发动机整车匹配中的振动噪声识别与控制研究

论文摘要

汽车NVH(Noise,Vibration and Harshness,称为振动、噪声和声振粗糙度)性能不仅是汽车舒适性指标,更是整车质量品质的综合体现。然而,国内正面临对NVH技术的强烈需求与储备不足之间的矛盾,因此,亟待进行系统深入地研究。在此背景下,本文针对发动机整车匹配中的振动噪声识别与控制技术进行了系统研究,主要研究内容及相关结论和成果如下:(1)系统讨论了基于边界元法的近场声全息理论及各种重构误差的影响因素,建立了基于边界元法的近场声全息技术的具体实施流程,通过扬声器实验证实了这一技术的有效性和优越性。为了抑制近场声全息重构误差的影响,探讨了截断奇异值正则化方法、Tikhonov正则化方法、L曲线准则和广义交叉检验法四种正则化方法的基本原理和特性,在此基础上形成了四种组合正则化方法,通过数值仿真计算对其精度、分辨率和抗测量误差的能力进行了检验,为在近场声全息研究中正确选择正则化方法提供了依据。(2)以某型柴油机为研究对象,应用基于边界元法的近场声全息技术成功地重构了柴油机表面法向振动速度分布,识别出了表面主要噪声源,并应用面板贡献量分析对其进行了辐射声功率排序,为进一步预估各种噪声控制措施效果、声场可视化以及结构强度反演研究奠定了坚实基础。(3)针对六自由度悬置系统动力学模型进行了系统理论研究,自主开发了悬置系统设计程序MOUNT和内燃机动力学计算程序VINO,能够对任意点支承悬置系统进行设计、评价,并对悬置系统进行激励响应和位移姿态控制计算,为悬置系统快速有效设计提供了有力工具。对比研究了不同悬置系统模态参数对隔振性能的影响,指出刚体模态频率是控制悬置系统隔振性能的关键,并以此为基础提出优化设计策略,应用多目标遗传算法求解了具有非线性、多峰、不连续特性的动力总成悬置系统多目标优化设计问题,获得了全局最优Pareto解集,从而能为动力总成悬置系统工程应用提供多种最优解决方案。(4)针对某轻型客车搭载柴油动力总成所出现的低频振动噪声问题,对比测试分析了汽油和柴油动力轻型客车的NVH性能,指出动力总成悬置系统是解决低频振动噪声问题的关键,运用所提出的动力总成悬置系统多目标优化设计策略及方法成功地开发出了改进型橡胶悬置系统,并通过实车搭载试验证实其具有良好的工程应用性能。(5)针对柴油轿车及轿车柴油机的噪声控制问题,通过近场声压扫描实验和声阵列声源识别实验识别出了发动机及车辆噪声主要辐射部位。在此基础上,提出了针对发动机及车辆的工程上可行的系列降噪措施,并通过实验手段检验了各种措施的效果,为柴油轿车的NVH工程控制提供了参考和借鉴。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 内燃机振动隔离技术国内外研究现状
• 1.2.1 隔振元件
• 1.2.2 悬置系统设计方法
• 1.3 内燃机噪声源识别与控制技术国内外研究现状
• 1.3.1 传统噪声源识别方法
• 1.3.2 现代噪声源识别方法——近场声全息技术
• 1.4 论文研究意义和主要内容
• 第二章 基于边界元法的近场声全息技术研究
• 2.1 引言
• 2.2 基于边界元法的声辐射预测
• 2.2.1 声辐射定解问题
• 2.2.2 声辐射定解问题的求解
• 2.2.3 声辐射问题的边界元求解
• 2.3 基于边界元法的近场声全息理论
• 2.3.1 奇异值分解技术
• 2.3.2 影响因素分析
• 2.4 基于边界元法的近场声全息实验研究
• 2.4.1 实验装置及参数
• 2.4.2 全息面复声压获取
• 2.4.3 表面振速重构
• 2.4.4 重构声场验证
• 2.5 本章小结
• 第三章 近场声全息正则化方法比较研究
• 3.1 引言
• 3.2 正则化方法
• 3.2.1 截断奇异值法
• 3.2.2 Tikhonov 正则化方法
• 3.3 正则化参数选取方法
• 3.3.1 L 曲线准则
• 3.3.2 广义交叉检验法
• 3.4 数值仿真
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于边界元法的近场声全息技术在内燃机声辐射中的应用研究
• 4.1 引言
• 4.2 复声压测量
• 4.3 声学边界元模型
• 4.4 内燃机声学 ATV 计算
• 4.5 内燃机表面法向振速重构
• 4.6 内燃机面板贡献量分析
• 4.7 本章小结
• 第五章 动力总成悬置系统模态参数评价策略及激励响应分析
• 5.1 引言
• 5.2 六自由度悬置系统动力学模型
• 5.2.1 动力总成悬置系统六自由度动力学模型
• 5.2.2 能量法解耦设计
• 5.3 悬置系统“模态参数”评价策略
• 5.3.1 悬置元件刚度选择
• 5.3.2 悬置系统设计程序
• 5.4 动力总成悬置系统特性分析
• 5.5 动力总成悬置系统激励分析
• 5.6 动力总成悬置系统动力响应计算
• 5.7 本章小结
• 第六章 动力总成悬置系统隔振优化设计技术研究
• 6.1 引言
• 6.2 动力总成悬置系统优化设计策略分析
• 6.3 优化设计模型
• 6.3.1 优化设计目标函数
• 6.3.2 优化设计变量
• 6.3.3 优化约束条件
• 6.4 优化设计算法
• 6.4.1 数值优化方法
• 6.4.2 探索优化方法
• 6.4.3 多目标函数优化方法
• 6.5 本章小结
• 第七章 搭载柴油动力总成轻型客车 NVH 性能优化
• 7.1 引言
• 7.2 不同动力总成轻型客车车内噪声对比分析
• 7.3 不同动力总成轻型客车振动平顺性对比分析
• 7.4 柴油动力总成悬置系统优化设计
• 7.4.1 优化计算
• 7.4.2 优化结果
• 7.4.3 响应计算
• 7.5 实车搭载试验
• 7.6 本章小结
• 第八章 柴油轿车及轿车柴油机 NVH 控制实验研究
• 8.1 引言
• 8.2 轿车柴油机近场声压扫描实验
• 8.2.1 怠速工况（770 r/min）近场噪声扫描
• 8.2.2 最大扭矩工况（2400 r/min）近场噪声扫描
• 8.2.3 额定工况（4200 r/min）近场噪声扫描
• 8.2.4 实验结果分析
• 8.3 柴油轿车车外噪声源声阵列识别实验
• 8.3.1 实验设备及原理
• 8.3.2 实验场地声学环境验证
• 8.3.3 定置车外噪声源识别
• 8.4 轿车柴油机降噪技术研究
• 8.5 柴油轿车声学屏蔽技术研究
• 8.5.1 怠速噪声
• 8.5.2 加速噪声
• 8.5.3 匀速车内噪声
• 8.6 本章小结
• 第九章 全文总结
• 9.1 研究工作主要内容和结论
• 9.2 研究工作创新点
• 9.3 研究工作展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