Dowway Vehicle の CEO である Johnny Liu 著 | 公開: 2026 年 2 月 28 日
著者注: Dowway Vehicle では、チームと私は、車の乗り心地をよりスムーズにするためのエンジニアリング ソリューションに日々を費やしています。 今日の車の購入者は、ベースラインとしての快適さを期待しています。 この基準を満たすために、特定のテストとデータの方法に大きく依存しています。 このガイドでは、騒音、振動、荒々しさ (NVH) の問題を解決するために使用する正確なツール (NTF および VTF 分析) を分析します。
- エグゼクティブサマリー
- 2.1 振動伝達関数 (VTF) の説明
- 2.2 ノイズ伝達関数 (NTF) の説明
- 2.3 NTF と VTF 間の物理リンク
- 2.4 エンジニアリング参照標準
- 3.1 コア テストの原則
- 3.2 物理的な車両テスト スキーム
- 3.3 CAE シミュレーション テスト ワークフロー
- 4.1 コア データ分析インジケータ
- 4.2 典型的なデータ分析 ケース: SUV の急上昇音
- 5.1 転送パスの最適化
- 5.2 構造設計と コンポーネントの選択
- 5.3 大量生産のトラブルシューティング
- 6.1 現在の技術的なボトルネック
- 6.2 将来の開発動向
- Q1: NTF と VTF とは何ですか。また、自動車工学ではどのように定義されていますか?
- Q2: NTF および VTF 分析を行う主な目的は何ですか?
- Q3: エンジニアは伝達関数の結果をどのように解釈して NVH の問題を見つけますか?
- Q4: 車両の不利な伝達関数を最適化または削減する最も一般的な方法は何ですか?
- Q5: NTF と VTF は、特に車両開発のライフサイクル中にどのように使用されますか?
エグゼクティブサマリー
- VTFとは何ですか？ 振動伝達関数は、ソース (ホイールなど) から物理的なタッチポイント (ステアリング ホイールなど) に移動する振動の量を測定します。
- NTFとは何ですか？ 騒音伝達関数は、その振動が実際の騒音にどのように変化して乗客の耳に当たるかを測定します。
- なぜ重要なのか: エンジニアは、NTF および VTF 分析を使用して、弱い構造スポットを見つけ、高騰する音を修正し、高額な物理プロトタイプを常に必要とせずにアイドル振動を止めます。
1. 自動車用 NVH と伝達関数の紹介
車の購入者は、静かでスムーズな乗り心地を期待しています。 自動車メーカーの場合、NVH のパフォーマンスはエンジニアリングの強みを直接示しています。 エンジン、トランスミッション、サスペンション、タイヤは、運転中に常に振動や騒音を発生させます。 これらは、ボディ構造と空気を通ってキャビンに入ります。 放っておくと、乗客の不快感を引き起こし、車両の市場の魅力に悪影響を及ぼします。
古い「設計 – ビルド テスト」サイクルには、多くの時間と費用がかかります。 現在、CAE (コンピュータ支援エンジニアリング) シミュレーション ソフトウェアは、このワークフローを高速化しています。 NTF と VTF 分析は、主なテストおよびシミュレーション ツールとして際立っています。 正確な振動と騒音の経路を測定し、構造上の弱点を特定し、トリミングされたボディ (TB) またはパワートレイン ノイズの問題を修正するためのハード データをエンジニアに提供します。
2. NTF & の核となる定義と物理的原理 VTF
2.1 振動伝達関数 (VTF) の説明
VTF は、最初の振動入力に対する特定のポイントでの振動応答の比率です。
- 物理的本質: これは、点 A から点 B への振動エネルギーの正確な伝達率を測定します。
- ユニット: 単位力 (N) または加速度 (m/s²) を適用します。 加速度 (m/s²)、速度 (m/s)、または変位 (m) の応答を測定します。 一般的な単位は m/(s²·n) または m/(s·n) です。
