JP7736035B2 - Method and device for testing vibration characteristics of automobile body - Google Patents
Method and device for testing vibration characteristics of automobile bodyInfo
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Description
本発明は、自動車車体に発生する振動や騒音に関する振動特性を求める自動車車体の振動特性試験方法及び装置に関する。 The present invention relates to a method and device for testing the vibration characteristics of an automobile body to determine the vibration and noise characteristics generated in the automobile body.
自動車の走行時に自動車車体に発生して乗員が感じる振動や車室内騒音の計測は、完成車の実車走行試験や、完成車を加振台に設置して車輪に振動を入力する台上試験(例えば、特許文献1参照)等、完成車の状態で行われるのが大半である。これに対し、自動車の車体構造を設計する段階において、自動車車体に発生する振動や騒音といった振動特性に対する車体構造や車体部品に適用する材料の影響を評価する試験はあまり行われていない。 Measurements of the vibrations and cabin noise that occur in the body of an automobile and are felt by passengers while the automobile is in motion are mostly conducted on the completed vehicle, such as through actual vehicle running tests or bench tests in which the completed vehicle is placed on a vibration stand and vibrations are input to the wheels (see, for example, Patent Document 1). In contrast, at the design stage of an automobile body structure, there are not many tests conducted to evaluate the effects of the materials used in the body structure and body parts on vibration characteristics such as the vibrations and noise generated in the automobile body.
また、自動車車体の車体フロアを固定した状態である1点に振動を入力して加振し、当該自動車車体の各部位に生じる振動特性を求める試験も行われている。しかしながら、この試験では、自動車車体における振動を入力する部位(以下、「振動入力部位」という)の付近における局所弾性変形を考慮すると振動入力部位に大きな加振力を与えることができない。そのため、加振力不足により振動入力部位から離れた部位に励起される振動レベルは小さくなる傾向にある。 Tests are also conducted in which vibrations are input to a single point on the fixed floor of a vehicle body to determine the vibration characteristics occurring in each part of the vehicle body. However, in these tests, it is not possible to apply a large excitation force to the vibration input part (hereinafter referred to as the "vibration input part"), given the local elastic deformation near the part of the vehicle body that receives the vibration. As a result, the vibration level excited in parts distant from the vibration input part tends to be small due to insufficient excitation force.
そして、加振力が不足している状態で得られた自動車車体の振動レベルを使用して自動車車体全体の振動モード解析を行うと、振動モード解析により推定される自動車車体の変形状態に偏りを生じる恐れがある。このような偏りを解消するために、自動車車体における振動入力部位を複数箇所に変更しながら繰り返し試験を行い、複数の振動入力部位について取得した振動データを平均化して真の固有振動モードを求めることも行われている。 Furthermore, if a vibration mode analysis of the entire vehicle body is performed using the vibration levels of the vehicle body obtained when the excitation force is insufficient, there is a risk that the deformation state of the vehicle body estimated by the vibration mode analysis will be biased. To eliminate this bias, tests are conducted repeatedly while changing the vibration input location on the vehicle body to multiple locations, and the vibration data obtained for the multiple vibration input locations is averaged to determine the true natural vibration mode.
しかしながら、完成車の実車走行時に路面から自動車車体に入力する振動は、タイヤやサスペンション類と自動車車体とを結合する部位に入力するものである。これに対し、自動車車体のある1点に振動を入力して加振することにより得られる振動モード解析は、あくまでも車体構造の特に低次の固有振動モードを特定する手段であるため、完成車の走行時に発生する振動現象を再現しているとは言い難い。 However, the vibrations that enter the vehicle body from the road surface when the completed vehicle is actually being driven are input to the points that connect the tires and suspension to the vehicle body. In contrast, vibration mode analysis, which is obtained by inputting vibrations to a single point on the vehicle body and applying excitation, is merely a means of identifying the body structure's natural vibration modes, particularly its low-order vibration modes, and therefore cannot be said to reproduce the vibration phenomena that occur when the completed vehicle is being driven.
また、完成車の走行時に発生するロードノイズやこもり音は、タイヤから入力する振動、ボディ骨格部品の振動、及びこれらの振動が車体骨格部品を経由して伝達したパネル系部品の振動を発生源とする、車室内における可聴域(20Hz~2.0kHz)の騒音である。車室内の20Hz~2.0kHzの騒音レベルを評価するためには、完成車の走行時に近い振動状況における車体構造の振動特性を評価することが重要である。 In addition, the road noise and booming sounds that occur when a completed vehicle is being driven are noise in the audible range (20 Hz to 2.0 kHz) within the vehicle cabin, and are generated by vibrations input from the tires, vibrations of body frame components, and vibrations of panel components that are transmitted through the body frame components. In order to evaluate noise levels in the 20 Hz to 2.0 kHz range within the vehicle cabin, it is important to evaluate the vibration characteristics of the body structure under vibration conditions similar to those experienced when a completed vehicle is being driven.
特許文献2には、完成車状態の自動車車両を使用した台上試験により走行時に路面から入力する振動を模擬した操縦安定性評価技術が開示されている。当該技術は、連続的な車線変更やスラローム走行等の周期的な操舵(ステアリング操作)で四輪のサスペンション上に懸架された車体の回転運動、ローリング(前後軸回り)、ピッチ(左右軸回り)、ヨー(上下軸回り)を模擬し、主としてタイヤやサスペンション性能を評価するための試験方法である。完成車状態の自動車車両を加振する複数の加振機にタイヤをそれぞれ載置し、複数の加振機を個別に制御する加振コントローラにより、左右前後のタイヤへ入力する加振波形(サイン波)を半周期ずつずらして加振して操縦安定性能を評価する。運転走行時の操舵は、安全性や乗り心地の観点からゆっくりとした操作を行うが、スラローム走行や緊急回避レーンチェンジ等での操舵は最も速い操作となり、周期で表現した場合1.0Hz相当程度である。このため、特許文献2の操縦安定性評価技術では、車室内騒音の周波数域(20Hz~2.0kHz)における車体構造の振動特性を評価することは想定していない。そして、特許文献2の加振方法では、タイヤやサスペンションを介して車体構造(ホワイトボディ)を加振することになるので、20Hz以上の可聴域周波数帯の評価を行う際には、振動減衰が大きく、観測対象の振動応答は小さくなり、評価手法として不適であった。 Patent Document 2 discloses a steering stability evaluation technology that uses a bench test on a fully assembled automobile vehicle to simulate vibrations input from the road surface during driving. This technology simulates the rotational motion of a vehicle body suspended on a four-wheel suspension—roll (around the front-to-rear axis), pitch (around the left-to-right axis), and yaw (around the up-to-down axis)—through periodic steering (steering operations) such as continuous lane changes and slalom driving, primarily for evaluating tire and suspension performance. Each tire is mounted on multiple vibration exciters that vibrate the fully assembled automobile. A vibration controller individually controls the multiple vibration exciters, and vibration waveforms (sine waves) input to the left, right, front, and rear tires are shifted by half a cycle to evaluate steering stability performance. While steering during driving is typically performed slowly for safety and ride comfort reasons, steering during slalom driving and emergency lane changes requires the fastest steering, equivalent to a frequency of approximately 1.0 Hz. For this reason, the handling stability evaluation technology in Patent Document 2 does not anticipate evaluating the vibration characteristics of the vehicle body structure in the frequency range of in-vehicle noise (20 Hz to 2.0 kHz). Furthermore, the vibration excitation method in Patent Document 2 excites the vehicle body structure (body-in-white) via the tires and suspension, so when evaluating the audible frequency range of 20 Hz and above, vibration attenuation is large and the vibration response of the object being observed is small, making it an unsuitable evaluation method.
したがって、自動車車体に振動を入力して車体構造や車体部品に適用する材料による振動や騒音の違いを評価するためには、自動車車体における複数の振動入力部位に振動を同時に入力し、完成車の走行時における振動現象を再現する試験を行うことが相応しい。 Therefore, in order to input vibrations into an automobile body and evaluate the differences in vibration and noise due to the body structure and materials used in body parts, it is appropriate to conduct tests in which vibrations are input simultaneously to multiple vibration input points on the automobile body, reproducing the vibration phenomena that occur when the completed vehicle is in operation.
通常、自動車車体の振動や車室内騒音の評価は、完成車の走行試験による官能評価又は音響計測が主体となっており、車体構造単独状態、いわゆるホワイトボディで振動特性の評価を行う事例は少なかった。
そこで、車体構造を設計する段階において自動車車体に発生する振動や車室内騒音等の振動特性を知るためには、完成車に近い解析モデルを作成した上でCAE(Computer Aided Engineering)解析による予測が必要である。そして、このようなCAE解析により、車体構造や車体部品に用いられる材料の変更により自動車車体の振動特性がいかに変化するかを評価することが可能となる。
Typically, evaluation of vehicle body vibration and cabin noise is primarily based on sensory evaluation or acoustic measurements during road tests of completed vehicles, and there have been few cases where vibration characteristics have been evaluated using the vehicle body structure alone, or the so-called body-in-white.
Therefore, in order to understand the vibration characteristics of the vehicle body, such as the vibrations generated in the vehicle body and the noise inside the vehicle, it is necessary to create an analytical model that is close to the finished vehicle and then make predictions using CAE (Computer Aided Engineering) analysis.This CAE analysis makes it possible to evaluate how the vibration characteristics of the vehicle body will change when changes are made to the body structure or the materials used in the body parts.
CAE解析による自動車車体の振動特性の予測値を担保し、その精度を確保するためには、完成車の走行試験あるいは台上試験により完成車の振動特性に関する計測データが必須である。しかしながら、そのような計測データを得ることは多大な時間やコストを要するものであった。
これに対し、車体構造のホワイトボディによる振動特性試験が可能であれば、CAE解析に用いる解析モデルの作成やCAE解析に要する時間を大幅に削減することが可能であり、車体構造の設計段階において自動車車体の振動特性を求めることが容易となる。
To guarantee the predicted values of vibration characteristics of an automobile body through CAE analysis and ensure their accuracy, measurement data on the vibration characteristics of the completed vehicle through road tests or bench tests is essential. However, obtaining such measurement data has traditionally been time-consuming and costly.
On the other hand, if vibration characteristic tests using a body-in-white of the vehicle structure are possible, it will be possible to significantly reduce the time required to create the analytical model used in CAE analysis and to perform the CAE analysis, making it easier to determine the vibration characteristics of the automobile body at the design stage of the vehicle structure.
このような自動車車体の振動特性を求めるための試験においては、完成車の走行時に自動車車体に発生する振動状態をいかに再現できるかが鍵となる。しかしながら、このような自動車車体を用いた振動特性試験を行うためには、以下の2つの課題があった。 In tests to determine the vibration characteristics of such car bodies, the key is to recreate the vibration conditions that occur in the car body when the completed vehicle is in operation. However, there were two challenges to overcome in conducting vibration characteristics tests using such car bodies:
第1の課題は、足回り等の周辺部品による自動車車体の拘束条件の再現である。この課題については、エアクッション(空気ばね)を活用して自動車車体を支持することで解決されている。 The first challenge is to reproduce the constraints on the vehicle body caused by peripheral parts such as the suspension. This challenge is solved by using air cushions (air springs) to support the vehicle body.
また、第2の課題は、自動車車体に振動や騒音を励起する加振方式である。この課題については、実車走行試験による振動特性の計測データに基づいて、自動車車体に入力する振動の入力波(振動の波形や周波数等)を再現する手法がある。しかし、この手法は、いくつかの規定された路面状態で取得された波形の振動を入力して自動車車体を加振する試験に限定されていた。そのため、無数に異なる路面状態や振動入力部位、さらには車両の走行条件(走行速度等)をパラメトリックに変化させて自動車車体を加振する試験は行われていなかった。
したがって、自動車車体を加振して自動車車体の振動特性を求める試験において、自動車車体の振動入力部位や入力する振動の入力波を適切に変更することができ、実車走行時における様々な路面状態や車両の走行条件を再現することが望まれていた。
The second issue is the excitation method for exciting vibrations and noise into the vehicle body. Regarding this issue, there is a method for reproducing the vibration input waves (vibration waveform, frequency, etc.) input to the vehicle body based on measurement data of vibration characteristics obtained through actual vehicle running tests. However, this method is limited to tests in which the vehicle body is vibrated by inputting vibrations of waveforms acquired under a few specified road surface conditions. Therefore, tests in which the vehicle body is vibrated by parametrically changing countless different road surface conditions, vibration input locations, and vehicle running conditions (running speed, etc.) have not been conducted.
