JP7038264B2 - 転動ノイズを低減するための装置 - Google Patents

Description

タイヤ接地面上の車道を転動する少なくとも１つのタイヤを有する車両の転動ノイズを低減するための装置である。

車両製造の分野では、車両のノイズ放射に関してますます制限されるライセンス規定を満たすために、および一般に、交通によって引き起こされる環境のノイズ汚染を低減するために、車両をより静かにする必要性が絶えず存在する。これらの目的を達成するために、近年、例えば、内燃機関のエンジンノイズを減衰させたり、ノイズ保護壁の吸音性を向上させたり、低ノイズアスファルト混合物を開発したり、排気管からのノイズ放射を低減したりしようとする多くの技術が開発されている。これらの領域で達成された成功のために、車両のタイヤの転動ノイズは、現在、特により高速の範囲で、走行時に発生する他のノイズ源を超える。そのため、例えば、高速道路に防音壁を設置する必要がある。鉄道車両の場合、タイヤの転動ノイズは、金属製のレール上の金属製のタイヤの摩擦によって引き起こされ、したがって非常に高い周波数範囲で発生し、高い音響出力を示すため、特に不快である。

転動ノイズは、タイヤが載置されるか、または車道上を転動し、そこから転動ノイズが音の伝播方向に沿って広がるタイヤ接地面上で発生する。転動ノイズを低減する様々な方法が従来技術から知られている。自動車の場合、例えば、そのプロファイル設計のために特に低い転動ノイズを有するタイヤが知られている。しかしながら、そのようなタイヤは、これらの特別なプロファイルが一般にタイヤのグリップに悪影響を及ぼし、したがって走行の安全性を低下させるという欠点を伴う。

欧州特許出願第０７６９４２１号明細書は、タイヤ／車道のノイズを低減するための装置を開示している。車道の表面に面するホイールケーシングの一端または両端に、装置は、路面に向かって開口する空洞を有する弾性ゴム状材料で作られた可撓性スカートを備える。

欧州特許出願第０７６９４２１号明細書

本発明の目的は、従来技術と比較して、転動ノイズの改善された低減を示す、転動ノイズを低減するための装置を形成することである。

本発明によれば、本目的は、装置が、車両の進行方向においてタイヤ接地面の前方および／または後方で車両に取り付けられ、共振周波数を有する少なくとも１つの吸音要素と、タイヤ接地面に面する湾曲した第１の吸収体膜とを備え、本質的に第１の吸収体膜全体が、タイヤ接地面から放射される音の伝播方向に対して垂直に向けられ、吸音要素が、共振周波数に割り当てられた波長の半分の倍数に対応するタイヤ接地面からの距離に配置されることで達成される。

少なくとも１つのタイヤを有する車両の転動ノイズを低減するための本発明による装置は、車両の進行方向においてタイヤ接地面の前方、後方、および／または側方で車両に取り付けられた少なくとも１つの吸音要素を備える。吸音要素は少なくとも１つの共振周波数を有し、これは減衰される転動ノイズの周波数範囲に関連して選択されることが好ましい。また、吸音要素は、湾曲した第１の吸収体膜を有する。本質的に、第１の吸収体膜全体は、タイヤ接地面から放射される音の伝播方向に対して垂直に向けられる。吸音要素は、共振周波数に割り当てられた波長の半分の倍数に対応するタイヤ接地面からの距離に配置される。タイヤ接地面から放射される音の伝播方向に対する本質的に第１の吸収体膜全体の垂直向きと、共振周波数に割り当てられた波長の半分の倍数に対応するタイヤ接地面からの距離における吸音要素の配置との本発明による組み合わせにより、特に効果的なノイズ抑制が提供されるという利点が得られる。

吸音要素は、好ましくは、第１の吸収体膜から離れて配置された少なくとも１つの別の吸収体膜を備え、別の吸収体膜は、第１の吸収体膜と本質的に平行に配置される。その結果、吸音要素の共振周波数を、減衰させたい転動ノイズの周波数範囲に調整することができるという利点が得られる。

本発明による装置の好ましい実施形態によれば、２つの連続する吸収体膜によって決定される吸音要素の空間は、密閉され、好ましくは音響発泡体で充填される。その結果、吸音要素の減衰効率が向上するという利点が得られる。

さらに、第１の吸収体膜と、第１の吸収体膜に隣接する別の吸収体膜との間の距離は、２つの別の吸収体膜の間の距離からずれていることが好ましい。その結果、個々の吸収体膜間の相互距離は、転動ノイズの別の周波数範囲が減衰されるように選択され得る。また、吸音要素の共振周波数の調整が容易になる。

