整車舒適性是如何造就的?帶您瞭解汽車的新第三極“NVH”

到底什麼是汽車品質?相信很多人有不同的看法,有人會認為是材質,有人會認為是汽車裝配水平或者接縫,有人還會認為是乘坐舒適性的感受,總之,品質這個詞在每個人理解中都略有不同。

其實,隨著中國汽車整體質量水平持續提升,自主品牌與合資品牌在質量水平上差距也越來越小,而中國消費者在買車這個問題上除了要求新車沒什麼大的質量問題外,對車輛的乘坐舒適性也提出了更高的要求。談到乘坐舒適性,不得不談到NVH這門“汽車玄學”。NVH是噪聲、振動與聲振粗糙度(Noise、Vibration、Harshness)的英文縮寫。它給汽車用戶最直接的感受,就是乘坐的舒適性和靜謐性。

相比之前的發動機技術和底盤技術,NVH技術的控制已經成為了衡量汽車企業技術端口產品質量的第三極。

整車舒適性是如何造就的?帶您瞭解汽車的新第三極“NVH”

整車NVH性能好不好,往往和發動機標定策略、懸置設計、傳動系統匹配、車身剛度等密切相關。NVH是衡量汽車製造質量的一個綜合性指標,直接反映了汽車的品質。在競爭加劇的汽車行業,不少車企如長安、吉利,北汽等都投入巨資,把提升NVH性能做成賣點。

整車舒適性是如何造就的?帶您瞭解汽車的新第三極“NVH”

汽車NVH特性的研究國內外並沒有統一的客觀評價方法。一般是將汽車的NVH特性分為十個等級,通過專家實際乘坐的感受來評價好壞。對於普通消費者來說,NVH還停留在概念上。NVH不像發動機參數一樣,寫在車主手冊裡。老司機這樣描述NVH:怠速時,在車內,把手按在面板上,抖動細小均勻,無不規則顫動;基本聽不到發動機噪聲,完全憑個人體驗和經驗。

不過,如果拆分一下NVH的測定辦法,也是可以從數據上客觀反應車輛的品質特點的,而這次,我們就在北京汽車研究院的幫助下,通過測試北京汽車紳寶智行這款車,瞭解到了NVH對於車輛品質優劣的重要性。

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首先,我們先拆分一下NVH這個詞,噪聲(Noise)、振動(Vibration)與聲振粗糙度(Harshness)。

噪聲,是人感到厭煩的聲音,而我們能聽到的聲音範圍主要在20Hz–20000Hz之間,主要是由頻率、幅值和聲音品質決定。低於20Hz的是次聲波,高於20000Hz的是超聲波。振動,是人身體感受到的物體運動,我們感知到較敏感的振動範圍主要在0.5Hz–50Hz,主要是由頻率、幅值和方向決定。微風中盪漾的船,頻率較低,人們感受不到振動。當頻率較高時,相同的振動能量下,振幅就會變小,人們感受也不明顯。聲振粗糙度,是粗糙、刺耳、不協調的感受,是噪聲和振動的混合效果,主要和發動機及路面激勵力相關。

NVH的設計開發就是要抑制車輛運轉及行駛過程中產生的振動和噪聲,打造舒適、靜謐的駕乘空間。

我們首先測試了一下北京汽車紳寶智行的車內噪音,使用便攜測試儀測試,車外聲音達到了64.6分貝,而進入車內,關上車門,音樂聲明顯有所減弱,車內僅有33.6分貝。車內外的數據整整相差了31分貝,其噪聲隔絕和吸收的能力十分不錯。

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國內也有一些企業將車內噪音低作為賣點,之前別克君越,上汽MG都測過自己的產品,在怠速情況下車內噪音只有36分貝左右,而此次北京汽車紳寶智行做的測試,也顯示出在車輛怠速情況下,車內噪音也可以控制在36分貝以下,而這是一款車內噪音控制良好的高品質產品的特徵之一。

如何能夠控制這些噪音?北京汽車研究院的負責人介紹說,整車對車身塗膠,車門防水膜,空腔隔斷等多個“漏點”進行優化,升整車密封性。這樣的設計,將嘈雜隔離駕駛艙外,車內安靜舒適,即使在嘈雜的市區,車內的乘客不用提高嗓音來交談,完全不用擔心外界噪音的影響,而這只是其中之一。

