Rumore, vibrazioni e durezza - Noise, vibration, and harshness

Rumore, vibrazione e durezza ( NVH ), noto anche come rumore e vibrazione ( N&V ), è lo studio e la modifica delle caratteristiche di rumore e vibrazione dei veicoli , in particolare auto e camion . Mentre il rumore e le vibrazioni possono essere facilmente misurati, la durezza è una qualità soggettiva e viene misurata tramite valutazioni della giuria o con strumenti analitici in grado di fornire risultati che riflettono le impressioni soggettive umane. Questi ultimi strumenti appartengono al campo della psicoacustica .

L'NVH per interni si occupa del rumore e delle vibrazioni sperimentate dagli occupanti della cabina , mentre l'NVH per gli esterni si occupa in gran parte del rumore irradiato dal veicolo e include i test del rumore di guida.

NVH è principalmente ingegneria, ma spesso le misurazioni oggettive non riescono a prevedere o si correlano bene con l'impressione soggettiva sugli osservatori umani. Ad esempio, sebbene la risposta dell'orecchio a livelli di rumore moderati sia approssimata dalla ponderazione A , due diversi rumori con lo stesso livello ponderato A non sono necessariamente ugualmente fastidiosi. Il campo della psicoacustica si occupa in parte di questa correlazione.

In alcuni casi viene chiesto al tecnico NVH di modificare la qualità del suono, aggiungendo o sottraendo particolari armoniche, piuttosto che rendere il veicolo più silenzioso.

Fonti di NVH

Le fonti di rumore in un veicolo possono essere classificate come:

Molti problemi vengono generati come vibrazioni o rumore, trasmessi attraverso una varietà di percorsi e quindi irradiati acusticamente nella cabina. Questi sono classificati come rumore "per via strutturale". Altri sono generati acusticamente e propagati da percorsi aerei. Il rumore di origine strutturale viene attenuato dall'isolamento, mentre il rumore aereo viene ridotto dall'assorbimento o dall'uso di materiali di barriera. Le vibrazioni vengono rilevate al volante, al sedile, ai braccioli o al pavimento e ai pedali. Alcuni problemi vengono rilevati visivamente, come la vibrazione dello specchietto retrovisore o del binario di testa delle auto scoperte.

Tonale contro banda larga

L'NVH può essere tonale, come il rumore del motore, o la banda larga, come il rumore della strada o il rumore del vento, normalmente. Alcuni sistemi risonanti rispondono a frequenze caratteristiche, ma in risposta a un'eccitazione casuale. Pertanto, sebbene sembrino problemi tonali su qualsiasi spettro, la loro ampiezza varia considerevolmente. Altri problemi sono auto-risonanti , come i fischi delle antenne.

I rumori tonali hanno spesso delle armoniche . Ecco lo spettro del rumore della Ferrari di Michael Schumacher a 16680 giri/min, che mostra le varie armoniche. L' asse x è dato in termini di multipli della velocità del motore. L' asse y è logaritmico e non calibrato.

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Strumentazione

La strumentazione tipica utilizzata per misurare l'NVH include microfoni , accelerometri e dinamometri o celle di carico. Molte strutture NVH disporranno di camere semi- anecoiche e dinamometri stradali rotanti . Tipicamente i segnali vengono registrati direttamente su hard disk tramite un convertitore analogico-digitale . In passato venivano utilizzati registratori a nastro magnetico o DAT. L'integrità della catena del segnale è molto importante, in genere ciascuno degli strumenti utilizzati è completamente calibrato in un laboratorio una volta all'anno e qualsiasi configurazione data viene calibrata nel suo insieme una volta al giorno.

La vibrometria a scansione laser è uno strumento essenziale per un'efficace ottimizzazione NVH. Le caratteristiche vibrazionali di un campione vengono acquisite a pieno campo in condizioni operative o eccitate. I risultati rappresentano le vibrazioni effettive. Nessuna massa aggiunta sta influenzando la misurazione, poiché il sensore è la luce stessa.

