آشنایی با NVH - نویز (Noise) در صنعت خودرو

در دنیای خودروسازی، بهبود کیفیت سواری و راحتی راننده و سرنشینان از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. یکی از معیارهای کلیدی در این زمینه، کاهش نویز، لرزش و سختی خودرو است که در اصطلاح تخصصی با عنوان NVH شناخته می‌شود. در این مقاله به صورت جامع به بخش نویز (Noise) از فاکتور NVH می‌پردازیم، به چگونگی تولید صدا در خودرو، انواع آن و روش‌های کاهش نویز در خودروهای مدرن خواهیم پرداخت.

NVH چیست؟

کلمه NVH مخفف سه واژه Noise (نویز یا صدا)، Vibration (لرزش) و Harshness (سختی) است. این سه عامل به طور مستقیم بر کیفیت سواری، عملکرد خودرو و راحتی سرنشینان تأثیر می‌گذارند. هر یک از این عوامل، از نقطه نظر مهندسی به روش‌های خاصی ارزیابی و کنترل می‌شوند:

• Noise (نویز): صداهای ناخواسته‌ای که از داخل یا خارج خودرو شنیده می‌شود، مانند صدای موتور، جاده، باد و سیستم اگزوز.
• Vibration (لرزش): ارتعاشات فیزیکی که از موتور، سیستم تعلیق یا سایر اجزای خودرو منتقل می‌شود و می‌تواند با حس لامسه یا دیدن لرزش‌ها آشکار شود.
• Harshness (سختی): حس ناهماهنگی و ناهمواری در حرکت خودرو که معمولاً همراه با لرزش و صدای ناخواسته است.

این مقاله به صورت تخصصی به عامل اول، یعنی نویز یا صدا می‌پردازد.

تعریف و مفهوم نویز (Noise) در خودرو

نویز در خودرو به معنی صدای ناخواسته، مزاحم و غیرضروری است که از منابع مختلف مکانیکی، هوایی یا الکترونیکی تولید می‌شود. نویز می‌تواند کیفیت رانندگی را کاهش دهد و باعث خستگی زودرس سرنشینان شود. تحلیل و کنترل نویز از جنبه‌های کلیدی طراحی خودروهای امروزی است.

منابع اصلی تولید نویز در خودرو

صدای تولید شده در خودرو می‌تواند از منابع مختلفی ناشی شود که هر یک مشخصات و فرکانس خاص خود را دارند:

1. موتور احتراقی: صدای احتراق، ضربه‌های مکانیکی قطعات متحرک مثل پیستون‌ها و دریچه‌ها، شنیدن صدای سوپاپ‌ها.
2. سیستم اگزوز: انتشار صدای حاصل از احتراق داخل موتور به محیط بیرون.
3. سیستم انتقال قدرت: صدای گیربکس، دیفرانسیل و چرخ دنده‌ها که تحت بار و سرعت‌های مختلف تولید می‌شود.
4. تأثیرات محیطی: صدای باد، عبور از روی جاده و سطح‌های مختلف مانند آسفالت، سنگفرش یا شن و ماسه.
5. سایر اجزا: صدای سیستم تهویه، صدای تایر روی سطح جاده و اصطکاک بین قطعات متحرک.

ویژگی‌های فنی نویز

نویز خودرو دارای ویژگی‌های مختلفی است که مهندسان NVH با آن‌ها سروکار دارند:

• دامنه صدا: میزان بلندی صدا که معمولاً با دسی‌بل (dB) اندازه‌گیری می‌شود.
• فرکانس: صداهایی با فرکانس پایین (مانند صدای موتور با فرکانس 20-200 هرتز) و فرکانس بالا (مانند صدای ساییدگی تایر که ممکن است در محدوده چند کیلوهرتز باشد).
• طیف فرکانسی: الگوی صوتی که از منابع مختلف منتشر می‌شود و معمولاً با طیف‌سنج‌های صوتی تحلیل می‌شود.
• کیفیت صدا: صدای خوشایند (مثل صدای وزش آرام باد) یا ناخوشایند و تحریک‌کننده (مثل صدای تق تق موتور).

