JP4554733B2 - タイヤのトレツド騒音の処理 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
ここに説明される発明は、一般にタイヤ技術に関し、より特別に、路面走行時における発生騒音の小さいタイヤを作るためのタイヤ騒音の解析及び／又は抑制のための配列に関する。
【０００２】
【従来技術及びその課題】
通常の自動車用タイヤのトレッドは、典型的に、溝の網で分離された多数の荷重支持用のトレッドブロック要素を備える。トレッドブロック要素は、タイヤの円周方向をまわるパターンに配列される。タイヤが路面上で転動すると、トレッドブロック要素は路面と接触したり離れたりして動き、周囲の空気分子に外乱を与えて音を発生させる。いかなる所与のトレッドパターンでも、ある量の音響エネルギーが作られる。可聴周波数スペクトルにわたる音のエネルギーの分布は、トレッドブロック要素と溝との形状により、少なくも部分的に制御し得ることが見いだされている。一定ピッチ長さのトレッドブロック要素が完全にタイヤの囲むように使用された場合は、発生する音は単一周波数が卓越し、その高調波、即ち発生した音の大部分は可聴周波数スペクトルの小さい周波数範囲内に集中する。この音の集中は、タイヤが取り付けられた車両の乗員にとって非常な妨害となる。
【０００３】
タイヤトレッドにより作られたエネルギーの可聴周波数スペクトルにわたる拡散を強化しこれにより不愉快な音の音調の集中を減らすために、多くの努力が向けられてきた。タイヤの円周方向のタイヤトレッドのデザインサイクルの長さ、即ちピッチを変えることにより可変ピッチタイヤトレッドパターンにする「ピッチング」として知られる手法がこれを成就する。このデザインサイクルは、典型的に、円周方向で少なくも１個のトレッドブロック要素と一般に横断方向に伸びている溝とを含んだトレッドの表象的な部分である。タイヤのためのモデルの実際的な製造条件のために、タイヤの周囲は整数個のデザインサイクルより構成される。デザインサイクルの長さは、これを、不規則に、或いは騒音が周波数スペクトルの全域に分散されるように予め選ばれたアルゴリズムの方法で変えることができる。
【０００４】
異なったトレッドパターンに伴う製造及び試験の大きな出費を避けるために、トレッドパターン解析を実行するコンピューターシミュレーションが使われてきた。ピッチシーケンスの解析に関するタイヤ工業における共通的な手法は、全ピッチシーケンスのフーリエスペクトルを観察することである。例えば、ＳＡＥペーパー９５１３５２、Tire Tread Pattern Noise Reduction Through the Application of Pitch Sequencing 参照。かかる技術は、不愉快なタイヤ騒音の低減の仕事を助けるタイヤのピッチシーケンスの音響出力に関する有意義な情報を提供する。これにより、最適のピッチシーケンスを確定するために種々のピッチシーケンスを解析し、次いで実際の物理的試験のために試験タイヤに適用することが可能となる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、トレッドパターンデザイン、特にタイヤピッチシーケンスの高調波の内容（content）を見積もるためのより洗練された技法を提供する。タイヤの全ピッチシーケンスのフーリエスペクトルの解析に代わって、ピッチシーケンス高調波の内容が、シーケンスに沿った、即ち、タイヤトレッドの円周方向に沿った位置の関数として得られ解析される。この局所的な高調波の内容の情報が、特にタイヤトレッドの騒音性能へのアクセスに使用され、更に牽引力、トレッド摩耗などのようなその他の性能の限界値とともに最適のタイヤトレッドピッチシーケンスを選定するための限界値として使用することができる。
【０００６】
本発明の好ましい実施例により、全タイヤピッチシーケンスが解析されるまで、タイヤピッチシーケンスの多数の小部分についてフーリエスペクトルが得られる。これにより、全シーケンスに対して平均的なフーリエスペクトルを１個しか得なかった先行技術に勝る利点が得られる。例えば、本発明により、シーケンスの位置の関数として異なった高調波成分の変動を見通せるタイヤピッチシーケンスの特定部分の高調波の内容の解析が可能となる。
【０００７】
