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NVH

(Ruido, Vibración y Dureza)
Un nivel completamente nuevo de control de sonido

En el pasado, ser “silencioso y libre de vibraciones” era una virtud para un automóvil. Sin embargo, a medida que la gente está redefiniendo el significado de un vehículo, estar en silencio no siempre es algo bueno. Anteriormente, el objetivo del desarrollo Ruido, Vibración y Dureza (NVH, Noise, Vibration, Harshness) era reducir la vibración y el ruido, pero ahora es importante no solo mejorar el rendimiento práctico sino también estimular la sensibilidad del conductor y crear un sonido natural que se adapte mejor al vehículo; ahora nos encontramos en una era en la que la personalización y la experiencia emocional del usuario son importantes. Hyundai Motor Group está desarrollando la reducción de NVH desde esta perspectiva: desarrollar un automóvil que sea divertido de conducir.

FUTUROBuscar el sonido correcto

Tecnologías avanzadas de reducción de NVH con tecnologías de TI

El desarrollo inicial del rendimiento de NVH se centró precisamente en la tranquilidad. Los fabricantes de automóviles han utilizado diferentes piezas que reducen el ruido, que a veces perjudican la eficiencia del combustible. Además, se dieron cuenta de que los clientes tienen distintos puntos de vista en lo que respecta a la tranquilidad. Por lo tanto, el desarrollo actual de la reducción de NVH se centra en el sonido que se adapta al rendimiento de cada vehículo y lo que quiere cada conductor.

En 2015, Hyundai Motor Group estableció estándares de control para el ruido y la vibración causados por factores complejos, combinando un control dinámico con un ruido silencioso de la carretera, y mejoró los sistemas de suspensión y montaje del motor que afectan al silencio, como R&H, NVH y rendimiento de potencia. El fabricante de automóviles también desarrolló tecnologías para mejorar el ruido y la vibración del sistema de transmisión de alta potencia e introdujo un método de evaluación de ruido en el nivel del sistema. El resultado fue una mejora del ruido, la vibración y la linealidad del volumen de la superficie de la carretera.

En 2016, la empresa se centró en desarrollar un sistema de sonido de conducción para desarrollar una calidad de sonido dinámica para automóviles deportivos y de alto rendimiento, de ahí el Diseño de Sonido Activo (ASD, Active Sound Design), que produce sonido en interiores, el Generador de Sonido Eléctrico (ESG, Electronic Sound Generator), que permite a los usuarios sentir la vibración y el sonido añadidos, y el Sistema de Escape Variable Activo, que puede controlar el sonido del escape. Y para cumplir los códigos de ruido externo mejorado, la compañía mejoró el ruido a baja velocidad aumentando al mismo tiempo el sonido a mayores r.p.m.

2017 fue el año de la optimización del vehículo en cuanto a rendimiento energético y R&H. En particular, la optimización del rendimiento del vehículo se logró reduciendo el silenciador central y abriendo la válvula de escape para minimizar la contrapresión de escape que afecta el rendimiento de potencia del vehículo.

Hyundai Motor Group planea implementar un rendimiento NVH que refleje la emoción del cliente fortaleciendo al mismo tiempo la tecnología NVH en el futuro. La compañía está impulsando el desarrollo de indicadores que puedan medir los sonidos de conducción desde el interior y el exterior de los automóviles deportivos y de alto rendimiento. Asimismo, la compañía está desarrollando unidades modulares para el rendimiento NVH que van bien con otras actuaciones en varios criterios. Además, el fabricante de automóviles planea proteger tecnologías que puedan responder a entornos futuros, como la combinación de tecnologías de TI utilizando el sistema en la nube, el desarrollo de la tecnología NVH relacionada con la conducción autónoma y el uso de nuevos materiales.

TECNOLOGÍALa esencia de la tecnología NVH

Entre la practicidad y la emoción

La parte más importante del desarrollo de NVH estaría todavía en el área práctica; se trata de proporcionar una experiencia de conducción tranquila y cómoda a los pasajeros sin ninguna molestia o impacto. Para desarrollar la reducción de NVH, Hyundai Motor Group se centró en crear una sensación de tranquilidad, armonización de la aceleración y unidad de sonido del diésel. Luego, la empresa pasó a crear NVH, que combina bien con R&H y el rendimiento de potencia, manteniendo al mismo tiempo el nivel de silencio existente.

El objetivo del desarrollo de NVH no es solo la tranquilidad; se trata de diversificar las versiones dentro del vehículo para ampliar las opciones para los consumidores. Hyundai Motor Group está desarrollando automóviles con el concepto NVH que tienen personalidades diferentes en distintos tamaños e incluso entre modelos del mismo tamaño. Dado que el sonido es difícil de medir o evaluar, la empresa desea crear un ecosistema NVH que se centre en las personas que usan el automóvil y conecte a los pasajeros con el automóvil y el ruido de este.

