node/45001

Ο παράγοντας NVH στην εποχή της ηλεκτροκίνησης

Συνηθίζουμε να λέμε πως ένα ηλεκτρικό αυτοκίνητο είναι αθόρυβο. Κατά πόσο όμως αυτό ισχύει; Στην πράξη, η έλλειψη ενός κινητήρα εσωτερικής καύσης κάθε άλλο παρά διευκολύνει τη δουλειά των μηχανικών που ασχολούνται με τον περιορισμό του δείκτη NVH.

Επιχειρώντας να ασχοληθούμε με έναν αρκετά σύνθετο μίτο της αυτοκίνησης, θα βοηθήσει να αναγνωρίσουμε αρχικά το αυτονόητο. Δηλαδή, πως για να κυκλοφορήσει ένα νέο αυτοκίνητο θα πρέπει να πληροί μία σειρά από προδιαγραφές. Να είναι ασφαλές, να μη ρυπαίνει, να διατίθεται σε ανταγωνιστική τιμή και, μεταξύ άλλων, να κάνει εύκολη τη ζωή του χρήστη του. Αυτό το τελευταίο οριοθετείται σε μεγάλο βαθμό από τα αρχικά NVH, όπου στη γλώσσα της βιομηχανίας του αυτοκινήτου αναλύονται σε Noise, Vibration και Harshness.

Από τη λειτουργία του κινητήρα, την κύλιση των ελαστικών και, βεβαίως, τις δυνάμεις της κίνησης, προκύπτουν άφθονες εστίες παραγωγής θορύβου, δονήσεων και μίας τραχύτητας που μπορεί να διαταράξει το περιβάλλον στην καμπίνα. Τα παραπάνω στοιχεία είναι φυσικά γνωστά, έχουν μελετηθεί για δεκαετίες και οι κατασκευαστές αυτοκινήτων κατάφεραν να τα ελέγξουν με ποικίλους τρόπους και διατάξεις. Ενδεικτικά αναφέρουμε επεμβάσεις στην αεροδυναμική, εξελιγμένες αναρτήσεις με σινεμπλόκ και άξονες εξισορρόπησης κραδασμών στους κινητήρες εσωτερικής καύσης. 

NVH

Όλα αυτά ήταν μια γνωστή ποσότητα μέχρι που έφτασε η ώρα της μετάβασης από τα υγρά καύσιμα στον ηλεκτρισμό. Χαράς ευαγγέλια θα σκεφτεί κάποιος, αφού ένα βασικό στοιχείο παραγωγής NVH, το θερμικό μοτέρ, αφαιρείται από την εξίσωση. Τα πράγματα όμως δεν είναι τόσο απλά. Και αυτό διότι η δραστική μείωση του συνολικού θορύβου, των κραδασμών και της τραχύτητας που σχετίζονται με το σύστημα μετάδοσης της κίνησης σημαίνει σε μεγάλο βαθμό ότι οι επιβάτες ενός αυτοκινήτου είναι πλέον σε θέση να ακούν και να αισθάνονται άλλες πηγές NVH, πολύ πιο δύσκολα διαχειρίσιμες.

Τα νέα προβλήματα
Μικροί τριγμοί από τη συναρμογή των μερών του ταμπλό, όπως και «τσιρίσματα» μεσοϋψηλών συχνοτήτων από μηχανισμούς κίνησης παραθύρων και ρύθμισης ηλεκτρικών καθισμάτων γίνονται πλέον αισθητά, ελέω απουσίας των παραδοσιακών θορύβων. Πολλές φορές μάλιστα με τρόπο που καταλήγει εκνευριστικός. Σε πρώτη φάση, η άμεση λύση αυτού του προβλήματος είναι η επένδυση σε καλύτερα υλικά και σερβομηχανισμούς. Πράγματι, όσοι έχουν εμπειρία από ηλεκτρικά αυτοκίνητα λογικά θα έχουν παρατηρήσει ότι οι ανοχές είναι μικρότερες και η συναρμογή των διαφόρων μερών σαφώς ανώτερη – επιβαρύνοντας βέβαια παράλληλα και το τελικό κόστος παραγωγής.

Το όλο πρόβλημα όμως, δεν περιορίζεται εκεί. Ο Brent Dreher, CAE engineer – NVH & Durability Manager της Faraday Future, υποστηρίζει πως αντίστοιχα θέματα υπάρχουν και σε δομικό επίπεδο. Πολλά από τα σημερινά EV πατούν επάνω σε πάτωμα τύπου skateboard. Tο οποίο παρέχει μεν αρκετά κατασκευαστικά πλεονεκτήματα, όμως τα κοίλα δομικά του στοιχεία τείνουν να μεταδίδουν και να ενισχύουν το θόρυβο περισσότερο από τις κατασκευές με χυτό χάλυβα.

NVH

Επόμενος σταθμός, ο θόρυβος κύλισης των ελαστικών. Ναι μεν οι κατασκευαστές ήδη αρχίζουν να παράγουν σειρές ειδικά για EV -κατά κανόνα με μεγαλύτερο πέλμα και ενισχυμένα πλαϊνά που να μπορούν να σηκώσουν το έξτρα βάρος και να αντέξουν τις επιταχύνσεις των ηλεκτρομοτέρ. Αυτά όμως αποτελούν τη μία όψη του νομίσματος. Η άλλη έχει να κάνει με τον παραγόμενο θόρυβο που είναι από τους σημαντικότερους πλέον σε ένα ηλεκτρικό όχημα. Οπότε έχουμε ήδη περάσει στην επόμενη πίστα, με τις εταιρείες ελαστικών να πωλούν ήδη λάστιχα «ακύρωσης θορύβου». Τα οποία διαθέτουν ένα «σφουγγάρι» πολυουρεθάνης τοποθετημένο περιμετρικά, μέσα από το πέλμα. Έτσι, απορροφούν τους κραδασμούς και ορισμένες συχνότητες ήχου, μειώνοντας τον αντιληπτό θόρυβο στο μισό. Τουλάχιστον, θεωρητικά.

