JP2023091407A - 車体部品及び車体部品の振動騒音性能改善方法 - Google Patents

Abstract

【課題】限られた条件の中で効率的に車体部品の振動騒音性能を改善する方法を提供する。【解決手段】車体部品１０００は、入力振動が入力される入力部１００ｉと、入力部１００ｉから伝播する振動の進行波成分が集中する集中部と、集中部に設けられ、集中部に伝播した振動を減衰する減衰材と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、車体部品及び車体部品の振動騒音性能改善方法に関する。

自動車において、走行時における路面からの入力やエンジン等パワートレインの駆動により発生する音及び振動が、車体の特に骨格部品を通じて車室内に伝播することがある。
この音及び振動が車室内の乗員に感知されることを防ぐために、前記音及び振動を低減する検討がなされている。
例えば、運動エネルギー及び歪エネルギーの分布状況から振動伝達部品のモデルを特定し、最適化を図る方法が開示されている（特許文献１）。
また、モード解析と等価放射パワーを用いて最適なビード形状を算出し、自動車部品の振動騒音低減を図る方法が開示されている（特許文献２）。

特許第６７６９５３６号公報 特許第６７９８５９５号公報

これらの発明において、鋼板構造のみでは有効に振動減衰ができないという構造上の課題があった。また、振動エネルギーによる分布分析では振動の強弱のみの把握に留まることや、振動の向きが把握できないという課題があった。また、中高周波については細かいモードが多いことから振動の分布が多く、振動の分布がまだらとなり全てを把握しきれないという課題があった。
また、近年の自動車においては静粛性と並んで衝突安全性能及び燃費向上の為に軽量化が求められるなど、静粛性についての対策方法が限られている。

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、限られた条件の中で効率的に車体部品の振動騒音性能を改善する方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明に係る車体部品は、入力振動が入力される入力部と、前記入力部から伝播する振動の進行波成分が集中する集中部と、前記集中部に設けられ、前記集中部に伝播した振動を減衰する減衰材と、を備える。

この発明によれば、入力部から伝播する振動の進行波成分が集中する集中部を備えている。これにより、例えば、路面からの入力やパワートレインの振動が車体部品に伝播したとき、振動が集中部に集中して伝播されることで、その他の部位に振動が伝播することを防ぐことができる。また、集中部は車体部品の形状によって設けられる。つまり、集中部は、車両レイアウトに影響を及ぼすことなく設けることができる。これにより、限られた条件の中で効率的に車体部品の振動騒音性能を改善することができる。

更に、車体部品は、集中部に伝播した振動を減衰する減衰材を備えている。これにより、より効率的に車体部品に伝播した振動を抑制することができる。また、車体部品全体に減衰材を設ける場合と比較して、車両のレイアウトに影響を与えずに最適な効果をもたらすことができる。加えて、減衰材の量を少なくすることができることから、車両の軽量化及びコストダウンに寄与することができる。

また、本発明に係る車体部品の振動騒音性能改善方法は、車体部品に伝播する振動の進行波成分を解析する解析ステップと、前記解析ステップの結果に基づいて前記車体部品の形状を変更し、前記車体部品における前記進行波成分が集中する集中部を設ける形状対策ステップと、を備える。

この発明によれば、車体部品に伝播する振動の進行波成分を解析する解析ステップと、解析ステップの結果に基づいて車体部品の形状を変更し、車体部品における進行波成分が集中する集中部を設ける形状対策ステップと、を備える。
車体部品に入力された振動が集中して伝播する部位を一か所又は複数か所に設けることで、車体全体が振動することによって車体の振動騒音性能が低下することを防ぐことができる。また、車体部品の形状のみによって対策することで、別途遮音材等を付与する対策法と比較して、車両レイアウト及び車体重量に影響を与えることなく、振動騒音性能を改善することができる。

また、前記形状対策ステップによって設けられた前記集中部に減衰材を設ける減衰ステップを備えていてもよい。

この発明によれば、集中部に減衰材を設ける減衰ステップを備える。これにより、減衰材を車体部品における集中部のみに設けることで、振動騒音性能を更に改善することができる。つまり、車体部品全体に減衰材を設けることなく、振動騒音性能を改善することができる。よって、車体部品全体に減衰材を設ける場合と比較して、減衰材の量を少なくすることができることから、車両の軽量化及びコストダウンに寄与することができる。

