打造寧靜座艙(2) NVH是蝦咪?讓原廠來告訴你 如何減少NVH?

來自四面八方的開車噪音,其實車廠近10年才重視這類問題在一般房車上,以往只注重豪華車款的NVH進行隔音,而車廠針對的NVH,也就是指噪音(Noise)、震動(Vibration)及舒適(Harshness)這三項來改善車內噪音帶來的困擾,因此NVH表現極佳的車款往往會獲得不少消費者的青睞。 

降低引擎和傳動系統的振動

強化懸吊系統和採用寧靜輪胎

限制鋼板的數量,多用一體成型方式打造,減少空氣的流動空間。

多採用流線造型設計,降低風阻和風噪。

浩大的NVH隔音工程

只為車內舒適的音貝

很多時候開長途車,即便沒打開車窗,再小的噪音(約20Hz-100Hz)在車內聽起來好像逐漸被放大,那都是由30000個零件構成的NVH影響駕駛樂趣的因素。 過去車廠為了減少行車噪音,都用隔音材料來阻擋主要部位如引擎室、底盤、鈑件傳來的震動;隨著更多的民航機先進科技導入汽車領域,降低NVH的方式也改由調校噪音頻率來減緩振動,甚至有的車款已採用「Active Noise Cancellation主動消音控制」來達成理想的車內分貝,給予乘客和駕駛者舒適的移動空間。車廠到底是如何辦到的?

 

減緩咆哮的引擎聲

即使用再好的隔音材料貼在引擎內蓋和防火牆,若引擎本身的震動過大也不會有明顯的減噪效果。因此現今的引擎內部零件多採用鋁合金製成,大幅減輕重量之餘也減緩摩擦噪音,凡是跟引擎動力有連接的變速箱、傳動軸、排氣管等都跟「動力源」的噪音有關,汽車工程師透過零件不同的材質、設計、接口,盡可能的調整整個動力系統的噪音輸出。

支撐引擎的引擎腳會採用隔振的橡膠套件,減少懸空中的引擎震動傳遞到車體上,不過遺憾的是,這個橡膠套件還得起到支撐引擎的作用,柔軟度也有限,汽車工程師為了加強減振效果,讓引擎腳從過去的四支變成三支,同時也要有足夠的力度去支撐引擎。解決引擎腳傳遞震動的問題只是其一,然而最靠近引擎的前座對噪音的影響最大,所以有些車款的引擎室防火牆會設計成波浪形,使噪音源傳入車內之前會先吸收一部分的引擎聲。

 

汽車工程師各有所長,其中一種工程師是專門調校引擎聲,在引擎和排氣系統之間取得平衡。測試中,車旁邊會放置麥克風收錄所需的聲音,然後在電腦裡不斷的調校音頻,直到滿意為止。

減少引擎震動傳遞至車體的方法,就是採用隔振橡膠套件的引擎腳,但柔軟度有限,因此採用三支強度夠的引擎腳支撐,來換取明顯的減振效果。

 

 

車體共鳴噪音的「消失」

過去的造車技術不如今天,尤其在車體結構方面,為了補足合乎標準的強度而利用非常多的鋼板進行點焊,由多片鋼板組合成的車體,無形中留下不少空隙,行駛中的車子就不斷導入空氣進入鋼板空隙而形成亂流,加上底盤傳來的「交響樂」,就如同前面提到的產生共鳴,雖然處於中低頻率,但在車內待的時間久了也會煩躁。

左邊的Formula 1碳纖維單體座艙是McLaren MP4-1(80年代車型),隨著碳纖維單體結構的技術成熟,McLaren將它應用到市售車上,沒有過多的預留空間,強度跟鋼板同等級,也伴隨著共鳴的減少。
因此,一些車廠會採納方程式賽車的單體座艙的技術概念,導入在注重NVH的高級車款上,甚至是超跑。基本的做法是減少鋼板的厚度和鋼板之間的組合,經過特殊的熱處理,能在不減弱強度的狀態下讓鋼板更薄,且在同樣的重量下會更堅固,提高車體對底盤系統和傳動系統的負載能力。在打造足夠強度的薄鋼板後,就不需要那麼多的鋼板組合成車體了,利用新的結構設計來控制鋼板自身的波速和空氣中聲波的波速(當這兩個波速的頻率吻合時就會發生共振),減緩摩擦噪音和風噪,也降低底盤和傳動噪音的傳導。 當然只有裸露的鋼板車體是不足以降低到理想的車內噪音分貝,為了濾掉高達300Hz的外來噪音進入車內,通常會在振動頻率較高的結構鋼板中加裝制振墊,常見於防火牆、底板、內輪拱、內車頂、後行李廂,不過遺憾的是,車廠為維持每日的高產能和成本考量,目前還是由人工操作的制振墊黏貼步驟(用時較長)並不能滯留太長的時間,因此中低皆車款的制振墊較少,用料也不會很高檔。

 

McLaren的前後鋼板結合碳纖維單體座艙,減少底盤和傳動噪音對座艙的干擾,但依舊抵擋不住高潮的引擎聲浪!