また、吸音要素の共振周波数を調整するためには、吸収体膜の単位面積当たりの重量が変化することが好ましい。吸収体膜の単位面積当たりの変化する重量と吸収体膜間の異なる距離との組み合わせにより、広い周波数範囲で吸音要素を調整することが可能になるという利点が得られる。

本発明による装置の好ましい実施形態によれば、装置は、信号プロセッサに接続されたストラクチャボーンノイズ変換器と、信号プロセッサに接続されたマイクロフォンとを備え、マイクロフォンは、好ましくは、車道に面する吸音要素の端部の領域に配置される。さらに、信号プロセッサは、好ましくは、破壊音干渉を生成するために、マイクロフォンから受信したオーディオ信号を位相シフト方式でストラクチャボーンノイズ変換器に送達するように設計される。その結果、転動ノイズのアクティブな抑制が本発明による装置によって提供されるという利点が得られる。転動ノイズの最適な記録は、マイクロフォンが吸音要素の車道に面する端部の領域に配置されることによって保証される。

好ましい実施形態では、ストラクチャボーンノイズ変換器は、第１の吸収体膜のタイヤ接地面とは反対側に配置されている。その結果、第１の吸収体膜が同時に発音膜として使用されるという利点が得られ、そのため、別個のラウドスピーカ膜を省略することができる。

代替的な実施形態の変形例によれば、ストラクチャボーンノイズ変換器は、タイヤの領域内の車両の本体部分に配置される。その結果、ストラクチャボーンノイズ変換器が車両内の保護領域に配置されるという利点が得られる。

より高い走行速度で吸音要素による最適な吸音を確実にするために、本発明による装置の好適な実施形態の変形例では、吸音要素は、車道の方向に変位可能であるように車両に取り付けられ、空気流に依存するダウンフォースを提供するように設計された空気力学的要素を備える。

装置は、好ましくは、吸音要素に接続された位置決めユニットを備え、位置決めユニットは、車両の走行速度が増加するときに第１の吸収体膜がタイヤ接地面から放射される音の伝播方向に対して本質的に垂直に向けられる作動位置に吸音要素を位置決めし、走行速度が減少するときに吸音要素を作動位置から移動させるように設計される。その結果、低走行速度では、吸音要素が損傷から保護されるように車両に収容され、高走行速度でのみ使用されるという利点が得られる。

好ましい実施形態によれば、第１の吸収体膜は、炭素および／またはケブラーから形成され、好ましくは発泡体コアを有する。さらに、別の吸収体膜は、好ましくは炭素および／またはケブラーから形成され、好ましくは発泡体コアを有する。これらの複合材料は、好適には軽量であり、剛性であり、過酷な物理的環境に耐える。

好ましい実施形態によれば、吸音要素は、いくつかの共振周波数を示す。その結果、いくつかの周波数範囲を本発明による装置で減衰させることができるという利点が得られる。

吸音要素は、好ましくは、弾性膜サスペンションを有し、各吸収体膜は、弾性膜サスペンションに振動可能に取り付けられる。その結果、各吸収体膜のできるだけピストン形状の振動が達成され、それによって改善された吸音が保証されるという利点が得られる。

本発明による装置の好適な実施形態、ならびに代替的な実施形態の変形例は、図面を参照して以下でさらに詳細に説明される。

２つの吸音要素を有する転動ノイズを低減するための本発明による装置を示す図である。 車道とタイヤとの間の音の伝播およびホーンマウス共振の概略図である。 車道とタイヤとの間の音の伝播およびホーンマウス共振の別の概略図である。 例示的なタイヤによるホーン効果の音響増幅を示す図である。 本発明による装置の吸音要素の層状構造を示す図である。 タイヤ接地面からの距離の関数として１７インチタイヤの例を使用したホーンマウス共振の音圧曲線を示す図である。 アクティブノイズ抑制を伴う本発明による装置の吸音要素の断面図である。 図３ａによる２つの吸音要素を有する本発明による装置を示す図である。 代替的な実施形態の変形例におけるアクティブノイズ抑制を伴う２つの吸音要素を有する本発明による装置を示す図である。 吸音要素上に配置された空気力学的要素を有する、本発明による装置の別の実施形態の変形例を示す図である。 位置決めユニットを備えた本発明による装置を示す図である。 本発明による装置の第１の吸収体膜、または別の吸収体膜の断面図である。 ３次元的に曲げられた吸音要素を有する本発明による装置の実施形態の変形例を示す図である。

