什麼是NVH？

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人們在談論與汽車振動雜訊相關的各項性能指標時，都會說到一個名詞：NVH，那什麼是NVH，NVH都需要做哪方面的工作，又有哪些可用的技術，需要多少人才能真正把NVH做好等等方面。本文將嘗試從這幾個方面著手，對NVH工作作一個全面的闡述。

本文主要內容包括：

1. NVH定義；

2. 什麼階段要考慮NVH；

3. NVH工作內容；

4. NVH技術手段；

5. NVH設施與團隊。

1. NVH定義

NVH是三個英文單詞Noise，Vibration和Harshness首字母的縮寫，是汽車雜訊、振動和舒適性等各項指標的總稱。由於汽車結構振動會產生雜訊，進而影響到舒適性，而當舒適性有問題時，必然存在相應的振動雜訊問題。因此，三者在汽車振動雜訊中是同時出現且又密不可分，因而常把它們放在一起進行研究。簡單地講，乘員在汽車中的一切觸覺、聽覺乃至視覺感受都屬於NVH研究的範疇，主要研究包括整車及系統主要零部件的NVH性能。

雖然各行各業的產品都有振動雜訊問題，但只有在汽車行業，才將振動雜訊稱之為NVH，其他行業均無此稱呼。這是因為汽車作們人們出行的主要交通工具，與人的關係非常密切。每次出行，駕駛員或乘員呆在汽車裡的時間非常長，而且頻率非常高，可能會天天選擇汽車出行，且時間不短。因此，汽車與人們的日常生活密切相連，沒有其他產品可以與之相提並論。比方人們也經常坐飛機，坐一次飛機的時間從一兩個小時到十幾個小時，但振動雜訊也不稱為NVH，這是因為飛機與人們的生活密切程度遠不及汽車。

（圖片來自騰訊網）

據公安部交管局統計，截至2016年6月底，全國機動車保有量達2.85億輛，其中汽車1.84億輛，以個人名義登記的小型載客汽車(私家車)超1.35億輛，上半年新註冊登記量達1085萬輛。機動車駕駛人達3.42億人，其中汽車駕駛人2.96億人。隨著群眾機動出行需求不斷提高，汽車市場潛力持續釋放，汽車保有量保持快速增長趨勢。（@中新網）

（圖片來自中新網）

正是由於汽車與人們的日常生活聯繫非常密切，所以，在汽車行業非常重視NVH。據統計表明，汽車約有1/3的問題與NVH有關，約1/5的售後服務與NVH有關，各大公司有近1/5的研發費用消耗在解決車輛的NVH問題上。

2. 什麼階段要考慮NVH

汽車的振動雜訊會讓乘員直接感受到該車是否舒適，所以，人們在購買汽車時對此會特別關心。為此，各大汽車公司在汽車的開發過程中投入大量人力和物力來提高汽車的NVH性能。如今年7月，吉利汽車宣布為NVH投入10億人民幣。吉利汽車研究院資深總工程師顧鵬雲指出，除了安全性能最能體現一款車的綜合品質外，其次就是NVH性能。

通常說來，汽車的NVH工作可分為三個階段：目標制定分解階段、開發實現階段和驗證改進階段。

（圖片來自龐劍博士PPT）

汽車正向開發時，首先要做的就是制定汽車整車的各項NVH性能指標，制定時主要從以下幾個方面來考慮：

a. NVH性能是否滿足國家、地方法規？如在歐洲通過雜訊為74dBA；在美國通過雜訊為78 dBA。

b. 是否滿足用戶的需求？

c. 與市場上相同車型相比，是否有競爭力？通常各項NVH指標要優於對標車型。

d. 公司的技術開發實力有多大？

制定目標之後，就需要將整車層次的NVH目標分解到各系統、子系統、部件的NVH目標。如選擇的動力總成、進排氣系統是否滿足目標要求？通常各子系統的NVH目標主要是用於約束各個子系統或部件的供應商，這些子系統和部件的NVH目標在供應商手中實現，但要滿足主機廠對這些子系統或部件的NVH目標。

開發實現階段主要通過CAE技術設計各個系統和部件，驗證其NVH指標是否滿足設計目標。根據部件來源不同，可能會在不同的廠商實現各自的NVH目標，如白車身的NVH目標是由主機廠實現，而由供應商供應的子系統或零部件，則在各供應商手中實現各自的NVH目標。主機廠會在各不同的開發階段，開發不同的樣車來驗證設計，如雜合樣車、底盤樣車和車身樣車。

即使各系統、子系統、部件的NVH目標都滿足，但在到裝配到整車上時，還可能存在NVH性能超標的情況，以及在後期路試時也可能會存在NVH問題（troubleshooting），這時就需要改進了，如何改進呢？是空氣聲還是結構聲？是源的問題還是結構問題，還是二者都有問題？如果是源的問題，是哪個源最大？如果是系統問題，又是哪條路徑上的問題呢？

