近日,上海市发布了《关于进一步加强机动车噪音污染治理工作的通告》,通告中指出,12月1日起,上海市全天禁止噪音超过80分贝的九座以下的客车在本市道路(高速公路除外)行驶。这一通告的发布立刻引来很大关注,很多车友表示这一规定有些苛刻,有网友表示,“那我的爆改思域岂不是得在地库中孤独终老了么?”
虽然这一规定在一定程度上确实限制了很多豪华车型在路上行驶的“畅快感”,但是对于车辆发出的噪声,绝大部分人都会保持一致的观点,那就是噪声越少越好,传入到车内的噪声也是越少越好。那么,让人抓狂却又无从下手的车内噪声到底从何而来呢?
汽车噪声这一说法并不严谨,因为行车过程中让人抓狂的感受并不只是包括噪声。专业的说法为NVH,也就是噪声、振动与声振粗糙度(Noise、Vibration、Harshness)的英文缩写,NVH是衡量汽车制造质量的一个综合性问题,也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。据有关数据显示,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。
驾乘人员在日常行驶过程中感受到的噪声主要来源是发动机工作的噪声、轮胎与路面摩擦形成的胎噪以及高速行驶过程中车辆和空气形成的风噪。这三点在车辆行驶中根据速度高低,实际体现不同。在发动机怠速和低速行驶过程中,最主要的噪声来源是发动机舱;在中低速行驶过程中,胎噪为最显著噪声;在高速行驶时,风噪又变成了最主要的噪声来源。
发动机噪声
按照发动机表面噪声产生的机理可以分为燃烧噪声和机械噪声两种,如果按照噪声辐射方式分类,又可以增加进、排气噪声和风扇噪声,可以统称为空气动力学噪声。所以一般将发动机噪声分为三类,分别是燃烧噪声、机械噪声和空气动力学噪声。
燃烧噪声
燃烧噪声是气缸内燃烧所形成的压力振动并通过缸盖和活塞-连杆-曲轴-机体的途径向外辐射的噪声。在燃烧过程中,缸内压力急剧变化引起的动力负荷及气缸内气体冲击波引起的高频振动和噪声是最显而易见的表现方式。通俗一些说,在日常行驶中,每当急加速的时候,气缸内的压力迅速变化,造成发动机的振动和噪声也是最大的,产生的冲击波在燃烧室壁面进行多次反射,从而将气体振动扩大,这时传入车舱内的噪声也随之变大。这也就是为什么我们在深踩油门时会听到发动机轰鸣的主要原因。
机械噪声
机械噪声中,活塞对汽缸壁敲击,通常是发动机最大的机械噪声源。敲击的强度主要取决于气缸的最高爆发压力之间的间隙。因此该噪声既和燃烧有关,又和发动机活塞的具体结构有关。可以这样说,由于活塞与缸壁之间有间隙,活塞在缸体中运动并不只是在上下做运动,间隙的存在让活塞在横向也会产生运动轨迹,这种横向运动会导致活塞与缸壁之间产生碰撞,从而产生噪声。当然,除了活塞敲击噪声,还有供油系噪声、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。
空气动力学噪声
空气动力学噪声主要包括进气噪声、排气噪声和风扇噪声。在同一发动机中,进气噪声主要受转速影响,转速增加一倍,进气噪声就会增加10-18db,所以在车辆进行急加速中听到的发动机嘶吼,最主要的来源就是进气噪声。排气噪声大家应该都不会陌生,深夜大街上划破天际的“呜,呜呜”的声音多半就是最引人关注的排气噪声。当发动机的排气阀门突然开启后,废气会以很高的速度冲出,经过排气管冲入大气,在其中,排气管的布置对于排气噪声的抑制起到很关键的作用。反过来说,如果排气管的布置发生变化,排气噪声也会改变,有时在路上可以听到看似不起眼的车型发出很大的声音,有可能就是车主改装了排气管,不过,也有可能遇到了一辆“扮猪吃老虎”的高尔夫R。除此之外,风扇噪声也会随着转速增高而提高,低转速时,风扇噪声比发动机本体噪声低得多,但在高转速时,风扇噪声往往是发动机舱内最大的噪声源。
