JP4114670B2 - 車両の車輪構造 - Google Patents

Description

本発明は、車両の車輪構造の改良に関する。

図１０は従来から使用されている車輪の概略図を示しており、この図１０を参照して説明すると、従来から、車両走行中、タイヤ１とホイール１０とで形成される閉空間５内の気柱共鳴が、ロードノイズを悪化させる原因となっていることが知られている。詳しくは、気柱共鳴とは、路面からタイヤ１に入力されるランダムな振動が閉空間５内の空気を振動させ、その結果、閉空間５の気柱共鳴周波数付近で共鳴現象が起こり、発生する共鳴音である。

この気柱共鳴周波数は、一般的に、
ｆ＝ｃ／２πｒ
ただし、ｆ：気柱共鳴周波数，ｃ：音速，
ｒ：車輪中心から閉空間の径方向中央部２０までの長さ
により示される式を基本として決まるが、車重によりタイヤ接地面１７が変形することにより、実際には気柱共鳴周波数のピークは複数に分かれる。いずれにしても、閉空間５の断面形状が車輪１２の回転によらず常に一定であることから、従来の車輪構造では、上記式のｒは一定値となり、常に同一の気柱共鳴周波数で共鳴し、音圧レベルの高い耳障りな音となる。

ところで、車輪からの騒音を解決する手段として、特開平９−１１７０４号公報には、タイヤホイールの外周面に少なくとも一つの粘弾性材料から成る層を含んだ略円筒状リングを備えることで、ホイールの機械的振動を吸収し、ホイールの騒音を低減させる技術が開示されている。しかしながら、この技術は、気柱共鳴音の発生を根本的に抑制するものではないため、充分な騒音低減効果が得られないといった課題があった。

本発明は、上述の課題に鑑み創案されたもので、車輪の閉空間内の気柱共鳴音により発生する騒音を効果的に低減することができるようにした、車両の車輪構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１記載の本発明の車両の車輪構造は、ホイールと該ホイールの外周に装着されたタイヤとをそなえた車両の車輪構造において、前記ホイールと前記タイヤとにより囲繞され形成される閉空間内に、バルクヘッドが前記閉空間を仕切ることなく周方向に複数配設され、前記車輪の回転に伴い前記バルクヘッドが配設されない周方向位置で前記タイヤが接地する場合と前記バルクヘッドが配設された周方向位置で前記タイヤが接地する場合とで前記閉空間の気柱共鳴周波数を周期的に変化させることで騒音レベルを低下させるように、前記バルクヘッドを側面視円弧状として前記閉空間の断面形状を周方向において変化させたことを特徴としている。

請求項２記載の本発明の車両の車輪構造は、請求項１記載の車両の車輪構造において、前記閉空間の断面形状の変化は、前記閉空間の断面積を周方向において変化させるものであることを特徴としている。
請求項３記載の本発明の車両の車輪構造は、請求項２記載の車両の車輪構造において、 前記閉空間の断面積は、前記タイヤの接地していない部分において、前記閉空間における前記バルクヘッドが無い部分の断面積に対して、前記バルクヘッドの断面積を２．５％以上とするように形成されることを特徴としている。

請求項４記載の本発明の車両の車輪構造は、請求項１〜３の何れか１項に記載の車両の車輪構造において、前記閉空間の断面形状の変化は、前記タイヤの内周面と該内周面に対向する前記ホイールの外周面との距離を、周方向において変化させるものであることを特徴としている。
請求項５記載の本発明の車両の車輪構造は、請求項４記載の車両の車輪構造において、 前記距離は、前記バルクヘッドが配設された部分では、前記バルクヘッドが配設されない部分に対して、前記タイヤの接地していない部分において９７％以下に設定されることを特徴としている。

請求項６記載の本発明の車両の車輪構造は、請求項１〜５の何れか１項に記載の車両の車輪構造において、前記バルクヘッドは前記ホイールのリムの外周面に配設されることを特徴としている。
請求項７記載の本発明の車両の車輪構造は、請求項１〜５の何れか１項に記載の車両の車輪構造において、前記バルクヘッドは前記タイヤの内面に配設されることを特徴としている。

