NVH - ba yếu tố luôn làm phiền người đi ôtô

Noise, Vibration, Harshness - tiếng ồn, độ rung và độ xóc luôn là những thứ các hãng luôn cố gắng để triệt tiêu, dù khó lòng tối ưu giữa chi phí và hiệu quả.

NVH tồn tại trên mọi phương tiện giao thông. Tiếng ồn (noise) và độ rung thông qua vô-lăng (vibration) có thể đo lường và điều chỉnh dễ dàng, nhưng độ xóc, rung thân xe (harshness) là chất lượng chủ quan và được đo lường thông qua đánh giá của mỗi người. Những tạp âm cũng thể hiện tiềm ẩn các vấn đề hao mòn và giảm tuổi thọ của các bộ phận trong xe.
Ở các garage sửa chữa, dễ dàng bắt gặp các khách hàng phản ánh về các âm thanh lạ xuất hiện trong xe sau khoảng thời gian sử dụng khiến người ngồi khó chịu, thậm chí khi đứng bên ngoài cũng có thể nghe thấy. Với một dòng xe, nếu nhiều khách hàng cùng gặp tình trạng như vậy là một bất lợi vì khách hàng có suy nghĩ tiêu cực về sản phẩm. Bởi vậy, NVH luôn là thứ các hãng cố gắng cải thiện.
Những bộ phận chuyển động (màu vàng) trên xe đều tạo ra NVH. Ảnh: Siemens
NVH được đo bằng micro, máy đo gia tốc và máy đo lực. Nhiều cơ sở đo NVH có buồng không dội âm và máy đo lực kế khung gầm (còn gọi là chạy Dyno). Việc đo lường NVH và thực hiện các giải pháp về âm học rất quan trọng, vì có thể nâng cao giá trị sản phẩm. Khách hàng thường tìm kiếm một chiếc xe có ít tiếng ồn, độ rung và độ xóc.
Tiếng ồn bắt đầu từ đâu? Đó là hệ thống truyền lực, trong đó bao gồm động cơ, hộp số, ống xả và tất cả các hệ thống phụ trợ. Ở tốc độ thấp hoặc mới khởi động, tiếng ồn của hệ thống truyền lực là loại âm thanh đáng chú ý. Nhưng khi tốc độ cao dần, thường vượt quá 100 km/h, tiếng ồn khi xe chạy lại mới là vấn đề chính. Tiếng ồn khi xe chạy có liên quan trực tiếp đến luồng không khí. Khi di chuyển trong thành phố, tiếng ồn được cảm nhận ở cả động cơ, tiếng các loại xe cộ xung quanh. Trong khi đó, khi chạy trên cao tốc, tài xế sẽ chủ yếu thấy tiếng ồn từ cả động cơ cùng với lốp và gió bên ngoài cửa kính.
Ngoài ra, các tiếng ồn có thể phát ra từ các khe hở hoặc một số bộ phận bị rò rỉ, chẳng hạn như tiếng gió của quạt tản nhiệt, tiếng rít khi nhấn ga, phanh hoặc tiếng đập mạnh khi đi qua gờ giảm tốc, ổ gà.
Lốp xe là một nguồn gây ra tiếng ồn rất lớn, do các rung động tạo ra bởi chuyển động quay của lốp, sau đó truyền dọc theo khung xe vào cabin. Lốp có thành mỏng thường xuất hiện trên xe thể thao, có xu hướng truyền nhiều rung động hơn qua hệ thống treo vì cao su cứng hơn. Ngoài ra, lốp có diện tích rộng, bề mặt tiếp xúc với đường lớn nên cũng ảnh hưởng tiếng ồn hơn, bởi vậy, các dòng xe địa hình thường rất ồn vì lốp rộng.
Ở trên các mẫu xe tải hoặc bán tải, luồng không khí tràn qua thùng xe gây ra khá nhiều tiếng ồn, đặc biệt khi chạy ở tốc độ cao do đặc tính khí động học của một chiếc xe có thùng hàn. Bất kỳ vật cản nào mà không khí phải đối mặt trên xe như cửa gió, giá nóc và gương, sẽ tạo ra tiếng rít hoặc tiếng ù ù trong khoang cabin.
Kiểu đèn pha lồi trên Nissan Leaf. Ảnh: Nissan
Tuy nhiên, không phải tất cả âm thanh đều được tạo ra như nhau, mỗi xe có âm thanh khác nhau và độ rung động đều có cảm nhận riêng của mỗi cá nhân. Một số tiếng ồn có vẻ giống nhau, nhưng một số tiếng ồn khiến âm thanh trở nên khó chịu.
Việc loại bỏ NVH phụ thuộc vào ba nguyên tắc, một là giảm cường độ NVH tại nguồn chính, hai là làm gián đoạn đường đi của NVH, ba là cố gắng hấp thụ các NVH càng nhiều càng tốt trước khi tràn vào cabin.
