(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物の振動によって放射される騒音量を予測する騒音予測装置であって、
前記構造物をモデル化した構造物モデルの振動を解析する振動解析部と、
前記構造物モデルの振動によって生じる騒音を解析する音響解析部とを備え、
前記音響解析部は、
前記構造物モデルの表面のうち、非振動時の前記構造物モデルの表面と振動時の前記構造物モデルの表面との交点で挟まれる振動変位領域を特定し、前記振動変位領域の振動波長を同定する同定部と、
前記同定部によって同定された振動波長に基づいて、音響放射効率を特定するとともに、前記振動変位領域の振動振幅を取得して、前記振動振幅に前記音響放射効率を乗算することによって、前記振動変位領域から放射される騒音量を算出する算出部とを備えることを特徴とする騒音予測装置。
【請求項２】
前記構造物は、タイヤであり、
前記構造物モデルの表面は、タイヤモデルの外側表面であることを特徴とする請求項１に記載の騒音予測装置。
【請求項３】
前記同定部は、前記タイヤモデルの幅方向断面において、前記振動変位領域を特定し、前記振動変位領域の振動波長を同定することを特徴とする請求項２に記載の騒音予測装置。
【請求項４】
前記同定部は、前記タイヤモデルの周方向断面において、前記振動変位領域を特定し、前記振動変位領域の振動波長を同定することを特徴とする請求項２に記載の騒音予測装置。
【請求項５】
構造物の振動によって放射される騒音量を予測する騒音予測方法であって、
前記構造物をモデル化した構造物モデルの振動を解析するステップＡと、
前記構造物モデルの振動によって生じる騒音を解析するステップＢとを備え、
前記ステップＢは、
前記構造物モデルの表面のうち、非振動時の前記構造物モデルの表面と振動時の前記構造物モデルの表面との交点で挟まれる振動変位領域を特定し、前記振動変位領域の振動波長を同定するステップと、
同定された振動波長に基づいて、音響放射効率を特定するとともに、前記振動変位領域の振動振幅を取得して、前記振動振幅に前記音響放射効率を乗算することによって、前記振動変位領域から放射される騒音量を算出するステップとを備えることを特徴とする騒音予測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造物の振動によって放射される騒音量を予測する騒音予測装置及び騒音予測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、タイヤ、パイプ、レールなどの構造物の振動によって放射される騒音量を予測する技術が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
具体的には、以下の手順で、構造物の振動によって放射される騒音量が予測される。（１）有限要素法（ＦＥＭ；Ｆｉｎｉｔｅ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｍｅｔｈｏｄ）などの解析手法を用いて、構造物のモデル（以下、構造物モデル）を作成する。同様に、有限要素法などの解析手法を用いて、構造物の振動が伝達される伝達物のモデル（以下、伝達物モデル）を作成する。（２）構造物モデルの振動を解析する（振動解析処理）。（３）伝達物モデルの伝達特性に基づいて、構造物モデルの振動によって放射される騒音量を解析する（音響解析処理）。
【０００４】
或いは、境界要素法（ＢＥＭ；Ｂｏｕｎｄａｒｙ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｍｅｔｈｏｄ）などの解析手法を用いて、構造物と伝達物との間の境界の変位量に基づいて、構造物の振動によって放射される騒音量が予測される（音響解析処理）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−８５２３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した技術では、音響解析処理においては、構造物の振動が伝達される伝達物のモデル化が必要である。従って、処理時間や処理負荷などの処理コストが大きい。
【０００７】
