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汽车上有哪些看着不起眼但是技术含量特别高的零部件?

  2019年3·15前夕,一篇矛头直指奥迪车内存有有毒气体的微信文章在网络疯传,阅读数很快就超过了10万+。文章作者从奥迪车释放苯、甲醛等有害气体,推导出奥迪车致人患白血病的结论,并且实名列举了多个案例,直接触动了埋在很多车主心底的焦虑。很多吃瓜群众不得不惊出一身冷汗,暗自庆幸买不起奥迪竟然救了自己一命。

  这件事让人不得不想起2013年3·15对于《豪车沥青门》的报道。315新闻报道,奔驰宝马奥迪等知名豪车品牌被抱怨车内存在恶臭味,经调查系车内使用的沥青阻尼垫散发出来的味道所致,而沥青是具有致癌性的,所以针对此问题对相关汽车厂进行了曝光报道。[3]

  这首先要从沥青材料本身说起。沥青是煤焦油和石油提炼后的残渣,是成份很复杂的混合物,含有大量致癌物多环芳烃及含硫、酚等杂环类的有机物,可分为天然沥青、石油沥青、页岩沥青和煤焦油沥青等四种。

  沥青的毒性:煤焦油沥青>

  页岩沥青>

  石油沥青,前二者有致癌性,天然沥青储藏在地下,经过天然蒸发、氧化,一般已不含有任何毒素。而车用的沥青阻尼垫采用的是石油沥青材料,315报道中说到的70

  石油沥青中的有害物质在250度高温下会挥发,而车用石油沥青材料在涂装车间400度加工过程中基本挥发完了,所以315报道中的恶臭味有一部分(还有可能来源于内饰材料)来源于沥青材料是可信的,但是推导为是煤焦油沥青散发的致癌性气体则可信度偏低。

  那么备受质疑的沥青阻尼垫,究竟在汽车上扮演什么样的角色呢?为什么质疑重重,仍然不能取消它的存在呢。

  NVH,即Noise, Vibration and Harshness,翻译过来也就是振动、噪声和声振粗糙度。从字面意思上就可以知道,是研究汽车的振动和噪声方面的性能的。

  噪声是由振动产生的。这个过程也就是物体的振动通过介质(如空气)传递到人耳处引起耳膜的振动,最后转化为声信号从而被大脑接收。

  描述具体一些就是,汽车行驶过程中,发动机等旋转机械自身工作产生的振动噪声,和轮胎受地面激励产生的振动噪声,还有气流冲刷车身产生的振动噪声,通过车身结构引起车身振动,传递和辐射到车内人耳处位置,使乘客接收到所有的声音信号。

  现在的汽车NVH性能越来越好,车内越来越安静,主要是由于人们对抽象的振动信号了解的更多了,探测的信号越来越精准,从而有了更多针对性的措施。比如提升发动机等零部件的自身性能,减少扭转振动;优化整车的造型和迎风面的特征设计,从而降低气流对车窗的压力;提升车身的结构强度,使车身更难被外界的激励激振起来,等等。

  以上都会对整车的NVH性能有很大的提升,同时也对整车的开发和生产成本造成很大的压力。作为NVH工程师,我们总是不遗余力的为消费者着想,督促产品部门将产品性能提升到极致,将车身的结构做的更强。但是NVH的优化方案,会和其他性能,比如操稳、行人保护,轻量化等专业性能相制衡。产品部门面对各方面的压力,终归还是要将所有的性能平衡后,选择最优的搭配方案。

  相比提高车身钣金的厚度,使用沥青阻尼材料不仅能很好的控制成本,又能控制车身的重量,从而降低油耗,增加续航里程。

  同时因为沥青材料的阻尼特性,对于车身钣金有很好的止振效果,可以有效的降低车身钣金的受迫振动振幅,降低低频的结构噪声,防止低频振动引起乘客体内器官共振,从而造成心血管系统、神经系统、消化系统以及代谢功能的损害。

  但是阻尼材料的添加,不仅仅是提高成本,还会提高整车质量,而且会提高工艺加工的难度,还会造成很多不必要的浪费。所以阻尼材料的使用区域,也是经过精打细算的。

  现在主流的计算方法是基于车身结构模态的应变能和板件贡献量来确定阻尼粘贴的位置,也有不少学者运用动力学拓扑优化技术来设计车身阻尼材料,也有学者以车身模态阻尼比最大化为优化目标,采用优化准则法对车身进行优化。[4]

  诸多的方法殊途同归,最终是在保证车身状态不变的情况下,通过优化阻尼材料的种类,参数,层数及厚度等进行仿真和试验,达到既能保证噪声水平的前提下,降低车身噪声传递灵敏度,缩减阻尼材料的使用面积,从而控制重量和成本,提高续航等其他性能。

  所以沥青阻尼垫也就成为国内外所有主机厂追捧的万金油、特效药,在汽车发动机盖、防火墙、车门、顶盖、车地板、备胎池、轮罩等位置都进行了优化,从很大程度上提高了整车NVH性能。

  但是随着材料技术的发展,竞争日趋激烈,环保要求越来越严格,降噪、减振、轻量化等方面越来越被重视,传统的沥青材料必然会被性能更好的新材料所替代。[5]

  高阻尼涂料,即可喷涂型隔音阻尼 (Liquid Applied Sound Deadener, 简称LASD) 材料[6]和丁基橡胶阻尼材料因为更高的阻尼因子和弹性模量,再加上无毒的特性,被引入到汽车车身阻尼材料的使用。[7]

  作为NVH工程师,我在优化威马EX5车型NVH性能的时候,哆哆嗦嗦地建议全车采用丁基橡胶阻尼材料,性能好,而且环保。在面对成本的挑战时,不得不做好详尽的对比材料,交给领导来进行决策,看看领导在200元/车次的成本压力下会如何选择。

  因此,威马EX5和EX6全系采用了丁基橡胶和LASD环保材料搭配的方案,提升了整车的NVH性能,也降低了整车质量,为整车续航又加了一把力。

  现在丁基橡胶材料还是比较常见的,很多人买了爱车之后都会去修理铺改装一下,在地板上满铺丁基橡胶阻尼,提升整车的安静程度。其实这是对汽车很大的伤害。

  因为做这些改装的时候,需要把汽车内饰,座椅全都拆掉,而内饰的卡接部分多数都是塑料的,很容易拆坏,再装上可就不是严丝合缝的了,会对整车的声学包装都有很大程度的破坏。而且容易造成间隙不均匀产生摩擦异响等问题,让人更加心烦意乱。

  从技术的角度来看,沥青阻尼垫确实是车身不可缺少的一部分,但从发展的角度来看,更先进更环保的LASD材料和丁基橡胶阻尼已经足够替代沥青阻尼垫的地位。 也许以后会有更先进、性能更好的材料诞生,但是现在,希望各大主机厂还是要以人为本,采用绿色环保的材料,打造更合格的汽车产品。

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