亂談汽車NVH（1）

來自專欄咖加車評

作者 —— 咖加用戶：張世琦

???汽車已經走過了一百多年的發展歷程，由最早的馬車車廂似的外形，逐漸發展出了多個種類。最早的汽車就是以乘用車的形式出現，而乘用車的發展隨著市場的推動也是飛速發展，尤其以舒適性最受市場和消費者的關注。而乘用車舒適性中最重要的一環就是nvh了。

Nvh作為乘用車設計系統里的一部分，在現代乘用車設計成本中的比例越來越高了。因為現代乘用車的設計要求是，追求車身的輕量化，並且要提升其nvh性能。

曾經在網上看到過說nvh是玄學的說法，我覺得這也是對nvh複雜性的一種表達，本文的目的就是想帶大家稍微深入了解一下汽車nvh。

我就從幾個跟汽車nvh相關的重要概念引入:

首先是車身剛度，剛度簡單的說是指一個結構在外力下抵抗變形的能力，即恢復原形的彈性形變能力。

車身剛度中最主要的兩種是彎曲剛度和扭轉剛度。

以吸管為例，就是吸管抵抗我手掰它的能力，具體一些叫做彎曲剛度，單位是N/mm，從單位上理解就是在它被我掰折之前，我手給的力與吸管位移變形的比值。再比如，汽車在過坎時，車身就承受了一個彎曲力，就需要車身有足夠的要去剛度。

扭轉剛度就是類似我用兩隻手擰瓶子的情況，單位是kN·m/rad。此類情況比較接近交叉軸。

講到這，大家估計已經懵逼了，這玩意跟nvh有毛關係？

車身剛度決定了很多東西，甚至可以說決定了一輛車的檔次，有如下方面:

一、異響。車身剛度足夠大的車身，在外力影響下的形變很小，所以不容易產生異響。

二、nvh。車身的剛度決定了車身模態，也就是車身的共振頻率，剛度越大的車身模態頻率越高，只要能高於大部分激勵源的頻率，比如發動機的各階發火頻率、車輪的轉動頻率等就可以獲得一個很好的nvh基礎。簡單說，就是一個較高又合適的車身剛度能夠避免車身共振，從而提升nvh性能。

三、汽車碰撞安全。車身的剛度直接影響碰撞中的表現，但是車身碰撞所要求的各個部位剛度可能會與nvh所要求的有出入。

四．可靠性問題。車身剛度是決定疲勞性能和可靠性的重要因素之一。車身在行駛中會遇到來自懸掛的衝擊，剛度不足可能導致變形，從而使各部件產生磨損導致損壞。

說到這裡大家可以理解到剛度對nvh乃至整車性能的影響。那麼下面我們再引入一個nvh中的重要概念：阻尼。

靜止的物體在受到外界激勵時，會產生振動。一旦沒有了外界激勵，振動就會慢慢消失，這就是阻尼的作用。

舉個例子，一個在真空環境中起振的音叉是不會停止振動的。概念介紹完了，我也不賣關子了，其實阻尼在汽車nvh中的主要應用就是止震材料，比如瀝青，橡膠以及樹脂等。阻尼本身的作用並不能改變物體的振動頻率，只能使振動衰減紙消失。但是在實際應用中，很多材料本身既有阻尼作用也有提升剛度的作用，比如填充泡沫，樹脂板等。當然阻尼不僅僅是指這種黏彈性的材料，金屬板之間的摩擦也屬於阻尼，有些固體基體材料中添加特殊材料也可以使其具備阻尼，還有一些特殊合金材料本身具有阻尼。另外還有一點就是，空氣對於振動的物體來說也算是阻尼。

介紹完了兩個重要概念，我們來舉一些汽車上的關於nvh設計的具體實例。

1. 車身上的複雜線條：這不僅僅是考慮了空氣動力學的結果，還有車身外板的剛度，以及製造成本。不同造型的結構會有不同的剛度表現，舉個簡單的例子，一張白紙，很容易就能彎曲，而當你把白紙折成一個w形時，它就可以承受一些重量了，剛度大大提升。在金屬材料上這一點同樣成立。

2. 車門的結構：乘用車的車門結構幾乎都是使用薄板衝壓形成，分內外兩層，內層用於安裝喇叭升窗器等附件和車門內飾板，內層會有很多的溝壑和突起。外層會焊接防撞梁和加強筋。這些做法都是為了在降低重量和成本的情況下提高車門的剛度。而不會去使用更厚更重的車門板。很多車型還會在車門外板上貼止震材料，這樣做既能阻止車外噪音的傳遞，也能降低車輛行駛時門板本身的振動。這種設計思路不僅僅存在與車門，頂棚包括前翼子板都是類似的設計。

3. 車輛地板的造形，以及很多兩驅車型地板中央的明顯隆起。同理，也是為了提升地板剛度，縱向的隆起對一階彎曲剛度貢獻尤其大。又因為承載式車身上直接安裝懸掛系統，所以地板的剛度就尤為重要。

4. 懸掛的減震器以及擺臂與車身連接的襯套以及發動機懸置裝置。這些裝置也基本屬於阻尼概念的範疇，其作用也都是使振動快速衰減，降低振動的持續性。其工作原理都是將振動的機械能化為熱能。

說到這裡，大家會發現，其實汽車的設計是一個多種因素相互妥協相互制約的過程，所以如何把各項性能都兼顧得比較好，並且能控制住成本，是所有優秀車企的目標。而國內某些品牌的某些產品，在追求nvh以及舒適性的同時卻落下了其他的性能，比如車輛的轉彎極限，動力總成匹配以及油耗等。汽車是一個複雜的工業品，一個性能均衡又人性化的產品才是一個優秀的作品。本文僅從兩個概念為大家揭露了汽車nvh中的冰山一小角，我會在接下來的文章中繼續為大家講解其他nvh相關的知識。

（本文大量引用了龐劍老師所著的《汽車車身噪音與振動控制》一書中的觀點及圖例，僅供大家學習參考。在此也特別感謝龐劍老師為中國汽車nvh領域所做出的傑出貢獻。）

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