JP5089253B2 - タイヤのための音源特定装置 - Google Patents

Description

本発明は、車輌が走行するときにタイヤから生じる異常音音源を特定するための装置に関する。

タイヤのトレッドには、多数の溝が刻まれている。これら溝により、タイヤにトレッドパターンが形成される。タイヤの転動により、ノイズが発生する。ノイズは、トレッドが路面に衝突することで生じる。溝の空気が圧縮されることでも、ノイズが生じる。ノイズは、ドライバーに不快感を与える。ノイズの小さなタイヤが、望まれている。特開平１０−９０１２５号公報には、タイヤのノイズが測定されるための方法が開示されている。

単一のユニットが周方向に繰り返されるトレッドパターンが存在する。互いのパターンが異なる複数のユニットが組み合わされたトレッドパターンも、存在する。複数のユニットが組み合わされたトレッドパターンでは、ユニットの配置に起因した異常音が生じることがある。この異常音は、ドライバーに特に不快感を与える。この異常音は、特定の速度で車輌が走行するときに生じる。この異常音は、特定の周波数を有する。この異常音の音圧は、大きい。この異常音の音源は、タイヤの軸方向及び周方向において偏在している。音源の数は、通常は１箇所から数カ所である。異常音の生じにくいタイヤが、望まれている。

タイヤの開発では、試作タイヤのノイズが測定される。この試作タイヤで異常音が生じたとき、トレッドパターンの改良がなされる。トレッドパターンの改良には、異常音の音源が特定される必要がある。例えば、ノトレッドパターンの一部の溝が埋められ、ノイズ測定が再度行われる。再度の測定で異常音が生じなければ、埋められた溝が音源である。
特開平１０−９０１２５号公報

音源の特定では、試行錯誤が繰り返される。音源の特定には、多大の時間と労力とがかかる。音源の特定が事実上不可能なトレッドパターンも存在する。本発明の目的は、確実かつ容易に音源が特定される装置の提供にある。

本発明に係る音源特定装置は、
（１）回転するタイヤから生じる特定周波数の音圧が測定されるためのマイクロホン、
（２）上記タイヤの回転量が測定されるための回転量測定計
及び
（３）上記音圧の時間軸データと回転量の時間軸データとを関連づけるコンピュータ
を備える。

好ましくは、この装置は、回転するタイヤから生じる特定周波数の音圧が連続的に測定されるための複数のマイクロホンを備える。これらマイクロホンは、タイヤの軸方向に添って並んでいる。この装置では、軸方向における音圧分布の時間軸データが算出されうる。

好ましくは、この装置は、回転するタイヤから生じる特定周波数の音圧が連続的に測定されるための多数のマイクロホンを備える。これらマイクロホンは、タイヤの軸方向及び軸方向と直交する方向に添って並んでいる。この装置では、軸方向及び軸方向と直交する方向における音圧分布の時間軸データが算出されうる。

好ましくは、この装置は、音響ホログラフィー装置をさらに備える。この音響ホログラフィー装置によって、音圧分布のイメージデータが得られる。

本発明に係る音源特定方法は、
（１）回転するタイヤから生じる特定周波数の音圧が測定されるステップ、
（２）上記音の測定と同時に、このタイヤの回転量が測定されるステップ
及び
（３）上記音圧の時間軸データと回転量の時間軸データとの関連づけに基づき、特定周波数の音源の周方向位置が特定されるステップ
を含む。

本発明に係る装置では、音圧の時間軸データと回転量の時間軸データとの関連づけにより、異常音の音源が確実かつ容易に特定されうる。

以下、適宜図面が参照されつつ、好ましい実施形態に基づいて本発明が詳細に説明される。

図１は、本発明の一実施形態に係る音源特定装置２が示された概念図である。この装置２は、多数のマイクロホン４、音響ホログラフィー装置６、回転量測定計としてのロータリーエンコーダー８、コンピュータ１０及びモニタ１２を備えている。マイクロホン４は、指向性である。

図２は、図１の装置２が用いられた音源特定方法の様子が示された正面図であり、図３はその左側面図である。図２及び図３には、タイヤ１４、回転軸１６、ドラム１８、マイクロホン４及びロータリーエンコーダー８が示されている。タイヤ１４は、トレッド２０を備えている。図示されていないが、トレッド２０には溝が刻まれており、トレッドパターンが形成されている。タイヤ１４は、回転軸１６に装着されている。回転軸１６は、フリーである。回転軸１６を通じ、タイヤ１４に所定の荷重が負荷される。トレッド２０は、ドラム１８に接地している。マイクロホン４は、トレッド２０の接地面の近くに配置されている。マイクロホン４は、図示されないケーブルによって音響ホログラフィー装置６に接続されている。ロータリーエンコーダー８は、回転軸１６に装着されている。ロータリーエンコーダー８は、図示されないケーブルによって、コンピュータ１０に接続されている。