- 典型的な応答点: ステアリング ホイール、シート マウント、ギア シフト レバーなど、乗客が実際に触れる場所。
2.2 ノイズ伝達関数 (NTF) の説明
NTF は、最初の振動入力に対する騒音応答の比率です。
- 物理的本質: これは、振動が特定の場所で音響エネルギー (ノイズ) に変わる全体の速度を計算します。
- ユニット: 入力は、単位力または加速度のままです。 応答は音圧レベル (dB(A)) です。 一般的な単位は dB(A)/N です。
- 典型的な応答点: 運転手の右耳、助手席の右耳、後方の乗客の耳。
2.3 NTF と VTF 間の物理リンク
どの車でも、振動と騒音は密接に関係しています。 振動は、構造上のノイズの主なトリガーとして機能します。 エンジニアは、前方連鎖反応に注目します。 振動励起 → 構造伝達 → 騒音放射。
VTF は振動エネルギーの移動をマッピングします。 これにより、NTF のベースラインになります。 VTF が高すぎると、構造はほとんどエネルギーを吸収しません。 この生のエネルギーは、ボディ パネル (床や屋根など) に当たり、ノイズを放射させ、NTF を上昇させます。 このため、NTF と VTF は一致する周波数パターンを共有します。 VTF のピークは、通常、同じソースの下にある NTF のピークと並んでいます。
2.4 エンジニアリング参照標準
エンジニアは、競合他社のデータと分離目標に基づいて、厳格なベンチマークに対して NTF と VTF を判断します。
- VTF ターゲット (20 ～ 100Hz): ユニットの荷重下では、ステアリング ホイールでの速度は 0.3mm/s/n (厳密な目標: 0.2mm/s/n) 未満に保たれている必要があります。 シート マウントは 0.1mm/s/n 未満にしてください (厳密なターゲット: 0.03mm/s/n)。
- NTF ターゲット (20 ～ 200Hz): ユニットの荷重下では、主方向の音圧レベルは 55-60dB(A) 未満であり、2 番目の方向は 60-65dB(A) 未満のままである必要があります。
3. NTF & VTF テストの原則と方法論
3.1 コア テストの原則
どちらのテストでも、NVH セットアップは、テスト周波数範囲 (通常は 20 ～ 2000Hz) 内の線形システムとして扱います。 を使用しております 高速フーリエ変換 (FFT) 時間ドメイン信号を周波数ドメイン信号に変換します。 私たちも走ります コヒーレンス分析 データの線形相関を検証します。
3.2 物理的な車両テスト スキーム
テストの準備:
車両またはトリム ボディ (TB) は、標準の生産またはプロトタイプの状態である必要があります。 20±5°C、40% ～ 60% の湿度で、半無響または完全に無響室内でテストを実行します。 必要なギアには、電気力学シェーカー (0-2000Hz)、インパクト ハンマー、IEPE 圧電加速度計 (±50g ～ ±500g の範囲)、フリーフィールド マイク、マルチチャンネル DAQ システム (Siemens LMS など) が含まれます。 SCADAS) は、少なくとも 51.2ks/s のサンプリング レートです。
センサーのレイアウト戦略:
- 励起点: パワートレイン マウント (3 方向)、サスペンション接続ポイント (ショック アブソーバー タワー、下部コントロール アーム)、タイヤ センター、および排気ハンガー。
- 応答ポイント: VTF ポイント (シート レール、12 時のステアリング ホイール) 3 軸加速度計を使用します。 NTF ポイント (居住者の耳) はマイクを使用します。
テスト ワークフロー:
- セットアップと キャリブレーション。
- 興奮: 5 ～ 10N の力振幅で、正弦スイープ (1oct/min で 20-2000Hz) を実行します。
- データ収集: 1 ポイントにつき 3 回信号を記録して、変動係数を 5% 未満に保つようにします。
