一文解读汽车NVH！

NVH

噪声、振动与声振粗糙度（Noise、Vibration、Harshness）的英文缩写。这是衡量汽车制造质量的一个综合性问题，它给汽车用户的感受是最直接和最表面的。车辆的NVH问题是国际汽车业各大整车制造企业和零部件企业关注的问题之一。有统计资料显示，整车约有1/3的故障问题是和车辆的NVH问题有关系，而各大公司有近20%的研发费用消耗在解决车辆的NVH问题上。

NVH特性研究在改进汽车乘坐舒适性中的应用

NVH特性的研究不仅仅适用于整个汽车新产品的开发过程，而且适用于改进现有车型乘坐舒适性的研究。这是一项针对汽车的某一个系统或总成进行建模分析，找出对乘坐舒适性影响最大的因素，通过改善激励源振动状况(降幅或移频)或控制激励源振动噪声向车室内的传递来提高乘坐舒适性。

汽车动力总成悬置系统的隔振研究以及发动机进排气噪声的研究是改善整车舒适性的重要内容，动力总成液压悬置系统的发展与完善使这一问题得到较好的解决。悬架系统和转向系统对路面不平度激励的传递和响应对驾驶员及乘客的乘坐舒适性有很大影响，分析悬架系统的动力学特性可以改善它的传递特性，减少振动和噪声；通过对转向操纵机构和仪表板进行有限元分析，可以使转向柱管、方向盘的固有频率移出激励频率范围并保证仪表板的响应振幅最小。汽车制动时产生的噪声严重影响了车室内乘员的舒适性，实验证明制动噪声主要是由于制动器摩擦元件磨损不均匀造成的，通过对制动盘等元件进行有限元分析以及它的磨损特性对产生噪声的影响等问题的研究，可以改善制动工况下的整车NVH特性。另外，随着车速的不断提高，高速流动的空气与车身撞击摩擦产生的振动噪声已经成为车室噪声的重要来源。

汽车在使用一段时间之后，一些元件（如传动系的齿轮、联轴节、悬架中的橡胶衬套、制动器中的制动盘等）的磨损将对整车的NVH特性产生重要影响，它们的强度、可靠性和灵敏度分析是研究整车特性的重要工作，这也就是所谓高行驶里程下汽车NVH特性的研究。

研究和评价

研究汽车的NVH特性首先必须利用CAE技术建立汽车动力学模型，已经有几种比较成熟的理论和方法。

1.多体系统动力学方法：将系统内各部件抽象为刚体或弹性体，研究它们在大范围空间运动时的动力学特性。在汽车NVH特性的研究中，多体系统动力学方法主要应用于底盘悬架系统、转向传动系统低频范围的建模与分析。

2.有限元方法(FEM)：是把连续的弹性体划分成有限个单元，通过在计算机上划分网格建立有限元模型，计算系统的变形和应力以及动力学特性。由于有限元方法的日益完善以及相应分析软件的成熟，使它成为研究汽车NVH特性的重要方法。一方面，它适用于车身结构振动、车室内部空腔噪声的建模分析；另一方面，与多体系统动力学方法相结合来分析汽车底盘系统的动力学特性，其准确度也大大提高。

3.边界元方法(BEM)：与有限元方法相比，边界元方法(BEM)降低了求解问题的维数，能方便地处理无界区域问题，并且在计算机上也可以轻松地生成高效率的网格，但计算速度较慢。对于汽车车身结构和车室内部空腔的声固耦合系统也可以采用边界元法进行分析，由于边界元法在处理车室内吸声材料建模方面具有独特的优点，因此正在得到广泛的应用。