また、前記車体部品に伝播する振動によって発生する音を解析する振動音響解析ステップを備えていてもよい。

この発明によれば、車体部品に伝播する振動によって発生する音を解析する振動音響解析ステップを備える。車体部品に伝播する振動を、自動車の乗員が感知する音として解析することで、形状対策ステップ及び減衰ステップによる効果を確認することができる。これにより、より確実に振動騒音性能の改善に寄与することができる。

本発明によれば、限られた条件の中で効率的に車体部品の振動騒音性能を改善する方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る車体部品の斜視図である。 図１に示す車体部品の平板モデルである。 図２に示す平板モデルの解析工程を示す図である。 車体部品の伝達部に当て板及び減衰材を付与した状態を示す模式図である。 図４の側面図である。 図４に示す当て板を凹凸にし、減衰材を間隔をあけて設けた状態を示す変形例である。 図６の側面図である。 本実施形態の解析の結果を示す第１図である。 本実施形態の解析の結果を示す第２図である。 本実施形態の解析の結果を示す第３図である。 本実施形態の解析を図１に適用した結果である。

以下、図面を参照し、本発明の一実施形態に係る車体部品１０００及び車体部品１０００の振動騒音性能改善方法を説明する。
図１に示す車体部品１０００は、自動車のエンジンルームまわりにおける車体骨格部品である。本実施形態において、車体部品１０００は、サイドメンバ１００、タイヤハウス２００、ダッシュパネル３００と、を備える。
サイドメンバ１００は、車体における左右の側面に一対に設けられる。サイドメンバ１００は、エンジンルーム内において車両前後方向に沿って配置される、ハット型断面の部材である。サイドメンバ１００をハット型断面とすることで、車両前後方向の入力に対するサイドメンバ１００の強度を確保し、例えば、車両の前面衝突時に対する乗員の保護性能を確保する。上述のように一対に設けられたサイドメンバ１００の車両前端においては、左右のサイドメンバ１００を互いに接続するように、不図示のフロントメンバ及びバンパが車両左右方向に渡って設けられている。
サイドメンバ１００の車両後方においては、図１に示すように、車両外側の側面にはタイヤハウス２００が、車両後端にはダッシュパネル３００が、それぞれ取り付けられている。

タイヤハウス２００は、タイヤを収める空間を形成する部材である。また、タイヤハウス２００は、タイヤが取付けられたサスペンションを車体部品１０００に取り付けるためのダンパベース２００Ｄを備える。また、図１に示すように、タイヤハウス２００の下部はサイドメンバ１００に取付けられ、タイヤハウス２００の上部はダッシュパネル３００に取付けられている。
ダッシュパネル３００は、自動車におけるエンジンルームとキャビンとを隔てる壁状の部材である。ダッシュパネル３００には、エンジンルーム側からキャビン側に渡る部品（例えば、ステアリングシャフト、エアコン配管等）を設けるための貫通穴が複数設けられる。なお、これらの貫通穴は、防水性能、気密性能等に応じて適宜シール材によって閉塞されている。
なお、車体部品１０００において、サイドメンバ１００、タイヤハウス２００、ダッシュパネル３００をそれぞれ取付ける際には、スポット溶接が好適に用いられる。

上述の車体部品１０００における各構成部品は、主に厚さ０．６ｍｍ～２．０ｍｍの鋼板をプレス成形することにより形成される。
これらの車体部品１０００は、自動車において、特にエンジンルームを形成する部品である。特に、サイドメンバ１００にはエンジンマウントが設けられる。このため、エンジンが稼働した際にエンジン及びギヤに生じる振動入力の影響を受けやすい箇所である。

本実施形態に係る車体部品１０００における振動の伝播については、下記の例が挙げられる。すなわち、サイドメンバ１００における、車両前方側の部位の振動が、サイドメンバ１００を介して車両後方側へ伝播し、ダッシュパネル３００まで伝達される。
以下において、この伝達を、図１に示すように伝達系１０００Ｖとして説明する。伝達系１０００Ｖは、サイドメンバ１００の車両前方側における、外部から入力振動が入力される点である入力部１００ｉと、サイドメンバ１００における車両後方側であって入力部１００ｉとダッシュパネル３００との中間部である伝達部１００ｔと、振動が伝達される出力部であるダッシュパネル３００と、を備える。

