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El crecimiento del mercado de vehículos eléctricos o híbridos está enfrentando nuevos retos en la calidad acústica de sus productos, ya que el comportamiento de emisión acústica de las transmisiones eléctricas es claramente diferente. Este fenómeno está siendo analizado por el Instituto de Ingeniería de Producto (IPEK) del Instituto Tecnológico de Karlsruhe (KIT).

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La radiación acústica en sistemas de conducción eléctrica

La comodidad de un auto es un criterio esencial al momento de adquirir un vehículo y la calidad acústica juega un papel primordial, especialmente, para los vehículos con transmisiones eléctricas, ya que el sonido no es enmascarado por el funcionamiento del motor de combustión (Figura 1).Figura 1: Imagen esquemática del ruido de fondo que cambia cuando se usa un motor que no es de combustión

Uno de los retos con el ruido interior en los vehículos, es que los métodos y experiencias carecen de información con respecto a la excitación del ruido y su mecanismo de transmisión. Otra cuestión, es que, con los sistemas de conducción eléctricos e híbridos, el ruido interior se hace aparente dependiendo de la topología del motor eléctrico y de la transmisión, capas superiores y componentes tonales, de ahí la importancia de considerar estas fuentes de ruido durante el desarrollo.

Otra gran diferencia, es el alto intervalo de las revoluciones por minuto (rpm) en los motores eléctricos en comparación con los motores de combustión. Por consecuencia, las excitaciones causadas por un motor eléctrico son en general de un orden mayor, resultando en frecuencias de excitación mucho más altas. Debido a esto, el motor eléctrico necesita una nueva evaluación y examinación para cada vehículo. (Figura 3)

Con el fin de evaluar la calidad acústica del ruido interior en vehículos eléctricos, es indispensable analizar la potencia acústica emitida por la transmisión en un intervalo de frecuencia de 20 Hz hasta aproximadamente 16 kHz. Solo entonces, es posible estimar la contribución de ruido de la transmisión – en combinación con la transferencia de ruido de la estructura mecánica al cuerpo del auto – al interior del vehículo.

Figura 2: Conflictos acústicos y retos relacionados a la sustitución de motor de combustión

Figura 3: En general, las excitaciones de un motor eléctrico con rpm altas son de un orden mayor en comparación con la excitación de un motor de combustión

En términos de la ecuación base de la acústica de la máquina, la potencia acústica emitida está directamente relacionada con el cuadrado de la velocidad normal a la superficie radiante de la transmisión o los componentes individuales pueden ser aproximados y validados por la medición de la velocidad de la superficie.

La velocidad superficial se puede medir y reproducir en bancos de prueba que no necesariamente deben ser anecoicas. Este procedimiento permite calcular la contribución de las subsuperficies individuales al ruido total, permitiendo un análisis de la excitación y trayectoria del sonido a nivel estructural.

Como parte del programa de investigación, el IPEK llevo a cabo las mediciones acústicas en una celda de prueba anecoica de transmisiones en donde se examinaron las características acústicas de la trasmisión eléctrica.

Con el fin de adquirir y analizar las cantidades acústicas eléctricas y mecánicas se examinó la velocidad superficial en la transmisión en puntos críticos de operación con un vibrómetro láser 3D, el estudio se enfocó principalmente en el motor eléctrico y el mecanismo de engranaje.

Las mediciones mostraron elevaciones en la velocidad superficial a las elevaciones de la presión acústica en el campo lejano. Durante el análisis los investigadores descubrieron por medio de altas resoluciones de velocidad superficial que las excitaciones de la estructura derivadas del motor eléctrico son emitidas principalmente por los engranajes acoplados.

“La validación de sistemas técnicos en cada fase del desarrollo es un tema central en el desarrollo de productos. Para este propósito, el IPEK está desarrollando un marco de referencia (XiL) X-in-the-Loop, un método universal relacionado al proceso de validación de sistemas técnicos con un enfoque primordial en el desarrollo de sistemas de conducción de vehículos”. Prof. Dr. Ing. Albert Albers jefe del IPEK 

El estudio de IPEK prueba que existe una estrecha relación entre la distribución de la velocidad superficial y la medición de presión acústica en el campo lejano. Las altas frecuencias de excitación de la transmisión eléctrica con los engranajes acoplados se pueden capturar sin problema por medio del sensor óptico que cuenta con una alta resolución espacial y un principio de medición sin contacto.Como parte de un análisis mucho más profundo, la excitación y transmisión mecánica de vibraciones estructurales podrían limitarse aún más permitiendo análisis más selectivos a nivel de componente.

 


Referencia: Polytec. InFocus Magazine “The silence of the Engine” pág. 18-21 [documento en línea https://issuu.com/polytecgmbh/docs/om_infocus_2016_e_42412?e=11852017/37451920 acceso: julio de 2016]. 

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