打造宁静座舱(2) NVH是虾咪?让原厂来告诉你 如何减少NVH?

来自四面八方的开车噪音,其实车厂近10年才重视这类问题在一般房车上,以往只注重豪华车款的NVH进行隔音,而车厂针对的NVH,也就是指噪音(Noise)、震动(Vibration)及舒适(Harshness)这三项来改善车内噪音带来的困扰,因此NVH表现极佳的车款往往会获得不少消费者的青睐。 

降低引擎和传动系统的振动

强化悬吊系统和採用宁静轮胎

限制钢板的数量,多用一体成型方式打造,减少空气的流动空间。

多採用流线造型设计,降低风阻和风噪。

浩大的NVH隔音工程

只为车内舒适的音贝

很多时候开长途车,即便没打开车窗,再小的噪音(约20Hz-100Hz)在车内听起来好像逐渐被放大,那都是由30000个零件构成的NVH影响驾驶乐趣的因素。过去车厂为了减少行车噪音,都用隔音材料来阻挡主要部位如引擎室、底盘、钣件传来的震动;随着更多的民航机先进科技导入汽车领域,降低NVH的方式也改由调校噪音频率来减缓振动,甚至有的车款已採用「Active Noise Cancellation主动消音控制」来达成理想的车内分贝,给予乘客和驾驶者舒适的移动空间。车厂到底是如何办到的?

打造宁静座舱(2)  NVH是虾咪?让原厂来告诉你  如何减少NVH? 

减缓咆哮的引擎声

即使用再好的隔音材料贴在引擎内盖和防火墙,若引擎本身的震动过大也不会有明显的减噪效果。因此现今的引擎内部零件多採用铝合金製成,大幅减轻重量之余也减缓摩擦噪音,凡是跟引擎动力有连接的变速箱、传动轴、排气管等都跟「动力源」的噪音有关,汽车工程师透过零件不同的材质、设计、接口,尽可能的调整整个动力系统的噪音输出。

支撑引擎的引擎脚会採用隔振的橡胶套件,减少悬空中的引擎震动传递到车体上,不过遗憾的是,这个橡胶套件还得起到支撑引擎的作用,柔软度也有限,汽车工程师为了加强减振效果,让引擎脚从过去的四支变成三支,同时也要有足够的力度去支撑引擎。解决引擎脚传递震动的问题只是其一,然而最靠近引擎的前座对噪音的影响最大,所以有些车款的引擎室防火墙会设计成波浪形,使噪音源传入车内之前会先吸收一部分的引擎声。打造宁静座舱(2)  NVH是虾咪?让原厂来告诉你  如何减少NVH?汽车工程师各有所长,其中一种工程师是专门调校引擎声,在引擎和排气系统之间取得平衡。测试中,车旁边会放置麦克风收录所需的声音,然后在电脑里不断的调校音频,直到满意为止。
打造宁静座舱(2)  NVH是虾咪?让原厂来告诉你  如何减少NVH?减少引擎震动传递至车体的方法,就是採用隔振橡胶套件的引擎脚,但柔软度有限,因此採用三支强度够的引擎脚支撑,来换取明显的减振效果。
打造宁静座舱(2)  NVH是虾咪?让原厂来告诉你  如何减少NVH? 
打造宁静座舱(2)  NVH是虾咪?让原厂来告诉你  如何减少NVH? 

车体共鸣噪音的「消失」

过去的造车技术不如今天,尤其在车体结构方面,为了补足合乎标準的强度而利用非常多的钢板进行点焊,由多片钢板组合成的车体,无形中留下不少空隙,行驶中的车子就不断导入空气进入钢板空隙而形成乱流,加上底盘传来的「交响乐」,就如同前面提到的产生共鸣,虽然处于中低频率,但在车内待的时间久了也会烦躁。

打造宁静座舱(2)  NVH是虾咪?让原厂来告诉你  如何减少NVH?左边的Formula 1碳纤维单体座舱是McLaren MP4-1(80年代车型),随着碳纤维单体结构的技术成熟,McLaren将它应用到市售车上,没有过多的预留空间,强度跟钢板同等级,也伴随着共鸣的减少。因此,一些车厂会採纳方程式赛车的单体座舱的技术概念,导入在注重NVH的高级车款上,甚至是超跑。基本的做法是减少钢板的厚度和钢板之间的组合,经过特殊的热处理,能在不减弱强度的状态下让钢板更薄,且在同样的重量下会更坚固,提高车体对底盘系统和传动系统的负载能力。在打造足够强度的薄钢板后,就不需要那幺多的钢板组合成车体了,利用新的结构设计来控制钢板自身的波速和空气中声波的波速(当这两个波速的频率吻合时就会发生共振),减缓摩擦噪音和风噪,也降低底盘和传动噪音的传导。当然只有裸露的钢板车体是不足以降低到理想的车内噪音分贝,为了滤掉高达300Hz的外来噪音进入车内,通常会在振动频率较高的结构钢板中加装制振垫,常见于防火墙、底板、内轮拱、内车顶、后行李厢,不过遗憾的是,车厂为维持每日的高产能和成本考量,目前还是由人工操作的制振垫黏贴步骤(用时较长)并不能滞留太长的时间,因此中低皆车款的制振垫较少,用料也不会很高档。打造宁静座舱(2)  NVH是虾咪?让原厂来告诉你  如何减少NVH?McLaren的前后钢板结合碳纤维单体座舱,减少底盘和传动噪音对座舱的干扰,但依旧抵挡不住高潮的引擎声浪!
打造宁静座舱(2)  NVH是虾咪?让原厂来告诉你  如何减少NVH? 
打造宁静座舱(2)  NVH是虾咪?让原厂来告诉你  如何减少NVH?豪华车款如Lexus、M-Benz也採用单体座舱的概念设计车体结构,减少钢板接合的数量,多用一体式成型,让内部的共鸣声减低。
打造宁静座舱(2)  NVH是虾咪?让原厂来告诉你  如何减少NVH? 
打造宁静座舱(2)  NVH是虾咪?让原厂来告诉你  如何减少NVH?遗憾的是,车厂为维持高产能,生产线不能暂停,由人工操作的黏贴制振垫或隔音棉有限,因此中低皆车款的隔音材料较少。

