Cada um de nós determina a importância de certas propriedades de consumo de um carro. Por exemplo, alguém está mais interessado em espaço e alguém – em dirigibilidade. Mas o conforto acústico é relevante para todos. Você não precisa ser um especialista para saber se um carro é barulhento. As primeiras conclusões podem ser tiradas literalmente no início de sua viagem. Ao mesmo tempo, a avaliação da suavidade de funcionamento ou dos freios leva tempo. Na indústria, existe um conceito combinado de NVH (ruído, vibração, aspereza).
Se tudo está ruim na esfera do NVH, a pessoa sente isso fisicamente: o sistema nervoso e o cérebro estão sobrecarregados, a concentração é prejudicada, o tônus e a reação diminuem. Portanto, é mais fácil dirigir longas distâncias em carros modernos e silenciosos. Por favor, não pense que “o isolamento acústico melhorou com o tempo”! Em teoria, o isolamento acústico é a última e não necessariamente a forma mais eficaz de proporcionar conforto acústico. Agora vamos entender o porquê.
É difícil falar sobre NVH sem uma profunda imersão em física e matemática. Para não ficarmos presos em assuntos grandiosos, simplificaremos algumas coisas. Mas não é errado dizer que o ruído é gerado por vibrações. Estes últimos também são prejudiciais, especialmente para equipamentos técnicos.
Então, qualquer vibração tem uma fonte. Os ruídos e vibrações do carro são gerados principalmente pelo motor e pelo sistema de escape, pelas rodas giratórias e pelo ar que flui ao redor da carroceria. Existem outras dezenas de fontes, mas são as listadas acima que dominam. Normalmente, em velocidades urbanas, a principal “contribuição” é da unidade motriz, tudo “canta” quase igualmente nos 90-100 km/h da rodovia e, após 120-130 km/h, a primeira preocupação são os distúrbios de origem aerodinâmica e rodoviária. Isso é em teoria.
Qualquer ruído, como o de um motor, se propaga de duas maneiras. Mecanicamente – por meio das vibrações dos painéis da carroceria e dos elementos estruturais que têm conexão física com a fonte, e diretamente pelo ar, inclusive “penetrando” pelos mesmos painéis. Portanto, existem três maneiras principais de lidar com o ruído. Em ordem prioritária, trata-se de uma redução na intensidade de sua origem, na atenuação da radiação secundária por elementos estruturais e somente em terceiro lugar – isolamento acústico, ou seja, “captura” do componente que é transmitido pelo ar.
Por exemplo, a redução do ruído do motor começa com a organização do processo de combustão, que deve ser suavizado, se possível. Os grandes emissores de som – o bloco de cilindros, a tampa da cabeça, o reservatório – são projetados para não ressoarem a tempo com o processo de trabalho nos cilindros. Cada vez mais, esses elementos são feitos de plástico, materiais absorventes de ruído são aplicados diretamente a eles e todo o motor é “encapsulado”, se possível. Os sistemas de exaustão costumavam fazer muito barulho, mas catalisadores e filtros de partículas, que suavizam as pulsações dos gases de escape para sustentar os silenciadores de exaustão, ajudaram involuntariamente.
A transmissão adicional de vibrações deve ser evitada pelos suportes da unidade de potência. Os pontos de fixação são escolhidos de forma a não provocar vibrações corporais. A história da primeira série VAZ-2108 é memorável, na qual as vibrações e o ruído em marcha lenta atingiram um nível desconfortável devido a um suporte frontal localizado incorretamente. Era tarde demais para mover o suporte, ele ficou mais macio, o que trouxe uma série de outros problemas…
Hoje, os suportes hidráulicos da unidade de potência, que combinam uma função elástica e supressora (como um dueto de uma mola e um amortecedor na suspensão), não são mais exóticos. Os suportes ativos que criam movimento na fase oposta à vibração ou alteram sua rigidez dependendo das condições são os mais eficazes.
As vibrações que ainda atingem o corpo devem ser minimizadas. É muito importante evitar ressonâncias. O corpo extremamente rígido não necessariamente se mostra silencioso. A construção monolítica pode reduzir as ressonâncias, mas aumentar a transmissão estrutural do ruído.
Ao contrário dos jornalistas, os engenheiros automotivos costumam usar o conceito de frequências ressonantes do corpo, em vez de sua rigidez torcional. Além disso, a frequência ideal não deve ser tão alta ou baixa quanto possível — ela deve ser exatamente tal que evite ressonâncias. Porque o corpo é apenas um dos membros do sistema de vibração mais complexo, que inclui elementos elásticos de suspensão, pneus, assentos e todas as fontes de vibração.
