JPH11141601A - 車 軸 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 車輪の共振に起因する車室内騒音を効果的に
低減する。 【解決手段】 車輪の回動軸の移動に一致して移動し、
車輪を回動可能に支持する車輪支持部材にダイナミック
ダンパ３０を装着する。遊動輪のマクファーソンストラ
ット式サスペンションであれば、アクスルキャリア１８
が前記車輪支持部材に相当する。振動がサスペンション
の各部材に伝達し分散する前に、これを抑えられるの
で、効果的に車室内騒音と低減することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両の車輪から車
室内に侵入する騒音の低減技術に関し、特に車輪の共
振、共鳴に起因する騒音の低減技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】車両走行時には、路面の凹凸や車輪のタ
イヤのトレッドパターンの凹凸などにより発生する振動
が、サスペンションの部材などを介して車体に入力し、
各部材の共振系を励起し、騒音を発生する。特に、車体
を構成する鋼板が共振する場合、大きな車室内騒音を発
生する。車輪の振動は、サスペンションアーム、サスペ
ンションリンク、サスペンションスプリング、ショック
アブソーバなどの車体側の取付点から車体に入力するの
で、経路が複雑で多数あり、発生源の振動を減じない
と、十分な騒音低減効果を期待できない。

【０００３】発生源、すなわち車輪の振動、特に車輪共
振時の振動を抑えるために、車輪のホイールのリムの外
周、すなわちタイヤの内部にリング状のダイナミックダ
ンパを設け、共振の振幅を減じる技術が特開昭５４−１
４８９６９号公報に記載されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、車両走行時に
おいて、車輪は単に回転しているだけではなく、その回
転軸が車両進行方向に移動している。したがって、車輪
上のある点の軌跡は、トロコイドを描くことになり、そ
の点は、周期的に変化する慣性力を受けることになる。
前記公報に記載されたダイナミックダンパのウエイト部
分もこの周期的に変化する力を受ける。これによって、
ダイナミックダンパの共振が発生し、これが車体に伝達
し、新たな騒音源となる場合がある。

【０００５】また、ダイナミックダンパは、共振時、制
振対象の部材と逆位相で振動することによって制振効果
を達成するものであるが、タイヤの転動によって、振動
の向きが刻々と変化し、前記の制振効果が期待できな
い。

【０００６】さらに、ダイナミックダンパを装着するこ
とによって、車輪のバランスを崩し、振動を発生させる
可能性もある。

【０００７】本発明は、前述の問題を解決するためにな
されたものであり、車輪の共振にかかる振動を効果的に
抑制し、これに起因する騒音を低減することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに、本発明にかかる車軸は、車輪回動軸の移動に一致
して移動し、車輪を回動可能に支持する車輪支持部材
に、ダイナミックダンパが取り付けられている。

【０００９】前記車輪支持部材は、振動源すなわち車輪
に近く、サスペンションを構成する各部材と、車輪を構
成する部材を連結する部材であり、振動が分散する前
に、これを減衰させることによって、振動の車体への侵
入を効果的に抑えることができる。また、車輪と共に回
転する部材ではないので、回転、転動による振動が発生
することもない。

【００１０】車輪支持部材は、車両懸架方式が車軸懸架
方式か独立懸架方式か、またかじ取り機構を含むかなど
により、それぞれ異なる。以下、車輪支持部材の具体例
をあげる。

【００１１】独立懸架方式 独立懸架方式を採用した車両のかじ取り機構を含む車軸
の場合、車輪と共に回動するホイールハブをベアリング
を介して支持し、キングピン周りに旋回するステアリン
グナックルが車輪支持部材に相当する。かじ取り機構を
含まない車軸の場合、車輪と共に回動するホイールハブ
をベアリングを介して支持する、アクスルキャリア（ハ
ブキャリアとも呼ばれる）が車輪支持部材に相当する。

【００１２】前記のステアリングナックルは、キングピ
ン周りに旋回するハブキャリアということもできる。ま
た、フルトレーリング式、セミトレーリング式のサスペ
ンションなどのトレーリングアームやマクファーソンス
トラット式のストラット下部などのように、ハブキャリ
アが他の部品と一体となっている場合も、この部品が車
輪支持部材に相当する。

【００１３】車軸懸架方式 車軸懸架方式を採用した車両の車軸の場合、アクスルハ
ウジングが車輪支持部材に相当する。特に、かじ取り機
構を含むものにあっては、ステアリングナックルも車輪
支持部材に相当する。ステアリングナックルには、タイ
ロッドなどが結合されているので、ここからの入力を考
慮すれば、ステアリングナックルを制振することがより
好ましい。

【００１４】また、車軸懸架方式であっても、ド・ディ
オン型などアクスルハウジングを持たない形式の場合
は、左右の車輪を連結するビーム部材が車輪支持部材に
相当する。

【００１５】以上は、具体例であるが、車輪支持部材が
これらに限定されるものではない。

【００１６】また、車輪からの振動伝達経路となる車輪
回動軸の近くの部材であって、振動が分散する前の位置
に配設された部材を車輪支持部材とすることが好まし
い。これによって振動を効果的に低減できる。

