Ինչպես արդյունավետ կերպով ճնշել ավտոմեքենայի աղմուկն ու թրթռումները

Յուրաքանչյուր վարորդ ավտոմեքենայի մեջ տարբեր բաներ է գնահատում — ոմանք առաջնահերթություն են տալիս սրահի տարածությանը, մյուսները ձգտում են սուր կառավարելիության։ Բայց ակուստիկ հարմարավետությունը մի բան է, որը հետաքրքրում է բոլորին։ Պետք չէ ինժեներ լինել՝ իմանալու համար, որ ավտոմեքենան չափազանց աղմկոտ է. դա կարող եք զգալ վարման առաջին իսկ րոպեներին։ Ի տարբերություն ընթացքի որակի կամ արգելակման աշխատանքի՝ աղմուկն անմիջապես տպավորություն է թողնում։ Ավտոմոբիլային արդյունաբերության մեջ այս ոլորտն ընդգրկվում է միասնական հասկացությամբ՝ NVH — աղմուկ, թրթռում և կոշտություն (Noise, Vibration, and Harshness)։

Ի՞նչ է NVH-ը և ինչու՞ է այն կարևոր վարման հարմարավետության համար

NVH-ը նշանակում է աղմուկ, թրթռում և կոշտություն (Noise, Vibration, and Harshness) — երեք ֆիզիկական երևույթներ, որոնք առավել ուղղակիորեն ազդում են այն բանի վրա, թե որքան հաճելի (կամ տհաճ) է ավտոմեքենան վարելը։ Երբ NVH-ի մակարդակները ցածր են, դրանց ազդեցությունները մարդու օրգանիզմի վրա իրական են և չափելի.

Նյարդային համակարգն ու ուղեղը գերծանրաբեռնվում են
Կենտրոնացումն ու արձագանքման ժամանակը նվազում են
Ընդհանուր զգոնությունն ու ֆիզիկական տոնուսն ընկնում են
Հեռավոր երթուղիներով վարումը դառնում է զգալիորեն ավելի հոգնեցուցիչ

Հենց սա է պատճառը, որ ժամանակակից ավելի հանգիստ ավտոմեքենաները շատ ավելի քիչ հյուծիչ են զգացվում երկար ճանապարհորդությունների ընթացքում։ Սակայն սխալ կլինի կարծել, թե պարզապես ավելի շատ ձայնամեկուսացում ավելացնելը լուծում է խնդիրը։ Իրականում ձայնամեկուսացումը պաշտպանության վերջին գիծն է, և ոչ միշտ ամենաարդյունավետը։ Ահա թե ինչու։

Ավտոմեքենայի աղմուկի և թրթռումների հիմնական աղբյուրները

Հասկանալու համար, թե ինչպես ճնշել ավտոմեքենայի աղմուկը, նախ պետք է իմանալ, թե որտեղից են դրանք գալիս։ Թեև ցանկացած մեքենայում կան տասնյակ պոտենցիալ աղբյուրներ, գերակշռողներն են՝

Շարժիչը և արտանետման համակարգը
Գլորվող անվադողերը
Թափքի շուրջ աերոդինամիկ օդահոսքը

Յուրաքանչյուր աղբյուրի հարաբերական ներդրումը փոխվում է արագության հետ։ Քաղաքային արագություններում գերակշռում է շարժիչային ագրեգատը։ Մայրուղում 90–100 կմ/ժ արագությամբ բոլոր աղբյուրները մոտավորապես հավասարապես են ներդրում ունենում։ 120–130 կմ/ժ-ից բարձր արագություններում գերակշռում են աերոդինամիկ և ճանապարհից առաջացած խանգարումները։ Պարզ ասած՝ աղմուկն առաջանում է թրթռումներից, և այդ թրթռումները ֆիզիկապես վնասակար են՝ ինչպես ուղևորների, այնպես էլ մեքենայի մեխանիկական բաղադրիչների համար։

Ինչպես է աղմուկը տարածվում մեքենայի միջով

Ցանկացած աղմուկի աղբյուր, օրինակ՝ շարժիչը, տարածվում է մեքենայի միջով երկու հստակ տարբեր ճանապարհով.