請求項８記載の本発明の車両の車輪構造は、請求項１〜７の何れか１項に記載の車両の車輪構造において、前記バルクヘッドは、周方向において前記バルクヘッドの周方向長さと略等しい間隔で等間隔に配設されることを特徴としている。
請求項９記載の本発明の車両の車輪構造は、請求項１〜８の何れか１項に記載の車両の車輪構造において、前記バルクヘッドは、周方向において２つ配設されることを特徴としている。

請求項１０記載の本発明の車両の車輪構造は、請求項９記載の車両の車輪構造において、前記バルクヘッドは、全周長の略１／４の長さを有することを特徴としている。

本発明の車両の車輪構造によれば、単一の気柱共鳴周波数で共鳴する時間を短縮することができ、気柱共鳴に伴う騒音レベルを低下させることができる利点がある。

以下、図面により、本発明の実施の形態について説明すると、図１〜図５は本発明の第１実施形態としての車両の車輪構造を示し、図６は本発明の第２実施形態としての車両の車輪構造を示し、図７は本発明の第３実施形態としての車両の車輪構造を示し、図８は本発明の第４実施形態としての車両の車輪構造を示し、図９は本発明の他の実施形態としての車両の車輪構造を示す。これらの図に基づいて説明する。ただし、図１〜図９において、前述の従来例と同じ構成部分は同一の符号を付与する。

まず、本発明の第１実施形態の車両の車輪構造について説明すると、図１に示すように、車両のホイール１０のリム部６の外周面３には、全周のおよそ１／８の長さを有し側面視が円弧状のバルクヘッド１５が等間隔に４つ配置され、図２，図３に示すように、車輪１２を構成するタイヤ１とホイール１０とに囲繞されて形成される閉空間５の断面形状を、その周方向において変化させている。

本発明の第１実施形態の車両の車輪構造は、上述のように構成されるので、図２に示すように、タイヤ接地面１７に対向するリム部６外周面３にバルクヘッド１５がない状態Ａと、その状態から略１／８回転し、図２に示すように、上記部位にバルクヘッド１５がある状態Ｂとでは、気柱共鳴周波数が異なる。なお、図２，図３において、符号２０は閉空間５の径方向中央部を示している。

詳しくは、バルクヘッド１５が配置されている部位の直下が接地する場合（状態Ｂ）は、タイヤ接地面１７におけるタイヤ内周面８と、同タイヤ内周面８に対向するホイール１０の外周面３（バルクヘッド１５の面２７）との間の距離Ｈ_B が、バルクヘッド１５がない部位の直下が接地する場合（状態Ａ）の該距離Ｈ_A に比べてバルクヘッド１５の高さ分だけ短くなるため、閉空間５の径方向中央部２０が車輪１２外周側に変位する。

このため、状態Ａと状態Ｂとでは、閉空間５の接地部断面高さが異なり、閉空間５の接地部における径方向中央部２０の位置も異なることになる。前述したように、気柱共鳴周波数は車輪中心から径方向中央部２０までの長さｒで決まるため、それぞれの状態において気柱共鳴周波数が異なる。そして、車輪１２の回転に伴い、図４に示すように、状態Ａにおける気柱共鳴周波数ａ，ａ′（実施例と付す実線参照）及び状態Ｂにおける気柱共鳴周波数ｂ，ｂ′（実施例と付す破線参照）の間を連続的に変化させるようになる。

この結果、閉空間５内の気柱共鳴周波数が車輪１２の回転によらず常に一定である従来の車輪構造では車輪１２が回転しても常に同じ周波数で共鳴する（従来例と付す１点鎖線参照）のに対し、本実施形態の車輪構造によれば、車輪１２の略１／４回転を一周期として気柱共鳴周波数が変動するため、単一の周波数で共鳴する時間が短くなり、図４に実線，破線で示すように気柱共鳴周波数に伴う騒音レベルは低くなる。そのうえ、気柱共鳴周波数が多数に分かれるため、音圧レベルは低くなり、乗員に騒音を感じにくくさせることができる。

