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燃費の向上、排出ガスの削減、そして乗客の快適性の向上に対する新たな要求は、自動車メーカーが車両設計に取り組む方法を変え、業界全体や機械試験に特有のさまざまな課題をもたらしています。 過去10年間、MTSシステムズの主任R&Dエンジニアであるバイロン・サアリは、試験の課題に焦点を当ててきました。「それは約10年前、先進的なダンパー、つまりショックアブソーバーのサプライヤーからの非常に興味深い問い合わせから始まりました」とサアリは言います。「彼らは、"チャックル"と呼ばれる構造音現象をテストするのに適したNVHシステムについて尋ねてきました。それは非常に難しい要求でした。」 |
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バイロン・サアリはエラストマー試験技術（前景）と線形電磁アクチュエーション（背景）を統合して、構造音であるチャックルの研究に効果的な手段を開発しています。 |
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サアリが目にしていたのは、ダンパーのNVH試験が複雑化する市場の力の台頭でした。例えば、自動運転車の普及は、乗り心地と快適性により重点を置いています。軽量化された車両や静かなパワートレインは燃費を向上させ、排出ガスを削減しましたが、同時にショックアブソーバーによって生成される音の制御が難しくなっています。実際、パワートレイン、ドライブトレイン、空力音が徹底的に削減されたため、残留するダンパー音がより目立つようになっています。 空気伝播型の「スウィッシュ」音は部品レベルで比較的容易に識別し、軽減することができますが、構造伝播型のチャックル音はより厄介な問題を呈します。チャックル（「クラッター」や「ランブル」、「木材のトランク」などとも呼ばれます）はまだ完全には理解されていません。それはショックアブソーバーの本体で機械的な振動として発生し、上部マウントでのインピーダンス結合によってキャビン内で音響的なノイズに変換されます。このように、チャックルはモデルやプラットフォームに依存しており、部品レベルでは簡単に識別したり解決したりすることができません。深刻なチャックルの問題は通常、プロトタイプ段階で発見され、車両開発の予算やスケジュールに非常に大きな影響を与える可能性があります。 チャックルは機械試験にも独特の課題をもたらします。スウィッシュ音の分析とは異なり、チャックルの試験には標準化された機器や手順がありません。この現象は、どのノイズ署名が問題を引き起こすのかが常に明確でないため、試験室で再現するのが難しいのです。 「たとえ特定のショックアブソーバーに対してチャックルを引き起こす周波数を特定できたとしても、試験システムの共鳴が影響を与えるため、別の試験ベンチでそれを再現できないかもしれません」とサアリは言います。「これらの問題があるため、ダンパーサプライヤーはキャビン内のダンパーノイズに対するOEMの仕様を満たすのが非常に難しくなっています。その結果、NVH試験は開発プロセスの中で非常に重要な部分となっています。」 従来のダンパー試験機器はチャックルを特定するのに適していません。機械的な振動は、ダンパーロッドの上部で加速度計を使って測定する必要があり、高周波数では試験装置が結果に影響を与えることなく測定するのは難しいのです。 さらに、ダンパー試験システムは通常、最大入力（正弦波や道路データ）が25Hzでテストを行うために使用されます。もし試験システムで高い周波数が意図せず励起されても、一般的には問題にはなりません。しかし、チャックルは200Hzから500Hzの周波数帯域で発生します。たとえば、25Hzの正弦波が250Hzの高調波を励起すると、ピストンロッドの出力で測定されます。このデータを分析すると、ダンパー設計に250Hzのチャックル問題があると結論されますが、実際にはこれは試験システムの励起による高調波歪みの影響です。 「チャックルを効果的に分析するためには、ダンパーNVHソリューションは非常に純粋な正弦波励起を提供し、総高調波歪み（THD）が非常に少ないことが必要です」とサアリは言います。 実際、サアリはMTSで長年にわたってエラストマー試験システムとダンパー試験システムの両方の研究と開発を行ってきたため、そのようなソリューションを開発するために最適な立場にあります。彼の世界中の顧客との協力は、同社の製品ポートフォリオを形成するのに役立ち、これらの複雑な試験の微妙な点に関する深い専門知識を得ることができました。サアリは、これら両方の領域からの洞察を得て、ダンパーNVHの研究のための新しい試験システムの設計を思い描きました。それは、エラストマー試験システムの機能とダンパー試験システムの機能を組み合わせたものでした。 2014年、MTSはローリヒエンジニアリング社（全電動EMAダンパー試験システムの開発者）を買収しました。このシステムは高周波応答とプログラム可能性で有名です。線形電磁アクチュエーション（EMA）技術の追加により、新しいダンパーNVHソリューションが動き出しました。 サアリのダンパーNVHビジョンの実現は、従来のMTSエラストマーとダンパー技術、電磁アクチュエーションの融合を意味するものです。 |
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モデル853 NVHダンパーシステムは、サーボ油圧ダンパー（左）、線形電磁ダンパー（中央）、サーボ油圧エラストマー（右）の試験技術から成り立っています。 |
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ダンパーNVHの測定を、必要な700Hzまで忠実かつ正確に行うために、このシステムは、高周波エラストマー試験システムで通常使用される高帯域幅のトランスデューサーを使用します。また、エラストマー試験システムの高剛性荷重フレームと、共振モードを避けるために必要な大きな直径のカラム、厚いクロスヘッド、そしてより堅牢なベースも必要です。 |
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データ測定に影響を与える最初のモーダル周波数は700Hz以上です。 |
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線形EMA技術は、クリーンな正弦波入力と低い高調波歪みをシステムが要求するチャックル試験に理想的なソースです。MTSのEMA技術は、高力ネオジウム磁石と空気コア（鉄なし）電動モーターを組み合わせています。鉄がないため、モーターは非常に軽量で、高周波応答と高加速度を実現します。鉄なしモーターはまた、モーターと磁石間に引力がないため、速度波形を損なうコギング効果のリスクがありません。 |
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コマンド（青）と応答（赤）、15Hz励起に対する低い総高調波歪み（THD）を示しています。 |
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この融合の結果が、モデル853 NVHダンパーシステムです – ダンパーとショックアブソーバーのNVH試験のために目的特化されたシステムです。 仕様としては、このシステムは700Hzまで忠実かつ正確に測定を行い、15〜20kNの定格で、3 m/sの同時動的力と速度、1 kNの静的力を標準で提供し、容量増加オプションもあります。多用途なFlexTest®コントローラー技術により、あらゆる種類の信号（サインブロック、スウィープ、道路信号）を再現できるようになります。さらに、高帯域幅PIDF（比例積分微分前向き）制御により、指定された波形を反復なしで正確に追従できます。 |
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モデル853 NVHダンパーシステム – ダンパーとショックアブソーバーのNVH試験に特化した目的特化型システムです。 |
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サアリは、モデル853がテストラボでチャックル試験をより簡単に行い、スウィッシュや squeak などの標準的なダンパーノイズ現象の全範囲を対応し、ダンパー特性評価を行い、さらにエラストマー試験機能を提供するのに役立つと考えています。「この新しいシステムは、NVH試験分野で重要な進歩を遂げるでしょう」とサアリは言います。「それはダンパー試験ラボの中で重要なギャップを埋め、テストチームに、開発サイクルにおける持続的な問題に対処するために必要な標準化された装置を提供します。」 |
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