JP3841029B2 - 自動車のフロア構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車のフロア構造に関し、特に、ロードノイズの原因となる所定周波数帯域の振動入力に対して音響放射効率の低い特定モードの振動を励起させるようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の走行中のタイヤの空洞共鳴やサスペンションの共振等に起因する車室内の騒音、すなわち、ロードノイズが問題になっている。一般に、タイヤの空洞共鳴によるロードノイズのピークは２００〜３００Ｈｚの範囲の所定周波数帯域に現れ、サスペンションの共振によるロードノイズのピークは１６０Ｈｚ付近に現れる。そこで、従来よりロードノイズの音源の一つであるフロアパネルを中心として車体各部に種々の防振、防音対策が施されている。
【０００３】
例えば、フロアパネルにビードを多数形成したり、パネル厚を大きくすることでその面剛性を高め、そのことによってその固有振動数を３００Ｈｚ以上の高帯域にずらすことがなされている。つまり、フロアパネルが上記サスペンションの共振による１６０Ｈｚ付近やタイヤの空洞共鳴周波数帯域で共振しないようにして、ロードノイズを低減するというものである。この手法の場合、今度は高音域の振動が問題になるので、フロアパネルに高周波音を吸収するための吸音材を貼る等の対策が必要とされる。
【０００４】
しかし、吸音材を多用すると材料コストが高くなるとともに、車体の重量が増大するという問題が生じる。
【０００５】
これに対し、本出願人は、振動するパネルからの放射音がその振動モードによって大きく変化することに着目し、ロードノイズの問題となる所定の周波数帯域において音響放射効率の低い振動モードが励起されるように、フロアパネルの形状や拘束条件等を設定することを提案している。この提案内容は特開平９−２０２２６９号公報に記載されている。
【０００６】
すなわち、略正方形のパネルの縦横にそれぞれ励起される定在波の腹の数をそれぞれｎ，ｍとして、「ｎ×ｍ＝偶数」の振動モードになると、当該パネル内で隣り合う逆位相の部分からの放射音が互いに打ち消し合って、低減されることになる。図３(b)に示すように、特に「２×２モード」の振動モードのときに音響放射効率が最も低くなる。
【０００７】
そこで、前記公報に記載の車体パネルの放射音低減構造では、車体フロアパネルにおけるフロアトンネルの左右両側にそれぞれ略正方形状の領域（振動モード調整領域）を設定して、この領域の振動モードが「２×２モード」となるように、パネルの面剛性分布を調整している。このようにすれば、タイヤの空洞共鳴やサスペンションの共振等による所定周波数帯域の振動が入力して、フロアパネルが共振しても、そのことによるロードノイズを十分に抑制して、車室内の静粛性を向上できるものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の如く、ロードノイズの原因となる振動数帯域は大略決まったものであり、この帯域の振動入力に対して「２×２モード」の振動が励起されるような領域を設定するには、フロアパネルに面積の広いフラット面を確保しなければならない。
【０００９】
しかしながら、一般に、車体フロアパネルには車体前後方向に延びるフロアトンネル部が形成され、また、サイドフレーム、サイドシル、さらにはクロスメンバ等の強度メンバが結合されている。これらは、自動車のボディ剛性を確保して操縦安定性を高めるとともに、衝突時の乗員の保護性能を高めるという観点で極めて重要なものであるから、それらの寸法、形状やレイアウトはあまり大きく変更することができない。このため、前記「２×２モード」の振動を励起させるフロアパネル構造を自動車の車体に適用しようとしても、実際には広いフラット面を確保することができず実現が難しい。
【００１０】
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、自動車の車体フロアパネルにおけるフロアトンネル部やサイドフレーム等のレイアウトを生かしつつ、該フロアパネル内に振動モード調整エリアを設定して、ボディ剛性や安全性の確保と、振動モードの調整によるロードノイズの低減とを両立することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明は、フロアトンネル部や各種強度メンバで区画されたフロアパネルの車体前後方向に長いエリアを、車体前後方向では２つの腹を生じ車幅方向では１つの腹を生ずる２×１モードの振動が発生するようにし、その２×１モードの固有振動数を上記タイヤの空洞共鳴によるロードノイズの低減に有効となるように調整した。
【００１２】
まず、請求項１に係る発明は、自動車のフロアが、車幅中央部を車体前後方向に延びるフロアトンネル部と、該車幅の両側部を車体前後方向に延びる左右のサイドシルと、該フロアトンネル部と左右のサイドシルとの中間部を車体前後方向に延びるサイドフレームと、車幅方向に延びる複数のクロスメンバとによって複数のエリアに区画され、
上記複数のエリアのうちの少なくとも１つのエリアのフロアパネルは、左右が上記フロアトンネル部又はサイドシルとサイドフレームとによって拘束され、前後が２つのクロスメンバによって拘束された車体前後方向に長い略長方形状に形成され、且つその長辺は短辺の２倍よりも長く形成されており、
上記フロアパネルは、該フロアパネルに周縁が車体前後方向に長い楕円形に形成され且つ上方又は下方へ膨出した一対の曲面部が互いの長軸を同軸にして車体前後方向に並ぶように設けられて、車体前後方向では２つの腹を生じ車幅方向では１つの腹を生ずる２×１モードの振動が発生し該２×１モードの固有振動数が当該自動車のタイヤの空洞共鳴周波数に略一致するように振動モードを調整されたフロアパネル構造とされ、