この伝達系１０００Ｖによって伝播した振動は、ダッシュパネル３００（出力部）を介して更にキャビン側、例えば、不図示のフロアパネルや、ピラー部品へ伝播する。このとき、自動車の乗員が振動を音として感知しやすい部位（例えば、耳周辺のピラー部品）に振動が伝播すると、乗員に不快感を与える原因となる。

上記の課題に対して、本実施形態において、車体部品１０００に伝播する振動の進行波成分を解析し（解析ステップ）、その結果に基づいて車体部品１０００の形状を変更し、車体部品１０００における進行波成分が集中する集中部１００Ｃを意図的に設ける（形状対策ステップ）対策を行った。

なお、本実施形態において進行波成分が集中するとは、伝達系１０００Ｖにおけるメッシュ（後述する）のパワーの大きさが、低い周波数（パワーがあまり伝達されていない周波数の時）でのパワーの大きさと比較して１０倍以上高い周波数（パワーが伝達されている周波数の時）において進行波成分の向きが、隣り合うメッシュの進行波成分の方向が１５°以内で揃っている状態を指す。以下において、このように進行波成分が１５°以内で揃っている領域を、集中部１００Ｃと呼称することがある。
解析例の一つとして特定のメッシュの数字を示すと、伝達していないある周波数でのパワーは１．４５ｅ－４ｍＷに対し、伝達しているある周波数でのパワーは１．９７ｍＷであり、隣り合うメッシュとの向きの差は０．５～１．２°である。これらの数字は単位系、解析条件等により大きく変化する。

本実施形態に係る対策の具体的な手順については、下記の通りである。なお、上記の解析は、図２に示すように、図１に示す伝達系１０００Ｖを平板状としたモデル、すなわち、入力点１００ｉｐを備える入力部１００ｉと、伝達部１００ｔと、ダッシュパネル３００と、を１枚の平板として、その他周辺部位を端部１００ｅとして簡略化したモデルを用いて行うものとする。なお、前記モデルによる解析においては、平板を一定の寸法ごとに分割したメッシュごとに振動の解析を行う。前記分割は、例えば、５ｍｍ四方あるいは１０ｍｍ四方の正方形により分割し、分割した１の領域をメッシュと呼称する。
前記平板では、車両前側に相当する方向から後側に相当する方向に向けて、入力部１００ｉ、伝達部１００ｔ、ダッシュパネル３００がこの順に配置される。また、図２に示す伝達系１０００Ｖの平板モデルは、解析時においては、端部１００ｅが固定され動かないものとする。

＜解析ステップ＞
本実施形態に係る解析は、図２に示す入力点１００ｉｐに対し、平板に対する鉛直方向に振動を負荷したケースを想定して行う。以下の解析方法の結果は、例えば、４点法（Ｘ方向２点、Ｙ方向２点）のパワーフロー測定（日本自動車研究所、振動インテンシティの計測理論）の実験手法により確認できる。すなわち、図２の伝達系に相当する平板の端部を端部１００ｅにおいて固定し、入力点１００ｉｐに相当する部位から振動を負荷して行うことで確認できる。

具体的には、図３に示す図２の入力部周辺の側面視において、伝達系１０００Ｖにおける入力点１００ｉｐへの入力Ｉのように振動を付加した場合の、出力部におけるＥＲＰ（Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ Ｒａｄｉａｔｅｄ Ｐｏｗｅｒ、等価放射パワー）と、伝達部１００ｔのパワーフローをコンピュータ演算によって算出する。
なお、本解析にかかる対象として入力部１００ｉに入力される振動は、モード数が比較的多い５００Ｈｚ以上の中高周波であるとする。

上述の解析に基づき算出された結果を、図８に示す。図８は、図２に示す平板状とした伝達部１００ｔにおける解析結果である。この解析では、振動を定在波成分と進行波成分とに分解している。図８では、進行波成分を矢印で表している。具体的には、矢印の長さはメッシュ毎の進行波の大きさを示している。同様の解析を、図１に示す車体部品１０００としての伝達系１０００Ｖにおいて行うと、図１１に示す結果となる。

図８及び図９において、矢印は、矢印が存在している位置で特に大きな進行波成分が発生していることを意味する。進行波成分の大きさは、図８及び図９に示す矢印の大きさに比例する。矢印の向きは進行波（振動）の方向を示す。本実施形態においては上述のように矢印の大きさによって進行波成分の大きさを表現するが、これに限らない。例えば、図面に色を付与し、前記色の濃さあるいは明るさ等によって表現してもよい。
図８は、１５９７Ｈｚの周波数帯における結果である。図８に示すように、対策前の伝達系１０００Ｖでは振動の伝達の向きは揃っていない。集中部１００Ｃが存在しない場合においては、このように振動の伝達の向きが揃わない周波数帯が多い。あるいは、特に必要とする周波数帯において振動の伝達の向きが揃わない。

