商用車NVH技術研究現狀和面臨噪聲法規挑戰

黃森 王淼 史季青

（陜西汽車集團技術中心，西安 710200）

主題詞：NVH 商用車 法規

1 引言

車輛的NVH是指在車輛工作條件下乘員感受到的噪聲（Noise）、振動（Vibration）和聲振粗糙度（Harshness）。NVH已經成為體現各大廠商產品競爭力的主要指標之一，也是年輕一代消費者購車的主要關注點之一[1]。商用車的商品性評價包括11項指標（圖1），汽車涉及到NVH的要素是安全舒適，NVH是商用車商品性的重要指標。研發高質量的NVH性能是主機廠提升商用車商品力的重要舉措之一。本文針對當前國內外商用車整車、關鍵子系統的NVH水平進行綜述，對商用車NVH技術的發展、研究方法、未來的發展趨勢和面臨的挑戰進行論述，為國內商用車開展NVH技術創新提供必要的信息和參考。

2 技術發展現狀

NVH包括對噪聲和振動的兩方面研究內容。噪聲主要體現在聲品質的考核，所謂聲品質已經超出單純用聲壓級來體現噪聲水平，更多的是從心理聲學的角度進行考察。與此同時，振動的控制也將更多結合身體對振動的敏感性去設計，考慮人體對頻率的適應性。可以預見，未來無論是傳統汽車或新能源汽車，NVH的“聲&振”品質作為商品性的重要要素之一，將是NVH先進技術的最終體現，這不僅僅涉及到底盤和車身的NVH性能集成技術，還涉及到與智能控制結合起來的主動聲-振控制技術的應用。對組成整車的各個子系統的NVH性能提出了新的挑戰。

圖1 商品性評價要素

2.1 子系統的NVH水平

對于傳統汽車來說，發動機、變速器、輪胎的噪聲需要進一步優化[2-4]。當前國內重卡發動機的1米噪聲水平普遍較差，聲壓級基本在97～100 dB（A）之間，變速器的加載噪聲聲壓級在90～92 dB（A）之間，卡車輪胎的聲壓級基本在85～90 dB（A）之間[2]。相比歐盟相關產品在噪聲水平上有3～5 dB（A）的差距。從振動的角度來看，國內商用車80 km/h綜合加權加速度振級在120 dB（A）左右，這與國外先進水平有7 dB(A)的差距，這不僅僅是振動量級的差異，更會影響駕駛員的身心健康和整車零部件的疲勞壽命。要縮小差距，就必須要求國內零部件廠商加快發動機、變速器、輪胎、電機等關鍵部件的NVH性能提升技術研發工作。同時整車廠在給發動機廠、變速器廠、輪胎廠、電機生產商提更嚴格的NVH指標要求的同時，進一步提升自身的NVH性能集成與性能優化的能力。

2.2 設計方法

當前商用車的NVH性能集成考慮的還不夠全面，NVH正向開發流程和指標分解體系還不完整。車身和底盤在正向開發中往往忽略了集成后的NVH性能，各個子系統在前期開發過程中單獨開展的NVH仿真結果和設置試驗邊界條件與實車差距較大，導致NVH性能集成后與預期差異較大。另外，車身和底盤開展輕量化的同時忽略NVH集成后的NVH性能，導致輕量化后實車發生很多NVH問題。聲學包的開發工作同樣需要考慮隔聲性能與輕量化的平衡。商用車在車身開發過程中對聲學包、風噪、路噪分析技術的應用還不夠。開發過程中對發動機、電機在起步、加速、制動等非穩態工況的振動和噪聲現象還沒有進行實質的測試和仿真研究，對已有的車型沒有形成NVH數據庫，同時NVH正向開發的流程中缺少對關鍵NVH部件和設計的審查工作，模態的管理和匹配還只停留在對模態的評價上，模態導致的整車振動后果預測上沒有很多積累。基于車輛主要振動噪聲源的特性以及外場建立基本上以靜止穩態聲源為主，車輛通過性噪聲的預測模型還有待進一步研究和優化。近年來，隨著新能源汽車投入市場的力度越來越大，新能源汽車的NVH特性有待進一步研究，如電機、電子系統與電池噪聲的相關研究和解決方法需要盡快開展，電力電子系統的高頻噪聲雖然總體聲壓級不大，但是高頻聲引起的“心理煩躁”要比傳統車嚴重，新能源汽車與傳統汽車在結構上的差異，給NVH設計帶來新的挑戰，與傳統車NVH設計相比在解決思路和方法上有本質區別。

2.3 軟硬件設備

當前國內企業中NVH的測試設備和軟件情況是比較樂觀的，很多廠家都建立了相應的NVH試驗室和NVH仿真團隊，總體來說乘用車在軟硬件上走在前列，商用車的NVH研發還沒有上升到一定高度，也沒有引起商用車設計廠商的重視。消聲室、混響室、模態試驗室、聲品質分析試驗室、整車異響(Buzz、Squeak、Rattle,BSR)分析室、保壓密封、吸隔聲測試等NVH開發所必須的試驗能力與國際先進水平差距較大。NVH的數據采集系統和振動噪聲仿真軟件基本被國外壟斷，目前主流的測試系統主要有比利時LMS、丹麥B&K、德國Head系統。主流的噪聲分析軟件有LMS virtual lab、VA one等，國內自主開發的NVH軟硬件產品基本上無法與國外相抗衡。

