三菱化学集团为 EV、自动驾驶汽车的 NVH 带来创新的材料技术(上)

「NVH」 是决定汽车舒适性的指标之一。NVH 指的是驾驶员在驾驶过程中感受到的噪音和振动,虽然汽车制造商一直在研究应对措施,但随着向电动汽车的转变和自动驾驶汽车的实际应用的快速发展,NVH 再次引起了人们的关注。由于 EV 和自动驾驶汽车的驱动系统等结构与传统汽油发动机汽车不同,我们需要采取新的NVH对策。本文将从 NVH 的定义出发,介绍三菱化学集团针对 NVH 对策的材料解决方案。

三菱化学集团为 EV、自动驾驶汽车的 NVH 带来创新的材料技术(上)

什么是「NVH」?

它的含义以及在汽车开发中的重要性。

首先,让我们来详细了解一下什么是 NVH?它的含义、概要及其重要性。

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NVH 决定了汽车的舒适性和宜居性

NVH 是 「Noise(噪音)、Vibration(振动)和Harshness(声振粗糙度)」的缩写,是衡量车辆舒适性和宜居性的重要指标。在这些类别中,究竟哪些因素可以被视为 NVH?

Noise(噪音):外部噪音,如发动机噪音、路噪、风噪等。

Vibration(振动):发动机驱动过程中以及驱动部件(传动轴、轮胎、车轮等)在行驶过程中产生的振动。

Harshness(声振粗糙度):在崎岖路面、轻微颠簸和铺装路面的接缝处行驶时产生的推力,由此给包括驾驶员在内乘员带来不愉快的振动和噪音等。

不同的人对噪音、振动和推力等的感知是不同的。因此,NVH 采用噪声和振动测量设备或模拟系统进行量化。

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为什么 NVH 在汽车开发中非常重要?

NVH 是车辆开发和制造过程中重要的指标之一。除了舒适性和宜居性,还有以下原因:

 提高品牌价值

第一个原因是,这会影响汽车制造商的品牌价值。

例如,即使汽车的外观再吸引人或再豪华,如果噪音、振动或推力很大,也会给人廉价的感觉。毫不夸张地说,豪华汽车的乘坐舒适性和安静程度尤其会影响其作为汽车制造商的品牌价值。

提高客户满意度

另一个原因是,NVH 与客户满意度直接相关。

即使外观装饰再豪华、设计再精致,如果用户在实际驾驶或坐在副驾驶座位上时感受到噪音、振动和不舒适的乘坐体验,他们就会感到期待落空,客户满意度也会受到影响。

相反,即使不是高端豪华车,具有出色 NVH 的汽车也能提供舒适的驾乘体验,超出用户的预期从而获得较高的客户满意度。

提高安全性

此外,NVH 在改善安全性和驾驶体验方面也很重要。驾驶噪音和振动水平较高的车辆时间越长,就越容易感到疲劳和压力,这也可能会降低驾驶时的注意力,导致事故发生。

另一方面,NVH 较高的车辆长时间驾驶也不会觉得太累,可以让驾驶员集中精力驾驶,从而提高安全性。

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造成「NVH」的主要原因

许多人都知道,驾驶汽车时必然会产生一些噪音、振动和推力感。因此,为了开发出更舒适、更宜居的汽车,了解这些现象的原因和机理非常重要。

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汽车 NVH 的来源可分为三大类,主要为:「空气动力」、「机械」和「电气」的因素。

空气动力因素

空气动力学,指空气、气体的流动和运动对物体的影响。汽车行驶时,行驶时吹到车体上的风、空气、用于汽车空调装置的风扇(HVAC 风扇)等都属于空气动力 NVH 的范畴。

空气动力学是车辆设计和开发过程中不可忽视的重要因素,对行驶过程中的静音和振动有重大影响。

机械因素

机械 NVH 包括制动摩擦、发动机驱动噪音和振动以及轮胎和路面之间的摩擦。驾驶车辆时,制动器、发动机和轮胎产生的机械噪音和振动是不可避免的,但如果清楚地了解其来源和机理,就能采取有效的 NVH 对策。

电气因素

发生某种异常时通知驾驶者的警告音,EV(电动汽车)不可缺少的电动机和逆变器,电池系统的动作音和振动等都属于电气 NVH 的范畴。

电动汽车比汽油车更安静,行驶时产生的振动也更小,但将直流电转换为交流电的逆变器会发出高频率,从而产生独特的马达声。在许多情况下,习惯了汽油动力汽车声音的人们会觉得逆变器发出的独特电机噪音令人不悦。

电动汽车会产生哪些新的 NVH?

