آشنایی با NVH - سختی (Harshness)
در صنعت خودروسازی، مفاهیم NVH نقش بسیار مهمی در ارتقاء کیفیت و راحتی خودروها ایفا میکنند. NVH مخفف سه پارامتر نویز (Noise)، ارتعاش (Vibration) و سختی یا خشونت (Harshness) است که هر یک تأثیر مستقیمی بر تجربه رانندگی و کیفیت ساخت خودرو دارند. در این مقاله تمرکز ما بر روی بخش «Harshness» یا سختی است؛ مفهومی که کمتر به شکل جامع بررسی شده و نقش کلیدی در ایجاد حس رضایت یا نارضایتی راننده و سرنشینان دارد.
مفهوم کلی NVH و جایگاه Harshness
NVH به کلیه نویزها، لرزشها و سختیهایی که در خودرو ایجاد میشوند اشاره دارد و متخصصان خودرو با هدف کاهش آنها تلاش میکنند تا سطح آسایش سرنشینان را افزایش دهند. هر یک از این المانها ویژگیهای مخصوص به خود دارند:
- Noise (نویز): صداهای ناخواستهای که به داخل کابین یا محیط منتقل میشود.
- Vibration (لرزش): ارتعاشات مکانیکی خودرو که توسط شاسی یا ارگانهای متحرک تولید میشود.
- Harshness (سختی): احساسی که ناشی از ضربات ناگهانی یا لرزشهای شدید و غیرمطلوب است.
بر خلاف Noise و Vibration که اغلب به صورت پیوسته و قابل تحلیل ریاضی هستند، سختی (Harshness) بیشتر به کیفیت ارتعاشات با فرکانس بالا و شدت ناگهانی اشاره دارد که میتواند باعث ناراحتی و حس بیکیفیتی خودرو شود.
تعریف دقیق سختی (Harshness) در خودرو
سختی یا Harshness به توانایی سیستم خودرو در جذب و دفع ضربات ناگهانی و لرزشهای فرکانس بالا اشاره دارد. این مفهوم اغلب مربوط به احساسات ناخوشایندی است که راننده یا سرنشینان هنگام مواجهه با سطوح ناهموار یا برخورد با موانع جاده تجربه میکنند.
ویژگیهای بارز سختی
- ضربات ناگهانی: برخلاف ارتعاشات مداوم، سختی مربوط به ضربات شوکی است که وارد میشود.
- فرکانس بالا: تحریکات ناشی از سختی دارای فرکانس بالاتری نسبت به سایر ارتعاشات هستند.
- کاهش راحتی: سختی بالا منجر به احساس ناراحتی در نواحی صندلی، فرمان، یا کف خودرو میشود.
بنابراین Harshness نه تنها به صدای ناخواسته بلکه به کیفیت احساس رانندگی و ارتباط راننده با مسیر اشاره دارد.
عوامل موثر در ایجاد سختی در خودرو
درک عوامل ایجاد سختی اولین قدم در طراحی سیستمهای کاهش آن است. موارد زیر از عوامل اصلی در تشدید سختی خودرو هستند:
1. سیستم تعلیق و فنربندی
سیستم تعلیق نقش اصلی در جذب ضربات جادهای دارد. طراحی نا مناسب فنرها و کمکفنرها باعث میشود ضربات به بدنه و کابین منتقل شده و حس سختی افزایش یابد. به طور خاص، فنرهای بسیار سفت یا کمکفنرهای ضعیف میتوانند باعث سختی غیرقابل تحمل شوند.
2. لاستیکها و فشار باد
نوع و مشخصات لاستیکها تاثیر مستقیمی روی میزان سختی دارند. برای مثال، استفاده از تایرهای اسپرت با دیواره کوتاه، باعث کاهش توانایی جذب ضربات میشود و سختی بیشتر احساس میشود. همچنین فشار باد بیش از حد یا کمباد بودن لاستیکها، باعث انتقال بهتر یا بدتر لرزشها به بدنه میشوند.
3. هندلینگ و طراحی شاسی
طراحی شاسی و ساختار فریم به جذب بهتر ضربات کمک میکند. شاسیهای ضعیف یا طراحی نامناسب میتوانند باعث ایجاد نقطههای سخت و انتقال لرزش به کابین شوند.
4. وزن کلی خودرو و بارگذاری
توزیع نامناسب وزن، مخصوصاً بار بیش از حد روی محورهای عقب یا جلو، باعث میشود سیستم تعلیق در شرایط عملکردی خارج از بهینه کار کند که مقاومت کمتری در برابر ضربات ناگهانی ایجاد میکند.
5. جاده و شرایط محیطی
کیفیت سطح جاده و ناهمواریهای آن، نوع آسفالت، وجود چالهها و سرعت خودرو از جمله عوامل مهم در ایجاد سختی هستند. هر چه ناهمواری سطح بیشتر و سرعت بالاتر باشد، ضربات بزرگتر خواهد بود و سختی افزایش مییابد.
اندازهگیری و ارزیابی سختی (Harshness)
تعیین دقیق سختی کمی مشکلتر از نویز و لرزش است؛ زیرا Harshness شامل جنبههای روانی و احساسی نیز میشود که به صورت مستقیم توسط راننده و سرنشینان احساس میشود. با این حال، مهندسین خودرو از چندین روش ترکیبی برای ارزیابی استفاده میکنند:
1. استفاده از شتابسنجها و سنسورهای ارتعاش
سنسورهای شتاب سنج قادر به اندازهگیری فشارها و ضربات ناگهانی هستند که معمولاً در فرکانسهای بین 20 تا 200 هرتز قرار دارند. این دادهها توسط نرمافزارهای تحلیل سیگنال پردازش میشوند تا شکل موجهای ضربهای و شدت آنها استخراج شود.