4.统计能量分析(SEA)方法：以空间声学和统计力学为基础的统计能量分析(SEA)方法是将系统分解为多个子系统，研究它们之间能量流动和模态响应的统计特性。它适用于结构、声学等系统的动力学分析。对于中高频（300HZ）的汽车NVH特性预测，如果采用FEM或BEM建立模型，将大大增加工作量而且其结果准确度并不高，因此这时采用统计能量分析方法是合理的。有人利用SEAM软件对某皮卡车建立了SEA模型，分析了它在250Hz以上的NVH特性并研究了模型参数对它的影响，得到令人满意的结果。

NVH详细说明

1.对于汽车而言，NVH问题是处处存在的，根据问题产生的来源又可分为发动机NVH、车身NVH和底盘NVH三大部分，进一步还可细分为空气动力NVH、空调系统NVH、道路行驶NVH、制动系统NVH等等。声振粗糙度又可称为不平顺性或冲击特性，与振动和噪声的瞬态性质有关，描述了人体对振动和噪声的主观感受，不能直接用客观测量方法来度量。乘员在汽车中的舒适性感受以及由于振动引起的汽车零部件强度和寿命问题都属于NVH的研究范畴。从NVH的观点来看，汽车是一个由激励源（ 发动机、变速器等）、振动传递器（由悬架系统和连接件组成）和噪声发射器（车身）组成的系统。汽车NVH特性的研究应该以整车作为研究对象， 但由于汽车系统极为复杂，因此，经常将它分解成多个子系统进行研究，如发动机子系统（包括动力传动系统）、底盘子系统（主要包括悬架系统）、车身子系统等。

2. NVH问题是系统性的。例如有些轿车行驶时车厢噪声大，查源头在发动机，那么这一个噪声问题可能就涉及到三个部分，一个是发动本身的噪声大，一个是发动机悬置部件减振效果差，一个是车厢前围和地板隔音技术不好，是一个互相关连的系统问题。

3. 当遇到车厢噪声大时，人们一般考虑加强车厢隔音技术和材料，而对真正的噪声发生源-发动机则是无能为力，这只能是“亡羊补牢”，无法从根本上解决问题。但如果运用NVH解决方案，就会涉及发动机、悬置及车架等，从根本上减少噪声产生的来源。因此，NVH问题实质是汽车设计中要解决的问题，而不是汽车进入市场后要解决的问题。

4. 汽车的发动机和车身都通过弹性元件支承在车桥和轮胎上，构成一个弹性振动系统，整个系统按照各总成部件又分成多个“弹性振动子系统”。当汽车因路面凸凹不平、发动机及传动系抖动或车轮不平衡而受激振动时，各“弹性振动子系统”发生振动且互相关联。

5.振动是噪声产生的根源之一，行驶时振动大的车辆往往噪声也大。因此，从汽车NVH问题的角度看，解决噪声不能头痛治头，脚痛治脚，而应该考虑到整车其他方面的问题，例如要考虑到车身、发动机、轮胎、弹性支承等诸方面。

控制措施

汽车振动和噪声的产生并不是相互独立，而是紧密联系的。可以说，噪声源于振动，振动、噪声和舒适性这三者是密切相关的。既要减小振动、降低噪声，又要提高乘坐舒适性、保证产品的安全性、环保性以及使用性能。

要改善汽车的NVH特性，首先是对其振动源和噪声源的控制。这就需要改善产生振动和噪声的零部件的结构，改善其振动特性，避免产生共振；改进旋转元件的平衡；提高零部件的加工精度和装配质量，减小相对运动元件之问的冲击与摩擦；改善气体或液体流动状况，避免形成涡流；改善车身结构，提高刚度；施加与噪声源振幅相当而相位相反的声音等。其次要控制振动和噪声传递的途径。这就需要对结构的振动和噪声传递特性进行分析并改进，使之对振动和噪声具有明显的衰减作用而不是放大；优化对发动机悬置的设计，降低发动机向车身传递的振动；对悬架系统进行改进，阻断振动的传递；采用适合于平面振动的阻尼材料、适合于旋转轴类的扭振减振器以及针对其它线振动的质量减振器；分析和改进结构，特别是车身的密封状况，提高密封性能；各种吸音材料、隔音材料和隔音结构的研究及应用，提高汽车内部的吸音和隔音性能等。

