Hałas, wibracje i szorstkość

Wstęp

Ten rozdział zawiera krótki przegląd parametrów hałasu, wibracji i szorstkości (NVH) pojawiają się w pojeździe i jakie środki zaradcze są możliwe.

Co oznacza termin NVH w branży motoryzacyjnej

• N = Hałas — Słychać dźwięk
• V = Wibracja - Wibracja, którą można wyczuć
• H = Sztywność, jej efekt można usłyszeć i poczuć

Rodzaje szumów w technologii NVH

• Hałasy w samochodach są klasyfikowane według ich tonu:
  • Niski ton - ryk, brzęczenie
  • Średnia tonacja - brzęcząca, trzeszcząca
  • Wysoki ton - wycie, gwizd, pisk
• Głośne wycie i gwizdy ranią uszy.

Jak różne dźwięki dostają się do samochodu:

• Niski dźwięk jest wytwarzany głównie przez silnik.
• Niski dźwięk jest również powodowany przez nawierzchnię drogi, zwłaszcza jeśli nawierzchnia jest nierówna. To jest formularz (buczenie, które ludzie w samochodzie mogą odczuć jako wibrację.
• Jednak wysoki dźwięk, który jest postrzegany jako wycie lub gwizd, jest często hałasem przepływu powietrza (szum wiatru) lub pochodzi z elementów takich jak alternator, pompa wspomagania układu kierowniczego lub pasek napędowy.
• Podczas jazdy po wyboistych drogach może wystąpić stukanie. «drganie» hałasy wytwarzają np. amortyzatory, elementy podwozia lub luźne elementy wewnątrz pojazdu.

Rozchodzenie się fal dźwiękowych w powietrzu

Poz.	Nr części zamiennej	Nazwa
1	-	Źródło dźwięku, takie jak silnik
2	-	Fala dźwiękowa
3	-	Amplituda

Dźwięk to rozchodzenie się fal podłużnych w postaci zmian ciśnienia w powietrzu.

Transmisja dźwięku przez ciało

Dźwięk jest przenoszony przez ciecze lub ciała stałe, takie jak karoseria samochodu.

Szybkość transmisji (prędkość dźwięku) w cieczach lub ciałach stałych zależy od materiału, ale generalnie szybciej niż prędkość w powietrzu (około 5 razy szybciej).

Kombinacja przenoszenia przez powietrze i ciała stałe

UWAGA: Przenoszenie dźwięku przez powietrze i ciała stałe ma pierwszorzędne znaczenie w technice samochodowej.

Przenoszenie hałasu w samochodzie

Poz.	Nr części zamiennej	Nazwa
1	-	Przechodzenie dźwięku przez powietrze
2	-	Wibracje dźwiękowe

Przykład:

• Źródłem hałasu jest silnik. Odgłosy silnika:
• iść prosto w powietrze
• przenoszone jako wibracje z silnika na karoserię i «wypromieniowany» do wnętrza samochodu drogą powietrzną, na przykład przez przegrodę.

wibracje

• Częstotliwości poniżej 20 Hz (niskie częstotliwości) i przekraczającej 20 kHz (wysokie częstotliwości) nie są odbierane przez ludzkie ucho.
• Silnik jest zamontowany w taki sposób, że ze względu na nierówności drogi oscyluje pionowo na swoich elastycznych wspornikach.
• Niedostrojone mocowania silnika będą przenosić wibracje na karoserię, a tym samym na pasażerów pojazdu.
• Obowiązują następujące podstawowe zasady:
  • W przemyśle motoryzacyjnym należy brać pod uwagę nie tylko częstotliwości dźwięku, ale także te, które są niesłyszalne (Niski) częstotliwości.
  • Zwykle można zaobserwować wibracje o niskiej częstotliwości (duże amplitudy).
  • Słychać wibracje o wysokiej częstotliwości, ale będą one również odbierane jako wibracje podłogi, kierownicy lub siedzenia.

Rezonans

• Każde ciało ma swoją własną częstotliwość wibracji.
• Jeśli układ wibracyjny zostanie wzbudzony z własną częstotliwością drgań, zacznie rezonować.
• Nierówna praca silnika objawia się np. po osiągnięciu częstotliwości rezonansowej (krytyczna prędkość obrotowa silnika).
• Po zwiększeniu prędkości obrotowej silnika powyżej tej wartości, silnik bardzo szybko zaczyna pracować równo.