總的來說，NVH工作應貫穿整個汽車開發階段，即使在開發完成以後，也可能還會存在NVH問題，並且這種可能性極大。

3. NVH工作內容

NVH工作的目的是為了減少車內的振動雜訊，使乘員感受到的（聽覺、觸覺和視覺）是一種舒適的駕車或乘車環境，因此，NVH工作也有人稱之為靜音工程，使乘員艙是一個靜音的環境。

考慮汽車的NVH問題，離不開「源-路徑（系統）-接受者」模型。振動與雜訊在源頭產生，通過傳遞路徑傳遞到接受者處被感知。因此，為了分析與控制雜訊與振動問題，可以從這三個方面來考慮。首先是要減少源的振動與雜訊，其次是在源與接受者之間將雜訊與振動的傳遞路徑切斷或者使其衰減，最後是對接受者進行保護。

汽車的激勵源主要分三類：動力系統（包括發動機、傳動系統和進排氣系統）、路噪和風噪。在汽車速度低時，發動機是主要雜訊與振動源；在中速時，輪胎與路面的摩擦是主要雜訊與振動源；在高速時，車身與空氣之間的摩擦變成了最主要的雜訊與振動源。因此，NVH需要圍繞這三個方面來減少振動雜訊，提高汽車的舒適性，而雜訊根據傳遞路徑不同又分為結構聲和空氣聲。

結構聲的傳遞路徑主要有發動機懸置系統，車身與副車架連接處，排氣掛鉤，前後懸架連接點，後橋拉杆與車身連接處，懸置與副車架連接處，各種與車身連接部件，如拉索、卡扣、托架、空調管、油管等。空氣聲的主要傳遞路徑有車體和車體上的一些空洞縫隙等。

目標點（接受者）主要包括乘員耳旁雜訊、方向盤振動、地板腳踏處的振動、座椅導軌振動、儀錶盤振動和後視鏡振動等。在分析源-路徑-接受者模型時，最主要的是接受者，一切從接受者出發，即從顧客要求出發，來確定雜訊與振動量級的大小和聲品質。

傳遞路徑的振動與雜訊特性是振動與雜訊控制的關鍵。對路徑的控制通常有三種方法：隔聲與隔振、吸聲與吸振和改變路徑結構。通常用吸聲和隔聲來達到減少雜訊的目的，車上許多部分都安裝了吸聲材料和隔聲材料。而路徑的振動控制一般是採用隔振器或動力吸振器。改變路徑結構通常是採用優化設計使隔振效果最佳。

（圖片來自李傳兵博士PPT）

以上是從「源-路徑-接受者」模型來介紹的。下面將從整車和系統來介紹NVH工作內容。

就整車級而言，需要從以下方面考慮：

a. 車內振動雜訊指標：反映了一部汽車整體振動與雜訊水準，又分為從顧客主觀感受來評價一部車的雜訊與振動大小，所以也叫顧客層次的評價，和客觀測試評價。這些客觀指標有：①駕駛員和乘客耳旁雜訊；②汽車地板或者座椅導軌處的振動；③方向盤上的振動；④座椅上的振動和人體的振動；⑤儀錶盤的振動等。評價通常對以下三種狀態進行：怠速、全負荷WOT、半負荷POT、勻速、倒車、減速和急加減油門（tip-in，tip-out）等。

b. 車外雜訊—通過雜訊。

c. 平順性、操穩性。

d. 整車模態/聲腔模態。

e. 整車隔聲效果。

從系統級來考慮，需要考慮以下系統的NVH問題：

動力總成、發動機、變速器、傳遞系統、車身結構、聲學包裝、進排所系統、風噪、路噪及底盤、電器系統、管路系統、動力系統聲品質和部件聲品質等系統。每個系統的NVH都可以長長的展開來細講，因為，每個系統都有自己的結構特點，因而NVH問題又有自己的特徵與表現，但在這不作展開。

總之，NVH工作的內容是使汽車的各項NVH達到目標，最後呈現在用戶面前的車輛是一款安靜舒適型的汽車（以私家車為例）。

4. NVH工作手段

就NVH工作手段而言，主要有CAE技術與試驗技術兩個大的方面。當然，這兩個大的方面又可以細分不同的方法與手段。

用於NVH的CAE技術主要有以下方法：

多體動力學：研究由若干個柔性和剛性物體相互連接所組成的多體系統，研究其動力學行為。

FEA：將無限自由度的連續體離散成有限自由度的離散體，根據力學方程或聲學波動方程，求解方程式得到彈性體結構的振動或聲學特徵。

邊界元法：有限元法適合於低頻結構的振動和聲學分析，當聲空間體積增大，模態密度急劇增大，有限元法方法有局限性。相比之下，邊界元方法對處理結構聲輻射、聲散射和結構聲腔問題有獨特的優越性。

