電動二輪車と三輪車向けの信頼性の高いオーディオシステムの設計

今日の経済・環境の状況において、ほとんどの企業や個人にとってコスト削減と効率向上が最優先事項となっています。交通分野では、電動二輪車・三輪車は、導入コストと運用コストの低さから、電気自動車や従来の内燃機関車に代わる人気の選択肢となっています。また、その独自のフォーマットは、特有の課題と新たな可能性をもたらします。これらの車両は、オープンエア設計、ほぼ無音の走行、重量制限の低さ、車体の小型化といった特性を持つため、統合されるオーディオシステムの重要性がますます高まっています。

電動車両におけるオーディオの重要性

適切に設計されたオーディオシステムは、ユーザーにとって自然に馴染み、車両の一部として違和感なく機能します。しかし、それが当たり前に感じられるからといって、その重要性が薄れるわけではありません。運転者と歩行者の安全を確保するための要件も考慮する必要があります。一般的に小径のタイヤと電動モーターを採用するこれらの車両は、走行時の騒音が最小限であるため、歩行者に車両の存在を知らせる歩行者警告システムの導入が必要となります。この問題は低速走行時に特に顕著で、電動モーターの高周波音がほとんど発生せず、タイヤからのノイズもほとんど発生しないため、一層深刻になります。適切なオーディオアラートを活用することで、運転者と歩行者が互いの存在を認識しやすくなり、衝突のリスクを低減できます。

安全要件に加えて、現在の車両状態を運転者に通知するためにさまざまな音声アラートが使用されます。特にバッテリー残量などの車両状態の更新情報は、緊急性を伝えつつも過度な警戒感を与えないことが求められます。また、車載GPSナビゲーションは、明瞭で理解しやすい音声でありながら、情報過多にならないバランスが重要になります。当社の超音波センサーの基礎ブログでも紹介しているように、超音波センサーは、大型の三輪バイクなどを含む車両の接近警報として広く活用されています。ほとんどの車の運転手なら、障害物に近づくにつれて音の緊急度が増していくオーディオアラームに馴染みがあるでしょう。さらに、二輪車や三輪車はその小型設計が理由で盗難のリスクが高いため、大音量で鋭い警報音を発するアラームの導入を検討する必要があります。これらのアラームシステムには、希望の音量、サイズ、使用の柔軟性、および電力要件に応じて、圧電ブザー（ピエゾブザー）や磁気ブザーを併用できます。これらの技術の違いについては、ブザーの基本ブログ記事で詳しく紹介しています。スピーカーも選択肢の一つであり、同じ音源から多様な音を出力できるという利点がありますが、その分、駆動回路の設計が複雑になり、より高い電力が必要になるという課題があります。

もちろん、これらの例は新車に適した設計であるだけでなく、その多くが国際規制の対象となります。例えば、UNECE R138 は国連が制定した規制で、2019年以降、通常の運転時に十分な音を発しないすべての新型電動車両（二輪車・三輪車を含む）に対して、警告音発生装置の搭載を義務付けています。このような規制は、設計プロセスの指針となり、開発の負担を軽減する助けにもなります。しかし、これらの規制を遵守しなければ、自動車メーカーや設計者が各国市場で車両を販売する際に大きな障害となる可能性があります。

電動車両における主要なオーディオ設計の考慮事項

設計プロセスにおいて、要件を明確にした後は、これらの車両特有の課題を考慮する必要があります。多くの場合、電動二輪車・三輪車は外部環境に対して完全に開放されています。雨、雪、ほこり、泥などが、通常密閉された車では決して予想されない方法でオーディオ機器に悪影響を与えることが考えられます。さらに、車両の振動や、意図的な/意図しない運転者の取り扱いによる負荷といった、すべての車両に共通する課題も加わります。Same Skyでは、防水オーディオソリューションを提供しています。IP規格に準拠した製品の採用や徹底したテストを実施することで、悪天候による影響からオーディオコンポーネントを守ることが可能です。

しかし、耐久性が優れていても、オーディオ設計の要件を満たさないシステムでは意味がありません。オープンな環境では外部の騒音が直接入り込むため、車内スピーカーは運転者に向けて最適に調整され、適切な音量で十分な明瞭性を確保する必要があります。周囲の騒音や路面ノイズの変化に応じて音響環境に適応するシステムは、オーディオの品質向上において優位性を発揮します。密閉型の車両では、アクティブノイズキャンセレーションの試験が進められています。これをオープンエアの二輪車・三輪車に適用するのは極めて難しいですが、異なる車両の音響品質を向上させるための発想の転換の好例といえます。