انواع نویز در خودرو

مهندسان NVH نویز را طبق ویژگی منبع و نحوه انتشار به چند دسته تقسیم می‌کنند:

1. نویز موتور (Engine Noise)

صدای تولید شده توسط موتور احتراق داخلی یکی از مهم‌ترین و پیچیده‌ترین منابع نویز است. این صدای حاصل از احتراق سوخت، حرکات مکانیکی پیستون و میل‌لنگ، و همچنین صدای هواهای ورودی و خروجی است. معمولاً در دور موتورهای بالا با شدت بیشتری احساس می‌شود.

2. نویز اگزوز (Exhaust Noise)

صدای تولید شده توسط فراوری گازهای خروجی از موتور که به دلیل انفجارهای ناقص یا ساختار سیستم اگزوز امواج صوتی پیچیده‌ای تولید می‌کند. مهندسان با استفاده از صدا خفه‌کن ها (کاتالیست‌ها و مخازن صداگیر) این نویز را کاهش می‌دهند.

3. نویز جاده (Road Noise)

این صدا از برخورد تایر به سطح جاده و هچنین ارتعاشات ناشی از ناهمواری‌ها و ترک‌های موجود بر سطح آسفالت ایجاد می‌شود. بسته به نوع تایر، فشار باد، جنس و شرایط مسیر، شدت و نوع آن تغییر می‌کند.

4. نویز باد (Wind Noise)

این نویز ناشی از جریان هوا برخورد کننده به ساختار بیرونی خودرو مانند آینه‌ها، لبه درب‌ها و شیشه‌ها است. شکل آیرودینامیکی خودرو و درزها در کاهش این نوع نویز نقشی اساسی دارند.

5. نویز تجهیزات داخلی و لوازم جانبی

صدای ناشی از تهویه مطبوع، پمپ‌ها، سیستم صوتی و دیگر تجهیزات که می‌توانند بر آرامش سرنشینان تأثیرگذار باشند.

ابزارها و روش‌های اندازه گیری نویز خودرو

برای تحلیل دقیق نویز خودرو از تجهیزات و روش‌های مختلفی استفاده می‌شود که در طراحی و بهبود کیفیت خودرو نقشی کلیدی دارند. این تجهیزات عبارت‌اند از:

1. میکروفون‌های حساس به صدا (Sound Microphones)

برای برداشت دقیق امواج صوتی در نقاط مختلف داخل و خارج خودرو. میکروفون‌ها معمولاً در نقاطی مانند کابین راننده، روی داشبورد و پشت خودرو نصب می‌شوند.

2. تحلیل طیف صوتی (Acoustic Spectrum Analysis)

با استفاده از نرم‌افزارهای تحلیل فرکانس مانند FFT (تحلیل سریع فوریه) می‌توان صدای ضبط شده را به طیف فرکانسی تفکیک و منابع صدا را شناسایی کرد.

3. سالن‌های اکوستیک و محیط‌های کنترل شده

در این محیط‌ها صداهای خارجی و نویزهای مزاحم حذف شده و شرایط آزمایش برای اندازه‌گیری دقیق و قابل تکرار فراهم می‌شود.

4. شبیه‌سازی‌های کامپیوتری

مدل‌های عددی و نرم‌افزارهای شبیه‌سازی صوتی برای تحلیل انتشار صدا و طراحی بهینه قطعات به کار می‌روند، از جمله نرم‌افزارهای FEA (تحلیل اجزای محدود) و CFD ( دینامیک سیالات محاسباتی) که برای بررسی جریان هوا و تاثیر آن بر نویز باد استفاده می‌شوند.

روش‌های مهندسی کاهش نویز (Noise Control Engineering)

کاهش نویز در خودرو شامل استفاده از روش‌های مختلف مکانیکی، آیرودینامیکی، و آکوستیکی است. در زیر به برخی از مهم‌ترین این روش‌ها می‌پردازیم:

1. عایق‌بندی صوتی (Sound Insulation)

استفاده از مواد جاذب و عایق صوتی مانند فوم‌های مخصوص، روکش‌های الاستومری و لایه‌های چندگانه در درب‌ها، کف، سقف و داشبورد برای کاهش نفوذ صدا به داخل کابین.

