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Il rumore della ventola non era un problema nel Maggiolone

Lo svantaggio dei materiali leggeri di oggi e dei motori più silenziosi di sempre è che i rumori indesiderati nelle apparecchiature e nei veicoli si avvertono sempre di più. Anche numerosi tentativi non bastano a soddisfare gli standard moderni. Piuttosto, è necessario indirizzare i problemi acustici in una delle prime fasi del progetto concettuale per garantire l'economicità del processo di sviluppo e il successo del prodotto. Presso la P+Z Engineering GmbH, uno dei principali fornitori tedeschi di servizi di sviluppo, l'aspetto dell'acustica viene affrontato da un team interdisciplinare di esperti nelle prime fasi di concetto e sviluppo. Qui, gli specialisti della cancellazione del rumore eseguono simulazioni strettamente coordinate e test, creano nuovi strumenti di calcolo per l'aeroacustica e analizzano le proprietà acustiche di nuovi materiali.

"Oggi il consumatore, e quindi anche il produttore, hanno aspettative molto alte in termini di acustica del veicolo e delle macchine," riferisce il Dr. Marinus Luegmair, Ingegnere Senior di Simulazione Acustica e Responsabile del Centro di Competenza (CoC) di Acustica alla P+Z Engineering. Il motivo principale è che qualsiasi utente è in grado di rilevare il rumore e valutarlo in modo soggettivo, mentre solo gli specialisti possono valutare qualcosa come la sicurezza di collisione, per fare un esempio.

Diventando le motorizzazioni sempre più silenziose, specialmente nel caso di motori elettrici, le fonti di rumore che prima non venivano rilevate ora risultano evidenti. Come sottolinea Luegmair: "Il ronzio del ventilatore del radiatore non sarebbe stato un problema nel Maggiolone della Volkswagen, non si sarebbe sentito comunque." Va aggiunto che i materiali leggeri come i compositi o l'alluminio possono rappresentare soluzioni pionieristiche per quanto riguarda il peso e i consumi, ma possono diventare un problema in termini di emissioni di rumore. Nell'acustica la regola generale è che maggiore è la massa, meglio è. Quindi se si parla di ingegneria leggera dobbiamo rivalutare gli standard di progettazione esistenti e trovare soluzioni adatte," spiega Florian Seifferth, Team Leader CAE e Simulazione e anche membro del team di specialisti.

Per affrontare con la dovuta professionalità questo nuovo campo in continua espansione, il fornitore di servizi di sviluppo P+Z Engineering sta adottando un approccio interdisciplinare: il core team del Centro di Competenza di Acustica riunisce specialisti da tutti i campi, spaziando dalla simulazione alle procedure di test e dinamica strutturale, fino alla progettazione del suono, al fine di coordinare il know-how e le capacità dei vari reparti. Si evita così il bisogno di interfacce, in modo da non avere interruzioni nel flusso di informazioni e poter implementare i progetti in modo più rapido e completo. "Per esempio, nel caso di un ordine per un produttore di veicoli commerciali, la simulazione e i risultati dei test hanno registrato scostamenti di fattore 100," rammenta Seifferth. "Solitamente in una situazione come questa si spenderebbe un sacco di tempo a dubitare dei risultati e a cercare di localizzare eventuali errori. Ma nel nostro caso, in sede di riunione del team abbiamo presto capito che i sensori di test erano montati su supporti speciali. Dopo aver aggiustato il calcolo tenendo in considerazione questo fattore, i risultati coincidevano."

Eliminazione del rumore in pre-prototipazione

Un aspetto fondamentale del lavoro degli esperti di acustica è la prevenzione del rumore, in quanto il rumore indesiderato viene normalmente associato a una scarsa qualità e pertanto può compromettere il valore percepito del prodotto. Provare ad affrontare questi problemi appena prima della produzione in serie generalmente comporta costi elevati per le modifiche agli utensili e per la rilavorazione. Solo il retrofit della portiera sferragliante di un'auto con feltro fonoassorbente comporterebbe un costo aggiuntivo di circa 1,6 milioni di euro su una base di 150.000 portiere all'anno. Per evitarlo è necessario risolvere i problemi di acustica il prima possibile nel processo di sviluppo, idealmente prima della fase iniziale di prototipazione. "Grazie al nostro approccio interdisciplinare, possiamo stabilire una stretta coordinazione fra simulazione e test e quindi fornire subito un feedback ai progettisti," spiega Daniel Plum, Team Leader di P+Z Engineering, responsabile dei test e della supervisione del progetto all'interno del Centro di Competenza di Acustica.