そこで、本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、音響解析処理の処理コストを低減しながら、構造物の振動によって放射される騒音量を予測することを可能とする騒音予測装置及び騒音予測方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の特徴に係る騒音予測装置（騒音予測装置１００）は、構造物の振動によって放射される騒音量を予測する。騒音予測装置は、前記構造物をモデル化した構造物モデルの振動を解析する振動解析部（振動解析部１０）と、前記構造物モデルの振動によって生じる騒音を解析する音響解析部（音響解析部２０）とを備える。前記音響解析部は、非振動時の前記構造物モデルの表面と振動時の前記構造物モデルの表面との交点で挟まれる振動変位領域を特定し、前記振動変位領域の振動波長を同定する同定部（同定部２１）と、前記同定部によって同定された振動波長に基づいて、前記振動変位領域から放射される騒音量を算出する算出部（算出部２２）とを備える。
【０００９】
第１の特徴において、前記構造物は、タイヤであり、前記構造物モデルの表面は、タイヤモデルの外側表面である。
【００１０】
第１の特徴において、前記同定部は、前記タイヤモデルの幅方向断面において、前記振動変位領域を特定し、前記振動変位領域の振動波長を同定する。
【００１１】
第１の特徴において、前記同定部は、前記タイヤモデルの周方向断面において、前記振動変位領域を特定し、前記振動変位領域の振動波長を同定する。
【００１２】
第２の特徴に係る騒音予測方法は、構造物の振動によって放射される騒音量を予測する方法である。騒音予測方法は、前記構造物をモデル化した構造物モデルの振動を解析するステップＡと、前記構造物モデルの振動によって生じる騒音を解析するステップＢとを備える。前記ステップＢは、前記構造物モデルの表面のうち、非振動時の前記構造物モデルの表面と振動時の前記構造物モデルの表面との交点で挟まれる振動変位領域を特定し、前記振動変位領域の振動波長を同定するステップと、前記同定部によって同定された振動波長に基づいて、前記振動変位領域から放射される騒音量を算出するステップとを備える。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、上述した課題を解決するためになされたものであり、音響解析処理の処理コストを低減しながら、構造物の振動によって放射される騒音量を予測することを可能とする騒音予測装置及び騒音予測方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、第１実施形態に係る騒音予測装置１００を示すブロック図である。
【図２】図２は、第１実施形態に係る固有振動モード形状を示す図である。
【図３】図３は、第１実施形態に係る振動変位領域の特定を説明するための図である。
【図４】図４は、第１実施形態に係る振動変位領域の振動波長の同定を説明するための図である。
【図５】図５は、第１実施形態に係る振動変位領域の振動波長の同定を説明するための図である。
【図６】図６は、第１実施形態に係る振動変位領域の振動波長の同定を説明するための図である。
【図７】図７は、第１実施形態に係る振動変位領域の振動波長の同定を説明するための図である。
【図８】図８は、第１実施形態に係る振動変位領域の振動波長の同定を説明するための図である。
【図９】図９は、第１実施形態に係る音響放射効率を示す図である。
【図１０】図１０は、第１実施形態に係る騒音予測方法を示すフロー図である。
【図１１】図１１は、実施例と比較例との比較結果（実験結果）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下において、本発明の実施形態に係る騒音予測装置について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。
【００１６】
ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１７】
［実施形態の概要］
実施形態に係る騒音予測装置は、構造物の振動によって放射される騒音量を予測する。騒音予測装置は、構造物をモデル化した構造物モデルの振動を解析する振動解析部と、構造物モデルの振動によって生じる騒音を解析する音響解析部とを備える。音響解析部は、構造物モデルの表面のうち、非振動時の構造物モデルの表面と振動時の構造物モデルの表面との交点で挟まれる振動変位領域を特定し、振動変位領域の振動波長を同定する同定部と、同定部によって同定された振動波長に基づいて、振動変位領域から放射される騒音量を算出する算出部とを備える。
