(57)【要約】【課題】ＣＦＤを用いてバサバサ音のレベルを定量的に予測することができる、空力騒音レベルの予測方法を提供すること。【解決手段】設計諸元を定めた車両モデルの走行時に発生する当該車両モデルのサイドウインドガラス表面の圧力分布をＣＦＤを用いて求めて可視化する（Ｓ１，Ｓ２）。そして、求めた前記圧力分布のうち、負圧レベルが所定値以上の参考領域Ａと負圧レベルが所定値未満の非参考領域Ｂとを識別可能に表示するための表示手段を用い、表示された前記参考領域Ａの面積に基づいてフロントピラー３近傍で発生する空力騒音のレベルを予測する（Ｓ３）。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
設計諸元を定めた車両モデルの走行時に発生する当該車両モデルのサイドウインドガラス表面の圧力分布をＣＦＤを用いて求め、
求めた前記圧力分布のうち、負圧レベルが所定値以上の参考領域と負圧レベルが所定値未満の非参考領域とを識別可能に表示するための表示手段を用い、表示された前記参考領域の面積に基づいてフロントピラー近傍で発生する空力騒音のレベルを予測する、ことを特徴とする空力騒音レベルの予測方法。
【請求項２】
設計諸元を定めた車両モデルの走行時に発生する当該車両モデルのサイドウインドガラス表面の圧力分布をＣＦＤを用いて求め、
求めた前記圧力分布のうち、負圧レベルが所定値以上の参考領域と負圧レベルが所定値未満の非参考領域とを識別可能に表示するための表示手段を用い、表示された前記参考領域の面積のうち、ドアミラーより前側又は後側に表示された参考領域の面積に基づいてフロントピラー近傍で発生する空力騒音のレベルを予測する、ことを特徴とする空力騒音レベルの予測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＦＤ（Computational  Fluid  Dynamics：数値流体力学）解析を用いて車両の空力騒音レベルを予測する方法に関する。特に、車両が走行中にフロントピラー近傍のサイドウインドガラス表面で発生する渦に起因して発生する空力騒音レベルを予測する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の風切音の１つに、いわゆる「バサバサ音」がある。このバサバサ音は、車両が走行中にフロントピラー近傍のサイドウインドガラス表面で発生する渦に、車両進行方向に対して斜めないし横方向から自然風が吹き付けることによって発生する。このバサバサ音は、広帯域音であるが、２〜３Ｈｚの周期で変動感を伴う空力騒音である。
【０００３】
従来は、バサバサ音を抑制するために、繰り返し実験等を行って、フロントピラー、ドアミラー、フロントウインドガラス、サイドウインドガラス等の設計諸元（意匠）の改良、検討等がなされていた。例えば特許文献１には、フロントピラー近くのレインガータの形状を工夫することでバサバサ音の抑制を図ったものが開示されている。
【０００４】
ところで、近年、新しい車体の意匠を開発する初期段階で、ＣＦＤ解析を用いて、車両の空力性能、風切音レベルの確認が行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３０７３５０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、バサバサ音のレベルをＣＦＤ等のシミュレーション解析を用いて定量的に予測する手法は未だ確立されていない。このため、車体の意匠を開発する初期段階でバサバサ音のレベルを予測することが困難であり、模型や試作車を使った風洞実験などの結果に頼らざるを得なかった。これにより、バサバサ音が小さい車体の意匠を開発するために多くの時間とコストを費やさなければならなかった。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みて創案されたものであり、ＣＦＤを用いてバサバサ音のレベルを定量的に予測することができる、空力騒音レベルの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】