そこで、本発明の１態様により、トレッドピッチシーケンスの特定部分の高調波の内容を見積もる方法は、（ａ）ピッチシーケンスに相当する波形を調製し、（ｂ）円周方向の位置の関数として高調波の内容の表現を提供するために変換関数を使用し、そして（ｃ）トレッドピッチシーケンスの高調波の内容を評価する諸段階を包含する。好ましい実施例においては、評価段階は高振幅部分の同定を含み、そして同定段階は、予定の限界値を越える振幅部分の数の決定と、かかる数の関数としてトレッドピッチシーケンスの総高調波の内容を等級別にすることを含む。
【０００８】
本発明の別の態様により、タイヤトレッドの設計方法は、ピッチシーケンスに相当する波形を調製し、そして音響振幅の円周方向の高調波分布を得るためにこの波形を処理することにより改良される。
【０００９】
本発明は、ここに説明された方法の応用から誘導されたトレッドパターンを有するタイヤの提供もする。
【００１０】
本発明の以上及びその他の特徴は、以下、完全に説明され、特に請求項、以下の説明及び付属図面において指摘される。付属図面は、本発明の１種又はそれ以上の説明的な実施例を詳細に示すが、本発明の原理内で種々の方法を使うことができる表示である。
【００１１】
【実施例】
さて、例及び本発明の好ましい実施例を示すためであり本発明を限定するためのものではない図面を詳細に参照すると、図１は、タイヤの円周方向中心線１０の両側に、円周方向で連続したタイヤトレッド部分Ａ及びＢを有する例示のタイヤトレッドパターンの平面図を示す。タイヤトレッド部分Ａ及びＢは、円周方向中心線１０に相当する型の分割線に沿って互いに適合する型半分体を有する型で形成される。型半分体は型分割線に沿って互いに回転可能であり、従って部分Ａ及びＢは円周方向で相互に位置を変えることができる。望ましくない音響事象が増大しないように、かかる回転により望ましくない音響の事象を互いに位相をずらして置くことができる。タイヤ騒音を抑制するために型を回転させることによるこれら及びその他の利点は、本技術においてよく知られている。
【００１２】
図１のタイヤトレッドは、一般にピッチａ−ｊで示されるピッチシーケンスに配列されたデザインサイクルに相当する。これは、少なくも２種の異なった長さを有し、そして最も好ましくは２種以上の異なった長さを持つ。タイヤが所与の速度で転動するときにタイヤトレッド要素が舗装をたたく周波数は、ピッチ長さ及びトレッドピッチシーケンスにより決定される。
【００１３】
トレッド要素は、好ましくは、騒音を抑制するように設計されたシーケンスでタイヤの周囲をまわって配列される。上述のようにトレッド要素は異なったピッチ長さを持つことができる。各トレッド要素が互いに他のどのトレッド要素とも異なったピッチ長さ、即ち円周方向の長さを有することが有利ではあるが、製造及び費用の面から、通常はある限定された数の異なった長さ、典型的には３種ないし７種の異なった長さを有し、タイヤ騒音を抑制するために不規則なピッチシーケンスで配列されるようにされる。例えば、タイヤは１番から７番までの７種の異なったピッチ長さを使用し、タイヤの部分Ａについてのピッチシーケンスを、２１１１１２６２１１５１３３３６３２４４７６６２３６６４２６７６５５２１２２３４７７３４２１１２３３４５４２５７３１５１５１４５１２６７４６４とし、部分Ｂのピッチシーケンスは同じシーケンスを逆順序にしたものとすることができる。
【００１４】
本発明によりピッチシーケンスの特定部分の高調波の内容は、ここで騒音シーケンスと呼ぶピッチシーケンスの疑似表現の使用により見積もることができる。
局所的な高調波の内容は、短時間フーリエ変換（Short-Time Fourier Transform（STFT））及びウイグナー−ヴィルの分布及びウエーブレット変換（Wigner-Ville Distribution and Wavelet Transform）を含んだ公知のスペクトル解析手法を使用して得られる。特に、騒音シーケンスの特定部分の高調波の内容は、STFTを使用して見積もることができる。
【００１５】
STFT(τ,f)＝∫x(t)g(t-τ)exp(-2jττft)dt