 

豪華車款如Lexus、M-Benz也採用單體座艙的概念設計車體結構,減少鋼板接合的數量,多用一體式成型,讓內部的共鳴聲減低。

 

遺憾的是,車廠為維持高產能,生產線不能暫停,由人工操作的黏貼制振墊或隔音棉有限,因此中低皆車款的隔音材料較少。

強化底盤的部件

車子開在不同的路況,難免會傳出底盤的噪音,而底盤的噪音無非就來自於懸吊、輪胎、煞車,原因是任何部件之間的相對動作都會產生噪音,當我們踩下煞車時,來令片與碟盤摩擦的「吱吱」作響往往是最多車主煩惱的地方。為了解決這一點,動用了材料工程師、電子工程師、甚至是物理學家組成的大團隊,測試煞車系統內的噪音位置和性能表現,並改良更好的系統來消除振動、減緩摩擦噪音。同樣的也可以將這種改善觀念套用到懸吊系統,強化各連桿或避震器的接頭處,甚至用間距較大的彈簧來減少異音,當然選用好的材料也是關鍵。

 

為找出煞車系統的噪音和測試性能的極限,超高速旋轉中的碟盤變紅屬於正常現象,模擬實際行走的狀態

外型是風噪的關鍵

不少人有在跑高速下,被呼嘯而過的風聲摧殘耳朵的經驗吧?一般上,門框都會加裝隔音膠條降低門邊的風噪,或採用夾層的擋風玻璃和車窗,也就是所謂的「隔音玻璃」,不僅能減低風噪,外來的各種噪音也被隔絕。然而車子的造型才是解決風噪的主力,善用空氣力學中的穩流,減少接觸不規則的面積,降低亂流的產生,不僅阻力被遞減,風噪也跟著減低。所以不難發現,車子的側視鏡外型都傾向於流線感,有的縮小體積來減低阻力和風噪。

外型是解決風噪的主力,不同的造型會有截然不同的效果,其中掀背車尾易形成負壓區而產生亂流,被風噪和塵土的影響較大,反而五門車的修長車尾順勢的排開穩流,讓亂流只在尾燈。
另外,掀背車尾的造型容易形成負壓區而產生亂流,行駛中容易捲起塵土和雨水撲到後擋風玻璃,風噪也不小,反觀五門房車有較長的車尾造型,將亂流區引到尾燈處,以致後擋風玻璃不用配雨刷,風噪影響較小。

 

超跑的側視鏡造型小而巧,模仿機翼的造型來降低風阻和風噪。

裝載ANC主動控制噪音

相信很多車友不太曉得ANC這類玩意,它其實源自於民航飛機的科技,為了舒緩四顆噴射引擎的巨大噪音,乾脆在機艙內加裝主動消音喇叭,讓乘客能安穩的休息。隨著更多的電子科技導入新車,追求車內高肅靜的車款也開始加裝ANC來提高品質,那ANC是怎麼主動消音的?

 
ANC(Active Noise Cancellation)這套系消音統利用數位訊號處理器的自行分析外來噪音的波形和頻率,經過特定的演算法產生精準度高的反向波形訊號,簡單來說就是跟噪音完全相反的波形,最後用濾波器將反向波放大成1:1的振幅,去抵消噪音的波形,能有效的減低煩人的噪音。或許大家會問,若真的都把噪音消除了,豈不是聽不見對方跟我說話了?由於ANC系統主要是針對中低頻率噪音,尤其底盤、車體和引擎噪音都屬於中低頻率,在車內通常有幾個消音喇叭加裝在易產生中低頻噪音的位置(常見於車門和車頂),能降低10db左右,使噪音?掉至最佳化,提昇車內的環境音貝。相反的,救護車緊急聲或人聲屬於高音頻,當然能聽見。

 

ANC用濾波器將反向波放大成1:1的振幅,去抵消噪音的波形。

不過,ANC系統目前仍無法濾掉高頻率的噪音,如風噪。原因是高頻率(800Hz以上)的波長非常短,而且無法預知其方向性,處理器就無法精準的分析非常頻密的波形,或許未來能更快速的釋出高頻率反向波形也說不定。此外,這項技術也已經應用到耳機上,可見所需的功率不高,也不需要再調高音量聽歌,然後聽不見別人呼叫自己。