Therefore, in tests that vibrate a vehicle body to determine its vibration characteristics, it is desirable to be able to appropriately change the vibration input locations on the vehicle body and the input vibration waves, and to reproduce the various road conditions and vehicle driving conditions that occur when an actual vehicle is running.
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、実車走行時の路面状態や車両の走行条件を適切に再現して自動車車体の振動特性を求めることができる自動車車体の振動特性試験方法及び装置を提供することを目的とするものである。 The present invention was made to solve the above-mentioned problems, and aims to provide a method and device for testing the vibration characteristics of an automobile body that can accurately reproduce road surface conditions and vehicle driving conditions during actual vehicle driving to determine the vibration characteristics of the automobile body.
(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、該自動車車体の振動特性を求めるものであって、
エアクッションにより支持された前記自動車車体に複数の振動入力部位を設定し、該設定した複数の振動入力部位のそれぞれに振動を入力して前記自動車車体を加振する加振工程と、
該加振工程において加振された前記自動車車体の振動特性に関するデータを計測する振動計測工程と、を含み、
前記加振工程において、前記自動車車体における一部の前記振動入力部位に入力する振動の入力波は、他の前記振動入力部位に入力する振動の入力波より遅延させたものとすることを特徴とするものである。
(1) A method for testing vibration characteristics of an automobile body according to the present invention inputs vibration to an automobile body to determine the vibration characteristics of the automobile body,
a vibration application step of setting a plurality of vibration input locations on the automobile body supported by air cushions, and inputting vibrations into each of the plurality of vibration input locations to vibrate the automobile body;
a vibration measuring step of measuring data relating to vibration characteristics of the automobile body vibrated in the vibration applying step,
In the vibration excitation process, the vibration input wave input to a part of the vibration input portion of the automobile body is delayed relative to the vibration input wave input to the other vibration input portions.
(2)上記(1)に記載のものにおいて、
前記加振工程は、
前記自動車車体の後方の右側と左側に前記振動入力部位を設定し、
前記各振動入力部位に入力する振動の入力波の基準とするサイン波又はランダム波の基準信号を複数生成し、
該生成した複数の基準信号のうち一部の基準信号を遅延させた遅延信号を生成し、
前記自動車車体の後方の左側又は右側のいずれか一方の前記振動入力部位には、前記基準信号を入力波とする振動を入力し、
前記自動車車体の後方の左側又は右側の他方の前記振動入力部位には、前記遅延信号を入力波とする振動を入力とすることを特徴とするものである。
(2) In the above (1),
The vibration applying step includes:
The vibration input portions are set on the right and left rear sides of the vehicle body,
generating a plurality of sine wave or random wave reference signals to be used as references for the vibration input waves input to each of the vibration input portions;
generating delayed signals by delaying some of the generated reference signals;
Vibration having the reference signal as an input wave is input to the vibration input portion on either the left or right rear side of the automobile body,
The vibration input portion on the other of the left and right rear sides of the automobile body receives vibration with the delayed signal as an input wave.
(3)上記(1)に記載のものにおいて、
前記加振工程は、
前記自動車車体の前方と後方に前記振動入力部位を設定し、
前記各振動入力部位に入力する振動の入力波の基準とするサイン波又はランダム波の基準信号を複数生成し、
該生成した複数の基準信号のうち一部の基準信号を遅延させた遅延信号を生成し、
前記自動車車体の前方の前記振動入力部位には、前記基準信号を入力波とする振動を入力し、
前記自動車車体の後方の前記振動入力部位には、前記遅延信号を入力波とする振動を入力することを特徴とするものである。
(3) In the above (1),
The vibration applying step includes:
The vibration input portions are set at the front and rear of the automobile body,
generating a plurality of sine wave or random wave reference signals to be used as references for the vibration input waves input to each of the vibration input portions;
generating delayed signals by delaying some of the generated reference signals;
a vibration having the reference signal as an input wave is input to the vibration input portion at the front of the automobile body;
The vibration input portion at the rear of the automobile body is input with the delayed signal as an input wave.
(4)上記(1)乃至(3)のいずれかに記載のものにおいて、
前記振動計測工程は、前記振動特性に関するデータとして、前記自動車車体に加速度計を設置して前記自動車車体に発生した振動加速度を計測する、及び/又は、前記自動車車体の内部にマイクロフォンを設置して前記自動車車体から発生する騒音の音圧を計測する、ことを特徴とするものである。
(4) In any one of (1) to (3) above,
The vibration measurement process is characterized by installing an accelerometer on the automobile body to measure the vibration acceleration generated in the automobile body, and/or installing a microphone inside the automobile body to measure the sound pressure of noise generated from the automobile body, as data related to the vibration characteristics.
(5)本発明に係る自動車車体の振動特性試験装置は、自動車車体に振動を入力し、該自動車車体の振動特性を求めるものであって、
エアクッションにより支持された前記自動車車体に設定された複数の振動入力部位のそれぞれに振動を入力し、前記自動車車体を加振する加振装置と、
該加振装置により加振した前記自動車車体の振動特性に関するデータを計測する振動計測装置と、を備え、
前記加振装置は、
前記自動車車体における複数の前記振動入力部位に所定の入力波の振動を入力して加振する複数の加振器と、
前記各振動入力部位に入力する振動の入力波の基準となる基準信号を複数生成する信号生成装置と、
該生成した複数の基準信号のうち一部の基準信号を遅延させて遅延信号を生成する遅延処理装置と、
前記生成した基準信号又は遅延信号により前記複数の加振器をそれぞれ駆動制御する複数の加振器制御装置と、を備え、
前記振動計測装置は、
前記自動車車体に設置されて該自動車車体に発生する振動加速度を計測する加速度計、及び/又は、前記自動車車体の内部に設置されて該自動車車体から発生する騒音に関するデータを計測するマイクロフォンと、
前記自動車車体に入力する振動により前記自動車車体を加振する加振力と入力加速度を計測する加振力・入力加速度計と、
前記加速度計により計測される振動加速度及び/又は前記マイクロフォンにより計測される騒音の音圧と、前記加振力・入力加速度計により計測される加振力及び入力加速度と、を取得するデータロガーと、を備えたことを特徴とするものである。
(5) The vibration characteristic testing device for an automobile body according to the present invention inputs vibration into an automobile body to determine the vibration characteristics of the automobile body,
a vibration excitation device that inputs vibrations to each of a plurality of vibration input portions set on the automobile body supported by air cushions to vibrate the automobile body;
a vibration measuring device that measures data related to the vibration characteristics of the automobile body excited by the vibration excitation device,
The vibration device is
a plurality of vibration exciters that input predetermined input wave vibrations to the plurality of vibration input portions of the automobile body to excite them;
a signal generating device that generates a plurality of reference signals that serve as references for the vibration input waves input to each of the vibration input portions;
a delay processing device that delays some of the generated reference signals to generate delayed signals;
a plurality of vibration exciter control devices that respectively drive and control the plurality of vibration exciters using the generated reference signal or delay signal;
The vibration measuring device is
an accelerometer installed in the automobile body to measure vibration acceleration generated in the automobile body, and/or a microphone installed inside the automobile body to measure data related to noise generated from the automobile body;
an excitation force/input accelerometer that measures an excitation force and input acceleration that excites the automobile body due to vibration input to the automobile body;
and a data logger that acquires the vibration acceleration measured by the accelerometer and/or the sound pressure of the noise measured by the microphone, and the excitation force and input acceleration measured by the excitation force/input accelerometer.
本発明によれば、実車走行時の路面状態や車両の走行条件において自動車車体に励起する振動状態を再現し、該自動車車体に発生する振動や騒音といった振動特性を求めることができる。これにより、自動車車体の設計段階において、車体構造や材料の変更に伴う自動車車体の振動特性の変化を求めることが可能となる。
また、実車走行時の路面状態や走行条件(走行速度等)を模擬する振動入力条件をパラメトリックに変更することができるため、CAE解析に用いる解析モデル化も容易となる。
さらに、自動車車体における複数の振動入力部位のそれぞれに入力する振動の入力波やその遅延時間を規定することが容易であるため、振動特性試験において自動車車体に入力する振動に関する振動入力条件の規格化や再現性も良好である。
According to the present invention, it is possible to reproduce the vibration state excited in the vehicle body under road surface conditions and vehicle running conditions when the vehicle is actually running, and to obtain vibration characteristics such as vibration and noise generated in the vehicle body. This makes it possible to obtain changes in the vibration characteristics of the vehicle body due to changes in the vehicle body structure and materials at the design stage of the vehicle body.
In addition, since the vibration input conditions that simulate the road surface conditions and driving conditions (driving speed, etc.) when a real vehicle is running can be changed parametrically, it becomes easier to create analytical models to be used in CAE analysis.
Furthermore, since it is easy to specify the vibration input waves and their delay times input to each of the multiple vibration input points on the automobile body, the standardization and reproducibility of the vibration input conditions related to the vibration input to the automobile body in vibration characteristic tests are also good.
また、本発明は、ボディ懸架部位・サスペンション結合周辺部位のボディ骨格を直接加振することにより、加振器出力や加振力は小さくすることが可能で、効率的な振動試験ができる。特に、計測される信号応答は小さいにもかかわらず、官能評価において差異が発生しやすい、可聴域となる20Hz~2.0kHzの騒音レベル及びボディ骨格の振動特性の的確な評価が可能となる。 In addition, by directly vibrating the body frame at the body suspension points and the areas surrounding the suspension connections, this invention makes it possible to reduce the vibrator output and excitation force, enabling efficient vibration testing. In particular, despite the small measured signal response, it is possible to accurately evaluate noise levels in the audible range of 20 Hz to 2.0 kHz, where differences are likely to occur in sensory evaluations, and the vibration characteristics of the body frame.
<自動車車体>
本発明において振動特性試験の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、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)である。以下に記載する本発明の実施の形態においては、一例として図2に示す自動車車体100を対象とする。自動車車体100は、フロントサイドメンバー101、リアサイドメンバー103、バンパーレインフォース105及びリアフロアクロスメンバー107等の車体骨格部品や、車体フロア109等のパネル部品、等を有してなる。
<Automobile body>
In the present invention, the automobile body that is the subject of vibration characteristics testing is a so-called automobile body frame (body-in-white) that does not include a chassis, suspension parts, drivetrain parts, interior parts, etc. In the embodiment of the present invention described below, an automobile body 100 shown in Fig. 2 is used as an example. The automobile body 100 includes automobile body frame parts such as a front side member 101, a rear side member 103, a bumper reinforcement 105, and a rear floor cross member 107, as well as panel parts such as a body floor 109.
そして、自動車車体100は、図2に示すように、自動車車体100の車体フロア109が、床面201上に設置された4つのエアクッション211に載荷されて支持されている。そのため、自動車車体100に振動を入力すると、エアクッション211に支持されている車体フロア109は拘束されずに自動車車体100が加振される。 As shown in Figure 2, the vehicle body 100 has a body floor 109 supported by four air cushions 211 installed on the floor surface 201. Therefore, when vibration is input to the vehicle body 100, the vehicle floor 109 supported by the air cushions 211 is not restrained, and the vehicle body 100 is vibrated.
もっとも、本発明は、自動車車体100を支持する部位や支持方法をこれに限定するものではなく、評価対象とする振動特性に応じて自動車車体100を支持する部位や支持方法を適宜選択すればよい。 However, the present invention does not limit the locations and methods for supporting the automobile body 100 to these, and the locations and methods for supporting the automobile body 100 may be selected appropriately depending on the vibration characteristics to be evaluated.
