汽車是人類科學技術(shù)進化的結(jié)晶，無論哪個零部件都離不開嚴謹?shù)挠嬎愫途艿募庸?，所以單獨說汽車是一門科學是毫無爭議的。但是由這些大大小小精密零件組合起來的“科學”的汽車，竟然也有讓工程師頭痛的，被稱之為“玄學”的部分，那就是汽車的NVH技術(shù)。而NVH技術(shù)，恰恰是我們開車，坐車時最在意的因素之一。那么NVH到底是什么，為什么要叫它玄學呢？



1.NVH是什么

NVH，英文全稱為Noise，Vibration & Harshness，翻譯過來就是噪音，震動和粗糙度。

Noise，噪音，是三者之中最容易理解的一環(huán)。能不能在等紅綠燈時安靜的欣賞一首音樂，或者在高速巡航時與家人一起聊聊天，都取決于汽車噪音控制工程的好壞。而噪音的來源也分為車內(nèi)噪音和車外噪音兩種，但凡有一環(huán)沒有做好，整體的噪音控制都會很困難。



Vibration，震動，這一點相信大多數(shù)人也都可以理解，比如發(fā)動機啟動那瞬間的“一哆嗦”就算震動的一種，經(jīng)過粗糙路面車輛顛簸也算一種，而這兩種同樣代表著車內(nèi)和車外的兩種震動來源，與噪音一樣，是影響乘坐舒適度的一大要點。



Harshness，粗糙度，這個其實是比較難翻譯的一個指標。有的可以理解為“不平順性”，比如新手開手動擋車型容易產(chǎn)生的換擋頓挫，有的也可以理解為“不可忍耐度”，比如會讓人感到極度不適的特殊頻率的震動或噪音等等，這些都屬于Harshness的一部分。



而這三方面綜合在一起，就是NVH性能，也就是衡量一部汽車做工好壞，以及乘坐舒適度的最基本標準。

也許很多人要問了，從上面的解釋來看，將這些因素以數(shù)學的方式來量化，再進行分析整理，也可以算是一門科學，比如用數(shù)據(jù)來測試更好的隔音材料可以減少外部噪音，用儀器測試單臺發(fā)動機的震動幅度，可以減少整車震動的問題等等。

但是別忘了，汽車是由上萬個零件組成的復雜系統(tǒng)，改善一個方面，并不能解決大的問題，反而可能會帶來更多意想不到的問題：比如換了發(fā)動機，但是跟變速箱更難匹配，提升了粗糙度；或者換了隔音材料，但是材料與周邊元件的摩擦很頻繁，反而增加了噪音等等…這也就是為什么很多工程師管它叫“科技中的玄學”了。

2.NVH為什么叫玄學

其實以上列舉的原因，并不是NVH作為玄學的第一要點。從整體上來看，導致汽車具有噪音和震動的原因有很多。不過大家也不必擔心這東西太過深奧而難以理解，其實用生活中的一些例子就可以很好的說明為何稱其為“玄學”的原因。

第一，涉及來源眾多

我們在車內(nèi)聽到的噪音，感受到的震動都具有十分復雜的來源。像發(fā)動機不斷運轉(zhuǎn)時，汽油做功時的爆炸聲，變速箱工作時的噪音，懸架在壓縮和伸長時的異響，輪胎滾過路面時的摩擦聲，風吹過車身產(chǎn)生的風噪，都屬于汽車本身產(chǎn)生的噪音。而在車外，同樣會有其他汽車發(fā)出的噪音，鳴笛聲以及環(huán)境的背景噪音等等。



除了這些常規(guī)的噪音來源之外，還有一些異響是在設計中不好發(fā)現(xiàn)的：比如各個零部件連接處，如果承受了較大的壓力，兩個零件相互摩擦就會產(chǎn)生不悅耳的聲音。比如電子元器件在配合時出現(xiàn)嘯叫，也難以從設計上解決。像這些偶發(fā)問題，也是工程師在檢查時難以發(fā)現(xiàn)的點。



而在震動方面，諸如活塞上下運動的過程會產(chǎn)生整個發(fā)動機的震動，進而帶動車身震動。如果車輪的動平衡，或者轉(zhuǎn)動件的加工不過關(guān)，造成這些零件在轉(zhuǎn)動時的不穩(wěn)定，也會帶來汽車的異動。還有包括風阻，地面帶來的復雜原因，使得震動的來源也相當繁多。



第二，形成機理復雜

在聲學理論中，形成聲音的機理是十分復雜的。往往你聽到的，或者感受到的最終結(jié)果，是由于多種原因綜合產(chǎn)生的。

就拿車身異響這個最簡單的例子來說。你感受到的表象，也許是前方儀表盤的下面有吱嘎吱嘎的摩擦聲。那么人最簡單的想法，肯定就是這儀表盤后面的零件出了問題，把摩擦的零部件換掉不就好了嗎？

其實不然，也許這個摩擦的零部件只是輸油管和地板之間的摩擦，但是這兩個地方的設計并沒有問題。那么就要順藤摸瓜往上下排查。也許是發(fā)動機的抖動因為設計原因?qū)е掠凸苷饎佣Σ?，也許是因為油箱的震動而導致摩擦，而油箱又是因為某個固定器松了導致抖動，固定器松了又是因為輪胎的動平衡沒做好，顛松的。所以一環(huán)扣一環(huán)，最后發(fā)現(xiàn)儀表盤下面有異響，竟然是因為輪胎的動平衡沒做好導致的。但是這只是一個最簡單的樣本，真正的異響涉及到的因素更多，更復雜，有的甚至不知道來源，自然也就沒法用科學的方法來解決。



