Шум, вібрація та жорсткість (англ. Noise, vibration, and harshness) (NVH), також відомий як шум і вібрація (англ. noise and vibration) (N&V), — це дослідження та модифікація характеристик шуму та вібрації транспортних засобів, зокрема легкових і вантажних автомобілів. У той час як шум і вібрацію можна легко виміряти, жорсткість є суб’єктивною якістю, і вимірюється або за допомогою оцінок журі, або за допомогою аналітичних інструментів, які можуть надати результати, що відображають суб’єктивні враження людини. Останні засоби належать до польової психоакустики.
Внутрішня NVH має справу з шумом і вібрацією, які відчувають пасажири в салоні, тоді як зовнішня NVH здебільшого пов’язана з шумом, який випромінює автомобіль, і включає перевірку шуму під час руху.
NVH здебільшого інженерна, але часто об’єктивні вимірювання не можуть передбачити або добре співвіднести з суб’єктивним враженням на людей-спостерігачів. Наприклад, незважаючи на те, що реакція вуха на помірні рівні шуму приблизно оцінюється за допомогою A-зваженого рівня, два різні шуми з однаковим A-зваженим рівнем не обов’язково однаково заважають. Поле психоакустики частково стурбоване цією кореляцією.
У деяких випадках інженера NVH просять змінити якість звуку, додаючи або віднімаючи певні гармоніки, а не робити автомобіль тихішим.
Джерела NVH
Джерела шуму в автомобілі можна класифікувати як:
- Аеродинаміка (наприклад, вітер, вентилятори системи HVAC)
- Механічні (наприклад, двигун, трансмісія, пляма контакту шини з поверхнею дороги, гальма)
- Електричні (наприклад, електромагнітно-індукований акустичний шум і вібрація, що надходять від електричних приводів, генератора змінного струму або тягового двигуна в електричних автомобілях).
Багато проблем виникають у вигляді вібрації або шуму, які передаються різними шляхами, а потім акустично випромінюються в салон. Вони класифікуються як "структурний" шум. Інші генеруються акустично та поширюються повітряними шляхами. Структурний шум послаблюється ізоляцією, тоді як повітряний шум зменшується шляхом поглинання або використанням бар’єрних матеріалів. Вібрації відчуваються на кермі, сидінні, підлокітниках або підлозі та педалях. Деякі проблеми відчуваються візуально, як-от вібрація дзеркала заднього виду або рейок на автомобілях з відкритим верхом.
Тональний проти широкосмугового
NVH може бути тональним, як-от шум двигуна, або широкосмуговим, як-от шум дороги чи вітру, зазвичай. Деякі резонансні системи реагують на характерних частотах, але у відповідь на випадкове збудження. Тому, хоча вони виглядають як тональні проблеми на будь-якому спектрі, їх амплітуда значно змінюється. Інші проблеми є саморезонансними, наприклад, свистки від антен.
Тональні шуми часто мають гармоніки. Ось спектр шуму Ferrari Міхаеля Шумахера при 16680 об/хв, показуючи різні гармоніки. Вісь x задано як кратні швидкості двигуна. Вісь y є логарифмічною та некаліброваною.
Прилади
Типові прилади, що використовуються для вимірювання NVH, включають мікрофони, акселерометри та вимірювачі сили або тензодатчики. Багато установок NVH матимуть напівбезехові камери та дорожні динамометри. Зазвичай сигнали записуються безпосередньо на жорсткий диск за допомогою аналого-цифрового перетворювача. У минулому використовувалися магнітні або DAT-магнітофони. Цілісність сигнального ланцюга дуже важлива, як правило, кожен із використовуваних інструментів повністю калібрується в лабораторії один раз на рік, а будь-яка установка калібрується в цілому один раз на день.
Лазерна скануюча віброметрія є важливим інструментом для ефективної оптимізації NVH. Вібраційні характеристики зразка набувають повного поля в робочих або збуджених умовах. Результати відображають фактичні вібрації. Ніяка додана маса не впливає на вимірювання, оскільки датчик сам є світлом.
Комп’ютерне моделювання
NVH потребує хороших репрезентативних прототипів серійного автомобіля для тестування. Вони потрібні на ранніх стадіях процесу проектування, оскільки рішення часто потребують суттєвих модифікацій дизайну, що змушує вносити інженерні зміни, які набагато дешевші, якщо їх робити на ранніх стадіях. Ці перші прототипи дуже дорогі, тому існує великий інтерес до комп’ютерних методів прогнозування для NVH.
Одним із прикладів є роботи з моделювання для аналізу структурного шуму та вібрації. Коли явище, яке розглядається, відбувається нижче, скажімо, 25–30 Гц, наприклад, коливання трансмісії на холостому ходу, можна використовувати багатокорпусну модель. Навпаки, коли явище, яке розглядається, відбувається з відносно високою частотою, наприклад вище 1 кГц, модель статистичного аналізу енергії (SEA) може бути кращим підходом.
Для діапазону середніх частот існують різні методології, такі як віброакустичний аналіз кінцевих елементів і аналіз граничних елементів. Структуру можна з’єднати з внутрішньою порожниною та сформувати повністю пов’язану систему рівнянь. Також існують інші методи, які можуть змішувати виміряні дані з даними кінцевих або граничних елементів.
Бібліографія
- 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; Walker (1982). Noise and Vibration. Chichester [West Sussex]: Ellis Horwood. ISBN 0-470-27553-7.
- Campillo-Davo; Rassili, ред. (2016). NVH Analysis Techniques for Design and Optimization of Hybrid and Electric Vehicles. ISBN 978-3-8440-4356-3.