上記一対の楕円形曲面部の各々は、上記振動モードの調整のために、中央部の曲率半径が大きく周辺部の曲率半径が小さい複合曲面構造になっていることを特徴とする。
【００１３】
この発明では、フロアパネルにタイヤの空洞共鳴による振動が入力されると、該フロアパネルでは、車体前後方向に隣接する２つの楕円形曲面部が互いに逆位相かつ同振幅で振動する２×１モードの振動を生ずるので、音響放射効率が極めて低くなり、もってタイヤの空洞共鳴によるロードノイズを大幅に低減することができる。
【００１４】
また、上記振動モード調整フロアパネルは、その周囲が上記フロアトンネル部、サイドフレーム等の強度メンバ（エリア区画メンバ）によって拘束されているので、独立した振動系を形成し易く、狙い通りの２×１の振動モードを励起させる上で有利になっている。
【００１５】
つまり、この発明は、自動車のボディ剛性や乗員保護性能を高めるための上記強度メンバによる車体フロア補強構造を生かしつつ、それら強度メンバによって区画されるエリアを利用して、２×１モードの振動により、タイヤの空洞共鳴によるロードノイズを大幅に低減することができるフロアパネル構造を形成するようにしている。
【００１６】
そうして、フロアパネルの形状が上記強度メンバで囲まれて長方形となる場合、上記２×１モードの振動を発生させる上での理想的な長方形状は長辺が短辺の２倍の長さになった２×１の長方形である。しかし、自動車によっては、上記フロアトンネル部、サイドシル、サイドフレーム及びクロスメンバのレイアウトの関係で、これら強度メンバによって囲まれるフロアパネルが上記２×１の長方形にならず、例えば３×１の長方形に近い形になることがある。その場合は上記２×１モードの振動を発生させることが難しくなる。
【００１７】
具体的に説明すると、２×１の長方形でなくてもこれに近い長方形であれば、周辺部にビードその他の補強を設けることによってフロアパネルを実質的には２×１の長方形にすることできる。しかし、３×１の長方形に近い長い形状になると、車幅方向に延びる補強ビードを設けて２×１の長方形領域が形成されるようにフロアパネルを仕切っても残りの領域が独自に振動し、あるいは当該残領域と２×１長方形領域と間で振動の連成を生じ、２×１モードの振動による所期のロードノイズ低減に不利になる。
【００１８】
また、上述の如く細長い長方形状のフロアパネルの場合、車体幅方向における曲げ剛性（当該パネルが車体前後方向の軸を中心に曲がるときの曲げ剛性）よりも車体前後方向における曲げ剛性（当該パネルが車体幅方向の軸を中心に曲がるときの曲げ剛性）が低い。
【００１９】
そこで、本発明では、長辺が短辺の２倍よりも長い略長方形状のフロアパネルに、車体前後方向に並ぶ一対の曲面部を形成するにあたり、各曲面部の平面形状を車体前後方向に長い楕円形にし、車体前後方向における曲げ剛性を高めたものである。
【００２０】
従って、当該フロアパネルでは一対の楕円形曲面部が互いに逆位相で上下に振れる２×１モードの振動を生ずることになり、しかも、その曲面部が車体前後方向に長い楕円形であるから、該２×１モードの固有振動数をタイヤの空洞共鳴周波数に略一致せしめる上で有利になる。
【００２１】
すなわち、２×１モードの振動のみを目的とするのであれば、上記曲面部を楕円形にする必要はなく、例えば、周縁が略長方形状になった曲面部とすることも考えられる。しかし、上記空洞共鳴によるロードノイズの低減のためにはフロアパネルの面剛性を効率良く高めてその２×１モードの固有振動数を空洞共鳴周波数に略一致せしめる必要がある。
【００２２】
これに対して、上記周縁が長方形の曲面部とは違って、本発明に係る楕円形の曲面部の場合、曲面部の周縁が長方形状フロアパネルのコーナーをバイパスしてその長辺の中間部と短辺の中間部とを結ぶように斜めに延びているから、フロアパネルの面剛性を高める上で有利である。しかも、周縁が真円形の曲面部とは違って、本発明に係る曲面部は車体前後方向に長い楕円形になっているから、当該フロアパネルの車体前後方向における曲げ剛性を効率良く高めることになる。このため、本発明によれば、２×１モードの固有振動数を上記空洞共鳴周波数に略一致するように高める上で有利になる。
【００２３】
そうして、上記一対の楕円形曲面部の各々は、中央部の曲率半径が大きく周辺部の曲率半径が小さい複合曲面構造になっているから、その周辺部が立ち上がった形状により、その剛性が高くなり、上記タイヤの空洞共鳴周波数に一致するように上記２×１モードの固有振動数を高める上で有利になる。
【００２４】
請求項２に係る発明は、自動車のフロアが、車幅中央部を車体前後方向に延びるフロアトンネル部と、該車幅の両側部を車体前後方向に延びる左右のサイドシルと、該フロアトンネル部と左右のサイドシルとの中間部を車体前後方向に延びるサイドフレームと、車幅方向に延びる複数のクロスメンバとによって複数のエリアに区画され、
上記複数のエリアのうちの少なくとも１つのエリアのフロアパネルは、左右が上記フロアトンネル部又はサイドシルとサイドフレームとによって拘束され、前後が２つのクロスメンバによって拘束された車体前後方向に長い略長方形状に形成され、且つその長辺は短辺の２倍よりも長く形成されており、
上記フロアパネルは、該フロアパネルに周縁が車体前後方向に長い楕円形に形成され且つ上方又は下方へ膨出した一対の曲面部が互いの長軸を同軸にして車体前後方向に並ぶように設けられて、車体前後方向では２つの腹を生じ車幅方向では１つの腹を生ずる２×１モードの振動が発生し該２×１モードの固有振動数が２００〜３００Ｈｚとなるように振動モードを調整されたフロアパネル構造とされ、
上記一対の楕円形曲面部の各々は、上記振動モードの調整のために、中央部の曲率半径が大きく周辺部の曲率半径が小さい複合曲面構造になっていることを特徴とする。
【００２５】