O arranjo de suporte de carga do corpo é desenvolvido levando em consideração todos os itens acima. Mesmo aquelas peças que não carregam uma carga séria, têm barras de reforço e placas de reforço estampadas para neutralizar as vibrações o máximo possível. Aços de alta resistência e tratados termicamente, laminação de espessura variável, tecnologias para colar partes da carroceria e outros truques são usados até mesmo na indústria automotiva de massa. Ao mesmo tempo, a simulação computacional ainda detectará vibrações residuais. O que você deve fazer com eles?
Em poucas palavras, você precisa alterar as frequências das vibrações naturais nesses pontos para evitar a ressonância. Por exemplo, usando amortecedores de vibração – massas fixadas de forma rígida ou suave. Não se surpreenda ao encontrar uma barra de ferro fundido de três quilos em algum lugar nas entranhas do para-choque dianteiro durante o reparo: ela não foi esquecida aqui na fábrica, mas foi parafusada estritamente de acordo com o cálculo do projeto para nivelar as flutuações de certas frequências. Cargas menores geralmente são colocadas em partes da suspensão ou do sistema de escape.
A espuma, que se assemelha à de construção com suas características, é despejada na cavidade do corpo em certos locais, e tapetes de betume, por exemplo, são colados em painéis planos. Mas não por toda parte, como no ajuste de garagem, mas de forma seletiva, com uma escolha de locais baseada na modelagem computacional. O ruído usa qualquer brecha, então o número delas no corpo, e especialmente na blindagem do motor, é minimizado. Qualquer um deles é cuidadosamente isolado. É bom que os acionamentos mecânicos do acelerador e das transmissões automáticas, que serviam como um poderoso canal para transmitir vibrações, sejam coisa do passado. E somente depois que todas as reservas de design forem selecionadas, é hora do isolamento acústico.
Se tudo for feito corretamente nas etapas anteriores, você não precisará de muito. Por exemplo, quatro quilos a menos de materiais de isolamento acústico foram usados para o Golf de sétima geração do que para seu antecessor. Os tapetes e tapetes macios modernos são obras-primas tecnológicas, moldadas com precisão nos contornos e no relevo da blindagem ou do piso do motor. No interior do carro, você não pode prescindir de uma cobertura, pois ela também desempenha uma função de isolamento térmico. Mas não se surpreenda, por exemplo, com o metal nu ao redor da roda sobressalente no porta-malas — isso significa que, de acordo com o fabricante, o ruído foi suprimido com sucesso por medidas primárias.
Esses “protocolos” são aplicados não apenas ao ruído do motor, mas também a cada fonte. Acredite, podemos escrever sobre a luta contra o barulho de pneus rolantes, distúrbios aerodinâmicos ou sons externos em artigos separados. Há muitas nuances, sutilezas e truques. A colagem caseira com tapetes adicionais certamente tem um efeito, mas essa abordagem não pode ser chamada de racional. Você não só terá que gastar muito dinheiro em materiais e trabalhar com alguns decibéis de vantagem, mas também carregar dezenas de quilos extras, pagando por eles com maior consumo de combustível.
A última tendência são os sistemas ativos de redução de ruído, que usam alto-falantes do sistema de áudio para criar um som útil na fase oposta à prejudicial. Um com o outro deve silenciar. Infelizmente, esses sistemas não funcionam com precisão, eles são limitados em potência e faixa de frequência: é física. O ruído do motor e da estrada chega aos ouvidos do motorista e dos passageiros em apenas 0,009 segundos, e os melhores antissistemas reagem em 0,002 segundos. É claro que eles vão melhorar ― mas o principal é não ter a mesma situação que com o ESP, quando o desenvolvimento da eletrônica de segurança se transformou em um enfraquecimento dos princípios básicos de design…
Quanto maior a frequência do som, mais perturbador ele é. Por exemplo, o efeito da fadiga começa em um volume de 80 decibéis (dB) na faixa de frequência de 2000-4000 Hz, e já com 60 dB a 5000-6000 Hz. Os ruídos estruturais, que são propagados pelo corpo, têm principalmente uma frequência abaixo de 500 Hz e são percebidos pelo ouvido como mais baixos, zumbidos e graves. Em um carro, eles vêm principalmente da estrada, mas também há uma contribuição do sistema de escapamento.
E os distúrbios transmitidos acusticamente dominam em frequências acima de 1000 Hz (são considerados de alta frequência após 800 Hz). Aqui, a unidade de potência e a aerodinâmica emitem principalmente ruídos. Uma pessoa percebe um som na faixa de 20 Hz a 20.000 Hz, mas geralmente temos que lidar com 30-8500 Hz em um carro.
