详解轮胎噪声与其参数的关系，值得收藏

2017-12-5 15:31| 发布者: weixin| 查看: 1771| 评论: 2|原作者: weixin|来自: 声振之家公众号

摘要: 轮胎噪声的产生机理包括结构噪声和空气噪声：

　　一、噪声的产生机理

　　轮胎噪声的产生机理包括结构噪声和空气噪声：

　　结构噪声包括冲击(胎面冲击、路面冲击和滚动下沉)、粘附(stick/slip和stick/snap)和airborne(air turbulence, air pumping, piperesonance 和Helmholz resonance);以及相关的放大机理：horn effect，acoustical impedance effect，mechanical impedance effect 和 tire resonance。

　　亥姆霍兹谐振器或亥姆霍兹振荡器是一种气体的容器，以开放的孔(或颈部或端口)(通常是空气)。 A Helmholtz resonator or Helmholtz oscillator is a container of gas (usually air) with an open hole (or neck or port). 开洞的体积和附近的空气振动，因为车内空气的“弹力”。 A volume of air in and near the open hole vibrates because of the 'springiness' of the air inside. 一个常见的例子是一个空瓶子：，里面的空气振动，当你吹在顶部，在左侧如下图所示。 A common example is an empty bottle : the air inside vibrates when you blow across the top, as shown in the diagram at left.(这是一个有趣的实验，因为出奇的低而响亮的声音，结果。) (It's a fun experiment, because of the surprisingly low and loud sound that results.)

　　Helmholtz 共振频率可有轮胎花纹和路面之间良好的通风性能而降低，多孔路面、多孔胎面和想通的花纹沟。可以通过改变胎面空腔的体积和轮胎与路面之间的空间(改变轮胎直径和接地长度)。

　　二、三种噪声测量方式

1、Coast-by 关闭发动机滑行

　　2、Cruise-by 不关发动机，匀速

　　3、Dirve –by 不关发动机，踩下油门，加速

　　4、Pass-by 总称，包含以上三种情况

三、噪声与轮胎宽度的关系

　　轮胎越宽,噪声越大,主要是因为Horn效应;而直径没有这明显的关系,因为它受两个因素的影响：直径大，冲击小，但Horn效应大。

　　当PCR宽度大于200mm时，声音随宽度的增加变缓。而385超级单胎却是下降的，主要是因为他们为拖轮花纹。

　　四、噪声与带束层的关系

　　提高胎面或带束层的弯曲刚度,就能降低噪声，因为这会降低胎肩的震动。

　　五、噪声与均匀性的关系

　　轮胎的均匀性对低频波段影响较大,如80HZ大约为7分贝。对轿车胎，当径向力的变动(a radial force variation twice as large as that of an average tyre 70-180N)加倍时，增加0.5-1DB，在80HZ时，Peak to peak 测量为2DB。在用A权测量时，低频信号权重很低，因此在总的噪声中显示很少。

　　六、噪声与配方的关系

1、天然胶改为高生热合成胶胎面时，在粗糙路面上，噪声稍微上升;在光滑路面上，下降。总之，胎面材料对轮胎的影响很小。

　　2、胎面模量对噪声的影响要比胎侧模量大;

　　3、胎面或胎侧的tanδ对噪声的影响很小;

　　4、胎面硬度对载重胎噪声的影响很大，邵氏硬度59比40的要高5-8DB。

　　5、胎面硬度对噪声的影响主要集中在1-3KHz，主要跟气泵噪声有关。主要原因可能是Stick-slip mechanism。提高硬度，会导致stick-slip的幅值。

　　6、封闭的pocket轮胎的噪声要高10dB左右。

　　七、噪声与花纹的关系

　　1、花纹的randomization(synchronous or asynchronous)虽然会使某些频谱段变得平缓，降低A权噪声。采用随机花纹的另一个重要好处是提高了重量和刚度的均匀性，即轮胎的静平衡和均匀性。

　　2、采用不是所有的轮胎都可以采用asynchronous排列，他必须有一中心沟或中心rib。

　　3、Synchronous同步的，指轮胎的左右两边按照相同的节距排列，asynchronous指左右两边的节距排列不同。

　　4、传统方法是将采用2-4个节距，新方法是采用连续变化节距，甚至花纹在轮胎周向上变化，这样的噪声更低。

　　5、光面轮胎也会产生噪声，主要来自轮胎的下沉和stick-slip过程。

　　6、为减小air pumping 和 pipe resonance，应避免closed pocket, cavities with narrow outlets and long grooves without ventilated side branches。这与排水的要求一致。

　　7、大多数轮胎的关键频率范围为1000Hz。相应的groove的Critical length(共振长度)是：两端开口的是175mm;一端开口，一端闭合的是90MM;这与轮胎印痕的长度差不多。为避免此情况，普利司通采用“groove fence”来打破声波的传播。

　　8、应尽量避免花纹沟与印痕边缘一致，最少要45度角。这就要求轮胎肩部与轴向大体垂直，在中部尽可能一致。

　　9、轮胎的外侧是操纵性能，内侧是驱动性能。因此外侧需要更多的硬度高的块或条，并且细槽要少。

　　路面对有向花纹的噪声影响很大，在很光滑路面上(safety walk)有向花纹轮胎正反转差别可以达到2.7DB，非对称花纹的左右在1DB之内。在GRB_S(similar to a smooth textured asphalt concrete)，影响更小，非对称花纹的左右影响大约为0.3DB，但是有向花纹正反转可达到3.6DB，无向花纹可达0.5-0.7dB。

　　八、噪声与胎冠曲率关系

　　改变花纹的曲率，可使轮胎噪声上升6-9dB。这说明胎面曲率对噪声有重要影响。

　　九、噪声与磨损轮胎的关系

　　总的说，随着轮胎的磨损，噪声上升。对卡车胎，一半磨损的比新胎要高2.5-4.2dB。但随着磨损的继续，噪声会下降至光胎。

　　对已磨光的胎，在光滑路面上，要比新胎安静得多，但在实际的沥青路面上，却是噪声最大的，尤其是1-3KHz。这主要是因为胎面太薄，降低了动态刚度使胎面更容易震动。

　　十、噪声与路面的关系

　　路面结构与轮胎噪声的关系如下：1.当路面wavelength为10-500mm，低频声强随粗糙度的增加而增加;当路面wavelength为0.5-10mm时，高频声强随粗糙度的增加而减小。

　　注意：低频声强是有胎面冲击造成的，高频声强是空气波动产生的。

　　花纹块或路面不平引起的冲击包括周向和径向。冲击角度主要由轮胎半径决定。

　　十一、噪声与各部位的关系

　　1、胎面噪声要比胎侧噪声高10dB，因此胎面是主要噪声源;

　　2、胎面和相邻的胎侧区的响应一致，这说明胎侧不是独立的噪声源，应作为低幅的胎面噪声;

　　3、冲击噪声在1000Hz左右达到高峰，是有带束层的共振引起的。

　　4、轮胎/轮辋之间的空腔也产生噪声，在轮辋里面加吸声材料后，轮胎内的声强从140dB降到130dB，轮胎外部讲了0.8分贝。

　　5、空腔共振频率只由轮胎和轮辋的尺寸以及腔内气体的声速决定。

　　式中：C为腔内气体的声速;l为腔的长度;D为腔的外直径;d为腔的内直径。例如：对P205/65R15，测量和模型计算得到的频率分别为223和227Hz。轿车胎的空腔共振频率在220-280Hz，载重胎在150Hz。

　　十二、空腔噪声

　　40摄氏度时的声速为349m/s，氦气是1039m/s，因此空气的共振频率是230-280Hz，而氦气的是680-830Hz。实验证明，空气的噪声在250Hz明显比氦气高，而在700Hz时氦气高得并不明显，因此，充氦气能降低低频噪声。

　　两端开口的管子产生的波长是其长度L的两倍，称为管共振。对于直径为d的管子。气共振频率为：

　　式中：c是声速，n谐波次数。对于一段开口的管子，改为：

　　所有的花纹沟都形成管共振，共振频率主要依赖于几何性能。这意味着载荷和充气压力会对频率产生影响。

　　降低管共振的两个方法：1. 避免管共振频率接近胎面的冲击频率(至少对轮胎的正常行驶速度)2. 增加通气。

　　 · Horn产生的放大效应可达20db。

　　 · Horn效应与接触边的距离越近越大，并在2000-3000Hz达到最大。

　　 · 胎面越宽，horn效应越大。

　　现代轮胎在700-1300Hz产生极值。其主要原因：

　　 · A权对1000Hz范围的权重最大

　　 · 花纹的周节在20-65mm，在高速时可产生300-1500Hz的冲击噪声。

　　 · 纵沟在接地区的管共振频率在900-2000Hz

　　 · 一端封闭的横沟，共振频率在900-2000Hz

　　 · Helmholtz共振在1000-2500Hz内最重要

　　 · 花纹块的切向共振频率在800-3000Hz

　　 · 轿车花纹块的的径向震动(与轮胎结构有关)在800-1000Hz

　　 · 带束层共振在600-1300Hz

　　 · Horn效应在coastby和Passingby条件下是600-2000Hz

　　 · 普通路面的跨度wavelength为16-20mm，在70Km/h时的激励频率为800-1000Hz;在90Km/h为1000-1250Hz。它的峰值并不明显，但是放大了共振，对带束层共振输入了一个更大的激励。

　　 · 在中低频率200-1000Hz，主要是从接地区的leading edge发出。在1000-1250Hz是接地区的拖边。更高频率时，就不一致了，有时在主动边，有时在拖边。

　　 · 低频声音占了印痕中心的主要部分，在高频区印痕的主边和拖边占主要。从主边到印痕中心的区域是主要的发声源，有可能加上胎侧的贡献。这主要是因为在1000Hz(带束层共振区)左右，声音主要沿着轮胎传播，高于1000Hz时，主要在印痕区的主边和拖边，气泵效应和空气共振其主要作用。

　　 · Nissan研究表明主边和拖边的频率在800-1600Hz。轮胎上半部的频率在400-600Hz，并通过轮罩共振得到加强。胎侧的贡献在高于700Hz时迅速降低。胎侧和轮罩的声音对A权影响不大。

　　来源：百度文库由sddydcz于2011-12-29分享
　　作者：李勇博士，清华大学

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