JP7464024B2

JP7464024B2 - 自動車車体の振動特性試験方法

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Description

本発明は、自動車車体の振動特性試験方法に関し、特に、自動車車体に振動を入力する振動特性試験において、自動車車体の振動により発生する音響粒子速度を測定する自動車車体の振動特性試験方法に関する。

自動車車体の振動特性（音響特性も含む）の試験方法としては、試験対象とする自動車車体の所定部位に加速度センサーを設置して自動車車体に発生する振動加速度を計測する方法や、自動車車体の近傍にマイクロフォンを設置して加振した自動車車体に発生して空気中に放射される音圧を計測する方法が一般的である。

加速度センサーを用いる振動特性試験においては、試験対象である自動車車体に加速度センサーを直接設置する。そのため、自動車車体に発生する振動加速度を高感度で計測することが可能である反面、質量の比較的小さく板厚が薄いパネル状の車体部品の振動特性を対象とする場合、計測される振動加速度に対する加速度センサーの重量による質量増加の影響が避けられない。

これに対し、マイクロフォンを用いる振動特性試験においては、自動車車体の振動により発生する音圧をマイクロフォンにより非接触で計測するため、振動特性として計測される音圧は、マイクロフォンの重量の影響を受けないものの、自動車車体とマイクロフォンの位置関係や、反響・吸音・回折等といった周辺の音響に関する環境（音場）の影響を受ける。したがって、マイクロフォンを用いる振動特性試験方法において測定対象の振動特性を精度良く計測するためには、無響室と呼ばれる反響や回折の影響を低減した特別な環境下で自動車車体から発生する音圧を計測することが常である。

しかしながら、実稼働下での自動車車体の音圧の計測を行う場合、前述のように、周辺環境からの影響も受けるため、騒音計等のように直接伝播される音響に加えて、周辺からの反響音や回折音等を含んだ全体の音圧レベルがマイクロフォンにより計測されてしまう。
そこで、周辺からの音響の影響を除去する手法として、試験対象とする自動車車体の周囲に複数のマイクロフォンを同一平面上に設置して当該自動車車体から発生する音圧を計測し、各マイクロフォンに音圧が到達する時間差と、自動車車体と各マイクロフォンの位置関係とから、音圧の発振源の位置を特定する手法がある。

試験対象の振動特性を非接触で直接測定することができる数少ないその他の方法として、音響粒子速度法がある。
音響粒子速度法は、振動源のごく近い領域の空気が振動源の運動（振動）と同じ動きをしているとの原理に基づき、試験対象の近傍のごく微小な空気の動きを音響粒子速度プローブにより直接計測することで、試験対象の振動特性を測定する手法である（例えば、特許文献１、非特許文献１及び非特許文献２）。

また、音響粒子速度法によれば、小型の音響粒子速度プローブにより試験対象表面をスキャンすることで、試験対象表面における音響粒子速度の分布を測定することができる。そして、測定した音響粒子速度の分布を試験対象の画像データに重ね合わせて音響粒子速度のマッピング画像（コンター図）を作成することにより、試験対象における音源探査に活用することが行われている。

このような音響粒子速度法による試験では、試験対象表面における測定点位置を音響粒子速度プローブの位置や角度に基づいて画像解析により検出し、試験対象表面における測定点位置を追跡（トラッキング）する手法がとられる。
当該手法では、測定対象の表面から30～50mmの距離を測定対象の表面形状に沿う形でスキャンして各測定点位置における音響粒子速度の時系列応答データを計測し、該計測した時系列応答データに基づいて音響粒子速度の周波数応答関数を求めることで、所望する周波数帯域における音響粒子速度のマッピング画像を得る。

そして、音響粒子速度プローブにより計測される音響粒子速度に係る信号データ（音響信号）は試験対象近傍の振動にのみ依存し、試験対象表面から離れると音響信号の強度は急速に低下することから、マイクロフォンを用いた音圧計測の様に、周辺からの反響音等や他の音源からの到達音の影響はないとされている。そのため、音響粒子速度法によれば、周辺からの反響音等といった影響に作用されずに、試験対象の振動特性に係る音響粒子速度を高感度に測定することができる。

特開２０１０－１３９４７６号公報

西沢、神田、"音響粒子速度プローブによる音響インテンシティ計測の評価"、東京都立産業技術研究センター研究報告、第10号、pp.74－75、2015 朝比奈、山本、後藤、"小型スピーカと音響粒子速度センサを用いた車内騒音寄与度解析手法"、鉄道総研報告、Vol.31、No.10、pp.23－28、2019xs