シーケンス全体が解析されるまでg(t-τ)をウインドウとするシーケンス信号の多数の小部分についてフーリエスペクトルが得られる。この解析は、円周方向位置（又は時間）に関する高調波（又は周波数）の内容の特性の変化を特徴とする非定常信号として騒音シーケンス信号を処理する。これによりスペクトル写真の形式で示すことのできる円周方向高調波分布が得られる。図２にスペクトル写真の例を示す。この図では、ｘ軸に円周方向位置、ｙ軸に高調波番号、そしてカラーで振幅が与えられる（図２においては、通常はカラーであるスペクトル写真が黒白で示され、異なったカラーは、図２の右に示されたスケールに従った異なるグレーシェードで描かれている)。同様な出力を与えるためにウオーターフォール（watterfall）プロットも使用される。
【００１６】
目視による解析のために円周方向の高調波の分布が表示され、又はコンピューター解析のために出力されるにも拘わらず、タイヤピッチシーケンスに相当する位置に関連した高騒音の局所的領域を決定し特定することができる。高騒音の局所的領域は不愉快なタイヤ騒音を導く可能性がある。局所的騒音の情報は、これを、騒音性能のために競合している複数のピッチシーケンスを等級分けするための更なる騒音処理などのための特定領域の確定に使用することができる。
【００１７】
ピッチシーケンスの特定位置の高調波の内容を見積もるための好ましい手順として、ピッチシーケンスのシーケンス信号表現が選択される。図３は、円周方向領域がシーケンスにより決められたピッチ長さに比例した間隔を有するインパルスで表される例示的な想定ピッチシーケンスを示す。即ち、互いに近接した線の間の距離は、任意の基準点からの角度数で決められるタイヤの円周方向の対応位置の要素のピッチ長さに相当する。同じピッチシーケンスが、空間（時間）領域表現で図４に示される。図示されたインパルス関数信号は本発明の手順を説明するための（有用ではあるが）単純化シミュレーションであること、及び矩形波、正弦波及び鋸歯状波のようなその他の表現又は波形の使用し得ることを理解すべきである。
【００１８】
次いで、シーケンス信号はＳＴＦＴを使用して演算され、タイヤの円周方向に沿った高調波及び振幅が得られる。これは、マサチューセッツ州、ナティック、２４プライムパークウエイのマスワークス・インク（MathWorks, Inc.)より入手可能なソフトウエアＭＡＴＬＡＢを使用して行うことができる。特に、ＭＡＴＬＡＢスペクグラム（specgram)関数が、シーケンス信号の円周方向依存性の高調波の内容を提供するために使用される。スペクグラム関数は、変換すべき信号に対するスペクトル写真を計算し、そしてその入力として以下を持つ。即ち、
a 変換すべき信号
nfft ＦＦＴの長さ、例えば１０２４
Fs サンプリング周波数、例えば２０４８
window ウインドウ関数とその長さ、例えばハミング（１０２４）
nooverlap セグメントが重なるサンプル数、例えば１０００
ソフトウエアルーチンの一例は次のようである。

上の例において、インパルス関数信号（seq1）は、タイヤの３回転を表す信号を作るようにそれ自体の２倍と連結される。次いで、スペクグラムプログラムを使用して３シーケンスの信号が演算される。
【００１９】
図２において、高調波のセグメントはｙ軸に沿って配置され、各は、ｘ軸上でプロットされたタイヤの円周方向に沿った局所的振幅の推定値を含む。上述のように、スペクトル写真は、通常は、異なった色が異なった振幅を示すようにしてカラーで描かれる。図２においては、振幅は図２の右の示されたグレイスケールを使用して示される。図示のように、白い（グレイの少ない）領域は高い振幅、従ってスペクトル写真のホットスポットを示す。図示のスペクトル写真では、ホットスポットは７８−８０高調波及び１７４−１７６高調波において現れる。
【００２０】
高振幅部分を同定するためにトレッドピッチシーケンスの高調波の内容が評価される。この同定段階は、予定の限界点を越える振幅部分の数の決定及びかかる数の関数としてのトレッドピッチシーケンスの総高調波の内容の等級分けを含むことができる。局所的振幅情報は、タイヤの騒音性能を評価するための限界値を明らかにするために、目視により又は数学的に経験値と比較される。例えば、大きい高振幅の領域及び／又は多数の高振幅の領域は、特に高振幅領域が非常に少ないか又は無いことを示しているスペクトル写真と比較したときに、多分、騒音の大きいタイヤであることを示すであろう。また、スペクトル写真は騒音の多いピッチシーケンスの特定領域の位置を決めるために使用することができ、このときは、この領域で発生する騒音を減らすために、ピッチシーケンスの変更を行うことができる。
