汽車(chē)是人類科學(xué)技術(shù)進(jìn)化的結(jié)晶，無(wú)論哪個(gè)零部件都離不開(kāi)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠?jì)算和精密的加工，所以單獨(dú)說(shuō)汽車(chē)是一門(mén)科學(xué)是毫無(wú)爭(zhēng)議的。但是由這些大大小小精密零件組合起來(lái)的“科學(xué)”的汽車(chē)，竟然也有讓工程師頭痛的，被稱之為“玄學(xué)”的部分，那就是汽車(chē)的NVH技術(shù)。而NVH技術(shù)，恰恰是我們開(kāi)車(chē)，坐車(chē)時(shí)最在意的因素之一。那么NVH到底是什么，為什么要叫它玄學(xué)呢？



1.NVH是什么

NVH，英文全稱為Noise，Vibration & Harshness，翻譯過(guò)來(lái)就是噪音，震動(dòng)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(shí)安靜的欣賞一首音樂(lè)，或者在高速巡航時(shí)與家人一起聊聊天，都取決于汽車(chē)噪音控制工程的好壞。而噪音的來(lái)源也分為車(chē)內(nèi)噪音和車(chē)外噪音兩種，但凡有一環(huán)沒(méi)有做好，整體的噪音控制都會(huì)很困難。



Vibration，震動(dòng)，這一點(diǎn)相信大多數(shù)人也都可以理解，比如發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)那瞬間的“一哆嗦”就算震動(dòng)的一種，經(jīng)過(guò)粗糙路面車(chē)輛顛簸也算一種，而這兩種同樣代表著車(chē)內(nèi)和車(chē)外的兩種震動(dòng)來(lái)源，與噪音一樣，是影響乘坐舒適度的一大要點(diǎn)。



Harshness，粗糙度，這個(gè)其實(shí)是比較難翻譯的一個(gè)指標(biāo)。有的可以理解為“不平順性”，比如新手開(kāi)手動(dòng)擋車(chē)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(huì)讓人感到極度不適的特殊頻率的震動(dòng)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(chē)做工好壞，以及乘坐舒適度的最基本標(biāo)準(zhǔn)。

也許很多人要問(wèn)了，從上面的解釋來(lái)看，將這些因素以數(shù)學(xué)的方式來(lái)量化，再進(jìn)行分析整理，也可以算是一門(mén)科學(xué)，比如用數(shù)據(jù)來(lái)測(cè)試更好的隔音材料可以減少外部噪音，用儀器測(cè)試單臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的震動(dòng)幅度，可以減少整車(chē)震動(dòng)的問(wèn)題等等。

但是別忘了，汽車(chē)是由上萬(wàn)個(gè)零件組成的復(fù)雜系統(tǒng)，改善一個(gè)方面，并不能解決大的問(wèn)題，反而可能會(huì)帶來(lái)更多意想不到的問(wèn)題：比如換了發(fā)動(dòng)機(jī)，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(xué)”了。

2.NVH為什么叫玄學(xué)

其實(shí)以上列舉的原因，并不是NVH作為玄學(xué)的第一要點(diǎn)。從整體上來(lái)看，導(dǎo)致汽車(chē)具有噪音和震動(dòng)的原因有很多。不過(guò)大家也不必?fù)?dān)心這東西太過(guò)深?yuàn)W而難以理解，其實(shí)用生活中的一些例子就可以很好的說(shuō)明為何稱其為“玄學(xué)”的原因。

第一，涉及來(lái)源眾多

我們?cè)谲?chē)內(nèi)聽(tīng)到的噪音，感受到的震動(dòng)都具有十分復(fù)雜的來(lái)源。像發(fā)動(dòng)機(jī)不斷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，汽油做功時(shí)的爆炸聲，變速箱工作時(shí)的噪音，懸架在壓縮和伸長(zhǎng)時(shí)的異響，輪胎滾過(guò)路面時(shí)的摩擦聲，風(fēng)吹過(guò)車(chē)身產(chǎn)生的風(fēng)噪，都屬于汽車(chē)本身產(chǎn)生的噪音。而在車(chē)外，同樣會(huì)有其他汽車(chē)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(lái)源之外，還有一些異響是在設(shè)計(jì)中不好發(fā)現(xiàn)的：比如各個(gè)零部件連接處，如果承受了較大的壓力，兩個(gè)零件相互摩擦就會(huì)產(chǎn)生不悅耳的聲音。比如電子元器件在配合時(shí)出現(xiàn)嘯叫，也難以從設(shè)計(jì)上解決。像這些偶發(fā)問(wèn)題，也是工程師在檢查時(shí)難以發(fā)現(xiàn)的點(diǎn)。