上記目的を達成するために、本発明の空力騒音レベルの予測方法は、設計諸元を定めた車両モデルの走行時に発生する当該車両モデルのサイドウインドガラス表面の圧力分布をＣＦＤを用いて求める。そして、求めた前記圧力分布のうち、負圧レベルが所定値以上の参考領域と負圧レベルが所定値未満の非参考領域とを識別可能に表示するための表示手段を用い、表示された前記参考領域の面積に基づいてフロントピラー近傍で発生する空力騒音のレベルを予測する、ことを特徴とするものである。
【０００９】
或いは、本発明の空力騒音レベルの予測方法は、設計諸元を定めた車両モデルの走行時に発生する当該車両モデルのサイドウインドガラス表面の圧力分布をＣＦＤを用いて求め、求めた前記圧力分布のうち、負圧レベルが所定値以上の参考領域と負圧レベルが所定値未満の非参考領域とを識別可能に表示するための表示手段を用い、表示された前記参考領域の面積のうち、ドアミラーより前側又は後側に表示された参考領域の面積に基づいてフロントピラー近傍で発生する空力騒音のレベルを予測する、ことを特徴とするものであってもよい。
【００１０】
上記構成を備える空力騒音レベルの予測方法によれば、サイドウインドガラス表面の負圧レベルが所定値以上の参考領域の面積が大きいほど、バサバサ音のレベルが大きいと予測することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の空力騒音レベルの予測方法によれば、いわゆるバサバサ音に関する空力騒音レベルを定量的に予測することができる。これにより、効率よくバサバサ音レベルが低い車両意匠の設計諸元をシミュレーションだけで見出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る空力騒音レベルの予測方法および空力騒音レベルの低減方法の手順を示すフローチャートである。
【図２】ＣＦＤを用いて求めた圧力分布を可視化したものである。
【図３】実験により自動車のサイドウインドガラス表面に発生した剥離領域等を示す図であって仕様変更１に関するものである。
【図４】実験により自動車のサイドウインドガラス表面に発生した圧力分布レベル示す図であって仕様変更１に関するものである。
【図５】実験により自動車のサイドウインドガラス表面に発生した剥離領域等を示す図であって仕様変更２に関するものである。
【図６】実験により自動車のサイドウインドガラス表面に発生した圧力分布レベル示す図であって仕様変更２に関するものである。
【図７】実験により自動車のサイドウインドガラス表面に発生した剥離領域等を示す図であって仕様変更３に関するものである。
【図８】実験により自動車のサイドウインドガラス表面に発生した圧力分布レベル示す図であって仕様変更３に関するものである。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る空力騒音レベルの予測方法および空力騒音レベルの低減方法の手順を示すフローチャートである。
【図１０】ＣＦＤを用いて求めた圧力分布を可視化ものである。説明の便宜のため、圧力分布はドアミラーより前の部分のみ表示している。
【図１１】ＣＦＤを用いて求めた圧力分布を可視化ものである。説明の便宜のため、圧力分布はドアミラーより後ろの部分のみ表示している。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜第１の実施形態＞
以下、本発明の第１の実施形態について説明する。以下では、空力騒音レベルの低減方法について図１を参照しながら説明するが、この空力騒音レベルの低減方法には、空力騒音レベルの予測方法が含まれている。
【００１４】
まず最初に、車両の外観形状（意匠）など、空力性能に影響を及ぼす設計諸元を定め、この設計諸元に対応するＣＦＤ用の３Ｄ車両モデルを作成する（ステップＳ１）。
【００１５】
