علم مهندسی NVH: چگونه خودروسازان «خلوتگاه» خودروهای لوکس را مهندسی میکنند
کابین خودروهای مدرن، سکوت تقریباً مطلق را نه با فولاد سنگین، بلکه از طریق ترکیبی بسیار مهندسیشده از شیشه آکوستیک، حذف فاز فعال و میرایی لایه محدود به دست میآورند.
به قلم گلنار رستمی
این خبر را به اشتراک بگذارید
بهطور خلاصه
- خودروهای لوکس مدرن، سکوت کابین را از طریق مدیریت فرکانس به دست میآورند، نه فقط با فولاد سنگین.
- شیشه لمینت آکوستیک از یک لایه رزین PVB برای مسدود کردن نویز باد و ترافیک با فرکانس بالا استفاده میکند.
- میرایی لایه محدود، لرزشهای ساختاری شاسی را به گرمای کمدرجه و بیضرر تبدیل میکند.
هنگام خرید یک خودروی لوکس، اکثر خریداران دقیقاً همان مراسم را در محوطه نمایندگی انجام میدهند: درب راننده را باز کرده و محکم میبندند. آنها به دنبال آن صدای «تپ» محکم و شبیه به گاوصندوق هستند، با این فرض که یک درب سنگین به معنای یک رفتوآمد آرام در بزرگراه است. این یکی از پایدارترین سوءتفاهمها در خردهفروشی خودرو است.
واقعیت طراحی خودروهای مدرن این است که وزن، دشمن اصلی است. افزودن صدها کیلوگرم فولاد ضخیم و کفپوشهای لاستیکی سنگین، مصرف سوخت را از بین میبرد و برد خودروهای برقی را به شدت کاهش میدهد. «خلوتگاه» خودروی امروزی با وزن خام ساخته نشده است؛ بلکه از طریق دستکاری بسیار دقیق فرکانسهای صوتی مهندسی شده است.[7]
این رشته به عنوان مهندسی NVH شناخته میشود—نویز (Noise)، لرزش (Vibration) و خشونت (Harshness). برای دههها، مهندسان به موتور احتراق داخلی تکیه میکردند تا به عنوان یک ماسک آکوستیک عمل کند. صدای غرش فرکانس پایین یک موتور V8 یا شش سیلندر خطی به طور طبیعی صدای باد شتابان بر روی ستونهای A و صدای غلتیدن لاستیکها بر روی آسفالت زبر را خفه میکرد.[6][7]
انتقال به خودروهای برقی این ماسک را از بین برد. بدون صدای درجا کار کردن موتور در ۲۰۰۰ دور در دقیقه، خریداران ناگهان متوجه هر سنگریزهای که به گلگیر برخورد میکند و هر وزش بادی که از کنار میگذرد، شدند. برای ارائه یک کابین آرام بدون افزودن وزن کاهنده برد، خودروسازان مجبور شدند نحوه ورود و حرکت صدا در خودرو را به طور کامل بازنگری کنند.[6]
اولین خط دفاعی، شیشه است. شیشههای جانبی سکوریت استاندارد، انتقالدهنده بسیار قوی صدای با فرکانس بالا هستند. هنگامی که صدای خشخش یک کامیون در حال عبور در بزرگراه را میشنوید، در واقع فرکانسهایی در محدوده ۱۰۰۰ تا ۴۰۰۰ هرتز را میشنوید که مستقیماً از شیشه جانبی به داخل کابین نفوذ میکنند.[1]
برای مقابله با این موضوع، مهندسان از شیشه لمینت آکوستیک استفاده میکنند. به جای یک لایه تکی، این شیشه یک لایه میکروسکوپی از رزین پلیوینیل بوتیرال (PVB) را بین دو ورق شیشه قرار میدهد. این لایه میانی محدود شده به عنوان یک جاذب شوک آکوستیک عمل میکند که به طور خاص برای جذب و پراکنده کردن امواج صوتی با فرکانس بالا تنظیم شده است.[2]
تولیدکنندگان مواد مانند SEKISUI S-LEC این لایههای میانی PVB را به گونهای بهبود دادهاند که نویز کابین با فرکانس بالا را ۳ تا ۵ دسیبل کاهش دهند. برای یک راننده، کاهش ۳ دسیبل به معنای نصف شدن انرژی صوتی درک شده است. این تفاوت بین احساس خستگی پس از یک رفتوآمد دو ساعته و رسیدن به محل کار با طراوت کامل است.[3]
اما نویز باد تنها نیمی از نبرد است. منبع اصلی دیگر خستگی در کابین، لرزش ساختاری است. هنگامی که لاستیکها از روی درزهای انبساط و آسفالت زبر عبور میکنند، انرژی جنبشی از طریق سیستم تعلیق بالا رفته و وارد شاسی خودرو میشود و به صورت یک غرش کم و مداوم در کابین منتشر میگردد.[8]
از لحاظ تاریخی، خودروسازان این مشکل را با پر کردن دربها و کفپوشها با وینیل سنگین و پدهای ضخیم آسفالت حل میکردند. امروزه، آنها از فناوریهای میرایی لایه محدود مانند Quiet Steel استفاده میکنند. این شامل قرار دادن یک هسته پلیمری ویسکوالاستیک بین دو لایه فولاد نورد سرد در طول فرآیند تولید است.
