ブレーキ振動解析の最適化

ブレーキノイズは、自動車業界において顧客からの苦情が最も多い問題の一つです。 ブレーキノイズは主に主観的な不快感の問題であり、メーカーにとっては高額な保証修理費用となりますが、ブレーキシステムの望ましくない動的挙動によって性能と耐久性が損なわれることもあります。 メーカーはサプライヤーやサブサプライヤーと協力して、最適化された新しいブレーキシステムを開発したり、既存の設計の問題に対処したりしています。

ブレーキ・システムの動的挙動は、車両のブレーキ機能および知覚性能を総合的に評価する上で極めて重要である。自動車開発において乗員の快適性は非常に重要であるため、メーカーはブレーキの鳴きをなくすことで市場シェアを獲得するため、保証修理費用を削減し、より優れたNVH（Noise Vibration and Harshness）を提供することを目指しています。特にプレミアムカーセグメントでは、潜在的な購買層にとって、音響的な快適性は購入決定に関する重要な要素です。加えて、ブレーキ音は、例えば最新の電気駆動装置の使用によってエンジン音のような他の騒音源が除去されればされるほど、ますます知覚されるようになる。

ブレーキ鳴きの原因は、ブレーキディスクとブレーキパッド間の摩擦と、その結果生じる、人間の耳には不快に感じられる周波数の振動モードの励起です。ブレーキ開発では、有限要素モデルを使用してこのような振動モードを決定し、ブレーキ形状やその他の設計手段を適切に適合させることで振動モードの発生を抑制します。

Optometスキャニングレーザドップラ振動計は、ブレーキディスク、パッド、キャリパーの表面で発生する振動を非接触で検出、解析し、3Dアニメーションで表現することができます。これにより、有限要素モデルの計算を実際の振動挙動と正確に比較し、検証することができます。

ブレーキダイナミクスを調査するために、ブレーキをモーダルハンマーで加振するか、運転状態でブレーキ振動を測定することができます。最初の方法では、ブレーキシステムのすべてのモードが得られますが、実車でドライバーが経験する典型的なモードだけでなく、締結具やカップリングが振動挙動に与える影響も無視されます。2つ目の手法では、スキャニングレーザー技術を使用して、ブレーキテストダイノ上でブレーキディスク、パッド、キャリパーから構成されるシステムの実稼動振動解析を行います。しかし、きしみ音という狙った刺激を再現することは、通常容易ではありません。オプトメトリのレーザドップラ振動計は、ブレーキ鳴きが発生した時のみ計測できるように設計されており、試験時間の短縮と試験効率の向上を実現します。

オプトメトリのSWIRレーザドップラ振動計技術は、ブレーキシステムや車両構造部品の測定に最適です。従来のHeNeベースのシステムと比較して、オプトメットのソリューションの決定的な優位性は、特にダイノで回転ブレーキディスクを測定する場合に明らかです。SWIR振動計とHeNe振動計を連続してテストした結果、HeNe振動計では光信号のノイズレベルが高すぎるため、十分な品質やS/N比の測定データが得られないことが分かりました。検査すべき共振がノイズに埋もれてしまうのです。一方、オプトメトリの SWIR レーザドップラ振動計技術を用いると、このような用途で劇的な改善が見られ、共振のピークから 40 dB ～ 50 dB 低いノイズレベルのデータが得られます。