【００１８】
実施形態によれば、算出部は、同定部によって同定された振動波長に基づいて、振動変位領域から放射される騒音量を算出する。言い換えると、音響解析処理において、構造物の振動が伝達される伝達物のモデル化が不要である。従って、音響解析処理の処理コストを低減しながら、構造物の振動によって放射される騒音量を予測することができる。
【００１９】
なお、実施形態では、構造物は、タイヤであるケースについて例示する。但し、構造物は、振動によって騒音を放射する物（例えば、パイプやレール）などであってもよい。
【００２０】
［第１実施形態］
（騒音予測装置の構成）
以下において、第１実施形態に係る騒音予測装置について、図面を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態に係る騒音予測装置１００を示すブロック図である。
【００２１】
図１に示すように、騒音予測装置１００は、振動解析部１０と、音響解析部２０とを有する。
【００２２】
振動解析部１０は、タイヤをモデル化したタイヤモデルの振動を解析する（振動解析処理）。具体的には、振動解析部１０は、タイヤモデルの固有振動値を算出し、複数の固有振動モード形状を取得する。
【００２３】
例えば、第１に、振動解析部１０は、有限要素法（ＦＥＭ；Ｆｉｎｉｔｅ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｍｅｔｈｏｄ）などの解析手法を用いて、タイヤモデルを設定する。第２に、振動解析部１０は、タイヤモデルを用いて、タイヤモデルの固有振動値を算出する。第３に、振動解析部１０は、タイヤモデルの固有振動値に従ってタイヤモデルを振動させて、複数の固有振動モード形状を取得する。
【００２４】
なお、固有振動モード形状は、図２に示すように、固有振動値に基づいてタイヤモデルを振動させた場合において、ある瞬間毎のタイヤモデルの形状（固有振動モード形状）である。
【００２５】
なお、タイヤモデルを構成する要素の形状や大きさについては、特に限定されるものではない。タイヤモデルを構成する要素の形状や大きさは、モデル化すべきタイヤの材料に応じて定められてもよい。
【００２６】
タイヤモデルを構成する要素は、２次元で表されてもよく、３次元で表されてもよい。また、タイヤモデルを構成する要素は、タイヤモデルの表面（例えば、外側表面）を構成する１層の要素であってもよい。
【００２７】
音響解析部２０は、タイヤモデルの振動によって生じる騒音を解析する（音響解析処理）。具体的には、音響解析部２０は、同定部２１と、算出部２２とを有する。
【００２８】
同定部２１は、振動変位領域の振動波長を同定する。振動変位領域は、非振動時のタイヤモデルの表面と振動時のタイヤモデル（固有振動モード形状）の表面との交点で挟まれた領域である。
【００２９】
詳細には、同定部２１は、タイヤモデルの表面（ここでは、外側表面）のうち、非振動時のタイヤモデルの表面と振動時のタイヤモデル（固有振動モード形状）の表面との交点で挟まれる振動変位領域を特定する。なお、振動変位領域は、複数の固有振動モード形状毎に特定される。  例えば、同定部２１は、図３に示すように、振動変位領域として、交点Ｐ１及び交点Ｐ２によって挟まれる領域＃１、交点Ｐ２及び交点Ｐ３によって挟まれる領域＃２、交点Ｐ３及び交点Ｐ４によって挟まれる領域＃３、交点Ｐ４及び交点Ｐ５によって挟まれる領域＃４、交点Ｐ５及び交点Ｐ６によって挟まれる領域＃５を特定する。
【００３０】
なお、図３は、タイヤモデルの幅方向断面において、非振動時のタイヤモデルの表面及び振動時のタイヤモデル（固有振動モード形状）の表面が重ね合わされていることに留意すべきである。
【００３１】
続いて、同定部２１は、振動変位領域の振動波長を同定する。なお、振動波長は、振動変位領域の両端を構成する交点間の距離（非振動時の曲線距離）である。
【００３２】
