JP6004182B2 - フロントピラーの空気騒音低減構造 - Google Patents

Description

本発明は、車両のフロントピラー部における空気騒音低減構造に関する。

居住性やコンパクト性に重点をおいた小型車両等では、フロントピラーやウインドシールドの立ち上がり角が大きく設定される。車両走行時にウインドシールドが受ける前方からの空気流はルーフ側や両サイドに流れるが、フロントピラーやウインドシールドが立っている場合には、フロントピラーから車体側部に回り込む傾向が顕著になる。

その際、フロントピラー部では、車幅方向への空気流がウインドシールドからの段差を越えて急激に後方へ偏向される過程で車体表面から剥離し、車体側部に渦流が発生する。この渦流は車体側部の後方への主流とぶつかる際に空気騒音を発生する。この位置の空気騒音が問題となるのは運転席や助手席に近いという理由にもよる。

渦流を低減するためには、フロントピラーの断面形状を流れに適合させることやフロントピラーの周回に導風板を設けることなども想定される。しかし、フロントピラーは衝突時の荷重吸収やキャビン剛性、運転者の視界確保など、様々な条件を満たす必要があるため、空気流だけを目的として形状設計することはできない。例えば、空気の流れを良くするためにフロントピラーを太く・流線型にすれば運転者の視界は悪化する。

一方、小型車両でもフロントピラーやウインドシールドの立ち上がり角が小さく設定される場合、すなわち傾斜が大きく設定される場合もある（特許文献１参照）。このような車両では、車体側部への空気の回り込みは少ないので、上述したように空気騒音は小さく、逆にウインドシールドからフロントピラー部への段差を大きくして車体側部への空気の回り込み自体を抑えてしまうことも可能であるが、ウインドシールドの立ち上がり角が大きい車両では、このような対策を講じることはできない。

特開２００８−８７６１６号公報

本発明はこのような実状に鑑みてなされたものであって、その目的は、ウインドシールドの立ち上がり角が大きい車両のフロントピラー部における空気騒音を低減するための構造を提供することにある。

上記従来技術の有する課題を解決するため、本発明は、
ウインドシールドの両側縁に沿って上下に延在するフロントピラーの空気騒音低減構造であって、前記フロントピラーが、前記ウインドシールドの両側から前記ウインドシールドの厚さ方向に立ち上がる縦壁面と、前記縦壁面の前端に沿って延在するピラー稜部と、前記ピラー稜部の後側方に沿って延在し車体表面の一部を画成するピラー表面と、を備え、水平方向に対して５０度以上の立ち上がり角を有しており、前記縦壁面に沿った前記ウインドシールド両側縁の表面側に貼付されたピラーモールを備えるものにおいて、
前記ピラーモールは、長手方向と直交する断面形状が略四角形状をなし、前記縦壁面から前端縁までの幅（Ｌｍ）が、前記ウインドシールド表面を基準にした前記ピラー稜部の高さ（Ｈ）の１．５〜３倍の範囲にあり、かつ、前記前端縁までの幅（Ｌｍ）に対する前記前端縁の高さ（Ｈｍ）の比（Ｈｍ／Ｌｍ）が０．２〜０．４の範囲にあることを特徴とするフロントピラーの空気騒音低減構造にある。

本発明は、上記構成により、以下に記載されるような効果を奏する。
ウインドシールド両側縁に貼付されたピラーモールが略四角形状の断面をなすことにより、車両走行時にウインドシールドに沿って側方に流れる空気流がピラー稜部に到達する以前にピラーモールの前端縁で偏向され、ピラーモールの幅の範囲内において前方からの空気流と合流する。このとき、ピラーモールの前端縁がピラー稜部に対して上記範囲で規定されるような位置にあると、前記偏向されかつ合流した空気流がフロントピラーの縦壁面に衝突せずにピラー稜部を通過し、ピラー表面に沿って車体側部後方に流れるので、ピラー表面からの剥離や渦流の発生による空気騒音が抑制される。

なお、縦壁面から前端縁までの幅（Ｌｍ）が、ウインドシールド表面を基準にしたピラー稜部の高さ（Ｈ）の１．５倍より小さい場合や、前端縁までの幅（Ｌｍ）に対する前端縁の高さ（Ｈｍ）の比（Ｈｍ／Ｌｍ）が０．２より小さい場合には、ピラー稜部を越える空気流を形成することが困難である。逆に、縦壁面から前端縁までの幅（Ｌｍ）が、ウインドシールド表面を基準にしたピラー稜部の高さ（Ｈ）の３倍より大きい場合や、前端縁までの幅（Ｌｍ）に対する前端縁の高さ（Ｈｍ）の比（Ｈｍ／Ｌｍ）が０．４より大きい場合には、空気抵抗が大きくなり風切り音の低減に寄与しないうえ、運転者の視界への影響も無視できなくなる。

また、ピラーモールが略四角形状の断面を有し前端縁を有することによって、空気流を単に偏向させるのみならず、微細な乱流を発生させ当該部分における剥離を防止できる点からも有利である。因みに、湾曲した断面形状では、空気流に対する充分な偏向作用が得られず、空気騒音の低減効果は得られない。

本発明において、前記前端縁の高さ（Ｈｍ）が前記ピラー稜部の高さ（Ｈ）以下であることが好適である。ピラーモールは付加物であるため極力小さい方が好ましいのは勿論であるが、ピラー稜部の高さを越えてしまうと後端側に剥離や渦流を発生し騒音低減にも寄与しない。運転者の視界確保という点からも極力小さい方が好ましい。

また、本発明において、前記ウインドシールドの両側縁の下端から上端に向かうに従って前記縦壁面から前記前端縁までの幅（Ｌｍ）が減少していても良い。ウインドシールドからフロントピラーを横切って車体側方に流れる空気流はフロントピラーの下方ほど顕著であるので、ウインドシールドの全長に亘って一様な断面積を有する必要はなく、空気流の程度に応じて幅を減じることで、空気抵抗の低減や運転者の視界確保という点でも有利である。

本発明に係る空気騒音低減構造が実施される車両を示す斜視図である。 本発明に係る空気騒音低減構造を実施した車両のフロントピラー基部を示す要部斜視図である。 本発明に係る空気騒音低減構造を実施した車両のフロントピラー付近を示す平断面図である。 比較例として空気騒音低減構造を実施する前の車両のフロントピラー付近を示す平断面図である。 本発明に係る空気騒音低減構造ピラーモールの前端縁が取りうる範囲を示す図３に対応した模式図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の空気騒音低減構造が実施される典型的な車両１を示しており、車両１は、前部にボンネット２（エンジンフード）を有する小型乗用車であり、乗員室のスペースを確保するために、立ち上がり角が大きいウインドシールド３およびフロントピラー４を備えている。

このような車両１では、走行時にウインドシールド３が前方から受ける空気流は、ウインドシールド３の傾斜に案内されてルーフ５側に、あるいは、ウインドシールド３の湾曲に案内されて車体側部６側に流れるが、図示例のように、フロントピラー４やウインドシールド３が立っている場合には、フロントピラー４から車体側部６に回り込む傾向が顕著になることは既に述べた通りである。

その際、フロントピラー４付近では、図４に示すように、ウインドシールド３に沿って車幅方向に向かう空気流が、フロントピラー４の縦壁面４２（稜部Ｑ）を越えたところで、車体側部に沿って後方に流れる空気流と衝突し、急激に後方へ偏向される過程でピラー表面４１から剥離し渦流が発生する。これが騒音源となることも既に述べた。したがって、このような空気流の剥離と渦流を抑制すれば空気騒音を低減できる。なお、ウインドシールド３は、フロントピラー４の支持面４３にウインドシールド固定用緩衝材７を介して支持されている。

ここで、図４において、仮に、ピラー表面（４１）が稜部Ｑから空気流の流線に適合するような円弧状断面を有していれば、すなわち、稜部Ｑに続くピラー表面（４１）がウインドシールド３と略平行になるように、稜部Ｑが９０度近い角度を有していれば、剥離や渦流の発生が低減されるものと予測されるが、居住性を極限まで追求した車両１では、ピラー表面４１は車体側面に沿い稜部Ｑは鋭角的に形成されており、上記形状の採用は内側にウインドシールド３の視野を狭めることになる。

そこで、本発明では、図２及び図３に示すように、フロントピラー４に隣接したウインドシールド３の表面にピラーモール８を貼付し、その形状を工夫することで、ウインドシールド３の視野を狭めることなく空気騒音低減効果を得ている。各図において、ピラーモール８は、ウインドシールド３の両側縁に沿って上下に延在し、長手方向に一様な長方形断面をなしており、起立した前端縁Ｐを有している。

ピラーモール８は、フロントピラー４の縦壁面４２に接していても良いし、図示例のように間隙を有して貼付されても良いが、フロントピラー４の稜部Ｑの高さＨに対して前端縁Ｐの位置（Ｌｍ，Ｈｍ）が、以下に述べる範囲内にある場合に顕著な空気騒音低減効果を得られることが風洞実験などで確認されている。すなわち、ウインドシールド表面を基準にしたフロントピラー４の稜部Ｑ（縦壁面４２）から前端縁Ｐまでの幅（Ｌｍ）、前端縁の高さ（Ｈｍ）、稜部Ｑの高さ（Ｈ）において、
１．５≦Ｌｍ／Ｈ≦３，かつ，０．２≦Ｈｍ／Ｌｍ≦０．４
の範囲にある。

上記は、換言すれば、前端縁Ｐまでの幅（Ｌｍ）は稜部Ｑの高さ（Ｈ）の１．５〜３倍の範囲にあり、かつ、前端縁Ｐまでの幅（Ｌｍ）に対する前端縁Ｐの高さ（Ｈｍ）の比（Ｈｍ／Ｌｍ）が０．２〜０．４の範囲にある場合ということになる。このような前端縁Ｐの取りうる範囲（ＰＬ、ＰＨ）を図５に示す。概ねピラーモール８の幅（Ｌｍ）が大きくなるほど、前端縁Ｐの高さ（Ｈｍ）も大きくなる傾向にある。

図３に示すように、ウインドシールド３の表面に沿って側方に流れる空気流は、フロントピラー４の縦壁面４２に到達する以前にピラーモール８の前端縁Ｐでウインドシールド３から離れる方向に偏向され、前端縁Ｐを越えると前方からの空気流と合流して側方ないしは後方に流れるが、ピラーモール８の前端縁Ｐの位置（Ｌｍ，Ｈｍ）が上記範囲にある場合には、偏向されかつ合流した空気流がフロントピラー４の縦壁面４２に衝突せずに稜部Ｑを通過し、ピラー表面４１に沿って車体側部後方に流れる。そのため、ピラー表面４１からの剥離や渦流の発生が抑制され、空気騒音が低減される。

なお、縦壁面４２から前端縁Ｐまでの幅（Ｌｍ）が稜部Ｑの高さ（Ｈ）の１．５倍より小さい場合や、前端縁Ｐまでの幅（Ｌｍ）に対する前端縁Ｐの高さ（Ｈｍ）の比（Ｈｍ／Ｌｍ）が０．２より小さい場合には、稜部Ｑを越える空気流を形成することが困難である。逆に、縦壁面４２から前端縁Ｐまでの幅（Ｌｍ）が稜部Ｑの高さ（Ｈ）の３倍より大きい場合や、前端縁Ｐまでの幅（Ｌｍ）に対する高さ（Ｈｍ）の比（Ｈｍ／Ｌｍ）が０．４より大きい場合には、空気抵抗が大きくなり空気騒音の低減にも寄与しない。

フロントピラーの立ち上がり角＝５０度の車両を使用して風洞実験を行ったところ、稜部Ｑの高さ（Ｈ）＝１０ｍｍに対し、（ｉ）ピラーモール高さ（Ｈｍ）＝５ｍｍ、前端縁Ｐまでの幅（Ｌｍ）＝１８ｍｍ（ピラーモール幅１５ｍｍ、縦壁面との間隔３ｍｍ）の場合、および、（ｉｉ）ピラーモール高さ（Ｈｍ）＝１０ｍｍ、前端縁Ｐまでの幅（Ｌｍ）＝２８ｍｍ（ピラーモール幅２５ｍｍ、縦壁面との間隔３ｍｍ）の場合に良好な騒音低減効果が確認された。

また、ピラーモール８の断面形状について、図２〜３に示す実施形態では角形の前端縁Ｐを有する四角形状をなすことによって、空気流を単に偏向させるのみならず、微細な乱流を発生させ当該部分における剥離を防止できることが実験で確認されている。比較のために、上述したのと同じ幅および高さで湾曲した断面形状を有するピラーモールで実験を行ったところ、空気流に対する充分な偏向作用が得られず、空気騒音の低減効果は認められなかった。

一方、ピラーモール８の前端縁Ｐが稜部Ｑの高さ（Ｈ）よりも低い場合には、前記稜部Ｑの高さ（Ｈ）を越えない範囲で、ピラーモール８の上面が、稜部Ｑに隣接した後端縁側において前端縁Ｐより高くなる傾斜を有していても良い。

ピラーモール８の材質は特に限定されるものではないが、剥離を防止して空気抵抗および空気騒音を低減するうえでは、表面の硬度と平滑度が適度に抑えられたスポンジなどの合成発泡樹脂材が有利である。硬質な材料で構成する場合に比べて空気騒音の周波数が低減される。この場合、ピラーモール８の表面をスポンジで構成して内実部を別材料で構成することもできる。

以上、本発明の実施の形態について述べたが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいてさらに各種の変形および変更が可能である。
例えば、上記実施形態では、ピラーモール８の幅（Ｌｍ）や高さ（Ｈｍ）が長さ方向に一様である場合を示したが、ウインドシールド３の下端から上端に向かうに従ってピラーモール８の幅（Ｌｍ）および／または高さ（Ｈｍ）が減少していても良い。

１ 車両
２ ボンネット（エンジンフード）
３ ウインドシールド
４ フロントピラー
８ ピラーモール
４１ ピラー表面
４２ 縦壁面
Ｐ 前端縁
Ｑ 稜部

Claims (3)

1. ウインドシールドの両側縁に沿って上下に延在するフロントピラーの空気騒音低減構造であって、前記フロントピラーが、前記ウインドシールドの両側から前記ウインドシールドの厚さ方向に立ち上がる縦壁面と、前記縦壁面の前端に沿って延在するピラー稜部と、前記ピラー稜部の後側方に沿って延在し車体表面の一部を画成するピラー表面と、を備え、水平方向に対して５０度以上の立ち上がり角を有しており、前記縦壁面に沿った前記ウインドシールド両側縁の表面側に貼付されたピラーモールを備えるものにおいて、
   前記ピラーモールは、長手方向と直交する断面形状が略四角形状をなし、前記縦壁面から前端縁までの幅（Ｌｍ）が、前記ウインドシールド表面を基準にした前記ピラー稜部の高さ（Ｈ）の１．５〜３倍の範囲にあり、かつ、前記前端縁までの幅（Ｌｍ）に対する前記前端縁の高さ（Ｈｍ）の比（Ｈｍ／Ｌｍ）が０．２〜０．４の範囲にあることを特徴とするフロントピラーの空気騒音低減構造。
2. 前記前端縁の高さ（Ｈｍ）が前記ピラー稜部の高さ（Ｈ）以下であることを特徴とする請求項１記載のフロントピラーの空気騒音低減構造。
3. 前記ウインドシールドの両側縁の下端から上端に向かうに従って前記縦壁面から前記前端縁までの幅（Ｌｍ）が減少していることを特徴とする請求項１または２記載のフロントピラーの空気騒音低減構造。

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