Πολύ μεγάλο βάρος, πέφτει και στον τομέα της αεροδυναμικής. Κύριο μέλημα παραμένει η μείωση του Cd, για να βελτιώνεται παράλληλα η αυτονομία και η κατανάλωση ενέργειας. Όσο περνάει όμως ο καιρός οι ειδικοί εστιάζουν και σε δευτερεύοντες στόχους. Σύμφωνα με το Jeff Hodgkins, senior application NVH tech expert του VI-Grade -κατασκευαστή εργαλείων προσομοίωσης λογισμικού με έδρα τη Γερμανία, οι πλευρικοί καθρέφτες μπορεί να αποτελέσουν νευραλγικό σημείο για το NVH στα EV.

Έχουμε ήδη μοντέλα που αντικαθιστούν τους κλασικούς καθρέφτες με κάμερες. Αυτή η κίνηση δεν περιορίζει μόνο την αεροδυναμική αντίσταση αλλά συνάμα και τον έντονο στροβιλισμό του αέρα, σε ένα ιδιαίτερα «προβληματικό» σημείο, ακριβώς δίπλα στα αυτιά του οδηγού.

NVH

Μία λύση θα μπορούσε φυσικά να έρθει από τη χρήση ακουστικών κρυστάλλων, για τα οποία έχουμε μιλήσει στο παρελθόν, όπου περιορίζουν σημαντικά κάθε λογής θόρυβο. Αυτά όμως είναι ακριβά, βαριά, χρησιμοποιούνται κατά κανόνα από premium κατασκευαστές και απαιτούν προσεκτική μελέτη. Διότι η χρήση τους μόνο στα τζάμια οδηγού και συνοδηγού, είναι πολύ εύκολο να προκαλέσει ανεπιθύμητες, μη ισορροπημένες ζώνες ήχου στην καμπίνα.

Ο ηλεκτρικός θόρυβος
Και κάπου εδώ θα πρέπει να αναφέρουμε και το σύστημα κίνησης. Προφανώς και δεν ισχύει το αφήγημα ότι ένας ηλεκτροκινητήρας είναι απόλυτα αθόρυβος. Ανάλογα με την κατασκευή και το ρυθμό περιστροφής, μπορεί να παράγει ορισμένες συχνότητες που γίνονται εύκολα αισθητές από τους επιβαίνοντες. Πολύ δε περισσότερο, αυτό ισχύει για το σύστημα κίνησης. Παλαιότερα δεν άκουγε κανείς τη μετάδοση, εκτός και αν οδηγούσε αυτοκίνητο με κιβώτιο CVT… Όμως πλέον ένα έμπειρο αυτί μπορεί να ξεχωρίσει τον θόρυβο που έρχεται από εκεί. Για τον σκοπό αυτό, οι κατασκευαστές αρχίζουν να χρησιμοποιούν εξελιγμένα πολυμερή υλικά στο κιβώτιο ταχυτήτων, καθώς και ειδικά λιπαντικά με ακουστικές ιδιότητες.

Η λίστα των παραγόμενων θορύβων είναι μεγάλη, οπότε αντίστοιχα εκτενείς είναι και οι προσπάθειες που καταβάλλονται για τη διαχείρισή τους. Και μιλάμε για «διαχείριση», καθώς στο τέλος της μέρας ο στόχος δεν είναι η δημιουργία ενός απόλυτα ήσυχου περιβάλλοντος. Για την ιστορία, αυτό το πέτυχε η Rolls Royce πριν από λίγα χρόνια, εξελίσσοντας ένα νέο μοντέλο της. Επένδυσε τα πάντα στην ηχομόνωση, με αποτέλεσμα όταν αυτό πέρασε στη φάση των δοκιμών, να δημιουργεί αίσθηση τόσο αποκομμένη από τον έξω κόσμο που κατέληγε απόκοσμη. Έτσι, αναγκάστηκε να βάλει λίγο νερό στο κρασί της και να επιτρέψει σε ένα μικρό ποσοστό θορύβου να παρεισφρέει στο εσωτερικό, ώστε να μην γίνεται αφύσικη η όλη εμπειρία.

Έτσι καταλήγουμε στο προκείμενο. Το μεγάλο στοίχημα στις μέρες των ηλεκτρικών αυτοκινήτων δεν είναι η εξάλειψη του θορύβου, αλλά ο επανασχεδιασμός του (!) για να συμβαδίζει με τη νέα εποχή. Αυτό κάνει η Porsche όταν επιλέγεις το πρόγραμμα Sport Plus στην Taycan, αυτό κάνει και η BMW, όταν για τον ήχο της νέας ηλεκτρικής της ναυαρχίδας, της i7, απευθύνθηκε στο διεθνούς φήμης συνθέτη, Hans Zimmer. Με τον ίδιο τον ήχο όμως -και όχι την απουσία του- θα καταπιαστούμε σε έναν από τους ερχόμενους μήνες.