【００２１】
本発明は、その好ましい実施例に関して図示され説明されたが、本明細書及び付属図面を読み理解したとき、同等の代置例及び変更例が可能であろうことは、熟練技術者には明らかである。特に、上述の完全体（integer）（構成要素、組立体、装置、組成など）により実行される種々の関数に関して、かかる完全体を説明するために使用される用語（「手段」と呼ぶものを含む）は、本発明のここに示された例示実施例において関数を実行するために説明された構造とは構造的に相当しない場合でも、説明された完全体の特定の機能を実行するいかなる完全体にも対応するように意図される。加えて、本発明の特別の特徴は、示されたいくつかの実施例の一つに関して上に説明されたが、かかる特徴は他の実施例の１個又は、希望のように複数個の別の特徴及び適宜の与えられた用途又は特定の用途と組み合わせることができる。
【００２２】
本発明の実施態様は以下のとおりである。
【００２３】
１．トレッドピッチシーケンスの特定部分の高調波の内容を見積もる方法であって、
ピッチシーケンスに相当する波形を調製し、そして
円周方向の位置の関数として高調波の内容の表現を提供するために変換関数を使用し、そして
トレッドピッチシーケンスの高調波の内容を評価する
諸段階を含んだ方法。
【００２４】
２．前記評価段階が高振幅部分の同定を含む実施態様１に説明された方法。
【００２５】
３．前記同定段階が予定の限界値を越える振幅部分の数を決定し、次いでこの数の関数としてトレッドピッチシーケンスの総高調波の内容を等級別にすることを含む実施態様２に説明された方法。
【００２６】
４．前記調製段階がインパルス関数信号の使用を含む実施態様１に説明された方法。
【００２７】
５．前記調製段階が、少なくも２回転の表現を作成するためにインパルス関数信号を少なくも１回、それ自体と連結することを含む実施態様４に説明された方法。
【００２８】
６．前記使用段階が、円周方向位置の関数としてトレッドシーケンスの高調波の内容のスペクトル写真を調製することを含む実施態様１に説明された方法。
【００２９】
７．実施態様１の方法の使用により作られたタイヤ。
【００３０】
８．タイヤトレッドの設計方法において、
ピッチシーケンスに相当する波形を調製し、そして
音響振幅の円周方向の高調波分布を得るためにこの波形を処理する
ことを含む方法。
【００３１】
９．前記調製段階がインパルス関数信号の使用を含む実施態様８に説明された方法。
【００３２】
１０．前記調製段階が、少なくも２回転の表現を作成するためにインパルス関数信号を少なくも１回、それ自体と連結することを含む実施態様９に説明された方法。
【００３３】
１１．ピッチシーケンスの高調波の内容がスペクトル写真として表示される実施態様８に説明された方法。
【００３４】
１２．音響振幅の円周方向の高調波分布における高振幅部分の同定を含む実施態様８に説明された方法。
【００３５】
１３．実施態様８の方法を使用して作られたタイヤ。
【図面の簡単な説明】
【図１】タイヤトレッドのフットプリントの平面図である。
【図２】タイヤのピッチシーケンスの黒白スペクトルを示す。
【図３】例示的な想定ピッチシーケンスを示し、周囲方向領域の表現はインパルスよりなり、その間隔はシーケンスにより決まるピッチ長さに比例する。
【図４】図３のピッチシーケンスを空間（時間）領域表現として示す。

Claims (2)

1. トレッドピッチシーケンスの高調波の内容を見積もる方法であって、
   全トレッドピッチシーケンスに相当する波形を調整し、そして
   ピッチシーケンスの複数の円周方向部分の高調波の内容の表現を提供するために変換関数を使用し、そして
   ピッチシーケンスの複数の円周方向部分の高調波の内容の表現に基づいたトレッドピッチシーケンスの高調波の内容を評価する
   諸段階を含んだ方法。
2. タイヤのトレッドの設計方法において、
   複数の円周方向の部分の高調波の内容の表現を提供するために全ピッチシーケンスに相当する波形を処理し、そして
   該円周方向の部分の表現によって音響振幅の円周方向の高調波分布を得ることを含む方法。

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