以下、自動車車体100を振動特性試験の対象とする場合について、本発明に係る自動車車体の振動特性試験方法及び装置(以下、それぞれ、「振動特性試験方法」及び「振動特性試験装置」という)について説明する。 The following describes the vibration characteristics testing method and device for an automobile body according to the present invention (hereinafter referred to as the "vibration characteristics testing method" and the "vibration characteristics testing device," respectively) for the case where an automobile body 100 is the subject of a vibration characteristics test.
<振動特性試験方法>
本実施の形態に係る振動特性試験方法は、図2に示すように、自動車車体100に振動を入力し、自動車車体100の振動特性を求めるものである。
そして、本実施の形態に係る振動特性試験方法は、図1に示すように、加振工程S1と、振動計測工程S3と、を含むものである。
<Vibration characteristics test method>
As shown in FIG. 2, the vibration characteristic testing method according to this embodiment involves inputting vibrations into an automobile body 100 and determining the vibration characteristics of the automobile body 100.
As shown in FIG. 1, the vibration characteristics testing method according to this embodiment includes a vibration applying step S1 and a vibration measuring step S3.
≪加振工程≫
加振工程S1は、図2に一例として示すように、床面201に設置されたエアクッション211により車体フロア109を支持された自動車車体100に複数の振動入力部位111(111a、111b)を設定する。そして、加振工程S1は、設定した複数の振動入力部位111のそれぞれに振動を入力して自動車車体100を加振する。
≪Vibration process≫
2, in the vibration application step S1, a plurality of vibration input portions 111 (111a, 111b) are set in an automobile body 100 having a body floor 109 supported by air cushions 211 installed on a floor surface 201. Then, in the vibration application step S1, vibration is input to each of the plurality of vibration input portions 111 that have been set, thereby vibrating the automobile body 100.
さらに、加振工程S1において、複数の振動入力部位111のうち一部の振動入力部位111(例えば、111b)に入力する振動の入力波を、他の振動入力部位111(例えば、111a)に入力する振動の入力波よりも遅延させたものとする。 Furthermore, in the vibration excitation step S1, the vibration input wave input to some of the vibration input parts 111 (e.g., 111b) among the multiple vibration input parts 111 is delayed relative to the vibration input wave input to the other vibration input parts 111 (e.g., 111a).
≪振動計測工程≫
振動計測工程S3は、加振工程S1において加振された自動車車体100の振動特性に関するデータを計測する工程である。
<Vibration measurement process>
The vibration measurement step S3 is a step of measuring data relating to the vibration characteristics of the automobile body 100 that has been vibrated in the vibration excitation step S1.
本実施の形態において、振動計測工程S3は、自動車車体100に加速度計を設置し、自動車車体100の振動特性に関するデータとして、自動車車体100に発生する振動加速度を計測する。 In this embodiment, the vibration measurement process S3 involves installing an accelerometer on the automobile body 100 and measuring the vibration acceleration occurring in the automobile body 100 as data related to the vibration characteristics of the automobile body 100.
次に、本実施の形態に係る振動特性試験方法の加振工程S1において、自動車車体100に設定する複数の振動入力部位111と、各振動入力部位に入力する振動の入力波について説明する。 Next, we will explain the multiple vibration input locations 111 set on the automobile body 100 and the vibration input waves input to each vibration input location in the vibration excitation step S1 of the vibration characteristics testing method according to this embodiment.
実車走行時に自動車車体100に発生する振動は、完全にランダムな波形の振動が四輪に独立して入力する場合よりも、例えば、路面の周期的な溝やタイヤ表面の周期的なサイプパターンにより励起される波形の振動が入力する場合の方が強調される傾向にある。さらに、路面から入力する振動と同じ周波数の共振点が自動車車体100に存在する場合、自動車車体100に励起される振動や車室内の騒音が大きくなる恐れがある。 Vibrations that occur in the automobile body 100 when the vehicle is actually running tend to be more pronounced when vibrations with waveforms excited by, for example, periodic grooves in the road surface or periodic sipe patterns on the tire surface are input, rather than when vibrations with completely random waveforms are input independently to the four wheels. Furthermore, if a resonance point with the same frequency as the vibrations input from the road surface exists in the automobile body 100, there is a risk that the vibrations excited in the automobile body 100 and the noise inside the vehicle cabin will increase.
そこで、実車走行時に自動車車体100に入力する振動を模擬するために、加振工程S1において、(a)複数の振動入力部位111と、(b)各振動入力部位111に入力する振動、を以下のように設定する。 Therefore, in order to simulate the vibrations input to the automobile body 100 when the actual vehicle is running, in the vibration application process S1, (a) multiple vibration input locations 111 and (b) the vibrations input to each vibration input location 111 are set as follows:
(a)振動入力部位の設定
自動車車体100に設定する複数の振動入力部位111に関しては、前述した図2に例示する第1の態様と、図3に例示する第2の態様、がある。
(a) Setting of Vibration Input Locations There are two types of vibration input locations 111 that can be set on the automobile body 100: the first type illustrated in FIG. 2 and the second type illustrated in FIG.
第1の態様は、図2に示すように、自動車車体100の後方の右側と左側のそれぞれに振動入力部位111a、111bを設定するものである。これは、車両前方にエンジンやトランスミッションといった駆動系の車体部品が配置されたフロントエンジン・フロントドライブ車(FF車)でのオフロード走行や石畳路面のようなラフロード走行を想定したものである。 In the first mode, as shown in Figure 2, vibration input portions 111a and 111b are set on the right and left rear sides of the automobile body 100. This is intended for off-road driving or driving on rough roads such as cobblestone roads in front-engine, front-drive vehicles (FF vehicles), which have drivetrain body parts such as the engine and transmission located at the front of the vehicle.
オフロードや石畳路面のようなラフロード走行においては、左右のタイヤから入力する振動は位相が大きくずれているとみなすことができる。FF車の場合、車両の前方(フロント)に重量物が懸架されていることから、車両の前方側の振動は抑制されるのに対し、重量配分の少ない車両の後方(リア)は振動しやすい状態にあり、車両の前方と比較して振動の振幅(変位)が大きくなる傾向にある。そのため、ラフロード走行においては、重量のある車両前方の変位が少なく、車両後方が相対的に大きく変位することで、自動車車体においては捩じれる方向で変形するモードの寄与が大きくなる。
第1の態様では、FF車の後方を中心に振動する振動状態を再現するために、加振工程S1において、自動車車体100の後方の右側と左側のそれぞれに振動入力部位111aと振動入力部位111bを設定する。そして、左側の振動入力部位111bに入力する振動の入力波の位相を、右側の振動入力部位111aに入力する振動の入力波の位相よりも遅らせたものとして、振動入力部位111a、111bのそれぞれに振動を入力し、自動車車体100を加振する。
When driving on rough roads such as off-road or cobblestone roads, the vibrations input from the left and right tires can be considered to be significantly out of phase. In the case of front-wheel drive vehicles, because a heavy load is suspended at the front of the vehicle, vibrations at the front of the vehicle are suppressed, whereas the rear of the vehicle, which has a lower weight distribution, is more susceptible to vibration and tends to have a larger amplitude (displacement) of vibration compared to the front of the vehicle. Therefore, when driving on rough roads, the displacement at the front of the vehicle, which is heavy, is small, while the displacement at the rear of the vehicle is relatively large, which increases the contribution of modes that cause deformation in the torsional direction in the vehicle body.
In the first mode, in order to reproduce a vibration state in which vibration is centered around the rear of a front-wheel drive vehicle, in the vibration excitation step S1, a vibration input portion 111a and a vibration input portion 111b are set on the right and left sides of the rear of the automobile body 100. Then, vibrations are input to the vibration input portions 111a and 111b, with the phase of the vibration input wave input to the left vibration input portion 111b delayed compared to the phase of the vibration input wave input to the right vibration input portion 111a, and the automobile body 100 is vibrated.
第2の態様は、図3に示すように、自動車車体100の前方と後方のそれぞれに振動入力部位111c、111dを設定するものである。これは、路面に存在する凹凸により、前後のタイヤから同じ波形の振動が車両に入力する場合を想定したものである。 In the second mode, as shown in Figure 3, vibration input locations 111c and 111d are set at the front and rear of the automobile body 100, respectively. This assumes that vibrations with the same waveform are input to the vehicle from the front and rear tires due to unevenness in the road surface.
実車走行時において、路面の凹凸により車両の前後に入力する振動の波形は同一であるが、前方と後方に入力する振動にはわずかな時間差がある。そのため、第2の態様では、車両の前方と後方に時間差を伴って同じ波形の振動が入力する振動状態を再現するために、加振工程S1において、自動車車体100の前方と後方のそれぞれに振動入力部位111cと振動入力部位111dを設定する。そして、自動車車体100の後方の振動入力部位111dに入力する振動の入力波の位相を、前方の振動入力部位111cに入力する振動の入力波の位相よりも遅らせて、振動入力部位111c、111dのそれぞれに振動を入力し、自動車車体100を加振する。 When an actual vehicle is traveling, the vibration waveforms input to the front and rear of the vehicle due to road surface irregularities are the same, but there is a slight time difference between the vibrations input to the front and rear. Therefore, in the second mode, to reproduce a vibration state in which vibrations of the same waveform are input to the front and rear of the vehicle with a time difference, vibration input parts 111c and 111d are set at the front and rear of the automobile body 100, respectively, in the vibration excitation process S1. The phase of the vibration input wave input to vibration input part 111d at the rear of the automobile body 100 is then delayed relative to the phase of the vibration input wave input to vibration input part 111c at the front, and vibration is input to each of vibration input parts 111c and 111d, thereby vibrating the automobile body 100.
(b)加振方法
自動車車体100の各振動入力部位111に振動を入力して加振する方法として、(b-i)所定の周波数のサイン波の振動を一定時間入力して定常振動を励起する方法と、(b-ii)ランダム波の振動を一定時間連続的に入力して加振する方法、を適用できる。
(b) Vibration Method As a method for inputting vibrations to each vibration input part 111 of the automobile body 100, (b-i) a method for inputting a sine wave vibration of a predetermined frequency for a certain period of time to excite steady vibration, and (b-ii) a method for inputting a random wave vibration continuously for a certain period of time to excite vibration can be applied.
(b-i)所定周波数のサイン波の振動入力による加振
サイン波の振動入力による加振は、実車走行時に排水溝の様な路面上の周期的な構造により自動車車体に入力する振動を想定した試験や、CAE解析や実車走行時に卓越した振動や騒音発生が認められる所定の周波数に関する振動特性を求める試験に有効である。特に、サイン波の振動入力による加振は、自動車車体に発生する振動の固有振動ピークが明瞭である概ね200Hz以下の周波数帯域において有用である。
(b-i) Excitation by sine wave vibration input of a predetermined frequency Excitation by sine wave vibration input is effective for tests that simulate vibrations that are input to a car body due to periodic structures on the road surface, such as drainage ditches, when the car is actually running, and for tests that determine vibration characteristics related to a predetermined frequency at which significant vibrations or noise are observed during CAE analysis or when the car is actually running. Excitation by sine wave vibration input is particularly useful in the frequency band of approximately 200 Hz or less, where the natural frequency peak of the vibration generated in the car body is clear.
図3に示すように自動車車体100の前方と後方に振動入力部位111c及び振動入力部位111dを設定し、各振動入力部位111c、111dにサイン波の振動を入力する方法を説明する。 As shown in Figure 3, vibration input parts 111c and 111d are set at the front and rear of the automobile body 100, and a method for inputting sine wave vibrations to each vibration input part 111c, 111d is described.
まず、各振動入力部位111c、111dに入力する振動の入力波の基準として、所定の周波数のサイン波の基準信号を生成する。
そして、自動車車体100の前方の振動入力部位111cに入力する振動の入力波は、基準信号とする。一方、自動車車体100の後方の振動入力部位111dに入力する振動の入力波は、基準信号を遅延させた遅延信号とする。
First, a sine wave reference signal of a predetermined frequency is generated as a reference for the vibration input wave input to each of the vibration input portions 111c and 111d.
