JP4657925B2

JP4657925B2 - タイヤ・ホイール組立体

Info

Publication number: JP4657925B2
Application number: JP2005515421A
Authority: JP
Inventors: 俊之池田; 克理関根
Original assignee: Central Motor Wheel Co Ltd; Toyota Motor Corp; Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Central Motor Wheel Co Ltd; Toyota Motor Corp; Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 2003-11-12
Filing date: 2004-11-09
Publication date: 2011-03-23
Anticipated expiration: 2024-11-09
Also published as: CN100453342C; US20070090682A1; US7410222B2; WO2005047023A1; DE112004002168B4; JPWO2005047023A1; DE112004002168T5; CN1878682A

Description

本発明は、空気入りタイヤをホイールのリムに組付けたタイヤ・ホイール組立体に関し、更に詳しくは、騒音性能を改善するようにしたタイヤ・ホイール組立体に関する。

従来、空気入りタイヤにおいて、ロードノイズを改善するため、ビード部やサイドウォール部の構造を工夫するなど、様々な技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、タイヤ単体でロードノイズを改善するにも限度があり、新たな技術の提案が求められていた。
日本特開平２００１−９７０１１号公報

本発明は、ロードノイズを改善することが可能なタイヤ・ホイール組立体を提供することにある。

上記目的を達成する本発明は、空気を充填するための空洞部を内側に備えた空気入りタイヤをホイールのリムに組付けたタイヤ・ホイール組立体において、前記空気入りタイヤは前記空洞部に起因する空洞共鳴周波数Ｆｃを有し、前記ホイールは複数の固有振動数を有し、前記空気入りタイヤの空洞共鳴周波数Ｆｃと該空洞共鳴周波数に最も近いホイールの固有振動数Ｆｗとの差を１０Ｈｚ以上にしたタイヤ・ホイール組立体であって、
前記リムが、ウェル部と、該ウェル部の両側に接続されるビードシート部と、該ビードシート部の両側に接続されるフランジ部とから構成され、タイヤ・ホイール組立体の回転中心軸を通る平面で切断した断面において、リム径Ｄの位置を通る仮想直線Ｌｉと前記リムの外周面で囲まれた断面積Ｓ（mm ² ）を、下記式で表される面積Ｑ（mm ² ）の８０〜１５０％の範囲にし、前記空気入りタイヤの空洞共鳴周波数Ｆｃを前記空洞共鳴周波数Ｆｃに最も近いホイールの固有振動数Ｆｗより大きくしたことを特徴とする。
Ｑ＝（Ａ−２Ｐ）×Ｈ
但し、Ａはリム幅(mm)、Ｈはウェル部の深さ(mm)、Ｐはビードシート部の幅(mm)

上述した本発明によれば、空気入りタイヤの空洞共鳴周波数Ｆｃとそれに最も近いホイールの固有振動数Ｆｗとの差を１０Ｈｚ以上確保することにより、両者の共振作用を抑制することができるので、ロードノイズの改善が可能になる。

本発明を説明するためのタイヤ・ホイール組立体の一例を、回転中心軸Ｘを通る平面で切断した断面で示す断面図である。ホイールの他の例を示す部分拡大断面図である。ＪＡＴＭＡ規格のリムの一例を示す概略断面図である。本発明のタイヤ・ホイール組立体の他の実施形態を示す側面図である。

以下、本発明の実施の形態について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は本発明を説明するためのタイヤ・ホイール組立体の一例を示し、１はホイール、２はホイール１に組付けられた空気入りタイヤである。

ホイール１は、車軸に取り付けられるディスク１０と、このディスク１０の外周端部に配設した環状のリム１２を備えている。ディスク１０は、車軸を受け入れる装着孔１３を中心に備えたボス１４とこのボス１４の外周側に設けた円盤状のディスク本体１１を有している。リム１２は、ディスク本体１１の外周側に接続される凹状のウェル部１５と、このウェル部１５の両側に接続されるビードシート部１６と、このビードシート部１６の両側に接続されるフランジ部１７から構成されている。

空気入りタイヤ２は、トレッド部２１、左右のサイドウォール部２２、及び左右のビード部２３を備え、更に空気入りタイヤ２の内面２４に囲まれた、空気を充填するための空洞部２５を有している。なお、図示せぬが、空気入りタイヤ２には、左右のビード部２３間にカーカス層が延設され、その両端部がビード部２３に埋設したビードコアの周りにタイヤ内側から外側に折り返されている。トレッド部２１のカーカス層外周側には、複数のベルト層が設けられている。空気入りタイヤ２のビード部２３をリム１２のビードシート部１６に嵌合させることにより、空気入りタイヤ２をホイール１のリム１２に組付けている。