すなわち、上記タイヤの空洞共鳴周波数は、自動車に装着されるタイヤの種類（例えば、タイヤ幅、タイヤの直径、扁平率、空気圧）、当該自動車の車速、並びに雰囲気温度によって異なってくるが、一般には２００〜３００Ｈｚの範囲に存する。よって、本発明では、フロアパネルに車体前後方向に長い一対の楕円形の曲面部を同軸にして車体前後方向に並ぶように設けることにより、２×１モードの振動を発生するようにするとともに、該２×１モードの固有振動数が２００〜３００Ｈｚとなるように該フロアパネルの剛性を調整したものである。
【００２６】
また、上記一対の楕円形曲面部の各々は、中央部の曲率半径が大きく周辺部の曲率半径が小さい複合曲面構造になっているから、その周辺部が立ち上がった形状により、その剛性が高くなり、上記２×１モードの固有振動数を高める上で有利になる。
【００２７】
これにより、上記タイヤの空洞共鳴によるロードノイズの低減を効果的に図ることができる。
【００２８】
請求項３に係る発明は、請求項２において、
上記２×１モードの固有振動数が２２０〜２４０Ｈｚとされていることを特徴とする。
【００２９】
すなわち、上述の如く自動車に装着されるタイヤの種類、当該自動車の車速等によってタイヤの空洞共鳴周波数は異なるが、例えばスポーツカーでは、装着されるタイヤの径や扁平率、ロードノイズの低減を図ろうとする車速帯等の関係でタイヤの空洞共鳴周波数は２３０Ｈｚ付近になることがある。従って、本発明はこのようなタイヤの空洞共鳴周波数が比較的低い自動車に適用してそのロードノイズの低減を図ることに有効になる。
【００３０】
請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれかにおいて、
上記一対の楕円形曲面部は、平面視で互いの長軸の端同士が接し又は互いの長軸の端部がオーバラップしていることを特徴とする。
【００３１】
このように一対の楕円形曲面部が互いに接し又はオーバラップする形の場合、曲面部を大形にすることができ、上記２×１モードの固有振動数が上記タイヤの空洞共鳴周波数に略一致するように当該フロアパネルの剛性を高める上で有利になる。また、オーバラップする形の場合でも、一対の楕円形曲面部の長軸の端部同士が重なるだけであり、両凹部全体を見れば平面視で中央部が括れたひょうたん形になるから、この括れた中央部が節となってその両側が逆位相で振動する上記２×１モードの振動は確保される。
【００３２】
請求項５に係る発明は、請求項１〜３のいずれかにおいて、
上記フロアパネルには、上記一対の楕円形曲面部の長軸の端部同士を結ぶように車体前後方向に延び且つ幅が当該楕円の短軸よりも狭い中間ビードが形成されていることを特徴とする。
【００３３】
すなわち、上述の如く当該フロアパネルは車体前後方向における曲げ剛性が低いことから、振動の際にはその中央部（相隣る楕円形曲面部の間の部位）が大きく歪み、その歪みが２×１モードの振動にも悪影響を及ぼす。
【００３４】
これに対して、本発明によれば、当該フロアパネルの中央部の剛性が上記中間ビードによって高まり、特に中間ビードは車体前後方向に延びているから、当該フロアパネルの車体前後方向における曲げ剛性を高めることに有効に働き、歪みの少ない２×１モードの振動を得る上で有利になるとともに、この２×１モードの固有振動数を上記タイヤの空洞共鳴周波数に略一致させる上で有利になる。また、中間ビードの幅は楕円の短軸よりも短いから、両凹部と中間ビードとは該中間ビードの部位が括れたひょうたん形の様相を呈し、この括れた中間ビードの部位が節となる上記２×１モードの振動に有利になる。
【００３５】
請求項６に係る発明は、請求項５において、
上記フロアパネルには、上記各楕円形曲面部の上記中間ビードとは長軸方向の反対側の縁に車体前後方向に延びる端部ビードが形成されていることを特徴とする。
【００３６】
従って、中間ビードと端部ビードとによって、各楕円形曲面部の前後両端部の剛性のバランスをとることできるようになり、各楕円形曲面部を歪みなく上下に整然と振動させて上記２×１モードの振動を得る上で有利になる。
【００３７】
請求項７に係る発明は、請求項６において、
上記フロアパネルには、各楕円形曲面部のサイドの縁に車体前後方向に延びる側部ビードが形成されていることを特徴とする。
【００３８】
従って、各楕円形曲面部の両サイドの剛性のバランスをとることに側部ビードを利用することができ、各楕円形曲面部を歪みなく上下に整然と振動させて上記２×１モードの振動を得る上で有利になる。
【００３９】
請求項８に係る発明は、請求項７において、
上記フロアパネルは、左右が上記サイドフレームと上記サイドシルとによって拘束されており、
上記側部ビードは、上記サイドフレーム及び上記サイドシルのうち上記フロアパネルに対する拘束度の低いサイドフレーム側に配置されて、上記楕円形曲面部の両サイドの剛性がバランスされていることを特徴とする。
【００４０】
従って、各楕円形曲面部を歪みなく上下に整然と振動させて上記２×１モードの振動を得る上で有利になる。
【００４１】
上述の如き自動車のフロア構造においては、
上記フロアパネルに、車体幅方向における曲げ剛性を高める働きよりも車体前後方向における曲げ剛性を高める働きの方が強い剛性調整手段を設けることができる。
【００４２】
上述の如く当該フロアパネルは、車体前後方向に長い略長方形になっているから、車体幅方向における曲げ剛性よりも車体前後方向における曲げ剛性が低い。
【００４３】
そこで、上記フロアパネルに、車体幅方向における曲げ剛性を高める働きよりも車体前後方向における曲げ剛性を高める働きの方が強い剛性調整手段を設け、該フロアパネルの前後左右の剛性のバランスをとりながら、全体的に剛性を高めることができるようにするものであり、上記２×１モードの固有振動数を上記タイヤの空洞共鳴周波数に略一致させる上で有利になる。