ANC目前多用在高檔車款,像Audi A8裡頭裝載了四個ANC在各車門,當處理器分析噪音波形後,再透過中低音喇叭放出舒適的音量。

ANC的喇叭並沒有播放音樂的功能,因此所需的功率不高,相信未來會在車子上普及化。

新成員首次接觸 McLaren 570S

在溼地的情況下,McLaren先安排了650S上場,一方面是車上的輪胎在溼地上有著較佳的抓地力,另一方面這部車也是在場多數媒體較為熟悉的車款,對我們來說這也是很好的開始,以熟悉的車輛先複習一下雪邦賽道的節奏與彎角。在Pit裡看著逐漸乾燥的車道,讓我們對於接下來的行程有著很高的期待,不過真的上車駕駛則又是另外一回事,在上了賽道後的幾個彎角,就遇上了還有積水的彎角,雖然已經大幅減速,但遇上積水還是飄得老遠,差點進了緩衝區吃土,但還好最後有驚無險。

真皮包覆的小徑平底方向盤提供了極佳的握感,車輛的回饋感也相當直接。

回過頭來看看570S,這部車跟540C一樣是屬於McLaren旗下的Sport Series,雖然屬於入門車款,但McLaren還是依循一貫的造車方式,570S還是使用碳纖維單體車艙,搭配3.8升雙渦輪增壓引擎,基本架構跟其他的McLaren大致相同,不過在外觀造型與內裝陳設部分當然作出了專屬於570S的設計。570S的外觀造型有許多特徵是來自Super Series,不過全車上下最搶眼的部分,則是車身側面延伸跨過整個前門的大型進氣口,在570S上市之初宣傳時,曾說它的造型像是黑天鵝的羽毛,不過仔細看看,它的整個輪廓其實跟McLaren在1967~1980年間使用的廠徽十分相似,它其實是鷸鴕的輪廓,這種獨特的鳥類是創辦人Bruce McLaren出生地紐西蘭的象徵。

懸吊與動力模式的設定旋鈕自是最重要的兩個按鍵,完全按鍵化操作的變速箱也是特色之一。

由於中置後驅的設定,570S的車身後半段被引擎跟變速箱佔滿,半鏤空的引擎蓋讓旁人可以隱隱約約看到下面的引擎,但是引擎蓋無法打開,唯一可以打開的部分是用來添加機油與冷卻水的注入口。

至於在車艙內部,570S的設計當然是很McLaren的風格,可調式的座椅提供了良好的乘坐與支撐,完全是性能取向的設定,儀錶板採用全液晶的設計,當然錶內的陳設也是相當駕駛導向的設定。

空調、音響與導航等透過大尺寸的觸控螢幕操作,調整出風口的人形圖示還戴著安全帽。

空調與影音導航系統則是採用跟Super Series的全觸控式面板,排檔的部分也採用McLaren相似的按鍵式設計,整體來說車艙裡是很經典McLaren車款的氣氛,在濃厚的運動氣息之外,還保持了些許日常必須的舒適性。

座椅的造型並不算是特別複雜,但提供了極佳的乘坐感與支撐性。

選配的B&W音響高音單體具備經典的海螺造型。

世界最速10大量產車─NO.9 Zenvo ST1 極速375km/h

車廠或是改裝廠都想創造話題,不論是透過極速、Drag Race(零四加速),甚至是紐柏林賽道的最速單圈等,只要能刷新紀錄就能製造話題,時間已經來到2016年,編輯部趁這個時候回顧一下2015年之前的最速量產車,這些都是可以合法上路的車型,而且極速都是有經過測試的!

 
100%丹麥手工打造
V8雙增壓動力
 
推出年份:2009
最大馬力:1104hp
最大扭力:145.9kgm

Zenvo是一個丹麥車廠,創立於2009年,而ST1不僅是100%手工打造,也是旗下唯一的車型,比較特別的是ST1引擎的調校方式,搭載一具6.8L V8引擎,但是同時導入渦輪與機械增壓,於6900rpm可榨出高達1104hp最大馬力,而4500rpm可創造出145.9kgm最大扭力,從靜止加速到100km/h僅需3秒,加速到200km/h只要8.9秒,極速到達375km/h,不過從2009年開始僅限量生產15部,數量相當稀少。

從Zenvo ST1的數據可以看出一件事,並不是馬力破千匹就能跑出400km/h的極速,車身重量、外觀空氣力學等條件,也是影響極速的關鍵。
 
 

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