The vibration input wave input to the vibration input portion 111c at the front of the automobile body 100 is a reference signal. On the other hand, the vibration input wave input to the vibration input portion 111d at the rear of the automobile body 100 is a delayed signal obtained by delaying the reference signal.
基準信号がサイン波の場合、遅延信号は、基準信号に対して0°~180°の位相差を与えて遅延させることにより生成することができる。自動車車体100の前方と後方に振動入力部位111c、111dに入力する振動の入力波の位相差を0°~180°の間で設定することにより、自動車車体100に様々な振動モードを再現することができる。
なお、サイン波の基準信号に位相差を与えて遅延させるとは、位相差に相当する遅延時間を与えて基準信号を遅延させることと同義である。そのため、基準信号に対して所定の遅延時間を与えて遅延させることにより遅延信号を生成してもよい。
When the reference signal is a sine wave, the delayed signal can be generated by delaying the reference signal by giving it a phase difference of 0° to 180°. By setting the phase difference between the vibration input waves input to the vibration input portions 111c and 111d at the front and rear of the automobile body 100 between 0° and 180°, various vibration modes can be reproduced in the automobile body 100.
Note that delaying a sine wave reference signal by imparting a phase difference is synonymous with delaying the reference signal by imparting a delay time equivalent to the phase difference, and therefore a delayed signal may be generated by imparting a predetermined delay time to the reference signal.
次に、図2に示すように自動車車体100の後方の右側と左側にそれぞれ振動入力部位111a及び振動入力部位111bを設定し、各振動入力部位111a、111bにサイン波の振動を入力する方法を説明する。 Next, as shown in Figure 2, vibration input parts 111a and 111b are set on the right and left rear sides of the automobile body 100, respectively, and a method for inputting sine wave vibrations to each vibration input part 111a, 111b will be described.
まず、各振動入力部位111a、111bに入力する振動の入力波の基準として、所定の周波数のサイン波の基準信号を生成する。
そして、自動車車体100の後方の右側の振動入力部位111aに入力する振動の入力波を、基準信号とする。一方、自動車車体100の後方の左側の振動入力部位111bに入力する振動の入力波は、基準信号を遅延させた遅延信号とする。
First, a sine wave reference signal of a predetermined frequency is generated as a reference for the vibration input wave input to each of the vibration input portions 111a and 111b.
The vibration input wave input to the vibration input portion 111a on the rear right side of the automobile body 100 is set as a reference signal. On the other hand, the vibration input wave input to the vibration input portion 111b on the rear left side of the automobile body 100 is set as a delayed signal obtained by delaying the reference signal.
加振工程S1において自動車車体100に完全なねじりモードの変形を再現するには、振動入力部位111aと振動入力部位111bに入力する振動の入力波をサイン波とし、入力波の位相差を180°として位相を反転させればよい。 To reproduce complete torsional mode deformation in the automobile body 100 in the vibration excitation process S1, the vibration input waves input to the vibration input portion 111a and the vibration input portion 111b are made sine waves, and the phase difference between the input waves is set to 180°, and the phase is inverted.
もっとも、実車走行時の振動入力では、ねじりに加えて上下曲げあるいは左右曲げが複合した振動モードが励起されることが多いと想定される。このような様々な振動モードを自動車車体100に再現するためには、加振工程S1において振動の入力波をサイン波とし、振動入力部位111aと振動入力部位111bに入力する振動の入力波の位相差を0°~180°の間で設定すればよい。 However, it is expected that vibration input during actual vehicle operation often excites vibration modes that combine vertical or horizontal bending in addition to torsion. To reproduce these various vibration modes in the automobile body 100, the vibration input wave in the excitation step S1 can be set to a sine wave, and the phase difference between the vibration input waves input to vibration input portion 111a and vibration input portion 111b can be set between 0° and 180°.
(b-ii)ランダム波の振動入力による加振
ランダム波の振動入力による加振は、主として凹凸の少ない舗装路面を想定した試験や、走行速度も比較的高い領域で自動車車体に入力する振動を模擬する試験において有効である。そして、ランダム波の振動入力は、自動車車体100に発生した振動について広域の周波数帯域をまとめて計測することが可能であり、特に、多数の固有振動ピークが現れて分離が難しい200Hzを超える高周波帯域の振動特性を求める場合に効果的である。
(b-ii) Excitation by Random Wave Vibration Input Excitation by random wave vibration input is effective mainly in tests assuming a paved road surface with little unevenness, and in tests simulating vibrations input to an automobile body at a relatively high traveling speed. Random wave vibration input makes it possible to collectively measure a wide frequency band of vibrations generated in the automobile body 100, and is particularly effective when determining vibration characteristics in the high frequency band above 200 Hz, where multiple natural vibration peaks appear and are difficult to separate.
ただし、ランダム波の振動入力により自動車車体100を加振した場合、ランダム波の入力波に対して個別の周波数ごとに位相を制御したり調節することは困難である。
そのため、例えば図3に示すように、自動車車体100の前方と後方のそれぞれに振動入力部位111c、111dを設定した場合、前方の振動入力部位111cに入力する振動の入力波はランダム波の基準信号とする。そして、後方の振動入力部位111dの入力する振動の入力波は基準信号に所定の遅延時間を与えて遅延させた遅延信号とする。
However, when the automobile body 100 is vibrated by a vibration input of a random wave, it is difficult to control or adjust the phase of the input random wave for each individual frequency.
3, for example, when vibration input portions 111c and 111d are set at the front and rear of the automobile body 100, the vibration input wave input to the front vibration input portion 111c is a random wave reference signal, and the vibration input wave input to the rear vibration input portion 111d is a delayed signal obtained by delaying the reference signal by a predetermined delay time.
すなわち、振動の入力波をランダム波とする場合、関数発生器等の同一の信号生成装置(発振源)により生成した基準信号を前方の振動入力部位111cに入力する振動の入力波とする。さらに、基準信号を遅延処理した遅延信号を後方の振動入力部位111dに入力する振動の入力波とする。 In other words, when the vibration input wave is a random wave, a reference signal generated by the same signal generating device (oscillation source) such as a function generator is used as the vibration input wave input to the front vibration input part 111c. Furthermore, a delayed signal obtained by delaying the reference signal is used as the vibration input wave input to the rear vibration input part 111d.
これにより、自動車車体100の前後ともに同一の波形のランダム波及び周波数成分で自動車車体100を加振し、実車走行時の自動車車体に入力するランダム波の振動を模擬することができる。なお、遅延信号を生成するために与える遅延時間は、実車の車速と前後輪間の距離(前後車軸間距離)から決定すればよい。 This allows the automobile body 100 to be vibrated with random waves and frequency components of the same waveform at both the front and rear of the automobile body 100, simulating the vibration of random waves input to the automobile body when the actual vehicle is running. The delay time applied to generate the delayed signal can be determined from the vehicle speed of the actual vehicle and the distance between the front and rear wheels (distance between the front and rear axles).
以上、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、実車走行時の路面状態や車両の走行条件において自動車車体100に励起する振動状態を再現し、自動車車体100に発生する振動や騒音といった振動特性を求めることができる。これにより、自動車車体100の設計段階において、車体構造や材料の変更に伴う自動車車体100の振動特性の変化を求めることが可能となる。 As described above, the vibration characteristic testing method for an automobile body according to this embodiment can reproduce the vibration state excited in the automobile body 100 under road surface conditions and vehicle driving conditions during actual vehicle operation, and determine vibration characteristics such as vibration and noise generated in the automobile body 100. This makes it possible to determine changes in the vibration characteristics of the automobile body 100 due to changes in the body structure and materials at the design stage of the automobile body 100.
また、本実施の形態に係る自動車車体の振動特性試験方法においては、複数の振動入力部位111に入力する振動の入力波(入力波形、周波数及び振幅)や、各振動入力部位に入力する振動の入力波の遅延時間を適宜変更することができる。これにより、実車走行時の路面状態や走行条件(走行速度等)を模擬する振動入力条件をパラメトリックに変更することができるため、CAE解析に用いる解析モデル化も容易となる。 Furthermore, in the vibration characteristic testing method for an automobile body according to this embodiment, the vibration input waves (input waveform, frequency, and amplitude) input to the multiple vibration input locations 111 and the delay time of the vibration input waves input to each vibration input location can be changed as appropriate. This allows the vibration input conditions that simulate road surface conditions and driving conditions (driving speed, etc.) when an actual vehicle is running to be changed parametrically, facilitating analytical modeling for use in CAE analysis.
さらに、自動車車体における複数の振動入力部位のそれぞれに入力する振動の入力波やその遅延時間を規定することが容易であるため、振動特性試験において自動車車体に入力する振動に関する振動入力条件の規格化や再現性も良好である。 Furthermore, since it is easy to specify the vibration input waves and their delay times that are input to each of the multiple vibration input points on the vehicle body, standardization and reproducibility of vibration input conditions related to vibration input to the vehicle body in vibration characteristic tests are also good.
<振動特性試験装置>
本実施の形態に係る振動特性試験方法は、図4に一例として示すような振動特性試験装置1を用いて実施することができる。以下、図2に示す自動車車体100を対象として振動特性試験を行う場合について、振動特性試験装置1の構成を説明する。
<Vibration characteristic test equipment>
The vibration characteristic testing method according to this embodiment can be carried out using a vibration characteristic testing apparatus 1 as shown in Fig. 4. The configuration of the vibration characteristic testing apparatus 1 will be described below for the case where a vibration characteristic test is carried out on an automobile body 100 shown in Fig. 2.
本実施の形態に係る振動特性試験装置1は、上記の本実施の形態に係る振動特性試験方法を実施するためのものであり、図4に示すように、加振装置10と、振動計測装置20と、を備える。 The vibration characteristics testing device 1 according to this embodiment is used to implement the vibration characteristics testing method according to this embodiment, and as shown in FIG. 4, includes a vibration excitation device 10 and a vibration measurement device 20.
≪加振装置≫
加振装置10は、図2に示すように、エアクッション211により車体フロア109が支持された自動車車体100における複数の振動入力部位111(111a、111b)に振動を入力して自動車車体100を加振するものである。そして、加振装置10は、図4に示すように、複数の加振器11(11a、11b)と、関数発生器13と、遅延処理装置15と、複数の加振器制御装置17(17a、17b)と、を有する。
<Vibration device>
As shown in Fig. 2, the vibration excitation device 10 vibrates the automobile body 100 by inputting vibrations to a plurality of vibration input portions 111 (111a, 111b) in the automobile body 100, whose body floor 109 is supported by air cushions 211. As shown in Fig. 4, the vibration excitation device 10 has a plurality of vibration exciters 11 (11a, 11b), a function generator 13, a delay processing device 15, and a plurality of vibration exciter control devices 17 (17a, 17b).
(加振器)
加振器11は、自動車車体100に複数の振動入力部位111のそれぞれに所定の入力波(振動の入力波形及び周波数)の振動を入力して加振するものである。
(vibrator)
The vibrator 11 inputs vibration of a predetermined input wave (vibration input waveform and frequency) to each of a plurality of vibration input portions 111 of the automobile body 100 to vibrate it.
本実施の形態においては、自動車車体100の後方の右側の振動入力部位111aと左側の振動入力部位111b(図2参照)のそれぞれに振動を入力する加振器11aと加振器11b(図4参照)と、が設けられている。 In this embodiment, vibrators 11a and 11b (see Figure 4) are provided at the rear right and left vibration input locations 111a and 111b (see Figure 2) of the automobile body 100, respectively, to input vibrations.