而形成震動的原因又更復雜了。前面說的發(fā)動機，路面算是一級原因。而像上面說的輸油管底盤摩擦如果再大一點形成敲擊震動，那就是第二層原因。如果是車輛的多個部位零件發(fā)生共振而導致強烈顛簸，那就是第三層原因了。

說到共振，相信大家有聽說過某西方軍隊在過橋時因為齊步走，造成的震動與橋面的振動頻率一致而導致大橋坍塌的故事。雖說這個故事有點夸張，但是來形容共振造成的影響是十分貼切的。汽車的各個零部件就像一個個士兵，如果它們的固有頻率相當，再加上發(fā)動機在某個轉(zhuǎn)速震動的增幅，就相當于士兵齊步走，那震動和響聲的程度自然就不用多說了。而這也是為什么有些汽車在某些速度會產(chǎn)生異響或噪聲，震動突然增大的原因之一。



除了這些能用比較通俗例子來解釋的成因之外，還有更多不好確定的因素，比如為什么天窗開了再關(guān)就有異響，右轉(zhuǎn)上坡的時候方向盤就抖動等等奇怪問題。這些問題往往還需要更細致的拆解和測試才能確定。所以復雜的形成機理，也是為何NVH這么難做的原因。

第三，零件質(zhì)量影響

在大家的用車經(jīng)歷中，最容易出問題的是什么車？肯定是老車。上了年頭的車，就跟上了年紀的人一樣，不僅行動會變遲緩，身體的各個機能都會退化。在汽車上，往往表現(xiàn)為零部件的老化和松動。

比如在車上大量擔任減震件和吸能件的橡膠元件，就是受時間侵蝕最大的零件。老化的橡膠不僅彈性變差，在表面質(zhì)量和抗拉程度上也有所下降。最直觀的表現(xiàn)就是車身的隔音效果變差（很多縫隙都用橡膠件填充），異響增大（粗糙的橡膠表面摩擦金屬）以及震動更明顯（彈性下降，吸能性能下降）。



除了老化之外，另一個問題就是加工精度和配合度的問題了。我國雖然是制造大國，但是精密加工領域我們的水平還遠遠不及國外。除非是國外進口的機床（合資車企的鑄造，鍛造機），像自主設計，尤其是地方小企業(yè)的加工精度有時會達不到設計精度。而精度達不到，齒輪就會出現(xiàn)打齒和過度磨損，軸承會出現(xiàn)摩擦力不均，軸會出現(xiàn)轉(zhuǎn)動不平衡等問題。



而這些因素，工程師是不會在設計時給予過多考慮的。所以萬一這些零部件出現(xiàn)了質(zhì)量問題，那NVH工程師真的只有認栽的份兒了。

將這些東西綜合起來，就變成了一個十分復雜的體系優(yōu)化過程，有時候NVH工程師放了數(shù)十個傳感器來檢測車輛的震動異響來源，可能一個都沒有想要的結(jié)果，導致根本查不出根源在哪里，只能靠經(jīng)驗豐富的老工程師來猜測和試驗。有的換個零件就好了，但是具體換哪個零件要靠蒙。有的則是解決一個問題，又引發(fā)了另一個問題等等……而這種沒法用數(shù)據(jù)來量化的“經(jīng)驗”問題，往往會讓剛?cè)胄械墓こ處熋恢^腦。

3.優(yōu)化的途徑

雖然很多“萌新”工程師，戲稱NVH工程為玄學，但是在研究NVH性能的學科中，還是有很多因素可以量化成數(shù)字來進行研究的，而且也有很多非常簡單的途徑來解決。

比如最簡單的隔音問題。當你覺得周圍吵的時候要做什么？肯定是堵住耳朵。而汽車隔音的過程跟這個“堵耳朵”的過程是一樣的。將車廂內(nèi)聯(lián)通外界的縫隙全部用厚厚的隔音棉塞住，鋼板中間設計空腔，塞棉花，增加棉花厚度等等…前提是這個車可以接受足夠大的自重，但在這個汽車輕量化的大趨勢下，這樣做顯然是不合理的。



所以更技術(shù)的解決方案就是，要么更換隔音棉的材料，使其更輕性能更強。要不就設計更好的吸音腔結(jié)構(gòu)和車身，使得車內(nèi)的噪音更小。而這些就涉及到量化因素的各種數(shù)學方法了，比如：有限元分析法，邊界元方法，統(tǒng)計能量分析方法，多系統(tǒng)動力學方法等等。



這些方法通過不同的數(shù)學模型，也就是一系列公式來進行汽車整體的震動，噪音和能量分析。原始數(shù)據(jù)則通過貼在車身各處的傳感器來提供。利用數(shù)據(jù)分析來尋找理論上的“G點”，再通過在計算機上的模擬改進，從而改變整車的NVH特性。



結(jié)論：

在現(xiàn)在的汽車NVH性能開發(fā)中，數(shù)據(jù)建模和分析是汽車試產(chǎn)之前的重中之重，通過這個“科學”的方法，可以讓試驗車在制造出來之前就解決大部分的噪音異響問題。不過“玄學”所需要的經(jīng)驗法，從這里才要剛剛開始發(fā)揮作用。試驗車的異響和震動，還有很多都是依靠老師傅的經(jīng)驗來判斷問題來源的，并且這一過程，運氣也是相當重要的一環(huán)。當一個工程需要科學，經(jīng)驗和運氣來共同完善的時候，叫它“玄學”也就不過分了。