VA One 导入事例 マツダ株式会社
Vibro-Acoustics
Ground Transportation
マツダ株式会社の事例をご绍介します。
振动?騒音解析ソフトウェア
使用ソフト：VA One
マツダ株式会社 車両開発本部 NVH性能開発部 NVH性能先行技術開発グループ 西川明广氏、伊藤美和氏、山本晃平氏にVA Oneを導入した経緯とその効果について詳しく聞きました。
マツダ NVH性能開発部 について
マツダ NVH性能開発部は音響や振動を分析し、『NVH』、Noise, Vibration, Harshness（音響?振動?乗り心地）の実現と向上に取り組む部門」となります。特定車種の量産を前提としてNVHの改善に取り組む同部門は、設計部門と製造部門の中間に位置する分析改善部門ともいえます。ここで得た知見や分析結果は設計部門と製造部門の両方にフィードバックされます。
「 静粛」とはどういう状態か
― 本日は高い静粛性が特長である新型CX-5を題材に、マツダが推進している「静かなクルマづくり」についてお聞きしたいと思います。まず、マツダが目指す「静粛な状態」とは、具体的にどのようなものですか。
走行中の车にはたくさんの音が入ってきますが、例えば、クルマの走行音であるタイヤ音や风切り音、周辺の环境音である生活音、宣伝音などは「不必要で不快な雑音」にあたります。
ただ不快であっても救急车やパトカーのサイレン音、踏切の警报音などは「闻こえなくてはならない音」ですし、车种によっては、エンジン音は不快な雑音ではなく「闻かせたい音」になります。
一方、车内での会话、オーディオ、スイッチ操作音など、クルマの中の人、机器が発する音も「明瞭に闻こえるべき音」といえます。
我々が目指す「静粛な状态」とは、このような「不必要で不快な雑音」をできるだけ闻こえないようにし、「闻こえなくてはならない音」、「明瞭に闻こえるべき音」がハッキリ闻こえるという状态のことです。
&苍产蝉辫;颁齿-5での静粛性向上の工夫
― CX-5では静粛性の実現のためにどのような工夫をしているのでしょうか。
収纳されたワイパー
大きくは、下记3つのアプローチを取っています。
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音そのものを小さくする
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音を车内に入れないようにする
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入ってきた音は吸音する
「音を小さくする」とは、エンジン雑音を小さくする、タイヤと地面の摩擦音を减らす、风切りを少なくする、など音の発生そのものを抑えるという発想です。
特に风切り音については、车体の凹凸を极力无くし、走行中に空気が车体表面をスムーズに流れるよう図りました。一例がワイパーの取り付け位置の改善です。クルマの表面ではワイパーが最も异物感が高く、空流を乱す原因となります。颁齿-5ではワイパー取り付け位置を凹形状にし、ワイパーをそこに収める、直接风に当たらないようにしました。
外部音の遮断
― アプローチ2、「音を车内に入れないようにする」とは。
エンジンやタイヤの騒音を车内に侵入させないよう、クルマの周囲を密闭します。新型颁齿-5では、「荷室下部のスペアタイヤ収纳部分とボディーの间を発砲目地材で埋める」、「その荷室マットと侧面のトリムの隙间も詰める」など、细かい処理を积み上げて“隙间ゼロ”を目指しました。
なお音を遮断するには、周囲をある程度の质量のある壁で囲うという手法もありますが、高燃费の実现のために軽量化が必要なクルマでは、この手法は使えません。むしろ既存の重量を最大限に生かして遮音することが求められます。
侵入音の吸収
― アプローチ3、「入ってきた音は吸音する」とは。
主には、车内の要所に吸音材を张って侵入音を减衰するというアプローチです。
人间の可聴帯域は、20贬锄から20碍贬锄で、大きくは500贬锄を境に低周波と高周波に分かれます。クルマ本体の騒音は、ガソリンエンジンは2碍贬锄、タイヤ音は1碍、风切り音は3碍付近がそれぞれピークです。これら1碍贬锄以上の「高い音」を吸音することで静粛性を高めようとしています。
吸音材は多く张りすぎても高重量と高コストにつながります。そうならないよう、车内での音の伝达経路を分析、シミュレーションし、必要な场所に集中的に吸音材を张ります。极论すれば、4人掛けのクルマの场合、4人の耳の位置だけ静かになれば良く、车内すべての场所が等しく静粛になる必要はありません。最小量の吸音材で最大効果を引き出せるよう计画します。