音響粒子速度法において音響粒子速度プローブを試験対象の表面に近接させて音響粒子速度を測定するにあたっては、測定精度を向上させるため、測定対象表面と音響粒子速度プローブとの間の距離（本発明において、「測定対象距離」と称する）を一定に保持することが必要である。しかしながら、エンボス形状や付属する部品等の凹凸形状が多数ある自動車車体の表面形状に沿って音響粒子速度プローブを手動でスキャンする場合、測定対象距離を一定に保持しながら音響粒子速度プローブをスキャンすることは容易ではない。

測定対象表面との間の距離を一定に保つ手法として音響粒子速度プローブを自動でスキャンさせる手法もあるが、そのためには大掛かりな設備が必要となる。特に、自動車車体の内側の車体部品等を試験対象とする場合、音響粒子速度プローブを自動でスキャンさせる設備を設置するためのスペースが確保できない等、空間的な制約があって現実的ではない。

また、音響粒子速度法を単純な音源探査として用いる場合には、多少の測定距離の相違は影響を及ぼさずに、音源とそれ以外の部位とは計測された音響粒子速度のレベルの違いによって区別することができる。しかし、例えば、自動車車体における同一の車体部品の部位ごとの振動レベルを比較するような場合では、車体部品における部位の違いにより音響粒子速度プローブの測定対象距離に相違が生じると、測定した音響粒子速度の精度が低下する場合があり、問題であった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、自動車車体に振動を入力し、振動特性として自動車車体の振動により発生する音響粒子速度を測定するにあたって、音響粒子速度計測プローブと自動車車体の距離の違いによる誤差を低減して振動特性を得ることができる自動車車体の振動特性試験方法を提供することを目的とする。

（１）本発明に係る自動車車体の振動特性試験方法は、自動車車体に振動を入力し、振動により前記自動車車体に発生する音響粒子速度を測定するものであって、
前記自動車車体における測定対象部位に音響粒子速度プローブを近接させて前記測定対象部位の表面をスキャンし、前記測定対象部位の表面から発生する音響粒子速度と、前記測定対象部位の表面と前記音響粒子速度プローブとの間の測定対象距離とを同期して測定する音響粒子速度測定工程と、
前記測定対象部位の表面における音源位置を設定し、該設定した音源位置において前記音響粒子速度プローブの測定対象距離を変更して、各測定対象距離について前記自動車車体に振動を入力したときの音響粒子速度を測定し、該測定した前記音源位置における前記測定対象距離と前記音響粒子速度との関係から、前記測定対象距離に対する前記音響粒子速度の補正係数を決定する補正係数決定工程と、
該決定した補正係数を用いて、前記音響粒子速度測定工程において前記測定対象距離と同期して測定した前記音響粒子速度を補正する音響粒子速度補正工程と、を含むことを特徴とするものである。

（２）上記（１）に記載のものにおいて、
前記補正係数決定工程は、前記測定した音響粒子速度の時系列応答データを周波数応答データに変換し、該変換した音響粒子速度の周波数応答データにおける周波数帯域ごとに前記補正係数を決定し、
前記音響粒子速度補正工程は、前記周波数帯域ごとに前記音響粒子速度を補正することを特徴とするものである。

（３）上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、
前記音響粒子速度測定工程において、前記測定対象距離を測定する距離計を前記音響粒子速度プローブに設け、前記測定対象部位における前記音響粒子速度プローブの検出感度の指向性中心点と前記音響粒子速度プローブとの間の距離を測定対象距離として測定することを特徴とするものである。

（４）上記（１）乃至（３）のいずれかに記載のものにおいて、
前記音響粒子速度測定工程は、前記音響粒子速度プローブに設けたレーザー照射型距離計を使用し、該レーザー照射型距離計により前記測定対象部位の表面に照射されたレーザー光照射点を追跡し、前記音響粒子速度及び前記測定対象距離の測定点位置を特定することを特徴とするものである。

（５）上記（１）乃至（４）のいずれかに記載のものにおいて、
前記音響粒子速度測定工程は、前記測定した測定対象距離が予め設定した所定の範囲内であるか否かを、音響又は光により測定者に知らせることを特徴とするものである。