これに対して、下記に示す形状対策ステップを行う。本ステップによって集中部１００Ｃを設けることで、集中部以外の箇所への振動の伝播を抑え、かつ振動の伝達の向きを一様にする。このことで、多くの周波数帯において振動の伝達の向きを揃える、あるいは特に必要とする周波数帯を狙って振動の伝達の向きを揃えるようにすることで、より振動の伝播による影響を抑える検討を行う。

＜形状対策ステップ＞
上述の解析ステップの結果に基づき、車体の形状等によって振動を抑制する対策を行う。例えば、振動の出力部に係る部位の形状を変更する、あるいは前記出力部に係る部位に減衰を付与する方法がある。また、入力部１００ｉに係る部位の形状を変更する、あるいは前記入力部１００ｉに係る部位に減衰を付与する方法がある。あるいは、前記減衰は集中部のみに設けてもよいし、その他の部位に設けてもよい。

図４及び図５に示すように、ダッシュパネル３００へ伝達される振動伝播を抑制する対策としては、例えば、ダッシュパネル３００の形状を変更する方法が挙げられる。あるいは、伝達部１００ｔに減衰材１００ｄ及び当て板１００ａを付加する方法が好適に用いられる。
すなわち、本実施形態において、車体部品１０００の形状を変更することには、車体部品１０００に新たな部品を追加することなく、車体部品１０００の既存の形状そのものを変更する場合を含む。加えて、車体部品１０００に新たな部品を追加し、車体部品１０００の既存の形状は変更しなくても、車体部品全体としての形状を変更する場合も含む。

減衰材１００ｄには、例えば、粘弾性体が好適に用いられる。減衰材１００ｄは、伝達部１００ｔに取り付けることで、伝達部１００ｔに伝播した振動を減衰する。減衰材１００ｄは、伝達部１００ｔと当て板１００ａとの間に挟まれるように設けられることが好ましい。伝達部１００ｔと減衰材１００ｄ、又は減衰材１００ｄと当て板１００ａとは、例えば、接着による固定が好適に用いられる。あるいは、伝達部１００ｔと当て板１００ａとの間に減衰材１００ｄを挟んだ状態で、伝達部１００ｔと当て板１００ａとを溶接等によって固定することによって減衰材１００ｄを固定してもよい。

当て板１００ａには、鋼板が好適に用いられる。当て板１００ａは、伝達部１００ｔを補強することで伝達部１００ｔを振動しにくくすることで、伝達部１００ｔに振動を抑える。当て板１００ａは、伝達部１００ｔに取り付けられた減衰材１００ｄを覆うように取り付けられることが好ましい。また、当て板１００ａと伝達部１００ｔとの固定には、たとえば、スポット溶接が好適に用いられる。
なお、当て板１００ａは取付けなくてもよい。この場合、減衰材１００ｄは接着により伝達部１００ｔに取り付けられることが好ましい。

また、図６及び図７に示すように、当て板１００ａを凹凸状にしてもよい。その際は、減衰材１００ｄを、当て板１００ａが伝達部１００ｔに接近している箇所にのみ設けるようにしてもよい。これにより、より効果的に振動の伝播を抑える。
また、伝達部１００ｔの表面に、不図示のビード加工を複数設けることによって、振動の伝達を抑えてもよい。また、これらの対策を同時にすべて適用してもよい。

上述の形状対策ステップによる振動抑制の検討の結果として、図４及び図５に示すように、伝達部１００ｔに平坦な当て板１００ａ及び減衰材１００ｄを付与した場合の演算結果を図９に示す。また、伝達部１００ｔに減衰材１００ｄを間隔をあけて設け、凹凸状の当て板１００ａを取付けた場合の演算結果を図１０に示す。

図９に示す結果は、図８と比較してあまり大きな変化が見られないことから、図９に示す対策の効果は比較的小さいことがわかる。これに対し、図１０に示す結果においては、振動の伝播の向きが一様に揃っていることがわかる。更に、図１０における矢印の長さが比較的長い（振幅が大きい）部位が、１箇所に集中していることがわかる。すなわち、図１０においては、形状対策ステップによって集中部１００Ｃが設けられたことがわかる。このように、形状による車体振動への影響を、コンピュータを用いて算出することで、実際に部品を成形したり、実験施設を用いて実験を行ったりすることなく、最善な形状を検討することができる。

