Hluk, vibrácie a tvrdosť

Úvod

Táto kapitola poskytuje stručný prehľad parametrov hluku, vibrácií a tvrdosti (NVH) sa vo vozidle objavia a aké nápravné opatrenia sú možné.

Čo sa myslí pod pojmom NVH v automobilovom priemysle

• N = Noise - Zvuk je počuť
• V = Vibration - Vibrácie, je cítiť
• H = Tuhosť, jej účinok je počuť a cítiť

Typy hluku v technológii NVH

• Hluky v automobiloch sú klasifikované podľa ich tónu:
  • Nízka výška tónu - rev, bzučanie
  • Stredná tonalita - bzučanie, praskanie
  • Vysoký tón - kvílenie, pískanie, škrípanie
• Hlasité kvílenie a pískanie bolí uši.

Ako sa do auta dostáva rôzny hluk:

• Nízky hluk je spôsobený hlavne motorom.
• Nízky hluk je spôsobený aj povrchom vozovky, najmä ak je povrch vozovky nerovný. Toto je forma (bzučanie, ktoré môžu cítiť ľudia v aute ako vibrácie.
• Avšak vysoký hluk, ktorý je vnímaný ako zavýjanie alebo pískanie, je často hluk prúdenia vzduchu (hluk vetra) alebo pochádza z položiek, ako je alternátor, čerpadlo posilňovača riadenia alebo hnací remeň.
• Pri jazde po nerovných cestách sa môže vyskytnúť aj rachotivý zvuk. «šklbanie» zvuky produkujú napríklad tlmiče, prvky podvozku alebo uvoľnené prvky vo vnútri vozidla.

Šírenie zvukových vĺn vo vzduchu

poz.	Náhradný diel č	názov
1	-	Zdroj zvuku, napríklad motor
2	-	Zvuková vlna
3	-	Amplitúda

Zvuk je šírenie pozdĺžnych vĺn vo forme tlakových zmien vo vzduchu.

Prenos zvuku cez telo

Zvuk prenášajú kvapaliny alebo pevné látky, napríklad karoséria auta.

Prenosová rýchlosť (rýchlosť zvuku) v kvapalinách alebo pevných látkach závisí od materiálu, ale vo všeobecnosti rýchlejšie ako rýchlosť vo vzduchu (asi 5x rýchlejšie).

Kombinácia prenosu vzduchom a pevnými látkami

POZNÁMKA: Prenos zvuku vzduchom a pevnými látkami má v automobilovej technike prvoradý význam.

Prenos hluku v aute

poz.	Náhradný diel č	názov
1	-	Prechod zvuku vzduchom
2	-	Zvukové vibrácie

Príklad:

• Zdrojom hluku je motor. Hluky motora:
• ísť priamo vzduchom
• prenášané ako vibrácie z motora do karosérie a «vyžarované» do interiéru auta vzduchom, napríklad prepážkou.

vibrácie

• Frekvencie pod 20 Hz (nízke frekvencie) a viac ako 20 kHz (vysoké frekvencie) nie sú vnímané ľudským uchom.
• Motor je inštalovaný tak, že v dôsledku nerovnosti vozovky kolmo kmitá na svojich pružných podperách.
• Nevyladené uloženia motora budú prenášať vibrácie na karosériu a tým aj na pasažierov vozidla.
• Platia nasledujúce základné pravidlá:
  • V automobilovom priemysle treba brať do úvahy nielen zvukové frekvencie, ale aj nepočuteľné (nízka) frekvencie.
  • Zvyčajne je možné vidieť nízkofrekvenčné vibrácie (veľké amplitúdy).
  • Vysokofrekvenčné vibrácie je počuť, ale budú vnímané aj ako vibrácie podlahy, volantu či sedadla.

Rezonancia

• Každé telo má svoju vlastnú vibračnú frekvenciu.
• Ak je vibračný systém vybudený na svojej vlastnej frekvencii vibrácií, začne rezonovať.
• Hrubý chod motora sa prejaví napríklad pri dosiahnutí rezonančnej frekvencie (kritické otáčky motora).
• Po zvýšení otáčok motora nad túto hodnotu začne motor veľmi skoro opäť bežať hladko.