図４（ａ）は図１の装置２のマイクロホン４が示された正面図であり、図４（ｂ）はその左側面図である。この装置２は、４８本のマイクロホン４を備えている。これらマイクロホン４は、ＡからＬの１２の列に配置されている。各列には、＃１から＃４の４本のマイクロホン４が配置されている。図４（ａ）において、左右方向はタイヤ１４の軸方向であり、上下方向は軸方向と直交する方向である。多数のマイクロホン４が、軸方向及び軸方向と直交する方向に添って並んでいる。

マイクロホン４は、本体２２、アダプター２４及びウインドスクリーン２６を備えている。本体２２は、アダプター２４に固定されている。アダプター２４は、孔２８を備えている。ウインドスクリーン２６は、多孔質であり、柔軟である。ウインドスクリーン２６は、本体２２を覆っている。隣接する本体２２同士の間隔が小さいので、ウインドスクリーン２６は圧縮されて変形している。従って、隣接するウインドスクリーン２６同士の間には、空間は存在しない。

図２及び３に示されたタイヤ１４は、異常音が生じるものである。この異常音は、タイヤ１４が特定速度で走行したときに生じる。この異常音は、特定周波数を有する。図１から４に示された装置２により、この異常音の音源が特定されうる。以下、音源特定方法が説明される。

ドラム１８は、図示されない駆動手段（例えばモータ）により、図３中の矢印Ａ１の方向に回転させられる。前述のようにドラム１８にはトレッド２０が接地しているので、ドラム１８の回転によってタイヤ１４は矢印Ａ２の方向に回転させられる。異常音が生じるときの車輌の速度と、タイヤ１４の周速とが一致するように、ドラム１８が回転させられる。

タイヤ１４の回転により、接地面でノイズが発生する。このノイズは、４８本のマイクロホン４により、連続的に測定される。それぞれのマイクロホン４におけるノイズの時間軸データが、保存される。

タイヤ１４の回転に伴い、回転軸１６が回転する。回転軸１６の回転に伴い、ロータリーエンコーダー８も回転する。ロータリーエンコーダー８からは、回転角度（回転量）に対応したパルス信号が発せられる。このパルス信号は、コンピュータ１０に送られる。パルス信号は、時間軸データとして、保存される。

コンピュータ１０は、それぞれのマイクロホン４におけるノイズの時間軸データと、パルス信号の時間軸データを関連づける。コンピュータ１０は、回転角度ごとのノイズのデータを周波数分析する。この分析により、周波数ごとの音圧が得られる。これにより、回転角度ごとかつ周波数ごとの音圧分布が得られる。音圧分布は、例えば等圧線によって表示されうる。多数の音圧分布のイメージが、回転角度の順に、モニター１２に向けて出力される。換言すれば、音圧分布がタイヤ１４の周方向位置と関連づけられる。

このモニタ１２により、オペレータは、音圧が最大であるポイントを知ることができる。このポイントは、異常音の音源である。前述のようにそれぞれのイメージはタイヤ１４の周方向位置と関連づけられているので、オペレータは音源の周方向位置を知ることができる。さらにオペレータは、音源の軸方向位置を知ることができる。周方向位置及び軸方向位置の把握により、オペレータは異常音の音源を特定できる。

図５は、図４のマイクロホン４が示された分解平面図である。図５において、左右方向が軸方向である。図５には、２つのマイクロホン４とバー３０とが示されている。バー３０は、アダプター２４の孔２８を通されている。アダプター２４は、バー３０に対してスライド可能である。図５では、ウインドスクリーン２６は本体２２から離れている。

矢印Ａ３で示されるように、ウインドスクリーン２６は本体２２に差し込まれる。さらに、矢印Ａ４で示されるように、マイクロホン４がスライドさせられる。スライドにより、隣接するウインドスクリーン２６同士が当接する。さらなるスライドにより、ウインドスクリーン２６は圧縮され、変形する。変形により、軸方向において、隣接するマイクロホン４同士の間に空間が生じない。これにより、マイクロホン４による風切り音の収音が抑制される。マイクロホン４が回動することにより、ウインドスクリーン２６が圧縮されてもよい。

図６は、図４のマイクロホン４が示された分解左側面図である。図６において、紙面垂直方向が軸方向である。アダプター２４は、バー３０に対して回動可能である。図６では、ウインドスクリーン２６は本体２２から離れている。