【００１７】ダイナミックダンパは、おもりと、このお
もりを制振対象の部材と結合するばね部材を含む。ま
た、ばね部材は減衰特性を有することが好ましい。おも
りは適切な質量を有するものであれば、材料などは問わ
ないが、密度が高く、低価格であることが好ましい。こ
の意味では、鋳鉄などが好適である。密度については、
必要な質量を得るためのスペースを小さくするために高
密度であることが望まれる。ばね部材は、所定のばね定
数を有するものであれば、鋼材などで形成されたコイル
ばね、板ばね、ねじり棒ばねなどはもちろん、ゴム材料
で形成されたものであっても良い。ゴム材料で形成する
場合、その成分や、断面形状などを調整することで、圧
縮・伸張方向や剪断方向など、方向ごとにばね定数をあ
る程度独立して調整できる。また、ばね部材に加えて、
減衰特性を有する部材を別個に設け、独立して減衰係数
を調整することも可能である。

【００１８】ダイナミックダンパのおもりの質量とばね
定数は、制振したい振動の周波数に、ダイナミックダン
パの共振周波数が一致するように定めるのが一般的であ
る。しかし、ゴム部材が有する減衰特性とのマッチング
により、最適な制振効果が得られるダイナミックダンパ
の共振周波数は必ずしも制振対象の共振周波数に一致し
なくてもよい。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態（以下
実施形態という）を、図面に従って説明する。図１およ
び図２には、マクファーソンストラット式サスペンショ
ンの車軸付近の概略構成図であり、図１が正面図、図２
が側面図である。車輪１０は、タイヤ１２と、タイヤ１
２を支持しホイールハブ１４に結合されたホイール１６
を含んでいる。ホイールハブ１４は、図示しないベアリ
ングを介し、アクスルキャリア１８に回動可能に支持さ
れている。アクスルキャリア１８は、図示するように上
下に二股に分かれており、その上部にはコイルスプリン
グ（不図示）とショックアブソーバを含むストラット２
０の下端が結合されている。ストラット２０の上端は、
車体に固定されている。また、アクスルキャリア１８の
下端には、車両の左右方向に延びる２本のロワーリンク
２２が結合点で旋回可能に結合されている。ロワーリン
ク２２の他端は、サスペンションサブフレーム２４（図
４参照）に、結合点で旋回可能に結合されている。ロワ
ーリンク２２は、アクスルキャリア１８の、すなわち車
輪１０の上下方向の動きを許容しつつ、主に車両左右方
向の動きを規制する。また、アクスルキャリア１８の下
端には、車両前後方向に延びるストラットロッド２６も
結合点で旋回可能に結合され、これの他端は、車体また
はサブフレームに結合点で旋回可能に結合される。

【００２０】以上の構成の車軸において、車輪１０が転
動することによって、タイヤ１２のトレッドパターンの
凹凸や路面２８の凹凸により、車輪１０が加振されスト
ラット２０やロワーリンク２２、ストラットロッド２６
などのサスペンション部品を介して車体に入力する。路
面２８から車輪１０への入力の周波数が車輪１０の有す
る振動系の共振周波数と一致すると、車輪１０が共振
し、この振動が前記の伝達経路を伝って車体に入力す
る。車輪１０の振動系の共振のうち、問題となるのは、
タイヤ１２の弾性によって生じるタイヤ弾性共振、タイ
ヤ１２内部に閉じこめられた空気の共振であるタイヤ空
洞共鳴、ホイールハブ１４を支持するベアリングがばね
となって、車輪１０全体が振動する車輪共振である。

【００２１】本実施形態では、これらの共振のうち、少
なくともひとつの共振周波数に設定されたダイナミック
ダンパ３０が、この共振周波数に対し十分剛な部材であ
るアクスルキャリア１８に取り付けられている。ダイナ
ミックダンパ３０は、おもり３２と、このおもり３２と
アクスルキャリア１８の間に介在するゴムばね３４を有
している。ダイナミックダンパ３０の共振周波数は、ゴ
ムばね３４の形状や、組成を調整することで、ある程度
振動の方向ごとに調整が可能である。前述の３種の共振
は、それぞれタイヤ弾性共振は上下方向に、タイヤ空洞
共鳴は前後方向と上下方向に、車輪共振が左右方向に主
に現れるので、各々の周波数と、ダイナミックダンパ３
０の方向ごとの共振周波数と減衰定数を各共振の振動低
減効果の得られるように調整を行う。本実施形態のダイ
ナミックダンパ３０の上下方向の特性は、上下方向に現
れるタイヤ空洞共鳴を制振するために、ゴムばね３４の
ばね定数と減衰定数から共振周波数を２２５Ｈｚに調整
されている。図３に本実施形態で使用したダイナミック
ダンパの周波数特性を示す。本ダンパの場合、減衰定数
が大きいため、制振効果が得られる周波数（２５０Ｈ
ｚ）が振幅レベルがピークとなる共振周波数（２２５Ｈ
ｚ）とずれているが、位相が２５０Ｈｚ付近でほぼ−１
８０度となるため制振効果が大きくできる。