迄今为止,NVH 通常侧重于汽油车发出的噪音和振动声。然而,随着近来全球汽车制造商在开发电动汽车方面的竞争日趋激烈,人们对不同于汽油车的 "电动汽车特有的 NVH "的需求也在不断增长。

如果说 NVH 在传统内燃机(汽油机)中容易被被掩盖不易被察觉,那在电动汽车的开发中需要采取哪些具体措施呢?

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电动汽车的传动系统

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传动系统电动化需要采取哪些新的 NVH 措施?

传统汽车与 EV 的最大区别在于传动系统用电机取代了汽油发动机。这也不可避免地改变了车辆所需单元和部件的布局。具体来说,电机驱动将使传动系统比汽油发动机小得多,变速器、电池和其他部件可以放在驾驶舱下面。另一方面,为了保证续航里程,电池的重量和体积需要得到保证,车辆内部的布局也发生了大变化。电池重量的增加本身就是一个新的 NVH 因素。这意味着需要采取不同于汽油发动机车辆的新的 NVH 措施。

电机产生噪音的表现形式

装有汽油发动机的车辆也使用了各种电气元件,这些元件产生的电气噪音也不小。不过,与电动汽车相比,汽油动力汽车的噪声没有那么大,而是被汽油发动机产生的噪声和振动所掩盖。

然而,电动汽车越来越多地在传动系统和其他各种机电系统中配备了电机,这可能会暴露出以前被发动机噪声所掩盖的“新的”噪声。

具体来说,随着变速箱、座椅滑块和尾门等许多车辆功能的电气化,车辆中的电机噪声也会增加,因此在向混合动力和电动汽车过渡的过程中,必须重点降低电机产生的 NVH。

为实现自动驾驶而改变车内环境

除了电动汽车,自动驾驶也有望在不久的将来得到普及。当全自动驾驶投入实际应用时,甚至连驾驶员和乘客座椅的概念都将消失,座椅调节和布局的选择(如旋转和倾斜座椅)将大大增加。电动座椅以及自动开关车门系统等更多的机电一体化技术,将有可能产生比电动汽车更大的电气噪声。

在不久的将来,当自动驾驶技术完全投入实际应用时,乘客将需要一个更加舒适的车内环境,所需的对应水平也会更高。

因此,对低摩擦部件和其他有助于驱动电机平稳运行的部件的需求可能会增加,这也是防止 NVH 的一种措施。

采用高性能材料

传统的 NVH 对策,如沥青板和毛毡材料已被广泛用作隔音和吸音措施。然而,从减轻汽车重量和确保空间的角度来看,预计今后对功能性更强的材料的需求将增加。同时,还需要应对因向电动汽车转变而出现的新的 NVH 对策材料的需求。例如,在电机噪声对策方面,除了传统的道路噪声和外部噪声外,还需要针对电机特定频段和对策点的专用材料。除了影响车辆内部的 NVH 外,车辆运行时的外部噪声也是一个重要问题。预计车外噪声法规今后将更加严格,尤其是跑车,因此需要立即采取对策。NVH 对策的难度逐年增加,越来越难以用单一的解决方案来解决这些问题。

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在本篇文章中我们探讨了什么是「NVH」,它产生的原因以及解决 NVH 问题的重要性,也罗列了一些目前的主要解决措施。

在下篇我们将继续探讨 MCG 里面有什么材料解决方案可以更好的解决 NVH 的问题。

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来源:三菱化学

原文始发于微信公众号(三菱化学中国):三菱化学集团为 EV、自动驾驶汽车的 NVH 带来创新的材料技术(上)

作者 808, ab