Կառուցվածքային ճանապարհով — թափքի վահանակների և աղբյուրին միացված կառուցվածքային տարրերի ֆիզիկական թրթռումների միջոցով
Ակուստիկ ճանապարհով — ուղղակիորեն օդի միջոցով, ներառյալ ճեղքերի և վահանակների միջով

Այս երկու ճանապարհների ըմբռնումը կարևոր է, քանի որ յուրաքանչյուրը պահանջում է ճնշման տարբեր ռազմավարություն։

Աղմուկի նվազեցման եռաքայլ առաջնահերթ մոտեցումը

Ավտոմոբիլային ինժեներները NVH-ին մոտենում են խիստ առաջնահերթության կարգով։ Ձայնամեկուսացումը — այն մոտեցումը, որը մարդկանց մեծ մասը կապում է «մեքենան ավելի հանգիստ դարձնելու» հետ — իրականում վերջին տեղում է դասվում.

Նվազեցրեք ինտենսիվությունն աղբյուրում — նվազագույնի հասցրեք, թե որքան աղմուկ և թրթռում է առաջանում առաջին հերթին
Մարեք կառուցվածքային փոխանցումը — կանխեք թրթռումների տարածումը թափքի և կառուցվածքային տարրերի միջով
Կիրառեք ձայնամեկուսացում — որսացեք օդով տարածվող աղմուկը, որն արդեն առաջացել և փոխանցվել է

Եթե առաջին երկու քայլերը լավ կատարվեն, ապա համեմատաբար քիչ ձայնամեկուսիչ նյութ է անհրաժեշտ։ Սա ոչ միայն ինժեներական նախընտրություն է, այլև խնայում է քաշ, ծախսեր և վառելիք։

Ինչպես են ինժեներները նվազեցնում շարժիչի և արտանետման աղմուկն աղբյուրում

Շարժիչի աղմուկի ճնշումը սկսվում է մեկուսիչ նյութ կիրառելուց շատ առաջ։ Հիմնական ինժեներական ռազմավարությունները ներառում են.

Այրման գործընթացի օպտիմալացում՝ այն հնարավորինս սահուն և վերահսկվող դարձնելու համար
Հիմնական բաղադրիչների նախագծում — մխոցների բլոկ, փականների կափարիչ և յուղի կարտեր — այնպես, որ դրանք չռեզոնանսեն շարժիչի ցիկլի հետ համընթաց
Պլաստմասսայի և ձայնակլանիչ նյութերի օգտագործում՝ ուղղակիորեն շարժիչի բաղադրիչների վրա
Ամբողջ շարժիչի պարփակում՝ որտեղ դասավորությունը թույլ է տալիս
Կատալիզատորների և մասնիկների զտիչների կիրառում, որոնք ի դեպ հարթեցնում են արտանետման գազերի պուլսացիաները և նվազեցնում արտանետման աղմուկը

Շարժիչի հենարաններ. թրթռման արգելափակումը նախքան թափք հասնելը

Հենց որ թրթռումը լքում է շարժիչը, այն պետք է կանգնեցվի նախքան թափք հասնելը։ Շարժիչի հենարանները հիմնական պատնեշն են։ Դրանց ամրացման կետերը խնամքով ընտրվում են՝ թափքի ռեզոնանսները չգրգռելու համար. դա դժվարությամբ սովորած դաս է վաղ արտադրական մոդելների, ինչպիսին VAZ-2108-ն է, որը տառապում էր անհարմար պարապ ընթացքի թրթռումից՝ վատ տեղակայված առջևի հենարանի պատճառով։ Այն ժամանակ լուծումը հենարանն ավելի փափուկ դարձնելն էր, ինչը նոր խնդիրների շարք առաջացրեց։

Շարժիչի ամրացման ժամանակակից տեխնոլոգիան զգալիորեն առաջադիմել է.