さらに、各加振器11は、一例として図5に示すように、防振ゴム203を介して床面201に設置されている。また、各加振器11は、鋼製の加振棒19を介して、自動車車体100のアンダーフレームの一部であるリアサイドメンバー103に接着された取付ブラケット103aに接続されている。これにより、加振器11が駆動することで、加振棒19を介して自動車車体100のリアサイドメンバー103に設定した振動入力部位111に振動が入力し、自動車車体100を加振する。 Furthermore, as shown in FIG. 5 as an example, each vibrator 11 is installed on the floor surface 201 via vibration-isolating rubber 203. Each vibrator 11 is also connected via a steel vibration rod 19 to a mounting bracket 103a adhered to a rear side member 103, which is part of the underframe of the automobile body 100. As a result, when the vibrator 11 is driven, vibration is input via the vibration rod 19 to a vibration input portion 111 set on the rear side member 103 of the automobile body 100, causing vibrations in the automobile body 100.
加振器11としては動電式加振器を例示することができるが、本発明は、これに限定するものではない。 An example of the vibrator 11 is an electrodynamic vibrator, but the present invention is not limited to this.
(関数発生器)
関数発生器13は、自動車車体100の各振動入力部位111に入力する振動の入力波の基準となる複数の基準信号を生成する信号生成装置13aとして機能するものである。
関数発生器13は、基準信号の波形と周波数を適宜設定することができるものとし、基準信号の波形としてサイン波又はランダム波を選択できるものとする。
(function generator)
The function generator 13 functions as a signal generating device 13 a that generates a plurality of reference signals that serve as the reference for the vibration input waves input to each vibration input portion 111 of the automobile body 100 .
The function generator 13 is capable of appropriately setting the waveform and frequency of the reference signal, and is capable of selecting a sine wave or a random wave as the waveform of the reference signal.
本実施の形態において、関数発生器13は、図4に示すように、自動車車体100の後方の右側の振動入力部位111aと左側の振動入力部位111b(図2参照)のそれぞれに入力する振動の入力波の基準となる2つの基準信号PA及びPBを生成する。なお、以下の説明において、2つの基準信号PA及びPBを合わせて基準信号Pともいう。 In this embodiment, as shown in Fig. 4, the function generator 13 generates two reference signals PA and PB that serve as references for the vibration input waves input to the vibration input portion 111a on the right side and the vibration input portion 111b ( see Fig. 2 ) on the left side at the rear of the automobile body 100. In the following description, the two reference signals PA and PB will also be collectively referred to as reference signal P.
(遅延処理装置)
遅延処理装置15は、信号生成装置13aにより生成した基準信号のうち一部の基準信号を遅延させた遅延信号を生成するものである。
本実施の形態において、遅延処理装置15は、関数発生器13に組み込まれているものとする。そして、遅延処理装置15は、図4に示すように、関数発生器13における信号生成装置13aが生成した2つの基準信号PA及びPBのうち1つの基準信号PBを遅延させて遅延信号QBを生成する。
(Delay Processing Device)
The delay processing device 15 generates a delayed signal by delaying a part of the reference signals generated by the signal generating device 13a.
In this embodiment, the delay processing device 15 is incorporated into the function generator 13. As shown in Fig. 4, the delay processing device 15 delays one reference signal P B of two reference signals P A and P B generated by the signal generating device 13a in the function generator 13 to generate a delayed signal Q B.
(加振器制御装置)
加振器制御装置17は、信号生成装置13aにより生成した基準信号又は遅延処理装置15により生成した遅延信号により複数の加振器11をそれぞれ駆動制御するものである。
本実施の形態では、図4に示すように、加振器制御装置17aは信号生成装置13aにより生成した基準信号PAにより加振器11aを駆動制御し、加振器制御装置17bは遅延処理装置15により生成した遅延信号QBにより加振器11bを駆動制御する。
なお、加振器11として動電式加振器を用いる場合、加振器制御装置17は、基準信号又は遅延信号に基づいて動電式加振器に投入する電力の投入電力パターンを生成する。
(Vibrator control device)
The vibrator control device 17 controls the driving of each of the plurality of vibrators 11 using the reference signal generated by the signal generating device 13 a or the delayed signal generated by the delay processing device 15 .
In this embodiment, as shown in FIG. 4, the vibration exciter control device 17a drives and controls the vibration exciter 11a using a reference signal P A generated by the signal generating device 13a, and the vibration exciter control device 17b drives and controls the vibration exciter 11b using a delay signal Q B generated by the delay processing device 15.
When an electrodynamic vibrator is used as the vibrator 11, the vibrator control device 17 generates an input power pattern of the power to be input to the electrodynamic vibrator based on the reference signal or the delayed signal.
加振装置10により自動車車体100を加振する態様としては、本実施の形態に係る振動特性試験方法において振動入力部位の設定について説明したように(図2,図3参照)、図6に示す2つの態様がある。 As explained in the vibration characteristic testing method according to this embodiment regarding the setting of the vibration input portion, there are two modes for vibrating the automobile body 100 using the vibration excitation device 10, as shown in Figure 6 (see Figures 2 and 3).
第1の態様は、図6(a)に示すように、自動車車体100の後方の右側と左側のそれぞれに設定した振動入力部位111a及び111bに振動を入力して加振するものである。この第1の態様は、前述したように、FF車の後方を中心に振動が入力する振動状態を想定したものである(図2参照)。 In the first mode, as shown in Figure 6(a), vibrations are input to vibration input points 111a and 111b located on the right and left rear sides of the automobile body 100. As mentioned above, this first mode assumes a vibration state in which vibrations are input mainly from the rear of a front-wheel drive vehicle (FF vehicle) (see Figure 2).
第1の態様においては、関数発生器13により生成した基準信号Pを加振器制御装置17aに入力して加振器11aを駆動制御し、自動車車体100の後方右側に設定した振動入力部位111aに振動を入力する。さらに、関数発生器13により生成した遅延信号Qを加振器制御装置17bに入力して加振器11bを駆動制御し、自動車車体100の後方左側に設定した振動入力部位111bに振動を入力する。
ここで、基準信号Pはサイン波とし、遅延信号は、関数発生器13において基準信号Pに位相差180°を与えて遅延させたものとする。
In the first mode, a reference signal P generated by the function generator 13 is input to the vibration exciter control device 17a to drive and control the vibration exciter 11a, and vibration is input to a vibration input portion 111a set on the rear right side of the automobile body 100. Furthermore, a delay signal Q generated by the function generator 13 is input to the vibration exciter control device 17b to drive and control the vibration exciter 11b, and vibration is input to a vibration input portion 111b set on the rear left side of the automobile body 100.
Here, the reference signal P is a sine wave, and the delayed signal is obtained by delaying the reference signal P by a phase difference of 180° in the function generator 13 .
第2の態様は、図6(b)に示すように、自動車車体100の前方と後方のそれぞれに設定した振動入力部位111c、111dに振動を入力するものである。第2の態様は、前述したように、路面に存在する凹凸により前後のタイヤから同じ波形の振動が車両に入力する振動状態を想定したものである(図3参照)。 In the second mode, as shown in Figure 6(b), vibrations are input to vibration input locations 111c and 111d located at the front and rear of the automobile body 100. As mentioned above, the second mode assumes a vibration state in which vibrations of the same waveform are input to the vehicle from the front and rear tires due to unevenness in the road surface (see Figure 3).
第2の態様においては、まず、関数発生器13により基準信号Pと、基準信号Pを遅延させた遅延信号Qと、を生成する。ここで、基準信号Pはサイン波とし、遅延信号は基準信号Pに位相差45°(位相角-45°に相当)を与える遅延処理により遅延させたものとする。 In the second mode, first, a reference signal P and a delayed signal Q obtained by delaying the reference signal P are generated by the function generator 13. Here, the reference signal P is a sine wave, and the delayed signal Q is delayed by a delay process that gives the reference signal P a phase difference of 45° (equivalent to a phase angle of -45°).
そして、生成した基準信号Pを加振器制御装置17aに入力して加振器11aを駆動制御し、自動車車体100の前方に設定した振動入力部位111cに振動を入力する。一方、生成した遅延信号Qを加振器制御装置17bに入力して加振器11bを駆動制御し、自動車車体100の後方に設定した振動入力部位111dに振動を入力する。 The generated reference signal P is then input to the vibration exciter control device 17a to drive and control the vibration exciter 11a, which inputs vibration to the vibration input location 111c located at the front of the automobile body 100. Meanwhile, the generated delayed signal Q is input to the vibration exciter control device 17b to drive and control the vibration exciter 11b, which inputs vibration to the vibration input location 111d located at the rear of the automobile body 100.
なお、上記の2つの態様は、関数発生器13によりサイン波の基準信号を2つ生成し、一方の基準信号Pに位相差(45°又は180°)を与えて遅延させることで遅延信号Qを生成する場合についてのものであった。もっとも、本発明に係る加振装置は、ランダム波の基準信号を複数生成し、生成した基準信号の一部に遅延時間を与える遅延処理を行い、基準信号よりも遅延させた遅延信号を生成するものであってもよい。 The above two embodiments involve generating two sine wave reference signals using the function generator 13, and delaying one of the reference signals P by imparting a phase difference (45° or 180°) to generate the delayed signal Q. However, the vibration device according to the present invention may also generate multiple random wave reference signals, perform delay processing to impart a delay time to some of the generated reference signals, and generate delayed signals that are delayed relative to the reference signals.
≪振動計測装置≫
振動計測装置20は、図4に示すように、加振装置10により加振した自動車車体100の振動特性に関するデータを計測するものであり、加速度計21と、加振力・入力加速度計23と、データロガー25と、を有する。また、本実施の形態において、振動計測装置20は、データ処理装置27をさらに有する。
<Vibration measuring device>
4, the vibration measuring device 20 measures data relating to the vibration characteristics of the automobile body 100 excited by the vibration excitation device 10, and includes an accelerometer 21, an excitation force/input accelerometer 23, and a data logger 25. In this embodiment, the vibration measuring device 20 further includes a data processing device 27.
(加速度計)
加速度計21は、自動車車体100の振動特性に関するデータとして、自動車車体100に設置されて自動車車体100に発生する振動加速度を計測するものである。
加速度計21は、自動車車体100における複数の部位に設置してもよい。
(accelerometer)
The accelerometer 21 is installed on the automobile body 100 and measures vibration acceleration occurring in the automobile body 100 as data relating to the vibration characteristics of the automobile body 100 .
The accelerometers 21 may be installed at multiple locations on the automobile body 100 .
(加振力・入力加速度計)
加振力・入力加速度計23は、加振装置10の加振器11を用いて自動車車体100に入力する振動により自動車車体100を加振する加振力と入力加速度を計測するものである。
本実施の形態において、加振力・入力加速度計23は、図5に示すように、加振棒19と取付ブラケット103aとの間に設置する。
(Excitation force/input accelerometer)
The excitation force/input accelerometer 23 measures the excitation force and input acceleration that vibrate the automobile body 100 due to vibrations input to the automobile body 100 using the vibrator 11 of the vibration excitation device 10 .
In this embodiment, the excitation force/input accelerometer 23 is installed between the excitation rod 19 and the mounting bracket 103a, as shown in FIG.
(データロガー)
データロガー25は、加速度計21により計測される自動車車体100の振動加速度と、加振力・入力加速度計23により計測される自動車車体100に入力する振動の加振力及び入力加速度と、を取得する。
本実施の形態において、データロガー25は、加速度計21により計測される振動加速度の時刻歴データと、加振力・入力加速度計により計測される振動の加振力及び入力加速度の時刻歴データと、を同期して取得する。
(data logger)
The data logger 25 acquires the vibration acceleration of the automobile body 100 measured by the accelerometer 21 and the excitation force and input acceleration of the vibration input to the automobile body 100 measured by the excitation force/input accelerometer 23 .
In this embodiment, the data logger 25 synchronously acquires time history data of vibration acceleration measured by the accelerometer 21 and time history data of vibration excitation force and input acceleration measured by the excitation force/input accelerometer.