2. طراحی آیرودینامیکی (Aerodynamic Design)

بهینه‌سازی شکل بدنه، آینه‌ها و درزها تا جریان هوا با کمترین آشفتگی و تولید نویز انجام شود. برای مثال، استفاده از آینه‌های کوچکتر و با زاویه خاص یا نصب نوارهای لاستیکی نرم در لبه‌های درب‌ها.

3. استفاده از قطعات جاذب صوت (Acoustic Absorbers)

تعبیه قطعاتی مثل محفظه‌های رزونانس در سیستم اگزوز و موتور برای حذف فرکانس‌های مزاحم، یا استفاده از پنل‌های جاذب در بخش‌های خاص خودرو.

4. بهینه‌سازی گیربکس و سیستم انتقال قدرت

کاهش تماس‌های اصطکاکی و بهبود کیفیت چرخ‌دنده‌ها، استفاده از روانکارهای ویژه و طراحی دقیق برای کاهش صدای مکانیکی سیستم انتقال.

5. کنترل پیچیدگی تولید صدا در موتور

استفاده از سیستم‌های پیشرفته تزریق سوخت، کنترل دقیق احتراق، و موتورهای با ساختار کم لرزش (مثلاً موتورهای چهار سیلندر با تعادل دقیق) برای کاهش نویز موتور.

6. بهبود تایر و سطح تماس با جاده

تولید تایرهای با طراحی خاص آج و جنس ترکیبی که صوت کمتری تولید کند و استفاده از سیستم‌های تعلیق فعال که لرزش ناشی از ناهمواری‌ها را کاهش می‌دهند.

آینده NVH و فناوری‌های نوین کاهش نویز

با پیشرفت تکنولوژی‌های خودروهای برقی و هیبریدی، منظر NVH تغییرات قابل ملاحظه‌ای یافته است. موتورهای الکتریکی نویز مکانیکی بسیار کمتری تولید می‌کنند اما صدای جدیدی مثل نویز ناشی از سیستم‌های الکترونیکی و جریان هوا ایجاد می‌شود که نیازمند روش‌های نوین است.

1. خودروهای الکتریکی و نویز جدید

کاهش نویز موتور احتراق جای خود را به مدیریت نویز باد و تایر داده است. بخش مهمی از تحقیقات NVH معطوف به حذف صدای بلندگوهای مزاحم و نویزهای الکترونیکی ست.

2. استفاده از تشخیص صوتی هوشمند (AI-based Noise Detection)

تکنولوژی‌های هوش مصنوعی قادرند اختلالات صوتی خودرو را در زمان واقعی شناسایی و زیربخش‌های خودرو را برای اصلاح یا هشدار به راننده فعال کنند.

3. مواد پیشرفته و ساختارهای نوین

توسعه مواد جدید کامپوزیتی با خاصیت جذب صدای بالاتر و وزن کمتر که به کاهش نویز و افزایش بهره‌وری سوخت کمک می‌کنند.

نتیجه‌گیری

نویز یکی از اجزای اصلی در تعریف کیفیت خودرو و تجربه رانندگی است که مهندسان با بهره‌گیری از فناوری‌ها و روش‌های متنوع به کاهش آن می‌پردازند. شناخت دقیق منابع، ویژگی‌ها و شیوه‌های کنترل نویز برای طراحی خودروهای پیشرفته حیاتی است. با توجه به تغییرات در فناوری خودرو، به ویژه حرکت به سمت خودروهای برقی، حوزه NVH همواره نیازمند نوآوری و بهبود است تا بتواند سطح بالاتری از آسایش و کارایی را برای کاربران به ارمغان آورد.

امید است این مقاله با تمرکز بر نویز در حوزه NVH، اطلاعات فنی و کاربردی مناسبی را برای علاقه‌مندان و مهندسان خودرو فراهم کرده باشد.