Harc az NVH-jelenséggel az elektromos járművek fedélzetén

Elektromos járművek esetében a hagyományos motorzaj hiánya más, alacsonyabb intenzitású zajokat, mint az aerodinamikai vagy gördülési zajokat tett dominánssá, amelyeket korábban az erősebb motorzaj elnyomott. A zaj és vibráció (NVH) kezelése különösen fontos az elektromos járművek (EV) esetében, mivel az elektromos motorok és hajtóművek alapvetően más akusztikai jellemzőkkel rendelkeznek, mint a hagyományos belső égésű motorok.

Az elektromos járművek tervezése során a magas frekvenciás zajok és a rezonancia, valamint a vibráció kezelése kulcsfontosságú kihívásokat jelent. Ezek a jelenségek nem csak a jármű működésének hatékonyságát befolyásolhatják, hanem jelentősen ronthatják a vezetési élményt is.

Az elektromos motorokból és sebességváltókból származó magas frekvenciás zajokat több tényező is befolyásolja:

Elektromotor zúgása: Az elektromotorokban a forgórész gyors mozgása során keletkező elektromágneses mezők különböző hangokat generálhatnak. Ezek a hangok közül a legjellemzőbb a zúgás, ami különösen erősödik, ha a motor nagy terhelés alatt áll, vagy amikor a sebesség változik.

Az elektromotor zúgása a következő tényezők függvénye:

• Rotor és strator közötti légrés: Ha a légrés nem egyenletes, a motor különböző részein eltérő mágneses mező jön létre, ami zajt okozhat.
• Áramellátás minősége: Az áramellátás ingadozásai, mint a frekvencia vagy a feszültség változásai, befolyásolhatják a motor működését, ami szintén növelheti a zajszintet.
• Mechanikai illesztések: A motor részeinek mechanikai illesztései, ha nem pontosak, vibrációhoz és ezzel együtt fokozott zajkibocsátáshoz vezethetnek.

Fogaskerekek nyikorgása: Az elektromos járművek sebességváltóinak fogaskerekei különösen hajlamosak magas frekvenciás zajok kibocsátására, mint a nyikorgás, amikor a jármű gyorsít vagy lassít. Ennek az oka a következőkben keresendő:

• Fogazás pontossága: Ha a fogaskerekek fogazása nem tökéletesen pontos, a fogak érintkezése során mikrorezonanciák és vibrációk keletkeznek, amelyek zajt okoznak.
• Kenés: A megfelelő kenés hiánya vagy a kenőanyag minőségének csökkenése szintén hozzájárulhat a fogaskerekek közötti súrlódás növekedéséhez és a zajszint emelkedéséhez.

Szerkezeti rezonancia: A motor által generált frekvenciák és a jármű szerkezeti elemeinek saját rezgési frekvenciái közötti egyezés esetén rezonancia alakul ki, ami fokozott vibrációt és zajt eredményez. Ennek a jelenségnek az alábbi tényezői fontosak:

• Szerkezeti merevség: A jármű alapkonstrukciójának merevsége jelentősen befolyásolhatja, hogy mely frekvenciákon rezonál. A tervezés során figyelembe kell venni a rezonanciafrekvenciákat, hogy elkerüljék azokat a tartományokat.
• Tömegeloszlás: A tömeg eloszlása és annak arányai szintén befolyásolják a jármű dinamikai viselkedését és rezonanciáját.
• Vibráció terjedése: A motor és egyéb alkatrészek által keltett vibrációk átterjednek a jármű vázára és egyéb szerkezeti elemeire, ami nemcsak a zajszintet növeli, hanem ronthatja a jármű szerkezeti integritását is. A vibráció terjedésének kezelése érdekében fontos szempontok:
• Vibrációcsillapítás: A vibrációt csillapító elemek, mint például gumibakok és rezgéscsillapítók, kritikus szerepet játszanak a vibráció hatékony elnyelésében.
• Szerkezeti integráció: A jármű tervezésekor a szerkezeti integráció és a csomópontok kialakítása kulcsfontosságú a vibráció terjedésének minimalizálásában.

A mérnökök mindezekre akusztikai szimulációkkal, komplex szimulációs modellekkel, anyagok és szerkezeti modellek módosításával, aktív zajcsökkentési megoldásokkal reagálnak.

Anyagtechnológia és szerkezeti módosítások: A hangelnyelő és hangszigetelő anyagok, mint például speciális polietilén és melamin habok, üveg- és szénszálas kompozitok, valamint viszkoelasztikus és kerámia alapú hőszigetelő rezgéscsillapító bevonatok, akusztikai textíliák kulcsfontosságú szerepet játszanak az elektromos járművekben (is). Ezek az anyagok segítenek csökkenteni a motor és a külső környezetből származó zajok behatolását az utastérbe, növelve ezzel az utazás komfortját. A tervezési folyamat során a járműszerkezeteket úgy alakítják ki, hogy azok maximálisan csökkentsék a hangterjedést és növeljék a szerkezeti merevséget, ezáltal csökkentve a vibráció átvitelét.

Aktív zajszűrés: Az aktív zajszűrési technológiák a legmodernebb elektronikus megoldások közé tartoznak, amelyek képesek azonosítani a nem kívánt hangokat és frekvenciákat, majd ellentétes fázisú hanghullámok generálásával semlegesíteni azokat. Ez a technológia különösen hatékony az alacsony sebességnél jellemző zavaró hangok, például útzaj, motorzúgás ellen. Az aktív zajszűrés jelentősen javítja az utastéri hangkörnyezetet, így a vezető és az utasok egy csendesebb és kellemesebb környezetben utazhatnak.

Rezgéscsillapítás: A motor- és alvázrögzítések, valamint egyéb rezgéscsillapító rendszerek kritikus elemei az elektromos járművek tervezőinek NVH elleni küzdelmében. Ezek a rendszerek csökkentik a motorból és az alvázba átvitt rezgések mennyiségét, ami közvetlenül javítja az utaskomfortot. Az elektromos motorok „inherent rezgései”, amelyek kevésbé szabályozottak mint a belső égésű motoroké, különös figyelmet igényelnek a rezgéscsillapító technológiák tervezésekor.

Strukturális integráció: A járművek szerkezeti integrációjának tervezése során a mérnököknek feladat, hogyan lehet optimalizálni a járműszerkezeteket a zaj és vibráció átvitelének minimalizálása érdekében. A tervezési szempontok közé tartozik a többpontos rögzítések alkalmazása, a tömegoptimalizálás és a belső merevítők elhelyezése.

Mindezek a mérnöki megoldások összehangolt alkalmazásával az elektromos járművek folyamatosan javuló akusztikai teljesítményt és csökkentett környezeti zajterhelést érhetnek el, miközben a vezetési élményt is emelik. Az új technológiák és anyagok innovatív alkalmazása lehetővé teszi a mérnökök számára, hogy hatékonyabban kezeljék az NVH kihívásokat, miközben javítják a járművek teljesítményét és utaskomfortját.

Az aktív zajszűrés működése az alábbi videón is megtekinthető:

Forrás: automotive-iq.com, ansys.com, hyundai mobis, evto.ca