(データ処理装置)
データ処理装置27は、振動計測装置20により取得した自動車車体100の振動加速度の時刻歴データと振動の加振力及び入力加速度の時刻歴データとを処理し、自動車車体100の振動特性を求めるものである。
データ処理装置27は、コンピュータ(PC等)のCPU(中央演算処理装置)によって構成されたものであってもよい。この場合、上記の各部は、コンピュータのCPUが所定のプログラムを実行することによって機能する。
(Data Processing Device)
The data processing device 27 processes the time history data of the vibration acceleration of the automobile body 100 acquired by the vibration measuring device 20 and the time history data of the vibration excitation force and input acceleration, and determines the vibration characteristics of the automobile body 100.
The data processing device 27 may be configured by a CPU (Central Processing Unit) of a computer (such as a PC). In this case, the above-mentioned components function when the CPU of the computer executes a predetermined program.
以上、本実施の形態に係る自動車車体の振動特性試験装置によれば、前述した本実施の形態に係る自動車車体の振動特性試験方法を実施することができる。これにより、実車走行時の路面状態や車両の走行条件において自動車車体に励起する振動状態を再現し、該自動車車体に発生する振動や騒音といった振動特性を求めることができる。その上、自動車車体の設計段階において、車体構造や材料の変更に伴う自動車車体の振動特性の変化を求めることが可能となる。 As described above, the vehicle body vibration characteristic testing device according to this embodiment can implement the vehicle body vibration characteristic testing method according to this embodiment. This makes it possible to reproduce the vibration state excited in the vehicle body due to road surface conditions and vehicle driving conditions when the vehicle is actually running, and to determine vibration characteristics such as vibration and noise generated in the vehicle body. Furthermore, it becomes possible to determine changes in the vibration characteristics of the vehicle body due to changes in the vehicle body structure and materials at the design stage of the vehicle body.
また、本実施の形態に係る自動車車体の振動特性試験装置においては、複数の振動入力部位に入力する振動の入力波(入力波形、周波数及び振幅)や、各振動入力部位に入力する振動の入力波の遅延時間を適宜変更することができる。これにより、実車走行時の路面状態や走行条件(走行速度等)を模擬する振動入力条件をパラメトリックに変更することができる。 In addition, the vehicle body vibration characteristics testing device according to this embodiment can appropriately change the vibration input waves (input waveform, frequency, and amplitude) input to multiple vibration input locations, as well as the delay time of the vibration input waves input to each vibration input location. This allows for parametric changes to the vibration input conditions that simulate road surface conditions and driving conditions (driving speed, etc.) when an actual vehicle is traveling.
さらに、本実施の形態に係る振動特性試験装置においては、加振装置10を用いて自動車車体100に入力する振動の入力波や遅延時間を容易に規定することができるため、振動入力条件の規格化や再現性が良好な振動特性試験を行うことができる。 Furthermore, in the vibration characteristics testing device according to this embodiment, the vibration input wave and delay time input to the automobile body 100 can be easily specified using the vibration excitation device 10, making it possible to standardize vibration input conditions and perform vibration characteristics testing with good reproducibility.
上記の説明は、自動車車体100の振動特性として、自動車車体100に設置した加速度計により振動加速度を計測する場合についてのものであった。もっとも、本発明は、自動車車体100の内部にマイクロフォンを設置し、自動車車体100から発生する騒音に関するデータを計測するものであってもよい。
この場合、マイクロフォンにより騒音の音圧を計測し、音圧の時刻歴データをデータロガー25に取得すればよい。そして、データ処理装置27により音圧の時刻歴データを処理することにより、自動車車体100の振動特性として騒音レベルを求めることができる。
The above description has been given of a case where vibration acceleration is measured by an accelerometer installed in the automobile body 100 as the vibration characteristics of the automobile body 100. However, the present invention may also be applied to a case where a microphone is installed inside the automobile body 100 and data related to noise generated by the automobile body 100 is measured.
In this case, the sound pressure of the noise is measured by a microphone, and the time history data of the sound pressure is acquired by the data logger 25. Then, by processing the time history data of the sound pressure by the data processing device 27, the noise level can be obtained as the vibration characteristic of the automobile body 100.
また、上記の振動特性試験装置1において、遅延処理装置15は、関数発生器13に組み込まれたものであったが、例えば、図7に示す振動特性試験装置3のように、関数発生器31とは別に設けられているものであってもよい。 Furthermore, in the vibration characteristics testing apparatus 1 described above, the delay processing device 15 was incorporated into the function generator 13, but it may also be provided separately from the function generator 31, as in the vibration characteristics testing apparatus 3 shown in Figure 7, for example.
この場合、図7に例示するように、関数発生器31により2つの基準信号PA及びPBを生成し、そのうちの1つの基準信号PBを遅延処理装置15により遅延処理して遅延信号QBを生成するものであればよい。
あるいは、本発明に係る振動特性試験装置は、遅延信号により加振器を制御する加振器制御装置に遅延処理装置が組み込まれているものであってもよい(図示なし)。
In this case, as shown in FIG. 7, it is sufficient that a function generator 31 generates two reference signals P A and P B , and one of the reference signals P B is delayed by a delay processing device 15 to generate a delayed signal Q B.
Alternatively, the vibration characteristic testing device according to the present invention may have a delay processing device incorporated in a vibration exciter control device that controls the vibration exciter using a delayed signal (not shown).
なお、本発明において、加振器制御装置に入力する基準信号とは、自動車車体に設定した複数の振動入力部位のそれぞれに入力する振動の入力波のうち基準となるものをいう。図8に例示する振動特性試験装置5は、信号生成装置13aにより生成した基準信号PAとPBのそれぞれについて遅延処理装置15a及び15bにより遅延信号QAとQBを生成するものである。このような振動特性試験装置5において、遅延信号QAよりも遅延信号QBの方が遅延している場合、遅延信号QAを基準信号とみなす。 In the present invention, the reference signal input to the vibrator control device refers to a reference signal among the vibration input waves input to each of a plurality of vibration input locations set on the automobile body. The vibration characteristic testing device 5 shown in Fig. 8 generates delayed signals QA and QB by delay processing devices 15a and 15b for reference signals PA and PB generated by a signal generating device 13a. In this vibration characteristic testing device 5, when delayed signal QB is delayed more than delayed signal QA, delayed signal QA is regarded as the reference signal.
本発明の作用効果を検証するための試験を行ったので、以下、これについて説明する。 Tests were conducted to verify the effectiveness of this invention, which are described below.
本実施例1では、図2及び図3に示すように、床面201に設置した4つのエアクッション211に自動車車体100を載荷する。そして、前述した本発明の実施の形態に係る振動特性試験装置1を用いて自動車車体100における複数の振動入力部位111に振動を入力して加振し、自動車車体100の振動特性を求めた。 In Example 1, as shown in Figures 2 and 3, the automobile body 100 is loaded onto four air cushions 211 installed on the floor surface 201. Then, using the vibration characteristics testing device 1 according to the embodiment of the present invention described above, vibrations are input to and excited by multiple vibration input locations 111 in the automobile body 100, and the vibration characteristics of the automobile body 100 are determined.
試験対象とした自動車車体100は、市販の小型自動車(長さ4.0m、幅1.7m、車両重量1.0ton、前後車軸間距離2.5m)を分解し、駆動系・内装・機能部品・電装部品等の車体部品以外の部品を除去したものとした。 The automobile body 100 used for the test was a commercially available compact car (length 4.0 m, width 1.7 m, vehicle weight 1.0 ton, front-to-rear axle distance 2.5 m) that was disassembled and all parts other than body parts such as the drivetrain, interior, functional parts, and electrical parts were removed.
自動車車体100は、図2及び図3に示すように、振動特性試験装置1の加振装置10により加振した。加振装置10は、加振器11と、関数発生器13と、加振器制御装置17と、を有する。 As shown in Figures 2 and 3, the automobile body 100 was vibrated by the vibration excitation device 10 of the vibration characteristic test device 1. The vibration excitation device 10 includes a vibration exciter 11, a function generator 13, and a vibration exciter control device 17.
関数発生器13は、基準信号を生成する信号生成装置13aと、基準信号を遅延させて遅延信号を生成する遅延処理装置15と、して機能する。そして、関数発生器13で生成した基準信号又は遅延信号を加振器制御装置17に入力して加振器11を駆動制御し、自動車車体100に振動を入力した。加振器11と自動車車体100は鋼製の加振棒19で接続され、自動車車体100における加振棒19の取付部位となる振動入力部位111と加振棒19との間に加振力・入力加速度計23を設置した。前述した図5に、加振棒19と自動車車体100との接続状態の一例を示す。 The function generator 13 functions as a signal generator 13a that generates a reference signal and a delay processor 15 that delays the reference signal to generate a delayed signal. The reference signal or delayed signal generated by the function generator 13 is then input to the vibrator control device 17 to drive and control the vibrator 11, inputting vibration to the automobile body 100. The vibrator 11 and automobile body 100 are connected by a steel vibrator rod 19, and an excitation force/input accelerometer 23 is installed between the vibrator rod 19 and the vibration input portion 111, which is the mounting portion of the vibrator rod 19 on the automobile body 100. Figure 5, mentioned above, shows an example of the connection between the vibrator rod 19 and the automobile body 100.
自動車車体100には、振動加速度を計測する加速度計を設置した。加速度計には圧電式の小型タイプを使用し、接着剤で自動車車体100の各部位に接着した。 An accelerometer that measures vibration acceleration was installed on the automobile body 100. A small piezoelectric accelerometer was used and attached to each part of the automobile body 100 with adhesive.
加速度計による振動加速度の検出信号をサンプリング周波数2.0kHzで多チャンネルのデータロガー25に同時に収録し、振動加速度の時刻歴データを取得した。
そして、取得した振動加速度の時刻歴データは、データ処理装置27においてフーリエ変換により周波数応答スペクトルに変換し、固有振動ピークの周波数及び振幅強度を求めた。
The vibration acceleration detection signals from the accelerometers were simultaneously recorded in a multi-channel data logger 25 at a sampling frequency of 2.0 kHz, and time history data of the vibration acceleration was obtained.
The acquired time history data of vibration acceleration was then converted into a frequency response spectrum by Fourier transform in the data processing device 27, and the frequency and amplitude intensity of the natural vibration peak were determined.
本実施例1では、自動車車体100に設定した複数の振動入力部位111に対して、ランダム波の振動を入力した場合と、サイン波の振動を入力した場合と、のそれぞれについて振動特性試験を行った。 In this Example 1, vibration characteristics tests were conducted on multiple vibration input locations 111 set on the automobile body 100, both when random wave vibrations were input and when sine wave vibrations were input.
<ランダム波の入力波による加振(その1)>
自動車車体100の車体フロア109の前方における2か所のエンジンフレーム取付点を振動入力部位111cとして設定し、後方における2か所のトーションビーム取付点を振動入力部位111dとして設定した(図3参照)。そして、前方2か所の振動入力部位111cと、後方2か所の111dと、のそれぞれに対して加振器11によりランダム波の振動を一定時間連続的に入力し、自動車車体100を加振した。
<Excitation by random input wave (part 1)>
Two engine frame mounting points at the front of the vehicle floor 109 of the automobile body 100 were set as vibration input locations 111c, and two torsion beam mounting points at the rear were set as vibration input locations 111d (see FIG. 3). Random wave vibrations were then input continuously for a certain period of time by the vibrator 11 to each of the two front vibration input locations 111c and the two rear vibration input locations 111d, thereby vibrating the automobile body 100.
前方2か所と後方2か所の加振器11に入力する振動の入力波は、それぞれ同位相の同一波形とした。ここで、前方2箇所の振動入力部位111cに振動を入力する加振器11aは、関数発生器13内の信号生成装置13a(図4参照)により生成した基準信号Pを加振器制御装置17aに入力して駆動制御した。一方、後方2箇所の振動入力部位111dに振動を入力する加振器11bは、関数発生器13内の遅延処理装置15(図4参照)により基準信号Pを遅延処理して生成した遅延信号Qを加振器制御装置17bに入力して駆動制御した(図6(b))。 The vibration input waves input to the two front and two rear vibration exciters 11 were all in phase and had the same waveform. Here, the vibration exciter 11a, which inputs vibration to the two front vibration input locations 111c, was driven and controlled by inputting a reference signal P generated by a signal generating device 13a (see Figure 4) in the function generator 13 to the vibration exciter control device 17a. Meanwhile, the vibration exciter 11b, which inputs vibration to the two rear vibration input locations 111d, was driven and controlled by inputting a delayed signal Q generated by delaying the reference signal P using the delay processing device 15 (see Figure 4) in the function generator 13 to the vibration exciter control device 17b (Figure 6(b)).
