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对更高燃油效率、更低排放和更佳乘坐舒适性的全新需求，正在改变汽车制造商的车辆设计方式，给整个行业，尤其是机械测试领域带来了诸多挑战。 在过去十年里，MTS Systems的首席研发工程师Byron Saari一直专注于应对这些测试挑战。“大约十年前，一些先进的减振器或避震器供应商向我们提出了非常有趣的技术问题，”Saari说道，“他们询问是否有适合测试结构传播噪声现象——‘咯咯声’（chuckle）的NVH系统。这是一个非常复杂的需求。” |
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Byron Saari 正在结合弹性体测试技术（前景）与线性电磁作动技术（背景），以开发一种有效的方法用于研究结构传播的咯咯声。 |
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Saari 观察到的，是一种将使减振器噪声、振动与声振粗糙度（NVH）测试变得更复杂的市场趋势的兴起。例如，自动驾驶车辆的普及，使得对乘坐体验的舒适性要求更高。轻量化车身与更安静的动力总成虽然提升了燃油效率并降低了排放，但同时也让减振器所产生或传递的噪声更难以控制。事实上，如今动力总成、传动系统和空气动力噪声都已大幅降低，残余的减振器噪声反而变得更加明显。 相比之下，通过空气传播的“刷刷声”（swish）相对容易识别和在零部件层面加以控制，而结构传播的“咯咯声”（chuckle）则更加复杂。“咯咯声”（也被称为“撞击声”“隆隆声”或“木头箱声”）尚未被完全理解。它起源于避震器本体内的机械振动，在上部安装处由于阻抗耦合而转变为乘员舱内的声波噪声。因此，咯咯声与车型或平台密切相关，难以在零部件层面进行识别或解决。严重的咯咯声问题通常在原型开发阶段才被发现，可能会严重扰乱车辆开发的预算和进度。 咯咯声也为机械测试带来了独特挑战。与刷刷声分析不同，咯咯声测试目前尚无标准化的设备或流程。由于不清楚哪种噪声特征会引发问题，因此在实验室中复制该现象非常困难。 “即使你能够识别出某一特定避震器引发咯咯声的频率，在不同的测试台上也可能因系统共振而无法复现，”Saari说，“所有这些问题都使得减振器供应商很难满足主机厂对乘员舱内减振器噪声的规范要求。因此，NVH测试在整个开发流程中变得愈发关键。” 传统的减振器测试设备并不适合表征咯咯声。需要在减振杆顶部使用加速度计测量机械振动，但在高频下进行该操作时，测试平台本身很可能影响测试结果。 此外，减振器测试系统通常用于执行最高输入频率为25 Hz（正弦波或道路数据）的测试。如果系统意外激发出更高频率，一般不会特别在意。但咯咯声频率范围通常为200 Hz至500 Hz。例如，若25 Hz 的正弦波激发出250 Hz 的谐波，该频率将在活塞杆的输出中被记录。分析数据时可能会错误地认为减振器在250 Hz下存在咯咯声问题，而实际上这只是测试系统激励所产生的谐波失真。 “要真正有效地分析咯咯声，一个减振器NVH测试解决方案需要提供非常纯净的正弦激励，并具备极低的总谐波失真（THD），”Saari说。 Saari 能够开发出这样的解决方案，得益于他在MTS多年从事用于减振器和弹性体测试的伺服液压测试系统的研发工作。他与全球客户的合作推动了这两类产品线的发展，并积累了对这些复杂测试的深入理解。凭借对两个领域的洞察力，Saari设想出一种新的减振器NVH测试系统设计，将弹性体测试系统的能力与减振器测试系统相结合。 2014年，MTS收购了专注于全电动EMA减振器测试系统开发的Roehrig Engineering公司，该系统以高频响应和可编程性著称。线性电磁作动（EMA）技术的加入，为全新减振器NVH测试解决方案注入了关键动力。 因此，Saari 的NVH愿景得以实现，形成了一种融合传统MTS弹性体与减振器技术以及电磁作动的新型解决方案。 |
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Model 853 NVH减振器系统融合了伺服液压减振器（左）、线性电磁减振器（中）与伺服液压弹性体（右）测试技术。 |
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为了实现高达700 Hz的准确NVH测量，该系统将采用高带宽传感器，这些传感器通常用于高频弹性体测试系统中测量位移、力和振动。此外，还需要弹性体测试系统所配备的高刚度加载框架，包括更大直径的立柱、更厚的横梁及更坚固的底座，以避免共振模式干扰测试结果。 |
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首个影响关键数据测量的模态频率高于700 Hz。 |
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线性EMA技术是实现所需干净正弦输入和低谐波失真的理想激励源。MTS的EMA技术结合了固定式高力钕磁铁与可移动的空心电机（无铁芯），由于电机内部无铁磁材料，使其极为轻量化，从而具备出色的高频响应与高加速度性能。无铁芯设计还意味着电机与磁铁之间不存在吸引力，因此不会产生影响速度波形的“齿槽效应”。 |
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命令信号（蓝）与响应信号（红）对比，显示15 Hz激励下的低总谐波失真（THD）。 |
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这一融合的成果即为Model 853 NVH减振器系统——专为减振器和避震器的NVH测试而设计。 在性能方面，该系统可实现高达700 Hz的高保真度与高精度测量。额定力值在15至20 kN之间，可实现3 m/s 的动态力与速度输出，标准静态力为1 kN（可选更高容量）。灵活的FlexTest®控制器技术使其几乎可以再现任何类型的信号（正弦波、扫频、道路信号）。此外，高带宽的PIDF（比例-积分-微分-前馈）控制功能可精确跟踪设定波形，无需多次迭代。 |
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Model 853 NVH减振器系统——专为减振器和避震器NVH测试而打造。 |
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Saari 相信，Model 853将帮助测试实验室更轻松地进行咯咯声测试，全面应对包括刷刷声与吱吱声在内的各种标准减振器噪声现象，完成基础减振器特性测试，甚至具备弹性体测试功能。“这套新系统将在NVH测试领域带来重要突破，”Saari说，“它填补了减振器测试实验室中的关键空白，为测试团队提供了解决开发周期中长期存在问题的标准化设备。” |
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