هنگامی که سیستم تعلیق خودرو لرزش جاده را به شاسی منتقل میکند، هسته پلیمری دچار تغییر شکل برشی میکروسکوپی میشود. این حرکت فیزیکی، انرژی جنبشی لرزش را به مقدار ناچیزی گرمای کمدرجه تبدیل میکند و نویز را قبل از اینکه به هوای داخل کابین برسد، خنثی میسازد.[7]
با این حال، حتی با وجود شیشه آکوستیک و فولاد میرا شده، غرش جاده با فرکانس پایین—به طور خاص در محدوده ۲۰ تا ۵۰۰ هرتز—به طور مشهودی با مواد غیرفعال به تنهایی دشوار است. اینجاست که صنعت به راهحلهای محاسباتی فعال روی آورده است.[4]
حذف نویز فعال (ANC) در خودروها بر اساس همان اصلی کار میکند که هدفونهای حذف نویز پیشرفته دارند، اما در مقیاسی بسیار بزرگتر و پیچیدهتر. سیستمهایی مانند کنترل نویز فعال جاده (RANC) گروه هیوندای موتور، از شتابسنجهایی استفاده میکنند که مستقیماً روی سیستم تعلیق نصب شدهاند تا لرزشهای جاده را قبل از رسیدن صدا به کابین تشخیص دهند.[5]
هنگامی که لرزشی تشخیص داده میشود، یک پردازشگر سیگنال دیجیتال، مشخصات آکوستیک دقیق نویز ورودی را محاسبه میکند. ظرف ۰٫۰۰۲ ثانیه، سیستم صوتی خودرو یک موج صوتی معکوس—یک «ضد نویز»—را از طریق بلندگوهای کابین پخش میکند. هنگامی که نویز جاده و ضد نویز با هم برخورد میکنند، یکدیگر را خنثی میسازند.[5]
دستاورد واقعی در مهندسی NVH مدرن، ترکیب این سیستمها است. نه لمینت غیرفعال و نه حذف فعال نمیتوانند به طور مستقل اثر «خلوتگاه» را در کل طیف شنوایی انسان ایجاد کنند.[9]
با تقسیم کار—اجازه دادن به شیشه آکوستیک PVB برای مدیریت خشخش باد با فرکانس بالا، در حالی که سیستم ANC به صورت محاسباتی غرش لاستیک با فرکانس پایین را حذف میکند—خودروسازان میتوانند به سطوح بیسابقهای از سکوت دست یابند. این رویکرد متقاطع به آنها اجازه میدهد تا عایقبندی صوتی سنگین سنتی را حذف کنند، در وزن صرفهجویی کرده و برد باتری را حفظ نمایند.[9]
برای مصرفکننده، این بدان معناست که قوانین خرید خودرو به طور اساسی تغییر کرده است. وزن خالص خودرو و ضخامت درب آن دیگر شاخصهای قابل اعتمادی برای پالایش بزرگراهی آن نیستند. ساکتترین خودروهای موجود در بازار امروز اساساً رایانههای آکوستیک متحرکی هستند که به طور فعال، محیط صوتی را کیلومتر به کیلومتر مدیریت میکنند.