つぎに、ＣＦＤを用いて、３Ｄ車両モデルが所定速度（例えば８０ｋｍ／ｈ）で走行している時のサイドウインドガラス表面の圧力係数Ｃｐの分布（圧力分布）を求め、当該圧力係数Ｃｐの分布を可視化する（ステップＳ２）。なお、ＣＦＤは、所定のソフトウエアをインストールしたコンピュータ上で実現され、圧力分布の可視化は、前記コンピュータと、同コンピュータから出力される画像情報を元にモニタが表示する画像によって実現される。
【００１６】
ここで可視化は、例えば図２に示すように、等圧線１を表示するとともに、等圧領域２を識別可能に表示することにより行われる。図２に示す例では、圧力係数Ｃｐ＝−０．５、−０．８に関する等圧線が表示され、さらに、Ｃｐが−０．５未満の領域、Ｃｐが−０．５以上〜−０．８未満の等圧領域、Ｃｐが−０．８以上の等圧領域が互いに識別可能に表示されている。但し、Ｃｐが−０．５未満の領域は無模様にて、Ｃｐが−０．５以上−０．８未満の等圧領域はドットにて、Ｃｐが−０．８以上の等圧領域は塗りつぶしにて表示されている。なお、本明細書では、圧力係数Ｃｐの絶対値が大きい場合に負圧レベルが大きいといい、圧力係数Ｃｐの絶対値が小さい場合に負圧レベルが小さいという。
【００１７】
つぎに、モニタに表示された参考領域の面積に基づいてフロントピラー近傍で発生するバサバサ音に関する空力騒音のレベルを予測する（ステップＳ３）。具体的には、図２に示すように、識別可能に表示された、負圧レベルが所定値以上（例えばＣｐが−０．８以上）の参考領域Ａと、負圧レベルが上記所定値未満の非参考領域Ｂのうち、参考領域Ａに着目して、参考領域Ａの面積が大きいほどバサバサ音に関する空力騒音レベルが高いと予測できる。例えば、所定の基準面積を予め定めておき、参考領域Ａの面積と基準面積とを比較して、参考領域Ａの面積の方が大きい場合にバサバサ音に関する空力騒音レベルが許容できないレベルであると判断し、参考領域Ａの面積の方が小さい場合にバサバサ音に関する空力騒音レベルが許容できるレベルであると判断することができる。参考領域Ａの面積とバサバサ音に関する空力騒音レベルとには相関関係があり、このことは後述する実験等により実証済である。
【００１８】
例えば図２では、（ａ）、（ｃ）に実際の圧力分布解析結果を、（ｂ）に予めコンピュータ内に記憶した圧力分布例であって参考領域Ａが基準面積となったものを示している。これら両者を比較すると、図２（ａ）に示す参考領域Ａの面積が図２（ｂ）に示す圧力分布例の参考領域Ａの基準面積より大きいので、空力騒音レベルが許容できないレベルであると判断される。他方、図２（ｃ）に示すような実際の圧力分布解析結果と、図２（ｂ）に示す圧力分布例とが表示された場合、両者を比較すると、図２（ｃ）に示す参考領域Ａの面積が図２（ｂ）に示す圧力分布例の参考領域Ａの基準面積より小さいので、空力騒音レベルが許容できるレベルであると判断される。
【００１９】
なお、参考領域Ａの面積と基準面積との大小比較は、検討対象となる参考領域の面積を算出し、算出された参考領域の面積と基準面積とを比較して大小関係を判断し、その結果を出力するような演算処理装置を前記コンピュータ上に構築することにより実現してもよい。
【００２０】
参考領域の面積が基準面積以上である場合は（ステップＳ４：ＹＥＳ）、ステップＳ１に戻って、設計者等は、設計諸元を変更し、変更後の設計諸元に対応するＣＦＤ用の３Ｄ車両モデルを作成し、再びステップＳ２以降の手順を繰り返す。
【００２１】
一方、参考領域の面積が基準面積未満である場合は（ステップＳ４：ＮＯ）、設計者等は、バサバサ音に関する空力騒音レベルが許容できるレベルであると判断して、最新の車両モデルの設計諸元を実際の車両に採用する（ステップＳ５）。
【００２２】
つまり、上記一連の手順（Ｓ１〜Ｓ５）は、参考領域の面積が縮小するように、車両モデルの設計諸元を繰り返し変更して３Ｄ車両モデルを作成し、これを参考領域の面積が基準面積未満になるまで繰り返すものとなっている。
【００２３】
以下、参考領域の面積とバサバサ音に関する空力騒音レベルとの相関関係について説明する。
