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揭秘NVH之汽车噪声从何而来?

2018-03-30 17:53:53·  来源:车辙  
 
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噪声、振动与声振粗糙度(Noise、Vibration、Harshness)的英文缩写。这是衡量汽车制造质量的一个综合性问题,它给汽车用户的感受是最直接和最表面的。车辆的NVH问题是国际汽车业各大整车制造企业和零部件企业关注的问题之一。
据统计表明,中国汽车市场上前10名的抱怨有4项是关于NVH方面的,分别是刹车噪音、风噪、发动机异响和胎噪

什么是NVH

噪声、振动与声振粗糙度(Noise、Vibration、Harshness)的英文缩写。这是衡量汽车制造质量的一个综合性问题,它给汽车用户的感受是最直接和最表面的。车辆的NVH问题是国际汽车业各大整车制造企业和零部件企业关注的问题之一。有统计资料显示,整车约有1/3的故障问题是和车辆的NVH问题有关系,而各大公司有近20%的研发费用消耗在解决车辆的NVH问题上。

从桑塔纳进入中国市场至今30余年以来,汽车上的科技越来越发达,配置越来越丰富,同时汽车文化也越来越普及,随之带来的是消费者对汽车的性能越来越挑剔。老桑塔纳时代,只要是有车,那就是成功人士的象征。再后来,消费者开始追求动力性和经济性。再到如今,消费者越来越关注舒适性。某车企大佬再也不敢说“汽车不过就是四个轮子加沙发”的妄语了。

而与汽车舒适性相关的最重要的无疑就是NVH了,所谓的NVH指的是噪声、振动与声振粗糙度(Noise、Vibration、Harshness)的英文缩写。这是衡量汽车制造质量的一个综合性问题,它给汽车用户的感受是最直接和最表面的。

汽车噪声,即汽车行驶在道路上时,内燃机、喇叭、轮胎等都会发出大量的人类不喜欢的声音。当然,这些声音是会影响咱们人类的身心健康的;振动,物理学上给出的定义是指一个状态改变的过程,即物体的往复运动。其实经常开车的人可能会有所体会,方向盘上的抖动很明显,就这是振动。

揭秘NVH之汽车噪声从何而来?

据权威统计表明,中国汽车市场上前10名的抱怨有4项是关于NVH方面的,分别是刹车噪音、风噪、发动机异响和胎噪。

同样,在学术研究领域,发动机噪声、胎噪和风噪是研究的重点。今天我就借这个机会介绍下这三大类型的噪音。

其中,在车速较低时,发动机噪声最大,尤其是在怠速且不开空调的情况下,有的车发动机噪声简直就是灾难。车速稍高时,最显著的噪声就变成了胎噪,如果是在下过雨的路面,那这噪声会折磨得人痛不欲生。而跑高速时,相信不少人都体验过风噪的厉害,尤其是将窗户打开一点,那风声似乎要将人吞噬掉。



发动机发出的噪声主要有三种类型:燃烧噪声、机械噪声和空气动力噪声。燃烧噪声和机械噪声,是通过发动机的外表面向外辐射,而空气动力噪声主要是在进气和排气过程产生,直接向大气辐射。发动机低转速运转时,燃烧噪声是主要噪声源;高转速运转时,机械噪声和空气动力噪声是主要噪声源。

燃烧噪声

可燃混合气在气缸中燃烧产生的气缸压力通过活塞、连杆、曲轴、主轴承传到机体或者引起结构表面的振动而辐射出来的噪声,称之为燃烧噪声。打个简单的比方,就像是爆竹爆炸产生的声音,只不过燃烧噪音在气缸内通过其他机构传出来了。



机械噪声
机械噪声 由于机械设备运转时,部件间的摩擦力、撞击力或非平衡力,使机械部件和壳体等发声体产生无规律振动而辐射出的噪声。机械噪声的特性(如声级大小、频率特性和时间特性等)与激发力特性、物体表面振动的速度、边界条件及其固有的振动模式因素有关。齿轮变速箱、织布机、球磨机、车床等发出的噪声是典型的机械噪声。提高机器制造的精度,改善机器的传动系统,减少部件间的撞击和摩擦,正确地校准中心调整好平衡,适当地提高机壳的阻尼等,都可以使机械振动尽可能地减低,这也是从声源上降低噪声的办法。



顾名思义就是机械部件在发动机运转时,产生冲击和振动而激发的噪声。主要有活塞敲击噪声、供油系噪声、配气机构噪声、正时系统噪声、辅机系统噪声、轴承噪声、不平衡惯性力引起的机体振动和噪声等。发动机工作时,由于冲击、摩擦、旋转不均匀和不平衡力作用等原因,激起零部件的机械振动而产生噪声。特别是当激振力频率与零部件的固有频率相一致时,会引起激烈的共振和噪声。只要初中物理不是体育老师教的应该都会记得物理课本上的那军队过桥时导致了桥的共振而倒塌的场景。因此,共振是非常可怕的,也是在汽车设计中必须要避免的。