【００４４】
上述の如き自動車のフロア構造においては、
上記自動車は、２ドアタイプ、又は前ドアの幅よりも後ドアの幅が狭い観音開きの４ドアタイプとすることができる。
【００４５】
すなわち、２ドアタイプの自動車や、前ドアの幅よりも後ドアの幅が狭い観音開きの４ドアタイプの自動車では、フロア前端のクロスメンバとその後方のクロスメンバとの間隔が広くなり、この前後２つのクロスメンバによって拘束されたフロアパネルは車体前後方向の長辺が短辺の２倍よりも長い略長方形になり易い。
【００４６】
そこで、このような自動車のフロアパネルに対して、上記一対の楕円形曲面部による振動モードの調整を行ない、タイヤの空洞共鳴によるロードノイズの低減を図るようにするものである。
【００４７】
次に、自動車のフロアが、車幅中央部を車体前後方向に延びるフロアトンネル部と、該車幅の両側部を車体前後方向に延びる左右のサイドシルと、該フロアトンネル部と左右のサイドシルとの中間部を車体前後方向に延びるサイドフレームと、車幅方向に延びる複数のクロスメンバとによって複数のエリアに区画され、
上記複数のエリアのうちの少なくとも１つのエリアのフロアパネルは、左右が上記フロアトンネル部又はサイドシルとサイドフレームとによって拘束され、前後が２つのクロスメンバによって拘束された車体前後方向に長い略長方形状に形成され、且つその長辺は短辺の２倍よりも長く形成されている自動車のフロアパネルの設計方法を説明する。
【００４８】
それは、上記フロアパネルに、周縁が車体前後方向に長い楕円形に形成され且つ上方又は下方へ膨出した一対の曲面部を互いの長軸が同軸になって車体前後方向に並ぶように配置することにより、車体前後方向では２つの腹を生じ車幅方向では１つの腹を生ずる２×１モードの振動が発生するように当該フロアパネルの基本形状を設計するステップと、
上記一対の楕円形曲面部の長軸の端部同士を結ぶように車体前後方向に延び且つ幅が短軸よりも狭い溝形の構造ビードを設けることによって上記２×１モードの固有振動数を高めるようにし、且つ該溝形構造ビードの深さの調節により、上記固有振動数を当該自動車のタイヤの空洞共鳴周波数に略一致するようにチューニングするステップとを有することを特徴とする。
【００４９】
上述の如く、フラットな長方形状のフロアパネルに対して、２×１モードの振動を生じさせるには、一対の楕円形曲面部を形成することが有効である。しかし、タイヤの空洞共鳴によるロードノイズの低減のためには上記２×１モードの固溶振動数がタイヤの空洞共鳴周波数に略一致するように当該フロアパネルの剛性を高める必要がある。
【００５０】
これに対して、本発明者は、上記フロアパネルに上記両楕円形曲面部を結ぶ溝形の構造ビードを設けると、該フロアパネルの剛性を簡単に高めることができ、しかも、該構造ビードの溝の深さによって該パネルの剛性が簡単に変化すること見出したものである。
【００５１】
そこで、上記溝形の構造ビードを設けることによって上記２×１モードの固有振動数を高めるようにし、該溝形構造ビードの深さの調節により、上記固有振動数を当該自動車のタイヤの空洞共鳴周波数に略一致させるというチューニングを採用するようにした。
【００５２】
従って、このようなフロアパネルの設計方法であれば、上記溝形構造ビードの深さを調節することによって、当該フロアパネルの２×１モードの固有振動数を狙いとするタイヤの空洞共鳴周波数に簡単に合わせることができ、しかも、車種やタイヤの種類によってそのタイヤの空洞共鳴周波数が異なる場合でも、フロアパネルの基本形状を同じにすることができ、その設計が容易になる。
【００５３】
【発明の効果】
以上のように、請求項１〜３の各発明によれば、強度メンバによって周囲が拘束された車体前後方向に長い略長方形状のフロアパネルに一対の曲面部を前後に並ぶように形成し、この一対の楕円形曲面部の各々を、中央部の曲率半径が大きく周辺部の曲率半径が小さい複合曲面構造にすることによって、当該フロアパネルを２×１モードで振動させ且つその固有振動数をタイヤの空洞共鳴周波数に合わせるように、又は２００〜３００Ｈｚとなるようにしたから、自動車のボディ剛性や乗員保護性能を高めるための車体補強構造を生かしつつ、タイヤの空洞共鳴によるロードノイズを大幅に低下させることができ、しかも、上記曲面部を車体前後方向に長い楕円形にしたから、上記強度メンバによって囲まれるフロアパネルが、例えば３×１の長方形に近い長い形になっても、当該フロアパネルの車体前後方向における曲げ剛性を高くして、上記固有振動数をタイヤの空洞共鳴周波数に略一致させる上で有利になる。
【００５４】
請求項４に係る発明によれば、上記一対の楕円形曲面部の長軸の端同士が接し又は互いの長軸の端部がオーバラップするようにしたから、上記２×１モードの振動を確保しながら、当該フロアパネルの剛性を高めて、上記２×１モードの固有振動数を上記タイヤの空洞共鳴周波数に略一致させる上で有利になる。
【００５５】
請求項５に係る発明によれば、上記フロアパネルに、上記一対の楕円形曲面部の長軸の端部同士を結ぶように車体前後方向に延び且つ幅が当該楕円の短軸よりも狭い中間ビードが形成されているから、歪みの少ない２×１モードの振動を得る上で有利になるとともに、この２×１モードの固有振動数を上記タイヤの空洞共鳴周波数に略一致させる上で有利になる。
【００５６】
請求項６に係る発明によれば、各楕円形曲面部の上記中間ビードとは長軸方向の反対側の縁に車体前後方向に延びる端部ビードが形成されているから、各楕円形曲面部の前後両端部の剛性をバランスさせて、各楕円形曲面部が歪みなく上下に整然と振動する上記２×１モードの振動を得る上で有利になる。
【００５７】
請求項７に係る発明によれば、各楕円形曲面部のサイドの縁に車体前後方向に延びる側部ビードが形成されているから、各楕円形曲面部の両サイドの剛性をバランスさせて、各楕円形曲面部が歪みなく上下に整然と振動する上記２×１モードの振動を得る上で有利になる。