Հիդրավլիկ հենարաններ — համատեղում են առաձգականությունն ու մարումը, ինչպես զսպանակ-ամորտիզատոր զույգը
Ակտիվ հենարաններ — առաջացնում են հակափուլային շարժում՝ թրթռումները չեզոքացնելու համար, կամ դինամիկ կերպով կարգավորում են կոշտությունը՝ ելնելով վարման պայմաններից

Թափքի կառուցվածք և ռեզոնանսի վերահսկում

Ցանկացած թրթռում, որն անցնում է շարժիչի հենարանների կողքով, պետք է կառավարվի հենց թափքի կառուցվածքի կողմից։ Հակասահմանվածորեն՝ առավելագույնս կոշտ թափքն ինքնաբերաբար հանգիստ չէ։ Թեև կոշտ, մոնոլիտ կառուցվածքը կարող է նվազեցնել ռեզոնանսը, այն կարող է նաև մեծացնել կառուցվածքային աղմուկի փոխանցումը։

Ավտոմոբիլային ինժեներները կենտրոնանում են ռեզոնանսային հաճախականությունների վրա, այլ ոչ թե կոպիտ ոլորման կոշտության։ Նպատակը հաճախականությունները հնարավորինս բարձր կամ ցածր հրելը չէ, այլ դրանք ճշգրիտ տեղակայելը, որպեսզի դրանք չհամընկնեն անվադողերի, կախոցի, շարժիչի և թրթռման այլ աղբյուրների առաջացրած հաճախականությունների հետ։ Ամբողջ մեքենան դիտվում է որպես մեկ բարդ թրթռման համակարգ։

Թափքի ռեզոնանսի կառավարման համար օգտագործվող կառուցվածքային միջոցառումները ներառում են.

Ամրացնող ձողեր և դրոշմված ամրացման թիթեղներ, նույնիսկ ոչ կրող վահանակների վրա
Բարձր ամրության և ջերմամշակված պողպատներ
Փոփոխական հաստության գլոցված վահանակներ
Թափքի բաղադրիչների սոսնձային միացում
Թրթռման մարիչներ — կոշտ կամ փափուկ ամրացված զանգվածներ, որոնք վահանակի սեփական հաճախականությունը հեռացնում են խնդրահարույց միջակայքերից։ Առջևի բամպերի ներսում թաքնված եռակիլոգրամանոց չուգունե ձողը սխալ չէ, այլ ճշգրիտ ինժեներական լուծում
Թափքի խոռոչներ ներարկված փրփուր՝ հաշվարկված տեղերում
Բիտումային գորգեր, որոնք ընտրողաբար կիրառվում են հարթ վահանակների վրա (ոչ անխտիր, ինչպես աֆտերմարկետ տեղադրումներում)
Հրապատի անցքերի և ճեղքերի նվազագույնի հասցնում, ընդ որում մնացած բոլոր բացվածքները խնամքով կնքվում են

Անվադողերի ստուգում

Ձայնամեկուսացում. արդյունավետ է, երբ օգտագործվում է ընտրողաբար

Միայն այն բանից հետո, երբ բոլոր կառուցվածքային և աղբյուրի մակարդակի միջոցառումները սպառվել են, իմաստ ունի ձայնամեկուսացում ավելացնելը։ Երբ նախորդ քայլերը ճիշտ են կատարվում, դրանից շատ քիչ է պետք լինում։ Հայտնի օրինակ. յոթերորդ սերնդի Volkswagen Golf-ն օգտագործել է չորս կիլոգրամ ավելի քիչ մեկուսիչ նյութ, քան իր նախորդը՝ շնորհիվ ավելի լավ սկզբնական ինժեներական աշխատանքի։

Ժամանակակից ակուստիկ երեսպատումներն ու գորգերի հավաքվածքները ճշգրիտ ձուլված են՝ համապատասխանելու հրապատի և հատակի ճշգրիտ ուրվագծերին։ Որոշ ներքին ծածկույթ անխուսափելի է, այն նաև ապահովում է ջերմամեկուսացում։ Բայց եթե բեռնախցիկում պահեստային անվի խորշի շուրջ նկատում եք մերկ մետաղ, դա ծախսերի կրճատման միջոց չէ, այլ նշան, որ արտադրողը վստահ էր, որ աղմուկն արդեն լավ վերահսկվում է։

Մի զգուշացում աֆտերմարկետ ձայնամեկուսացման վերաբերյալ. սեփական մեքենային լրացուցիչ գորգեր ավելացնելն իսկապես ազդեցություն ունի, բայց դա հազվադեպ է ծախսարդյունավետ։ Դուք զգալիորեն կծախսեք նյութերի և աշխատանքի վրա՝ թերևս մեկ կամ երկու դեցիբելի շահի համար, միաժամանակ ավելացնելով տասնյակ կիլոգրամ մշտական քաշ, ինչը մեծացնում է վառելիքի սպառումը։

Մեքենայի ներսում ձայնի հաճախականությունների ըմբռնում

Ոչ ամբողջ աղմուկն է հավասարապես նյարդայնացնող. հաճախականությունը մեծ դեր է խաղում, թե ինչպես ենք մենք ընկալում ձայնը.

