Các nguồn phát sinh tiếng ồn và rung động (NVH) trên ô tô

Bạn đã bao giờ ngồi trên xe và nghe một tiếng bụp lạ ở đâu đó? Hay cảm giác vô lăng rung nhẹ ở tốc độ 80 km/h mà không rõ nguyên nhân?

Trong quá trình phát triển và đánh giá phương tiện, tiếng ồn và rung động là những chỉ tiêu liên quan trực tiếp đến chất lượng vận hành và cảm nhận của người sử dụng. Một hiện tượng rung hoặc tiếng ồn bất thường có thể xuất phát từ nhiều nguồn khác nhau và truyền đến khoang hành khách qua các đường truyền khác nhau.

Do đó, việc xác định chính xác nguồn kích thích, đặc tính tần số và đường truyền là cơ sở để đánh giá nguyên nhân và đưa ra giải pháp xử lý phù hợp. Với mỗi hiện tượng NVH, điều kiện xuất hiện như tốc độ xe, tốc độ động cơ, tải, mặt đường hoặc chế độ vận hành đều cần được xem xét trong quá trình thử nghiệm.

Bài viết này tập trung vào các nguồn NVH chính trên phương tiện, đường truyền từ nguồn đến vị trí người sử dụng cảm nhận và những yếu tố cần lưu ý khi thực hiện đo, phân tích NVH.

1. Tại sao phải biết nguồn gốc tiếng ồn?

Mỗi nguồn tiếng ồn và rung động có đặc tính tần số riêng, đường truyền riêng và tác động riêng đến cảm nhận của người ngồi xe. Tìm được nguồn gốc tiếng ồn và rung động có thể giúp cải thiện NVH.

Các nguồn gây NVH trên xe được chia thành bốn nhóm chính: nguồn từ động lực học, nguồn từ tương tác xe – đường, nguồn từ khí động học và từ kết cấu.

1.1. Nhóm 1: Nguồn từ hệ thống động lực

Đây là nhóm phức tạp nhất và chiếm tỷ lệ lớn nhất trong tổng năng lượng rung động của xe.

Động cơ đốt trong (ICE)

Động cơ tạo ra các lực tuần hoàn theo quá trình làm việc của xi lanh. Khi tốc độ động cơ thay đổi, các thành phần rung cũng thay đổi theo.

Các hiện tượng thường gặp:

- Rung thứ cấp: Rung tần số thấp đồng bộ với vòng quay động cơ, rõ ở một số dải tốc độ, có thể cảm nhận qua ghế, sàn hoặc vô lăng.
- Tiếng gõ máy: Xảy ra khi hòa khí cháy không đúng thời điểm - đặc biệt nguy hiểm và cần phát hiện sớm
- Tiếng ồn cơ học từ van, xích cam, bơm dầu: Âm thanh kim loại tần số cao, thường là dấu hiệu mài mòn hoặc bôi trơn kém

Hộp số và hệ truyền động

Hộp số là nơi năng lượng được biến đổi và truyền đi - và cũng là nơi rung động được khuếch đại nếu không được thiết kế cẩn thận:

- Tiếng gầm hộp số : Âm thanh vo ve liên tục, đặc trưng ở tần số cao, do ăn khớp bánh răng không hoàn hảo
- Tiếng va đập khi sang số: Thường do khe hở lớn giữa các bánh răng hoặc khớp nối
- Rung trục cardan và khớp chữ thập: Gây rung theo chu kỳ, rõ nhất khi xe tăng/giảm tốc

Hệ thống điện trên xe điện

Xe điện giảm nhiều nguồn tiếng ồn cơ khí nhưng lại làm rõ các nguồn mới như:

- Tiếng hú motor điện: Âm thanh đặc trưng ở tần số 1.000 – 10.000 Hz, thường nghe thấy rõ khi xe tăng tốc. Với xe xăng, tiếng động cơ to sẽ che bớt âm thanh này, nhưng nó lộ rõ hoàn toàn khi người dùng sử dụng xe điện.
- Tiếng bộ biến đổi điện và bộ điều khiển điện: Phát ra ở tần số điện từ, thường khoảng 8 – 16 kHz, đôi khi vượt ngưỡng nghe của người lớn nhưng lại cực kỳ khó chịu với trẻ em và người nhạy cảm.
- Tiếng bơm nhiệt và hệ thống làm mát pin: Đặc biệt rõ khi xe đứng yên hoặc chạy tốc độ thấp.