【００２２】本実施形態の車軸およびサスペンションの
特性を図４に示す装置により測定した。サスペンション
の各部材の車体側結合点は、車体を模擬した試験用フレ
ーム３６の所定位置に、車体に搭載されたときと同様の
アライメントとなるように結合されている。一方の車輪
１０は、加振機３８上に載置されている。加振機３８の
振動により、車輪の転動などによる入力を模擬する。図
５には、図４に示す装置によりストラット頭頂部で測定
された周波数特性を示す。横軸は周波数、縦軸は伝達関
数（イナータンス）である。実線で示されるダンパ装着
時の特性は、破線で示される非装着時の特性に対して、
イナータンスが３〜５ｄＢ低減していることが確認でき
る。

【００２３】図６および図７は、本実施形態の車軸、サ
スペンションを採用した車両が車速６０ｋｍ／ｈで、通
常の路面を走行したときのダイナミックダンパ３０の効
果を示す図である。振動レベルで２〜３ｄＢの低減効
果、車室内の騒音においても、特に共振周波数領域で３
ｄＢの低減効果が確認できる。

【００２４】以上の実施形態においては、上下方向のタ
イヤ空洞共鳴の周波数にダイナミックダンパの周波数を
調整したが、タイヤ弾性共振の一次共振周波数（８０〜
１００Ｈｚ）に調整し、この周波数の車室内騒音を低減
することも可能である。

【００２５】また、ダイナミックダンパ３０の装着位置
は、図１などに示す位置に限らず、車輪と同等な振動を
行う、すなわち車輪の移動と一致して移動する部材であ
れば、アクスルキャリア１８以外であってもよい。図１
および図２に示すマクファーソンストラット式サスペン
ションであれば、ストラット２０の下端は、アクスルキ
ャリア１８に固定結合されるので、図８に示すように、
この部分にダイナミックダンパ４０を設けることも可能
である。

【００２６】さらに、図９や図１０に示すように、ダイ
ナミックダンパ４２，４４の向きを変え、異なる振動方
向の共振に対応することもできる。

【００２７】さらに、図１１に示すように、複数のダイ
ナミックダンパ４６，４８，５０を装着して、多数ある
共振点に対応するよう構成することも可能である。

【００２８】さらに、図１２に示すように、ゴムばね−
おもり−ゴムばね−おもりと２段重ねのダイナミックダ
ンパ５２を装着し、各段の調整周波数を異なるものとす
ることもできる。

【００２９】さらに、ゴムばねとおもりからなるダイナ
ミックダンパに替えて、図１３に示すような板ばね５６
とおもり５８を有するダイナミックダンパ５４とするこ
ともできる。板ばね５６は、サンドイッチ制振鋼板を用
いることで、おもり５８の振幅を抑制することができ
る。

【００３０】以上、車輪支持部材がアクスルキャリアま
たはストラットである場合について説明したが、他の車
軸構成、サスペンション形式の場合、これに応じてダイ
ナミックダンパを取り付ける部材、すなわち車輪支持部
材は異なることになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本実施形態の車軸およびサスペンションの一
部の概略構成を示す正面図である。

【図２】 本実施形態の車軸およびサスペンションの一
部の概略構成を示す側面図である。

【図３】 本実施形態のダイナミックダンパの振動特性
を示す図である。

【図４】 振動特性の試験装置の概要を示す図である。

【図５】 図４の試験装置で測定した、本実施形態の車
軸の振動特性を示す図である。

【図６】 本実施形態の車軸を搭載した車両の実走行で
測定した振動特性を示す図である。

【図７】 本実施形態の車軸を搭載した車両の実走行で
測定した車室内騒音特性を示す図である。

【図８】 ダイナミックダンパの装着位置の変更例を示
す図である。

【図９】 ダイナミックダンパの装着方向を変更し、制
振すべき振動の方向を変更した例を示す図である。

【図１０】 ダイナミックダンパの装着方向を変更し、
制振すべき振動の方向を変更した例を示す図である。

【図１１】 複数のダイナミックダンパを装着した例を
示す図である。

【図１２】 ２段重ねのダイナミックダンパを装着した
例を示す図である。

【図１３】 制振鋼板の板ばねとおもりからなるダイナ
ミックダンパを装着した例を示す図である。

【符号の説明】

１０ 車輪、１２ タイヤ、１４ ホイールハブ、１６
ホイール、１８ アクスルキャリア（車輪支持部
材）、２０ ストラット、２８ 路面、３０〜５４ダイ
ナミックダンパ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中川 稔章 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 鶴見 康昭 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 城戸 一郎 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車体に対し、サスペンションを介して車
   輪を支持する車軸であって、 車輪回動軸の移動に一致して移動し、車輪を回動可能に
   支持する車輪支持部材と、 当該車輪支持部材に取り付けられたダイナミックダンパ
   と、を有する車軸。