Rung, ồn và độ bền

Rung, ồn và độ bền (NVH), còn được gọi là rung và ồn (N&V), là nghiên cứu và sửa đổi đặc tính tiếng ồn và độ rung của xe, đặc biệt là xe hơi và xe tải. Trong khi rung và ồn có thể dễ dàng đo được, độ bền là đặc tính chủ quan, và được đo thông qua đánh giá "jury", hoặc với các công cụ phân tích có thể cung cấp kết quả phản ánh ấn tượng chủ quan của con người. Những công cụ sau cùng thuộc về lĩnh vực được gọi là "psychoacoustics."

NVH bên trong đề cập đến tiếng ồn và độ rung của những người ở trong cabin, trong khi NVH bên ngoài phần lớn liên quan đến tiếng ồn phát ra từ xe, và bao gồm thử nghiệm tiếng ồn do lái xe.

NVH chủ yếu là kỹ thuật, nhưng các phép đo khách quan thường không dự đoán được hoặc tương quan tốt với ấn tượng chủ quan về quan sát con người. Ví dụ, mặc dù phản ứng của tai ở mức độ ồn vừa phải xấp xỉ bằng A-weighting, hai tiếng ồn khác nhau với cùng một mức độ trọng số A không nhất thiết đáng lo ngại. Lĩnh vực psychoacoustics là một phần quan tâm đến mối tương quan này.

Trong một số trường hợp, kỹ sư NVH cần thay đổi chất lượng âm thanh bằng cách cộng hoặc trừ các sóng hài đặc biệt, thay vì để chiếc xe yên tĩnh.

Nguồn NVH 

Các nguồn tiếng ồn trong xe có thể được phân loại là 
 khí động học (e.g. gió, quạt làm mát HVAC)
 cơ khí (e.g. động cơ, driveline, lốp contact patch và mặt đường, phanh)
 điện (e.g. rung, ồn âm thanh kích thích điện từ đến từ thiết bị truyền động điện, máy phát điện hoặc động cơ kéo trong xe điện).

Nhiều vấn đề được tạo ra dưới dạng rung hoặc ồn, được truyền qua nhiều đường khác nhau, và sau đó phát ra âm vang vào cabin. Chúng được phân loại là tiếng ồn "structure-borne". Những vấn đề khác được tạo ra bằng âm thanh và được lan truyền bằng đường dẫn trên không. Tiếng ồn do cấu trúc gây ra bị suy giảm bởi sự cô lập, trong khi tiếng ồn trong không khí bị giảm do hấp thụ hoặc thông qua việc sử dụng vật liệu rào cản. Rung động được cảm nhận ở vô-lăng, ghế ngồi, tay vịn hoặc sàn và bàn đạp. Một số vấn đề được cảm nhận trực quan - chẳng hạn như độ rung của gương chiếu hậu hoặc đường ray tiêu đề trên xe mui trần.

Dải sóng dài âm điệu 

NVH có thể là tiếng ồn động cơ, hoặc dải sóng rộng, chẳng hạn như tiếng ồn thông thường như đường phố hoặc tiếng ồn của gió. Một số hệ thống cộng hưởng phản ứng ở tần số đặc trưng, nhưng để đáp ứng với kích thích ngẫu nhiên. Vì vậy, mặc dù chúng trông giống như các vấn đề về âm trên bất kỳ phổ nào, biên độ của chúng thay đổi đáng kể. Các vấn đề khác là tự cộng hưởng, chẳng hạn như còi từ ăng-ten.

Tiếng ồn thường có harmonic (âm bội). Đây là quang phổ tiếng ồn của chiếc Ferrari của Michael Schumacher ở tốc độ 16680 vòng / phút, cho thấy những âm thanh khác nhau. Trục x được đưa ra theo bội số của tốc độ động cơ. Trục y là logarit và không được hiệu chỉnh.

Máy móc thiết bị 

Thiết bị đo điển hình được sử dụng để đo NVH bao gồm microphone, gia tốc kế và máy đo lực, hoặc load cells. Nhiều NVH sẽ có buồng bán âm, và lực kế. Các tín hiệu thông thường được ghi trực tiếp vào đĩa cứng thông qua công cụ chuyển đổi analog-sang-kỹ thuật số. Trong các máy ghi băng từ hoặc DAT đã qua sử dụng. Sự toàn vẹn của chuỗi tín hiệu rất quan trọng, điển hình là mỗi dụng cụ được sử dụng được hiệu chỉnh đầy đủ trong phòng thí nghiệm mỗi năm một lần, và bất kỳ thiết lập nào được hiệu chỉnh toàn bộ một lần mỗi ngày..

Laser đo độ rung là một công cụ cần thiết để tối ưu hóa hiệu quả NVH. Các đặc tính dao động của một mẫu thu nhận toàn bộ trường theo các điều kiện hoạt động hoặc kích thích. Các kết quả đại diện cho các rung động thực tế. Không có khối lượng gia tăng nào ảnh hưởng đến phép đo, vì cảm biến là ánh sáng.