强化底盘的部件

车子开在不同的路况,难免会传出底盘的噪音,而底盘的噪音无非就来自于悬吊、轮胎、煞车,原因是任何部件之间的相对动作都会产生噪音,当我们踩下煞车时,来令片与碟盘摩擦的「吱吱」作响往往是最多车主烦恼的地方。为了解决这一点,动用了材料工程师、电子工程师、甚至是物理学家组成的大团队,测试煞车系统内的噪音位置和性能表现,并改良更好的系统来消除振动、减缓摩擦噪音。同样的也可以将这种改善观念套用到悬吊系统,强化各连桿或避震器的接头处,甚至用间距较大的弹簧来减少异音,当然选用好的材料也是关键。

打造宁静座舱(2)  NVH是虾咪?让原厂来告诉你  如何减少NVH? 
打造宁静座舱(2)  NVH是虾咪?让原厂来告诉你  如何减少NVH?为找出煞车系统的噪音和测试性能的极限,超高速旋转中的碟盘变红属于正常现象,模拟实际行走的状态

外型是风噪的关键

不少人有在跑高速下,被呼啸而过的风声摧残耳朵的经验吧?一般上,门框都会加装隔音胶条降低门边的风噪,或採用夹层的挡风玻璃和车窗,也就是所谓的「隔音玻璃」,不仅能减低风噪,外来的各种噪音也被隔绝。然而车子的造型才是解决风噪的主力,善用空气力学中的稳流,减少接触不规则的面积,降低乱流的产生,不仅阻力被递减,风噪也跟着减低。所以不难发现,车子的侧视镜外型都倾向于流线感,有的缩小体积来减低阻力和风噪。

打造宁静座舱(2)  NVH是虾咪?让原厂来告诉你  如何减少NVH?外型是解决风噪的主力,不同的造型会有截然不同的效果,其中掀背车尾易形成负压区而产生乱流,被风噪和尘土的影响较大,反而五门车的修长车尾顺势的排开稳流,让乱流只在尾灯。另外,掀背车尾的造型容易形成负压区而产生乱流,行驶中容易捲起尘土和雨水扑到后挡风玻璃,风噪也不小,反观五门房车有较长的车尾造型,将乱流区引到尾灯处,以致后挡风玻璃不用配雨刷,风噪影响较小。打造宁静座舱(2)  NVH是虾咪?让原厂来告诉你  如何减少NVH?超跑的侧视镜造型小而巧,模仿机翼的造型来降低风阻和风噪。

装载ANC主动控制噪音

相信很多车友不太晓得ANC这类玩意,它其实源自于民航飞机的科技,为了舒缓四颗喷射引擎的巨大噪音,乾脆在机舱内加装主动消音喇叭,让乘客能安稳的休息。随着更多的电子科技导入新车,追求车内高肃静的车款也开始加装ANC来提高品质,那ANC是怎幺主动消音的?

打造宁静座舱(2)  NVH是虾咪?让原厂来告诉你  如何减少NVH? ANC(Active Noise Cancellation)这套系消音统利用数位讯号处理器的自行分析外来噪音的波形和频率,经过特定的演算法产生精準度高的反向波形讯号,简单来说就是跟噪音完全相反的波形,最后用滤波器将反向波放大成1:1的振幅,去抵消噪音的波形,能有效的减低烦人的噪音。或许大家会问,若真的都把噪音消除了,岂不是听不见对方跟我说话了?由于ANC系统主要是针对中低频率噪音,尤其底盘、车体和引擎噪音都属于中低频率,在车内通常有几个消音喇叭加装在易产生中低频噪音的位置(常见于车门和车顶),能降低10db左右,使噪音?掉至最佳化,提昇车内的环境音贝。相反的,救护车紧急声或人声属于高音频,当然能听见。打造宁静座舱(2)  NVH是虾咪?让原厂来告诉你  如何减少NVH?ANC用滤波器将反向波放大成1:1的振幅,去抵消噪音的波形。

不过,ANC系统目前仍无法滤掉高频率的噪音,如风噪。原因是高频率(800Hz以上)的波长非常短,而且无法预知其方向性,处理器就无法精準的分析非常频密的波形,或许未来能更快速的释出高频率反向波形也说不定。此外,这项技术也已经应用到耳机上,可见所需的功率不高,也不需要再调高音量听歌,然后听不见别人呼叫自己。

打造宁静座舱(2)  NVH是虾咪?让原厂来告诉你  如何减少NVH?ANC目前多用在高档车款,像Audi A8里头装载了四个ANC在各车门,当处理器分析噪音波形后,再透过中低音喇叭放出舒适的音量。
打造宁静座舱(2)  NVH是虾咪?让原厂来告诉你  如何减少NVH?ANC的喇叭并没有播放音乐的功能,因此所需的功率不高,相信未来会在车子上普及化。
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