Автомобиль шуын және дірілін тиімді азайту жолдары

Әрбір жүргізуші автомобильден әртүрлі нәрсені бағалайды — біреулер салон кеңістігіне мән берсе, басқалары өткір басқару сезімін қалайды. Дегенмен акустикалық жайлылық — бәріне де маңызды нәрсе. Автомобиль тым шулы екенін түсіну үшін инженер болудың қажеті жоқ; бірнеше минут жүргеннің өзінде-ақ мұны сезуге болады. Жол ұстамдылығынан немесе тежеу тиімділігінен айырмашылығы, шу бірден әсер қалдырады. Автомобиль өнеркәсібінде бұл бағыт біріккен тұжырыммен белгіленеді: NVH — Шу, Діріл және Қатаңдық.

NVH дегеніміз не және ол жүргізу жайлылығы үшін неге маңызды

NVH — Шу, Діріл және Қатаңдық (Noise, Vibration, Harshness) дегенді білдіреді — автомобильді жүргізу кезіндегі жағымды (немесе жағымсыз) сезімге тікелей әсер ететін үш физикалық құбылыс. NVH деңгейі нашар болса, адам ағзасына нақты және өлшенетін зиян тиеді:

Жүйке жүйесі мен ми шамадан тыс жүктеледі
Зейін шоғырландыру және реакция жылдамдығы төмендейді
Жалпы сергектік пен физикалық тонус азаяды
Ұзақ жол жүру айтарлықтай шаршатады

Дәл осы себепті қазіргі үнсіз автомобильдер ұзақ сапарда әлдеқайда аз шаршатады. Алайда тыныштықты қамтамасыз ету үшін жай ғана дыбыс оқшаулауын қосып қою жеткілікті деп ойлау қате болар еді. Шындығында, дыбыс оқшаулауы — соңғы қорғаныс шебі және ол әрдайым тиімді бола бермейді. Неліктен екенін түсіндірейік.

Автомобиль шуы мен дірілінің негізгі көздері

Автомобиль шуын қалай азайту керектігін түсіну үшін алдымен олардың қайдан шығатынын білу керек. Кез келген көлікте ондаған ықтимал шу көздері болғанымен, негізгілері мыналар:

Қозғалтқыш және сору жүйесі
Домалап жатқан дөңгелектер
Кузов айналасындағы аэродинамикалық ауа ағыны

Әр көздің үлесі жылдамдыққа байланысты өзгереді. Қала жылдамдықтарында қозғалтқыш жүйесі үстемдік етеді. Тас жолда 90–100 км/с жылдамдықта барлық көздер шамамен тең үлес қосады. 120–130 км/с жылдамдықтан жоғары аэродинамикалық және жол туғызатын кедергілер басым болады. Қарапайым тілмен айтқанда: шу дірілден пайда болады, ал діріл физикалық жағынан зиянды — жолаушыларға да, автомобильдің механикалық бөліктеріне де.

Шу автомобиль арқылы қалай таралады

Кез келген шу көзі — мысалы, қозғалтқыш — автомобильде екі түрлі жолмен таралады:

Конструктивтік жолмен — көзге жалғанған кузов панельдері мен конструктивтік элементтердегі физикалық діріл арқылы
Акустикалық жолмен — саңылаулар мен панельдер арқылы тікелей ауамен

Бұл екі жолды түсіну өте маңызды, өйткені әрқайсысы үшін бөлек басу стратегиясы қажет.

Шуды азайтудың үш сатылы басымдық тәсілі

Автомобиль инженерлері NVH мәселесін қатаң басымдық тәртібімен шешеді. Дыбыс оқшаулауы — «автомобильді үнсіздеу» деп ассоциацияланатын тәсіл — іс жүзінде соңғы орынға қойылады:

Көздегі қарқындылықты азайту — шу мен дірілдің пайда болу мөлшерін барынша азайту
Конструктивтік берілуді жою — дірілдің кузов пен конструктивтік элементтер арқылы таралуына жол бермеу
Дыбыс оқшаулауын қолдану — жасалып, таралып үлгерген ауамен тасымалданатын шуды ұстау

Алғашқы екі қадам жақсы орындалса, дыбыс оқшаулау материалы салыстырмалы түрде аз қажет болады. Бұл тек инженерлік артықшылық емес — бұл массаны, шығынды және отын тұтынуды үнемдейді.