整車舒適性是如何造就的?帶您瞭解汽車的新第三極“NVH”

以北京汽車紳寶智行為例,全車共有21處高性能聲學包裝,大面積採用了環保性能和吸聲性能都非常好的雙組份雪麗棉,還具備防潮防黴的特點,與吸聲性能較差、容易吸溼發黴的單組份吸音棉或廢紡氈材料有很大區別。

而通過研究,勻速行駛噪聲的主要包括動力系統的振動結構噪聲和空氣輻射噪聲、胎噪、路噪以及風噪。從傳遞路徑上對這些影響因素做分類,紳寶智行也是從這些方面來提升NVH性能,這也是這款車能夠更好解決車內噪聲問題的主要原因之一。

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例如在高速公路上行駛的時候,能夠測試的紳寶智行車內噪音在40公里/小時和90公里/小時相差不多,只有4分貝左右的浮動,其中紳寶智行60km/h勻速噪聲的指標僅為58分貝,優於同級車60分貝以上的標準,勻速車內噪聲較CS55低2~3.5dB,相當於C-ECAP銀牌水平。

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這就是因為在研發之初,北京汽車研究院對於紳寶智行的後視鏡、A柱區域的造型結構提出了優化方案,降低了風噪對NVH靜謐的影響。最後經風洞試驗調校,設計出讓消費者滿意的風噪性能。此外,整車還採用了較厚的翼子板隔音棉、雙層車門密封條、門檻梁密封條等多項措施,最大程度地阻斷、衰減了風噪。

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瞭解了減小車內噪音的各種辦法,我們再來說說振動,這個很多車主都深有體會,有一些車在怠速的情況下車檔把和方向盤一直抖個不停,而這只是車輛振動的最直觀的體現,在使用過程中,還能感受到振動帶來的車輛部分零件刺耳的低頻和高頻噪音,而振動和噪音又是密不可分的。

根據振動和噪音產生的位置,我們來看看北京汽車紳寶智行為了降低這些讓人煩的東西,都做了哪些工作。

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發動機的燃燒噪聲,這個很好理解,可燃混合氣在氣缸中燃燒產生的氣缸壓力通過活塞、連桿、曲軸、主軸承傳到機體或者引起結構表面的振動而輻射出來的噪聲,稱之為燃燒噪聲。打個簡單的比方,就像是爆竹爆炸產生的聲音,只不過燃燒噪音在氣缸內通過其他機構傳出來了。

紳寶智行為了降低發動機進氣噪聲,在進氣系統管路上,共設計有三個不同頻率的諧振腔。諧振腔的頻率是經過精心調校的,針對特定的噪聲頻率專門開發的。空濾器的殼體往往也是進氣噪聲較大的輻射源,增加空濾器殼體剛度能夠有效降低進氣輻射噪聲。紳寶智行專門針對空濾器殼體進行了優化,殼體剛度達到300N/mm。

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還有重要的振動和噪聲的來源是機械噪聲,由於機械設備運轉時,部件間的摩擦力、撞擊力或非平衡力,使機械部件和殼體等發聲體產生無規律振動而輻射出的噪聲。

齒輪變速箱、織布機、球磨機、車床等發出的噪聲是典型的機械噪聲。提高機器製造的精度,改善機器的傳動系統,減少部件間的撞擊和摩擦,正確地校準中心調整好平衡,適當地提高機殼的阻尼等,都可以使機械振動儘可能地減低,這也是從聲源上降低噪聲的辦法。

而在這方面,在設計之初,紳寶智行採用車身結構CAE仿真優化分析,對車身結構進行優化設計,使得整備車身結構模態提升至30Hz,車身大鈑金模態提升至70Hz以上,進行合理避頻設計,有效避免車輛在各工況下的共振轟鳴。

動力總成懸置採用了較大的懸置尺寸,橡膠量較同級別車型多20%,其隔振性能達到25dB以上,遠超行業普遍要求20dB,有效地隔離了動力總成噪聲。車身地板鋪滿厚度達到3mm的阻尼材料,優秀隔聲減震技術的應用,實現了從喧囂到靜謐的阻斷和衰減。