- 処理: FFT とコヒーレンス分析を実行します。 コヒーレンス ($\gamma^2$) が 0.8 を下回るデータは破棄します。
- 出力: 最終的な振幅/位相と周波数の曲線を生成します。
3.3 CAE シミュレーション テスト ワークフロー
- モデルの構築: CAD データをインポートして、結核有限要素モデルを構築します。 多くの場合、これらは 245 万メッシュの要素を超えています。
- 境界条件: 物理的な制約を設定し、単位力を適用します。
- 計算: OptiStruct や Abaqus などのプログラムを使用して、VTF/NTF 周波数を解く。
- 検証: 物理テスト データに対して結果を確認します。 エラー マージンを 10% 未満に保ち、必要に応じて構造設計を調整します。
4. データ分析方法と工学的解釈
4.1 コア データ分析インジケータ
- 振幅特性: ピーク周波数は、障害がどこにあるかを正確に教えてくれます。 エンジンのアイドル (20 ～ 50Hz)、エンジンの加速 (50 ～ 200Hz)、タイヤの振動 (20 ～ 200Hz)、サスペンションの共振 (10 ～ 30 Hz)、ボディ パネルのモーダル周波数 (20 ～ 100Hz) と一致します。
- 位相特性: 急激な位相シフト (0° から 180° まで) は、システムの共振に向けられ、転送速度が大幅に急上昇します。
- コヒーレンス分析 ($\gamma^2$): これは私たちの計算をチェックします。 $\gamma^2 \ge 0.8$ のスコアは、データが強力で有効であることを意味します。
4.2 典型的なデータ分析 ケース: SUV の急上昇音
- 問題: SUV は、時速 60 km で、ドライバーの耳の近くで低周波の活発な騒音 (56Hz と 112Hz) を生成しました。
- テスト: タイヤの中心に力を加え、シート マウントで VTF を追跡し、ドライバーの耳で NTF を測定しました。
- 分析: VTF は 0.15mm/s/n のピークに達し、NTF は 56Hz と 112Hz の両方で 62dB(A)/N に達しました。 これは、生の振動移動がキャビンの騒音を直接引き起こすことを証明しました。
- パスのローカリゼーション: を使用しています 転送経路解析 (TPA)、正確なルートをマッピングしました。 タイヤセンター → リアサスペンション ロアアーム → ボディフロア → キャビティキャビティ。
5. NVH 最適化におけるエンジニアリング アプリケーション
5.1 転送パスの最適化
上記の SUV のケースに続いて、112Hz の活発な騒音を解決するには、3 つの直接的な変更が必要でした。
- 構造: ダイナミック スティフネスを高めるために、ロア サスペンション アームの断面積を増やしました。
- 減衰: アームとボディの接続に新しいラバー ブッシングを配置し、減衰比を 0.25 に上げました。
- ボディフロア: モダル周波数を 112Hz ゾーンから遠ざけるために、スチフナーを床に溶接しました。
結果: VTF は 0.08mm/s/n に低下し、NTF は 53.55dB(A)/N に低下しました。 騒音が消えました。
5.2 構造設計と コンポーネントの選択
物理的な車を作る前に、CAE シミュレーションは、ボディ パネルの厚さとパワートレイン マウントの調整に役立ちます。 また、特定のタイヤ ブランド、ショック アブソーバー、頑丈なゴム ブッシングなど、振動の移動を自然に妨げる物理コンポーネントをテストし、選択します。
5.3 大量生産のトラブルシューティング
標準生産のセダンがアイドル時に深刻なシートの振動 (30Hz) に苦しんだとき、VTF テストでは、パワートレインのマウントの伝達力が 0.35mm/s/n でキャッチされました。 マウント ラバー ブッシングをより高い減衰バージョンに交換することで、VTF を 0.2mm/s/n に落とし、高価なリコールなしで迅速に問題を解決しました。
6. 技術的な課題と将来の動向