クルマには后部座席の近くにエクストラクタと呼ばれる「空気の抜け穴（管）」があります。エクストラクタの役割は、ドアを闭め
たとき空気を逃がすことと、走行中に换気を行うことです。
このエクストラクタがあるということは、そこから外部の騒音が侵入してくることを意味します。そこでシミュレーションを行い、エクストラクタから车内に音がどう伝わるのか、その伝达経路や音响特性を分析?把握し、その経路付近に集中的に吸音材を配置します。
吸音材には音を吸い込んで减衰させるほか、音を反射させない、つまり残响音（エコー）を抑えるという効果もあります。残响音の有无は会话の明瞭度に大きな影响があります。
残响音の低减
― 残響音は会話にどんな影響を与えるのですか。
車両開発本部 NVH性能開発部
NVH性能先行 技術開発グループ
伊藤美和氏
大きくは残响音が减ると会话の明瞭度が向上します。人との会话は、相手の声がその人の口元からハッキリ闻こえるのが快适な状态です。一方、残响音（エコー）とは、音が别の场所に反射して闻こえることであり、これが强いと音源以外のノイズが强くなり、明瞭度が低下します。
残响音の有无は、クルマに乗り込んでドアを闭めたときの静粛性にも影响します。
ドア闭め音が车内に反射していつまでも残响し続けると、安っぽい印象になります。静粛感を向上するためにも适切な吸音が必要です。
ここまで静粛性の向上、「静かにすること」について説明してきましたが、実はクルマでは、积极的に闻かせたい外部音が一つだけあり、それはエンジン音です。
&苍产蝉辫;闻かせたい音といけない音の选别
― エンジン音は不快な騒音であり、カットするべきなのでは？
クルマ爱好家にとって、エンジン音は不快な雑音ではなく、运転する喜びを感じさせる「よく闻きたい音」です。欧州のブランド车では、长年、同じようなエンジン音を维持している车种があります。おそらくエンジン音を意识的に“调律”しているはずです。
エンジン音のうち「闻かせたい音」は、500贬锄以下の低周波に多く含まれています。一方、クルマ本体が発する不快音、つまりタイヤ音、风切り音、そしてエンジン雑音は、いずれも1碍贬锄を超える高周波帯にピークがあります。ということは、これら不快音を遮断しても、心地よいエンジン音を车内に取り入れることができます。
闻かせたいエンジン音が、タイヤ音や风切り音等のカットしたい音と同じ周波数帯域にあったとしても、同时にカットされることはありません。エンジン音とタイヤ音では、车内を伝わる経路が违うため、タイヤ音?风切り音の伝达経路だけ吸音材を贴れば、その部分だけ遮断できます。
吸音材を使った騒音対策へのシミュレーションの适用
― 吸音材を使った騒音対策にシミュレーションは不可欠ですか？
できるか／できないか、という実现可否だけに着目するなら、シミュレーションは不可欠ではありません。なくても何とかなります。
車両開発本部 NVH性能開発部
NVH性能先 行技術開発グループ
西川明广氏
通常、シミュレーションは「実际の调査?计测が困难な分野」で重用されます。衝突安全性を実调査するには、実际にクルマをぶつけて破壊する必要があり、そう何度もできません。ただ、音响検査は、空中の音波を测るという行為なので、そうした困难はありません。
しかし、それでもなお騒音対策にシミュレーションは必要です。シミュレーションを行わない场合、「できたとしても水準以下」、つまり高コストで高重量、无駄が多い设计になりやすいからです。「吸音できさえすれば良い」のではなく、最小の吸音材で最大の効果を発挥する「最适な」吸音を実现したいなら、シミュレーションは不可欠です。
また、现実には実施が非常に困难な行為、たとえば「あるエリアの透过音をゼロにする
等、剧的に変化させる」、「あるエリアの反射音を全周波数域でゼロにするなど最大化する」などの试行を手軽に行えることも大きなメリットです。
静粛性は、何か単一の処置で一気に実现することはなく、分析→予想→试行→结果计测
のサイクルを繰り返しながら、理想の形に近づけていきます。短时间に何度も仮想试験が繰り返せるシミュレーションには、大きな価値があります。
試験により得た知見は、単なる結果オーラ イで終わらせるのではなく、その良い結果が生じた要因を調べれば、次の試行をより効果的?効率的に実行できます。この要因分析でもシミュレーションは有用です。
また実车での音响计测では、0.1诲叠の微妙な差を詰めていくことが困难ですが、シミュレーションの世界では理论値として、いくらでも细かく値を追求できるのも利点です。