【００２４】
本件発明者は、バサバサ音に関する空力騒音のレベル（以下「バサバサ音レベル」ともいう。）が大きくなる原因を調べるために、バサバサ音レベルがそれぞれ異なる多数の車両について風洞実験を行い、タフト法により、サイドウインドガラス表面の空気の流れを調査した。この調査の結果、サイドウインドガラス表面のフロントピラー近傍に発生する剥離領域（渦の領域）が小さい車両ほどバサバサ音レベルが小さくなることがわかった。なお、剥離領域と非剥離領域との判別は、タフトの向きが前から後ろ向きに水平になっている領域を非剥離領域とし、タフトの向きが水平になっていない領域を剥離領域として行った。また、バサバサ音レベルの大小は、官能値（１点：気になる、１．５点：少し気になる、２．０点：気にならない）によって判定した。
【００２５】
サイドウインドガラス表面のフロントピラー近傍に発生する剥離領域が小さい車両ほどバサバサ音レベルが小さくなることを検証するため、サイドウインドガラス表面のフロントピラー近傍に発生する剥離領域が大きく、官能値が低い（１点）車両を使って、その剥離領域が小さくなるような設計諸元の変更（後述の仕様変更）を行い、バサバサ音レベルが本当に小さくなるか（官能値が高くなるか）確かめる実験を行った。同実験では、サイドウインドガラス表面に多数の圧力センサを貼り付けてガラス表面上の圧力分布も計測した。
【００２６】
この実験では、仕様変更１〜３による影響を調査した。まず、仕様変更１として、図３（ａ）に示す仕様変更前の車両において、図３（ｂ）に示すように、ハッチングを施した三角窓４の表面をフロントピラー３の表面と連続させ、フロントピラー３とドア前方三角窓４との間にあった段差を解消することにより、ドアミラー５より前側の剥離領域Ｓ１（三角窓４上の図中２点鎖線より上の領域）が縮小することをタフト法により確認した。この場合、仕様変更１が施された後の車両内でバサバサ音の官能評価を行ったところ官能値は仕様変更前の１．０点から１．５点に改善した。また、圧力分布計測によれば、仕様変更１を施すことで、仕様変更１前の図４（ａ）から仕様変更１後の図４（ｂ）に示すように、ドアミラー５より前側において負圧レベルが所定レベルより大きくなる箇所（図４においてＣｐが−０．８以上である塗りつぶし丸記号）が顕著に減った。
【００２７】
つぎに、仕様変更２として、図５（ａ）に示す仕様変更前の車両において、図５（ｂ）に示すように、ドアミラー５を前方へ少し移動することにより、ドアミラー５より後側で剥離領域Ｓ２が縮小することをタフト法により確認した。この場合、仕様変更２が施された車両内でバサバサ音の官能評価を行ったところ官能値は仕様変更前の１．０点から１．５点に改善した。また、圧力分布計測によれば、仕様変更２を施すことで、仕様変更２前の図６（ａ）から仕様変更２後の図６（ｂ）に示すように、仕様変更前のドアミラーの位置（矢印Ｐで示す位置）より後側において負圧レベルが所定レベルより大きくなる箇所（図６においてＣｐが−０．８以上である塗りつぶし丸記号）が顕著に減った。
【００２８】
つぎに、仕様変更３として、図７（ａ）に示す仕様変更前の車両において、図７（ｂ）に示すように、既述の仕様変更１，２の両方を施すことにより、ドアミラーの前後の剥離領域Ｓ１，Ｓ２がいずれも縮小することをタフト法により確認した。この場合、仕様変更３が施された車両内でバサバサ音の官能評価を行ったところ官能値は仕様変更前の１．０点から２．０点に大幅に改善した。また、圧力分布計測によれば、仕様変更３を施すことで、仕様変更３前の図８（ａ）から仕様変更３後の図８（ｂ）に示すように、負圧レベルが所定レベルより大きくなる箇所（図８においてＣｐが−０．８以上である塗りつぶし丸記号）が全体的に減った。
【００２９】
以上より、サイドウインドガラス表面のフロントピラー近傍に発生する剥離領域が小さい車両ほどバサバサ音レベルが小さくなるという仮説が正しいことを検証できた。また、サイドウインドガラス表面のフロントピラー近傍に発生する剥離領域のうちドアミラーより前側又は後側の何れか一方でも剥離領域が小さくなればバサバサ音レベルが小さくなるという結果も得られた。