Kỹ thuật thử nghiệm 

Các kỹ thuật được sử dụng để giúp xác định NVH bao gồm thay thế một phần, phân tích modal, thử nghiệm tiếng rig squeak và rattle (thử nghiệm toàn bộ xe hoặc thành phần/hệ thống), lead cladding, cường độ âm, phân tích đường truyền và sự gắn kết từng phần. Hầu hết công việc NVH được thực hiện trong miền tần số, sử dụng fast Fourier transform để chuyển đổi các tín hiệu miền thời gian thành miền tần số. Wavelet phân tích, phân tích thứ tự, phân tích năng lượng thống kê, và đánh giá chủ quan các tín hiệu được sửa đổi trong thời gian thực cũng được sử dụng.

Mô hình dựa trên máy tính 

NVH cần các mẫu thử tiêu biểu của phương tiện sản xuất để thử nghiệm. Đây là những điều sớm cần thiết trong quá trình thiết kế vì các giải pháp thường cần sửa đổi đáng kể cho thiết kế, buộc phải thay đổi kỹ thuật trở nên rẻ hơn khi thực hiện sớm. Những nguyên mẫu ban đầu này rất đắt, vì vậy đã có sự quan tâm lớn đến máy tính hỗ trợ kỹ thuật dự đoán NVH. Đôi khi những công việc này, tính toán lại thiết kế rất hữu ích.

Một ví dụ là các công trình mô hình hóa cho cấu trúc phát sinh tiếng ồn và phân tích độ rung. Khi hiện tượng được xem xét xảy ra dưới đây, ví dụ: 25-30 Hz, ví dụ như hệ thống truyền động không hoạt động rung, có thể sử dụng mô hình đa bộ phận. Ngược lại, khi hiện tượng được xem xét xảy ra ở tần số tương đối cao, ví dụ trên 1 kHz, mô hình Phân tích năng lượng thống kê (SEA) có thể là một cách tiếp cận tốt hơn.

Đối với dải tần số giữa, các phương pháp khác nhau tồn tại, chẳng hạn như vibro-acoustic phân tích phần tử hữu hạn, và Phân tích phần tử ranh giới. Cấu trúc có thể được kết hợp với khoang bên trong và tạo thành một hệ phương trình được kết hợp hoàn toàn. Ngoài ra các kỹ thuật khác tồn tại có thể trộn dữ liệu được đo với phần tử hữu hạn hoặc dữ liệu phần tử ranh giới.

Giải pháp điển hình 

Có ba cách chính để cải thiện NVH:l

 giảm độ mạnh nguồn, như trong việc tạo ra một nguồn tiếng ồn êm hơn với bộ giảm thanh, hoặc cải thiện sự cân bằng của một cơ chế quay;
 làm gián đoạn đường tiếng ồn hoặc rung, với các rào cản (đối với tiếng ồn) hoặc các bộ cách ly (đối với rung);  hoặc
 hấp thụ năng lượng tiếng ồn hoặc rung, ví dụ như với bộ giảm tiếng ồn, hoặc bộ điều chỉnh giảm rung.

Việc quyết định cái nào (hoặc kết hợp) nào để sử dụng trong việc giải quyết một vấn đề cụ thể là một trong những thách thức mà kỹ sư NVH phải đối mặt.

Các phương pháp cụ thể để cải thiện NVH bao gồm việc sử dụng bộ giảm chấn điều chỉnh, khung phụ, cân bằng, sửa đổi độ cứng hoặc khối lượng của kết cấu, thay ống xả và lỗ thông hơi, sửa đổi các đặc tính của chất cách ly đàn hồi, thêm vật liệu làm chết hoặc hấp thụ âm thanh, hoặc sử dụng điều khiển tiếng ồn hoạt động. Trong một số trường hợp, những thay đổi đáng kể trong kiến trúc xe có thể là cách duy nhất để chữa một số vấn đề về chi phí một cách hiệu quả.

Xem thêm 

Acoustic quieting
Acoustical measurements and instrumentation
Acoustics
Engine balance
Noise control
Noise health effects
Noise mitigation
Resonance
Sound masking
Sound pressure level
Soundproofing
Vibration
Vibration calibrator
Vibration isolation
Whole body vibration

Tham khảo

 Baxa (1982). Noise Control in Internal Combustion Engines.
 Beranek. Acoustics.
 Griffin. Handbook of Human Vibration.
 Harris. Shock and Vibration Handbook.
 Thomson. Theory of Vibration with Applications.
 White and Walker. Noise and Vibration. 
 Campillo-Davo and Rassili (eds.). NVH Analysis Techniques for Design and Optimization of Hybrid and Electric Vehicles.

Liên kết ngoài

Laser Doppler Vibrometers
Structural Dynamics Testing/Modal Analysis 
Animating Vibration Test Results 
Some NVH application examples from HEAD acoustics
Bruel and Kjaer's introductory notes for noise and vibration analysis
Agilent's Fundamentals of Signal Analysis 
The Dirac Delta Science & Engineering Encyclopedia NVH Section 
An introduction to Transfer Path Analysis
The COST Action TU1105 - NVH Analysis Techniques for Design and Optimization of Hybrid and Electric Vehicles 

Mechanical vibrations
Automotive engineering
Noise reduction