Khi ngồi vào một chiếc xe tốt, chúng ta thường nhận ra sự khác biệt qua những chi tiết rất nhỏ. Cửa đóng lại chắc, tiếng đóng cửa gọn và không bị vọng. Xe chạy ở tốc độ cao nhưng tiếng gió trong cabin vẫn được kiểm soát. Đi qua mặt đường xấu, hệ thống treo làm việc rõ ràng nhưng không kéo theo quá nhiều tiếng động hay rung động vào khoang lái.
Với người sử dụng, đó đơn giản là cảm giác xe êm và dễ chịu.
Với kỹ sư, phía sau cảm giác đó là cả một quá trình đo và phân tích. Đó chính là phần việc của NVH (Noise - Vibration - Harshness).
1. NVH là gì
NVH là viết tắt của:
- – Noise (Tiếng ồn)
- – Vibration (Rung động)
- – Harshness (Độ xóc/độ khắc nghiệt khi vận hành)
Đây là ba yếu tố vật lý và cảm giác học mà bất kỳ chiếc xe nào cũng tạo ra trong quá trình vận hành - và là ba yếu tố mà các nhà sản xuất ô tô hiện đại buộc phải kiểm soát chặt chẽ.
Noise - Tiếng ồn
Tiếng ồn là các âm thanh phát sinh trong quá trình hoạt động: tiếng động cơ, tiếng gió qua khung cửa, tiếng lốp cọ mặt đường, tiếng phanh, tiếng bơm điện, tiếng cảnh báo từ hệ thống ADAS...
Nhưng, không phải mục tiêu lúc nào cũng là loại bỏ toàn bộ tiếng ồn. Điều quan trọng hơn là xác định nguồn nào cần kiểm soát, mức độ ảnh hưởng ra sao và ở điều kiện vận hành nào tiếng ồn trở nên rõ rệt.
Vibration - Rung động
Rung động là dao động cơ học truyền qua các bộ phận xe đến người lái và hành khách. Bạn cảm nhận rung qua: vô lăng, ghế ngồi, sàn xe, bàn đạp ga/phanh. Rung động ở tần số thấp (5–50 Hz) gây mệt mỏi cơ bắp; rung cao tần (trên 100 Hz) gây tiếng ù khó chịu.
Harshness - Độ xóc
Độ xóc hay cảm giác khắc nghiệt khi vận hành khó đánh giá hơn tiếng ồn và rung động vì nó liên quan nhiều đến cảm nhận của người ngồi trên xe.
Đó có thể là cảm giác xe phản ứng khi đi qua ổ gà, gờ giảm tốc hoặc mặt đường xấu. Một cú va đập ngắn nhưng mạnh có thể khiến người ngồi cảm thấy khó chịu dù giá trị rung đo được không phải lúc nào cũng lớn nhất.
Vì vậy, phần này thường cần kết hợp giữa dữ liệu đo và đánh giá chủ quan.
Đây cũng là lý do kỹ sư NVH đôi khi phải trực tiếp ngồi trên xe, chạy qua cùng một đoạn đường nhiều lần và đánh giá cảm giác. Dữ liệu cảm biến sau đó được dùng để tìm nguyên nhân và kiểm chứng phương án cải tiến.
2. Tại sao NVH quan trọng trong phát triển ô tô
NVH ảnh hưởng trực tiếp đến cảm nhận về chất lượng của một chiếc xe.
Một mẫu xe có thể đạt yêu cầu về công suất, mức tiêu hao năng lượng và khả năng vận hành. Nhưng nếu cabin xuất hiện tiếng ù ở tốc độ cao, vô lăng rung hoặc nội thất có tiếng lạch cạch thì trải nghiệm thực tế vẫn bị ảnh hưởng.
Đặc biệt với những mẫu xe có yêu cầu cao về sự thoải mái, NVH được xem xét ngay từ giai đoạn thiết kế chứ không chờ đến khi xe hoàn thiện mới kiểm tra.
Về mặt kỹ thuật, mục tiêu của thử nghiệm NVH không chỉ là xác định độ ồn của xe mà quan trọng hơn là tìm được nguồn gây ồn hoặc rung và tìm ra cách xử lý.
Đây là điểm mà thử nghiệm NVH khác với việc chỉ đo một vài giá trị âm thanh hoặc rung động.
3. NVH trong kỷ nguyên xe điện
Xe điện thường yên tĩnh hơn xe sử dụng động cơ đốt trong ở nhiều điều kiện vận hành. Tuy nhiên, điều đó không có nghĩa bài toán NVH đơn giản hơn.
Khi tiếng động cơ giảm xuống, những nguồn âm khác trở nên dễ nhận thấy hơn:
- - Tiếng lốp cọ mặt đường
- - Tiếng gió ở tốc độ cao
- - Tiếng hú của động cơ điện
- - Âm thanh phát sinh từ bộ biến tần và các linh kiện điện công suất
- - Tiếng bánh răng trong hộp giảm tốc
- - Tiếng của bơm và quạt
- - Tiếng kêu của các chi tiết nội thất
Các âm thanh này có thể chỉ xuất hiện rõ ở một vùng tốc độ hoặc tải nhất định. Nếu chỉ nhìn vào mức ồn tổng thể, vấn đề có thể không được thể hiện rõ. Nhưng khi phân tích tín hiệu theo tần số hoặc bậc quay, kỹ sư có thể tìm được mối quan hệ giữa âm thanh phát sinh và tốc độ quay của động cơ điện hoặc các thành phần liên quan.