図１ａは、少なくとも１つのタイヤ２を有する車両３の転動ノイズを低減するための本発明による装置１を示している。図１ａでは、装置１は、タイヤ２の領域で車両３に取り付けられて示されている。タイヤ２は、車道上のタイヤ接地面４上を転動するが、これは図１ａには別個に示されていない。タイヤ接地面４は、タイヤ２の車道との接地表面を構成する。例えば、乗用車両、トラック、単線車両、鉄道車両、バス、路面電車、地下鉄など、車道上を転動する少なくとも１つのタイヤ２を有する任意の車両３を車両３と考えることができる。鉄道車両の場合、車道はレールによって形成される。走行モードでは、車道上を転動するタイヤ２は、車両重量、走行速度、タイヤ２のプロファイル設計、タイヤ幅、タイヤ圧力、タイヤ材料、および他の影響要因に依存する転動ノイズを発生させる。本発明による装置１は、進行方向においてタイヤ接地面４の前方、後方、および／または側方で車両３に取り付けられた吸音要素５を備える。図１ａでは、装置１は、２つの吸音要素５を有する好ましい実施形態で示されており、１つの吸音要素５は、車両３の進行方向Ｆにおいてタイヤ接地面４の前方に取り付けられ、１つの吸音要素５は、進行方向Ｆにおいてタイヤ接地面４の後方に取り付けられている。吸音要素５は、少なくとも１つの共振周波数を有する。好ましい実施形態の変形例によれば、吸音要素５は、いくつかの共振周波数を示す。共振周波数は、吸音要素５に用いられる材料およびその内部構造によって画定される。吸音要素５は、タイヤ接地面４に対向する湾曲した第１の吸収体膜６を有する。図１ｂは、車道とタイヤ２との間の音の伝播を概略的に示している。図１ｂおよび図１ｃに見られるように、本質的に第１の吸収体膜６全体は、タイヤ接地面４から放射される音の伝播方向Ｓに対して垂直に向けられ、吸音要素５は、吸音要素５の共振周波数に割り当てられた波長λの半分の倍数に対応するタイヤ接地面４からの距離に配置される。吸音要素５は、タイヤ接地面４からの音波が本質的に９０°で第１の吸収体膜６に当たるように向けられる。

本出願人は、タイヤ接地面４が音源を構成するだけでなく、同時に音響ホーンの音響的に硬いホーンネックも構成することを発見した。図１ｃに見られるように、比較のために図１ｃの中央に示されている片側で閉じられたパイプと同様に、タイヤ接地面４とホーンのマウス領域との間に静止音波が発生する。この場合、音圧Ｐの最大値は常にホーンネックに発生し、最小音圧はインピーダンスの変化によりホーンマウスに発生する。図１ｄに例として示すように、静止音波の和は、タイヤ２のホーン効果の振幅曲線特性をもたらし、これは、図１ｄの例では、約１０００Ｈｚの周波数で＋１８ｄＢの増幅を有する。車両３の幾何学的形状に関して、直進走行時にタイヤ接地面４の局所的な固定が生じ、それによって、静止音波の音圧最大値は、タイヤ接地面４から一定の距離で、したがって車両３に対して正確に画定された位置で常に発生する。本質的に接地タイヤ面４からその表面全体に放射される音の伝播方向Ｓに対して垂直に向けられた第１の吸収体膜６に関連して、吸音要素５の共振周波数に割り当てられた波長λの半分の倍数に対応するタイヤ接地面４からの距離に吸音要素５を位置決めすることにより、従来技術と比較して著しく効果的な音抑制がもたらされる。

吸音要素５は、好ましくは膜吸収体として設計される。図２ａに示すように、吸音要素５は、本発明による装置１の好ましい実施形態によれば、第１の吸収体膜６から離れて配置された少なくとも１つの別の吸収体膜７を備え、図２ａに示す例示的な吸音要素５は、２つの別の吸収体膜７を有する。別の吸収体膜７は、第１の吸収体膜６と本質的に平行に配置される。この実施形態によれば、２つの連続する吸収体膜６，７によって画定される吸音要素５の空間８は、好ましくは密閉され、好ましくは音響発泡体で充填される。また、第１の吸収体膜６と、第１の吸収体膜６に隣接する別の吸収体膜７との間の距離は、２つの別の吸収体膜７の間の距離からずれている。さらに、吸収体膜６，７は、好ましくは、単位面積当たりの重量が変化する。個々の吸収体膜６，７間の相互距離、吸収体膜６，７の単位面積当たりの重量、空間８への音響発泡体の充填、および吸音要素５に設けられた吸収体膜６，７の数を変化させることによって、吸音要素５を異なる共振周波数に調整できるという利点が得られる。さらに、図２ａに示すように、吸音要素５は、好ましくは、弾性膜サスペンション１５を備え、各吸収体膜６，７は、弾性膜サスペンション１５に振動可能に取り付けられている。この弾性膜サスペンション１５は、タイヤ２の領域に堅固に取り付けられた吸収体膜６，７が、吸収体膜６，７の完全に異なる振動挙動をもたらし、吸収体膜の中央でのその変形能力に起因してのみ効果を有するため、重要である。弾性膜サスペンション１５の目的は、ラウドスピーカビードと同様に、剛性膜またはプレートの可能な限りピストン形状の振動を可能にすることである。