TECNOLOGÍA CLAVE
1. Área práctica
Ruido de la carretera reducido por ondas sonoras

RANC: Control de ruido activo por ruido de la carretera
(Road-noise Active Noise Control)

Estructura del sistema RANC

Hay varios tipos de ruido que un automóvil en movimiento genera, como el ruido del motor de combustión del sistema de transmisión, el ruido de arrastre y viento del vórtice o el ruido de la carretera. No supone un gran problema si el viaje es corto, pero la exposición continua al ruido puede causar una gran cantidad de estrés.

Hyundai Motor Group presentó la primera tecnología RANC del mundo en diciembre de 2019; mediante un acelerómetro, RANC calcula la vibración de la carretera al automóvil y la computadora de control analiza el ruido de la carretera. Encontrar las ubicaciones óptimas para los sensores es uno de los factores más importantes para rastrear las fuentes de vibración. La tecnología reduce activamente el ruido mediante la emisión de ondas de sonido invertidas al ruido entrante de las carreteras, lo que hace que el habitáculo sea silencioso.

Este problema se abordó primero a través de Controles Pasivos de Ruido (PNC, Passive Noise Controls), donde se realizaron tratamientos físicos como el uso de baldosas absorbentes de sonido y amortiguadores dinámicos, o la aplicación de ventanas de doble panel. Sin embargo, esto requiere el acoplamiento de más piezas, por lo tanto, un mayor peso de la carrocería y una menor eficiencia de combustible.

Como resultado, Hyundai Motor Group comenzó a desarrollar el Control de Ruido Activo (ANC, Active Noise Control) para que se adaptara mejor a las bajas frecuencias (65~125 Hz). Además, debido a las limitaciones de la tecnología de medición y análisis de ruido, el ANC existente para vehículos solo se pudo utilizar cuando el ruido era constante y la incidencia del ruido era predecible. La tecnología ANC actual se ha utilizado con mayor frecuencia para contrarrestar el ruido constante del motor de combustión. Sin embargo, el Control de Ruido Activo por Ruido de la Carretera (RANC, Road-noise Active Noise Control) de Hyundai Motor Group elimina el ruido de la carretera, que tiene muchas variables y viaja demasiado rápido para responder a él.

El sistema RANC utiliza sensores de velocidad, amplificadores, micrófonos, junto con un Procesador de Señal Digital (DSP) y sensores de aceleración. Mediante un sensor de aceleración, RANC calcula la vibración que se transmite de la carretera al automóvil y la computadora de control analiza el ruido de la carretera para después enviar la onda sonora al sistema de audio. El micrófono supervisa constantemente el estado de cancelación de ruido de la carretera y envía la información al DSP.

En función de las pruebas que evalúan la superficie de la carretera, la velocidad del vehículo y las diferentes posiciones de los asientos, RANC pudo reducir el ruido en el habitáculo en 3 dB. Ese nivel de 3 dB es aproximadamente la mitad del nivel de ruido en comparación de cuando no se usa RANC. Y Hyundai Motor Group puede potencialmente disminuir la cantidad de peso no suspendido en un vehículo, utilizando menos piezas y amortiguadores de aislamiento acústico en comparación con las condiciones anteriores. El sistema RANC reduce considerablemente el ruido de baja frecuencia emitido especialmente por viaductos elevados o carreteras en mal estado entre 500 y 5000 Hz. El fabricante de automóviles recibió una patente para su tecnología en EE. UU. y Corea.

RANC es una tecnología muy importante porque tiene la fuerza necesaria para reducir el ruido además de una capacidad excelente para ello. Para lograr tanto efecto en la reducción de ruido como RANC, el peso del automóvil debe aumentar enormemente utilizando métodos convencionales. El sistema de transmisión de los vehículos eléctricos y de célula de combustible apenas emiten ruido, por lo que sofocar el ruido de la carretera y el viento se vuelve aún más imprescindible.

No más resonancia de los neumáticos

Ruedas huecas que absorben el sonido

La dirección del desarrollo de la tecnología de reducción de NVH cambia a medida que aumenta la exigencia de silencio por parte de los clientes. En el pasado, solo se enfocaba en evitar que el ruido entrara en el habitáculo, pero ahora ha comenzado a mejorar las causas del ruido y la vibración. Las ruedas huecas que absorben el sonido son un ejemplo.

La rueda hueca que absorbe el sonido es una tecnología que reduce el ruido de la carretera, especialmente la resonancia de los neumáticos. La resonancia de los neumáticos se refiere al ruido en la banda de 200 Hz generado por la vibración de los neumáticos durante la conducción. La vibración de la pared lateral del neumático, causada por el contacto con el neumático y la superficie de la carretera, provoca un aumento de amplitud de la resonancia dentro del neumático, lo que genera ruido. El sonido de resonancia generado de esta manera se transmite al interior a través de la suspensión y a la carrocería del vehículo a través de los neumáticos y las ruedas. Esta resonancia de los neumáticos es uno de los ruidos más molestos desde el punto de vista del pasajero.