さらに、気柱共鳴の騒音レベルが下がれば、ホイール１０に伝達される気柱共鳴周波数領域の振動振幅も下がるため、気柱共鳴に起因したホイール１０の共振に伴う騒音も低減させることができる。
また、ホイール１０には、ホイール１０の車両前後方向両端部がスピンドルを中心としてそれぞれ車幅方向で逆方向に変位して共振するベルモードと、ベルモードよりも高い周波数で、上記部位がスピンドルを中心としてそれぞれ車幅方向で同方向に変位して共振する曲げモードとの２つのモードの固有振動数があるが、ホイール１０に入力される周波数のうち、他の周波数よりも依然振幅の大きい気柱共鳴周波数付近の周波数領域に前記２つの固有振動数が存在すると、ホイール１０の共振が増幅し騒音レベルを効果的に低減できなくなる惧れがある。

しかし、前述した曲げモードの固有振動数は、ホイール１０の曲げ剛性に比例し、ベルモードの固有振動数はホイール１０の重量に反比例するため、上記バルクヘッド１５をホイール１０の外周面３に設けると、ホイール１０の曲げ剛性向上に伴い曲げモードの固有振動数が上がり、重量増加に伴いベルモードの固有振動数が下がる。従って、図５に実線で示すように、ホイール１０の固有振動数が気柱共鳴周波数領域にあったとしても、バルクヘッド１５の板厚，材質，重さ等を調節することによって、両固有振動数を気柱共鳴周波数領域から外すことができるため、従来生じやすかったホイール１０の共振の増幅（図５の１点鎖線参照）も防止することができる。

次に、本発明の第２実施形態としての車両の車輪構造について説明すると、図６に示すように、この車輪構造では、ホイール１０のリム部６の外周面３にバンド３０が巻装されている。このバンド３０は、その両端に取付部２８を備えるとともに、側面視で連続した凹凸形状を有しており、ホイール１０のリム部６の外周面３に巻き付け、両端の取付部２８を互いに結合することで固定されており、このバンド３０により閉空間５の断面形状を周方向に変化させている。
本発明の第２実施形態としての車両の車輪構造は、上述のように構成されるので、上記実施形態と略同様な騒音低減効果を得られるだけでなく、製造工程を簡略化することができるとともに、後付けが可能となる利点がある。

次に、本発明の第３実施形態としての車両の車輪構造について説明すると、図７に示すように、この車輪構造では、ホイール１０のリム部６外周面３の形状自体を真円以外の形状としている。
本発明の第３実施形態としての車両の車輪構造は、このように構成され、閉空間５の断面形状を周方向に変化させているため、上記各実施形態と略同様な騒音低減効果を得られる。

さらに、本発明の第４実施形態としての車両の車輪構造について説明すると、図８に示すように、この車輪構造では、タイヤ内周面８に部分的にバルクヘッド１５′を設けて閉空間５の断面形状を周方向で変化させている。
本発明の第４実施形態としての車両の車輪構造は、このように構成され、閉空間５の断面形状を周方向に変化させているため、上記各実施形態と略同様な騒音低減効果を得られる。

さらに上記実施形態では、車輪中心から閉空間５の径方向中央部２０までの長さｒ（閉空間５の径方向中央線の長さ）を車輪１２の回転に伴い変化させることで、閉空間５内の気柱共鳴周波数を車輪１２の回転と共に変化させる作用により騒音を低減したが、本発明にかかる開発者らの研究により、閉空間５の断面積が車輪１２の回転により変動するように閉空間５の断面形状を変化させても、車輪１２の回転により閉空間５内の気柱共鳴周波数を変化させることができることが明らかになった。

そこで、例えば、図９（ａ），（ｂ）に示すように、タイヤ内面の車幅方向側面にバルクヘッド１５″を設ければ、閉空間５内のタイヤ接地面１７に相当する部位にバルクヘッド１５″がある状態と、前記部位にバルクヘッド１５″がない状態とでは、前記部位の断面積が異なるため、上記実施形態と同様に車輪１２の回転により気柱共鳴周波数を変化させて、騒音を低減することができる。