プレート吸収体の共振周波数は、一般に以下から得られる：

ｆ_Ｒ 共振周波数
ｄ 連続する２つの吸収体膜６，７間の距離
ｍ 吸収体膜の単位面積当たりの重量

図２ｂは、振幅ピークに関して分析された、例示的なタイヤ２のタイヤ接地面４からの距離の関数としてのホーンマウス共振の音圧曲線を概略的に示している。最適な音抑制を実現するためには、吸音対象周波数の音圧Ｐの最大値が一致する位置に吸音要素５を位置決めし、その共振周波数を吸音対象周波数に調整することが好適である。図２ｂに示すホーンマウス共振の音圧曲線では、周波数９５０Ｈｚおよび１９００Ｈｚの音圧最大値は、例えば、約３６ｃｍの距離に位置する。このようにして、いくつかの吸収体膜６，７からなる吸収体要素を用いて、転動ノイズの多重狭帯域吸収を達成することができる。

図３ａは、アクティブノイズ抑制を伴う代替的な実施形態の変形例における本発明による装置１を示し、図３ａに示す装置１は、信号プロセッサ９に接続されたストラクチャボーンノイズ変換器１０と、信号プロセッサ９に接続されたマイクロフォン１１とを備える。マイクロフォン１１は、吸音要素５の車道に面する端部の領域に配置されることが好ましい。図３ｂは、車両３に取り付けられた２つの吸音要素５を有する、図３ａによる本発明による装置１を示している。その結果、マイクロフォン１１はエンジンノイズの影響を受けにくいという利点が得られる。信号プロセッサ９は、マイクロフォン１１から受信されたオーディオ信号を処理し、それを位相シフト方式でストラクチャボーンノイズ変換器１０に送達する。その結果、転動ノイズと、ストラクチャボーンノイズ変換器１０によって出力された位相シフトされたオーディオ信号との間に、破壊音干渉が発生する。これにより、転動ノイズの音響出力が大幅に低減される。

ストラクチャボーンノイズ変換器１０は、図３ａに示されるように、好ましくは、第１の吸収体膜６のタイヤ接地面４とは反対側に配置される。その結果、ストラクチャボーンノイズ変換器１０は、損傷から保護されるように吸音要素５の内部に配置される。また、この場合、第１の吸収体膜６は、同時に発音膜として用いられる。

図３ｃは、アクティブノイズ抑制を提供する２つの吸音要素５を有する本発明による装置１の別の実施形態を示している。この実施形態の変形例では、ストラクチャボーンノイズ変換器１０は、タイヤ２の領域内の車両３の車体部分に配置される。その結果、ストラクチャボーンノイズ変換器１０は、損傷から保護されるように車両３の内部に配置される。また、この場合、車両３の車体は、発音膜として用いられる。

図４は、２つの吸音要素５を有する本発明による装置１の別の実施形態の変形例を示し、２つの吸音要素５の各々は、車道の方向に変位可能であるように車両３に取り付けられている。さらに、２つのうちの一方の、または図４に示すように両方の吸音要素５は、空気流に依存するダウンフォースを提供するように設計された１つの空気力学的要素１２をそれぞれ有する。空気力学的要素１２は、車両構造から一般的に知られているようにスポイラのように作用し、吸音要素５を走行中に変位させる。その結果、走行中に吸音要素５を車道に近づけることができ、車道からの音の反射が低減されるという利点が得られる。図４に示す本発明による装置１の実施形態の変形例は、図３ａ、図３ｂ、および図３ｃを参照して説明したアクティブノイズ抑制をさらに含むことができる。