【００３０】
さらにまた、剥離領域（渦の領域）が小さいほど、サイドウインドガラス表面のフロントピラー近傍での負圧レベルが所定値（Ｃｐ＝−０．８）以上となる箇所（領域）が少なくなるという結果も得られた。また、サイドウインドガラス表面のフロントピラー近傍に発生する剥離領域のうちドアミラーより前側又は後側の何れか一方でも剥離領域が小さくなれば同じ側で負圧レベルが所定値（Ｃｐ＝−０．８）以上となる箇所（領域）が少なくなるという結果も得られた。これらの結果によれば、サイドウインドガラス表面のフロントピラー近傍での剥離領域が小さいほど、あるいは、負圧レベルが所定値（Ｃｐ＝−０．８）以上となる領域（参考領域）の面積が小さいほど、バサバサ音レベルが低くなるということができる。
【００３１】
ところで、サイドウインドガラス表面のフロントピラー近傍での剥離領域をＣＦＤ解析を用いて表す場合、流線を表示することで、大まかな剥離領域を把握することができる。しかし、流線から剥離領域と非剥離領域の境界を判定することは、主観的判断に委ねられるため好ましくない。そこで、負圧レベルが所定値以上となっている参考領域の面積が小さいほど、バサバサ音レベルが小さくなるという検証結果を採用し、これに基づいて既述の空力騒音レベルの低減方法を構築することとした。
【００３２】
＜第２の実施形態＞
第１の実施形態では、サイドウインドガラス表面全体での参考領域の面積に基づいてバサバサ音レベルを予想したが、既述の検証結果より明らかなように、サイドウインドガラス表面のうちドアミラーより前側又は後側の何れかの参考領域の面積に基づいてバサバサ音レベルを予想等してもよい。以下、第２の実施の形態に係る空力騒音レベルの低減方法について図９を参照しながら説明する。なお、本実施形態に係る空力騒音レベルの低減方法にも、空力騒音レベルの予測方法が含まれている。
【００３３】
まず最初に、第１の実施形態と同様に、３Ｄ車両モデルを作成し（ステップＳ１１）、ＣＦＤを用いて、３Ｄ車両モデルが所定速度で走行している時のサイドウインドガラス表面の圧力係数Ｃｐの分布（圧力分布）を求め、当該圧力係数Ｃｐの分布を可視化する（ステップＳ１２）。この可視化は第１の実施形態で説明したものと同様にして行われる。
【００３４】
つぎに、図１０に示すように、モニタに表示された参考領域Ａのうちドアミラー５より前側の参考領域Ａ１の面積、又は図１１に示すように、モニタに表示された参考領域Ａのうちドアミラーより後側の参考領域Ａ２の面積に基づいてフロントピラー近傍で発生するバサバサ音に関する空力騒音のレベルを予測する（ステップＳ１３）。具体的には、ドアミラーより前側の参考領域Ａ１の面積が大きいほどバサバサ音に関する空力騒音レベルが高いと予測できる。あるいは、ドアミラーより後側の参考領域Ａ２の面積が大きいほどバサバサ音に関する空力騒音レベルが高いと予測できる。例えば、所定の基準面積（但し、参考領域Ａ１と対比する基準面積と参考領域Ａと対比する基準面積は同一とは限らない。）を予め定めておき、ドアミラーより前側又は後側の参考領域Ａ１又はＡ２の面積と基準面積とを比較して、ドアミラーより前側又は後側の参考領域Ａ１又はＡ２の面積の方が大きい場合にバサバサ音に関する空力騒音レベルが許容できないレベルであると判断し、ドアミラーより前側又は後側の参考領域Ａ１又はＡ２の面積の方が小さい場合にバサバサ音に関する空力騒音レベルが許容できるレベルであると判断することができる。
【００３５】
例えば図１０では、（ａ）、（ｃ）に実際の圧力分布解析結果を、（ｂ）に予めコンピュータ内に記憶した圧力分布例であってドアミラー５より前側の参考領域Ａ１が基準面積となったものを示している。これら両者を比較すると、図１０（ａ）に示すドアミラー５より前側の参考領域Ａ１の面積が図２（ｂ）に示す圧力分布例のドアミラー５より前側の参考領域Ａ１の基準面積より大きいので、空力騒音レベルが許容できないレベルであると判断される。他方、図１０（ｃ）に示すような実際の圧力分布解析結果と、図１０（ｂ）に示す圧力分布例とが表示された場合、両者を比較すると、図１０（ｃ）に示す参考領域Ａ１の面積が図１０（ｂ）に示す圧力分布例の参考領域Ａ１の基準面積より小さいので、空力騒音レベルが許容できるレベルであると判断される。