Efectos de la resonancia de los neumáticos
Estructura de ruedas huecas que absorben el sonido

El núcleo de la rueda hueca que absorbe el sonido es la estructura hueca dentro de la rueda. La estructura hueca consta de una cámara hueca que actúa como cámara acústica y un orificio de absorción de sonido que parece un pequeño orificio. Al conducir un vehículo, la cámara hueca y el orificio que absorbe el sonido crean una onda de sonido opuesta al sonido de resonancia del neumático, y la onda de sonido opuesta se superpone con el sonido de resonancia del neumático para reducir el ruido.

La estructura hueca se realiza dentro de la rueda, a diferencia de la tecnología de acoplamiento de un material absorbente de sonido o resonador independiente, y tiene la ventaja de ser capaz de reducir el peso de la rueda de aluminio.

La rueda hueca de G80 que absorbe el sonido reduce hasta 5 dB en base a una rueda de 18 pulgadas, lo que disminuye aproximadamente un 44 % del ruido de resonancia de los neumáticos. Además, es hasta 4,9 kg (para una rueda de 20 pulgadas) más ligera que las ruedas normales del mismo diseño. Este efecto de reducción de peso también ayuda a mejorar la conducción.

TECNOLOGÍA CLAVE
2. Área emocional 
El sonido de motor de combustión adecuado

Diseño de Sonido Activo
(ASD, Active Sound Design)

Espacio Interior del Genesis GV80 con tecnología ASD

En el pasado, el único objetivo del desarrollo de NVH era reducir o eliminar el sonido de un vehículo, pero ahora es importante diseñar el sonido que se adapte al automóvil. Bajo un cierto nivel de silencio, lo más importante es generar un sonido de motor de combustión intenso para automóviles de alto rendimiento y un sonido pesado y lujoso para automóviles de primera calidad.

A veces, los vehículos eléctricos agregan sonido por cuestiones de seguridad; el motivo es que es difícil para los conductores sentir la aceleración debido a la falta de sonido del motor de combustión, o porque no están acostumbrados al sonido desconocido que siempre ha estado encubierto por ruidos intensos de dicho motor. Esto requiere el sonido del motor de combustión virtual o una sofisticada tecnología de reducción de ruido exclusivamente para vehículos eléctricos.

ANC y la tecnología ASD crea un sonido silencioso pero dinámico

La creación de un buen sonido comienza con la reducción de la cantidad de mal sonido que no desea escuchar. ANC es una técnica típica de reducción de ruido que cancela el ruido liberando una onda de sonido opuesta al ruido externo; esto hace que la tecnología sea práctica. Por otro lado, el que corresponde a la emoción del cliente sería el Diseño de Sonido Activo (ASD, Active Sound Design). Se trata de crear un sonido de motor de combustión enriquecido y dinámico agregando un sonido nuevo al sonido del motor existente.

La tecnología de ecualizador de sonido del motor aplicada al Veloster ofrece tres opciones diferentes de sonido del motor de combustión (refinado, dinámico y extremo) según las preferencias del conductor. El tono del motor también se puede ajustar (bajo, medio y alto) y los usuarios incluso pueden cambiar la respuesta del sonido dependiendo del uso del pedal del acelerador; el sistema permite al conductor personalizar el sonido del motor de combustión.

Que la libertad esté con su lista de reproducción

SSZ: Zona de sonido independiente
(Separated Sound Zone)

Se escucha música clásica suave en el automóvil, mientras los niños escuchan las canciones pop del momento con auriculares; esto haría que la familia pareciera desconectada. Sin embargo, la tecnología Zona de Sonido Independiente (SSZ, Separated Sound Zone) permite varios campos de sonido, incluso entre la disposición limitada de los asientos dentro de un automóvil.

En 2018, Hyundai Motor Group anunció la tecnología SSZ, que optimiza las ubicaciones de los altavoces en el habitáculo de la carrocería del vehículo, creando zonas de sonido independientes que no interfieren entre sí.

Concepto de tecnología SSZ

Los automóviles tienen muchos altavoces, y los que están en varios lugares pueden hacer que la música de fondo suene más intensa y rica en el habitáculo. Sin embargo, también significaría que cada altavoz puede hacer un sonido totalmente diferente para que cada pasajero pueda escuchar solo el sonido procedente de los altavoces que están justo a su lado.

Y, por supuesto, esto por sí solo no significa que puedan escuchar un sonido completamente diferente en cada asiento; el habitáculo no es un lugar tan grande. El sonido se mezclará. Se requiere tecnología más avanzada para que esto suceda, incluida la disposición de los altavoces y los algoritmos adecuados para minimizar el impacto de las ondas reflectantes producidas por cada sonido. También requiere construir un sistema para controlar el volumen y la fase del sonido de cada altavoz, de modo que el sonido pueda compartimentarse en cada asiento.

El sistema de control SSZ permite la compartimentación acústica dentro del habitáculo, lo que permite a los pasajeros la libertad de escuchar, o no, lo que quieren, o no, escuchar. Se espera que esta tecnología se convierta en una característica de audio cada vez más útil en el futuro de los vehículos autónomos.