【００５８】
請求項８に係る発明によれば、上記フロアパネルの左右が上記サイドフレームと上記サイドシルとによって拘束されている場合において、上記側部ビードを上記フロアパネルに対する拘束度の低いサイドフレーム側に配置するようにしたから、上記楕円形曲面部の両サイドの剛性をバランスさせて、各楕円形曲面部が歪みなく上下に整然と振動する上記２×１モードの振動を得る上で有利になる。
【００５９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基いて説明する。
【００６０】
図１は、本発明に係るフロア構造を採用した自動車を示す。この自動車は、前ドア３１の幅よりも後ドア３２の幅が狭い観音開きの４ドアタイプである。この自動車には、フロントフロアパネル１の前端、中間及び後端の各々を車幅方向に延びるＮｏ．１，Ｎｏ．２及びＮｏ．３の各クロスメンバ８，１５，１６が設けられていて、Ｎｏ．１クロスメンバ８とＮｏ．２クロスメンバ１５との間隔は、Ｎｏ．２クロスメンバ１５とＮｏ．３クロスメンバ１６との間隔よりも広くなっている。符号３３はタイヤである。
【００６１】
図２に示すように、上記自動車のフロントフロアパネル１の車体前側の端縁部には、車室とエンジンルームとを仕切るダッシュパネル４の下端縁部がスポット溶接等により接合されており、さらに、該ダッシュパネル４の前方には、エンジンルームを左右両側から囲むように一対のフロントサイドフレーム５，５が設けられている。
【００６２】
前記フロントフロアパネル１は、所定厚（例えば、厚さ０．６５〜０．７ｍｍ）の鋼板をプレス成形してなり、車幅方向の略中央位置において上方に膨出するフロアトンネル部１１が車体前後方向に延びるように一体成形されたものである。また、フロントフロアパネル１の車幅方向の両端側には、それぞれ、自動車のサイドボディ（図示せず）が取り付けられるようになっていて、このサイドボディの下端縁部を車体前後方向に延びる閉断面構造のサイドシル１２，１２（仮想線で示す）がスポット溶接等によりフロントフロアパネル１に接合される。すなわち、上記フロントフロアパネル１は、上記フロアトンネル部１１を含めて上記左右のサイドシル１２，１２間の全幅が１枚の金属板からプレス成形によって形成されている。
【００６３】
さらに、前記フロアトンネル部１１と各サイドシル１２，１２との中間には、それぞれ車体前後方向に延びるようにフロアサイドフレーム１３，１３が設けられている。この各フロアサイドフレーム１３は、前記フロントサイドフレーム５の後側の部分と同様に、断面コ字状の鋼板製部材をフロントフロアパネル１の底面に下方から重ね合わせて、略矩形の閉断面を構成したものである。各フロアサイドフレーム１３，１３の前端部はそれぞれフロントサイドフレーム５，５の後端部に接続されている。
【００６４】
つまり、前記フロントフロアパネル１には、車体前後方向の補強構造として、中央のフロアトンネル部１１と左右両端側のサイドシル１２，１２とに加えて、フロアトンネル部１１とサイドシル１２との間の略中央にフロアサイドフレーム１３が配設されており、これにより、自動車のボディの曲げ剛性やねじり剛性を十分に確保できるとともに、特に自動車の正面衝突時における車室の変形を最小限に抑えて、乗員を確実に保護することができる。
【００６５】
一方、車幅方向の補強構造としては、前記したように、フロントフロアパネル１の前縁部を補強するＮｏ．１クロスメンバ８がある。これに加えて、フロントフロアパネル１の車体前後方向中間位置において車幅方向に延びるＮｏ．２クロスメンバ１５と、フロントフロアパネル１の後端縁部において車幅方向に延びるＮｏ．３クロスメンバ１６とが配設されている。
【００６６】
Ｎｏ．１クロスメンバ８は、フロアパネル１の前端縁からダッシュパネル４に跨って設けられており、このクロスメンバ８とダッシュパネル４とによって車幅方向に延びる閉断面構造が構成されている。
【００６７】
Ｎｏ．２クロスメンバ１５及びＮｏ．３クロスメンバ１６は、下向きに開放するコ字状断面の部材をフロントフロアパネル１の上面に接合したもので、車幅方向の略中央側はフロアトンネル部１１に接合され、側端部はサイドシル１２に接合されている。
【００６８】
以上の構成により、上記フロントフロアパネル１によって構成されるフロアは、各々車体前後方向に延びるフロアトンネル部１１、フロアサイドフレーム１３，１３及びサイドシル１２，１２、並びに、各々車幅方向に延びる各クロスメンバ８，１５，１６によって略長方形状の若しくは長方形状に近い形状の８つのエリアに区画されている。
【００６９】
そうして、この実施形態の特徴は、上記８つのエリアのうち、左右がサイドシル１２とサイドフレーム１３とで区画され、前後がＮｏ．１及びＮｏ．２のクロスメンバ８，１５で区画された２つのエリアＳ１のフロアパネルを、それぞれ、タイヤの空洞共鳴周波数に対応する所定周波数帯域（２００〜３００Ｈｚ）の振動入力、特に２２０〜２４０Ｈｚの振動入力に対して音響放射効率の低い特定の振動モードが励起される振動モード調整フロアパネル構造にしたことにある。上記８つのエリアのうちの残りのエリアのフロアパネルは固有振動数が３００Ｈｚよりも高くなるようにその剛性が調整されている。
【００７０】
ここで、音響放射効率の低い振動モードについては、従来例の公報（特開平９−２０２２６９号）に詳しく説明されている。要するに、矩形状の領域の縦横にそれぞれ励起される定在波の腹の数をそれぞれｎ，ｍとしたときに、図３に一例を示すように、「ｎ×ｍ＝偶数」であれば、当該パネル内で隣接する逆相の部分からの放射音が互いに打ち消し合って、音響放射エネルギが大幅に低下することになる。
【００７１】