矢印Ａ５で示されるように、ウインドスクリーン２６は本体２２に差し込まれる。さらに、矢印Ａ６で示されるように、マイクロホン４が回動させられる。回動により、隣接するウインドスクリーン２６同士が当接する。さらなる回動により、ウインドスクリーン２６は圧縮され、変形する。変形により、軸方向と直交方向において、隣接するマイクロホン４同士の間に空間が生じない。これにより、マイクロホン４による風切り音の収音が抑制される。マイクロホン４がスライドすることにより、ウインドスクリーン２６が圧縮されてもよい。

図４において矢印Ｐで示されているのは、隣接するマイクロホン４同士のピッチである。ピッチＰが過小であると、一方のマイクロホン４の収音範囲が他方のマイクロホン４の収音範囲と大幅に重複する。大幅な重複は、測定精度を阻害する。測定精度の観点から、ピッチＰは２５ｍｍ以上が好ましい。なお、将来において、現状のマイクロホン４よりも指向性能に優れたマイクロホンが開発されれば、ピッチＰが２５ｍｍ未満に設定されうる。ピッチＰが過大であっても、十分な測定精度が得られない。精度の観点から、ピッチＰは１３０ｍｍ以下が好ましい。

マイクロホン４の列の数は、トレッド２０の幅が考慮されて決定される。通常は、列の数は３以上が好ましく、５以上がより好ましく、１０以上が特に好ましい。図４の例では、列の数は１２である。主溝を備えたトレッドでは、列の数がこの主溝の数以上であることが好ましい。主溝は環状であり、タイヤ１４の周方向に延在する。マイクロホン群の軸方向幅Ｗ（図４参照）がトレッド２０の幅よりも大きいことが好ましい。

１つの列当たりのマイクロホン４の数は、２以上が好ましく、３以上が好ましく、４以上が特に好ましい。図４の例では、この数は４である。

以下、実施例によって本発明の効果が明らかにされるが、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるべきではない。

車輌の速度が８０ｋｍ／ｈのときに異常音が生じるタイヤ１４を用意した。このタイヤのサイズは、「２２５／５５Ｒ１７」である。既知の方法に基づくノイズ測定の結果、この異常音の周波数は６３０Ｈｚであった。このタイヤ１４のトレッドパターンは、図７に示されるＵＳＳ、ＵＳ、ＵＭ、ＵＬ及びＵＬＬの５つのユニットの組み合わせからなる。図７における左右方向は、タイヤ１４の周方向である。これらのユニットは、周方向長さが互いに異なる。このトレッドパターンにおけるユニットのレイアウトは、ＵＳ、ＵＳＳ、ＵＳＳ、ＵＳ、ＵＳ、ＵＳ、ＵＭ、ＵＭ、ＵＬＬ、ＵＬ、ＵＬ、ＵＬ、ＵＭ、ＵＳ、ＵＳ、ＵＳ、ＵＳＳ、ＵＳＳ、ＵＳＳ、ＵＳ、ＵＳ、ＵＭ、ＵＬ、ＵＬ、ＵＬＬ、ＵＬ、ＵＭ、ＵＳ、ＵＳ、ＵＳＳ、ＵＳ、ＵＭ、ＵＬ、ＵＭ、ＵＳＳ、ＵＳ、ＵＬ、ＵＬＬ、ＵＬＬ、ＵＬ、ＵＭ、ＵＳ、ＵＳ、ＵＳ、ＵＭ、ＵＬ、ＵＬＬ、ＵＬ、、ＵＳ、ＵＳＳ、ＵＳＳ、ＵＳ、ＵＭ、ＵＭ、ＵＬＬ、ＵＬＬ、ＵＬ、ＵＳ、ＵＳ、ＵＳＳ、ＵＳＳ、ＵＳＳ、ＵＳ、ＵＬ、ＵＬ、ＵＬＬ及びＵＬの順である。図８には、このトレッドパターン３２の一部の展開図が示されている。このトレッドパターン３２は、４本の主溝３４、多数の副溝３６及び多数のサイピング３８を備えている。主溝３４は周方向に延びており、環状である。

このタイヤ１４を、図１から６に示された装置２に装着した。この装置２では、マイクロホン４として、「20kHz Array Microphone」が用いられている。この装置２では、音響ホログラフィー装置６として、ブリュエル・ケア社の「PULSE Non-Stationary STSF」が用いられている。この装置２では、コンピュータ１０として、ヒューレット・パッカード社の「HP xw8200/CT Workstation」が用いられている。