Инженерлер қозғалтқыш пен сору жүйесінің шуын көзінен қалай азайтады

Қозғалтқыш шуын басу кез келген оқшаулау материалы қолданылмай тұрып басталады. Негізгі инженерлік стратегиялар мыналар:

Жану процесін оңтайландыру — мүмкіндігінше тегіс және бақыланатын ету
Негізгі бөліктерді жобалау — цилиндр блогы, клапан қақпағы және май ваннасы — қозғалтқыш циклімен бірге резонанс тудырмайтындай
Пластик және дыбысты сіңіретін материалдарды тікелей қозғалтқыш бөліктерінде қолдану
Бүкіл қозғалтқышты қаптауды орналастыру мүмкіндігі болған жерде жасау
Катализаторлар мен бөлшек сүзгілерін пайдалану, олар кездейсоқ сору газы импульстарын тегістеп, сору шуын азайтады

Қозғалтқыш тіректері: кузовқа жетпес бұрын дірілді тоқтату

Діріл қозғалтқыштан шыққаннан кейін кузовқа жетпес бұрын тоқтатылуы керек. Қозғалтқыш тіректері — негізгі кедергі. Олардың бекіту нүктелері кузов резонансын қоздырмау үшін мұқият таңдалады — бұл сабақ ВАЗ-2108 сияқты алғашқы өндіріс модельдерімен ауыр жолмен үйренілді: алдыңғы тіректің нашар орналастырылуынан туатын жайсыз бос жүріс дірілінен зардап шекті. Сол кездегі шешім — тіректі жұмсарту болды, бірақ ол жаңа мәселелер туғызды.

Қазіргі қозғалтқыш тірек технологиясы едәуір алға кетті:

Гидравликалық тіректер — серіппе мен амортизатор жұбы сияқты серпімділік пен демпфирлеуді біріктіреді
Белсенді тіректер — дірілді жою үшін қарсы фазалы қозғалыс жасайды немесе жүргізу жағдайына байланысты қаттылықты динамикалық түрде реттейді

Кузов құрылымы және резонансты басқару

Қозғалтқыш тіректерінен өткен кез келген діріл кузов құрылымының өзімен басқарылуы керек. Таңқаларлықтай, барынша қатты кузов автоматты түрде үнсіз болмайды. Қатты, монолитті конструкция резонансты азайта алатынымен, конструктивтік шу берілуін де арттыруы мүмкін.

Автомобиль инженерлері таза торсиондық қаттылықтың орнына резонанстық жиіліктерге назар аударады. Мақсат — жиіліктерді мүмкіндігінше жоғары немесе төмен жылжыту емес — оларды дөңгелектер, тіреу, қозғалтқыш және басқа діріл көздері жасайтын жиіліктермен сәйкес келмейтіндей етіп нақты орналастыру. Бүкіл автомобиль бір күрделі діріл жүйесі ретінде қарастырылады.

Кузов резонансын басқару үшін қолданылатын конструктивтік шаралар:

Жүк көтермейтін панельдерде де қолданылатын қатайтқыш штангалар мен штамптаулы күшейту пластиналары
Жоғары беріктіктегі және термиялық өңделген болаттар
Айнымалы қалыңдықтағы илемделген панельдер
Кузов бөліктерін желімдеп бекіту
Діріл демпферлері — панельдің табиғи жиілігін проблемалық диапазоннан алыстататын қатты немесе жұмсақ бекітілген массалар. Алдыңғы бамперде жасырылған үш килограммдық шойын штанга қателік емес — бұл дәл есептелген шешім
Есептелген орындарда кузов қуыстарына толтырылған көбік
Жалпақ панельдерге таңдамалы түрде жабыстырылатын битум маталары (кейінгі нарықтағы орнатулардағыдай ойластырылмай емес)
Моторлы бөлме мен салонды бөлетін қабырғадағы тесіктер мен саңылауларды барынша азайту, қалған барлық тесіктерді мұқият тығыздау