例えば、タイヤモデルの幅方向断面を例に挙げると、図４に示すように、領域＃１の振動波長は、交点Ｐ１と交点Ｐ２との距離であり、領域＃２の振動波長は、交点Ｐ２と交点Ｐ３との距離であり、領域＃３の振動波長は、交点Ｐ３と交点Ｐ４との距離であり、領域＃４の振動波長は、交点Ｐ４と交点Ｐ５との距離であり、領域＃５の振動波長は、交点Ｐ５と交点Ｐ６との距離である。
【００３３】
また、タイヤモデルの周方向断面を例に挙げると、図５に示すように、非振動時のタイヤモデルの表面及び振動時のタイヤモデルの表面との交点で挟まれる領域は、例えば、６つの領域である。各領域の振動波長λは、全て同じ波長であることに留意すべきである。
【００３４】
なお、タイヤモデルの周方向断面では、非振動時のタイヤモデルの表面及び振動時のタイヤモデルの表面との交点で挟まれる領域は、図６に示すように、２つの領域であってもよく、図７に示すように、４つの領域であってもよく、図８に示すように、８つの領域であってもよい。
【００３５】
第１実施形態では、同定部２１は、タイヤモデルの幅方向断面において、振動変位領域を特定し、振動変位領域の振動波長を同定する。また、同定部２１は、タイヤモデルの周方向断面において、振動変位領域を特定し、振動変位領域の振動波長を同定する。
【００３６】
このようなケースでは、振動変位領域は、幅方向断面及び周方向断面において、非振動時のタイヤモデルの表面と振動時のタイヤモデル（固有振動モード形状）の表面との交点（４つの交点）によって定義されることに留意すべきである。
【００３７】
なお、同定部２１は、タイヤモデルの幅方向断面及びタイヤモデルの周方向断面のうち、少なくとも一方の断面において、振動変位領域を特定し、振動変位領域の振動波長を同定すればよい。或いは、同定部２１は、タイヤモデルの他の断面において、振動変位領域を特定し、振動変位領域の振動波長を同定してもよい。
【００３８】
算出部２２は、振動変位領域の振動波長に基づいて、振動変位領域から放射される騒音量を算出する。
【００３９】
第１に、算出部２２は、以下の式（１）に基づいて、値γを算出する。なお、値γは、音響放射効率と相関を有する値である。なお、値γは、振動変位領域毎に特定される。
【数１】
0005676244.tif 000002
【００４０】
第２に、算出部２２は、値γに基づいて、音響放射効率を特定する。詳細には、算出部２２は、図９に示す対応関係を参照して、値γに対応する音響放射効率を特定する。音響放射効率は、振動変位領域毎に特定される。
【００４１】
なお、図９は、値γと音響放射効率との対応関係を示す図である。なお、値γと音響放射効率との対応関係は、騒音予測装置１００に予め記憶されている。
【００４２】
ここで、値γと音響放射効率との対応関係は、モデル化すべきタイヤの振動によって実験的に測定することが可能である。或いは、値γと音響放射効率との対応関係として、平板の振動によって値γと音響放射効率との対応関係を測定して、測定された値を用いても構わない。
【００４３】
第３に、算出部２２は、振動変位領域の振動振幅に音響放射効率を乗算して、振動変位領域から放出される騒音量を算出する。詳細には、算出部２２は、振動変位領域の振動周波数毎に、振動変位領域の振動振幅に音響放射効率を乗算して、振動変位領域の振動周波数毎に、振動変位領域から放出される騒音量を算出する。
【００４４】
第４に、算出部２２は、振動変位領域毎に算出された騒音量を合計して、タイヤモデルから放射される騒音量を算出する。
【００４５】
（騒音予測方法）
以下において、第１実施形態に係る騒音予測方法について、図面を参照しながら説明する。図１０は、第１実施形態に係る騒音予測方法（騒音予測装置１００の動作）を示すフロー図である。
【００４６】
図１０に示すように、ステップ１０において、騒音予測装置１００は、有限要素法（ＦＥＭ；Ｆｉｎｉｔｅ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｍｅｔｈｏｄ）などの解析手法を用いて、タイヤモデルを設定する。
【００４７】
ステップ２０において、騒音予測装置１００は、タイヤモデルを用いて、タイヤモデルの固有振動値を算出する。また、騒音予測装置１００は、タイヤモデルの固有振動値に従ってタイヤモデルを振動させて、複数の固有振動モード形状を取得する。
【００４８】
ステップ３０において、騒音予測装置１００は、非振動時のタイヤモデルの表面と振動時のタイヤモデル（固有振動モード形状）の表面との交点で挟まれる振動変位領域を特定する。
