Araç NVH performansının iyileştirilmesini hedefleyen yöntemlerin geliştirilmesi ve uygulamaları

Bugünün rekabetçi otomotiv dünyasında, araç kabini içerisindeki gürültü seviyesinin olan katkıların ayrıştırılması suretiyle kabin içi gürültü seviyelerinin analizi, bu gürültülerin azaltılması için fırsatlar yakalanması açısından oldukça önemlidir. Müşterisine daha rafine ve memnuniyet verici kabin içi gürültü seviyesine sahip araçlar sunabilmek için bu gürültü seviyesini iyileştirici fırsatları yakalayabilmek, bir otomotiv üreticisine rakipleri karşısında önemli bir avantaj sağlar. Çalışmamızın birinci aşamasında, Acoustic Source Quantification (ASQ) ve İstatistiksel Enerji Analizi (SEA) yöntemlerini kullanarak araç kabini içerisindeki gürültü seviyesinin modellenmesi amaçlanmıştır. İkinci kısmın teori bölümünde açıklanan ASQ Doğrudan Yöntemi, Panel Katkıları Analizi (PACA) gerçekleştirmek için kullanılmıştır. Buradaki amaç, kabin içi gürültü seviyesine olan panel katkılarının ayrıştırılarak gürültü seviyesinin iyileştirilmesi için olası fırsatları elde etmektir. Motordan kabin içerisine olan hava yollu katkıları belirlemek için, ikinci kısmın teori bölümünde açıklanan ASQ Dolaylı Yöntemi kullanılmıştır. MATLAB programı aracılığı ile kurulan katkı modeli ile (PACA ve Motor ASQ) kabin içi gürültü seviyesi hesaplanmış ve test verileri ile olan ilgileşimi incelenmiştir. Katkı modeli ile gerçekleştirilen devam analizleri ile kabin içi gürültü seviyesine olan panel katkılarına odaklanılmış ve gürültüye en çok katkı yapan gövde panel bölgeleri belirlenmiştir. Belirlenen panel bölgelerindeki titreşimlerin azaltılması için karşı önlemler belirlenmiş. Panel katkıları analizinin iyileştirme çıktıları olan bu karşı önlemler araca uygulanması ile birlikte kabin içi toplam gürültü seviyesinde ilgili motor devri bölgelerinde 3 dB(A)'ya kadar iyileştirme elde edilmiştir. İlk faz çalışmalarının ana odak noktası olan panel katkıları analizine ek olarak, korele bir araç SEA modeli üzerinde ön göğüs izolatörünün kalınlık optimizasyonuna çalışılmıştır. Burada amaç kalınlık optimizasyonu gerçekleştirirken, motor kompartımanından kabin içerisine olan akustik transfer fonksiyonunda bir performans kaybı oluşmamasıdır. SEA modeli üzerinden gerçekleştirilen kalınlık optimizasyonu çıktısı olan ön göğüs izolatörünün prototipi oluşturulmuş ve araca montajı gerçekleştirilmiştir. Bu ön göğüs izolatörü hem panel katkılarını iyileştirme çalışmalarında araç üzerinde bulunmuş, ondan önce de motor kompartımanından kabin içerisine olan akustik transfer fonksiyonu doğrulaması yapılmıştır. Bu doğrulama ile SEA yöntemi çıktılarına da uygun olarak akustik transfer fonksiyonunda bir kayıp oluşturmadığı doğrulanmıştır. Ürün geliştirme sırasında, kabin içi gürültü seviyesinin iyileştirmesi ve hafiflik azaltma amacıyla panel katkıları yöntemi ve istatistiksel enerji analizi yöntemi birlikte kullanılabilecek yöntemler olarak önerilebilir. İkinci faz çalışmalarında, düzlem dalgaya maruz kalan çok katmanlı bir gözenekli malzemenin ses yutum davranışının öngörülebilmesi için transfer matrisi yöntemi ile analitik modeli oluşturulmuştur. Bu çalışmalardaki amaç, bu analitik modeli kullanarak, keçe tipi gözenekli yutucu malzemenin ağırlığını arttırmadan ses yutum katsayısını orta frekans bölgesinde daha yüksek performans elde etmek amacıyla değiştirebilmektir. Bu amaçla, analitik model kullanılarak her bir katmanın tipini ve kalınlığının en uygun tipte ve kalınlıkta olacak şekilde seçilmiştir. Analitik model sonuçları daha sonra fiziksel test sonuçları ile doğrulanmıştır. İkinci faz çalışmaları üç kısımdan oluşmaktadır. Birinci kısım, düzlem dalgaya maruz kalan çok katmanlı bir gözenekli malzemenin ses yutum davranışının öngörülebilmesi için transfer matrisi yöntemi ile analitik modeli oluşturulmasını anlatmaktadır. İkinci kısım, ağırlığını arttırmadan orta frekans bölgesinde daha yüksek ses yutum katsayısı elde edilen çok katmanlı gözenekli malzemenin analitik model sonuçları verilmiştir. Keçe tipi yutucu malzemelerin ses yutum katsayıları genellikle orta frekans