自動車のノイズ、振動、ハーシュネス低減

自動車業界は急速に変化しています。

内燃機関（ICE）からハイブリッド技術を介した電気自動車（EV）へと移行するにつれ、自動車エンジニアの優先事項も変化しています。未来の自動車のNVH（Noise, Vibration and Harshness）に関する検討事項が大幅に変更されることが明らかになっています。

ノイズ・振動・ハーシュネスとは

ノイズ

ノイズ（騒音）とは、振動に起因するもので、空気などの媒体を伝わる音波の結果として聞こえる音の総称です。

振動

振動とは、剛体や弾性体、あるいは媒体が、ある平衡した位置や状態から強制的に、周期的あるいは往復の運動などをすることです。

ハーシュネス

音の大きさだけではなく、音の周波数や時間の構造に基づいて、音響心理学的に、人間の知覚を考慮し定義されたものです。

自動車業界が電気自動車やハイブリッド車へと移行していく中で、NVHは新しいソースと既存のソースの両方から開発される（あるいはより明らかになる）でしょう。電動モーターを搭載したパワートレインの構成はまだ発展途上ですが、内外装の部品はほとんど変わりません。車両の電子機器、ギアボックス、モーター、路面とタイヤの接触面、空力から発生するノイズや振動は、これまで内燃機関によって部分的または全体的に隠されていたNVHを管理するために、エンジニアに新たな課題を突きつけます。エンジニアは、これらのノイズを克服し、進化する顧客の期待に応えるための新しいソリューションを開発する必要があります。

NVHに影響を与える変化

駆動系の電動化が進むにつれ、エンジニアは車両のNVHを生み出す以下4つのカテゴリーに、より注意を払う必要があります。

1. 内燃機関（ICE）によって隠されていたノイズ
2. お客様の期待とNVHマネジメント
3. 電動モーターによるインテリア調整機構
4. 駆動系、メカトロ系ともに電動モーターの搭載数が増加

これまで隠されていたNVH

内燃機関を電気自動車のドライブトレインに置き換えることは、これまで隠されていたノイズが車の乗員に聞こえるようになることを意味します。路面の変化による音の乱れ、きしみ、がたつきなどは、車両や部品のエンジニアがより真剣に検討し、設計する必要があります。

NVHマネジメント

電気自動車は室内が静かだというイメージがありますが、実際はそうではありません。設計次第では、非常に静かにすることができます。しかし、キーキー音、ラトル音、トーンノイズ、タイヤノイズ、空力ノイズを低減するためには、さらなる開発作業とテストが必要です。「The devil is in the detail（悪魔は細部に宿る）」という有名な言葉がありますが、これは小さなディテールが大きな影響を与えることの重要性を強調しています。

インテリア調整機構

自動車のインテリアデザインには、さまざまな要素があります。

ドライブトレインの電動化により、内燃機関の廃止、電動モーター駆動の小型化、トランスミッションのほぼゼロ化、バッテリーのキャビン下への配置などが行われています。これらの変化は、従来の内燃機関自動車では不可能だった新しいインテリアデザインの可能性をもたらします。そしてそれは、現在の電気自動車では一般的になりつつあります。

もうひとつの要因は、自動運転への移行で、車内のレイアウトや、回転シートやリクライニングなどのシート調整の選択肢が増えたことです。また、自動開閉ドアシステムのようなメカトロニクスも、より一般的になるでしょう。

動作を楽にする機能は、新たなノイズや振動を発生させます。お客様や乗員の期待に応えるためには、NVHを低減するために、これらのインテリア機能を駆動するモーターには、寿命までスムースに動作する低摩擦部品を開発する必要があります。

電動モーターの増加

ギアボックス、シートスライダ、テールゲートなど、より多くの車両機能が電動化されると、車内のモーターノイズが増加します。しかし、ハイブリッド車や電気自動車への移行に伴い、エンジニアは電動モーターから発生するNVHの低減により多くの時間を費やす必要があります。これまで内燃機関によって隠されていたノイズが顕在化する可能性があり、電動モーターから発生する音の響きを人間がどう感じるかを理解するためには、プロミネンス比やその他の音響心理学的パラメータを測定する必要があります。