胎噪
除了发动机本身的噪声之外,来自轮胎与地面摩擦产生的噪声也是令人头疼的一部分。一般来说,胎噪分为以下几种情况:
1.轮胎和地面摩擦导致。这个非常好理解,我们走路都会有摩擦的脚步声,何况一个快速行驶重达几吨的庞然大物汽车呢,轮胎在行驶过程中挤压、摩擦、滚动等等产生的一系列噪音。
2由轮胎花纹导致。不同轮胎花纹中间的缝隙大小不同,而轮胎又是橡胶做的,有一定的柔韧性,在车重和路面挤压之间会有一定程度的变形。在运动的前提下,气流会从缝隙中不断进去,来回摩擦也会有噪音形成。
3.胎噪与路噪结合在一起,轮胎本就有部分胎噪,加上路面坑洼,各种冲击摩擦之下,有翼子板等部位震动形成共鸣,传递到车内,无限放大。
除此之外,路况的好坏对胎噪影响很大,路况越差胎噪越大,同样平整的路面,柏油路面和混泥土路面产生的胎噪也有很大区别。
风噪
风噪在车辆行驶过程中也同样不可忽略,在高速行驶的过程中,风噪甚至会成为车内噪音最大的源头。按产生的原因,风噪可以分为:1、气流与车身摩擦产生的风噪,2、气流吹过车身表面凸起形成的风噪,3、气流与空腔结构作用产生的风噪,4、风吹过缝隙产生的哨音,5、车窗与天窗风振等。
第一类,气流与车身摩擦产生的噪声,没有方位感,每辆车都会有的,只是噪声大小和汽车的造型有关,这种噪声一般人都不感到反感。
第二类是气流与车身上凸起作用产生的噪声。这个大家可能不好理解。那么我们先说说都有哪些凸起:后视镜,雨刮,A柱,天线,还有车身上各种间隙,面差(由于汽车外观件都是一个一个拼装起来的所以肯定会有间隙和位置一高一低的现象存在)。这些凸起就会使气流产生涡旋,进而产生噪声,其实就是我们常说的“兜风”。这种噪声是人们不愿意听到的,因为车友们能明显的听到是哪个位置发出的,会让人烦躁。控制这种噪声:一方面是汽车设计过程中需要考虑如何减小这些部件“兜风”或者把风引导到远离汽车的方向,比如设计成隐藏式雨刮(将雨刮在汽车的迎风面隐藏到机舱盖的下面),将后视镜的造型优化,控制车身的间隙与面差等;另一方面是要加强声学包,将这些噪声隔离驾驶室之外。
第三类是气流与车身空腔结构作用产生的噪声,这种噪声主观听上去就是气流的“呲呲声”,位置感比较强,多数发生在翼子板附近。产生风噪的空腔需要用发泡等材料填充,消除风噪。
第四类就是哨音,气流吹过小的缝隙会产生哨音,经常发生在后视镜,机舱盖前端等处。这就好像咱们小时候玩儿的吹片子,或者吹小管子一样。解决办法就是破坏这些缝隙和空腔就可以了。
第五类是车窗与天窗风振。有些车友会有这种经历,行驶到某一个速度下,打开车窗或者天窗,突然之间车内噪声变的很大,感觉人都要爆炸了一样,这就是风振。它是风吹进驾驶室使驾驶室这个空腔共振产生的。打开车窗产生的风振无法消除,打开天窗产生的风振可以通过在天窗上加导流板,将气流引导到车外来解决。
许多专注于汽车NVH研究的工程师把自己的工作称为研究“玄学”,为什么这么说呢,因为一辆完整的汽车由千万个零部件组成,这些零件相互配合,才能成为一个整体,在保证一辆车正常行驶的情况下,想让这么多零部件配合的天衣无缝,难度系数可想而知。工程师在测试时使用隔音棉等隔音材料后,好不容易将发动机噪声控制到正常水平,结果可能因为重量增加,使得轮胎受到的压力变大,胎噪又会增加,解决胎噪之后,可能会因为车身高度增加、表面凸起增加等,又会让行驶中的风噪增加,自此陷入解决问题,发现问题再解决问题的循环过程中。
当然,NVH问题也并不是不可解决,不过这就要和成本挂钩了。劳斯莱斯汽车有一篇经典的广告文案,“在时速60英里时,这辆劳斯莱斯汽车上的最大噪声来自它的电子钟”。可见,只要投入成本,再“玄学”的问题依然可以被很好的解决。