Шум, вибрация и резкость ( NVH ), также известные как шум и вибрация ( N&V ), — это изучение и изменение характеристик шума и вибрации транспортных средств , в частности, легковых и грузовых автомобилей . В то время как шум и вибрацию можно легко измерить, резкость — это субъективное качество, и измеряется либо с помощью оценок жюри, либо с помощью аналитических инструментов, которые могут предоставить результаты, отражающие субъективные впечатления человека. Последние инструменты относятся к области психоакустики .
Внутренние шумы и вибрации связаны с шумом и вибрацией, испытываемыми пассажирами салона , в то время как внешние шумы и вибрации в основном касаются шума, излучаемого транспортным средством, и включают в себя испытания на уровень шума при движении автомобиля.
NVH в основном является инженерным, но часто объективные измерения не могут предсказать или хорошо коррелировать с субъективным впечатлением от людей-наблюдателей. Например, хотя реакция уха на умеренные уровни шума аппроксимируется A-взвешиванием , два разных шума с одинаковым уровнем A-взвешивания не обязательно одинаково беспокоят. Область психоакустики частично занимается этой корреляцией.
В некоторых случаях инженеру по шуму, вибрации и вибрационному звучанию предлагается изменить качество звука, добавив или убрав определенные гармоники, а не сделать автомобиль тише.
Шум, вибрацию и жесткость для транспортных средств можно легко различить, количественно определив частоту. Вибрация находится в диапазоне от 0,5 Гц до 50 Гц, шум — в диапазоне от 20 Гц до 5000 Гц, а жесткость представляет собой сочетание шума и вибрации.
Источники шума в транспортном средстве можно классифицировать следующим образом:
Многие проблемы возникают либо в виде вибрации , либо в виде шума, передаваемого различными путями, а затем акустически излучаемого в салон. [1] Они классифицируются как «структурный» шум. Другие возникают акустически и распространяются воздушными путями. Структурный шум ослабляется изоляцией, в то время как воздушный шум уменьшается за счет поглощения или использования барьерных материалов. Вибрации ощущаются на рулевом колесе, сиденье, подлокотниках или полу и педалях. Некоторые проблемы ощущаются визуально, например, вибрация зеркала заднего вида или направляющей головки блока цилиндров на автомобилях с открытым верхом.
NVH может быть тональным, например, шум двигателя, или широкополосным, например, шум дороги или шум ветра, обычно. Некоторые резонансные системы реагируют на характерных частотах, но в ответ на случайное возбуждение. Поэтому, хотя они выглядят как тональные проблемы на любом одном спектре, их амплитуда значительно варьируется. Другие проблемы являются саморезонансными , например, свисты от антенн.
Тональные шумы часто имеют гармоники . Ниже представлен спектр шума Ferrari Михаэля Шумахера при 16680 об/мин, показывающий различные гармоники. Ось x дана в терминах кратных скорости двигателя. Ось y логарифмическая и некалиброванная.
Типичные приборы, используемые для измерения NVH, включают микрофоны , акселерометры и датчики силы или тензодатчики. Многие объекты NVH имеют полубезэховые камеры и динамометры для катящихся дорог . Обычно сигналы записываются непосредственно на жесткий диск через аналого-цифровой преобразователь . В прошлом использовались магнитные или DAT-магнитофоны. Целостность цепи сигнала очень важна, обычно каждый из используемых приборов полностью калибруется в лаборатории один раз в год, и любая данная установка калибруется как единое целое один раз в день.
Лазерная сканирующая виброметрия является важным инструментом для эффективной оптимизации NVH. Вибрационные характеристики образца приобретаются в полном поле в рабочих или возбужденных условиях. Результаты представляют собой фактические вибрации. Никакая дополнительная масса не влияет на измерение, поскольку датчик сам по себе является светом.
Методы, используемые для помощи в идентификации NVH, включают замену частей, модальный анализ , испытания на скрип и дребезжание установки (полные испытания транспортного средства или компонентов/системы), свинцовую оболочку, акустическую интенсивность , анализ пути передачи и частичную когерентность. Большая часть работы NVH выполняется в частотной области с использованием быстрых преобразований Фурье для преобразования сигналов временной области в частотную область. Также используются вейвлет -анализ, порядковый анализ, статистический энергетический анализ и субъективная оценка сигналов, измененных в реальном времени.
Для анализа NVH необходимы хорошие репрезентативные прототипы серийного автомобиля для тестирования. Они необходимы на ранних этапах процесса проектирования, поскольку решения часто требуют существенной модификации конструкции, что приводит к инженерным изменениям, которые обходятся гораздо дешевле, если вносить их на ранних этапах. Эти ранние прототипы очень дороги, поэтому возник большой интерес к компьютерным методам прогнозирования NVH.
Одним из примеров является моделирование работ по анализу шума и вибрации, распространяемых структурой. Когда рассматриваемое явление происходит ниже, например, 25–30 Гц, холостой тряски силового агрегата, можно использовать многокомпонентную модель. Напротив, когда рассматриваемое явление происходит на относительно высокой частоте, например, выше 1 кГц, лучшим подходом может быть модель статистического энергетического анализа (SEA).
Для диапазона средних частот существуют различные методологии, такие как виброакустический конечно-элементный анализ и гранично-элементный анализ . Структура может быть связана с внутренней полостью и образовывать полностью связанную систему уравнений. Также существуют другие методы, которые могут смешивать измеренные данные с данными конечных элементов или граничных элементов.
Существует три основных способа улучшения NVH:
Решение, какой из них (или какую комбинацию) использовать для решения конкретной проблемы, является одной из задач, стоящих перед инженером NVH.
Конкретные методы улучшения NVH включают использование настроенных массовых демпферов , подрамников , балансировку , изменение жесткости или массы конструкций, перенастройку выхлопных и впускных систем , изменение характеристик эластомерных изоляторов, добавление звукопоглощающих или звукопоглощающих материалов и использование активного контроля шума . В некоторых обстоятельствах существенные изменения в архитектуре транспортного средства могут быть единственным способом решения некоторых проблем экономически эффективным образом.
Некоммерческие организации, такие как Американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха (ASHRAE) и Ассоциация производителей виброизоляции и сейсмостойкого оборудования (VISCMA), разрабатывают спецификации, стандарты и требования, охватывающие широкий спектр отраслей, включая электротехническую, механическую, сантехническую и HVAC.