もう一つのトレンドは、ドライバーとパッセンジャーの快適性を重視することです。自動車メーカーは、高級車と肩を並べ、顧客が求める機能を提供するために、メカトロニクス機能や調整機構を継続的に開発しており、電動モーターの導入が増加しています。

未来のクルマのNVHへの懸念

このような変化に伴い、以下のようなNVHの課題が生じています。

キーキー音 - 2つの表面が相互に移動する際の滑り摩擦による表面の励起で、摩擦係数と表面の粗さに影響される。

ラトル音 - 動作や振動が接合部の隙間・ガタを超えたときの衝撃による広帯域のノイズ。

作動音質 - 実稼動時の音質。ドアを閉める、窓のモーター音、スイッチのクリック音など、車内での人間の動作によるノイズを人間が感じること。

ワイン音 - モーター、ギアボックス、モータースイッチングエレクトロニクスなどから発生する、狭い周波数帯域を持つ音調のノイズ。これがあると強く感じられ、気になることがある。
タイヤノイズ - タイヤと路面の相互作用によって発生する。将来の自動車でも当然除去されることはなく、内燃機関によるノイズの低減・除去に伴い、低・中速域での存在感が増すことになる。低周波では、シャシーからの入力によってラトル音の認知度が高まるが、中高速では空気中に存在するため、車両の密閉性やサウンドパックに一層の注意を払う必要がある。

エアロダイナミック・ノイズ - 他のマスキング・ノイズが減少するにつれて、このノイズも高速ではより知覚しやすくなる。この音源は一般的に乱流に起因するもので、Aピラー、ミラー、サンルーフなどで流れが分離し、構造体に再付着する際に感じらる。この高周波ノイズは、車両、ドアシール、アンダーボディ、グレージングシステムに細心の注意を払う必要がある。

サンゴバンによるNVHの改善

サンゴバン・グループは、これらすべてのノイズカテゴリーにおいてNVH性能を向上させることができる製品と知識を独自に持っています。

ノルグライドすべり軸受は、PTFE層が低摩擦の軸受面となり、回転部品のキーキー音を改善します。

ノルグライドベアリングとレンコールトレランスリングは、シャフトとハウジングの間の接合部品として、クリアランスを排除し、ミスアライメントを吸収し、必要な公差を緩和することで、ガタツキを防ぐことができます。さらに、異種材料の接合部では、クリアランスを変更するのではなく、接合部で熱膨張差を吸収することができます。また、低摩擦でクリアランスのない接合部を実現することで、音質面でもメリットがあります。これらの製品の特徴を組み合わせたのが、当社のスプリングライド（SPRINGLIDE™）ソリューションです。

トレランスリングは、部品間の3次元スプリングの役割を果たします。そのため、電動モーターの接合部を調整することで、ステーターの電磁振動をハウジングから切り離すことができます。

タイヤノイズに関連する空気中の騒音伝達関数（ANTF）は、サウンドパック処理と車両の密閉化によって改善することができます。当社のサウンドパックサプライヤーであるPritex社は、自動車用サウンドパックの開発に豊富な経験を持っています。

サンゴバンのNVH試験能力

NVH開発チームは、これらの多くの製品の試験と開発を行っています。

ブリストルにある半無響室では、騒音、振動、伝達性の測定と評価を行うことができ、運転状態でのモーターのオーダー分析や、特定のプロジェクトに合わせたカスタム要件にも対応しています。

車両の密閉性については、塗装されたボディや実車と同等のボディホールサイズ（PBHSとFVBHS）や製造上の適合性についてアドバイスすることができます。

サンゴバンの製品やNVH低減における役割について詳しく知りたい方は、サンゴバンのエンジニアに相談してみてください。私たちは豊富な経験を共有することができます。お問い合わせ、またはEメール： makingabigdifference@saint-gobain.com.