一种汽车阻尼材料减振降噪性能检测方法

一种汽车阻尼材料减振降噪性能检测方法
【专利摘要】本发明公开一种汽车阻尼材料减振降噪性能检测方法，包括两个方面的检测：阻尼材料对模拟实际行车过程中乘员对振动噪声的感受方面的检测和阻尼材料对车身整体结构振动的降低和共振频率偏移方面的检测。本发明针对具体车型，与车身有机结合检测阻尼材料减振降噪性能的新方法能简单直观表述汽车阻尼材料应用中的减振性能指标，绕过复杂建模工作使检测工作相对简单化，同时其结果直观可信，具有相当应用前景。
【专利说明】一种汽车阻尼材料减振降噪性能检测方法

【技术领域】
[0001] 本发明属于阻尼材料检测领域，特别涉及到一种汽车阻尼材料减振降噪性能检测 方法。

【背景技术】
[0002] 采用阻尼材料，对汽车进行减振降噪处理，已经是相当成熟的技术。我们在研究汽 车振动与噪声时，通常采用NVH指标。NVH就是噪声（Noise)、振动（Vibration)和声振粗 糙度（Harshness)的英文单词的缩写。因为这三者在汽车振动领域中通常是同时出现而且 密不可分，所以常常把三者结合在一起进行研究。其中，声振粗糙度又被称为不平顺性，是 对振动和噪声品质的描述，是人体对噪声和振动的主观感觉，不能直接用客观测量方法来 度量。
[0003] 汽车在行驶过程中振动和噪声的来源主要有：（1)发动机引起的振动噪声；（2)与 空气相对流动引起的振动噪声；（3)轮胎摩擦地面引起的振动噪声；(4)车身传动系统齿轮 啮合所产生的振动噪声；（5)路面不平而引起的振动等。
[0004] 使用阻尼材料可达到减振降噪的目的。汽车阻尼材料的应用，主要针对特定振动 噪声来源选用不同类型阻尼材料进行针对性的处理，目的在于减少振动和噪声幅度，提高 汽车驾乘人员舒适度，偏移车身特定结构共振频率点、减少结构性磨损等。
[0005] 阻尼材料也被称为粘弹性阻尼材料，其主要成分是高分子材料。当阻尼材料受到 外力拉伸或压缩激励后，由于材料本身具有的粘弹特性，所产生的响应将比激励滞后。将滞 后的效应量化为滞后角，其大小就能够表明该材料的阻尼性能。在车身结构框架上烘烤粘 结阻尼材料，能够耗散车身振动的能量，从而达到减振的目的。这种方法在不改变车身声辐 射特征的情况下，却能够有效的控制车身的振动程度，从而使噪声减小。
[0006] 随着社会进步和生活水平不断提高，人们对乘车舒适度的要求越来越高。另一方 面，国内汽车制造业发展迅速，其竞争日益激烈，各汽车制造厂商纷纷加大对提高汽车品质 方面的研究，而NVH已经成为衡量汽车品质的最重要的技术指标。但是由于在汽车设计制 造技术方面国内汽车制造企业基础比较薄弱，在汽车设计前期，很难将影响整车NVH品质 的车身结构、底盘减振和动力总成等所有要素都考虑到位，因此总是在制造生产成品车样 车之后再通过应用阻尼材料等手段进行整车NVH的整改。所以阻尼材料在汽车行业的应用 越来越受到厂家的重视。
[0007] 但是汽车阻尼材料行业存在着种种问题，已有的评价汽车阻尼材料使用减振降噪 的性能指标在实际应用中遭遇种种困扰，已不太适应行业发展要求。亟需寻求一种新的能 针对具体车型的阻尼材料减振降噪性能表示方式和与其配套的检测方式以适应新的需求 形势，这对于汽车阻尼材料的挑选应用和在具体车身上阻尼材料配置使用方式的工艺改进 都将有重要的作用。
[0008] 目前已有汽车阻尼材料性能描述方式和具体车身阻尼材料配置方法在外界激励 相同的情况下，阻尼材料的阻尼系数越大，结构振动越弱、噪声越低。在汽车减振降噪工程 中，现有的针对汽车阻尼材料的选用方式，主要参考的性能指标是阻尼材料结构的能量阻 尼系数。
[0009] 在实际测试中，工程上一般先把阻尼材料烘烤粘贴到某种材料的基板上，然后对 结构试件整体进行激励（力或者声），使其产生相应的响应，因为响应特性和材料的阻尼系 数有着密切的联系，通过对响应和激励的数据和波形进行处理和分析，就能够确定这个结 构的整体阻尼系数。通过这样的方法测试出的就是基于某种材料结构的能量阻尼系数。 [0010] 国内现有针对车身结构的阻尼材料配置方法，一部分资金丰富、技术储备较多的 厂家在建立白车身模态进行模态分析的基础上针对性的配置阻尼材料。但由于国内在相关 领域起步较晚，技术不太完善等原因，常存在建模不准确、模型与实际出入较大的问题，再 加上白车身模态与烘烤粘贴阻尼材料之后的车身模态、实际行车时车身模态等存在较大不 同，对于阻尼材料的应用常出现实际情况与预计不相符合的问题。另外一部分厂家对阻尼 材料的应用仍然很大程度上依赖原有经验，即在新车型上依据原有类似车型阻尼材料配置 经验使用阻尼材料，然后经过简单测试，在试乘人员感受到振动和噪声比较大的部位加强 阻尼材料配置。
[0011] 但是在实际应用中，由于车身结构和行车环境的复杂性，在选择阻尼产品时，常常 出现即便选择材料性能指标即结构能量阻尼系数比较大，但实际的减振降噪效果却不尽如 人意的情况。
[0012] 徐丰辰，李洪林，刘福.浅谈汽车用阻尼材料阻尼系数的测试方法[J].汽车工 艺与材料，2008, 08:63-67.该文献所提供的三种测试方法，均是结合材料结构测量阻尼系 数，再应用在整体车身上，多了一个中间过程，结果会存在一定的误差。