【００４９】
ステップ４０において、騒音予測装置１００は、振動変位領域の振動波長を同定する。
【００５０】
ステップ５０において、騒音予測装置１００は、振動変位領域の振動波長に基づいて、音響放射効率と対応付けられる値γを算出する。続いて、騒音予測装置１００は、値γと対応付けられる音響放射効率に基づいて、振動変位領域から放射される騒音を算出する。続いて、騒音予測装置１００は、振動変位領域毎に算出された騒音量を合計して、タイヤモデルから放射される騒音量を算出する。
【００５１】
（作用及び効果）
第１実施形態によれば、算出部２２は、同定部２１によって同定された振動波長に基づいて、振動変位領域から放射される騒音量を算出する。言い換えると、音響解析処理において、タイヤの振動が伝達される伝達物（車体や空気）のモデル化が不要である。従って、音響解析処理の処理コストを低減しながら、タイヤの振動によって放射される騒音量を予測することができる。
【００５２】
詳細には、同定部２１は、固有振動値に基づいてタイヤモデルを振動させた場合において、ある瞬間毎のタイヤモデルの形状（固有振動モード形状）を取得する。同定部２１は、非振動時のタイヤモデルの表面と振動時のタイヤモデル（固有振動モード形状）の表面との交点で挟まれる振動変位領域の振動波長を同定する。このように、固有振動値を用いることによって、タイヤの振動が伝達される伝達物（車体や空気）のモデル化が不要である。
【００５３】
［実験結果］
以下において、実験結果について説明する。実施例では、第１実施形態で説明した手法を用いて、タイヤモデルから放射される騒音の放射パワーを測定した。一方で、比較例では、従来の手法を用いて、タイヤモデルから放射される騒音の放射パワーを測定した。詳細には、比較例では、タイヤの振動が伝達される伝達物（車体や空気）についてもモデル化し、タイヤモデルから伝達物モデルに伝達される騒音の放射パワーを測定した。
【００５４】
なお、実験の条件は、以下に示す通りである。
【００５５】
モデル化されたタイヤ：Ｐ２６５／７０Ｒ１７
内圧：２３０ｋＰａ
加振位置：トレッドセンター（赤道線）
加振力：１Ｎ
実験結果は、図１１に示す通りである。図１１において、縦軸は、単位加振あたりの放射パワー［Ｗ／Ｎ］であり、横軸は、騒音の周波数［Ｈｚ］である。
【００５６】
図１１に示すように、実施例の測定結果は、比較例の測定結果とほぼ一致することが確認された。すなわち、実施例のように、伝達物（車体や空気）をモデル化しなくても、比較例と同様の測定結果が得られることが確認された。
【００５７】
［その他の実施形態］
本発明は上述した実施形態によって説明したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、この発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００５８】
実施形態では、構造物がタイヤであるケースについて例示した。しかしながら、実施形態は、これに限定されるものではない。構造物は、振動によって騒音を放射する物（例えば、パイプやレール）などであってもよい。
【００５９】
実施形態では、振動解析処理において、有限要素法（ＦＥＭ；Ｆｉｎｉｔｅ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｍｅｔｈｏｄ）を用いるケースについて例示した。しかしながら、実施形態は、これに限定されるものではない。振動解析処理において、他の解析手法を用いてもよい。
【符号の説明】
【００６０】
１０…振動解析部、２０…音響解析部、２１…同定部、２２…算出部、１００…騒音予測装置
【図１】
0005676244.tif 000003
【図２】
0005676244.tif 000004
【図３】
0005676244.tif 000005
【図４】
0005676244.tif 000006
【図５】
0005676244.tif 000007
【図６】
0005676244.tif 000008
【図７】
0005676244.tif 000009
【図８】
0005676244.tif 000010
【図９】
0005676244.tif 000011
【図１０】
0005676244.tif 000012
【図１１】
0005676244.tif 000013