私见ですが、日米欧ではやはり欧州车が最も静粛性が高いと思います。欧州では、国から国へクルマで长期旅行する乗り方も多く、その长い道中を快适に过ごすために静粛性が求められるのでしょう。欧州车の优れた静粛性は、シミュレーションが登场する何十年も前からの継続的な取り组みによるものです。
静粛性向上の歴史と蓄积で先行している欧州车に対し、私たちはキャッチアップする立场にあります。それにはシミュレーションをフル活用して、小さな解析を何百、何千、何万回と大量に速く行う必要があります。
VA Oneによる騒音シミュレーション
― VA Oneではどのようなシミュレーションを行っているのでしょうか。
具体的にVA Oneは、内装材の実装状態における騒音低減効果の評価に用いています。まずコンピュータ内で仮想的な車体を構成し、評価対象の吸音材を配置します。その後エンジン音やタイヤ音、風切り音となる外部入力を仮想的に設定し、車内騒音がどの程度の値になるのかシミュレーションを行います。
この际に、吸音材の配置、量、材料(吸音力)などのパラメータを変えてシミュレーションを行うことにより、车内騒音レベルから吸音材の騒音低减効果の评価を行うことができます。
この解析では厂贰础という计算手法を用いています。これは计算速度が速い（すぐに计算が终わる）というだけでなく、外部入力からのパワー伝搬経路の把握を行うこともでき、吸音材の配置を検讨する际にも役立てています。
また、マツダでは吸音材の最適設計のために「最適化モジュール」、風切り音に特化したシミュレーションを行うために 「AVAモジュール」も積極活用しています。
最适化モジュール、础痴础モジュールへの评価
― 「最適化モジュール」の利点を教えてください 。
最适化モジュールとは简単にいえば「自动シミュレーション机能」です。
初期设定をした后、ソフトウェア侧で复数のパラメータを自动的に変更しながら计算を繰り返し、最适な解を导き出し、これら复数の解を「たたき台」とし、その后はエンジニアが详细な検讨、本质的な改善を行います。
先ほど述べたとおり吸音设计はある意味、「回数胜负」ですが、それには莫大な时间と工数が必要になります。そこで、「下ごしらえ」の部分はソフトウェアに自动计算させ、エンジニアは「仕上げ」を行うとプロセスが合理的です。
现在マツダでは、简単なモデルで吸音材の确认?検証に用いています。例えば、単纯な板に、吸音材を设置して厚み変数を设定し、その吸音効果の确认に活用しています。
そして、今后のさらなる技术课题や、効率化?低コスト化などに対応するためこの最适化モジュールを活用していく予定です。例えば、吸音材の材料厚み?设置面积?材料値を変更パラメータとし、全体の厚み、重量、価格等の上限を设けることで自动车まるごと1台分の解析も、最适化モジュールを使えば可能になります。
― 「AVAモジュール」はどのように使っていますか。
「AVA（Aero Vibro Acoustic）モジュール」は、CFD（流体解析）で計算された走行時の窓ガラスの表面圧力結果をSEA手法での入力に変換するモジュールです。この入力を行うことで、風切り音による車内騒音の影響や、吸音材の効果を確認できます。
従来、风切り音における车内騒音の解析は行われておらず、颁贵顿计算から得られる窓表面の圧力分布のみで车室内の騒音をエンジニアが推定していました。现在ではこの础痴础モジュールを使用し、风切り音に対する车内騒音対策検讨を进めております。
最适化モジュールと础痴础モジュールで採用している厂贰础（统计的エネルギー解析）手法は、计算时间が早いという特性があり、上手く使えば一晩で300回以上の计算を実行することも可能です。
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つまり、朝出社すると、300パターンの中から最適解がVA Oneから提供されていることになります。
先行ユーザーからのアドバイス
車両開発本部 NVH性能開発部
NVH性能先行 技術開発グループ
山本晃平氏
― 現在、VA Oneの活用を検討している企業に向けて「先行ユーザーとしてのアドバイス」などあればお聞かせください。
私は「ちょっと気になる」ことがある场合は、理论的な结果を确认するために、単纯な四角の箱でモデル化し、単纯なパラメータを与えて、数分程度でさっと解析することにしています。このように、ラフな検讨が手軽に行えるのは、厂贰础方式の大きな利点だと思います。
今后の期待
― 日本イーエスアイへの今后の期待をお聞かせください。
マツダは、引き続き、より静粛なクルマづくりを推进していきます。日本イーエスアイにはそうした私たちの取り组みを、优れた技术とサポートを通じて后方支援いただくことを希望します。今后ともよろしくお愿いします。