Além da composição espectral (frequência de ruído), a natureza do espectro também é importante. Há ruídos de banda larga, ou seja, uma mistura de sons e ruídos tonais. Por exemplo, o uivo do motor elétrico da direção hidráulica ou o chiado do refrigerante nas entranhas do ar condicionado. Um carro pode produzir centenas dessas “notas” específicas, e bons fabricantes as “destroem” completamente na fase de testes rodoviários.
A propósito, o valor do volume de ruído em decibéis não corresponde necessariamente aos sentimentos subjetivos de uma pessoa. Pelo menos porque nosso órgão auditivo percebe sons de frequências diferentes de maneira diferente. Sim, os medidores de ruído também processam sinais do microfone em um programa complexo, tentando copiar a sensibilidade do ouvido. Mas nem sempre funciona. Na prática, as montadoras necessariamente se concentram não apenas nas medições, mas também na opinião de especialistas. Às vezes, é mais fácil transferir o som para uma frequência mais agradável do que suprimi-lo. Tudo isso é resolvido durante os testes de estrada.
Não há restrições ao ruído interno dos automóveis de passageiros na UE ou nos EUA, apenas no externo. É claro que os fabricantes têm um interesse vital em deixar o cliente confortável no interior. Mas, por exemplo, a Rússia tem seu próprio caminho. Durante a certificação, todos os carros novos, incluindo Rolls-Royce ou Mercedes-Maybach S-class, são verificados quanto à conformidade com o Anexo nº 3 dos regulamentos técnicos “Sobre a segurança de veículos com rodas”. Ou seja, eles realmente penduram microfones na cabine e medem o ruído usando vários métodos, inclusive ao dirigir a uma velocidade constante e durante a aceleração.
Em geral, o ruído não deve ultrapassar 77 dB, mas há muitas exceções. 79 dB já são permitidos para carros de layout de vagão e semicabine, como minivans. Se o carro for certificado como SUV (isso é feito mesmo com alguns crossovers), esses valores podem ser excedidos em dois decibéis. Houve uma época em que o cupê Porsche 911 R colecionável não chegou à Rússia justamente por causa da não conformidade com requisitos específicos para o nível de ruído interno.
Embora uma nota de rodapé separada seja fornecida para carros esportivos. Se o peso bruto for inferior a duas toneladas e a relação peso/potência for superior a 75 kW/t (102 cv por tonelada), é permitido um excesso de quatro decibéis. Se houver mais de 110 kW (quase 150 cv) por tonelada, os testes são realizados de forma suave, somente a uma velocidade constante. Muitos carros civis se encaixam nessa estrutura. Até mesmo o não tão potente Lada Vesta Sport de 145 cavalos tem 109 cv por tonelada. Por que, então, há uma confusão sobre a certificação interna de ruído, forçando os fabricantes a incorrer em custos desnecessários que eventualmente serão incluídos no preço do carro?
É curioso que nem uma palavra seja dita sobre ruído e vibração nos livros didáticos sobre a teoria dos carros da época soviética. A luta contra eles era frequentemente conduzida com base no princípio residual: quando a carroceria e o motor estavam prontos, os designers começaram a olhar: como tornar o interior mais silencioso? Por exemplo, eles adicionaram o mesmo isolamento pulando as duas primeiras etapas: a luta contra a fonte de distúrbios e sua propagação. Hoje, um carro competitivo só pode ser construído se o fabricante pensar no NVH na fase de layout, sem falar no design.
As tecnologias modernas representam novos desafios para os engenheiros acústicos. O clareamento ativo dos corpos, o uso de materiais leves, como ligas de alumínio ou compósitos, contribuem para o aumento do ruído estrutural. Os pneus estão ficando mais largos ― e, portanto, mais barulhentos. Em busca da compatibilidade ambiental, o processo de combustão do combustível no cilindro geralmente se torna menos suave, ou seja, gera mais vibrações.
O abandono do motor de combustão interna em favor do motor elétrico não facilita a tarefa. Em vez dos habituais 2500-3000 Hz, o espectro de frequência emitido pelo motor está na faixa desconfortável de cerca de 5000 Hz, onde um novo tipo de ruído é misturado a ele ― eletromagnético. Há novos sons que antes eram ignorados, porque foram abafados pelo motor de combustão interna. Por exemplo, aqueles criados por amortecedores de controle climático. Se olharmos ainda mais para o futuro sem motorista que nos é imposto, o papel do NVH só crescerá, porque não haverá quase nada a discutir além do conforto acústico do carro. E o ruído é uma substância que parece ser compreensível para cada um de nós…
Você pode ler o original aqui: https://www.drive.ru/technic/5ebe5f04ec05c49c7e0000eb.html
Publicado August 19, 2021 • 11m to read