Per fare una parete più sottile, per esempio, si possono simulare varie alternative e valutarle. Per la validazione conclusiva dei risultati è comunque necessario effettuare i test convenzionali. Mettere insieme queste due linee di sviluppo, spesso al contempo divergenti, si presenta così il vantaggio di consentire l'analisi di qualsiasi modifica, nonché di problemi geometrici relativi al processo, in fase iniziale: "Per esempio, nelle officine di verniciatura interne le scocche sono immerse in un bagno di vernice (CPD: verniciatura a immersione per cataforesi). Per garantire una corretta verniciatura, e anche per consentire poi ai residui una corretta sgocciolatura, all'interno della scocca vengono lasciati dei fori passanti. Tali fori però comportano problemi acustici da risolvere che si manifestano più avanti nello sviluppo del veicolo," spiega Plum.

Progettazione del suono in funzione della domanda soggettiva

Un'altra area tematica relativamente recente è quella della psicoacustica e della progettazione del suono. Domande su come rumori diversi sono percepiti dall'utente, su come è possibile rendere oggettive le impressioni e quali suoni sono forse persino prevedibili, stanno diventando sempre più importanti per i produttori in quanto la tecnologia in generale si fa sempre più silenziosa, e non solo nell'industria automobilistica. "La progettazione del suono è ora un problema anche per il settore degli elettrodomestici. Se l'utente non sente un click quando accende la lavatrice potrebbe allarmarsi e quindi dubitare dell'affidabilità e/o della qualità dell'apparecchio," spiega Plum.

Di conseguenza, gli esperti di acustica attualmente stanno sviluppando strategie specifiche per le varie situazioni con l'obiettivo di generare i rumori in modo artificiale. Sulla base di valutazioni psicologiche sono in grado di individuare uno spettro acustico gradevole adatto all'area di applicazione e che soddisfa le aspettative del cliente.

Guardando al futuro: nuovi campi acustici e nuovi materiali

Gli specialisti di acustica di P+Z Engineering attualmente stanno anche lavorando intensamente sull'aeroacustica, ovvero l'analisi del rumore generato in modo aerodinamico. Fino ad ora questo campo è stato principalmente una prerogativa delle università, e solo ora sta cominciando a prendere piede nell'industria. Poiché il tema è ancora molto nuovo, per progetti di questo tipo per prima cosa è necessario sviluppare metodi sistematici. "I test nella galleria del vento sarebbero molto costosi, per questo si tenderà a scegliere il metodo della simulazione," afferma il Responsabile del Centro di Competenza Luegmair. "Detto ciò, i calcoli del flusso devono essere più accurati di molti ordini di grandezza rispetto ad altre applicazioni. Per raggiungere questo obiettivo senza incorrere in tempi di calcolo troppo lunghi, stiamo indagando su quanto si potrebbe fare utilizzando approssimazioni e quali aspetti potrebbero essere indispensabili." I primi progetti sono già iniziati: per esempio, è stata condotta la simulazione CFD di un intero veicolo per valutarlo nella sua attuale fase di sviluppo e per identificare i miglioramenti. 

Si sta anche lavorando sull'integrazione di nuovi materiali. Questo potrebbe coinvolgere l'ottimizzazione dell'acustica di un componente CFRP, per esempio, o la produzione di schede di materiale che documentano le reazioni di varie sostanze fra loro. Il Centro di Competenza di Acustica collabora a stretto contatto con la commissione di esperti P+Z per i Materiali Compositi e la Progettazione di Interni. "Mettendo insieme il know-how in questo modo, possiamo offrire soluzioni complete invece di coprire aree parziali," conclude Seifferth. Le conoscenze e l'esperienza acquisite vengono anche trasferite allo staff attraverso presentazioni interne, e agli studenti interessati mediante collaborazioni con scuole tecniche e università a Monaco e Ingolstadt, allo scopo di ispirare una nuova generazione di ingegneri ad abbracciare il tema sfaccettato dell'acustica.

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