Tecniche investigative

Le tecniche utilizzate per identificare l'NVH includono la sostituzione delle parti, l'analisi modale , i test di squittio e rumore dell'impianto di perforazione (prove complete di veicoli o componenti/sistema), rivestimento in piombo, intensità acustica , analisi del percorso di trasferimento e coerenza parziale. La maggior parte del lavoro NVH viene svolto nel dominio della frequenza, utilizzando trasformate di Fourier veloci per convertire i segnali nel dominio del tempo nel dominio della frequenza. Vengono inoltre utilizzate analisi wavelet , analisi degli ordini, analisi statistica dell'energia e valutazione soggettiva dei segnali modificati in tempo reale.

Modellazione basata su computer

NVH ha bisogno di buoni prototipi rappresentativi del veicolo di produzione per i test. Questi sono necessari all'inizio del processo di progettazione poiché le soluzioni spesso richiedono modifiche sostanziali al progetto, costringendo a modifiche ingegneristiche che sono molto più economiche se realizzate in anticipo. Questi primi prototipi sono molto costosi, quindi c'è stato un grande interesse per le tecniche predittive assistite da computer per NVH.

Un esempio sono i lavori di modellazione per l'analisi del rumore e delle vibrazioni trasmesse dalle strutture. Quando il fenomeno considerato si verifica al di sotto, ad esempio, 25-30 Hz, ad esempio lo scuotimento al minimo del gruppo propulsore, è possibile utilizzare un modello multi-corpo. Al contrario, quando il fenomeno considerato si verifica a una frequenza relativamente alta, ad esempio sopra 1 kHz, un modello di analisi energetica statistica (SEA) può essere un approccio migliore.

Per la banda delle medie frequenze esistono varie metodologie, come l'analisi vibro-acustica degli elementi finiti e l' analisi degli elementi di contorno . La struttura può essere accoppiata alla cavità interna e formare un sistema di equazioni completamente accoppiato. Esistono anche altre tecniche che possono combinare i dati misurati con i dati degli elementi finiti o degli elementi di confine.

Soluzioni tipiche

Ci sono tre mezzi principali per migliorare NVH:l

  • Ridurre l'intensità della sorgente, ad esempio rendere più silenziosa una sorgente di rumore con un silenziatore o migliorare l'equilibrio di un meccanismo rotante
  • Interruzione del percorso di rumore o vibrazione, con barriere (per rumore) o isolatori (per vibrazione)
  • Assorbimento del rumore o dell'energia delle vibrazioni, come ad esempio con assorbitori di rumore in schiuma o smorzatori di vibrazioni sintonizzati

Decidere quale di questi (o quale combinazione) utilizzare per risolvere un particolare problema è una delle sfide che l'ingegnere NVH deve affrontare.

Metodi specifici per migliorare NVH includono l'uso di smorzatori di massa accordati , controtelai , bilanciamento , modifica della rigidità o massa delle strutture, risintonizzazione di scarichi e prese , modifica delle caratteristiche degli isolatori elastomerici, aggiunta di materiali fonoassorbenti o fonoassorbenti o utilizzando il controllo attivo del rumore . In alcune circostanze, cambiamenti sostanziali nell'architettura del veicolo possono essere l'unico modo per risolvere alcuni problemi in modo economico.

Le organizzazioni no profit come l'American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE) e la Vibration Isolation and Seismic Control Manufacturers Association (VISCMA) forniscono specifiche, standard e requisiti che coprono un'ampia gamma di settori tra cui elettrico, meccanico , idraulica e HVAC.

Guarda anche

Riferimenti

Bibliografia

  • Baxa (1982). Controllo del rumore nei motori a combustione interna .
  • Beranek. Acustica .
  • Grifone. Manuale di Vibrazioni Umane .
  • Harris. Manuale di shock e vibrazioni .
  • Thomson. Teoria delle vibrazioni con applicazioni .
  • Bianco; Walker (1982). Rumore e vibrazioni . Chichester [West Sussex]: Ellis Horwood. ISBN 0-470-27553-7.
  • Campillo Davo; Rassili, ed. (2016). Tecniche di analisi NVH per la progettazione e l'ottimizzazione di veicoli ibridi ed elettrici . ISBN 978-3-8440-4356-3.

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