Tlmenie

• Ak je tlmič namontovaný paralelne s pružinou, charakteristika tlmenia je navrhnutá tak, aby obmedzila pohyb tela.
• Funguje aj tlmič na aute.
• Tlmenie ovplyvňuje rezonanciu objektu alebo systému.
• Pohybujúcu sa hmotu tlmí správne fungujúci tlmič a tým okamžite zastaví kmitanie karosérie.
• Tlmič v aute je tlmič (tlmič vibrácií), ktorý umožňuje rozkmitanie tela s postupným tlmením vibrácií.

Váhanie

poz.	Náhradný diel č	názov
1	-	Nepretržité kmitanie (netlmené)
2	-	tlmené kmitanie

Izolácia

V oscilačnej technike termín «izolácia» znamená oddelenie prvkov a systémov. Príklad:

• Motor je uložený na pružinových prvkoch tak, aby sa do auta prenášalo čo najmenej vibrácií.
• V automobilovom priemysle sa ako izolácia takmer vždy používajú gumené podložky (podpora). Elasticita gumy pôsobí ako pružina.
• Účinnosť tohto typu separácie závisí od konštrukcie prvku.

Smerové zaťaženie gumovej podušky na zabezpečenie optimálnej izolácie

poz.	Náhradný diel č	názov
1	-	Motor
2	-	podpora motora

Absorpcia

• Zvukové vlny sa odrážajú od pevných povrchov
• Ak sa stretnú s mäkkými povrchmi, absorbujú sa. Dôležitú úlohu tu zohráva materiál aj hrúbka materiálu.

poz.	Náhradný diel č	názov
1	-	Odraz zvukových vĺn
2	-	Absorpcia zvukových vĺn

Príklad:

• Z vozidla sú odstránené všetky prvky zvukovej izolácie, ako je obloženie dverí, koberčeky, strop, odkladacie police a sedadlá.
• Výsledkom je, že zvuk sa odráža priamo (hladina zvuku stúpa), a vytvára sa efekt koncertnej sály.

Povaha hluku a vibrácií v aute

Cestujúci vo vozidle vnímajú zvuky alebo zvuky na rôznych úrovniach v závislosti od toho, kde sa nachádzajú.

Zvuková/hluková vlna (stojatá vlna) v aute

poz.	Náhradný diel č	názov
1	-	Vodič je dnu «mŕtva zóna»
2	-	Zadný cestujúci je v oblasti «vlnový hriadeľ»

Povaha hluku a kolísanie v sacích a výfukových systémoch

Nasávací systém vozidla ako zdroj zvuku šíreného vzduchom a zvuku pevného telesa



Výfukový systém vozidla ako zdroj zvuku prenášaného vzduchom a zvuku pevného tela




Spôsoby prenosu zvuku

• Horný nákres ukazuje cesty, ktorými sa zvuk môže uberať zo sacieho a výfukového systému.
• Okrem zvuku šíreného vzduchom v oboch systémoch prevláda zvuk šírený pevnými látkami. Aby bol tento pomer čo najmenší, je potrebné tento typ oscilačného prvku spojiť s telom pomocou pevných spojov.
• Výfukový systém je obzvlášť oscilačný prvok a vyžaduje si optimálnu izoláciu pripojením k podlahe, ako aj dobrú kabeláž a montážne body na zníženie prenosu zvuku karosérie.

Sací systém

poz.	Náhradný diel č	názov
1	-	Nasávacie potrubie
2	-	Spojovacia hadica
3	-	upevňovací prvok (upevnenie pomocou gumy)
4	-	Vzduchový filter
5	-	Rezonátor

• Objem a dĺžka sacích systémov presne zodpovedajú. Počas údržby alebo opravy nie je možné vykonávať žiadne zmeny. Pri spájaní prvkov (hadice a potrubia) dbajte na vzduchotesnosť všetkých spojov.
• Povrchy všetkých prvkov vystavených veľkým zmenám tlaku v sacom systéme sú obzvlášť vystavené silným výkyvom.
• Teplotné vplyvy, ako je zahrievanie krytu vzduchového filtra, môžu spôsobiť zmeny v tvrdosti povrchov.
• Aby sa zabránilo prenosu zvuku spôsobeného vibráciami povrchu sacieho systému na karosériu vozidla, mali by sa počas údržby zvážiť nasledujúce body:
  • Celý sací systém musí byť izolovaný od tela a upevnený v gumových puzdrách bez akéhokoľvek namáhania.
  • Vzduchové kanály sacieho systému nesmú prísť do kontaktu s časťami tela.
  • Zásuvná penová izolácia v mieste kontaktu s telom alebo inými prvkami.

