El sector del automóvil se apoya en Ansys para el estudio del ruido, la vibración y la dureza
Pregunte a un niño qué sonido hace un coche y la respuesta típica será: «¡vroom-vroom!». Haga la misma pregunta a un ingeniero de automoción y la respuesta será mucho más compleja. Desde el zumbido del viento al pasar por un retrovisor lateral hasta la mayor aceleración de un vehículo eléctrico, los muchos sonidos que emite un coche son fundamentales para la experiencia global de conducción. Para diseñar, identificar y optimizar los sonidos del automóvil, los ingenieros se basan en un campo llamado NVH.
La definición de NVH
El ruido, la vibración y la dureza (NVH en inglés) son el estudio y la medición de la respuesta auditiva y táctil de un objeto. Dado que los sonidos pueden ser tanto molestos como beneficiosos, el análisis NVH ayuda a identificar de dónde procede un sonido y por qué. Los ingenieros pueden entonces reducir o eliminar los ruidos no deseados, así como potenciar los sonidos beneficiosos -como el retumbar característico de una motocicleta- mediante una combinación de metodologías de simulación y pruebas físicas.
Las tres partes del NVH abarcan una serie de indicadores sonoros: cómo se oye, cómo se siente y si se percibe como agradable o molesto:
Ruido: la propagación del sonido causada por un objeto concreto, como el zumbido de un techo solar al abrirse, un motor, una puerta al cerrarse, un sistema de climatización o los chasquidos de las hebillas de los cinturones de seguridad.
Vibración: las oscilaciones que se producen a una frecuencia determinada. En un coche, las vibraciones pueden percibirse a distintas velocidades a través del volante, el asiento, los reposabrazos, el suelo y los pedales.
Dureza: cualidad subjetiva asociada al ruido y las vibraciones. Mientras que tanto el ruido como las vibraciones son mediciones cuantificables, la dureza se refiere a la incomodidad de oír sonidos desagradables. Lo que es áspero para una persona puede no serlo para otra.
¿Qué es el NVH en los coches?
Las técnicas de NVH se aplican en una gran variedad de sectores, pero comenzaron en la industria del automóvil para hacer frente a los ruidos, golpes y rechinidos generados por los motores de combustión. Actualmente, la NVH es un indicador de rendimiento clave en la industria del automóvil, sobre todo a medida que más fabricantes de automóviles empiezan a electrificar su flota. El rendimiento NVH del vehículo puede hacer o deshacer fácilmente la imagen de marca, por lo que es fundamental abordar los problemas NVH en las primeras etapas de diseño.
Hay tres fuentes de NVH en los vehículos:
Aerodinámica: ventiladores HVAC, viento contra la carrocería.
Mecánica: fricción de los frenos, funcionamiento del motor, contacto de los neumáticos con la carretera.
Eléctrica: alertas al conductor, inversores en coches eléctricos
Ser capaz de identificar los sonidos procedentes de fuentes como el motor, los frenos, la carrocería y el interior proporciona a los ingenieros una imagen sonora completa del vehículo. Una vez que se conoce la fuente de un sonido concreto, los ingenieros pueden determinar las técnicas de control acústico adecuadas, como la sustitución de materiales, la modificación de los flujos de interacción o la instalación de barreras acústicas.
Para crear la mejor experiencia global de conducción y obtener una ventaja competitiva, las empresas automovilísticas tienen muchos objetivos basados en el sonido que el NVH les ayuda a abordar, entre ellos:
- + Aumentar el confort del conductor y los pasajeros.
- + Reducir los fallos debidos a las vibraciones.
- + Crear un sonido o vibración deseados.
- + Cumplir la normativa sobre ruido.
- + Minimizar los ruidos tonales.
- + Garantizar la fiabilidad estructural y mejorar la vida útil.
- + Minimizar la fatiga del operario proporcionando un entorno silencioso.
¿Cómo se realiza el análisis NVH?
El zumbido de los neumáticos, el silbido del viento, el chirrido de los limpiaparabrisas… hay docenas de fuentes de sonido en los coches que pueden percibirse auditiva, visual y táctilmente. El análisis NVH puede ayudar a reducir o eliminar los indeseables. Para optimizar los sonidos en función de los criterios deseados, los ingenieros pueden utilizar solucionadores acústicos para simular el ruido del vehículo en varios niveles de diseño.
Niveles de simulación acústica
Nivel de vehículo completo: Ruido generado por el coche completo en movimiento.
Nivel de sistema: Ruido procedente de máquinas que trabajan juntas.
Nivel de subsistema: Ruido procedente de una máquina específica, como un motor eléctrico.
Nivel de componente: Ruido generado por un elemento individual, como el clic de un cinturón de seguridad.
Para completar un análisis NVH basado en diferentes niveles de simulación, los ingenieros deben crear primero un modelo de simulación que represente con precisión el sistema o componente físico. Pueden utilizarse herramientas de Ansys como Ansys Mechanical, Ansys LS-DYNA, Ansys Fluent, Ansys Motor-CAD y Ansys Maxwell para simular y modelar los componentes necesarios, y el posprocesamiento puede realizarse en Ansys Sound.
Desafíos de la simulación de NVH
Un error común que cometen los ingenieros al simular NVH es que empiezan de inmediato con simulaciones muy complejas y costosas desde el punto de vista computacional. Esto es un problema porque esos modelos a menudo no coinciden con el comportamiento físico. Como resultado, se malgastan tiempo y recursos en un análisis que no coincide con los resultados de las pruebas físicas.
Es importante que las cantidades básicas de los modelos de simulación, como la masa total, la rigidez y las matrices de amortiguación, estén bien correlacionadas con las pruebas físicas utilizando parámetros como los criterios de garantía modal (MAC), los criterios de garantía modal coordinados (CoMAC) y los criterios de garantía de respuesta en frecuencia (FRAC) antes de ejecutar análisis muy complejos.
Primeros pasos con NVH
Casi todos los elementos del diseño de automóviles pueden beneficiarse del análisis NVH. Comprender las fuentes de ruido y cómo optimizarlas es una de las mejores formas de garantizar que el diseño de su automóvil satisfaga las necesidades de los compradores y las normas del sector. Implementar la simulación lo antes posible en la fase de concepto y diseño ayudará a garantizar que los problemas de NVH se resuelven lo mejor posible antes de que comience la creación de prototipos físicos.