اصطلاحات کلیدی
- NVH
- نویز، لرزش و خشونت؛ رشته مهندسی متمرکز بر بازخورد آکوستیک و لمسی که یک خودرو به سرنشینان خود منتقل میکند.
- PVB (پلیوینیل بوتیرال)
- رزینی که به عنوان یک لایه میانی در شیشه لمینت استفاده میشود و به عنوان یک جاذب شوک آکوستیک برای مسدود کردن امواج صوتی با فرکانس بالا عمل میکند.
- میرایی لایه محدود
- تکنیکی که یک پلیمر ویسکوالاستیک را بین دو ورق فلز قرار میدهد تا لرزش ساختاری را به گرمای میکروسکوپی تبدیل کند.
- حذف فاز
- فرآیند پخش یک موج صوتی معکوس برای برخورد و خنثیسازی یک موج نویز ورودی.
پرسشهای متداول
آیا میتوانم شیشه آکوستیک را به خودروی فعلی خود اضافه کنم؟
به طور کلی خیر. شیشه آکوستیک ضخیمتر از شیشه سکوریت استاندارد است و به کانالهای پنجره و تنظیمکنندههایی نیاز دارد که به طور خاص توسط سازنده برای جای دادن عرض و وزن اضافی طراحی شدهاند.
آیا حذف نویز فعال (ANC) باتری خودروی برقی را تخلیه میکند؟
مصرف انرژی پردازشگرهای سیگنال دیجیتال و بلندگوهای کابین که برای ANC استفاده میشوند، ناچیز است. در واقع، با اجازه دادن به خودروسازان برای حذف عایقبندی صوتی فیزیکی سنگین، ANC در واقع برد کلی خودروی برقی را بهبود میبخشد.
چرا برخی خودروهای برقی در بزرگراه بلندتر از خودروهای بنزینی به نظر میرسند؟
بدون صدای غرش فرکانس پایین موتور احتراق برای پوشاندن صداهای پسزمینه، خشخش باد و غرش لاستیک برای گوش انسان بسیار محسوستر میشود، که این امر مهندسی NVH را برای خودروهای برقی حیاتی میسازد.
بررسی عمیق دیدگاهها
مهندسان آکوستیک
تمرکز بر چالش محاسباتی حذف صدا در زمان واقعی.
برای مهندسان آکوستیک، کابین خودرو یکی از خصمانهترین محیطهای صوتی روی زمین است. مشخصات آکوستیک به طور مداوم بر اساس سرعت خودرو، بادهای جانبی و بافت آسفالت تغییر میکند. تمرکز اصلی آنها بر کاهش تأخیر است. از آنجا که صدا به سرعت حرکت میکند، یک سیستم حذف نویز فعال باید برخورد سیستم تعلیق را تشخیص دهد، ضد نویز مورد نیاز را محاسبه کند و بلندگوهای کابین را تقریباً در دو میلیثانیه فعال کند. اگر سیستم حتی کسری از میلیثانیه تأخیر داشته باشد، به جای حذف نویز جاده، آن را تقویت خواهد کرد.
دانشمندان مواد خودرو
اولویتبندی توسعه مواد میرایی غیرفعال و سبکوزن.
دانشمندان مواد به NVH از منظر کاهش وزن نگاه میکنند. هر کیلوگرم عایق صوتی آسفالت سنتی که به کفپوش اضافه میشود، برد خودروی برقی را کاهش میدهد. هدف آنها مهندسی مواد ساختاری است که ذاتاً نسبت به لرزش «مرده» باشند. با توسعه پلیمرهای ویسکوالاستیک پیشرفته که میتوانند مستقیماً در فولاد در طول فرآیند قالبگیری ساندویچ شوند، به خودروسازان اجازه میدهند تا قطعات شاسی را بسازند که انرژی جنبشی خود را جذب کنند و نیاز به تشکهای صوتی سنگین به سبک پس از فروش را از بین ببرند.
معماران پلتفرم خودروهای برقی
تمرکز بر چالشهای آکوستیک منحصر به فردی که با حذف موتور احتراق داخلی ایجاد میشود.