図５は、吸音要素５に接続された位置決めユニット１３を有する、別の実施形態の変形例における本発明による装置１を示している。車両３の走行速度が増加すると、位置決めユニット１３は、図５に示すように吸音要素５を作動位置に位置決めし、この作動位置では、第１の吸収体膜６は、タイヤ接地面４から放射される音の伝播方向Ｓに対して本質的に垂直に向けられる。走行速度が低下すると、位置決めユニット１３は、吸音要素５を作動位置から移動させる。その結果、低走行速度では、吸音要素５が損傷から保護されるように車両３に収容され、高走行速度でのみ使用されるという利点が得られる。図５に例として示されている位置決めユニット１３は、吸音要素５を作動位置から枢動させるための枢動軸受を備える。

図６には、第１の吸収体膜６、または別の吸収体膜７が示されている。好ましい実施形態によれば、第１の吸収体膜６は、好ましくは炭素および／またはケブラーから形成され、好ましくは発泡体コア１４を有する。さらに、別の吸収体膜は、好ましくは炭素および／またはケブラーから形成され、好ましくは発泡体コア１４を有する。これらの複合材料は、好適には軽量であり、剛性であり、過酷な物理的環境に耐える。

図７は、湾曲した吸音要素５を有する本発明による装置１の実施形態の変形例を示し、吸音要素５は、タイヤ２の前の領域に、タイヤ２の進行方向Ｆに部分的に横方向に配置されている。別の実施形態の変形例によれば、吸音要素５は、半円の形状でもタイヤ２を包含することができ、したがって、タイヤ接地面４の前方、後方、および側方に配置され得る。

Claims (13)

1. １つのタイヤ（２）と、前記１つのタイヤ（２）の転動ノイズを低減するための装置（１）と、を有する車両（３）であって、
   前記タイヤ（２）は、タイヤ接地面（４）上の車道を転動する、車両（３）において、
   前記装置（１）は、
   前記車両（３）の進行方向（Ｆ）において前記タイヤ接地面（４）の前方、後方、または側方で前記車両（３）に取り付けられ、１つの共振周波数を有する１つの吸音要素（５）と、
   前記タイヤ接地面（４）に面する湾曲した第１の吸収体膜（６）と、を備え、
   前記第１の吸収体膜（６）の全体が、前記タイヤ接地面（４）から放射される音の伝播方向（Ｓ）に対して垂直に向けられ、
   前記吸音要素（５）は、前記共振周波数に割り当てられた半波長（λ）の倍数に対応する前記タイヤ接地面（４）からの距離に配置されることを特徴とする、車両（３）。
2. 前記吸音要素（５）が、前記第１の吸収体膜（６）から離れて配置された１つのさらなる吸収体膜（７）を備え、
   前記さらなる吸収体膜（７）は、前記第１の吸収体膜（６）に平行に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の車両（３）。
3. ２つの連続する吸収体膜（６，７）によって画定される前記吸音要素（５）の空間（８）が密閉されることを特徴とする、請求項２に記載の車両（３）。
4. 前記装置（１）が、
   信号プロセッサ（９）に接続されたストラクチャボーンノイズ変換器（１０）と、
   前記信号プロセッサ（９）に接続されたマイクロフォン（１１）と、を備えることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の車両（３）。
5. 前記信号プロセッサ（９）が、破壊音干渉を生成するために、前記マイクロフォン（１１）から受信されたオーディオ信号を位相シフト方式で前記ストラクチャボーンノイズ変換器（１０）へ送達するように設計されていることを特徴とする、請求項４に記載の車両（３）。
6. 前記ストラクチャボーンノイズ変換器（１０）が、前記第１の吸収体膜（６）の、前記タイヤ接地面（４）とは反対側に配置されることを特徴とする、請求項４または５に記載の車両（３）。
7. 前記ストラクチャボーンノイズ変換器（１０）が、前記タイヤ（２）の領域内の前記車両（３）の車体部分に配置されることを特徴とする、請求項４または５に記載の車両（３）。
8. 前記第１の吸収体膜（６）が、炭素またはケブラーから形成されることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の車両（３）。
9. 前記さらなる吸収体膜（７）が、炭素またはケブラーから形成されることを特徴とする、請求項２に記載の車両（３）。
10. 前記吸音要素（５）は、いくつかの共振周波数を示すことを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の車両（３）。
11. 前記空間（８）は、音響発泡体で充填されることを特徴とする、請求項３に記載の車両（３）。
12. 前記マイクロフォン（１１）は、前記吸音要素（５）の前記車道に面する端部の領域に配置されていることを特徴とする、請求項４に記載の車両（３）。
13. 前記さらなる吸収体膜（７）は、発泡体コア（１４）を有することを特徴とする、請求項９に記載の車両（３）。

Images