このように、伝達系１０００Ｖにおいて、振動の伝播する向きを揃え、更に振動の進行波成分が集中する集中部１００Ｃを設けることによって、その他の部位の振動伝播を抑えることができることを確認した。
また、このように形成された集中部１００Ｃに減衰材１００ｄを設けることで、必要最小限の減衰材１００ｄによって振動対策を行うようにしてもよい。

以上説明したように、本実施形態に係る車体部品１０００によれば、入力部１００ｉから伝播する振動の進行波成分が集中する集中部１００Ｃを備えている。これにより、例えば、路面からの入力やパワートレインの振動が車体部品１０００に伝播したとき、振動が集中部１００Ｃに集中して伝播されることで、その他の部位に振動が伝播することを防ぐことができる。また、集中部１００Ｃは車体部品１０００の形状によって設けられる。つまり、集中部１００Ｃは、車両レイアウトに影響を及ぼすことなく設けることができる。これにより、限られた条件の中で効率的に車体部品１０００の振動騒音性能を改善することができる。

更に、車体部品１０００は、集中部１００Ｃに伝播した振動を減衰する減衰材１００ｄを備えている。これにより、より効率的に車体部品１０００に伝播した振動を抑制することができる。また、車体部品全体に減衰材１００ｄを設ける場合と比較して、車両のレイアウトに影響を与えずに最適な効果をもたらすことができる。加えて、減衰材１００ｄの量を少なくすることができることから、車両の軽量化及びコストダウンに寄与することができる。

また、車体部品１０００に伝播する振動の進行波成分を解析する解析ステップと、解析ステップの結果に基づいて車体部品１０００の形状を変更し、車体部品１０００における進行波成分が集中する集中部１００Ｃを設ける形状対策ステップと、を備える。
車体部品１０００に入力された振動が集中して伝播する部位を一か所又は複数か所に設けることで、車体全体が振動することによって車体の振動騒音性能が低下することを防ぐことができる。また、車体部品１０００の形状のみによって対策することで、別途遮音材を付与する対策法と比較して、車両レイアウト及び車体重量に影響を与えることなく、振動騒音性能を改善することができる。

また、集中部１００Ｃに減衰材１００ｄを設ける減衰ステップを備える。これにより、減衰材１００ｄを車体部品１０００における集中部１００Ｃのみに設けることで、振動騒音性能を更に改善することができる。つまり、車体部品全体に減衰材１００ｄを設けることなく、振動騒音性能を改善することができる。よって、車体部品全体に減衰材１００ｄを設ける場合と比較して、減衰材１００ｄの量を少なくすることができることから、車両の軽量化及びコストダウンに寄与することができる。

また、車体部品１０００に伝播する振動によって発生する音を解析する振動音響解析ステップを備える。車体部品１０００に伝播する振動を、自動車の乗員が感知する音として解析することで、形状対策ステップ及び減衰ステップによる効果を確認することができる。これにより、より確実に振動騒音性能の改善に寄与することができる。

なお、本発明の技術的範囲は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、本実施形態に係る振動対策は、車両における上述の部位のみならず、例えは車両におけるフロアパネル等に適用してもよい。

その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。

１００Ｃ 集中部
１００ｄ 減衰材
１００ｉ 入力部
１０００ 車体部品

Claims (4)

1. 入力振動が入力される入力部と、
   前記入力部から伝播する振動の進行波成分が集中する集中部と、
   前記集中部に設けられ、前記集中部に伝播した振動を減衰する減衰材と、
   を備える、
   車体部品。
2. 車体部品に伝播する振動の進行波成分を解析する解析ステップと、
   前記解析ステップの結果に基づいて前記車体部品の形状を変更し、前記車体部品における前記進行波成分が集中する集中部を設ける形状対策ステップと、
   を備える、
   車体部品の振動騒音性能改善方法。
3. 前記形状対策ステップによって設けられた前記集中部に減衰材を設ける減衰ステップを備える、
   請求項２に記載の車体部品の振動騒音性能改善方法。
4. 前記車体部品に伝播する振動によって発生する音を解析する振動音響解析ステップを備える、
   請求項２又は３に記載の車体部品の振動騒音性能改善方法。

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