本発明においては、振動を入力した自動車車体から発生する音響粒子速度と、音響粒子速度プローブの測定対象距離と、を同期して測定し、音響粒子速度プローブと自動車車体の表面との間の測定対象距離により測定した音響粒子速度を補正する補正係数を決定し、決定した補正係数により測定対象距離と同期して測定した音響粒子速度を補正することで、自動車車体の表面を音響粒子速度プローブでスキャンして音響粒子速度を測定する際の測定対象距離の変動による誤差を低減し、自動車車体の振動特性を精度良く求めることができる。

本発明の実施の形態に係る自動車車体の振動特性試験方法の処理の流れを示す図である。本発明の実施の形態に係る自動車車体の振動特性試験方法における試験対象と試験方法を説明する図である。本発明の実施の形態に係る自動車車体の振動特性試験方法に用いる測定機器の構成を示す図である。本発明の実施の形態に係る自動車車体の振動特性試験方法の処理の流れを具体的に説明する図である。本発明の実施の形態において、測定対象部位と音響粒子速度プローブとの間の測定対象距離を変更して音響粒子速度を測定したときの、測定対象距離と音響粒子速度との関係を示すグラフである。実施例において、音響粒子速度の分布を測定した発明例である。実施例において、音響粒子速度の分布を測定した比較例である。

＜自動車車体＞
本発明で試験対象とする自動車車体は、シャシー、足回り部品、駆動系部品及び内装部品等を含まない、いわゆる車体骨格（ホワイトボディー）であり、フロントサイドメンバーやリアサイドメンバー等の車体骨格部品や、車体フロア等のパネル部品、等を有してなる。

本実施の形態においては、自動車車体に励起された振動特性の測定は、図２に示すように、自動車車体の車体フロア部の部分モジュールを試験体１０１とし、床面１１１上に設置された４つのエアマウント１１３（空気ばね）により試験体１０１を支持した状態で、動電式加振器１２１から加振棒１２３を介して試験体１０１に振動を入力することにより行う。これによりエアマウント１１３に支持されている試験体１０１の振動は拘束されず、試験体１０１が加振される。
なお、本発明は、自動車車体を支持する部位や方法をこれに限定するものではなく、試験対象とする振動特性に応じて自動車車体を支持する部位や支持方法を適宜選択すればよい。
また、以下の説明において、試験体１０１は、自動車車体の車体フロア部を部分モジュールとしたものであるが、本発明は、自動車車体の他の部位や自動車車体全体を試験体とするものであってもよい。

＜自動車車体の振動特性試験方法＞
本発明の実施の形態に係る自動車車体の振動特性試験方法は、自動車車体に振動を入力し、振動により自動車車体に発生する音響粒子速度を測定するものであって、図１に示すように、音響粒子速度測定工程Ｓ１と、補正係数決定工程Ｓ３と、音響粒子速度補正工程Ｓ５と、を含むものである。
以下、一例として図２に示すように、試験体１０１に振動を入力したときの振動特性の測定を行うにあたり、図３に示す測定機器の構成を用いて、上記の各工程を図４に示す処理の流れで行う場合について説明する。

≪音響粒子速度測定工程≫
音響粒子速度測定工程Ｓ１は、図２に示すように、試験体１０１における測定対象部位１０３に音響粒子速度プローブ１を近接させ、測定対象部位１０３の表面を音響粒子速度プローブ１によりスキャンし、測定対象部位１０３の表面から発生する音響粒子速度と、測定対象部位１０３の表面と音響粒子速度プローブ１との間の測定対象距離と、を同期して測定する工程である。

音響粒子速度測定工程Ｓ１においては、図４に示すように、まず、音響粒子速度プローブ１と測定対象部位１０３との間の測定対象距離の適正範囲を決定・記憶する（Ｓ１ａ）。

ここで、測定対象距離とは、測定対象部位１０３の表面から音響粒子速度プローブまでの法線方向距離のことをいう。
また、音響粒子速度プローブ１により計測される音響粒子速度は、測定対象部位１０３の振動にのみ依存し、測定対象部位１０３から離れると急速に低下することから、音響粒子速度プローブ１の測定対象距離の適正範囲は、100mm以内が好ましく、より好ましくは30mm～50mmである。
決定した測定対象距離の適正範囲は、図３に示すレーザー距離計制御・計測アンプ３ｂに記憶させる。

次に、決定・記憶した測定対象距離の適正範囲において音響粒子速度プローブ１を測定対象部位１０３の表面形状に沿わせるように移動（スキャン）し、音響粒子速度の時系列応答データと測定対象距離の時系列応答データとを同期して測定する（Ｓ１ｂ）。