bölgesinde yüksek frekans bölgelerine kıyasla daha düşüktür. Poliüretan tipi maliyeti yüksek ve ağır malzemeler orta frekans bölgelerindeki yutum performansları nispeten yüksek olmakla birlikte ağırlık ve maliyet dezavantajı getirmektedir. Maliyet ve ağırlık avantajından dolayı kullanılmak istenilen keçe tipi yutucu malzemelerin bazı durumlarda orta frekans ses yutum performanslarının iyileştirilmesi istenebilir. Bu gibi durumlarda, ikinci faz çalışmalarında da belirtildiği gibi, geliştirilen analitik modelleme ile ve deneysel sonuçlarda da paylaşıldığı gibi toplam ağırlığı değiştirmeden keçe tipi malzemeye ek olarak elastik film ve hava boşluğu ile çok katmanlı bir yapı elde edilerek orta frekans ses yutum performansı yüksek bir yutucu malzeme oluşturulabilir. Üçüncü kısımda, analitik model sonuçları fiziksel test sonuçları ile doğrulanmıştır. Değişik konfigürasyonlar için analitik model sonuçları ile fiziksel test sonuçları arasında ses yutum katsayısı genlikleri ve frekansa bağlı olarak değişim davranışı üzerine yüksek bir uyum elde edilmiştir. Bahsedilen ikinci faz çalışmalarının çıktısı olarak başlangıç koşulundaki tek katmanlı keçe tipi yutucu malzemeyle karşılaştırıldığında % 12 daha düşük ağırlık ile yüksek frekanslarda ortalama %20 düşüş ile birlikte orta frekans bölgesinde % 35 daha yüksek ses yutum performansı elde edilmiştir. Üçüncü faz çalışmalarında, transfer matrisi yöntemini kullanarak ana boruya bağlı olan helisel yan dal borularından oluşan bir hava emiş sistem rezonatörünün iletim kaybını hesaplayan bir analitik modeli oluşturulmuştur. Bu rezonatör sistemi, ilgili parametrelerini ayarlayarak, bir araca uygulanmak üzere, aracın hava emiş sisteminden yayılan gürültüyü azaltma amacına uygun olarak 1000 Hz frekans bölgesinden daha düşük frekanslarda çalışacak şekilde tasarlanmıştır. Bu rezonatör sistemi ayrıca sıkı motor bölgesi paketleme ihtiyaçlarını karşılamaya uygun olarak fazladan bir hacme ihtiyaç duymamaktadır. Bu rezonatör sistemi, helisel rezonatör olarak adlandırılmış, geometrik parametreleri değiştirilerek çalışması istenilen frekans bölgesinde çalışması ayarlanabilmektedir. Bu çalışmada tasarlanan helisel rezonatörün geometrik parametreleri, seçilen aracın ihtiyacına uygun olarak 300 Hz – 600 Hz frekans aralığında çalışacak şekilde ayarlanmıştır. Geliştirilen helisel rezontörün analitik model sonuçlarını doğrulamak amacıyla bir nümerik modeli oluşturulmuştur. Nümerik model sonuçları ile analitik model sonuçları arasında belirgin bir uyum elde edilmiştir. Ardından hızlı prototipleme yöntemi kullanılarak geliştirilen bu helisel rezonatörün prototipi üretilmiştir. Üretilen fiziksel prototip, parça seviyesi iletim kaydı ve basınç düşüşü fiziksel deneylerinin ardından araç üzeri gürültü testlerini gerçekleştirmek üzere belirlenen 1.6 litre benzinli test aracı üzerine monte edilmiştir. Bahsedilen üçüncü faz çalışmalarının çıktıları olarak, geliştirilen 1 boyutlu analitik modelleme yaklaşımı 0-1000 Hz frekans bölgesinde nümerik sonuçlar ile tatminkâr seviyede uyum içerisindedir. Fiziksel iletim kaybı ve basınç düşüşü test sonuçlarının nümerik analiz sonuçları ile uyum içerisinde olduğu da gözlenmiştir. Araç üzeri gürültü test sonuçları yorumlandığında, geliştirilen helisel, çalışma frekansı ayarlanabilir hava emiş rezonatör sisteminin kullanılması, belirlenen test aracının hava emiş sisteminden yayılan gürültüde belirgin bir iyileşme oluştuğu görülmektedir. Bu iyileşme kabin içi gürültü seviyesine de yansımış ve müşteri kullanım koşullarında, hızlanma manevrasında kabin içerisinde hissedilen hava emiş sistem sesinde belirgin bir azalma oluşmasını sağlamıştır. Tüm bu sonuçlar ile birlikte, geliştirilen helisel, çalışma frekansı ayarlanabilir hava emiş rezonatörü, hava emiş sisteminden yayılan gürültünün yüksek olduğu, motor kompartımanı küçük dolayısı ile paketleme kıstasları sıkı olan araçlar üzerinde kullanılması önerilebilir. Hızlı prototipleme yöntemlerinin yaygınlaşma, daha hızlı ve ucuzlama eğiliminde olduğu günümüz dünyasında önerilen rezonatör sistemlerinin yaygınlaşması da kaçınılmaz olacaktır