遅延信号Qは、実車走行時での走行速度72km/h及び100km/hを想定し、遅延時間125ms及び90msとして基準信号Pを遅延処理して生成した。 Delay signal Q was generated by delaying reference signal P with delay times of 125 ms and 90 ms, assuming actual vehicle speeds of 72 km/h and 100 km/h.
振動特性試験は10分間継続して加振して、自動車車体100のルーフサイドレールMID(図10中のA7の部位)に設置した加速度計21により計測される振動加速度を計測し、振動加速度の時刻歴データを取得した。そして、取得した振動加速度の時刻歴データをフーリエ変換し、自動車車体100のルーフサイドレールMIDに発生した振動加速度の周波数応答スペクトルを得た。 The vibration characteristics test involved applying vibration continuously for 10 minutes, measuring the vibration acceleration using an accelerometer 21 installed on the roof side rail MID (location A7 in Figure 10) of the automobile body 100, and obtaining time history data of the vibration acceleration. The obtained time history data of the vibration acceleration was then Fourier transformed to obtain the frequency response spectrum of the vibration acceleration generated in the roof side rail MID of the automobile body 100.
図9に、遅延信号Qの遅延時間を125ms及び90msとした場合において自動車車体100のルーフサイドレールMIDに発生した振動加速度の周波数応答スペクトルの結果を示す。
遅延時間125ms(走行速度72km/h)の場合、図9(a)に示すように、前方の振動入力部位111cに入力する振動加速度を基準とした伝達率(加速度振幅の比)は80Hzと160Hz付近のピーク値が増加し、100Hz付近のピーク値が減少した。
FIG. 9 shows the results of the frequency response spectrum of the vibration acceleration generated in the roof side rail MID of the automobile body 100 when the delay time of the delay signal Q is set to 125 ms and 90 ms.
When the delay time was 125 ms (traveling speed 72 km/h), as shown in FIG. 9( a), the transmissibility (ratio of acceleration amplitude) based on the vibration acceleration input to the front vibration input part 111 c increased in peak values near 80 Hz and 160 Hz, and decreased in peak value near 100 Hz.
これに対し、遅延時間90ms(走行速度100km/h相当)の場合、図9(b)に示すように、100Hzと165Hz付近の伝達率のピーク値が増加し、50Hzと128Hz付近のピーク値が減少した。 In contrast, when the delay time was 90 ms (equivalent to a driving speed of 100 km/h), as shown in Figure 9 (b), the peak values of the transmissibility around 100 Hz and 165 Hz increased, while the peak values around 50 Hz and 128 Hz decreased.
以上より、実車走行試験での走行速度の違いを再現した振動特性試験において、自動車車体100に発生する振動が異なる状況を再現し、走行速度に対する振動特性の違いを取得できることが示された。 From the above, it has been shown that in a vibration characteristics test that reproduces the differences in driving speeds in actual vehicle driving tests, it is possible to reproduce conditions in which different vibrations occur in the automobile body 100, and to obtain differences in vibration characteristics relative to driving speed.
<サイン波の入力波による加振>
自動車車体100の後方における右側と左側の2か所のトーションビーム取付点をそれぞれ振動入力部位111a及び111bとして設定した(図2参照)。そして、振動入力部位111aと111bのそれぞれに加振器11により所定の周波数のサイン波の振動を一定時間入力して定常振動を励起する方法により、自動車車体100を加振した。
<Excitation by sine wave input>
Two torsion beam attachment points on the right and left sides at the rear of the automobile body 100 were set as vibration input locations 111a and 111b, respectively (see FIG. 2). The automobile body 100 was then vibrated by inputting sinusoidal vibrations of a predetermined frequency to the vibration input locations 111a and 111b for a fixed period of time using the vibrator 11 to excite steady-state vibrations.
右側(運転席側)の振動入力部位111aに入力する振動の入力波は、関数発生器13により生成した基準信号Pとした。一方、左側(助手席側)の振動入力部位111bに入力する振動の入力波は、関数発生器13内部の遅延処理装置15により基準信号に位相差を与えて遅延させた遅延信号Qとした。
基準信号と遅延信号の波形はいずれもサイン波とし、その周波数(加振周波数)は、ランダム波の入力波により自動車車体100を加振したときに得られた周波数応答スペクトルで共振ピークとして観測された周波数(40Hz、48Hz又は103Hz)とした。
The vibration input wave input to the vibration input portion 111a on the right side (driver's seat side) was a reference signal P generated by the function generator 13. On the other hand, the vibration input wave input to the vibration input portion 111b on the left side (passenger's seat side) was a delayed signal Q obtained by delaying the reference signal by giving a phase difference using the delay processing device 15 inside the function generator 13.
The waveforms of the reference signal and the delayed signal were both sine waves, and their frequencies (excitation frequencies) were set to the frequencies (40 Hz, 48 Hz, or 103 Hz) observed as resonant peaks in the frequency response spectrum obtained when the automobile body 100 was vibrated by a random wave input wave.
自動車車体100には、振動加速度を計測する加速度計21を図10に示すA1~A6の各計測部位に設置した。ここで、A1はリアルーフヘッダにおける車体左右方向の右端部、A2はリアフロアにおける車体後方右側部、A3はフロントルーフヘッダの車体左右方向中央部、である。さらに、A4は右側のフロントサイドメンバーの前端部、A5はリアフロアクロスの車体左右方向中央部、A6は右側のセンターピラーの車体上下方向中央部、である。 Accelerometers 21 for measuring vibration acceleration were installed on the automobile body 100 at measurement locations A1 to A6 shown in Figure 10. Here, A1 is the right end of the rear roof header in the left-right direction of the vehicle body, A2 is the rear right side of the rear floor, and A3 is the center of the front roof header in the left-right direction of the vehicle body. Furthermore, A4 is the front end of the right front side member, A5 is the center of the rear floor cross in the left-right direction of the vehicle body, and A6 is the center of the right center pillar in the up-down direction of the vehicle body.
1回の試験は100秒間継続して同一の周波数のサイン波で加振して、自動車車体100A1~A6に設置した加速度計21により振動加速度を計測し、その時刻歴データをデータロガーに取得した。そして、A1~A6の各部位について取得した振動加速度の時刻歴データをフーリエ変換することにより周波数応答スペクトルを求め、ピーク振幅の平均値を算出した。 In each test, vibration was applied using a sine wave of the same frequency continuously for 100 seconds, and the vibration acceleration was measured using accelerometers 21 installed on the vehicle body 100A1-A6, with the time history data acquired by a data logger. The time history data of the vibration acceleration acquired for each part A1-A6 was then Fourier transformed to obtain a frequency response spectrum, and the average value of the peak amplitude was calculated.
また、助手席側の振動入力部位111bに入力する振動の入力波は、運転席側の振動入力部位111aに入力する振動の入力波に対して0°~180°の範囲で位相差を与えることにより遅延させ、A1~A6の各部位の振動特性を比較した。 In addition, the vibration input wave input to the vibration input portion 111b on the passenger seat side was delayed by giving it a phase difference in the range of 0° to 180° relative to the vibration input wave input to the vibration input portion 111a on the driver's seat side, and the vibration characteristics of each portion A1 to A6 were compared.
図11に、位相差0°(位相差なし、同期)、90°、180°で加振した際に求められたピーク振幅強度を示す。ここで、図11に示すピーク振幅強度は、卓越したピークを観測した位相差において得られた振幅強度を1.0とした場合の比率で示したものである。これは、振幅強度に対する車体部品や位置の違いを排除し、振動入力部位に入力する振動の入力波の位相差の違いに着目するためである。 Figure 11 shows the peak amplitude intensity obtained when vibration was applied with a phase difference of 0° (no phase difference, synchronized), 90°, and 180°. Here, the peak amplitude intensity shown in Figure 11 is shown as a ratio, with the amplitude intensity obtained at the phase difference where a prominent peak was observed being set to 1.0. This is done to eliminate differences in amplitude intensity between vehicle parts and positions, and focus on differences in the phase difference of the vibration input wave that is input to the vibration input point.
図11に示すように、加振周波数40Hzでは、計測部位A1とA2におけるピーク振幅強度は位相差180°で最大振幅であった。これに対し、計測部位A3におけるピーク振幅強度は位相差による影響は小さかった。また、加振周波数48Hzでは、計測部位A4とA5におけるピーク振幅強度は位相差なし(0°)で最大値であり、位相差が増加するにつれてピーク振幅強度は低下した。さらに、加振周波数103Hzでは、計測部位A6におけるピーク振幅強度は位相差90°で最大値を記録した。 As shown in Figure 11, at an excitation frequency of 40 Hz, the peak amplitude intensity at measurement sites A1 and A2 reached its maximum at a phase difference of 180°. In contrast, the peak amplitude intensity at measurement site A3 was little affected by the phase difference. Also, at an excitation frequency of 48 Hz, the peak amplitude intensity at measurement sites A4 and A5 reached its maximum value at no phase difference (0°), and decreased as the phase difference increased. Furthermore, at an excitation frequency of 103 Hz, the peak amplitude intensity at measurement site A6 reached its maximum value at a phase difference of 90°.
以上より、自動車車体100のラフ路面走行時を再現した左右後輪から伝達する低周波帯域の周期的な振動入力の影響に対する振動特性を、ホワイトボディである自動車車体を用いた振動特性試験により取得できることが示された。 The above shows that vibration characteristics in response to the influence of periodic vibration input in the low-frequency band transmitted from the left and right rear wheels, which reproduces the condition of the automobile body 100 when traveling on a rough road, can be obtained by a vibration characteristics test using an automobile body-in-white.
<ランダム波の入力波による加振(その2)>
本実施例2では、凹凸の少ない舗装路面(走行路面)に、自動車車体100の前後の車軸間距離よりも短い間隔で存在する周期的な路面凹凸(例えば、段差舗装、ランブルストリップス等)を想定した振動特性試験を行った。当該振動特性試験では、自動車車体100の車体フロア109に前方2か所の振動入力部位111cと後方2か所の振動入力部位111dを設定した(図3参照)。そして、振動入力部位111cと振動入力部位111dのそれぞれに対して加振器11によりランダム波の振動(舗装路面から入力する振動に相当)を一定時間連続的に入力し、自動車車体100を加振した。
<Excitation by random input wave (part 2)>
In Example 2, a vibration characteristics test was conducted on a paved road surface (traveling road surface) with little unevenness, simulating periodic road surface unevenness (for example, stepped pavement, rumble strips, etc.) that exists at intervals shorter than the distance between the front and rear axles of the automobile body 100. In this vibration characteristics test, two vibration input locations 111c at the front and two vibration input locations 111d at the rear were set on the body floor 109 of the automobile body 100 (see FIG. 3 ). Random wave vibrations (equivalent to vibrations input from the paved road surface) were then input continuously for a certain period of time by the vibrator 11 to each of the vibration input locations 111c and 111d, thereby vibrating the automobile body 100.
前方2か所の振動入力部位111cと後方2か所の振動入力部位111dに入力する振動の入力波は、それぞれ同位相の同一波形とした。ここで、前方2箇所の振動入力部位111cに振動を入力する加振器11aは、基準信号Pを加振器制御装置17aに入力して駆動制御した。一方、後方2箇所の振動入力部位111dに振動を入力する加振器11bは、遅延信号Qを加振器制御装置17bに入力して駆動制御した(図6(b))。 The vibration input waves input to the two front vibration input locations 111c and the two rear vibration input locations 111d were all in phase and had the same waveform. Here, the vibrator 11a that inputs vibration to the two front vibration input locations 111c was driven and controlled by inputting a reference signal P to the vibrator control device 17a. Meanwhile, the vibrator 11b that inputs vibration to the two rear vibration input locations 111d was driven and controlled by inputting a delayed signal Q to the vibrator control device 17b (Figure 6(b)).