Дөңгелекті тексеру

Дыбыс оқшаулауы: таңдамалы қолданылған кезде тиімді

Барлық конструктивтік және көз деңгейіндегі шаралар таусылғаннан кейін ғана дыбыс оқшаулауын қосу мағынасы бар. Алғашқы қадамдар дұрыс жасалса, іс жүзінде өте аз мөлшері қажет болады. Белгілі бір мысал: жетінші буын Volkswagen Golf алдыңғы инженерлік жақсартулардың арқасында өзінің алдыңғы буынына қарағанда төрт килограмм аз оқшаулау материалын пайдаланды.

Қазіргі акустикалық астар мен кілем жиынтықтары моторлы бөлме мен едендің нақты пішіндеріне сай дәлдікпен қалыпталады. Кейбір ішкі қаптама болмай тұрмайды — ол жылу оқшаулауын да қамтамасыз етеді. Бірақ бағажайда қосалқы дөңгелек орнының маңайында жалаңаш метал көрсеңіз, бұл шығындарды үнемдеу шарасы емес — бұл өндірушінің шудың жақсы бақыланатынына сенімді болғанының белгісі.

Кейінгі нарықтағы дыбыс оқшаулауы туралы ескерту: өз автомобиліңізге қосымша маталар жабыстырудың белгілі бір әсері бар, бірақ ол сирек пайдалы болады. Тек бір-екі децибелдік нәтиже үшін материалдар мен жұмысқа айтарлықтай қаражат жұмсайсыз, сонымен бірге отын шығынын арттыратын ондаған килограмм тұрақты салмақ қосасыз.

Автомобильдегі дыбыс жиіліктерін түсіну

Барлық шу бірдей тітіркендірмейді — жиілік дыбысты қалай қабылдайтынымызда маңызды рөл атқарады:

Шаршау 2 000–4 000 Гц диапазонында 80 дБ деңгейінде пайда болады
5 000–6 000 Гц кезінде шаршауды тудыру үшін небәрі 60 дБ жеткілікті
Конструктивтік (кузов арқылы берілетін) шу әдетте 500 Гц-тен төмен — негізінен жол мен сорудан шыққан төмен, гудылдайтын дыбыс ретінде қабылданады
Ауамен тасымалданатын шу 1 000 Гц-тен жоғары (800 Гц-тен жоғары жиілік) үстемдік етеді — негізінен қозғалтқыш пен аэродинамикадан
Адам есту диапазоны 20 Гц-тен 20 000 Гц-ке дейін; автомобиль салонында әдетте 30–8 500 Гц диапазоны қамтылады

Жиіліктен тыс, шудың сипаты да маңызды. Кең жолақты шулар (жиіліктердің қоспасы) және тональды шулар бар — электр күшейтіліп басқарылатын рульдің ызыңы немесе ауа кондиционерлеу жүйесіндегі тоңазытқыш заттың ысқырығы сияқты нақты, анықтала алатын дыбыстар. Бір автомобильде жүздеген осындай ерекше тондар болуы мүмкін. Жақсы өндірушілер жол сынақтарында осыларды толықтай жояды — кейде дыбысты толықтай жою орнына оны аз тітіркендіретін жиілікке жылжыту оңай болады.

Децибелдік өлшемдер субъективтік қабылдаумен әрдайым сәйкес келмейтінін атап өту керек. Адам есту мүшесі барлық жиіліктерде бірдей сезімтал емес, ал шу өлшегіштер есту мүшесінің сезімталдығын жуықтатуға арналған жиілікке байланысты өлшем қисықтарын қолданса да, бұл әдіс мінсіз емес. Сол себепті автомобиль өндірушілері объективтік өлшемдерді субъективтік сарапшы тыңдау сессияларымен әрдайым үйлестіреді.