本実施の形態では、図２に示すように、音響粒子速度プローブ１にレーザー照射型距離計３を設置し、測定対象距離を測定する。音響粒子速度プローブ１を測定対象部位１０３の表面に沿って移動させる過程において、図３に示すように、音響粒子速度プローブ１により測定した音響粒子速度の時系列応答データはセンサー駆動・計測アンプ５を介して、レーザー照射型距離計３により測定した測定対象距離の時系列応答データはレーザー距離計制御・計測アンプ３ｂを介して、それぞれデータロガー７に取得する。

次に、測定した音響粒子速度の時系列応答データを周波数応答データに変換する（Ｓ１ｃ）。本実施の形態では、音響粒子速度の時系列応答データを所定の時間間隔で複数の区間に分割し、各区間の音響粒子速度の時系列応答データについてフーリエ変換を行い、区間ごとに音響粒子速度の周波数応答関数を求めることにより周波数応答データに変換する。なお、音響粒子速度の周波数応答データへの変換は、データ解析用ＰＣ１１（パーソナルコンピュータ）において音響粒子速度周波数解の実行により行う。

また、測定対象距離の時系列応答データについても、音響粒子速度の時系列応答データと同じ時間間隔で複数の区間に分割し、各区間について測定対象距離を求める。

次に、音響粒子速度の周波数応答データから、特定の周波数又は周波数帯域における音響粒子速度を求める（Ｓ１ｄ）。

本実施の形態に係る音響粒子速度測定工程Ｓ１で用いる音響粒子速度プローブ１は、熱線流速計の原理により測定対象部位１０３の近傍の空気粒子の速度を直接計測することができる音響粒子速度センサー１ａ（図２）を備えたもの（例えば、Microflown社製PUプローブ）と、互いに近接配置したペアマイクロフォンにより測定される音圧差から近似的に音響粒子速度を求めるもの（例えば、P-Pプローブ）がある。

本発明では、小型で背景ノイズや反射音・回折音の影響を抑えて音響粒子速度を直接する測定する前者（PUプローブ）を適用することが好ましいが、ペアマイクロフォンの音圧差から音響粒子速度を求める後者（P-Pプローブ）を適用しても同様の効果を得られる。

また、音響粒子速度プローブ１と測定対象部位１０３との間の測定対象距離は、前述したように、音響粒子速度プローブ１に距離計を設置して測定することが好ましい。
ここで、後述する音響粒子速度補正工程Ｓ５において、測定対象距離により音響粒子速度の分布を補正するので、測定対象距離は、音響粒子速度プローブ１により測定される音響粒子速度に対応した測定対象距離を測定する必要がある。よって、音響粒子速度プローブ１は、周辺の一定範囲の測定対象部位１０３における音響粒子速度を検出するが、測定対象部位１０３における音響粒子速度プローブ１の検出感度の指向性（例えば、Microflown社製PUプローブの場合、8の字指向性）を表すピックアップパターンの中心点（指向性中心点）を、距離計の測定対象部位１０３における測定点とするのが好ましい。
したがって、距離計は、音響粒子速度プローブ１の検出感度の指向性中心点と音響粒子速度プローブ１との間の距離を測定対象距離として測定することが好ましい。これにより、音響粒子速度に対応した測定対象距離の測定精度を向上させることができる。

さらに、距離計として、図２に示すように、レーザー照射型距離計３が好ましい。音響粒子速度プローブ１にレーザー照射型距離計３を設置する場合、測定対象距離を測定するために測定対象部位１０３の表面にレーザー照射型距離計３からレーザー光が照射される。そのため、測定対象部位１０３の表面をスキャンして音響粒子速度の分布を測定するに際して、測定対象部位１０３の表面におけるレーザー光の照射点をトラッキング（追跡）することにより、測定対象部位１０３の表面において音響粒子速度と測定対象距離とを同期して測定する測定点位置を特定することが容易となる。

レーザー照射型距離計３の構造としては、レーザー発振器、発光素子及び受光素子等が一体化したタイプのものよりも、図２及び図３に示すように、レーザー照射部・受光部３ａとレーザー距離計制御・計測アンプ３ｂとが分離し、レーザー距離計制御・計測アンプ３ｂから光学ファイバー３ｃによりレーザー照射部・受光部３ａへとレーザー光を伝送し、音響粒子速度プローブ１の至近からレーザー光の照射と測定対象部位１０３からの反射光を受光できるタイプのものが望ましい。