統計能量法：研究結構之間的能量（振動雜訊）流動的統計特性，在預測和分析車內空氣雜訊的應用較普遍。

CFD：計算流體動力學主要用於考慮流場對車身雜訊的影響，高車速下風噪是主要的激勵源，因此，CFD主要用於考慮風場對整車雜訊的影響。

用於NVH的試驗技術主要有以下方法：

頻譜分析：指基於FFT變換的時域響應信號分析，得到頻域的NVH性能表現數據，主要包括FFT分析、階次分析、扭振分析等。

傳函分析：傳函分析雖然也是基於FFT分析，但在汽車NVH測試中，它顯得尤為重要，如測量VTF、NTF、IPI等，因此，在這單獨列出來。

模態分析：模態分析的最終目標是在識別出系統的模態參數、為結構系統的振動特性分析、振動故障診斷和預報以及結構動力特性的優化設計提供依據。像汽車結構聲控制則通過模態匹配來實現，也用試驗模態分析來提高數字模型的準確性。關於試驗模態分析請見《什麼是模態分析？》。

TPA分析：基於「源-路徑-接受者」模型分析NVH問題到底是源所引起、還是路徑引起或者是二者共同作用的結果。關於TPA分析請見《什麼是傳遞路徑分析？》

聲學分析：包括聲強、聲功率、聲品質與雜訊源定位等手段。

5. NVH設施與團隊

對於CAE技術而言，絕大多數工作都可以在計算機上完成。但對於試驗技術而言，不僅需要計算機，還需要試驗場地與試驗設備。而對於試驗場地與設備建設的投資也是巨大的，下圖為奇瑞汽車有限公司試驗中心鳥瞰圖。

（圖片來自顧小葉博士PPT）

試驗場地多半是按試驗功能來分類的，如分為四驅轉鼓通過雜訊實驗室、傳遞函數實驗室、發動機雜訊實驗室、隔音量實驗室、整車及零部件模態實驗室、聲品質實驗室等等。

在這以整車及零部件模態實驗室為例來介紹其功能，該實驗室能完成整車及白車身模態測試分析，零部件包括副車架、傳動軸、排氣系統等部件級的模態測試與分析。實驗室配套的儀器設備包括多通道數據採集儀（包括採集多路轉速）、多通道信號源、全套模態分析軟體、數個單向和三向加速度感測器和多個激振器等試驗設備。

整車及零部件模態實驗室

四驅轉鼓通過雜訊實驗室

具有了試驗設施，還需要關鍵的因素：試驗人員，也就是NVH團隊。我始終堅信，有人才能做事，有能人才能做好事！哪怕設施全是一流水準的，但是沒有人能將一流水準的設施的作用百分之百發揮出來，那麼，這是資源的嚴重浪費。現在國內普遍存在一種怪象：肯花上千萬採購了一套設備，但卻不願意花幾萬元在系統地培訓這方面的知識上。相對而言，能人可能使用較差的設備也能達到一流的水準，而普通人可能使用好設備也很難取得高質量的結果，所以，對NVH來講，人才是至關重要的！

由於汽車結構複雜，按功能來分可以分很多系統，因此，NVH工作也應按這些系統來分類，下圖是廣汽研究院NVH開發管理模式。只有做到細緻，甚至是極致，才能取得優異的NVH性能表現，而不是簡簡單單的分為整車NVH和部件NVH。

（圖片來自@廣汽研究院）

由於NVH問題的解決手段分為CAE技術和試驗技術，因此，對於NVH團隊而言，也有兩這兩個分類：一個是CAE團隊，一個是試驗團隊。對於主機廠而言，NVH可以是科級，也可以是部級，相對而言，主機廠越重視NVH，相應的部門級別也會越高，像廣汽研究院徐仰匯博士所帶領的團隊則是NVH部。

「

在聊到最「得意」的成績時，徐仰匯博士微微一笑，「如果說得意的產品，那無疑是GS8了；但是我覺得在廣汽研究院最得意的應該是帶起了現在這支年輕、富有創造力、實力強大的NVH開發團隊——有了他們，產品的品質無需擔心。（@廣汽研究院）

以前可以說路不太好，NVH問題比較突出是有原因的，但現在路越來越好了，因此，主機廠也越來越注重NVH了，主機廠注重這一塊，那麼它的供應商也就注重這一塊了，供應商也不應該再是2，3人做這一塊了，也應該有相應的團隊。在汽車的開發過程中，只有保證各個環節都滿足NVH性能要求了，才能減少後期的驗證時間，使大多數時間都花在前期的開發設計，少量的放在後期的驗證上。

所以，開發出高品質的汽車，NVH性能表現優越，除了硬體設施之外，還離不開NVH團隊，NVH團隊是至關重要的一環。還是那句話：有人才能做事，有能人才能做好事！

擴展閱讀

1.整車性能及NVH性能的開發與管理

2.什麼是模態分析？(上)

3.什麼是模態分析？(下)

4.什麼是動剛度？

5.什麼是傳遞路徑分析？

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