而在震動(dòng)方面，諸如活塞上下運(yùn)動(dòng)的過(guò)程會(huì)產(chǎn)生整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的震動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)車(chē)身震動(dòng)。如果車(chē)輪的動(dòng)平衡，或者轉(zhuǎn)動(dòng)件的加工不過(guò)關(guān)，造成這些零件在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的不穩(wěn)定，也會(huì)帶來(lái)汽車(chē)的異動(dòng)。還有包括風(fēng)阻，地面帶來(lái)的復(fù)雜原因，使得震動(dòng)的來(lái)源也相當(dāng)繁多。



第二，形成機(jī)理復(fù)雜

在聲學(xué)理論中，形成聲音的機(jī)理是十分復(fù)雜的。往往你聽(tīng)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(chē)身異響這個(gè)最簡(jiǎn)單的例子來(lái)說(shuō)。你感受到的表象，也許是前方儀表盤(pán)的下面有吱嘎吱嘎的摩擦聲。那么人最簡(jiǎn)單的想法，肯定就是這儀表盤(pán)后面的零件出了問(wèn)題，把摩擦的零部件換掉不就好了嗎？

其實(shí)不然，也許這個(gè)摩擦的零部件只是輸油管和地板之間的摩擦，但是這兩個(gè)地方的設(shè)計(jì)并沒(méi)有問(wèn)題。那么就要順藤摸瓜往上下排查。也許是發(fā)動(dòng)機(jī)的抖動(dòng)因?yàn)樵O(shè)計(jì)原因?qū)е掠凸苷饎?dòng)而摩擦，也許是因?yàn)橛拖涞恼饎?dòng)而導(dǎo)致摩擦，而油箱又是因?yàn)槟硞€(gè)固定器松了導(dǎo)致抖動(dòng)，固定器松了又是因?yàn)檩喬サ膭?dòng)平衡沒(méi)做好，顛松的。所以一環(huán)扣一環(huán)，最后發(fā)現(xiàn)儀表盤(pán)下面有異響，竟然是因?yàn)檩喬サ膭?dòng)平衡沒(méi)做好導(dǎo)致的。但是這只是一個(gè)最簡(jiǎn)單的樣本，真正的異響涉及到的因素更多，更復(fù)雜，有的甚至不知道來(lái)源，自然也就沒(méi)法用科學(xué)的方法來(lái)解決。



而形成震動(dòng)的原因又更復(fù)雜了。前面說(shuō)的發(fā)動(dòng)機(jī)，路面算是一級(jí)原因。而像上面說(shuō)的輸油管底盤(pán)摩擦如果再大一點(diǎn)形成敲擊震動(dòng)，那就是第二層原因。如果是車(chē)輛的多個(gè)部位零件發(fā)生共振而導(dǎo)致強(qiáng)烈顛簸，那就是第三層原因了。

說(shuō)到共振，相信大家有聽(tīng)說(shuō)過(guò)某西方軍隊(duì)在過(guò)橋時(shí)因?yàn)辇R步走，造成的震動(dòng)與橋面的振動(dòng)頻率一致而導(dǎo)致大橋坍塌的故事。雖說(shuō)這個(gè)故事有點(diǎn)夸張，但是來(lái)形容共振造成的影響是十分貼切的。汽車(chē)的各個(gè)零部件就像一個(gè)個(gè)士兵，如果它們的固有頻率相當(dāng)，再加上發(fā)動(dòng)機(jī)在某個(gè)轉(zhuǎn)速震動(dòng)的增幅，就相當(dāng)于士兵齊步走，那震動(dòng)和響聲的程度自然就不用多說(shuō)了。而這也是為什么有些汽車(chē)在某些速度會(huì)產(chǎn)生異響或噪聲，震動(dòng)突然增大的原因之一。



除了這些能用比較通俗例子來(lái)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(kāi)了再關(guān)就有異響，右轉(zhuǎn)上坡的時(shí)候方向盤(pán)就抖動(dòng)等等奇怪問(wèn)題。這些問(wèn)題往往還需要更細(xì)致的拆解和測(cè)試才能確定。所以復(fù)雜的形成機(jī)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(chē)經(jīng)歷中，最容易出問(wèn)題的是什么車(chē)？肯定是老車(chē)。上了年頭的車(chē)，就跟上了年紀(jì)的人一樣，不僅行動(dòng)會(huì)變遲緩，身體的各個(gè)機(jī)能都會(huì)退化。在汽車(chē)上，往往表現(xiàn)為零部件的老化和松動(dòng)。