尚、本実施形態では、バルクヘッド１５，１５′，１５″を４つ又は２つ配置する構成としたが、タイヤ内面またはホイール１０のリム部６外周面３に全周長の略１／４の長さを有するバルクヘッドを２つ等間隔に配置する構成とすると、単一の気柱共鳴周波数で共鳴する時間を最も短縮することができ、騒音を最も低減することができる。
また、タイヤ接地面１７以外で閉空間５の径方向最短部長さを最長部長さの９７％以下（又は、略９７％以下）、または閉空間５におけるバルクヘッドが無い部分の断面積に対して、バルクヘッド１５の断面積を２．５％以上（又は、略２．５％以上）とすれば気柱共鳴周波数を効果的にずらすことができ、より一層の騒音低減効果が得られるものである。

本発明の第１実施形態に係るホイール斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る車輪の作用を説明する概略側面図である。 本発明の第１実施形態に係る車輪の作用を説明する概略側面図である。 本発明の第１実施形態に係る気柱共鳴周波数に対する騒音レベルの特性を従来技術と比較して示す図である。 本発明の第１実施形態に係るホイールの共振周波数に対する騒音レベルの特性を従来技術と比較して示す図である。 本発明の第２実施形態に係るホイールの斜視図である。 本発明の第３実施形態に係る車輪の概略側面図である。 本発明の第４実施形態に係る車輪の概略側面図である。 本発明のその他の実施形態に係る車輪の概略図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）のＫ−Ｋ矢視断面を示す模式図である。 従来技術に係る車輪の概略側面図である。

符号の説明

３ ホイール外周面
５ 閉空間
１０ ホイール
１２ 車輪
１５，１５′，１５″ バルクヘッド
１７ タイヤ接地面
２８ 取付部
３０ バンド

Claims (10)

1. ホイールと該ホイールの外周に装着されたタイヤとをそなえた車両の車輪構造において、
   前記ホイールと前記タイヤとにより囲繞され形成される閉空間内に、バルクヘッドが前記閉空間を仕切ることなく周方向に複数配設され、
   前記車輪の回転に伴い前記バルクヘッドが配設されない周方向位置で前記タイヤが接地する場合と前記バルクヘッドが配設された周方向位置で前記タイヤが接地する場合とで前記閉空間の気柱共鳴周波数を周期的に変化させることで騒音レベルを低下させるように、前記バルクヘッドを側面視円弧状として前記閉空間の断面形状を周方向において変化させたことを特徴とする、車両の車輪構造。
2. 前記閉空間の断面形状の変化は、前記閉空間の断面積を周方向において変化させるものであることを特徴とする、請求項１記載の車両の車輪構造。
3. 前記閉空間の断面積は、前記タイヤの接地していない部分において、前記閉空間における前記バルクヘッドが無い部分の断面積に対して、前記バルクヘッドの断面積を２．５％以上とするように形成されることを特徴とする、請求項２記載の車両の車輪構造。
4. 前記閉空間の断面形状の変化は、前記タイヤの内周面と該内周面に対向する前記ホイールの外周面との距離を、周方向において変化させるものであることを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載の車両の車輪構造。
5. 前記距離は、前記バルクヘッドが配設された部分では、前記バルクヘッドが配設されない部分に対して、前記タイヤの接地していない部分において９７％以下に設定されることを特徴とする、請求項４記載の車両の車輪構造。
6. 前記バルクヘッドは前記ホイールのリムの外周面に配設されることを特徴とする、請求項１〜５の何れか１項に記載の車両の車輪構造。
7. 前記バルクヘッドは前記タイヤの内面に配設されることを特徴とする、請求項１〜５の何れか１項に記載の車両の車輪構造。
8. 前記バルクヘッドは、周方向において前記バルクヘッドの周方向長さと略等しい間隔で等間隔に配設されることを特徴とする、請求項１〜７の何れか１項に記載の車両の車輪構造。
9. 前記バルクヘッドは、周方向において２つ配設されることを特徴とする、請求項１〜８の何れか１項に記載の車両の車輪構造。
10. 前記バルクヘッドは、全周長の略１／４の長さを有することを特徴とする、請求項９記載の車両の車輪構造。

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