3 噪聲法規挑戰

20世紀60～70年代，國際上各主要汽車公司開始逐步重視NVH設計，2003年以后，國內乘用車企業逐漸有了NVH設計的概念，開始逐步從國外引進NVH專家，打造自己的NVH團隊。相比乘用車，商用車由于國內市場環境的影響，整體NVH設計水平普遍較低，還不具備完整的NVH正向開發和整車NVH性能集成的能力。國內商用車車企要走出去，參與國際競爭，必須面對比國內更嚴格的NVH相關法規限制，表1和表2給出了不同時期歐盟對乘用車和商用車（載貨和載客車）的通過噪聲的限制要求，表 1可知1970年的82 dB（A）到1995年的74 dB（A），噪聲降低了8 dB（A）。相比歐盟美國的乘用車的通過性噪聲限制是78 dB（A）。2016下半年開始，在歐盟逐步實行新的汽車降噪標準，根據歐盟UN ECE R51.03車外噪聲限制草案，未來歐盟銷售的普通轎車的通過噪聲標準將由現在的74 dB（A）降低到68 dB（A），12 t以上重型貨車從80 dB（A）降低到79 dB（A），見表3。以中重型卡車為例，歐美商用車的怠速車內噪聲為55 dB（A）左右，我國本土商用車往往在60 dB（A）左右。80 km/h勻速行駛時，國外中重卡的車內噪聲基本上控制在68 dB（A）以內，國內基本上在70 dB（A）左右。通過性噪聲國內卡車基本84～86 dB（A）左右，國外相應產品在80 d（A）左右，從數據上看，當前商用車的NVH開發水平與國外的差距是比較大的。

表1 歐盟不同年代汽車通過噪聲標準（乘用車）

表2 歐盟不同年代汽車通過噪聲標準（商用車）

自2000年開始在歐洲,日本等地的企業和認證機構的共同努力下，UN ECE推出了新的加速行駛車外噪聲測試標準法規UN ECE R51.03系列[5-8]，并確定于2016年7月1日正式實施。2007年國際標準化組織也推出了新的汽車加速行駛車外噪聲測量標準ISO 362-1:2007取代了原來的ISO 362-1:1998。

UN ECE R51.03標準法規（表3）限值共分3個階段，第1階段2016年7月1日正式實施；第2階段于2020年7月1日實施(N2類車輛延后至2022年7月1日)，第3階段限值2024年7月1日實施(N2、N3和M3延后至2026年7月1日)。

表3 UN ECE R51.03車外噪聲限值草案

UN ECE R51.03的整個車外噪聲限值以功率為亞分類依據，即功率越大車外噪聲限值越大。國內商用車如果按照UN ECE R51.03法規進行評價，基本不滿足歐盟法規要求。

與此同時中國汽車技術研究中心也對GB 1495—2002《汽車加速行駛車外噪聲限值及測量方法》進行了修訂,現在標準的征求意見稿2017年已經發布[9]。新國標給出了第三、四階段的噪聲限值。具體如表4所示。新標準第三階段從2020年7月1日起開始執行，第四階段自2023年7月1日起執行。由于中國與日本，歐洲在貨車領域NVH水平差距較大，新標準的執行必將推動整車及各自系統新的技術改進，商用車，特別是載貨汽車，在推動發動機進一步降噪的同時，要進一步控制變速器、傳動軸、主減速器、輪胎的噪聲水平。

表4 GB 1495汽車加速行駛車外噪聲限值（修訂）[9]

4 商用車的NVH開發的幾點建議

通過對目前國內外商用車NVH開發現狀進行研究，提出以下幾點建議：

（1）企業要進一步完善自身的NVH開發流程和企業標準，打造專家隊伍，提升自身的NVH測試和仿真分析能力，進一步掌握噪聲、振動控制的核心技術。

（2）對于商用車生產企業來說，全面對標，掌握競爭對手的振動噪聲水平。構建NVH數據庫，包括指標數據庫、材料數據庫、關鍵系統供應商產品NVH驗收和質量跟蹤數據庫，掌握整車和各子系統的NVH指標正向分解和集成技術，汽車生產商應該執行嚴格的質量標準，同時全面提升自身的NVH整車性能集成能力。

（3）整車廠要對零部件企業提出更嚴格的NVH指標。同時發動機、變速器、輪胎等零部件企業要加快創新步伐，全面提升產品的NVH性能。

（4）新能源汽車而言，要關注電機、電力電子系統、燃料電池離心壓縮機、聲學包的NVH研究。

（5）NVH設計人員培養要走仿真和測試結合的道路，測試人員要具備一定仿真能力，仿真人員也要具備一定測試能力。

5 結束語

日益嚴苛的國內外噪聲法規給國內汽車廠商提出更大的挑戰，特別是新能源商用車的快速發展，為商用車研發提出了新的課題，面對傳統商用車噪聲法規的挑戰和不斷出現的新課題，國內車企要積極應對，加大研發投入，走創新發展的道路，讓中國的汽車工業從量變走向質變，進一步提升產品質量，實現從中國制造轉變為中國智造。