車軸間距離と周期的な路面凹凸の間隔が等しい場合、タイヤからボディに入力するランダム波の振動は、自動車車体100の前方と後方で同じタイミング(位相同期)で入力する場合に相当する。これに対し、車軸間距離よりも周期的な路面凹凸の間隔の方が短い場合、自動車車体100の前方よりも後方の入力タイミングが走行速度に応じて遅延時間が生じるものとして、遅延信号Qの遅延時間を決定した。 When the axle distance and the interval between periodic road irregularities are equal, the random wave vibration input from the tires to the body is equivalent to input at the same timing (phase synchronization) at the front and rear of the automobile body 100. In contrast, when the interval between periodic road irregularities is shorter than the axle distance, the input timing at the rear of the automobile body 100 is delayed more than at the front depending on the traveling speed, and the delay time of delay signal Q was determined based on this.
本実施例2では、自動車車体100の車軸間距離(2500m)、実車走行時での走行速度100km/h、周期的な路面凹凸の間隔を1860mm、2180mm、2330mmを想定し、遅延信号Qの遅延時間をそれぞれ23.0ms、11.5ms、6.1msと決定した。そして、これらの遅延時間に従って基準信号Pを遅延処理して遅延信号Qを生成した。 In this Example 2, the vehicle body 100's axle distance (2500 m), actual vehicle speed of 100 km/h, and intervals between periodic road surface irregularities were assumed to be 1860 mm, 2180 mm, and 2330 mm, and the delay times of the delay signal Q were determined to be 23.0 ms, 11.5 ms, and 6.1 ms, respectively. The reference signal P was then delayed according to these delay times to generate the delay signal Q.
自動車車体100には、振動加速度を計測する加速度計21を図12に示すA3、A8~A10の各計測部位に設置した。ここで、A3はフロントルーフヘッダの車体左右方向中央部、A8はルーフクロスにおける車体左右方向中央部である。さらに、A9はバックパネルの車体左右方向中央部、A10はサイドシルインナにおける車体前後方向中央部である。 Accelerometers 21 for measuring vibration acceleration were installed on the automobile body 100 at measurement locations A3, A8 to A10 shown in Figure 12. Here, A3 is the center of the front roof header in the left-right direction of the vehicle body, and A8 is the center of the roof cross in the left-right direction of the vehicle body. Furthermore, A9 is the center of the back panel in the left-right direction of the vehicle body, and A10 is the center of the side sill inner in the fore-and-aft direction of the vehicle body.
振動特性試験は10分間継続して同一波形のランダム波で加振して、自動車車体100のA3、A8~A10に設置した加速度計21により計測される振動加速度を計測し、振動加速度の時刻歴データを取得した。そして、取得した振動加速度の時刻歴データをフーリエ変換することにより、A3、A8~A10に発生した振動加速度の周波数応答スペクトルを得た。 The vibration characteristics test involved applying random vibrations with the same waveform for 10 minutes, measuring the vibration acceleration using accelerometers 21 installed at A3, A8 to A10 on the automobile body 100, and obtaining time history data for the vibration acceleration. The obtained time history data for the vibration acceleration was then subjected to a Fourier transform to obtain the frequency response spectrum of the vibration acceleration generated at A3, A8 to A10.
図13に、(i)A3、(ii)A8、(iii)A9及び(iv)A10に発生した振動加速度の周波数応答スペクトルのグラフを示す。図13において、横軸は振動加速度の周波数(Hz)、縦軸は振動加速度の伝達率((m/s2)/(m/s2))である。また、図13(a)は周波数帯域20~100Hz、図13(b)は周波数帯域100~400Hzにおける周波数応答スペクトルの結果である。ここで、図13(a)の周波数帯域20~100Hzは、可聴域周波数帯の中でも低周波数帯域とされる領域である。これに対し、図13(b)の周波数帯域100~400Hzは、図13(a)の周波数帯域と比較して人間の聴覚感度が高く、車室内騒音が問題となってくる周波数帯域である。 Figure 13 shows graphs of the frequency response spectra of the vibration accelerations generated at (i) A3, (ii) A8, (iii) A9, and (iv) A10. In Figure 13, the horizontal axis represents the frequency of the vibration acceleration (Hz), and the vertical axis represents the transmissibility of the vibration acceleration ((m/ s² )/(m/ s² )). Figure 13(a) shows the frequency response spectra in the frequency range of 20 to 100 Hz, and Figure 13(b) shows the frequency response spectra in the frequency range of 100 to 400 Hz. The frequency range of 20 to 100 Hz in Figure 13(a) is considered to be a low frequency range within the audible frequency range. In contrast, the frequency range of 100 to 400 Hz in Figure 13(b) is a frequency range where human hearing sensitivity is higher than that in Figure 13(a), and where cabin noise becomes a problem.
周波数帯域20~100Hzの場合、図13(a)に示すように、自動車車体100の後方の振動入力部位111dに入力する振動の遅延信号Qを遅延時間6.1ms~23.0msの間で変更すると、周波数応答スペクトル分布が変化し、伝達率の最も高い周波数(ピーク周波数)が変化することが分かる。例えば、図13(a)(i)に示すA3に発生した振動加速度の周波数応答スペクトルにおいて、遅延時間6.1ms、11.5ms、23.0msのそれぞれのピーク周波数は69Hz、47Hz、41Hzと変化している。 In the frequency band of 20 to 100 Hz, as shown in Figure 13(a), when the vibration delay signal Q input to the vibration input portion 111d at the rear of the automobile body 100 is changed between delay times of 6.1 ms and 23.0 ms, the frequency response spectrum distribution changes, and the frequency with the highest transmissibility (peak frequency) also changes. For example, in the frequency response spectrum of the vibration acceleration generated at A3 shown in Figure 13(a)(i), the peak frequencies change to 69 Hz, 47 Hz, and 41 Hz for delay times of 6.1 ms, 11.5 ms, and 23.0 ms, respectively.
これに対し、周波数帯域100~400Hzの場合、図13(b)に示すように、周波数帯域20~100Hzのような周波数応答スペクトル分布の変化は見られないが、遅延時間によっては特定周波数の伝達率が大きくなる現象が見られた。例えば、図13(b)(iv)のA10に発生した振動加速度の周波数応答スペクトルにおいて、遅延時間6.1msに比べて11.5ms、23.0msとしたときの240~290Hz及び310Hzにおける伝達率が増大している。 In contrast, in the 100-400 Hz frequency band, as shown in Figure 13(b), no change in the frequency response spectrum distribution was observed as in the 20-100 Hz frequency band, but the transmissibility of certain frequencies increased depending on the delay time. For example, in the frequency response spectrum of the vibration acceleration generated at A10 in Figure 13(b)(iv), the transmissibility in the 240-290 Hz and 310 Hz range increased when the delay time was 11.5 ms and 23.0 ms compared to 6.1 ms.
以上のように、自動車車体100の後方への遅延信号Qの遅延時間を変えることで、周波数応答スペクトルも大きく変化することがわかる。この結果から、本発明によれば、運転者が感じる振動・騒音状況が、周期的な路面凹凸の間隔により異なる状況を再現・評価できることが示された。 As described above, it can be seen that changing the delay time of the delayed signal Q sent to the rear of the automobile body 100 significantly changes the frequency response spectrum. These results demonstrate that the present invention can reproduce and evaluate situations in which the vibration and noise conditions felt by the driver vary depending on the interval between periodic road surface irregularities.
1 振動特性試験装置
3 振動特性試験装置
5 振動特性試験装置
10 加振装置
11 加振器
11a 加振器
11b 加振器
13 関数発生器
13a 信号生成装置
15 遅延処理装置
15a 遅延処理装置
15b 遅延処理装置
17 加振器制御装置
17a 加振器制御装置
17b 加振器制御装置
19 加振棒
20 振動計測装置
21 加速度計
23 加振力・入力加速度計
25 データロガー
27 データ処理装置
30 加振装置
31 関数発生器
40 加振装置
41 関数発生器
100 自動車車体
101 フロントサイドメンバー
103 リアサイドメンバー
103a 取付ブラケット
105 バンパーレインフォース
107 リアフロアクロスメンバー
109 車体フロア
111 振動入力部位
111a 振動入力部位
111b 振動入力部位
111c 振動入力部位
111d 振動入力部位
201 床面
203 防振ゴム
211 エアクッション
REFERENCE SIGNS LIST 1 vibration characteristic test device 3 vibration characteristic test device 5 vibration characteristic test device 10 vibration excitation device 11 vibration exciter 11a vibration exciter 11b vibration exciter 13 function generator 13a signal generation device 15 delay processing device 15a delay processing device 15b delay processing device 17 vibration exciter control device 17a vibration exciter control device 17b vibration exciter control device 19 vibration exciter rod 20 vibration measuring device 21 accelerometer 23 excitation force/input accelerometer 25 data logger 27 data processing device 30 vibration exciter 31 function generator 40 vibration exciter 41 function generator 100 automobile body 101 front side member 103 rear side member 103a mounting bracket 105 bumper reinforcement 107 rear floor cross member 109 vehicle floor 111 vibration input portion 111a Vibration input portion 111b Vibration input portion 111c Vibration input portion 111d Vibration input portion 201 Floor surface 203 Anti-vibration rubber 211 Air cushion
Claims (1)
エアクッションにより支持された前記自動車車体に複数の振動入力部位を設定し、該設定した複数の振動入力部位のそれぞれに振動を入力して前記自動車車体を加振する加振工程と、
該加振工程において加振された前記自動車車体の振動特性に関するデータを計測する振動計測工程と、を含み、
前記加振工程は、
前記自動車車体の前方と後方に前記振動入力部位を設定し、
前記各振動入力部位に入力する振動の入力波の基準とするサイン波又はランダム波の基準信号を複数生成し、
該生成した複数の基準信号のうち一部の基準信号を遅延させた遅延信号を生成し、
前記自動車車体の前方の前記振動入力部位には、前記基準信号を入力波とする振動を入力し、
前記自動車車体の後方の前記振動入力部位には、前記遅延信号を入力波とする振動を入力することとし、
さらに、前記加振工程を前記遅延信号の遅延時間を変えて行い、
前記振動計測工程は、前記振動特性に関するデータとして、前記自動車車体に加速度計を設置して前記自動車車体に発生した20~400Hzの周波数帯域の振動加速度を計測することで、周期的な路面凹凸の間隔により運転者が感じる振動・騒音状況が異なることを再現・評価できるようにしたことを特徴とする自動車車体の振動特性試験方法。 A vibration characteristic testing method for an automobile body, which inputs vibration to an automobile body and determines the vibration characteristics of the automobile body, comprising:
a vibration application step of setting a plurality of vibration input locations on the automobile body supported by air cushions, and inputting vibrations into each of the plurality of vibration input locations to vibrate the automobile body;
a vibration measuring step of measuring data relating to vibration characteristics of the automobile body vibrated in the vibration applying step,
The vibration applying step includes:
The vibration input portions are set at the front and rear of the automobile body,
generating a plurality of sine wave or random wave reference signals to be used as references for the vibration input waves input to each of the vibration input portions;
generating delayed signals by delaying some of the generated reference signals;
a vibration having the reference signal as an input wave is input to the vibration input portion at the front of the automobile body;
vibration having the delayed signal as an input wave is input to the vibration input portion at the rear of the automobile body,
Furthermore, the excitation step is performed by changing the delay time of the delayed signal,
The vibration measurement process is a method for testing the vibration characteristics of an automobile body, characterized in that an accelerometer is installed on the automobile body to measure the vibration acceleration in the frequency band of 20 to 400 Hz generated on the automobile body as data on the vibration characteristics, thereby making it possible to reproduce and evaluate the fact that the vibration and noise conditions felt by the driver differ depending on the interval between periodic road surface irregularities.
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