1.2. Nhóm 2: Nguồn Từ Tương Tác Xe - Đường

Đây là nhóm mà người lái cảm nhận trực tiếp nhất qua thân xe, ghế ngồi và vô lăng.

Lốp xe

Lốp là điểm tiếp xúc trực tiếp với mặt đường nên ảnh hưởng rất lớn đến rung và tiếng ồn.

- Tiếng ồn lăn: Do gai lốp liên tục va chạm với mặt đường, tần số từ 50–500 Hz, cảm nhận như tiếng "ào" liên tục trong cabin.
- Tiếng ồn hoa văn gai lốp: Lốp gai to thường ồn hơn lốp touring; lốp hiệu suất cao thường được tối ưu hoa văn để giảm NVH.
- Rung cộng hưởng lốp: Xảy ra khi tần số kích thích từ đường trùng với tần số tự nhiên của lốp - thường ở 80 – 120 Hz, gây rung sàn xe rõ rệt.

Hệ thống treo

Hệ thống treo có nhiệm vụ lọc và hấp thụ - nhưng khi hoạt động không đúng, nó trở thành nguồn phát NVH:

- Tiếng gõ giảm xóc: Khi cao su bushing mòn, kim loại chạm kim loại, tạo tiếng "cộc cộc" khi qua ổ gà
- Tiếng kêu lò xo: Do bề mặt ma sát không đủ bôi trơn
- Rung shimmy (vô lăng rung ở tốc độ cao): Nguyên nhân thường là lốp mất cân bằng, góc đặt bánh sai, hoặc hỏng khớp cầu.
- Tiếng gõ thanh cân bằng: Thanh cân bằng mòn gây tiếng kêu khi xe nghiêng trong khúc cua

Hệ thống phanh

- Tiếng rít phanh: Xảy ra ở tần số 1 – 16 kHz khi má phanh và đĩa phanh cộng hưởng với nhau. Mặc dù tiếng rít này không nguy hiểm về kỹ thuật nhưng cực kỳ gây khó chịu.
- Tiếng rung phanh: Rung mạnh trên bàn đạp hoặc vô-lăng khi phanh mạnh - nguyên nhân thường là đĩa phanh biến dạng nhiệt hoặc lắp không đều.
- Tiếng hú tái sinh trên xe điện: Âm thanh điện tử khi hệ thống thu hồi năng lượng hoạt động.

1.3. Nhóm 3: Nguồn Từ Khí Động Học

Nhóm này chỉ xuất hiện ở tốc độ cao nhưng khi xuất hiện, rất khó che giấu.

Tiếng ồn gió

Khi xe di chuyển, không khí va vào bề mặt xe tạo ra các xoáy khí - và những xoáy này tạo ra áp suất âm thanh:

- Tiếng hú cột A: Hình dạng cột A tạo điểm tách luồng khí - nếu thiết kế không tốt, hình thành xoáy gây tiếng hú rõ ràng ở tốc độ trên 100 km/h
- Tiếng rò cửa: Gioăng cao su cửa xe theo thời gian bị lão hóa, tạo khe hở nhỏ để gió lọt vào - gây tiếng "xì xì" liên tục.
- Tiếng gương chiếu hậu và ăng-ten: Hình dạng không khí động tạo rung ở tốc độ cao
- Tiếng ồn nóc xe và kính trời: Điểm yếu NVH của nhiều mẫu SUV hiện đại khi thiết kế không đủ cứng vững

Tiếng ồn hệ thống thông gió

- Tiếng quạt gió: Tần số thay đổi theo tốc độ quạt - tiếng rít ở tốc độ cao là dấu hiệu cánh quạt mất cân bằng hoặc vướng dị vật
- Tiếng ồn đường ống dẫn khí: Khi tốc độ dòng khí quá cao, tạo ra tiếng ồn khí động học trong hệ thống ống
- Tiếng rung tấm thổi gió: Gây rung cộng hưởng trong cabin ở một số tốc độ quạt cụ thể

1.4. Nhóm 4: Tiếng Ồn Kết Cấu Và Nội Thất

Đây là nhóm thường bị bỏ qua trong thiết kế - nhưng lại là thứ người dùng cuối phàn nàn nhiều nhất.