Đây là lý do tại sao các nhà sản xuất xe điện dành sự quan tâm rất lớn vào việc thu thập và phân tích dữ liệu NVH.
4. Thử nghiệm NVH được thực hiện như thế nào
Một hệ thống thử nghiệm NVH không chỉ gồm một loại cảm biến. Cấu hình sẽ thay đổi tùy theo bài toán cần kiểm tra, từ một linh kiện riêng lẻ đến toàn bộ xe.
4.1. Thu thập dữ liệu
Các cảm biến được gắn vào nhiều điểm trên xe: Microphone được sử dụng để đo áp suất âm thanh, cảm biến gia tốc dùng để đo rung động tại các vị trí cần quan tâm.
Trong một số bài thử, kỹ sư có thể sử dụng thêm cảm biến tải, cảm biến đo biến dạng hoặc các loại cảm biến khác tùy mục tiêu đo.
Tất cả tín hiệu được đưa về hệ thống thu thập dữ liệu DAQ để thu thập và đồng bộ.
Khả năng đồng bộ rất quan trọng khi cần tìm mối liên hệ giữa rung động và âm thanh.
4.2. Phân tích tần số
Dữ liệu thô được xử lý qua phân tích FFT (Fast Fourier Transform) để xác định tần số cộng hưởng, nguồn gốc rung và đường truyền của rung động. Từ đó, kỹ sư có thể phân tích bằng biểu đồ và tìm ra chính xác bộ phận nào đang tạo ra vấn đề.
4.3. Thử nghiệm trong điều kiện chuẩn
- - Buồng câm: Loại bỏ hoàn toàn tiếng ồn và tác nhân bên ngoài khi đo NVH từ xe.
- - Trình mô phỏng lái xe đường trường: Mô phỏng các loại địa hình (đường nhựa, đường đá, ổ gà) trong phòng lab
- - Bàn rung: Kiểm tra độ bền của từng cụm chi tiết dưới tác động rung động tích lũy
4.4. Đánh giá chủ quan (Subjective Evaluation)
Kỹ sư và người lái thử thực tế ngồi trong xe, chấm điểm cảm giác theo thang chuẩn (thường từ 1 đến 10). Dữ liệu chủ quan này được đối chiếu với dữ liệu khách quan để ra quyết định cải tiến.
5. Các tiêu chuẩn thường gặp trong thử nghiệm NVH
Tùy bài thử và loại phương tiện, các tiêu chuẩn áp dụng sẽ khác nhau. Một số tiêu chuẩn thường được tham chiếu gồm:
|
Tiêu chuẩn |
Phạm vi áp dụng |
|
Đo tiếng ồn xe khi tăng tốc ngoài trời |
|
|
Đo tiếng ồn nội thất xe đang chạy |
|
|
Cách âm trong cabin xe hơi |
|
|
Đánh giá rung động ảnh hưởng đến con người |
|
|
Tiêu chuẩn châu Âu về tiếng ồn xe cơ giới |
Khi xây dựng hệ thống thử nghiệm, không nên chỉ dựa vào tên tiêu chuẩn để chọn thiết bị.
Cần xác định trước bài thử, dải tần, mức tín hiệu, số lượng kênh đo, loại cảm biến, vị trí lắp đặt, yêu cầu hiệu chuẩn và phương pháp xử lý dữ liệu.
Sau đó mới lựa chọn cấu hình DAQ, cảm biến và các thiết bị liên quan.
Cách làm này giúp tránh tình trạng phòng thử nghiệm đã hoàn thiện nhưng khi triển khai bài test thực tế lại thiếu kênh đo hoặc không đáp ứng được yêu cầu của phương pháp thử.
6. Hậu quả của việc bỏ qua NVH
Các vấn đề NVH thường không khiến xe dừng hoạt động ngay. Nhưng chúng có thể ảnh hưởng rất rõ đến cảm nhận của người sử dụng.
- - Phản hồi tiêu cực từ người dùng lan tràn trên mạng xã hội chỉ vì tiếng kêu lạ trong xe
- - Thu hồi sản phẩm tốn kém khi phát hiện rung động gây mỏi kim loại ở bộ phận quan trọng
- - Mất điểm đánh giá từ các tổ chức như Euro NCAP, J.D. Power, Consumer Reports
- - Mất khách hàng trung thành - vì một lần khó chịu, người dùng đổi thương hiệu
Điều đáng lưu ý là nhiều lỗi NVH sẽ khó xử lý hơn khi phát hiện ở giai đoạn cuối của dự án.
Nếu phát hiện một vấn đề khi linh kiện vẫn đang ở giai đoạn phát triển, kỹ sư có thể thay đổi vật liệu, kết cấu hoặc điểm liên kết. Khi xe đã chuyển sang sản xuất hàng loạt, một thay đổi nhỏ cũng có thể liên quan đến rất nhiều bộ phận khác.
Vì vậy, NVH nên được kiểm tra xuyên suốt quá trình phát triển sản phẩm, từ thử nghiệm ở cấp độ linh kiện đến mức hệ thống và toàn xe.
Bạn đang tìm kiếm giải pháp thử nghiệm NVH cho dự án ô tô của mình? Liên hệ GPower Vietnam để được tư vấn thiết bị và quy trình phù hợp - từ cảm biến đến phòng thử nghiệm hoàn chỉnh.
Tham khảo các bài viết liên quan đến thử nghiệm NVH:
info@gpower.com.vn