【发明内容】

[0013] 本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种汽车阻尼材料减震降噪性能 检测方法，本方法避免单独阻尼材料性能优越而实际使用不佳的盲点，其减振降噪性能数 据直观可信，而且使用相对简单，对汽车阻尼材料的选用和车身阻尼材料配置方法改进有 着重要的作用。
[0014] 为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
[0015] 一种汽车阻尼材料减震降噪性能检测方法，包括两个方面的检测：
[0016] (1)阻尼材料对模拟实际行车过程中车上载乘人员对振动噪声的感受方面的检测 此项检测包括以下步骤：
[0017] a.在指定的条件下开动车辆，以所述车辆的发动机作为主要振动源；
[0018] b.在所述车辆的座椅底部、后、左、右部位，座椅扶手和方向盘上面、脚部接触的汽 车内壁底面设置加速度传感器；在沿汽车中线人耳高度（即车底盘算起1. lm?1. 3m)、每 排座椅设置一个声压传感器，加速度传感器和声压传感器的信号通过引出线由外接的A/D 转换器实时采集电流信号，单片机进行数据存储，直至指定条件路段行驶完毕时停止采样， 所述数据为振幅和频率；
[0019] c.依照（1)的a至b步骤分别进行不贴阻尼材料、原车阻尼材料、实验阻尼材料的 测量对比实验，其中原车阻尼材料即某车型改进前的阻尼材料粘贴方式，具体包括阻尼材 料粘贴位置分布、使用阻尼材料种类和粘贴厚度，实验阻尼材料即采用不同于原车阻尼材 料，改变阻尼材料粘贴位置分布和粘贴厚度；
[0020] d.采集的数据通过傅里叶变换转为频域再进行分析，数据采集转换使用快速 傅立叶变换：假设所采集的信号是周期信号，存在固定的周期，所取得的信号以周期为基 底，而真正的信号假设是由此基本周期产生无限长的时域信号的组合；假设时域信号的 数据长度为N，序列为X (η)，则其傅立叶系数X(k)可表示如下： η=υ