空气动力噪声

是气体流动(如周期性进气、排气)或物体在空气中运动,空气与物体撞击,引起空气产生的涡流,或者由于空气发生压力突变,形成空气扰动与膨胀(如高压气体向空气中喷射)等而产生的噪声。一般说来,空气动力噪声是直接向大气辐射的。主要可以分成进气噪声、排气噪声和风扇噪声。当然,一般车上的排气管上都会有消音装置,将大部分的排气噪声给消除了。而城乡结合部有些非主流小青年非常喜欢干的事情就是将排气管上的消音装置给拆了,自以为那种排气噪声就是赛车的声音,真是太天真了。



你也许会说,发动机的声音这么大,是不是电动车声音就小了?确实,电机由于不需要燃烧,燃烧和进排气噪音是没有的,机械结构也比发动机简单,机械噪音也更小。因此电动机的噪声确实比发动机小很多,但电机的电磁噪声是一种高频的噪声,而人耳对这种频率的噪声更加敏感,听起来更不舒服。因此电机噪声的优化也是一门很大的学问。同济大学的左曙光教授和林福博士在这方面造诣颇深,发表过诸多国际顶尖水平的论文。

轮胎噪音

胎噪是车辆在高速行驶时,轮胎与路面磨擦所产生的,视路况车况来决定胎噪大小,路况越差胎噪越大,另外柏油路面与混泥土路面所产生的胎躁有很大区别(主要通过:四车门、后备箱、前叶子板、前轮弧产生和传递)。



一般来说,胎噪主要由三部分组成:一是轮胎花纹间隙的空气流动和轮胎四周空气扰动构成的空气噪音,二是胎体和花纹部分震动引起的轮胎震动噪音,特别是一些轮胎的材质偏硬,特别容易让车主感受到路噪;三是路面不平造成的路面噪音,特别是行驶在坑坑洼洼的路面时,胎面与地面的磨擦、冲击产生噪音,并与挡泥板、翼子板等部件的震动形成共鸣放大传入车内。这就相当于路面在唱难听得要死的歌,这些部件就是麦克风放大之后传到了车内。

要想降低胎噪,可以采用花纹经过特殊设计的低噪音轮胎。也可以做隔音,通过阻隔胎噪向驾驶舱的传播来减少胎噪等等。

风噪

风噪,是指汽车在高速行驶的过程中迎面而来的风的压力已超过车门的密封阻力进入车内而产生的。行驶速度越快,风噪越大。



风噪的响声非常特别,流速很快的风与车体的门窗或金属缝隙、边角摩擦,产生高响度的摩擦音,这种摩擦噪音像狮子吼一样具有很强的穿透力和刺激性,高速运转持续的时间越长,风噪的危害就会越突出,并逐渐累积,给乘坐车辆的人带来强烈的不舒适感。那为什么低速时感受不到风噪,而高速时特别大呢?还是那句话,物理不是体育老师教的都知道风阻是与速度的平方成正比的,因此随着车速的增加,摩擦阻力呈现平方式的上升,当到80km/h时,风噪就很大了。

风阻较小的车,相应的风噪也小。比如上海大众的凌渡,由于其风阻系数只有0.28,因此在同样的车速下产生的风噪比同级别的车小很多。对汽车进行汽车隔音处理,比如说做四门隔音和汽车密封条,可以很好的解决风噪问题。因为说到底,风噪大从源头上是没办法解决的,车速快,风噪就会大。但是将传播途径进行降噪处理就能起到很好的效果。

总结

说了这么多,归根结底,一分钱一分货在汽车的NVH上体现得淋漓尽致,奔驰S级的车内基本听不到噪音,而一些定位低端的车型,夸张地说就与拖拉机无异了(这真的只是用了夸张手法,大家不妨在评论区谈谈自己的切身感受)。

控制措施

汽车振动和噪声的产生并不是相互独立,而是紧密联系的。可以说,噪声源于振动,振动、噪声和舒适性这三者是密切相关的。既要减小振动、降低噪声,又要提高乘坐舒适性、保证产品的安全性、环保性以及使用性能。

要改善汽车的NVH特性,首先是对其振动源和噪声源的控制。这就需要改善产生振动和噪声的零部件的结构,改善其振动特性,避免产生共振;改进旋转元件的平衡;提高零部件的加工精度和装配质量,减小相对运动元件之问的冲击与摩擦;改善气体或液体流动状况,避免形成涡流;改善车身结构,提高刚度;施加与噪声源振幅相当而相位相反的声音等。其次要控制振动和噪声传递的途径。这就需要对结构的振动和噪声传递特性进行分析并改进,使之对振动和噪声具有明显的衰减作用而不是放大;优化对发动机悬置的设计,降低发动机向车身传递的振动;对悬架系统进行改进,阻断振动的传递;采用适合于平面振动的阻尼材料、适合于旋转轴类的扭振减振器以及针对其它线振动的质量减振器;分析和改进结构,特别是车身的密封状况,提高密封性能;各种吸音材料、隔音材料和隔音结构的研究及应用,提高汽车内部的吸音和隔音性能等。