レーザー照射型距離計３の測定形式としては、位相差検出方式、TOF（Time-of-flight）方式、三角測量方式いずれも適用可能であるが、測定レンジやレーザー照射型距離計３の距離センサーの大きさを考慮すると、位相差検出方式のものが好適である。

なお、レーザー照射型距離計３は、測定対象距離の測定範囲が10～50mmのものが好適である。もっとも、音響粒子速度プローブ１の測定状況によってはさらに長距離を測定可能なものでも構わない。そして、レーザー照射型距離計３の測定精度は±1.0%以下程度あれば目的を達成できる。

さらに、本実施の形態に係る音響粒子速度測定工程Ｓ１においては、レーザー照射型距離計３により測定対象部位１０３の表面に照射されたレーザー光照射点を追跡し、音響粒子速度及び測定対象距離の測定点位置を特定するために、レーザー照射型距離計３から測定対象部位１０３に照射されたレーザー光照射点をデジタルカメラ９により撮影し、その映像データをデータ解析用ＰＣ１１に取り込む。そして、データ解析用ＰＣ１１において、レーザー光照射点の映像データから、測定対象部位における音響粒子速度と測定対象距離の測定点位置を特定する。

そして、測定対象部位１０３において特定した測定点位置は、前述したように音響粒子速度の時系列応答データ及び測定対象距離の時系列応答データを所定の時間間隔で分割した各区間について求めた音響粒子速度と測定対象距離と対応づける。

ここで、音響粒子速度プローブ１による音響粒子速度の時系列応答データは、振動特性試験において対象とする測定対象部位１０３の振動の周波数範囲に合わせて音響粒子速度のサンプリング周波数を選択するとよい。例えば、通常の音響粒子速度プローブ１により測定される音響粒子速度の周波数応答特性の有効範囲とされる10kHzを上限とする場合、音響粒子速度の時系列応答データは、20kHzでのサンプリング周波数で測定することが必要である。

また、レーザー照射型距離計３による測定対象距離の時系列応答データとレーザー光照射点の映像データは、所望の平面分解能を達成できるサンプリング周波数で取得すればよい。例えば、レーザー照射型距離計３のスキャン速度を100mm/sec、レーザー光照射点の画像取り込み速度を10frame/sec（＝10fps）とする場合、測定対象距離の時系列応答データとレーザー光照射点の映像データのサンプリング周波数は10Hz以上であればよい。この場合、測定対象部位１０３の表面における音響粒子速度プローブ１の測定点位置の空間分解能は10mmとなる。

レーザー光照射点の映像データにおける測定点位置の分解能を向上させるためには、デジタルカメラ９に高速度カメラシステムを用いて、映像データのサンプリング周波数を高くして記録するとよい。この場合には、レーザー照射型距離計３による測定対象距離の時系列応答データのサンプリング速度も同様に高くする必要がある。

≪補正係数決定工程≫
補正係数決定工程Ｓ３は、測定対象部位１０３の表面における音源位置を設定し、該設定した音源位置において音響粒子速度プローブ１の測定対象距離を変更して試験体１０１に振動を入力したときの音響粒子速度を測定し、測定した音源位置における測定対象距離と音響粒子速度との関係から、測定対象距離に対する音響粒子速度の補正係数を決定する工程である。

補正係数決定工程Ｓ３においては、図４に示すように、まず、測定対象部位１０３における音源の位置を設定する（Ｓ３ａ）。音源とは測定対象部位１０３から発生する音響粒子速度の値が大きい又は振動強度が高いと推定される部位である。例えば、音響粒子速度測定工程Ｓ１において測定対象部位１０３の表面に沿って測定した音響粒子速度の分布から、音響粒子速度の値が大きい位置を音源位置として設定するとよい。

次に、選択した音源位置の上方に音響粒子速度プローブ１を設置し（Ｓ３ｂ）、音源位置に対する測定対象距離を5～10水準程度変えて音響粒子速度の時系列応答データを測定する（Ｓ３ｃ）。