6.1 現在の技術的なボトルネック
- 高周波精度: 周波数が 1000Hz を超えると、信号の損失とバックグラウンド ノイズがはるかに困難になります。
- 非線形システム: ハードな加速や荒れた路面により、車は標準的な線形仮定の範囲外で動作し、標準的なテスト モデルを破棄します。
- データのオーバーロード: 多くの場合、エンジニアは、20 を超える異なる車両取り付けポイントから数百の転送曲線を整理する必要があります。
6.2 将来の開発動向
業界は、物理テストと CAE シミュレーションのより緊密なブレンドに向けて動いています。 自動車メーカーは、大規模なデータセットを整理し、リスクを自動的に特定するための AI ツールも構築しています。 さらに、エンジニアは、新エネルギー車 (NEV) に見られる高周波の鳴き声を処理するための新しいテスト方法を作成しています。
7. 最終的な考え
NTF と VTF 分析は、自動車用 NVH エンジニアリングのバックボーンを形成します。 振動がどのように移動してノイズに変わるかを正確にマッピングすることで、チームは問題の原因となる部分を正確に見つけることができます。 これらのツールを CAE シミュレーションとともに習得することで、自動車メーカーは、より静かな車を製造し、研究費を削減し、要求の厳しいドライバーを獲得する力を得ることができます。
8. よくある質問 (FAQ)
Q1: NTF と VTF とは何ですか。また、自動車工学ではどのように定義されていますか?
答え: 車両NVHでは、 VTF (振動伝達機能) 振動がソース (ホイール ハブのような) から触れた部分 (ハンドルのようなもの) にどのように移動するかを追跡します。. NTF（ノイズ伝達機能） 同じ振動が、乗員の耳に当たる実際の音圧にどのように変わるかを測定します。 どちらも数学を使用して、異なる周波数でのキャビンの初期の力と最終的な力を比較します。
Q2: NTF および VTF 分析を行う主な目的は何ですか?
答え: これらのテストを実行して、弱い構造スポットを見つけ、キャビンに入るまでの騒音と振動の正確な経路をマッピングします。 転送データを見ることで、硬いサスペンション ブッシングや薄いフロア パネルなど、特定の部分を選び出して、問題を拡大し、修正する明確な目標を設定できます。
Q3: エンジニアは伝達関数の結果をどのように解釈して NVH の問題を見つけますか?
答え: センサーによって生成された周波数応答曲線を注意深く調べます。 振動や騒音が設計目標を上回っているグラフで、鋭い「ピーク」を検索します。
ピークとは、構造がその特定の周波数で非常に敏感であることを意味します。 そのピーク周波数 (たとえば、30Hz) を既知のソース (エンジン アイドルなど) に照合して、根本的な原因を突き止めます。
Q4: 車両の不利な伝達関数を最適化または削減する最も一般的な方法は何ですか?
答え: 伝達関数のピークが悪い場合、Dowway Vehicle の私のチームは通常、次の方法でそれを修正します。
- 剛性の向上: 補強材を追加して、部品の共振を問題の周波数から遠ざけます。
- ダンピングのアップグレード: ゴム製のブッシングやエンジン マウントを、より多くのエネルギーを吸収する材料に交換します。
- デカップリング パス: パーツがボルトで固定される方法を変更して、複数の振動経路が互いに強化されなくなる。
Q5: NTF と VTF は、特に車両開発のライフサイクル中にどのように使用されますか?
答え: エンジニアは初日からこれらのツールを使用します。 初期の設計段階では、CAE ソフトウェアを実行して、仮想車のモデルで NTF/VTF をシミュレートして、明らかな欠陥を見つけます。 プロトタイプの段階では、実際の車をテスト チャンバーに入れて、物理番号が仮想モデルと一致するかどうかを確認します。 車が組み立てラインに衝突した後でも、VTF テストを使用して、アイドル振動などの予期しない工場出荷時の問題を迅速に診断します。