معماران پلتفرم با این واقعیت روبرو هستند که ساکت کردن خودروهای برقی به طور متناقض سختتر از خودروهای بنزینی است. موتور احتراق داخلی به عنوان یک ماسک آکوستیک بزرگ عمل میکرد و طیف گستردهای از نویز سفید تولید میکرد که صدای باد و لاستیکها را پنهان میکرد. بدون آن موتور، خشخش آیرودینامیکی با فرکانس بالا و رزونانس حفره لاستیک با فرکانس پایین به وضوح برای راننده آشکار میشود. برای این معماران، NVH دیگر یک فکر ثانویه نیست که در پایان فرآیند طراحی اعمال شود؛ بلکه شکل آیرودینامیکی اساسی و هندسه سیستم تعلیق خودرو را از روز اول دیکته میکند.
- مهندسان آکوستیک
- تمرکز بر هدفگیری فرکانس، حذف فاز و چالش محاسباتی حذف صدا در زمان واقعی.
- دانشمندان مواد
- اولویتبندی توسعه مواد میرایی غیرفعال و سبکوزن مانند لایههای میانی PVB و پلیمرهای ویسکوالاستیک.
- حامیان مصرفکننده
- ارزیابی اینکه چگونه این مفاهیم مهندسی انتزاعی به مزایای ملموس برای خریدار مانند کاهش خستگی در رفتوآمد تبدیل میشوند.
دیدگاههایی که این گزارش پوشش نداده
- تعمیرگاههای مستقل خودرو که با تعویض حسگرهای آکوستیک پیچیده سروکار دارند
- تولیدکنندگان لاستیک که ترکیبات را برای کاهش رزونانس حفره مهندسی میکنند
منابع
[1]ResearchGateمهندسان آکوستیکNVH Performance of Lightweight Glazing Materials in Vehicle Design
مطالعه در ResearchGate →
[2]JD Powerحامیان مصرفکنندهWhat Is Acoustic Laminated Window Glass in a Car?
مطالعه در JD Power →
[3]SEKISUI S-LECدانشمندان موادSound Acoustic Interlayer for Automotive Laminated Glass
مطالعه در SEKISUI S-LEC →
[4]ResearchGateمهندسان آکوستیکActive Noise Control in a Luxury Vehicle
مطالعه در ResearchGate →
[5]HyundaiNews.comمهندسان آکوستیکHyundai Motor Group Develops World's First Road Noise Active Noise Control Technology
مطالعه در HyundaiNews.com →
[6]Envaliorدانشمندان موادA quiet revolution: neutralizing noise, vibration, and harshness in vehicle design
مطالعه در Envalior →
[7]ResearchGateمهندسان آکوستیکAutomotive Noise, Vibration, and Harshness (NVH) Materials: Definition, Scope, Technologies, and Role in Modern Automotive Manufacturing
مطالعه در ResearchGate →
[8]DiVA portalدانشمندان موادRole of Damping in NVH CAE Procedures
مطالعه در DiVA portal →
[9]تیم سردبیری کوهستانحامیان مصرفکنندهتحلیل تیم سردبیری کوهستان
مطالعه در تیم سردبیری کوهستان →
بیشتر در خودرو
مشاهده همه →تحول صنعت خودرو
تغییر بزرگ: چرا فروش خودروهای لوکس آلمانی در چین ناگهان ۴۱ درصد سقوط کرد؟
5 منبع
بهروزرسانی پرچمدار
فیسلیفت مرسدس بنز کلاس S با کابین «سوپراسکیرین» و برد ۷۰ مایلی هیبریدی پلاگین رونمایی شد
3 منبع
صنعت خودروی اروپا
اعتراض دهها هزار کارگر خودروسازی آلمان؛ سایه سنگین چین و خودروهای برقی بر آینده فولکسواگن
6 منبع
فناوری سیستم تعلیق
زمان پاسخگویی میکروثانیهای سیال مگنتورئولوژیک: چگونه کمکفنرهای فعال، راحتی را فدای سفتی در پیچها میکنند
8 منبع
نظرات
هر زاویه. هر روز.
اخبار خودرو با پوشش کامل منابع و تحلیل دیدگاهها، هر روز و رایگان.