Հոգնածությունն առաջանում է 80 դԲ-ի դեպքում 2000–4000 Հց միջակայքում
5000–6000 Հց-ի դեպքում ընդամենը 60 դԲ-ը բավական է հոգնածություն առաջացնելու համար
Կառուցվածքային (թափքով փոխանցվող) աղմուկը սովորաբար 500 Հց-ից ցածր է — ընկալվում է որպես ցածր, դղրդացող բզզոց, հիմնականում ճանապարհից և արտանետումից
Օդով տարածվող աղմուկը գերակշռում է 1000 Հց-ից բարձր (բարձր հաճախականություն՝ 800 Հց-ից բարձր) — հիմնականում շարժիչից և աերոդինամիկայից
Մարդու լսողությունն ընդգրկում է 20 Հց-ից մինչև 20000 Հց. ավտոմեքենայի ներսի միջավայրերը սովորաբար ներառում են 30–8500 Հց

Բացի հաճախականությունից, կարևոր է նաև աղմուկի բնույթը։ Կան լայնաշերտ աղմուկներ (հաճախականությունների խառնուրդ) և տոնային աղմուկներ՝ կոնկրետ, ճանաչելի ձայներ, ինչպիսիք են էլեկտրական ղեկային ուժեղարարի շարժիչի ճռռոցը կամ օդորակման համակարգում սառնագենտի ֆշշոցը։ Մեկ մեքենան կարող է արտադրել հարյուրավոր նման տարբեր տոներ։ Լավ արտադրողները դրանք ամբողջությամբ վերացնում են ճանապարհային փորձարկումների ընթացքում. երբեմն ավելի հեշտ է ձայնը տեղափոխել ավելի քիչ նյարդայնացնող հաճախականություն, քան այն ամբողջությամբ վերացնել։

Հարկ է նշել, որ դեցիբելային չափումները միշտ չէ, որ համընկնում են սուբյեկտիվ ընկալման հետ։ Մարդու լսողությունը հավասարապես զգայուն չէ բոլոր հաճախականությունների նկատմամբ, և թեև աղմուկի չափիչներն իսկապես կիրառում են հաճախականության կշռման կորեր՝ մեր լսողությունը մոտարկելու համար, այս մեթոդը կատարյալ չէ։ Ահա թե ինչու ավտոարտադրողները միշտ համատեղում են օբյեկտիվ չափումները փորձագիտական սուբյեկտիվ լսման սեանսների հետ։

Ակտիվ աղմկի չեզոքացումը ժամանակակից մեքենաներում

Վերջին շրջանի ամենաշատ քննարկվող զարգացումներից մեկը ակտիվ աղմկի նվազեցումն է (ANR), որն օգտագործում է մեքենայի աուդիո բարձրախոսները՝ անցանկալի աղմուկին հակառակ փուլում ձայնային ալիքներ առաջացնելու համար՝ արդյունավետ կերպով դրանք չեզոքացնելով։ Տեսականորեն երկու ձայները միանում են լռության մեջ։

Գործնականում ակտիվ համակարգերը բախվում են իրական ֆիզիկական սահմանափակումների.

Դրանք սահմանափակ են ինչպես հզորությամբ, այնպես էլ հաճախականության միջակայքով
Շարժիչի և ճանապարհի աղմուկը հասնում է ուղևորների ականջներին մոտավորապես 0,009 վայրկյանում
Լավագույն ակտիվ համակարգերն արձագանքում են 0,002 վայրկյանում՝ թողնելով նեղ, բայց ոչ կատարյալ պատուհան
Ճշգրտությունը հաճախականությունների լայն սպեկտրում մնում է մարտահրավեր

Այս համակարգերն անկասկած կբարելավվեն, բայց վտանգն այն է, որ դրանց զարգացումը կդառնա հիմնավոր ինժեներական աշխատանքի փոխարինիչ, այլ ոչ թե դրա լրացում։

