). Наконец, мы приклеили к полу более толстые демпфирующие панели (ответ).
• Результат: Шум упал до тихих 58 дБ(А). Раздражающий гул исчез, и водители-испытатели оценили поездку на 30% более комфортно.

Заключительные мысли и будущие тенденции

Анализ шума транспортного средства NVH следует заданному циклу: тестируйте, анализируйте, находите источник и путь и исправляйте. По мере того, как автомобильный мир переходит на электромобили и программное обеспечение для автономного вождения, наши рабочие места меняются. Теперь мы тратим время на погоню за высокими электромагнитными шумами и настраиваем искусственные звуки предупреждения для пешеходов (AVA). Вскоре искусственный интеллект (ИИ) будет автоматически сопоставлять источники шума для нас. Виртуальное программное обеспечение CAE предсказывает звуки еще до того, как автомобиль будет построен. Смешивая акустику, программное обеспечение и материалы, мы продолжим делать каюты тише.

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

1. Что такое анализ шума автомобиля (NVH)?

Анализ шума автомобиля подпадает под NVH (шум, вибрация и резкость). Это инженерная практика измерения и уменьшения нежелательных звуков и физического встряхивания автомобилей. Инженеры находят, где начинаются звуки, измеряют их датчиками и используют программные инструменты, чтобы сделать езду более плавной.

2. Почему важен анализ шума автомобиля?

NVH напрямую контролирует комфорт пассажиров. Тихая каюта останавливает усталость водителя и сообщает покупателю, что автомобиль премиум. Кроме того, правительства соблюдают строгие правила в отношении того, насколько громким может быть автомобиль снаружи. Обнаружение этих проблем с шумом на компьютере в начале процесса проектирования экономит миллионы затрат на физическое прототипирование.

3. Каковы основные источники шума автомобиля?

Самый громкий звук меняется в зависимости от того, как быстро вы едете и есть ли у вас двигатель или батарея. Обычными виновниками являются механические детали (двигатели, шестерни), трение с шинами на дороге, аэродинамическая турбулентность ветра и аксессуары, такие как вентиляторы переменного тока. Поскольку электромобили не имеют громких газовых двигателей, чтобы скрыть фоновые звуки, шумы ветра и шин становятся гораздо более очевидными.

4. Как измеряется и анализируется шум в транспортных средствах?

Инженеры используют физические инструменты, такие как микрофоны, для звука и акселерометры для вибрации. Они подключаются к системам сбора данных (DAQ). Затем мы запускаем эти данные с помощью математики быстрого преобразования Фурье (FFT), чтобы найти частоты, анализ пути передачи (TPA) для отслеживания движений звука и инструментов прогнозного моделирования.

5. Какие методы используются для уменьшения шума автомобиля?

Мы используем четыре основных трюка, чтобы успокоить машину. Мы перерабатываем детали, чтобы избежать физического резонанса. Мы используем резиновые крепления или гидравлическую жидкость для блокировки вибрации. Мы добавляем толстую акустическую пену для поглощения звуков, переносимых в воздух. Наконец, мы используем активные динамики управления шумом для воспроизведения противоположных звуков, которые компенсируют низкочастотные гудки.