次に、各測定対象距離における音響粒子速度の時系列応答データを周波数応答データに変換し（Ｓ３ｄ）、特定周波数又は周波数帯域ごとに音響粒子速度を求める（Ｓ３ｅ）。

そして、測定対象距離と音響粒子速度の関係より、測定対象距離と音響粒子速度の関係より特定周波数又は周波数帯域ごとに音響粒子速度の補正係数を決定する（Ｓ３ｆ）。
補正係数の決定には、特定周波数又は周波数帯域ごとに求めた音響粒子速度と測定対象距離との関係をグラフにプロットし、３次以上の奇数次の多項式にフィッティングして決定した補正式を用いて行うと良い。

図５に、測定対象部位１０３における中央部を音源位置として設定し、当該音源位置において測定対象距離を6水準変えて音響粒子速度を測定したときの、測定対象距離と音響粒子速度との関係のグラフの一例を示す。図５に示す音響粒子速度は、周波数応答データに変換した音響粒子速度における図５中に示す各周波数成分ごとのものである。図５より、測定対象距離の増加とともに音響粒子速度は低下する傾向を示しているが、その傾向は、音響粒子速度の周波数成分によって異なることが分かる。

補正式の一例として、式（１）に示す３次式により、各周波数成分ごとにフィッティングした。
補正式： V=a・(x-b)³+c …式（１）
ここで、V：音響粒子速度[dB]、x：測定対象距離[mm]、a、b、c：定数
ただし、a、bは特定周波数又は周波数帯域毎に決定され、図５に示す測定対象距離と音響粒子速度の関係を示す補正曲線の形を特徴付ける定数である。また、cは測定点の振動強度を表す定数であり、測定対象部位、音源自体の振動強度、及び音響粒子速度プローブ１を設置する測定点による影響を受ける。
よって、a、bは、ある条件で測定対象距離と音響粒子速度との関係をグラフにプロットし、特定周波数又は周波数帯域毎に式（１）をフィッティングして決定し、図３に示すデータ解析用ＰＣ１１に予め記憶しておけば、補正係数決定工程Ｓ３では、データ解析用ＰＣ１１に記憶しておいた定数a、bを読み出せばよい。また、cは測定対象部位や音源が替わる毎に決定する必要があるが、測定対象距離を5～10水準程度変えて音響粒子速度の時系列応答データを測定する必要はなく、1水準の測定対象距離で音響粒子速度の時系列応答データを測定し、データ解析用ＰＣ１１に記憶しておいた定数a、bを用いて、特定周波数又は周波数帯域毎に式（１）をフィッティングしてcを決定すればよい。

なお、補正係数決定工程Ｓ３における音源位置の設定は、音響粒子速度測定工程Ｓ１により測定した補正前の音響粒子速度から音源あるいは振動強度の高い部位（例えば、共振点）を設定するとよい。もっとも、予め音源又は共振点の位置が分かっている場合には、当該位置を音源位置として設定してもよい。

≪音響粒子速度補正工程≫
音響粒子速度補正工程Ｓ５は、補正係数決定工程Ｓ３において決定した補正係数を用いて、音響粒子速度測定工程Ｓ１において測定した音響粒子速度の分布を補正する工程である。

音響粒子速度補正工程Ｓ５においては、図４に示すように、まず、特定周波数又は周波数帯域ごとに決定した補正係数を用いて音響粒子速度を補正する（Ｓ５ａ）。音響粒子速度の補正は、例えば、図５に示すように、特定周波数の音響粒子速度と測定対象距離とをフィッティングした多項式を用いて、測定対象距離0mmにおける音響粒子速度を求める。本実施の形態では、音響粒子速度の補正は、図３に示すように、データ解析用ＰＣ１１におけるプローブ距離補正計算により行う。

例えば、特定周波数の音響粒子速度と測定対象距離とをフィッティングした多項式として、式（１）を用いて、測定対象距離Xmmにおける音響粒子速度より、測定対象距離0mmにおける音響粒子速度を求める場合、式（２）に示す補正係数Kを、測定対象距離Xmmにおける音響粒子速度に乗じれば、測定対象距離0mmにおける音響粒子速度を求めることができる。

そして、特定周波数又は周波数帯域ごとに測定対象部位１０３における補正後の音響粒子速度の分布を求める（Ｓ５ｂ）。

このように、本実施の形態に係る自動車車体の振動特性試験方法によれば、自動車車体の表面を音響粒子速度プローブでスキャンして音響粒子速度を測定したときの測定対象距離の変動による誤差を低減し、自動車車体の振動特性を精度良く求めることができる。