Մեքենայի աղմուկի կանոնակարգերը. ինչ է պահանջում օրենքը

Մարդատար մեքենաների ներսի աղմուկի մակարդակները չկարգավորվող են ինչպես ԵՄ-ում, այնպես էլ ԱՄՆ-ում. միայն արտաքին աղմուկն է ենթակա օրինական սահմանափակումների։ Արտադրողները կոմերցիոն առումով մոտիվացված են ներսը հանգիստ պահելու, բայց օրինական ստորին շեմ չկա։

Ռուսաստանը այլ մոտեցում է ցուցաբերում։ Մեքենայի սերտիֆիկացման ընթացքում ներսի աղմուկը չափվում է բազմաթիվ մեթոդներով, ներառյալ հաստատուն արագությամբ և արագացման ընթացքում։ Ընդհանուր շեմերն են.

Ստանդարտ մարդատար մեքենաներ. առավելագույնը 77 դԲ
Միկրոավտոբուսներ և ունիվերսալ դասավորության մեքենաներ. մինչև 79 դԲ
Ամենագնացներ (և որպես այդպիսին սերտիֆիկացված որոշ կրոսովերներ). մինչև 81 դԲ
2 տոննայից թեթև սպորտային մեքենաներ՝ 75 կՎտ/տ-ից բարձր ցուցանիշով. թույլատրվում է 4 դԲ ավելցուկ
110 կՎտ/տ-ից բարձր մեքենաներ (≈150 ձ.ու./տոննա). փորձարկվում են միայն հաստատուն արագությամբ

Կանոնակարգերը ներառում են բավականաչափ բացառություններ՝ բարձր արտադրողականության մեքենաների մեծ մասը ընդգրկելու համար, բայց եզրային դեպքեր լինում են։ Porsche 911 R կուպեն, օրինակ, մի ժամանակ արգելափակվեց ռուսական շուկայից հատկապես այն պատճառով, որ չկարողացավ բավարարել ներսի աղմուկի սերտիֆիկացման պահանջները։

NVH-ի մարտահրավերները էլեկտրական մեքենաներում և ապագայի մեքենաներում

Մեքենաների նոր տեխնոլոգիաները ստեղծում են NVH-ի նոր մարտահրավերներ, այլ ոչ թե վերացնում դրանք.

Թեթև նյութերը (ալյումինե համաձուլվածքներ, կոմպոզիտներ) նվազեցնում են զանգվածը, բայց մեծացնում կառուցվածքային աղմուկի փոխանցումը
Ավելի լայն անվադողերը ապահովում են ավելի լավ կառչում և կառավարելիություն, բայց առաջացնում են ավելի շատ ճանապարհային աղմուկ
Արդյունավետության վրա կենտրոնացած այրման ռազմավարությունները կարող են մխոցների բռնկումն ավելի քիչ սահուն դարձնել՝ մեծացնելով շարժիչի թրթռումը
Էլեկտրական շարժիչները աղմուկը տեղափոխում են անհարմար 5000 Հց միջակայք և ներմուծում էլեկտրամագնիսական աղմուկ՝ հաճախականության գոտի, որը ներքին այրման շարժիչներն ավելի վաղ քողարկում էին
Նախկինում քողարկված ձայները — ինչպիսին են HVAC-ի դռնակների շարժումները — դառնում են նկատելի՝ առանց շարժիչի աղմուկի, որը կծածկեր դրանք

Անվարորդ ապագայում ակուստիկ հարմարավետությունը հավանաբար կդառնա մեքենաների միջև հիմնական տարբերակիչներից մեկը։ Երբ վարման խնդիր չկա, որի վրա պետք է կենտրոնանալ, ուղևորները շատ ավելի զգայուն են դառնում շրջակա աղմուկի նկատմամբ։ Ինժեներները, որոնք ժամանակին NVH-ը դիտարկում էին որպես ուշ փուլի կատարելագործում, այժմ այն հաշվի են առնում հենց առաջին դասավորության որոշումներից։ Եվ առաջնահերթության այս փոփոխությունն ամենակարևոր փոփոխությունն է այն բանում, թե ինչպես են ժամանակակից մեքենաները հանգիստ դարձվում։