Cách thứ nhất, phải hạn chế số âm lượng của âm thanh và các rung động ngay từ ban đầu. Ví dụ khí động học đóng một phần rất lớn vào lượng tiếng ồn. Khi không khí đi từ đầu đến đuôi xe, bất kỳ sự xáo trộn nào trên đường đi đều tạo ra dao động của các phần tử không khí. Các nhà sản xuất ôtô cố gắng tạo ra các bộ phận động cơ và hệ thống truyền động cân bằng và chính xác để hạn chế rung động, tương tự như vậy, các nhà sản xuất lốp thay đổi các hợp chất và các mẫu gai lốp để giảm độ rung động không mong muốn.
Một ví dụ điển hình trên chiếc Nissan Leaf có đèn pha kỳ lạ, nhưng có tính khí động học cao. Theo Nissan, các gáo đèn được tạo hình để chuyển hướng luồng không khí qua gương chiếu hậu, nếu không có sự uốn cong của không khí, tiếng ồn của gió trên ốp gương có thể nghe thấy rõ ràng.
Cách thứ hai phức tạp nhất là làm gián đoạn đường đi hay cô lập cấu trúc chính tạo ra tiếng ồn. Công nghệ hệ thống treo phức tạp và đắt tiền như hệ thống khí nén, đa liên kết và độc lập giúp cô lập khung gầm và cột lái khỏi mặt đường, giúp loại bỏ rung động và chấn động.
Để có thể giảm hơn nữa nguồn gây tiếng ồn, các bộ phận động cơ, hệ thống treo và hệ thống khí thải được gắn trên các ống lót cao su và polyurethane thay vì bằng kim loại rắn, bởi các hợp chất mềm hơn có tác dụng chống lại sự truyền dao động.
Cách cuối cùng thường được các hãng xe sử dụng nhất: hấp thụ càng nhiều càng tốt. Về mặt cơ học, điều này có xu hướng đề cập đến bộ giảm xóc lái (bộ ổn định vô-lăng), có tác dụng hấp thụ những chấn động mạnh nhất do mặt đường xấu gây ra.
Trong khoang cabin, khả năng hấp thụ âm thanh thụ động có thể mở rộng từ nhiều vật liệu khử âm thanh giống như cao su (còn gọi là tấm mút) được cố định ở các điểm khác nhau dọc theo khung xe, cho đến các trụ xốp và cửa số được làm hai lớp.
Rolls-Royce Phantom nổi tiếng với khả năng cách âm. Ảnh: Rolls-Royce
Một ví dụ là Rolls-Royce, hãng xe luôn hướng tới sự tĩnh lặng trong khoang cabin để tạo ra không gian riêng tư nhất, mỗi chiếc xe được tạo ra như một phòng thu âm. Hãng sử dụng khung nhôm thay vì thép để giảm tiếng ồn và trọng lượng, các vách ngăn như một lớp da cách âm kép, kính hai lớp cách âm, bổ sung gần 100 kg các vật liệu cách âm bên trong các bộ phận như mui, sàn, lốp, ống xả, điều hòa, cần gạt nước để loại bỏ hoàn toàn mọi tiếng rít, tiếng lách cách, tiếng vo ve hoặc tiếng thình thịch khi xe di chuyển, đủ để người ngồi trong xe có thể nói thì thầm ở tốc độ hơn 120 km/h. Nhưng mức giá phải trả cho sự tĩnh lặng là rất đắt, và chỉ một số hãng khác như Bentley, Maybach mới tham gia. Do đó, nhiều hãng xe sẽ lựa chọn ít các vật liệu cách âm để giảm giá thành.
Ngược lại, những chiếc xe thể thao hai cửa mang tính thể thao như Lamborghini, Ferrari, Porsche sẽ không chú trọng vào NVH, họ sẽ quan tâm tới cảm giác lái thể thao và tiếng uy lực từ ống xả để thu hút sự chú ý, mang lại cảm giác phấn khích cho tất cả mọi người.
Tiến bộ mới nhất trong việc giảm NVH chỉ tập trung vào tiếng ồn. Với công nghệ khử tiếng ồn chủ động, giống trên các mẫu tai nghe giá trên 200 USD, đang dần phát triển trong các mẫu xe hơi. Công nghệ này hoạt động bằng cách lấy biên độ và tần số của tiếng ồn trong cabin và đẩy sóng âm thanh theo chiều ngược lại với tiếng ồn ban đầu. Khi hai tiếng ồn có cùng tần số theo chiều đối lập, sẽ triệt tiêu pha sóng, giống như +1 cộng -1 bằng 0. Tại Việt Nam, công nghệ chống ồn chủ động của Ford cũng dùng lý thuyết này.
Ở Việt Nam, nhiều hãng xe không lắp các chi tiết để chống tiếng ồn hay tiếng rung động, khiến xe tạo tiếng ồn lớn khi chạy, làm bụi và nước lọt vào. Để giải quyết vấn đề này, nhiều chủ xe đã bỏ thêm chi phí để giảm tiếng ồn trong khoang cabin như dán miếng cách âm, phủ gầm xe và lắp gioăng cao su. Tuy vậy, các nhà sản xuất đã tính toán đủ các vị trí cần lắp hoặc các ống cao su cho xe, do đó việc lắp thêm có thể gây phản tác dụng, không làm giảm tiếng ồn cho chiếc xe mà còn để lại vết ố vàng sau một thời gian lắp đặt, gây mất thẩm mỹ cho xe.