【权利要求】
1. 一种汽车阻尼材料减振降噪性能检测方法，其特征在于包括两个方面的检测： (1) 阻尼材料对模拟实际行车过程中车上载乘人员对振动噪声的感受方面的检测此项 检测包括以下步骤： a. 在指定的条件下开动车辆，以所述车辆的发动机作为主要振动源； b. 在所述车辆的座椅底部、后、左、右部位，座椅扶手和方向盘上面、脚部接触的汽车内 壁底面设置加速度传感器；在沿汽车中线人耳高度、每排座椅设置一个声压传感器，加速度 传感器和声压传感器的信号通过引出线由外接的A/D转换器实时采集电流信号，单片机进 行数据存储，直至指定条件路段行驶完毕时停止采样，所述数据为振幅和频率； c. 依照（1)的a至b步骤分别进行不贴阻尼材料、原车阻尼材料、实验阻尼材料的测量 对比实验，其中原车阻尼材料即某车型改进前的阻尼材料粘贴方式，包括阻尼材料粘贴位 置分布、使用阻尼材料种类和粘贴厚度，实验阻尼材料即采用不同于原车阻尼材料，改变阻 尼材料粘贴位置分布和粘贴厚度； 采集的数据通过傅里叶变换转为频域再进行分析，数据采集转换使用快速傅立叶 变换：假设所采集的信号是周期信号，存在固定的周期，所取得的信号以周期为基底， 而真正的信号假设是由此基本周期产生无限长的时域信号的组合；假设时域信号的数 据长度为N，序列为x(n)，则其傅立叶系数X(k)可表示如下：= NA 其中，O彡k彡N-1，令Wn =e-2WN，故上式成为义⑷= 若时域 n=0 , ? 信号的长度为2的倍数，则上式可以表示为奇数项与偶数项的和，表示如下：
由此式可以看出，等号右边的两个多项式同样 可以进行分解，并按照上述过程继续下去，可以一直做到只要求二次单位根1，-1为止，通 过这个过程不难建立一个递归求解方案；利用Wn =e〇/N的对称性MT""2 =，和周期 性MTjv 化简后可以发现X(k)和x(n)的次序是二进制数组索引的位反转，也就是将 X(H)的每一个数组索引的二进制数值写出后，将其次序反转可以得到X(k)的对应数组索 引值；从振动信号的幅频特性曲线上找到振动幅度最大波形，在〇. 5Hz?50Hz范围内；在 噪音信号的幅频特性曲线中找到其二阶共振频率波形，在20Hz?5000Hz范围内，通过车身 结构试件在其共振时的共振频率大小和相应的带宽，来确定相应试件的阻尼系数的方法在 工程上称为半功率带宽法,公式如下：
?式中，fH表示频率升高时,振幅相 比峰值小3dB时的频率；&表示频率减小时，振幅相比峰值小3dB时的频率；Af表示半功 率带宽；fn表示所在波形的的共振频率；可得到近似实际车身车身材料结构的声音和振动 相关能量阻尼系数H1 ; (2) 阻尼材料对车身整体结构振动的降低和共振频率偏移方面的检测： a.将汽车白车身和多个激振器组合，激振器提供恒定的振动源； b. 在所述汽车的车身主要构件水平中部和要偏移的共振部位放置加速度传感器，用于 测试该构件共振频率，加速传感器的数据变化通过信号引出线由外接的A/D转换器实时采 集电流信号，单片机进行数据存储，直至采样标准时段后停止，所述数据为振幅和频率； c. 依照（2)的a至b步骤分别进行不贴阻尼材料、原车阻尼材料、实验阻尼材料条件下 的多点依次扫频共振实验和随机白噪声共振实验，其中原车阻尼材料即某车型改进前的阻 尼材料粘贴方式，包括阻尼材料粘贴位置分布、使用阻尼材料种类和粘贴厚度，实验阻尼材 料即采用不同于原车阻尼材料，改变阻尼材料粘贴位置分布和粘贴厚度；采集的数据通过 傅里叶变换转为频域再进行分析，转换的具体步骤与公式（I)c中相同；要分析的频率范围 为O?2000Hz，主要分析目标为共振点，即幅值最高的一个或几个点的频率，可得到白车身 车身材料结构的振动相关能量阻尼系数n2; ni和n2越大，说明所应用的阻尼材料在车身某个构件上减振降噪性能越佳，对于车 身结构整体保护贡献越强。
2. 根据权利要求1所述的一种汽车阻尼材料减振降噪性能检测方法，其特征在于：（1) a中指定的条件，为发动机处于怠速、加速以及低、中、高匀速情况下。
3. 根据权利要求2所述的一种汽车阻尼材料减振降噪性能检测方法，其特征在于：所 述怠速为7〇〇r/min，所述加速为700r/min-2500r/min，所述低勻速为1400r/min，所述中勻 速为2000r/min，所述高匀速为2500r/min。
4. 根据权利要求1所述的一种汽车阻尼材料减振降噪性能检测方法，其特征在于：所 述车身主要构件包括：发动机盖、前档泥板、前围上盖板、前围板、车顶盖、前柱、上边梁、顶 盖侧板、后围上盖板、后柱、后围板、后翼子板、中柱、车门、下边梁、底板、前翼子板、前纵梁、 前横梁、前裙板、散热器框架和发动机盖前支撑板。
5. 根据权利要求1所述的一种汽车阻尼材料减振降噪性能检测方法，其特征在于：所 述多点依次扫频共振实验，其实验条件为：实验场所：半消音室；实验对象：白车身；实验条 件：车身悬挂，采用激振器置于白车身结构几何对称点，具体位置为车身原轮胎位置放置4 个激振器，设置激振器频率为依次扫频激发，4个激振器同步激发信号进行实验。
6. 根据权利要求1所述的一种汽车阻尼材料减振降噪性能检测方法，其特征在于：所 述随机白噪声共振实验，其实验条件为：实验场所：半消音室；实验对象：白车身；实验条 件：悬挂，采用激振器置于白车身结构几何对称点，具体位置为车身原轮胎位置放置4个激 振器，设置激振器频率为同一个频率白噪声激发，4个激振器同步激发信号进行实验。
【文档编号】G01N29/12GK104267104SQ201410490780
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月23日 优先权日:2014年9月23日
【发明者】缪智刚 申请人:柳州市兴拓工贸有限责任公司