比如在車(chē)上大量擔(dān)任減震件和吸能件的橡膠元件，就是受時(shí)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(chē)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(dòng)更明顯（彈性下降，吸能性能下降）。



除了老化之外，另一個(gè)問(wèn)題就是加工精度和配合度的問(wèn)題了。我國(guó)雖然是制造大國(guó)，但是精密加工領(lǐng)域我們的水平還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及國(guó)外。除非是國(guó)外進(jìn)口的機(jī)床（合資車(chē)企的鑄造，鍛造機(jī)），像自主設(shè)計(jì)，尤其是地方小企業(yè)的加工精度有時(shí)會(huì)達(dá)不到設(shè)計(jì)精度。而精度達(dá)不到，齒輪就會(huì)出現(xiàn)打齒和過(guò)度磨損，軸承會(huì)出現(xiàn)摩擦力不均，軸會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)不平衡等問(wèn)題。



而這些因素，工程師是不會(huì)在設(shè)計(jì)時(shí)給予過(guò)多考慮的。所以萬(wàn)一這些零部件出現(xiàn)了質(zhì)量問(wèn)題，那NVH工程師真的只有認(rèn)栽的份兒了。

將這些東西綜合起來(lái)，就變成了一個(gè)十分復(fù)雜的體系優(yōu)化過(guò)程，有時(shí)候NVH工程師放了數(shù)十個(gè)傳感器來(lái)檢測(cè)車(chē)輛的震動(dòng)異響來(lái)源，可能一個(gè)都沒(méi)有想要的結(jié)果，導(dǎo)致根本查不出根源在哪里，只能靠經(jīng)驗(yàn)豐富的老工程師來(lái)猜測(cè)和試驗(yàn)。有的換個(gè)零件就好了，但是具體換哪個(gè)零件要靠蒙。有的則是解決一個(gè)問(wèn)題，又引發(fā)了另一個(gè)問(wèn)題等等……而這種沒(méi)法用數(shù)據(jù)來(lái)量化的“經(jīng)驗(yàn)”問(wèn)題，往往會(huì)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(xué)，但是在研究NVH性能的學(xué)科中，還是有很多因素可以量化成數(shù)字來(lái)進(jìn)行研究的，而且也有很多非常簡(jiǎn)單的途徑來(lái)解決。

比如最簡(jiǎn)單的隔音問(wèn)題。當(dāng)你覺(jué)得周?chē)车臅r(shí)候要做什么？肯定是堵住耳朵。而汽車(chē)隔音的過(guò)程跟這個(gè)“堵耳朵”的過(guò)程是一樣的。將車(chē)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(shè)計(jì)空腔，塞棉花，增加棉花厚度等等…前提是這個(gè)車(chē)可以接受足夠大的自重，但在這個(gè)汽車(chē)輕量化的大趨勢(shì)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(qiáng)。要不就設(shè)計(jì)更好的吸音腔結(jié)構(gòu)和車(chē)身，使得車(chē)內(nèi)的噪音更小。而這些就涉及到量化因素的各種數(shù)學(xué)方法了，比如：有限元分析法，邊界元方法，統(tǒng)計(jì)能量分析方法，多系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法等等。



這些方法通過(guò)不同的數(shù)學(xué)模型，也就是一系列公式來(lái)進(jìn)行汽車(chē)整體的震動(dòng)，噪音和能量分析。原始數(shù)據(jù)則通過(guò)貼在車(chē)身各處的傳感器來(lái)提供。利用數(shù)據(jù)分析來(lái)尋找理論上的“G點(diǎn)”，再通過(guò)在計(jì)算機(jī)上的模擬改進(jìn)，從而改變整車(chē)的NVH特性。



結(jié)論：

在現(xiàn)在的汽車(chē)NVH性能開(kāi)發(fā)中，數(shù)據(jù)建模和分析是汽車(chē)試產(chǎn)之前的重中之重，通過(guò)這個(gè)“科學(xué)”的方法，可以讓試驗(yàn)車(chē)在制造出來(lái)之前就解決大部分的噪音異響問(wèn)題。不過(guò)“玄學(xué)”所需要的經(jīng)驗(yàn)法，從這里才要?jiǎng)倓傞_(kāi)始發(fā)揮作用。試驗(yàn)車(chē)的異響和震動(dòng)，還有很多都是依靠老師傅的經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷問(wèn)題來(lái)源的，并且這一過(guò)程，運(yùn)氣也是相當(dāng)重要的一環(huán)。當(dāng)一個(gè)工程需要科學(xué)，經(jīng)驗(yàn)和運(yùn)氣來(lái)共同完善的時(shí)候，叫它“玄學(xué)”也就不過(guò)分了。