噪声与轮胎设计参数.pptx

李勇 15020082616 hexidian@,噪声与轮胎设计参数的关系 -NVH为车辆档次的一个重要标准,NVH：Noise，vribtation and harshness,2019/3/2,2,轮胎噪声分类,低频段主要为冲击机理，高频段主要为空气位移机理 由于行驶工况的改变所带来的胎面加速度的变化，伴随着轮胎SPL的变化2019/3/2,3,总体特征,,行驶时轮胎的变形会产生力和振动，但会很快被衰减non-uniformities noise) 轮胎花纹是振动激励的一个输入(impact noise)，路面粗糙度是振动激励的另一个输入(rumble noise) 胎面振动强于胎侧，但是胎面的振动会传到胎侧，胎侧的传播声音的能力更强 带束的材料(弯曲刚度)和结构影响其共振品质，近而影响1000Hz左右的峰值2019/3/2,4,冲击机制,2019/3/2,5,黏附机制,胎面单元在通过接地区时积聚能量，直到克服摩擦在过程中胎面单元向后滑行，直到被地面黏附这个过程重复发生在轮胎纵向的切面内 这种机制与轮胎的磨损程度相关改变胎面单元的高度会使得胎面单元的弯曲和拉伸模态的特征值移向高频) 合成胶可以有效的降低这种噪声。

stick-slip mechanism也受到路面粗糙度的影响 这种机制仅在加速、制动和转弯这种极限工况下占主导 (squealing noise),2019/3/2,6,Stick-slip mechanism,,轮胎转动方向？,2019/3/2,7,适用于粘性的胎面和光滑的路面(如高温下的冬季胎面)，其原理为分子之间的吸引力 这种机制也可能由胎面和路面之间的静电排斥作用引起 整体来说，这种机制产生的噪声占车辆噪声的很小一部分 两种机制都是首先作用于接地区的后端 路面粗糙度的提高可以增加第一种机制噪声（增大摩擦力），但是会减少第二种机制噪声（降低粘附强度）2019/3/2,8,Stick-snap mechanism,2019/3/2,9,空气噪声机制,2019/3/2,10,空气噪声机制,气泵噪声被认为是最重要的轮胎道路噪声之一 由压缩的花纹排出的空气可以被看成是单极子 大振幅的压力和密度的变化使得单极子模型有其局限性 封闭式花纹胎比噪声最大的横沟花纹胎的SPL高了10个分贝 气泵噪声主要发生的接地区的后端 气泵噪声的有效频段是1-10kHz2019/3/2,11,Air pumping,空气在封闭管道中会形成驻波。

对于两端封闭的管道来说，波长等于管长的2倍，半封闭的管道，波长等于管长的4倍 这种机制取决于胎面花纹的几何形状，而与轮胎的转动速度无关2019/3/2,12,Pipe resonance,,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,可以看成一个简单的质量弹簧系统，把花纹沟看成一个弹簧，进入花纹沟的空气视为一个质量运动中都在变化) 在花纹沟空腔的运动中，共振的频率会变化，与此同时，共振的振幅也会减小 这种机制集中于1000-2500Hz 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）2019/3/2,14,Helmholtz Resonance,对于靠近胎面的部位，特别是气泵噪声发生的部位，喇叭效应作用明显接地点的前后两端) 与角度有关车辆驶过时动态的分析可知，车辆在远处时(0度)，角度较小，放大作用最明显，但是衰减作用也很大，车辆正对时(90度)，角度较大，放大作用不明显，但是衰减作用也小。

最优的放大作用产生的角度是60-75度 喇叭效应的放大作用不仅影响面内噪声，也对侧面的噪声有很大的影响2019/3/2,15,Horn effect,,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效应越大空腔共振,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，轮胎外部降了0.8分贝P113 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 C- 腔内气体的声速； l-腔的长度 D—腔的外直径； d-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管腔共振,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空腔共振,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,噪声与轮胎宽度的关系,胎面振动响应超过胎侧振动响应达10dB，因此胎面为主要的噪声发生区 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.,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 . 在1000Hz处产生的峰值被认为是由带束的共振引起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噪声与配方关系,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 胎面模量对噪声的影响要比胎侧模量大； 胎面或胎侧的tanδ对噪声的影响很小； 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 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 封闭的pocket轮胎的噪声要高10dB左右,噪声与花纹,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 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 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。

光面轮胎也会产生噪声，主要来自轮胎的下沉和stick-slip过程 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 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2019/3/2,28,,2019/3/2,29,使用窄的花纹沟，减少花纹沟深度小的横向花纹沟可以减小振动，并且排气量小 较小花纹块代替大块花纹降低行驶面的碰撞 增大横向花纹沟的周向角度从一个单元到下一个单元提供了一个平滑过渡的负载，并在入口处降低了接触振动的影响，从接触出口逐步释放空气 花纹沟应排气好。

避免了空气的密封，并使能够引起共鸣的密封花纹沟尽量最小化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花纹块与噪声关系,2019/3/2,31,噪声与节距关系,1.节距排列循序沿轮胎圆周成正弦曲线形式变化 2、一个小节距百分数随后有一个大节距,图12 ：随机间距序列的效果[ 19 ，修改图10.29 ],,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,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P102 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,噪声与各部位的关系,胎面噪声要比胎侧噪声高10dB,因此胎面是主要噪声源 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； 冲击噪声在1000Hz左右达到高峰，是有带束层的共振引起的共振与轮胎参数关系,2019/3/2,38,噪声与实验速度关系,实验速度对轮胎噪声有重大影响，乘用车胎的噪声提高和速度的关系是40logV 卡车胎的噪声提高和速度的关系在30logV 和4logV 之间2019/3/2,39,噪声影响因素的频率范围,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。