前述のとおり、これらの車両はオープンエアであるだけでなく、より小型かつ軽量です。オーディオ機器を選定する際には、限られたダッシュボードや操作パネルのスペースに収まるコンパクトな設計が求められます。これらの車両では、スピーカーを視界から隠して設置できる場合でも、現在市販されている最も小型の四輪車と比較しても、利用可能なスペースが限られています。これらのオーディオシステムは、ECU（バッテリー状態の監視など）、ナビゲーションシステム、モバイルデバイスと連携する必要があるうえ、Bluetoothなどのワイヤレス通信規格にも対応しなければならないため、スペースの制約はさらに厳しくなります。もちろん、これは決して不可能な課題ではなく、より効率的なスペース活用と軽量化への工夫が求められる設計ということです。Same Skyのマイクロブザーやマイクロスピーカーは、限られたスペースでの設計に対応するための有効なソリューションとなります。

また、これらの車両のすべてがオフロード走行を前提としているわけではありませんが、多くの場合、通常の車両よりも荒れた路面環境に直面する可能性があります。これらの過酷な地形では、軽量なフレームがねじれたり動いたりしやすく、小型のサスペンションシステムでは車体からの振動が搭載機器へ直接伝わることが多くなります。機器に定められた許容範囲を超え、負荷がかからないようにするには、振動を抑える素材と確実な固定方法を組み合わせることで、機器を適切に保護します。振動吸収素材と確実な固定を組み合わせることで、機器を適切に保護できます。もちろん、最適な取り付け方法の詳細は使用する機器によって異なり、メーカーごとに推奨される方法があります。ベストプラクティスについては、スピーカー取り付けガイドラインのブログ記事をご覧ください。

設計エンジニアと新興イノベーションのための実践的なヒント

取り付け、統合、実装を工夫することで設計の最適化は可能ですが、機器の性能を引き出せる限界点に達すると、それ以上の改善が難しくなります。したがって、機能性と品質の両方の観点から、アプリケーションに適したコンポーネントを選択することが不可欠です。最適なコンポーネントとは、メーカーによるサポートが充実しており、専門的な知見や設計支援を提供し、長年の製品開発経験を共有できることも意味します。Same Skyのように、単なる取引関係を超えて、設計段階から製品のライフサイクル終了までオーディオ設計サービスを提供するメーカーは、成功と失敗の分かれ目となる重要な要素となります。

電動車両は、オープンタイプであってもそうでなくても、内燃機関にはない独自の課題を抱えています。オーディオシステムは車両の電子機器全体と連携しており、強い電磁干渉（EMI）を発生させるモーターや電子部品の近くに配置されるため、干渉によるノイズが実際に発生し、可聴範囲で問題となることがあります。この干渉を軽減するためには、シールド付きケーブルの使用、配線ルートの変更、EMIを発生させる要素と影響を受けやすいコンポーネントとの距離を広げるなど、状況に応じた対策を講じる必要があります。また、駆動系と電子機器のすべての電力が同じ電源から供給されるという、別の関連課題に対する対策も求められます。同じ速度であっても、上り坂ではモーターの電流需要が増加し、電圧レギュレータを使用してもシステム全体に電圧降下を引き起こす可能性があります。負荷が変化するにつれてオーディオの歪みが生じないようにするには、より積極的な負荷補正レギュレータが必要になる場合があります。

新しい技術によって、必ずしも設計エンジニアが楽になるとは限りません。しかし、高度なスピーカーとマイク技術は、より過酷な環境で機能する、より小型で効率的かつ高性能なコンポーネントを実現し、過酷な環境下でも動作可能な設計が進んでいます。ソフトウェア面では、AIが幅広く活用されるようになり、小規模ながら電動二輪車・三輪車にも応用可能になっています。周囲の騒音に応じて音量を調整する適応型サウンドシステムはすでに存在しており、より高度なロジックシステムを導入すれば、単なる音量調整だけでなく、バックグラウンドノイズを打ち消すために最適な周波数帯をブーストするイコライザー調整さえも可能になるかもしれません。

ただし、どのように優れたシミュレーションや理論でも、実際のユーザーフィードバックに基づいて設計の各段階で検証することが不可欠です。時には、設計上のルールに例外が見つかることもあれば、意図しない逸脱が発生し、設計時には気づかなかった問題が明らかになることもあります。いずれにせよ、最終的に車両の操作性や販売の成否を決定するのは、人間の使用体験です。

結論

電動二輪車・三輪車においても、成功する車両を生み出すためには多くの重要な要素があります。オーディオもその1つですが、幸いにも成功への道筋は明確です。設計エンジニアは、オーディオシステムの特有の要件を正しく把握する必要があります。具体的には、オープンエア環境での使用、盗難対策の強化、重量やサイズの制約 といった課題に対応することが求められます。これらのアイデアを念頭に置き、EV市場におけるオーディオソリューションのさらなる革新と持続可能な未来を見据えることで、エンジニアや開発者は次世代車両の「音」を創り出すことができます。Same Skyのオーディオコンポーネントのラインアップとオーディオデザインサービスもぜひご利用ください。