那么，噪声到底来自哪？

从桑塔纳进入中国市场至今30余年以来，汽车上的科技越来越发达，配置越来越丰富，同时汽车文化也越来越普及，随之带来的是消费者对汽车的性能越来越挑剔。老桑塔纳时代，只要是有车，那就是成功人士的象征。再后来，消费者开始追求动力性和经济性。再到如今，消费者越来越关注舒适性。某车企大佬再也不敢说“汽车不过就是四个轮子加沙发”的妄语了。

而与汽车舒适性相关的最重要的无疑就是NVH了，所谓的NVH指的是噪声、振动与声振粗糙度(Noise、Vibration、Harshness)的英文缩写。这是衡量汽车制造质量的一个综合性问题，它给汽车用户的感受是最直接和最表面的。

汽车噪声，即汽车行驶在道路上时，内燃机、喇叭、轮胎等都会发出大量的人类不喜欢的声音。当然，这些声音是会影响咱们人类的身心健康的;振动，物理学上给出的定义是指一个状态改变的过程，即物体的往复运动。其实经常开车的人可能会有所体会，方向盘上的抖动很明显，就这是振动。

据权威统计表明，中国汽车市场上前10名的抱怨有4项是关于NVH方面的，分别是刹车噪音、风噪、发动机异响和胎噪。

同样，在学术研究领域，发动机噪声、胎噪和风噪是研究的重点。今天我就借这个机会介绍下这三大类型的噪音。

其中，在车速较低时，发动机噪声最大，尤其是在怠速且不开空调的情况下，有的车发动机噪声简直就是灾难。车速稍高时，最显著的噪声就变成了胎噪，如果是在下过雨的路面，那这噪声会折磨得人痛不欲生。而跑高速时，相信不少人都体验过风噪的厉害，尤其是将窗户打开一点，那风声似乎要将人吞噬掉。

发动机发出的噪声主要有三种类型：燃烧噪声、机械噪声和空气动力噪声。燃烧噪声和机械噪声，是通过发动机的外表面向外辐射，而空气动力噪声主要是在进气和排气过程产生，直接向大气辐射。发动机低转速运转时，燃烧噪声是主要噪声源;高转速运转时，机械噪声和空气动力噪声是主要噪声源。

>>>>燃烧噪声

可燃混合气在气缸中燃烧产生的气缸压力通过活塞、连杆、曲轴、主轴承传到机体或者引起结构表面的振动而辐射出来的噪声，称之为燃烧噪声。打个简单的比方，就像是爆竹爆炸产生的声音，只不过燃烧噪音在气缸内通过其他机构传出来了。

>>>>机械噪声

顾名思义就是机械部件在发动机运转时，产生冲击和振动而激发的噪声。主要有活塞敲击噪声、供油系噪声、配气机构噪声、正时系统噪声、辅机系统噪声、轴承噪声、不平衡惯性力引起的机体振动和噪声等。发动机工作时，由于冲击、摩擦、旋转不均匀和不平衡力作用等原因，激起零部件的机械振动而产生噪声。特别是当激振力频率与零部件的固有频率相一致时，会引起激烈的共振和噪声。只要初中物理不是体育老师教的应该都会记得物理课本上的那军队过桥时导致了桥的共振而倒塌的场景。因此，共振是非常可怕的，也是在汽车设计中必须要避免的。

>>>>空气动力噪声

是气体流动(如周期性进气、排气)或物体在空气中运动，空气与物体撞击，引起空气产生的涡流，或者由于空气发生压力突变，形成空气扰动与膨胀(如高压气体向空气中喷射)等而产生的噪声。一般说来，空气动力噪声是直接向大气辐射的。主要可以分成进气噪声、排气噪声和风扇噪声。当然，一般车上的排气管上都会有消音装置，将大部分的排气噪声给消除了。而城乡结合部有些非主流小青年非常喜欢干的事情就是将排气管上的消音装置给拆了，自以为那种排气噪声就是赛车的声音，真是太天真了。