Tłumienie

• Jeśli amortyzator jest montowany równolegle do sprężyny, charakterystyka tłumienia ma na celu ograniczenie ruchu nadwozia.
• Amortyzator w aucie też działa.
• Tłumienie wpływa na rezonans obiektu lub systemu.
• Poruszająca się masa jest tłumiona przez prawidłowo działający amortyzator, dzięki czemu natychmiast zatrzymuje się drgania nadwozia.
• Amortyzator w samochodzie to amortyzator (tłumik drgań), który pozwala ciału oscylować ze stopniowym tłumieniem drgań.

Wahanie

Poz.	Nr części zamiennej	Nazwa
1	-	Ciągła oscylacja (nietłumiony)
2	-	oscylacje tłumione

Izolacja

W technologii oscylacyjnej termin «izolacja» oznacza separację elementów i systemów. Przykład:

• Silnik jest osadzony na elementach sprężynowych, tak aby jak najmniej drgań było przenoszonych na samochód.
• W przemyśle motoryzacyjnym podkładki gumowe są prawie zawsze stosowane jako izolacja (wsparcie). Elastyczność gumy działa jak sprężyna.
• Skuteczność tego typu separacji zależy od konstrukcji elementu.

Kierunkowe obciążenie gumowej poduszki w celu zapewnienia optymalnej izolacji

Poz.	Nr części zamiennej	Nazwa
1	-	Silnik
2	-	wsparcie silnika

Wchłanianie

• Fale dźwiękowe odbijają się od twardych powierzchni
• Jeśli napotkają miękkie powierzchnie, zostaną wchłonięte. Ważną rolę odgrywa tutaj zarówno materiał, jak i grubość materiału.

Poz.	Nr części zamiennej	Nazwa
1	-	Odbicie fal dźwiękowych
2	-	Absorpcja fali dźwiękowej

Przykład:

• Z pojazdu usuwane są wszystkie elementy izolacji akustycznej, takie jak tapicerka drzwi, dywaniki podłogowe, podsufitka, półki i siedzenia.
• W rezultacie dźwięk odbija się bezpośrednio (poziom dźwięku wzrasta), i powstaje efekt sali koncertowej.

Charakter hałasu i wibracji w samochodzie

Pasażerowie pojazdów odbierają dźwięki lub hałasy na różnych poziomach w zależności od tego, gdzie się znajdują.

Fala dźwiękowa/szumowa (stojąca fala) w samochodzie

Poz.	Nr części zamiennej	Nazwa
1	-	Kierowca jest w środku «Martwa strefa»
2	-	Pasażer z tyłu jest w okolicy «wał fali»

Charakter hałasu i wahań w układach dolotowych i wydechowych

Układ dolotowy pojazdu jako źródło dźwięku powietrznego i dźwięku ciała stałego



Układ wydechowy pojazdu jako źródło dźwięku powietrznego i dźwięku ciała stałego




Sposoby przesyłania dźwięku

• Górny rysunek pokazuje drogi, którymi dźwięk może podążać z układu dolotowego i wydechowego.
• Oprócz dźwięku przenoszonego w powietrzu, w obu systemach dominuje dźwięk przenoszony przez ciała stałe. Aby stosunek ten był jak najmniejszy, tego typu element oscylacyjny musi być połączony z korpusem za pomocą sztywnych połączeń.
• Układ wydechowy jest elementem szczególnie oscylującym i wymaga optymalnej izolacji poprzez połączenie go z podłogą, a także dobrego okablowania i punktów mocowania, aby zredukować przenoszenie dźwięku przez ciało stałe.

Układ dolotowy

Poz.	Nr części zamiennej	Nazwa
1	-	Kolektor dolotowy
2	-	Wąż łączący
3	-	element mocujący (mocowanie za pomocą gumy)
4	-	Filtr powietrza
5	-	Rezonator

• Objętość i długość układów dolotowych są dokładnie dopasowane. Podczas konserwacji lub naprawy nie można dokonywać żadnych zmian. Podczas łączenia elementów (węże i rurociągi) zwrócić uwagę na szczelność wszystkich połączeń.
• Szczególnie silnym wahaniom podlegają powierzchnie wszystkich elementów podlegających dużym zmianom ciśnienia w układzie dolotowym.
• Wpływy temperatury, takie jak nagrzewanie się obudowy filtra powietrza, mogą powodować zmiany twardości powierzchni.
• Aby zapobiec przenoszeniu dźwięku spowodowanego drganiami powierzchni układu dolotowego na karoserię pojazdu, podczas konserwacji należy wziąć pod uwagę następujące punkty:
  • Cały układ dolotowy musi być odizolowany od korpusu i zamocowany w gumowych tulejach bez żadnych naprężeń.
  • Kanały powietrzne układu dolotowego nie mogą stykać się z częściami ciała.
  • Wpinana izolacja piankowa w miejscu styku z ciałem lub innymi elementami.