Dizajn výfukového systému

poz.	Náhradný diel č	názov
1	-	Katalyzátor
2	-	Oddeľovací prvok
3	-	Predný tlmič výfuku
4	-	Zadný tlmič

• Výfukové systémy musia byť inštalované bez akejkoľvek deformácie.

POZNÁMKA: Gumové podložky, v ktorých je zavesený výfukový systém, tiež prenášajú vibrácie a za určitých podmienok môžu spôsobiť aj problémy s hlukom. Z tohto dôvodu je dôležité, aby bol výfukový systém inštalovaný bez deformácie.

• Gumové podložky by nemali byť «natiahnutý».
• Zberné výfukové potrubie a katalyzátor (ak je inštalovaný priamo na motore) musí byť pevne pripojený k motoru (bez konektorov v zátvorkách).
• Jednoduchá kontrola problému:
  • Odstráňte všetky podpery, na ktorých je zavesený výfukový systém.
  • Zaveste uvoľňovací systém so šnúrkami maximálne na dvoch miestach.
  • Počas cestnej skúšky skontrolujte hladinu hluku vo vnútri vozidla.
  • Ak sa tým problém vyrieši, príčinou hluku sú držiaky výfukového systému.
  • Znova nainštalujte držiaky výfukového systému, jeden po druhom, a po každej inštalácii otestujte vozidlo na ceste.
  • Ak budete pokračovať týmto spôsobom krok za krokom, môžete nájsť podporu, ktorá spôsobuje hluk v interiéri auta.

Montáž karosérie

Účel

• Na karosériu sú kladené rôzne požiadavky, najmä keď je auto v pohybe. Prevládajúce vibrácie spôsobujú najmä iné prvky vozidla, ako je motor a uloženia. Preto je karoséria jedným z najdôležitejších prvkov auta z hľadiska NVH.
• Opísané prvky automobilu boli v súlade so svojimi funkciami jednotlivými nezávislými zdrojmi hluku. Karoséria však spája a pojme všetky prvky auta.
• Telo je vystavené vibráciám zo zvuku prenášaného vzduchom a prenášaného pevnými látkami.
• Zostava karosérie musí absorbovať všetky vibrácie a impulzy zo všetkých prvkov a podľa možnosti ich neprenášať do interiéru vozidla.
• Najväčšie parametre NVH na karosérii charakterizujú oceľové panely strechy, bočných stien a podlahy. Sú silne stimulované štruktúrou tela a pôsobia ako reproduktor prenášajúci hluk.

Ďalšie požiadavky na telo

• Dobré správanie pri náraze
• Veľký vnútorný priestor
• Odolnosť proti korózii
• malá hmota
• Dobrý aerodynamický tvar

Medzi týmito bodmi treba urobiť kompromis. Jedným z príkladov je vysoká tuhosť karosérie pre dobrý výkon NVH a dobrá absorpcia nárazovej energie vďaka použitiu deformovateľných zón.

Príklad:

• Vodotesnosť neznamená zvukotesnosť, preto je potrebné vziať do úvahy nasledujúce body:
  • Správna montáž okna.
  • Správna inštalácia tesnení.

• Ďalšie body
  • Otvory v motorovom priestore
  • Tesnenia dverí a okien
  • Ohrievacie a vetracie otvory
  • Vypúšťacie hadice strešného okna

• Nosníky karosérie a priečniky sú často kanály na prenos zvuku. Možné nápravné opatrenia:
  • Inštalácia priečok na kritických miestach, ako sú spoje medzi nosníkom a pilierom «A», poskytnúť dobrú zvukovú izoláciu pre vzduch šíriaci sa zvuk.
  • Inštalácia penových zátok v problémových oblastiach.
  • Vyplnenie dutých profilov penou.

POZNÁMKA: Polystyrén a penové jadrá sa používajú pri výrobe vozidiel na utesnenie miest prenosu zvuku prenášaného vzduchom. Ak je problémom vietor, pneumatiky, motor alebo hluk z vozovky, skontrolujte polohu penových prvkov.