你也许会说，发动机的声音这么大，是不是电动车声音就小了?确实，电机由于不需要燃烧，燃烧和进排气噪音是没有的，机械结构也比发动机简单，机械噪音也更小。因此电动机的噪声确实比发动机小很多，但电机的电磁噪声是一种高频的噪声，而人耳对这种频率的噪声更加敏感，听起来更不舒服。因此电机噪声的优化也是一门很大的学问。同济大学的左曙光教授和林福博士在这方面造诣颇深，发表过诸多国际顶尖水平的论文。

>>>>轮胎噪音

所谓胎噪，就是车辆在高速行驶时，轮胎与路面磨擦所产生的噪声，而胎噪的大小随着路况和车况的不同而有所不同。总的来说，路况越差、轮胎越硬，胎噪就越大。而且不同的路面，轮胎的噪音也是不一样的，比如说柏油路面与混泥土路面所产生的胎噪就有很大区别。粗糙沥青路面主要激励产生中低频噪声，横纹水泥路面主要激励产生高频噪声。怎么说呢?就相当于行驶在沥青路面上像是听杨坤在唱《无所谓》，在横纹水泥路面上像是张靓颖在唱《画心》。与欧美国家相比，我国道路质量普遍偏低。据统计显示，中国58%的道路质量低于欧洲平均水平，42%的道路质量与欧洲持平。因此，胎噪问题在我国显得尤为重要。

一般来说，胎噪主要由三部分组成：一是轮胎花纹间隙的空气流动和轮胎四周空气扰动构成的空气噪音，二是胎体和花纹部分震动引起的轮胎震动噪音，特别是一些轮胎的材质偏硬，特别容易让车主感受到路噪;三是路面不平造成的路面噪音，特别是行驶在坑坑洼洼的路面时，胎面与地面的磨擦、冲击产生噪音，并与挡泥板、翼子板等部件的震动形成共鸣放大传入车内。这就相当于路面在唱难听得要死的歌，这些部件就是麦克风放大之后传到了车内。

要想降低胎噪，可以采用花纹经过特殊设计的低噪音轮胎。也可以做隔音，通过阻隔胎噪向驾驶舱的传播来减少胎噪等等。

>>>>风噪

风噪，是指汽车在高速行驶的过程中迎面而来的风的压力已超过车门的密封阻力进入车内而产生的。行驶速度越快，风噪越大。

风噪的响声非常特别，流速很快的风与车体的门窗或金缝隙、边角摩擦，产生高响度的摩擦音，这种摩擦噪音像狮子吼一样具有很强的穿透力和刺激性，高速运转持续的时间越长，风噪的危害就会越突出，并逐渐累积，给乘坐车辆的人带来强烈的不舒适感。那为什么低速时感受不到风噪，而高速时特别大呢?还是那句话，物理不是体育老师教的都知道风阻是与速度的平方成正比的，因此随着车速的增加，摩擦阻力呈现平方式的上升，当到80km/h时，风噪就很大了。

风阻较小的车，相应的风噪也小。比如上海大众的凌渡，由于其风阻系数只有0.28，因此在同样的车速下产生的风噪比同级别的车小很多。对汽车进行汽车隔音处理，比如说做四门隔音和汽车密封条，可以很好的解决风噪问题。因为说到底，风噪大从源头上是没办法解决的，车速快，风噪就会大。但是将传播途径进行降噪处理就能起到很好的效果。

说了这么多，归根结底，一分钱一分货在汽车的NVH上体现得淋漓尽致，奔驰S级的车内基本听不到噪音，而一些定位低端的车型，夸张地说就与拖拉机无异了(这真的只是用了夸张手法，大家不妨在评论区谈谈自己的切身感受)。