Projekt układu wydechowego

Poz.	Nr części zamiennej	Nazwa
1	-	katalizator
2	-	Element oddzielający
3	-	Tłumik przedni
4	-	Tłumik tylny

• Układy wydechowe muszą być montowane bez jakichkolwiek odkształceń.

UWAGA: Gumowe podkładki, na których zawieszony jest układ wydechowy, również przenoszą wibracje, aw pewnych warunkach mogą również powodować problemy z hałasem. Z tego powodu ważne jest, aby układ wydechowy był montowany bez deformacji.

• Gumowe podkładki nie powinny być «rozciągnięty».
• Kolektor wydechowy i katalizator (jeśli jest zainstalowany bezpośrednio na silniku) musi być podłączony do silnika (bez łączników w nawiasach).
• Proste sprawdzenie problemu:
  • Usuń wszystkie wsporniki, na których zawieszony jest układ wydechowy.
  • Zawieś system zwalniający z linkami maksymalnie w dwóch miejscach.
  • Sprawdź poziom hałasu wewnątrz samochodu podczas jazdy próbnej.
  • Jeśli to rozwiąże problem, przyczyną hałasu są mocowania układu wydechowego.
  • Zainstaluj ponownie mocowania układu wydechowego, po jednym na raz, i po zamontowaniu każdego z nich przetestuj pojazd na drodze.
  • Kontynuując krok po kroku w ten sposób, możesz znaleźć wspornik, który powoduje hałas we wnętrzu samochodu.

Montaż korpusu

Zamiar

• Nadwoziu samochodu stawiane są różne wymagania, zwłaszcza gdy samochód jest w ruchu. Dominujące drgania są powodowane głównie przez inne elementy pojazdu, takie jak silnik i mocowania. Dlatego nadwozie jest jednym z najważniejszych elementów samochodu pod względem NVH.
• Opisane elementy samochodu, zgodnie ze swoimi funkcjami, były indywidualnymi, niezależnymi źródłami hałasu. Ale nadwozie łączy i mieści wszystkie elementy samochodu.
• Ciało jest poddawane wibracjom powodowanym przez dźwięk przenoszony przez powietrze i przenoszony przez ciała stałe.
• Zespół nadwozia musi pochłaniać wszelkie drgania i impulsy ze wszystkich elementów iw miarę możliwości nie przenosić ich do wnętrza pojazdu.
• Największe parametry NVH na nadwoziu charakteryzują stalowe panele dachu, ścian bocznych i podłogi. Są silnie stymulowane przez budowę ciała i działają jak głośnik przenoszący hałas.

Dodatkowe wymagania dotyczące ciała

• Dobre zachowanie podczas awarii
• Duża przestrzeń wewnętrzna
• Odporność na korozję
• mała masa
• Dobry aerodynamiczny kształt

Pomiędzy tymi punktami należy znaleźć kompromis. Jednym z przykładów jest wysoka sztywność nadwozia zapewniająca dobre właściwości NVH i dobre pochłanianie energii zderzenia dzięki zastosowaniu stref odkształcalnych.

Przykład:

• Wodoodporność nie oznacza dźwiękoszczelności, dlatego należy wziąć pod uwagę następujące kwestie:
  • Właściwy montaż okien.
  • Prawidłowy montaż uszczelek.

• Dodatkowe punkty
  • Otwory w komorze silnika
  • Uszczelki do drzwi i okien
  • Otwory grzewcze i wentylacyjne
  • Węże spustowe szyberdachu

• Drzewce i belki poprzeczne są często kanałami transmisji dźwięku. Możliwe środki naprawcze:
  • Montaż przegród w newralgicznych miejscach, takich jak połączenia między dźwigarem a słupem «A», aby zapewnić dobrą izolację akustyczną dla dźwięków powietrznych.
  • Montaż zatyczek piankowych w obszarach problematycznych.
  • Wypełnienie profili pustych pianką.

UWAGA: Rdzenie styropianowe i piankowe stosowane są w produkcji pojazdów do uszczelniania punktów transmisji dźwięku powietrznego. Jeśli problemem jest wiatr, opony, silnik lub hałas drogowy, sprawdź położenie elementów piankowych.