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空氣動力噪聲是另一個很多用戶都瞭解的問題,而這與車身設計有直接的關係。

一般說來,空氣動力噪聲是直接向大氣輻射的。主要可以分成進氣噪聲、排氣噪聲和風扇噪聲。當然,一般車上的排氣管上都會有消音裝置,將大部分的排氣噪聲給消除了。而城鄉結合部有些非主流小青年非常喜歡乾的事情就是將排氣管上的消音裝置給拆了,自以為那種排氣噪聲就是賽車的聲音,真是太天真了。

你也許會說,發動機的聲音這麼大,是不是電動車聲音就小了?確實,電機由於不需要燃燒,燃燒和進排氣噪音是沒有的,機械結構也比發動機簡單,機械噪音也更小。因此電動機的噪聲確實比發動機小很多,但電機的電磁噪聲是一種高頻的噪聲,而人耳對這種頻率的噪聲更加敏感,聽起來更不舒服。因此電機噪聲的優化也是一門很大的學問。

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在空氣動力噪聲方面,紳寶智行在數據階段就對風噪進行了仿真分析,對外後視鏡、A柱區域的造型結構進行了優化。在實車階段,到同濟大學風洞試驗室進行了風阻、風噪的測試。為了降低風噪,紳寶智行增加了較厚的翼子板隔音棉,採用了雙層車門密封條,增加了門檻梁密封條等多項措施。

紳寶智行採用了SAAB 95的懸架結構,具有優秀的操穩性能,同時為了兼顧車輛舒適性,採用了雙級隔振結構,能夠有效隔離路面傳遞至車身的振動激勵,降低車輛行駛時的振動和路噪,使得乘客感受到如沙發般的路振體驗。為了降低路噪,我們還對輪胎進行了五輪優化調校,選用的佳通輪胎柔中帶剛,剛柔並濟,既保證了輪胎的耐用性,又兼顧了舒適性;輪輞重達12.2kg,側向剛度達到同級別車領先水平。

此外,紳寶智行採用了雙邊共兩個排氣口的排氣消聲器,排氣口隱藏式設計,消聲器容積達到29L,可以提供優秀的消聲效果,怠速時排氣口噪聲低至50dBA。

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還有我們熟悉的胎噪,胎噪是車輛在高速行駛時,輪胎與路面磨擦所產生的,視路況車況來決定胎噪大小,路況越差胎噪越大,另外柏油路面與混泥土路面所產生的胎躁有很大區別(主要通過:四車門、後備箱、前葉子板、前輪弧產生和傳遞)。


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一般來說,胎噪主要由三部分組成:一是輪胎花紋間隙的空氣流動和輪胎四周空氣擾動構成的空氣噪音,二是胎體和花紋部分震動引起的輪胎震動噪音,特別是一些輪胎的材質偏硬,特別容易讓車主感受到路噪;三是路面不平造成的路面噪音,特別是行駛在坑坑窪窪的路面時,胎面與地面的磨擦、衝擊產生噪音,並與擋泥板、翼子板等部件的震動形成共鳴放大傳入車內。這就相當於路面在唱難聽得要死的歌,這些部件就是麥克風放大之後傳到了車內。

要想降低胎噪,可以採用花紋經過特殊設計的低噪音輪胎。也可以做隔音,通過阻隔胎噪向駕駛艙的傳播來減少胎噪等等。

所以,在控制輪胎所產生的噪音方面,紳寶智行匹配了高性能的佳通輪胎,並進行了五輪優化調校,既保證了輪胎的耐用性,又兼顧了舒適性。輪輞的側向剛度更是達到了同級領先水平,可以減少輪胎受路面激勵的振動向懸架傳遞,坐在車內的乘客,幾乎感覺不到路面的振動,長時間駕駛更舒適。

NVH是自主品牌邁向高端品質的必經之路,是眾多品牌的必爭之地,雖然現在行業沒有相關的標準,但NVH是每個整車企業都在努力的方向,長安,吉利,上汽,北汽都是中國自主品牌的標杆企業,也是NVH控制最突出的企業,而他們仍然在繼續努力。


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