すなわち、同図(a)に示す「２×１＝２」の振動モードでは、パネル内の２つの部分が逆位相かつ同振幅で振動し、放射音同士が打ち消し合う。また、同図(b)に示す「２×２＝４」の振動モードでは、パネル内の４つの部分からの放射音が互いに打ち消し合うことになり、このときに音響放射効率が最小となる。
【００７２】
そして、この実施形態では、上述の如く車体剛性を確保するために車体前後方向及び車幅方向にそれぞれ配置したフレームやクロスメンバ等の補強構造のレイアウトを生かしつつ、フロアパネル１上の車体前後方向に長いエリアＳ１の各フロアパネルに、それぞれ、車体前後方向の定在波の腹が２つでかつ車幅方向の定在波の腹が１つとなる２×１モードの振動を励起させるようにしている。
【００７３】
具体的に説明すると、サイドシル１２、サイドフレーム１３及びクロスメンバ８，１５によって区画された上記エリアＳ１のフロアパネルは、車体前後方向に延びる長辺の長さが短辺の長さの２倍以上（この実施形態では短辺に対する長辺の長さの比が約３）になった細長い長方形状になっており、且つ周縁がこれらサイドシル１２、サイドフレーム１３及びクロスメンバ８，１５によって拘束されている。
【００７４】
そうして、エリアＳ１のフロアパネルには、上記２×１モードで振動し、且つその固有振動数が略２３０Ｈｚとなるようにその面剛性を調整する剛性調整手段が設けられている。
【００７５】
まず、このフロアパネルの前後の両端部にはそれぞれ車幅方向に延びる横ビード３５，３６が形成され、左右の両側部にはそれぞれ車体前後方向に延びる縦ビード３７，３８が形成されている。この横及び縦のビード３５〜３８で囲まれた長方形状の面は短辺に対する長辺の長さの比が３よりも少し小さくなっている。
【００７６】
上記ビード３５〜３８で囲まれた面には、周縁が車体前後方向に長い楕円形に形成され且つ下方へ膨出した一対の楕円形曲面部（皿状凹部）３９，４０が互いの長軸を同軸にして車体前後方向に並ぶように設けられている。楕円形曲面部３９，４０の周囲は基本的にはフラットに形成されている。
【００７７】
上記一対の楕円形曲面部３９，４０の間には中間ビード４１が形成され、前側楕円形曲面部３９の前端縁及び後側楕円形曲面部４０の後端縁の各々には端部ビード４２，４３が形成され、楕円形曲面部３９，４０の各々のサイドフレーム１３側の縁には側部ビード４４，４４が形成されている。また、中間ビード４１の両側のフラット部には凹部４５が形成されている。なお、符号４６は水抜き孔である。
【００７８】
上記横ビード３５，３６及び縦ビード３７，３８は、いずれもパネルを溝状に凹ませて形成された構造ビードである。
【００７９】
楕円形曲面部３９，４０は、平面視で互いの凹部が接する、つまりは互いの長軸の端同士が接する関係になるように、その楕円の大きさが調整されている。また、図４に示すように、楕円形曲面部３９，４０は、曲率半径Ｒ１が大きい中央部の曲面と、曲率半径Ｒ２が小さい周辺部の曲面とが連続した複合曲面に形成されている。本実施形態の場合、曲率半径Ｒ１は曲率半径Ｒ２の４倍になっている。また、各楕円形曲面部３９，４０には面剛性の調整と滑り止めとを兼ねたビード４７が車体前後方向に延びている。
【００８０】
中間ビード４１は、上記楕円形曲面部３９，４０の間を溝状に凹ませて形成された構造ビードであって、楕円形曲面部３９，４０の楕円の短軸よりも短い幅で車体前後方向に延び、図５に示すように、楕円形曲面部３９，４０の長軸の端部同士を結んでいる。
【００８１】
後側の端部ビード４３は、後側の楕円形曲面部４０の長軸の後端縁を溝状に凹ませて形成された構造ビードであって、中間ビード４１と同じ幅で車体前後方向に延び後側の楕円形曲面部４０と後側の横構造ビード３６とを結んでいる。前側の端部ビード４２も、後側の端部ビード４３と同様に形成されて、前側の楕円形曲面部３９と前側の横構造ビード３５とを結んでいる。
【００８２】
側部ビード４４は、楕円形曲面部３９（４０）の各々のサイドフレーム１３側の縁（当該楕円形曲面部の楕円の短軸位置）を溝状に凹ませて形成された構造ビードであり、図６に示すように、楕円形曲面部３９（４０）と縦構造ビード３７とに跨って車体前後方向に延びている。なお、サイドシル１２の側には側部ビードは設けられていない。その理由は、サイドシル１２とサイドフレーム１３とを比較した場合、前者の方が剛性が高く、フロアパネルに対する拘束度が高いことにある。つまり、細部フレーム１３の側のみに側部ビード４４を設けたのは、サイドシル１２とサイドフレーム１３との剛性の違いを考慮して、上記楕円形曲面部３９，４０の両サイドの剛性をバランスさせ、各楕円形曲面部３９，４０をその中央部が腹なるように歪みなく上下に整然と振動させるためである。
【００８３】
以上の面剛性の調整により、エリアＳ１のフロアパネルは、上記２×１モードで振動し、且つその固有振動数は略２３０Ｈｚになっている。以下では、上記楕円形曲面部３９，４０など上述の各剛性調整手段の働きについてシミュレーション結果に基づいて具体的に説明する。
【００８４】
図７（ａ）は、エリアＳ１のフロアパネルの中央部に周縁が角形になった一対の曲面部５１，５１を前後に並ぶように形成し、その前後の両外側をフラットにした場合である。このケースでの固有振動数は、１×１モードでは約１３５Ｈｚ、２×１モードでは約１５６Ｈｚ又は約２４２Ｈｚとなった。但し、２×１モードでの固有振動数が約２４２Ｈｚに現れたが、パネルの振動は明確な２×１モードにはならなかった。
【００８５】
図７（ｂ）は、エリアＳ１のフロアパネルの周縁に沿って溝形の構造ビード５２を形成し、この構造ビード５２で囲まれた面に前後方向に長い角形になった一対の曲面部５３，５３を前後に並ぶように形成した場合である。このケースでの固有振動数は、１×１モードでは約９０Ｈｚ、２×１モードでは約１３８Ｈｚとなった。しかし、２×１モードの固有振動数は狙いとするタイヤの空洞共鳴周波数２３０Ｈｚからみるとかなり低い。