Заманауи автомобильдердегі белсенді шуды болдырмау

Соңғы кездегі ең көп талқыланатын жетістіктердің бірі — белсенді шуды азайту (ANR) жүйесі, ол автомобильдің аудио динамиктерін пайдаланып қажетсіз шуға қарсы фазадағы дыбыс толқындарын жасайды — бұл оларды тиімді жояды. Теориялық тұрғыдан екі дыбыс үнсіздікке айналып бірігеді.

Іс жүзінде белсенді жүйелер нақты физикалық шектеулерге тап болады:

Олардың қуаты да, жиілік диапазоны да шектеулі
Қозғалтқыш пен жол шуы жолаушылардың құлағына шамамен 0,009 секундта жетеді
Үздік белсенді жүйелер 0,002 секундта жауап береді — бұл тар, бірақ мінсіз емес терезе
Кең жиілік спектрі бойынша дәлдік қиындық болып қала береді

Бұл жүйелер сөзсіз жақсара түседі — бірақ қауіп — олардың дамуы іргелі инженерлік жұмысты толықтырудың орнына оның орынбасарына айналуы мүмкін.

Автомобиль шуы туралы нормативтер: заң нені талап етеді

Жеңіл автомобильдердің ішкі шу деңгейі Еуропалық Одақта да, АҚШ-та да реттелмеген — тек сыртқы шу заңды шектеулерге жатады. Өндірушілер коммерциялық мүдде тұрғысынан салонды тыныш ұстауға ынталы, бірақ заңды шек жоқ.

Ресей басқаша тәсіл ұстанады. Автомобильді сертификаттау кезінде ішкі шу тұрақты жылдамдықта және үдеу кезінде өлшеуді қоса алғанда бірнеше әдіспен өлшенеді. Жалпы шектер:

Стандартты жеңіл автомобильдер: ең көбі 77 дБ
Микроавтобустар және фургон компоновкасындағы көліктер: 79 дБ-ге дейін
Джиптер (және осылай сертификатталған кейбір кроссоверлер): 81 дБ-ге дейін
2 тоннадан аспайтын, 75 кВт/т-дан жоғары қуатты спорт автомобильдері: 4 дБ артық болуына рұқсат етілген
110 кВт/т (≈150 а.к./тонна) асатын автомобильдер: тек тұрақты жылдамдықта сыналады

Нормативтерде спорттық автомобильдердің көпшілігін қамтитын жеткілікті ерекшеліктер бар — бірақ шекті жағдайлар кездеседі. Мысалы, Porsche 911 R купесі бір кезде ішкі шу сертификаттау талаптарын орындамағандықтан Ресей нарығына кіруге тосқауыл қойылды.

Электромобильдер мен болашақ автомобильдердегі NVH қиындықтары

Жаңа автомобиль технологиялары NVH қиындықтарын жоюдың орнына жаңаларын тудырады:

Жеңіл материалдар (алюминий қорытпалары, композиттер) массаны азайтады, бірақ конструктивтік шу берілуін арттырады
Кең дөңгелектер жақсы адгезия мен басқаруды қамтамасыз етеді, бірақ жол шуын арттырады
Тиімділікке бағытталған жану стратегиялары цилиндрлердің жануын аз бірқалыпты ете алады, бұл қозғалтқыш дірілін арттырады
Электр қозғалтқыштары шуды жайсыз 5 000 Гц диапазонына жылжытады және бұрын ішкі жану қозғалтқыштары жасыратын жиілік диапазонында электромагниттік шу тудырады
Бұрын жасырылып тұрған дыбыстар — жылыту-желдету-кондиционерлеу жүйесі тиектерінің қозғалысы сияқты — қозғалтқыш шуынсыз байқалатын болады

Жүргізуші болмайтын болашақта акустикалық жайлылық автомобильдер арасындағы негізгі ажыратушы белгілердің біріне айналуы мүмкін. Жүргізу тапсырмасы болмаса, жолаушылар қоршаған шуға әлдеқайда сезімтал болады. Бір кездері NVH-ны соңғы кезеңдегі жетілдіру ретінде қарастырған инженерлер оны бірінші жоспарлық шешімдерден бастап ескеруде — және бұл басымдықтағы өзгеріс заманауи автомобильдерді тыныш жасаудың ең маңызды өзгерісі болып табылады.