タイヤ１４の周速が８０ｋｍ／ｈとなるようにドラム１８を回転させた。４８本のマイクロホン４で測定された音の信号を、音響ホログラフィー装置６に送信した。この音響ホログラフィー装置６にて、ロータリーエンコーダー８のパルス信号に基づき、タイヤ１４の回転角度において１°ごとの周波数分析を行った。この分析により、６３０Ｈｚの周波数の音圧分布のイメージデータを得た。タイヤ１４が１０回転する間のイメージデータに基づき、平均値を求めた。この平均値によって得られたイメージを、モニタ１２に表示した。モニタ１２には、３６０枚の静止画イメージが連続して表示された。これらのイメージを観察し、音圧が最大値を示すイメージを選択した。このイメージが、図９に示されている。

図９には、９３ｄＢから１００ｄＢまでの等圧線が示されている。図９より、異常音の音圧が１００ｄＢ台であることが解った。図９より、音源の軸方向位置が、Ｅ列のマイクロホン４とＦ列のマイクロホン４との中間地点であることが解った。図９にはさらに、このイメージが得られたときのタイヤ１４の回転角度が示されている。基準からの回転角度は、５１°であった。この回転角度より、異常音の音源の周方向位置が基準から５１°の地点であることが解った。軸方向位置及び周方向位置の判明により、音源が特定された。この例では、図８において符号３８Ｘで示されたサイピングが、異常音の音源であった。このサイピング３８Ｘは、最も短いユニットＵＳＳが３つ連続している箇所に存在している。

このサイピング３８Ｘの形状が変更された他のタイヤを製作した。このタイヤを図１から６に示された装置２に装着し、回転角度が５１°である場合のイメージを表示した。このイメージが、図１０に示されている。図１０には、９３ｄＢから９６ｄＢの等圧線が示されている。図１０から明らかなように、音圧の最大値は、９６ｄＢ台であった。このタイヤでは、サイピング３８Ｘに起因する異常音は生じていない。

本発明に係る装置により、種々のタイヤにおいて、異常音の音源が特定されうる。

図１は、本発明の一実施形態に係る音源特定装置が示された概念図である。 図２は、図１の装置が用いられた音源特定方法の様子が示された正面図である。 図３は、図１の装置が用いられた音源特定方法の様子が示されたその左側面図である。 図４（ａ）は図１の装置のマイクロホンが示された正面図であり、図４（ｂ）はその左側面図である。 図５は、図４のマイクロホンが示された分解平面図である。 図６は、図４のマイクロホンが示された分解左側面図である。 図７は、本発明の実施例に係る方法に供されるタイヤのユニットが示された展開図である。 図８は、図７のタイヤのトレッドパターンの一部が示された展開図である。 図９は、図１の装置にて表示された音圧分布のイメージが示された模式図である。 図１０は、図１の装置にて表示された音圧分布のイメージが示された模式図である。

符号の説明

２・・・音源特定装置
４・・・マイクロホン
６・・・音響ホログラフィー装置
８・・・ロータリーエンコーダー
１０・・・コンピュータ
１２・・・モニタ
１４・・・タイヤ
１６・・・回転軸
１８・・・ドラム

Claims (5)

1. 回転するタイヤから生じる特定周波数の音圧が測定されるためのマイクロホン、
   上記タイヤの回転量が測定されるための回転量測定計
   及び
   上記音圧の時間軸データと回転量の時間軸データとを関連づけるコンピュータ
   を備えたタイヤのための音源特定装置。
2. 回転するタイヤから生じる特定周波数の音圧が連続的に測定されるための複数のマイクロホンを備えており、
   これらマイクロホンがタイヤの軸方向に添って並んでおり、
   この軸方向における音圧分布の時間軸データが算出されうる請求項１に記載の装置。
3. 回転するタイヤから生じる特定周波数の音圧が連続的に測定されるための多数のマイクロホンを備えており、
   これらマイクロホンがタイヤの軸方向及び軸方向と直交する方向に添って並んでおり、
   この軸方向及び軸方向と直交する方向における音圧分布の時間軸データが算出されうる請求項２に記載の装置。
4. 音響ホログラフィー装置をさらに備えており、この音響ホログラフィー装置によって上記音圧分布のイメージデータが得られる請求項３に記載の装置
5. 回転するタイヤから生じる特定周波数の音圧が測定されるステップ、
   上記音の測定と同時に、このタイヤの回転量が測定されるステップ
   及び
   上記音圧の時間軸データと回転量の時間軸データとの関連づけに基づき、特定周波数の音源の周方向位置が特定されるステップ
   を含む音源特定方法。

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