さらに、本実施の形態に係る自動車車体の振動特性試験方法によれば、音響粒子速度プローブ１により測定した音響粒子速度の時系列応答データを周波数応答データに変換し、該音響粒子速度の周波数応答データにおいて、特定周波数又は周波数帯域ごとに音響粒子速度の補正係数を決定して補正することにより、周波数によって測定対象距離に対する影響の異なる音響粒子速度を精度良く補正することができる。

もっとも、音響粒子速度の周波数応答データの周波数範囲が狭い場合、特定周波数又は周波数帯域ごとに補正係数を求めずに、音響粒子速度の周波数応答データの周波数範囲の全体にわたって一律の補正係数を決定して補正してもよい。

また、本発明は、図３に示すように、レーザー照射型距離計により測定した測定対象距離に基づいて測定者に通知するアラート機能１３により、音響粒子速度測定工程Ｓ１において、測定した測定対象距離が予め設定した所定の範囲内であるか否かを、音又は光により測定者に知らせるものであってもよい。具体的には、音響粒子速度測定工程Ｓ１で決定し、レーザー距離計制御・計測アンプ３ｂに記憶させておいた測定対象距離の適正範囲に基づいて行う。
これにより、音響粒子速度プローブ１の測定対象距離を適正範囲に保ったまま測定対象部位１０３の表面をスキャンして音響粒子速度を測定することが容易となる。

なお、上記の説明では、レーザー照射型距離計３を音響粒子速度プローブ１に設置して測定対象距離を測定するものであったが、本発明は、音響粒子速度プローブの３次元位置をリアルタイムに計測し、測定対象部位と音響粒子速度プローブとの位置関係から測定対象距離を測定するものであってもよい。また、音響粒子速度プローブに装着する距離計はレーザー照射型距離計に限定するものではない。

本発明の作用効果を検証するための実験を行ったので、以下、これについて説明する。
実施例では、図２に示すように、自動車の車体のフロア部の部分モジュールを試験体１０１とし、試験体１０１をエアマウント１１３上に設置して動電式加振器１２１で加振し、試験体１０１における測定対象部位１０３に励起される振動特性として音響粒子速度を測定した。

動電式加振器１２１は、関数発生器でランダム波（ホワイトノイズ）信号を生成してこれを駆動アンプに入力・制御して加振した。動電式加振器１２１と試験体１０１は鋼製の加振棒１２３で接続し、動電式加振器１２１からの振動を試験体１０１に入力した。

試験体１０１の振動により発生する音響粒子速度の測定には、音響粒子速度プローブ１（Microflown社製、PUプローブ）を用い、音響粒子速度プローブ１と試験体１０１における測定対象部位１０３との間の測定対象距離を測定する距離計には、位相差検出方式のレーザー照射型距離計３を使用した。
そして、音響粒子速度プローブ１により測定対象部位１０３の表面をスキャンする進行方向側（先行側）にレーザー照射型距離計３のレーザー照射部・受光部３ａを設置し、音響粒子速度プローブ１により音響粒子速度を測定する測定点位置とレーザー照射型距離計３により測定対象距離を測定する測定点位置のズレは、データ解析用ＰＣ１１によるデータ処理時に補正した。

測定点位置のトラッキング用の映像を撮影するデジタルカメラ９は、USB接続式のWEBカメラ（100万画素）として試験体１０１における測定対象部位の上方に設置し、フレームレート10fpsで撮影した。

音響粒子速度プローブ１による音響粒子速度の時系列応答データ及びレーザー照射型距離計３による測定対象距離の時系列応答データは、サンプリング周波数24kHzでデータロガー７に収録した。

音響粒子速度プローブ１は、およそ100mm/s程度の速度で、測定対象部位から30mm程度離れた位置を水平方向（測定対象部位の表面に沿った方向）に移動させて測定を行った。
取得した音響粒子速度の時系列応答データは、短時間フーリエ変換により各時刻における周波数応答関数とし、画像解析より求めた同時刻のプローブ位置における周波数スペクトルとした。

さらに、測定対象部位１０３の中央部付近において音響粒子速度プローブ１の測定対象距離を10、20、30、40、80mmの5水準とし、各測定対象距離について音響粒子速度の時系列応答データを20秒間測定した。そして、音響粒子速度の時系列応答データをフーリエ変換して周波数応答データを求めた。