【００８６】
図７（ｃ）は、図７（ｂ）において、その角形の曲面部５３に代えて前後方向に長い楕円形曲面部５４を採用した場合である。この楕円形曲面部５４は、中央部も周辺部も同じ曲率半径の曲面に形成されている（幅方向における曲率半径は約４５０ｍｍ）。このケースでの固有振動数は、１×１モードでは約９０Ｈｚ、２×１モードでは約１４８Ｈｚとなった。すなわち、曲面部を楕円形にすると、２×１モードの固有振動数が高くなることがわかったが、狙いとするタイヤの空洞共鳴周波数２３０Ｈｚからみると未だ低い。
【００８７】
図７（ｄ）は、図７（ｃ）において、その曲率半径が一定の楕円形曲面部５４に代えて、図４に示す、曲率半径Ｒ１が大きい中央部の曲面と、曲率半径Ｒ２が小さい周辺部の曲面とが連続した複合曲面の楕円形曲面部５５を採用した場合である（Ｒ１＝６００ｍｍ，Ｒ２＝１５０ｍｍ）。このケースでの固有振動数は、１×１モードでは約９８Ｈｚ、２×１モードでは約１６０Ｈｚとなった。すなわち、楕円形曲面部を複合曲面に形成すると、２×１モードの固有振動数が高くなることがわかったが、狙いとするタイヤの空洞共鳴周波数２３０Ｈｚからみると未だ低い。
【００８８】
図７（ｅ）は、図７（ｄ）の複合曲面の楕円形曲面部５５を深くして大型化した楕円形曲面部３９，４０を採用し、相隣る楕円形曲面部３９，４０の長軸の端同士が接するようにした場合である。このケースでの固有振動数は、１×１モードでは約１３８Ｈｚ、２×１モードでは約１９４Ｈｚとなった。すなわち、楕円形曲面部の大型化により、２×１モードの固有振動数が高くなることがわかったが、狙いとするタイヤの空洞共鳴周波数２３０Ｈｚからみると未だ低い。また、振動したときの歪エネルギー分布の解析から、楕円形曲面部３９，４０の長軸の端同士が接する部位、楕円形曲面部３９の前端部、楕円形曲面部４０の後端部、並びに楕円形曲面部３９，４０の片側（サイドフレーム側）の歪みが大きいことがわかった。
【００８９】
図７（ｆ）は、図７（ｅ）において、その楕円形曲面部３９，４０を結ぶ中間構造ビード４１、楕円形曲面部３９，４０とその前後の構造ビード５２，５２とを結ぶ端部構造ビード４２，４３、並びに側部構造ビード４４を設けた場合（図２に示す実施形態）である。すなわち、振動時の歪みの大きい部位に構造ビード４１〜４４を形成した。構造ビード４１〜４４の深さは３ｍｍとした。このケースでの固有振動数は、１×１モードでは約１５７Ｈｚ、２×１モードでは約２３４Ｈｚとなった。すなわち、上記構造ビード４１〜４４の形成により、２×１モードの固有振動数を狙いとするタイヤの空洞共鳴周波数２３０Ｈｚに略一致させることができた。
【００９０】
ところで、前後方向に長い長方形状のフロアパネルの場合、前後方向における曲げ剛性の方が幅方向における曲げ剛性よりも低くなる。これに対して、上記楕円形の楕円形曲面部３９，４０は、前後方向に長く延びており、また、構造ビード４１〜４４は全て前後方向に長くなっており、いずれもフロアパネルの前後方向における曲げ剛性を高める。このことが、上記２×１モードの固有振動数を狙いとするタイヤの空洞共鳴周波数２３０Ｈｚに略一致するように高める上で有利に働いていると考えられる。
【００９１】
また、上記構造ビード４１〜４４は、図７（ｅ）と図７（ｆ）の固有振動数の比較から明らかなように、当該パネルの固有振動数を高める働きが大きいが、その働きには当該構造ビードの深さが大きな影響を与える。従って、フロアパネルに２×１モード振動のための基本形状（周辺のビード３５〜３８（又は５２）及び一対の楕円形曲面部３９，４０）を決定した後、上記溝形構造ビード４１〜４４を形成するにあたり、その深さを調節することにより、当該パネルの２×１モードの固有振動数をタイヤの空洞共鳴周波数に略一致するように簡単にチューニングすることができる。
【００９２】
また、上記周辺の構造ビード３５〜３８は、略長方形状のフロアパネルに２×１モードの振動を生起せしめる領域を制限する働き、並びにフロアパネル全体の剛性を高める働きをする他、当該２×１モードの振動領域とその周辺のサイドフレーム、クロスメンバ等の強度メンバとの間で振動が連成することを防止する働きをする。つまり、これら構造ビード３５〜３８は、その長手方向におけるフロアパネルの曲げ剛性を高めるが、該長手方向と直交する方向の曲げ剛性を高めないから、当該２×１モードの振動領域とその周辺の強度メンバとの間で振動が伝達することを抑制する。楕円形曲面部３９，４０の周囲のフラット部も上記振動連成の防止に働く。
【００９３】
図８は上述の振動モード調整フロアパネルを有する本発明パネルと、そのような振動モード調整フロアパネルを備えないフラットパネルとについて、音響放射特性を比較したテスト結果を示す。テストは、各パネルの周縁を全周にわたって単純拘束し、各パネルに適宜の振動数で加振力Ｆを与えて音響放射パワーＰを測定するというものである。
【００９４】
同図によれば、本発明パネルでは、振動数２３０Ｈｚにおいて音響放射パワーがフラットパネルに比べて大きく低下している。この結果から、本発明パネルの振動モード調整エリアでは、２×１モードの振動が２３０Ｈｚ付近で生じていることを理解することができる。
【００９５】
また、上記Ｓ１以外の他のエリアのフロアパネルについては、その固有振動数が３００Ｈｚ以上になるようにその面剛性を調整したので、タイヤの空洞共鳴による２３０Ｈｚ前後の外部振動に対する共振が避けられ、放射音が低減する。
【００９６】
なお、本願発明の構成は前記実施形態のものに限定されず、それ以外の種々の構成をも包含するものである。すなわち、一対の楕円形曲面部３９，４０は、その一方を下方へ膨出した凹曲面とし、他方を上方へ膨出した凸曲面としても、或いはその両方を共に凸曲面としてもよい。
【００９７】