空気入りタイヤ２は、空洞部２５に起因する１つの空洞共鳴周波数Ｆｃ（Ｈｚ）を有している。また、ホイール１は複数の固有振動数を有している。空気入りタイヤ２の空洞共鳴周波数Ｆｃと、この空洞共鳴周波数Ｆｃに最も近いホイール１の固有振動数Ｆｗ（Ｈｚ）との間の差が１０Ｈｚ以上になっている。

即ち、空気入りタイヤ２の空洞共鳴周波数Ｆｃは、例えば乗用車用空気入りタイヤでは略２００〜２５０Ｈｚの周波数帯域で１つ発生する。それに対してホイール１の固有振動数Ｆは複数の周波数帯域で発生し、これら複数の固有振動数Ｆのうち、空洞共鳴周波数Ｆｃに最も近い固有振動数Ｆｗから空洞共鳴周波数Ｆｃを、あるいは空洞共鳴周波数Ｆｃから最も近い固有振動数Ｆｗを１０Ｈｚ以上離すのである。

このように空気入りタイヤ２の空洞共鳴周波数Ｆｃとホイール１の最も近い固有振動数Ｆｗとに差をもたせるには、ホイール１の材質や形状などを工夫することにより、及び／またはリム１２と空気入りタイヤ２の内面２４に囲まれた空洞部２５の断面積を変更することにより行うことができる。例えば、ホイール１に軽い材質の金属を使用したり、あるいはホイール１の肉厚を厚くして剛性を増大させたりすることで、ホイール１の固有振動数Ｆを高い周波数に移すことができる。ホイール１に重い材質の金属を使用したり、あるいはホイール１の肉厚を薄くして剛性を低下させたりすることで、ホイール１の固有振動数Ｆを低い周波数に移すことができる。また、空洞部２５の径方向内側の断面積を増加させ、空洞部２５の等価的な半径（長さ）を短くすることで、空気入りタイヤ２の空洞共鳴周波数Ｆｃを高い周波数に移すことができる。

図２に、空洞部２５の径方向内側の断面積を増加させる一方、剛性を低下させたホイールの一例を示す。このホイール１’は、ディスク１０の外周端に一体的に接続したウェル部１５にディスク１０まで延在する凹部１８をホイール周方向に沿って環状に形成したものである。凹部１８の断面積の分だけ空洞部２５の径方向内側の断面積が増加し、また凹部１８を形成した分だけその箇所におけるホイール１の剛性が低下している。その結果、空気入りタイヤ２の空洞共鳴周波数Ｆｃが高い周波数に、ホイール１の固有振動数Ｆが低い周波数に移動し、空気入りタイヤ２の空洞共鳴周波数Ｆｃがそれに最も近いホイール１の固有振動数Ｆｗより大きくなっている。

図２に示すように空洞部２５の径方向内側の断面積を増加させてＦｃ＞Ｆｗにする場合、タイヤ・ホイール組立体の回転中心軸Ｘ（図１参照）を通る平面で切断した図示する断面において、リム径Ｄの位置を通る仮想直線Ｌｉとリム１２の外周面１２ｘで囲まれた断面積Ｓ(mm ²) を、下記式で表される面積Ｑ(mm ²) の８０〜１５０％の範囲となるようにする。
Ｑ＝（Ａ−２Ｐ）×Ｈ
但し、Ａはリム幅(mm)、Ｈはウェル部１５の深さ(mm)、Ｐはビードシート部１６の幅(mm)である。

断面積Ｓが面積Ｑの８０％未満であると、空気入りタイヤ２の空洞共鳴周波数Ｆｃとそれに最も近いホイール１の固有振動数Ｆｗとの差を１０Ｈｚ以上にすることが難しくなる。逆に断面積Ｓが面積Ｑの１５０％を超えると、規定のリム径Ｄを維持したホイールの作製が困難になる。

なお、図２に示したリム幅Ａ、リム径Ｄ、ビードシート部１６の幅Ｐ、ウェル部１５の深さＨは、図３にその一例を示すＪＡＴＭＡ（ＪＡＴＭＡＹＥＡＲＢＯＯＫ２００３）に規定されたリム１Ｊの記号Ａ、記号φＤ、記号Ｐ、記号Ｈの規定にそれぞれ準ずるものである。

