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中国汽车NVH技术的过去、现在以及未来

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发表于 2019-1-6 22:56:01 | 显示全部楼层 |阅读模式


过去:2003年以前


  • 自关闭守到国门打开时期

  • 合资品牌汽车垄断时期

  • 自主品牌汽车出现时期



现在:2003-2010年

  • NVH启蒙时期:2003-2007

  • NVH快速发展时期:2007-2010



未来:2011以后

  • 近期未来:2011-2015

  • 长远未来:2016以后





2003年以前

声学与振动的基础领域



声学与振动是一门古老的学科,中国在振动与声学方面的研究非常深入,其中比较有代表性的有:

  • 中科院声学所、南京大学:基础声学、水声学

  • 同济大学:建筑声学



期间涌现出一些大师级人物:

  • 马大猷院士:声学专家,在微穿孔板上的贡献

  • 魏荣爵院士:声学专家,在非线性声学上的贡献

  • 杨叔子院士:振动专家,在信号识别、故障诊断上的贡献

  • 杜庆华院士:力学专家,在振动、边界元上的贡献

  • 吴有声院士:水弹性力学与船舶力学专家,流固耦合振动



噪声与振动的应用领域

八十年代以来,中国在噪声与振动应用领域非常活跃。如:

  • 船舶系统:上海交通大学、武汉701所、无锡702所,都具有良好的消声室、混响室、水声室等。

  • 航天与航空系统:南京航空大学、西北工业大学,涉及到复杂结构的模态问题、结构振动等。

  • 机械领域:华中科技大学、清华大学,涉及到故障诊断、信号处理等。



汽车噪声与振动几乎是空白

1949年到80年代初(自关闭守到国门打开时期):

  • 中国主要是生产卡车

  • 轿车的产量很少(红旗牌、上海牌,等)

  • 少量苏联和东欧的轿车

  • 轿车是高档的奢侈品

  • 几乎没有关注NVH性能



80年代初-90年代中期(合资品牌汽车垄断时期):

  • 自主品牌轿车(红旗、上海)退出市场。

  • 合资品牌占领中国市场,特别是大众的桑塔纳独霸天下。n合资品牌汽车基本上在国外开发,在中国,只有生产组装线。



90年代中期-2003年(自主品牌汽车出现时期):

  • 合资品牌汽车仍然把持着中国市场。针对中国市场,开始了部分改款设计,涉及到一点点NVH问题。

  • 自主品牌开始出现。只停留在整车和系统的布置设计,而且以模仿居多。

  • 对NVH和其他的性能关注很少,也没有实力来做好性能。

  • 自主品牌汽车的NVH性能非常差。在有车就能卖出去的年代,顾客不挑剔,而且顾客对汽车的认识也不多。

  • 对明显的NVH问题,采取“头痛医头,脚痛医脚”的工作方式。而且办法很少,效果不显著。

  • 没有系统的开发流程。




现在:2003年-2010年

现在时期:分为两个阶段:



  • NVH启蒙时期:2003-2007

  • NVH快速发展时期:2008-2010



启蒙时期的特征

各个方面都开始重视NVH

  • 主机厂(OEM)意识到NVH的重要,逐年增加投入,NVH队伍快速扩大

  • 行业关注NVH,各种会议和培训越来越多,汽车工程学会NVH学组成立

  • 顾客逐渐走向成熟,对噪声与振动开始挑剔;

  • 海外华裔学者对中国汽车NVH发展的推进,比如讲课、出书、交流等




实验室与CAE的大量投入

各个公司纷纷兴建试验室,如:

  • 2005年,一汽建成大型整车消声室和发动机全消声室,等;

  • 2006年,泛亚建成整车消声室、发动机消声室、模态实验室,等;

  • 2006年,长安建成大型整车消声室。



CAE的使用开始普及:

人才队伍快速发展

  • 从事NVH的工程师逐步增加,以长安为例:2003年,只有5名NVH工程师;2007年,超过30名;

  • 企业开始在海外招聘NVH专家。



高校、咨询公司与供应商

  • 高校的一些教授开始了NVH研究,NVH研究生招生扩大,企业开始了与高校的合作;

  • 国外的相关公司(LMS,BK,Altair,等等),在中国的业务主要是出售仪器和软件,国内的咨询公司开始出现,主要是做CAE分析。

  • 国外供应商的提供相应的技术支持,沿海的自主供应商开始重视产品的研发,逐步具备产品开发能力

  • 内地的供应商还没有觉醒,只有简单的加工能力



研发和研究领域

在前期,主要是解决通过噪声的问题,后期开始关注车身和整车,如:

  • 车身模态与声学包装

  • 进气和排气系统

  • 悬置系统



但还有很多领域很少被关注:

  • 发动机

  • 变速器和动力传动系统

  • 路噪

  • 风噪

  • 声品质

  • 电器




现在:NVH快速发展时期:2008-2010

这个时期,中国自主品牌汽车正在经历从空间布置开发到性能主导开发。




什么是空间布置开发

  • 是以空间布置的状况来决定汽车的结构

  • 空间布置设计基本上是模仿参考车,但基本不理解对参考车的性能设计。

  • 当样车出来后,才测试部分性能。当一些基本设计不合理时,要改动已经很难了.。例子:进排气歧管的设计



什么是性能主导的开发

  • 在空间布置开发的基础上,同时进行性能开发

  • 静态性能:造型、人机工程,等

  • 动态性能:NVH、碰撞安全、操控,等



快速发展时期的特征

对NVH的重视加速

  • 市场激烈的竞争使得主机厂对NVH高度重视,在NVH上的投入成倍增加,对NVH人才的需求更大

  • 行业的关注力度加大,汽车行业、航天、船舶等在都关注汽车NVH。

  • 各种讲课、培训更加频繁。例如:今年9月、10月、11月都有大型NVH培训或者会议

  • 行业间的交流扩大。例如:主机厂之间、主机厂和供应商之间;

  • 政府把NVH作为自主汽车的一个重要技术领域,准备建立“企业噪声振动国家实验室”。



全面建设NVH实验室和发展CAE能力

  • 实验室的投入快速增加。没有实验室的企业忙着建实验室,如奇瑞;有实验室的企业开始兴建新的实验室,在数量上增加,如长安;中立机构修建实验室,如天津汽车研究中心,重庆汽车研究院。

  • 风洞实验室投入使用。同济大学建立大型风洞实验室;吉林大学建立小型风洞实验室;绵阳对航空风洞进行改造成可以用于汽车测试的风洞。企业对风洞的需求增加,有些企业在国外做风洞试验。

  • CAE的更广泛地应用。开始涉足整车领域、非线性领域。同时开始了统计能量分析等新领域。



人才队伍迅速发展

  • 从事NVH的工程师逐步增加,以长安为例:2007年:NVH工程师30人,2009年:NVH工程师超过100人;

  • 海外NVH专家回流的数量增加

  • 人才的梯队开始形成


高校、咨询公司与供应商

  • 高校:与企业的合作加强,建立战略联盟的关系,开始了部分基础方法的研究。

  • 咨询公司:国外的咨询公司(LMS,BK,Altair,等等)开始大量介入咨询项目;国内的咨询公司在成长,除了做CAE分析外,开始涉足测试分析。

  • 供应商:国外的供应商开始在中国发展研发能力;沿海的自主供应商开始成熟,部分企业与国外供应商旗鼓相当;内地的供应商开始觉醒。



流程、规范、数据库

  • NVH开发流程的建立

  • NVH规范的完善

  • NVH数据库的建立



研究领域的扩大

几乎铺开到汽车所有的系统和领域,如发动机、动力总成传递(发动机-离合器-变速器)系统、风噪系统。


自主品牌轿车NVH水平大大提高

例子:长安“悦翔”的NVH水平超过了同级别合资品牌轿车

中国汽车NVH领域存在的问题

  • 具备基本的试验条件,但数量上远远不够

  • 缺少某些领域的实验室,比如动力传动NVH实验室,等等

  • 具备基本的CAE条件,但硬件和软件的支撑上要加强

  • 具备一定的NVH工程实践经验,但专家队伍远远不足

  • 开展了不少NVH领域,但广度和深度上还有很长的路要走

  • 建立了初级的NVH数据库,但需要完善

  • 建立了NVH流程与部分规范,但不完善,不标准,执行力不够

  • 开展部分NVH方法及基础的前沿探索,但还有很长的路要走

  • 研究的水平和论文质量不高



NVH开发流程的问题

  • 自主开发的流程是混乱的

  • NVH的开发模式也不清晰

  • 目标设定及分解不明确

  • 没有足够的多方案设计

  • 不能在开发的前期发现问题

  • 在前期不能做到与其他性能间的平衡

  • 与D&R工程师的合作不密切

  • 不能预测工装车NVH性能

  • 缺乏有效的交流平台




NVH的未来:2011年以后

产品开发与研究的三个层次



  • 产品开发

  • 方法研究

  • 基础科学



近期未来:2011-2015年,做好第一层次的工作,产品接近世界一流水平,完善第二层次的工作,由学校与企业共同完成


长远未来:2016年以后,继续做好第一和第二层次的工作,逐步建立科学实验室,从事噪声振动的基础研究。


对2015年的预计:

  • 中国汽车产量将达到2000万辆,其中自主品牌占到50%。

  • 一些企业的自主品牌轿车产量会超过100万辆

  • 一些合资企业将在中国开发全新的车型



实验室和人员需求

对一个自主开发的汽车达到100万辆,有几个车型平台,有十多个甚至更多款车的企业来说,需要大量的实验室、人员。


实验室:

  • 需要兴建传动系统NVH实验室

  • 需要有自己的低噪声空气动力风洞试验室

  • 需要兴建环境整车消声室

  • 增加整车实消声室

  • 增加发动机消声室

  • 弹性元件实验室

  • 材料实验室


。。。。。。。


人员:

  • 至少需要300~500名NVH工程师

  • 每个领域都有专家



主机厂-供应商-高校的格局

主机厂:

  • 开发的模式和流程与世界一流企业相近

  • 建立了完善的数据库、知识体系

  • 与供应商的分工比较明确

  • 建立了NVH基础与方法研究部门,从事方法研究



供应商:

  • 有自己独立的研发能力

  • 很多部件和系统的开发由供应商来承担



高校:

  • 与企业的合作,主要是在基础方法方面,而不是解决具体问题

  • 研究基础层次的问题



行业的交流

  • 中国NVH协会将成为一个在国际上有影响的组织

  • 年会的规模将达到500人,甚至更多

  • 发表的论文将深层次地总结开发中的问题

  • 它将更紧密地与“国家重点实验室”和高校合作

  • 主导全国NVH知识的培训



技术发展

整车NVH集成技术

  • 以声品质为主导的开发。更加重视声音阶次成分,而不是以总声级为主导

  • 建立汽车品牌的DNA

  • 实现各个源和通道的噪声与振动对车内贡献量的精确而快捷的分析,以及排序分析

  • 以动态密封来指导风噪的控制

  • 目标制定与分解的精确化

  • 整车CAE分析以非线性分析的精确化

  • 摩擦噪声的机理与控制

  • 主动噪声与振动的广泛应用

  • 统计能量分析的应用

  • 高里程数的NVH问题



车身NVH技术

  • 车身气密性与声密性的统一

  • q局部模态、整体模态、车身接附点的优化

  • 结构模态与声腔模态的控制

  • 车身轻量化对整车噪声与振动的影响分析及控制

  • 新型隔声材料、吸声材料、阻尼材料的研究与应用

  • 用新型结构(如夹心板结构)来降低车身的噪声与振动

  • 车内异响的前期控制技术

  • 深化统计能量分析研究和相关试验技术



发动机

  • 发动机声品质的控制

  • 发动机的燃烧噪声研究与开发

  • 发动机喷油噪声的机理研究及控制

  • 发动机皮带系统摩擦噪声的机理研究、识别与控制

  • 发动机正时链条啸叫等机理分析与控制

  • 增压发动机的噪声与振动控制与分析

  • 发动机敲击噪声的机理与对外辐射噪声的研究

  • 发动机附件的薄壁件辐射噪声控制技术

  • 发动机敲缸噪声的机理与对外辐射噪声的研究

  • 发动机附件(如压缩机、发电机、风扇、空调等)的振动与噪声机理分析及控制



动力总成传动系统领域

  • 发动机-离合器-变速器的传递模型以及灵敏度分析

  • 变速器啸叫与敲击机理的分析与优化

  • 后桥驱动系统的噪声与振动机理研究与控制

  • 驱动轴系的振动分析及对车身的传递

  • 传递轴系与半轴的振动分析

  • 动力总成与轴系的整体振动耦合研究



动力集成系统与整车匹配系统

  • 动力总成隔振优化,特别是非线性段的控制,对冲击的控制

  • 动力总成悬置隔振器机理的研究

  • 半主动悬置系统的研究与应用

  • 主动悬置系统的研究与应用

  • 进气系统和排气系统对动力系统声品质的调节机理研究

  • 排气系统对各种车型(如跑车、豪华车)声品质的控制

  • 排气系统的结构振动及辐射噪声分析及优化

  • 新型消音器的研究



测试技术

  • 振动激光测量技术:车身结构振动测试、发动机结构振动测试、NVH专用材料的测试、等。

  • 声全息测量

  • 噪声振动对车内传递通道的测试与识别:声传递函数测量和振动传递函数测量

  • 辐射噪声测试技术:车身的辐射噪声测试、发动机的辐射噪声测试、排气壳体的辐射噪声测量,等等。

  • 材料的测量:阻抗管法测材料声学性能

  • 部件隔声的测量:混响室法测整车吸声性能、混响室-半消声室法测部件隔声性能等

  • 风噪测量:包括道路上风噪测量、风洞试验室风噪测量

  • 路面-轮胎噪声测量



噪声与振动的基础理论及方法研究

  • 汽车声品质与DNA的研究

  • 半主动与主动噪声与振动控制研究

  • 轮胎噪声模型分析

  • 新型发动机(如变气缸发动机)的噪声与振动研究

  • 发动机结构振动和燃烧噪声控制的研究

  • 动力总成系统参数匹配对噪声与振动的影响

  • 进气-发动机-排气系统的噪声机理研究及控制

  • 变截面进气歧管对进气系统的影响研究

  • 双模态消音器和主动消音器的研究

  • 汽车噪声与振动控制的新材料和结构的研究

  • 轻量化材料和结构的噪声与振动研究

  • 新型隔声材料的研究

  • 高历程汽车噪声振动控制研究

  • 系统的噪声与振动的稳健性研究

  • 混合动力汽车噪声与振动的研究

  • 燃料电池汽车的噪声与振动研究

  • 风噪机理的研究及控制

  • 新型隔振器的研究



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