また、パネルに制振材を添付することにより他の振動モードを抑制することもロードノイズの低減に効果があり、この場合にはパネルの振動レベルそのものが低下して、放射音量が全体的に小さくなるので、このことによっても車室内の静粛性が向上する。
【００９８】
また、前記実施形態では、第１エリアＳ１のフロアパネルを振動モード調整フロアパネル構造としているが、これに限らず、他のエリアについても適宜振動モード調整フロアパネル構造を採用するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る自動車の側面図である。
【図２】 本発明に係る自動車のアンダボディの斜視図である。
【図３】 振動モード調整領域における放射音のキャンセレーションの概念図である。
【図４】 本発明に係る楕円形曲面部の複合曲面を示す線図である。
【図５】 本発明に係る中間ビードと端部ビードとを示す車体前後方向に切断した断面図である。
【図６】 本発明に係る側部ビードを示す車幅方向に切断した断面図である。
【図７】 各種のフロアパネルを示す斜視図である。
【図８】 本発明パネルとフラットパネルとの音響放射特性を比較したグラフ図である。
【符号の説明】
Ｓ１ 振動モード調整エリア（フロアパネル）
１ フロントフロアパネル
４ ダッシュパネル
８ Ｎｏ．１クロスメンバ（強度メンバ）
１１ フロアトンネル部（強度メンバ）
１２ サイドシル（強度メンバ）
１３ サイドフレーム（強度メンバ）
１５ Ｎｏ．２クロスメンバ（強度メンバ）
１６ Ｎｏ．３クロスメンバ（強度メンバ）
３１ 前ドア
３２ 後ドア
３９，４０ 楕円形曲面部
４１ 中間構造ビード
４２，４３ 端部構造ビード
４４ 側部構造ビード

Claims (8)

1. 自動車のフロアが、車幅中央部を車体前後方向に延びるフロアトンネル部と、該車幅の両側部を車体前後方向に延びる左右のサイドシルと、該フロアトンネル部と左右のサイドシルとの中間部を車体前後方向に延びるサイドフレームと、車幅方向に延びる複数のクロスメンバとによって複数のエリアに区画され、
   上記複数のエリアのうちの少なくとも１つのエリアのフロアパネルは、左右が上記フロアトンネル部又はサイドシルとサイドフレームとによって拘束され、前後が２つのクロスメンバによって拘束された車体前後方向に長い略長方形状に形成され、且つその長辺は短辺の２倍よりも長く形成されており、
   上記フロアパネルは、該フロアパネルに周縁が車体前後方向に長い楕円形に形成され且つ上方又は下方へ膨出した一対の曲面部が互いの長軸を同軸にして車体前後方向に並ぶように設けられて、車体前後方向では２つの腹を生じ車幅方向では１つの腹を生ずる２×１モードの振動が発生し該２×１モードの固有振動数が当該自動車のタイヤの空洞共鳴周波数に略一致するように振動モードを調整されたフロアパネル構造とされ、
   上記一対の楕円形曲面部の各々は、上記振動モードの調整のために、中央部の曲率半径が大きく周辺部の曲率半径が小さい複合曲面構造になっていることを特徴とする自動車のフロア構造。
2. 自動車のフロアが、車幅中央部を車体前後方向に延びるフロアトンネル部と、該車幅の両側部を車体前後方向に延びる左右のサイドシルと、該フロアトンネル部と左右のサイドシルとの中間部を車体前後方向に延びるサイドフレームと、車幅方向に延びる複数のクロスメンバとによって複数のエリアに区画され、
   上記複数のエリアのうちの少なくとも１つのエリアのフロアパネルは、左右が上記フロアトンネル部又はサイドシルとサイドフレームとによって拘束され、前後が２つのクロスメンバによって拘束された車体前後方向に長い略長方形状に形成され、且つその長辺は短辺の２倍よりも長く形成されており、
   上記フロアパネルは、該フロアパネルに周縁が車体前後方向に長い楕円形に形成され且つ上方又は下方へ膨出した一対の曲面部が互いの長軸を同軸にして車体前後方向に並ぶように設けられて、車体前後方向では２つの腹を生じ車幅方向では１つの腹を生ずる２×１モードの振動が発生し該２×１モードの固有振動数が２００〜３００Ｈｚとなるように振動モードを調整されたフロアパネル構造とされ、
   上記一対の楕円形曲面部の各々は、上記振動モードの調整のために、中央部の曲率半径が大きく周辺部の曲率半径が小さい複合曲面構造になっていることを特徴とする自動車のフロア構造。
3. 請求項２において、
   上記２×１モードの固有振動数が２２０〜２４０Ｈｚとされている自動車のフロア構造。
4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、
   上記一対の楕円形曲面部は、平面視で互いの凹部が接し又はオーバラップしている自動車のフロア構造。
5. 請求項１〜３のいずれかにおいて、
   上記フロアパネルには、上記一対の楕円形曲面部の長軸の端部同士を結ぶように車体前後方向に延び且つ幅が当該楕円の短軸よりも狭い中間ビードが形成されている自動車のフロア構造。
6. 請求項５において、
   上記フロアパネルには、上記各楕円形曲面部の上記中間ビードとは長軸方向の反対側の縁に車体前後方向に延びる端部ビードが形成されている自動車のフロア構造。
7. 請求項６において、
   上記フロアパネルには、各楕円形曲面部のサイドの縁に車体前後方向に延びる側部ビードが形成されている自動車のフロア構造。
8. 請求項７において、
   上記フロアパネルは、左右が上記サイドフレームと上記サイドシルとによって拘束されており、
   上記側部ビードは、上記サイドフレーム及び上記サイドシルのうち上記フロアパネルに対する拘束度の低いサイドフレーム側に配置されて、上記楕円形曲面部の両サイドの剛性がバランスされている自動車のフロア構造。

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