音響粒子速度の補正係数を求めるための測定対象部位１０３の中央部付近における音響粒子速度の測定は、測定対象部位１０３の表面の音響粒子速度の測定と同一の加振条件とした。
続いて、測定した周波数帯域毎の音響粒子速度の平均値と測定対象距離との相関を求めた。相関を求める近似式は３次多項式として、３次多項式の各係数を補正係数として求めた。
そして、音響粒子速度の周波数応答データを該周波数帯域毎に求めた補正係数により補正し、各周波数帯域の音響粒子速度の分布を求めた（発明例）。

また、比較対象として、試験体１０１の表面にある凹凸や音響粒子速度プローブ１の手動スキャンによる測定対象距離の変動を考慮することなく、音響粒子速度の分布を測定した（比較例）。

図６に、周波数帯域175Hzの音響粒子速度を測定対象距離により補正した場合のコンター図を示す。図６の縦軸及び横軸は試験体１０１の位置座標(mm)を示し、等高線（コンター）は周波数応答データに変換した音響粒子速度（dB）である。図６は、音響粒子速度の等高線の間隔を8dBとしたものであり、音響粒子速度のダイナミックレンジ（最大値と最小値の差）は30dBであった。

図７に、周波数帯域175Hzの音響粒子速度を測定対象距離により補正しなかった場合のコンター図を示す。図７の縦軸及び横軸は、図６と同様に、試験体１０１の位置座標(mm)を示し、音響粒子速度の等高線の間隔を2dBしたものであり、音響粒子速度のダイナミックレンジは8dBであった。

このように、図６に係る発明例と図７に係る比較例とを比較すると、発明例ではダイナミックレンジが大きい結果が得られ、音響粒子速度を精度良く測定できることが示された。

１音響粒子速度プローブ
１ａ音響粒子速度センサー
３レーザー照射型距離計
３ａレーザー照射部・受光部
３ｂレーザー距離計制御・計測アンプ
３ｃ光学ファイバー
５センサー駆動・計測アンプ
７データロガー
９デジタルカメラ
１１データ解析用ＰＣ
１３アラート機能
１０１試験体
１０３測定対象部位
１１１床面
１１３エアマウント
１２１動電式加振器
１２３加振棒

Claims

自動車車体に振動を入力し、振動により前記自動車車体に発生する音響粒子速度を測定する自動車車体の振動特性試験方法であって、
前記自動車車体における測定対象部位に音響粒子速度プローブを近接させて前記測定対象部位の表面をスキャンし、前記測定対象部位の表面から発生する音響粒子速度と、前記測定対象部位の表面と前記音響粒子速度プローブとの間の測定対象距離とを同期して測定する音響粒子速度測定工程と、
前記測定対象部位の表面における音源位置を設定し、該設定した音源位置において前記音響粒子速度プローブの測定対象距離を変更して、各測定対象距離について前記自動車車体に振動を入力したときの音響粒子速度を測定し、該測定した前記音源位置における前記測定対象距離と前記音響粒子速度との関係から、前記測定対象距離に対する前記音響粒子速度の補正係数を決定する補正係数決定工程と、
該決定した補正係数を用いて、前記音響粒子速度測定工程において前記測定対象距離と同期して測定した前記音響粒子速度を補正する音響粒子速度補正工程と、を含むことを特徴とする自動車車体の振動特性試験方法。
前記補正係数決定工程は、前記測定した音響粒子速度の時系列応答データを周波数応答データに変換し、該変換した音響粒子速度の周波数応答データにおける周波数帯域ごとに前記補正係数を決定し、
前記音響粒子速度補正工程は、前記周波数帯域ごとに前記音響粒子速度を補正することを特徴とする請求項１記載の自動車車体の振動特性試験方法。
前記音響粒子速度測定工程において、前記測定対象距離を測定する距離計を前記音響粒子速度プローブに設け、前記測定対象部位における前記音響粒子速度プローブの検出感度の指向性中心点と前記音響粒子速度プローブとの間の距離を測定対象距離として測定することを特徴とする請求項１又は２記載の自動車車体の振動特性試験方法。
前記音響粒子速度測定工程は、前記音響粒子速度プローブに設けたレーザー照射型距離計を使用し、該レーザー照射型距離計により前記測定対象部位の表面に照射されたレーザー光照射点を追跡し、前記音響粒子速度及び前記測定対象距離の測定点位置を特定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の自動車車体の振動特性試験方法。
前記音響粒子速度測定工程は、前記測定した測定対象距離が予め設定した所定の範囲内であるか否かを、音響又は光により測定者に知らせることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の自動車車体の振動特性試験方法。