【００３６】
また例えば図１１では、（ａ）、（ｃ）に実際の圧力分布解析結果を、（ｂ）に予めコンピュータ内に記憶した圧力分布例であってドアミラー５より後側の参考領域Ａ２が基準面積となったものを示している。これら両者を比較すると、図１１（ａ）に示すドアミラー５より後ろ側の参考領域Ａ２の面積が図１１（ｂ）に示す圧力分布例のドアミラー５より後側の参考領域Ａ２の基準面積より大きいので、空力騒音レベルが許容できないレベルであると判断される。他方、図１１（ｃ）に示すような実際の圧力分布解析結果と、図１１（ｂ）に示す圧力分布例とが表示された場合、両者を比較すると、図１１（ｃ）に示すドアミラーより後側の参考領域Ａ２の面積が図１１（ｂ）に示す圧力分布例のドアミラーより後側の参考領域Ａ２の基準面積より小さいので、空力騒音レベルが許容できるレベルであると判断される。
【００３７】
なお、ドアミラーより前側又は後側の参考領域Ａ１，Ａ２の面積とバサバサ音に関する空力騒音レベルとに相関関係があることは、既述の実験等により検証済である。
【００３８】
ドアミラーより前側（又は後側）の参考領域の面積が所定の基準面積以上である場合は（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、ステップＳ１１に戻って、設計者等は、設計諸元を変更し、変更後の設計諸元に対応するＣＦＤ用の３Ｄ車両モデルを作成し、再びステップＳ１２以降の手順を繰り返す。
【００３９】
一方、ドアミラーより前側（又は後側）の参考領域の面積が所定の基準面積未満である場合は（ステップＳ１４：ＮＯ）、設計者等は、バサバサ音に関する空力騒音レベルが許容できるレベルであると判断して、最新の車両モデルの設計諸元を実際の車両に採用する（ステップＳ１５）。
【００４０】
つまり、上記一連の手順（Ｓ１１〜Ｓ１５）は、ドアミラーより前側（又は後側）の参考領域の面積が縮小するように、車両モデルの設計諸元を繰り返し変更して３Ｄ車両モデルを作成し、これをドアミラーより前側（又は後側）の参考領域の面積が基準面積未満になるまで繰り返すものとなっている。
【００４１】
以上に説明した第１の実施形態に係る空力騒音レベルの予測方法（低減方法）によれば、ＣＦＤにより、サイドウインドガラス表面の負圧レベルが所定値（例えばＣｐ＝−０．８）以上の参考領域の面積に基づいてバサバサ音のレベルを定量的に予測することができる。また、第２の実施形態に係る空力騒音レベルの予測方法（低減方法）によれば、ＣＦＤにより、サイドウインドガラス表面の負圧レベルが所定値（例えばＣｐ＝−０．８）以上の参考領域のうちドアミラーより前側（又は後側）の面積に基づいてバサバサ音のレベルを定量的に予測することができる。これらによって、効率よくバサバサ音レベルが低い車両意匠の設計諸元を見出すことができ、模型や試作車を使った実験回数を少なくすることができる。その結果、車両の意匠の開発時間の短縮化、開発コストの削減などが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、例えば、自動車のフロントピラー近傍のサイドウインドガラス表面で発生する渦に起因して発生する空力騒音レベルを低減する設計に利用することができる。
【符号の説明】
【００４３】
３    フロントピラー
４    ドアミラー
Ａ    参考領域
Ａ１  ドアミラーより前側の参考領域
Ａ２  ドアミラーより後側の参考領域
Ｂ    非参考領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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