Tiếng ồn kết cấu thân xe

- Tiếng rên khung xe: Khi thân xe xoắn nhẹ qua đường không bằng phẳng, các mối ghép kêu cọ nhau
- Tiếng cộng hưởng tấm thép: Các tấm kim loại phẳng như sàn, nóc xe, cánh cửa cộng hưởng ở tần số 60 – 120 Hz, gây tiếng "ùng ùng" trong cabin

Tiếng ồn nội thất

- Tiếng cót két: Do hai bề mặt cứng cọ nhau - thường gặp ở bảng điều khiển nhựa, khe trang trí, vị trí lắp ghép
- Tiếng lạch cạch: Do chi tiết lỏng hoặc có khe hở dao động theo rung động xe - nắp hộc để đồ, tay nắm cửa, ốc vít không vặn đủ lực
- Tiếng kêu ghế ngồi: Khung ghế, thanh trượt điều chỉnh, và lớp bọc đều có thể là nguồn âm thanh nếu lắp đặt không chuẩn

2. Tổng Hợp Nguồn NVH Theo Vị Trí Trên Xe

Vị trí	Nguồn NVH chính	Tần số điển hình
Buồng động cơ	Động cơ, hộp số, quạt làm mát	20 – 500 Hz
Bánh xe và treo	Lốp, giảm xóc, thanh ổn định	50 – 300 Hz
Phanh	Má phanh, đĩa phanh	1.000 – 16.000 Hz
Thân và khung	Tấm thép cộng hưởng, mối ghép	60 – 200 Hz
Nội thất	Nhựa, ghế, hộc đồ	100 – 2.000 Hz
Khí động học	Gió, gioăng cửa, gương	500 – 5.000 Hz
Hệ thống HVAC	Quạt, đường ống	200 – 4.000 Hz
Motor điện (xe điện)	Inverter, motor, phanh tái sinh	1.000 – 10.000 Hz

3. Đường Truyền NVH: Từ Nguồn Đến Tai Người Lái

Biết nguồn là chưa đủ - điều quan trọng không kém là hiểu cách rung động và âm thanh đi từ điểm phát sinh đến người ngồi xe:

- Đường truyền kết cấu: Rung động từ động cơ đi qua chân động cơ, vào khung xe, lan ra sàn xe, qua ghế ngồi và đến cơ thể người lái. Chất lượng chân động cơ và bạc lót hệ thống treo quyết định bao nhiêu năng lượng rung động bị lọc lại trên đường đi này.
- Đường truyền không khí: Âm thanh từ nguồn phát ra, truyền qua không khí, xuyên qua vật liệu cách âm của thân xe để vào cabin. Lớp đệm hấp thụ rung động, vật liệu tiêu âm, và mức độ kín của kết cấu thân xe là những yếu tố quyết định hiệu quả ngăn chặn.

4. Tại sao nhà sản xuất cần kiểm soát từng nguồn

- Phát hiện nguồn NVH ở giai đoạn thiết kế trên phần mềm mô phỏng giúp chi phí sửa đổi gần như bằng 0.
- Phát hiện ở giai đoạn mẫu thử nghiệm: chi phí có thể từ vài nghìn đến vài chục nghìn đô
- Phát hiện sau khi xe đã sản xuất hàng loạt: chi phí thu hồi và sửa đổi dây chuyền - có thể lên đến hàng chục triệu đô la cho một mẫu xe duy nhất.

Đây là lý do vì sao các nhà sản xuất ô tô lớn đều tích hợp đo lường và phân tích NVH vào từng giai đoạn phát triển sản phẩm, từ thiết kế khái niệm cho đến thử nghiệm xe tiền sản xuất. Mỗi nguồn tiếng ồn được kiểm tra, mỗi đường truyền rung động được phân tích, mỗi cộng hưởng được loại bỏ - trước khi chiếc xe đầu tiên đến tay khách hàng.

GPower Vietnam cung cấp đầy đủ thiết bị thử nghiệm NVH - từ accelerometer, microphone đo âm, đến hệ thống phân tích rung động toàn diện. Liên hệ với chúng tôi để được tư vấn giải pháp phù hợp với dự án của bạn.

Tham khảo các bài viết liên quan đến thử nghiệm NVH: