Шум, вибрация и резкость ( NVH ), также известные как шум и вибрация ( N&V ), представляют собой исследование и изменение характеристик шума и вибрации транспортных средств , особенно легковых и грузовых автомобилей . Хотя шум и вибрацию можно легко измерить, резкость является субъективным качеством 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 .
Внутренний шум и вибрация связаны с шумом и вибрацией, испытываемыми пассажирами салона , тогда как внешний шум в основном касается шума, излучаемого транспортным средством, и включает в себя тестирование шума при движении.
NVH в основном инженерный, но часто объективные измерения не могут предсказать или хорошо коррелировать с субъективным впечатлением от людей-наблюдателей. Например, хотя реакция уха на умеренный уровень шума аппроксимируется A-взвешиванием , два разных шума с одинаковым A-взвешенным уровнем не обязательно будут одинаково беспокоить. Область психоакустики частично занимается этой корреляцией.
В некоторых случаях инженера по шумам и шуму просят изменить качество звука, добавив или убрав определенные гармоники, а не делая автомобиль тише.
Шум, вибрацию и резкость транспортных средств можно легко отличить путем количественного определения частоты. Вибрация находится в диапазоне от 0,5 до 50 Гц, шум — в диапазоне от 20 до 5000 Гц, а резкость — это сочетание шума и вибрации.
Источники шума в транспортном средстве можно разделить на:
Многие проблемы возникают в виде вибрации или шума, передающихся по различным путям и затем акустически распространяющихся в кабину. [1] Они классифицируются как «структурный» шум. Другие генерируются акустически и распространяются по воздушным путям. Структурный шум снижается за счет изоляции, а воздушный шум снижается за счет поглощения или использования барьерных материалов. Вибрации ощущаются на рулевом колесе, сиденье, подлокотниках или полу и педалях. Некоторые проблемы определяются визуально, например, вибрация зеркала заднего вида или направляющей на автомобилях с открытым верхом.
Обычно NVH может быть тональным, например, шум двигателя, или широкополосным, например, шум дороги или шум ветра. Некоторые резонансные системы реагируют на характерных частотах, но в ответ на случайное возбуждение. Поэтому, хотя они и выглядят как тональные проблемы в любом одном спектре, их амплитуда значительно варьируется. Другие проблемы являются саморезонансными , например свист антенн.
Тональные шумы часто содержат гармоники . Ниже приведен спектр шума Ferrari Михаэля Шумахера при 16680 об/мин, показывающий различные гармоники. Ось X задана в единицах кратной скорости двигателя. Ось Y является логарифмической и некалиброванной.
Типичные приборы, используемые для измерения NVH, включают микрофоны , акселерометры и датчики силы или тензодатчики. Многие объекты NVH имеют полубезэховые камеры и динамометрические стенды . Обычно сигналы записываются непосредственно на жесткий диск через аналого-цифровой преобразователь . Раньше использовались магнитные магнитофоны или магнитофоны DAT. Целостность сигнальной цепи очень важна: обычно каждый из используемых приборов полностью калибруется в лаборатории один раз в год, а любая установка калибруется в целом один раз в день.
Лазерная сканирующая виброметрия является важным инструментом для эффективной оптимизации NVH. Вибрационные характеристики образца регистрируются в полном поле в рабочих или возбужденных условиях. Результаты представляют собой реальные вибрации. Никакая добавленная масса не влияет на измерение, поскольку датчик сам по себе легкий.
Методы, используемые для выявления NVH, включают замену деталей, модальный анализ , испытания на скрип и дребезжание буровой установки (полные испытания транспортного средства или компонентов/системы), свинцовую облицовку, акустическую интенсивность , анализ пути передачи и частичную когерентность. Большая часть работы по шуму и шуму 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, модифицированных в реальном времени.
Анализ NVH требует хороших репрезентативных прототипов серийного автомобиля для испытаний. Они необходимы на ранних этапах процесса проектирования, поскольку решения часто требуют существенной модификации конструкции, что приводит к внесению технических изменений, которые при раннем внесении обходятся гораздо дешевле. Эти ранние прототипы очень дороги, поэтому существует большой интерес к компьютерным методам прогнозирования NVH.
Одним из примеров являются работы по моделированию структурного шума и анализа вибрации. Когда рассматриваемое явление возникает ниже, например, 25–30 Гц, тряски трансмиссии на холостом ходу, можно использовать многочастичную модель. Напротив, когда рассматриваемое явление происходит на относительно высокой частоте – например, выше 1 кГц – модель статистического энергетического анализа (SEA) может оказаться лучшим подходом.
Для диапазона средних частот существуют различные методологии, такие как виброакустический анализ методом конечных элементов и анализ граничных элементов . Конструкция может быть связана с внутренней полостью и образовывать полностью связанную систему уравнений. Кроме того, существуют другие методы, которые могут смешивать измеренные данные с данными конечных элементов или граничных элементов.
Существует три основных способа улучшения NVH:
Решение о том, 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 воздухозаборников , изменение характеристик эластомерных изоляторов, добавление звукопоглощающих или поглощающих материалов и использование активного контроля шума . В некоторых случаях существенные изменения в архитектуре транспортного средства могут оказаться единственным способом экономически эффективного решения некоторых проблем.
Некоммерческие организации, такие как Американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха (ASHRAE) и Ассоциация производителей виброизоляции и сейсмического контроля (VISCMA), предоставляют спецификации, стандарты и требования, которые охватывают широкий спектр отраслей, включая электрика, механика, сантехника и система отопления, вентиляции и кондиционирования.