本発明者によれば、ロードノイズの低減について鋭意検討した結果、空気入りタイヤとそれが装着されるホイールとからなるタイヤ・ホイール組立体に着目した。ホイールは、その固有振動数Ｆが複数の周波数帯域で発生する。それらの固有振動数Ｆとタイヤに起因して発生する振動数のピークが接近していると、両振動数の共振現象によりロードノイズが悪化する。空気入りタイヤ２には、その空洞部２５に起因する空洞共鳴周波数Ｆｃがあり、従来、この空洞共鳴周波数Ｆｃとホイール１の複数の固有振動数Ｆの一つが近接した関係になっており、それが共振現象を増大させ、ロードノイズを悪化させる一因になっていた。

そこで、本発明では、上述したように空気入りタイヤ２の空洞共鳴周波数Ｆｃとそれに最も近いホイール１の固有振動数Ｆｗとの差を１０Ｈｚ以上にし、近接しないようにしたのである。これにより空気入りタイヤ２の空洞共鳴周波数Ｆｃとそれに最も近いホイール１の固有振動数Ｆｗとの共振現象を抑制してロードノイズの改善が可能になる。

空洞共鳴周波数Ｆｃと固有振動数Ｆｗの差が１０Ｈｚより小さいと、ロードノイズを効果的に改善することが難しくなる。好ましくは、空洞共鳴周波数Ｆｃと固有振動数Ｆｗの差を２０Ｈｚ以上にするのがロードノイズを一層改善する上でよい。空洞共鳴周波数Ｆｃと固有振動数Ｆｗの差の上限値としては、６０Ｈｚにすることができる。６０Ｈｚを超えた差にしても、改善効果が実質的に変わらないためである。

本発明において、ホイール１が、図４に示すように、中心に配置したボス１４から複数のリム支持部材１９を放射状に等間隔で配置したディスク１０と、リム支持部材１９の外周側に配設したリム１２を有する構成の場合には、そのリム支持部材１９の本数Ｋが奇数本では、Ｆｏ＝Ｋ×Ｆｃで表される周波数Ｆｏ（Ｈｚ）とそれに最も近いホイール１の固有振動数Ｆyo（Ｈｚ）との差が５％以上、即ち周波数Ｆｏに最も近いホイール１の固有振動数Ｆyoを周波数Ｆｏに対して５％以上離すのがよい。また、リム支持部材１９の本数Ｋが偶数本の場合は、Ｆｅ＝Ｋ×Ｆｃ／２で表される周波数Ｆｅ（Ｈｚ）とそれに最も近いホイール１の固有振動数Ｆye（Ｈｚ）との差が５％以上、即ち周波数Ｆｅに最も近いホイール１の固有振動数Ｆyeを周波数Ｆｅに対して５％以上離すようにするのがよい。

放射状に配置したリム支持部材１９の外周側端にリム１２を接続したホイール１では、リム１２においてリム支持部材１９により補強された振動し難い部分１２Ａと、補強がない振動し易い部分１２Ｂが、それぞれリム支持部材１９の本数Ｋだけ交互に存在する。この振動し難い部分１２Ａと振動し易い部分１２Ｂの周期（Ｋ周期）が空洞共鳴の高次成分の周期と一致すると、共振作用が大きくなりロードノイズの悪化を招くので、好ましくない。

リム支持部材１９の本数Ｋが偶数本の場合には、部分１２Ａ，１２Ｂの周期と一致する周期を有する空洞共鳴高次成分の周波数がＦｅ＝Ｋ×Ｆｃ／２で表される上記周波数Ｆｅとなるため、この周波数Ｆｅとそれに最も近いホイール１の固有振動数Ｆyeを離すのである。

また、リム支持部材１９の本数Ｋが奇数本の場合には、空洞共鳴の周期が偶数であるため部分１２Ａ，１２Ｂの周期と一致することがないが、空洞共鳴周波数の２倍の周波数となる空洞共鳴の高次成分の周期が部分１２Ａ，１２Ｂの周期と一致する。そこで、本数Ｋが奇数本の場合、部分１２Ａ，１２Ｂの周期と一致する周期をもつ空洞共鳴高次成分の周波数は、Ｆｏ＝Ｋ×Ｆｃで表される上記周波数Ｆｏとなるため、この周波数Ｆｏとそれに最も近いホイール１の固有振動数Ｆyoを離すのである。

離す割合が５％未満であると、改善効果を得ることできない。上限値としては３０％以下にするのがよい。特定のホイール１の固有振動数Ｆye，Ｆyoを空洞共鳴高次成分の周波数から離しても他の固有振動数が空洞共鳴高次成分の周波数に近づくため、現時点ではそれが限界となるからである。

このように周波数Ｆｅ，Ｆｏとそれに最も近いホイール１の固有振動数Ｆye，Ｆyoとを離すには、例えば、離したい固有振動における質量や剛性の感度（質量や剛性を変化させた時の固有振動数の変化の割合）を実験モード解析や有限要素法による解析等により得て、それに応じてホイール１の材質を変更したり、肉厚を変更することで固有振動数を変化させることができる。

また、空気入りタイヤ２の空洞共鳴周波数Ｆｃを２〜５の整数倍して得られる空洞共鳴の各高次成分周波数Ｆｍ（Ｈｚ）とその各高次成分周波数Ｆｍに対応する最も近いホイール１の各固有振動数Ｆｘ（Ｈｚ）との差を高次成分周波数Ｆｍに対して５％以上、即ち各高次成分周波数Ｆｍに最も近いホイール１の固有振動数Ｆｘを対応する各高次成分周波数Ｆｍに対して５％以上離すようにするのが好ましい。

タイヤから伝わる車両の車内騒音で重要になる周波数は１ｋＨｚ程度までであり、周波数成分の次数が高い程影響が少なくなる。従って、２〜５の整数倍して得られる空洞共鳴の各高次成分周波数Ｆｍと各高次成分周波数Ｆｍに対応する最も近いホイール１の固有振動数Ｆｘとの差を５％以上にすることで、高次成分周波数Ｆｍに起因するロードノイズの改善が可能になる。高次成分周波数Ｆｍと固有振動数Ｆｘの差の上限値としては、上記と同じ理由から２０％にすることができる。

このように各高次成分周波数Ｆｍとそれに最も近いホイール１の各固有振動数Ｆｘとを離す場合にも、上述と同様にして行うことができる。

本発明は、特に乗用車に使用されるタイヤ・ホイール組立体として好ましく用いることができる。

なお、本発明におけるタイヤ・ホイール組立体のホイール１の固有振動数Ｆと空気入りタイヤ２の空洞共鳴振動数Ｆｃは、以下のようにして測定するものとする。

ホイール１の固有振動数Ｆは、ホイール１単体を剛体からなる軸に固定し、ディスク１０をホイール１の幅方向から加振し、加振点近傍の振動を計測して周波数分析により得られた伝達関数からピークを示す周波数を読み取り、またリム１２のフランジ部１７をホイール１の径方向から加振して同様にピークを示す周波数を読み取り、それらをホイール１の固有振動数Ｆとする。

空気入りタイヤ２の空洞共鳴振動数Ｆｃは、空気入りタイヤ２に１８０ｋＰａの空気圧を充填したタイヤ・ホイール組立体（乗用車用タイヤ・ホイール組立体）をゴムバンドで中吊りにし、トレッド部２１のセンターをタイヤ径方向に加振し、ホイールセンター付近の振動を計測して周波数分析により得られた伝達関数からピークを示す周波数を読み取り、それを空気入りタイヤ２の空洞共鳴振動数Ｆｃとする。

リムサイズを１５×６1/2 ＪＪ、タイヤサイズを１９５／６０Ｒ１５で共通にし、空気入りタイヤの空洞共鳴周波数Ｆｃ（Ｈｚ）、それに最も近いホイール（リム支持部材の本数Ｋ＝５）の固有振動数Ｆｗ（Ｈｚ）、空洞共鳴周波数Ｆｃと固有振動数Ｆｗの差、周波数Ｆｏ（Ｈｚ）と固有振動数Ｆyo（Ｈｚ）との差（％）、各高次成分周波数Ｆｍとそれに対応する各固有振動数Ｆｘとの差（最小値）（％）を表１のようにした参考例１〜６、実施例１及び比較例１，２のタイヤ・ホイール組立体をそれぞれ作製した。

参考例１〜６、実施例１及び比較例１，２のタイヤ・ホイール組立体では、ホイールの肉厚を調整することで、固有振動数Ｆｗを変更した。また、実施例１のタイヤ・ホイール組立体は、ホイールに図２に示す構成を採用した。参考例１〜６及び比較例１，２のタイヤ・ホイール組立体の断面積Ｓと面積Ｑとの比Ｓ／Ｑはそれぞれ６９％、実施例１のタイヤ・ホイール組立体の断面積Ｓと面積Ｑとの比Ｓ／Ｑは９１％である。充填した空気圧は、いずれも１８０ｋＰａである。

これら各試験タイヤ・ホイール組立体を排気量２リットルの乗用車（ＦＦ車）に取り付け、以下に示す測定条件により、ロードノイズの評価試験を行ったところ、表１に示す結果を得た。
ロードノイズ
テストコースにおいて、テストドライバーによるフィーリングテストを実施し、その結果を１０点法で評価した。この値が大きい程、ロードノイズが低い。

表１から、空気入りタイヤの空洞共鳴周波数Ｆｃとそれに最も近いホイールの固有振動数Ｆｗとの差を１０Ｈｚ以上にした実施例１のタイヤ・ホイール組立体は、ロードノイズを改善できることがわかる。

また、参考例２，５のタイヤ・ホイール組立体から、周波数Ｆｏと固有振動数Ｆyoとの差を５％以上にした参考例５のタイヤ・ホイール組立体は、周波数Ｆｏと固有振動数Ｆyoとの差が５％より小さい参考例２のタイヤ・ホイール組立体よりロードノイズを一層改善できることがわかる。

また、参考例５，６のタイヤ・ホイール組立体から、高次成分周波数Ｆｍと固有振動数Ｆｘとの差を５％以上にした参考例６のタイヤ・ホイール組立体は、ロードノイズを更に改善できることがわかる。

上述した優れた効果を有する本発明は、特に乗用車に装着されるタイヤ／ホイール組立体として、極めて有効に利用することができる。

Claims

空気を充填するための空洞部（２５）を内側に備えた空気入りタイヤ（２）をホイール（１）のリム（１２）に組付けたタイヤ・ホイール組立体において、前記空気入りタイヤ（２）は前記空洞部（２５）に起因する空洞共鳴周波数Ｆｃを有し、前記ホイール（１）は複数の固有振動数を有し、前記空気入りタイヤ（２）の空洞共鳴周波数Ｆｃと該空洞共鳴周波数に最も近いホイール（１）の固有振動数Ｆｗとの差を１０Ｈｚ以上にしたタイヤ・ホイール組立体であって、
前記リム（１２）が、ウェル部（１５）と、該ウェル部（１５）の両側に接続されるビードシート部（１６）と、該ビードシート部（１６）の両側に接続されるフランジ部（１７）とから構成され、タイヤ・ホイール組立体の回転中心軸（Ｘ）を通る平面で切断した断面において、リム径Ｄの位置を通る仮想直線Ｌｉと前記リム（１２）の外周面で囲まれた断面積Ｓ（mm ² ）を、下記式で表される面積Ｑ（mm ² ）の８０〜１５０％の範囲にし、前記空気入りタイヤ（２）の空洞共鳴周波数Ｆｃを前記空洞共鳴周波数Ｆｃに最も近いホイール（１）の固有振動数Ｆｗより大きくしたタイヤ・ホイール組立体。
Ｑ＝（Ａ−２Ｐ）×Ｈ
但し、Ａはリム幅(mm)、Ｈはウェル部（１５）の深さ(mm)、Ｐはビードシート部（１６）の幅(mm)
前記空気入りタイヤ（２）の空洞共鳴周波数Ｆｃと前記空洞共鳴周波数に最も近いホイール（１）の固有振動数Ｆｗの差を２０〜６０Ｈｚにした請求項１に記載のタイヤ・ホイール組立体。
前記ホイール（１）が、前記リム（１２）のウェル部（１５）を外周端に接続するディスク（１０）を有し、該ウェル部（１５）に前記ディスク（１０）まで延在する凹部（１８）をホイール（１）の周方向に環状に形成した請求項１または２に記載のタイヤ・ホイール組立体。
前記ホイール（１）が、中心に配置したボス（１４）から放射状に延在する複数のリム支持部材（１９）を備えたディスク（１０）と、該リム支持部材（１９）の外周側に配設した前記リム（１２）を有し、前記リム支持部材（１９）の本数Ｋが奇数本の場合はＦｏ＝Ｋ×Ｆｃで表される周波数Ｆｏに最も近いホイールの固有振動数Ｆyoを、周波数Ｆｏに対して５％以上離す一方、前記リム支持部材（１９）の本数Ｋが偶数の場合はＦｅ＝Ｋ×Ｆｃ／２で表される周波数Ｆｅに最も近いホイールの固有振動数Ｆyeを、周波数Ｆｅに対して５％以上に離した請求項１，２または３に記載のタイヤ・ホイール組立体。
前記空気入りタイヤ（２）の空洞共鳴周波数Ｆｃを２〜５の整数倍して得られる空洞共鳴の各高次成分周波数Ｆｍに最も近いホイール（１）の固有振動数Ｆｘを、それぞれ高次成分周波数Ｆｍに対して５％以上離した請求項１，２，３または４に記載のタイヤ・ホイール組立体。