2. دستگاههای NVH Analyzer و تحلیل فرکانسی
با ترکیب دادههای شتاب و صدا، دستگاههای اختصاصی میتوانند سختیهای قابل توجه را نمایان کنند. تحلیل فرکانسی کمک میکند تا تشخیص داده شود سختی ناشی از کدام بخشهای مکانیکی یا هندلینگ خودرو است.
3. تستهای جادهای با راننده
در نهایت، تستهای کاربردی توسط رانندههای ماهر و تیمهای ارزیابی اهمیت زیادی دارد. آنها به صورت ذهنی احساس سختی را در شرایط گوناگون مانند حرکت روی آسفالت خراب، چالهها، سرعتهای مختلف و بارهای متفاوت گزارش میدهند.
4. تستهای لرزش صندلی و فرمان
اندازهگیری لرزشهای منتقل شده به نقاط تماس بدن مثلاً فرمان، پدالها و صندلیها روش دقیقی برای ارزیابی سختی است، زیرا این نقاط بیشترین حساسیت را به سختیها دارند.
روشهای کاهش سختی در خودرو
برای بهبود راحتی و کاهش Harshness باید از راهکارهای تخصصی مهندسی استفاده کرد که هم در طراحی اولیه خودرو و هم در بهبود پس از تولید قابل اجرا هستند.
1. بهینهسازی سیستم تعلیق
استفاده از کمکفنرهای تطبیقی (Adaptive Dampers) که میتوانند مقدار جذب انرژی را متناسب با شرایط جاده و وضعیت رانندگی تنظیم کنند، بسیار موثر است. همچنین ترکیب فنرهای با خواص غیرخطی که در شرایط ضربه کم مقاومت کمتری داشته و در شرایط شدید تر سفتتر میشوند، به کاهش حس سختی کمک میکند.
2. انتخاب لاستیک مناسب
انتخاب لاستیک با اندازه دیواره بلندتر و جنس ترکیبی که توانایی جذب بهتر ضربات دارند، میتواند سختی را کاهش دهد. همچنین تنظیم فشار باد متناسب با توصیه سازنده از اهمیت ویژهای برخوردار است.
3. بهبود بسامدهای ارتعاشی شاسی و بدنه
با استفاده از مصالح جذبکننده مانند مواد EVA، ورقهای کامپوزیتی و ساختارهای مرکب در نقاط استراتژیک، میتوان انتقال ضربات را کاهش داد. همچنین استفاده از ساختارهای ضربهگیر مانند بوشها و ضربهگیرهای لاستیکی در سیستم تعلیق موثر است.
4. فناوریهای پیشرفته جذب ضربه
فنآوریهایی مانند تعلیق هوا (Air Suspension) که قادر است ارتفاع خودرو و سختی را به صورت الکترونیکی تنظیم کند، کمک زیادی به کاهش Harshness میکند. این سیستمها توسط سنسورهای سطح جاده و شرایط رانندگی کنترل شده و ضربات را به حداقل میرسانند.
5. طراحی بهینه فضای کابین
افزودن عایقهای لرزش در زیر کف خودرو، پوششهای نرم در نقاط تماس و سیستمهای تعلیق داخلی صندلی، باعث کاهش انتقال سختی به بدن سرنشینان میشود.
مثالهای عملی و موارد تکنیکی در صنعت خودرو
در خودروهای لوکس مانند بیامدبلیو سری 7 یا مرسدس بنز کلاس S، به علت استفاده گسترده از تعلیقهای فعال، سیستمهای تعلیق پنوماتیک و مواد چندلایه جذبکننده، Harshness به حداقل ممکن رسیده است. این خودروها به صورت لحظهای وضعیت جاده را تحلیل کرده و سختی ضربات را کاهش میدهند.
از طرف دیگر، در خودروهای با کاربری آفرود یا وانتها، کاهش سختی تا حدی محدودتر است. اما با استفاده از فنرهای مخصوص و کمکفنرهای با دامنه حرکت بالا سعی میشود تا Harshness کاهش یابد و ضربات شدید به کابین منتقل نشود.
نتیجهگیری
سختی (Harshness) یکی از مهمترین مؤلفههای ناخواسته در تجربه رانندگی است که تاثیر مستقیم بر راحتی و احساس کیفیت خودرو دارد. مهندسین خودرو با درک عمیق این پدیده و شناخت عواملی که باعث ایجاد آن میشوند، به دنبال طراحی خودروهایی هستند که نه تنها در زمینه نویز و لرزش بهینه باشند، بلکه حداقل سختی ممکن را به سرنشینان منتقل کنند.
استفاده از فناوریهای پیشرفته، مواد خاص و سیستمهای تعلیق تطبیقی راهکارهای اصلی برای کاهش سختی است. در نهایت، ارزیابی دقیق با ابزارهای اندازهگیری و تستهای رانندگی ذهنی، تضمین میکند که محصول نهایی بتواند بهترین تجربه آرامش و آسایش را در اختیار کاربر قرار دهد.