道路轮胎噪声研究的现状与展望

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1、第16届中国轮胎技术研讨会论文集道路／轮胎噪声研究的现状与展望陈理君1，孙波波1，肖旺新2，陈弘3，朱振华3(1．武汉理工大学。湖北武汉43007012．交通运输部公路科学研究所，北京100088；3．杭州中策橡胶有限公司，浙江杭州310008)摘要：阐述当前国内道路／轮胎噪声研究的现状．包括微机仿真分析、优化技术以及室内轮胎噪声测试和寻优技术。指出轮胎低噪声优化通过改变轮胎花纹节距大小和比例、排列组合来降噪是有限的；轮胎噪声室内测试得到的谱线和总声压级存在精度问题；从室内测试轮胎噪声谱中提取轮

2、胎花纹噪声和非轮胎花纹噪声·全参数优化可以大幅度降低噪声；阐明半／全消声室用于测试轮胎的优缺点及如何选择l提倡建立多功能消声室．关键词：道路／轮胎噪声}主客观评价；现状；展望l道路／轮胎噪声研究现状1．I轮胎噪声分析优化轮胎噪声的分析及优化，可以从试验研究分析比较入手，寻求低噪声轮胎设计方案和方法；也可以通过实际测试比较建立模型，编制相应的仿真软件，通过微机仿真分析寻优。这两种方法都在一定程度上对低噪声轮胎研制起了积极作用。哈尔滨工业大学在轮胎噪声发声机理研究中建立了便于分析的物理数学模型[1]

3、，并对轮胎噪声进行量化描述，将轮胎噪声特性与其实际设计参数联系起来，认为轮胎噪声机理可以分为空气的机械泵吸机理、轮胎震动机理和空气动力学效应。轮胎噪声主要发声部位均集中在接地区域的前、后边缘，且二者强度非常相近。在轮胎噪声的量化模拟上，提出了定量设计理论。(1)量化模拟能够深化对噪声机理及各参数对轮胎噪声特性影响的理解，找出控制或影响轮胎噪声乃至整体性能的关键因素。(2)量化模拟过程为评价不同胎面设计的轮胎噪声水平提供了高度经济而又迅速的方法。(3)量化模拟是实现量化设计的必要前提，把轮胎设计参

4、数、材料特性与轮胎性能关系定量地联系起来。在设计阶段就可确定轮胎的噪声特性。通过调整设计参数，使噪声在所要求的水平内，达到轮胎的最佳化设计。研究中给出：(1)运行参数。车辆速度或轮胎滚动速度对轮胎噪声有着极大的影响，可用下列关系式表示：LP—f-+-mlgv式中，L，为记录的汽车滑行噪声声压级，"为车辆通过速度，c和优为常数，视胎面花纹而定。(2)轮胎结构与胎面花纹。各种类型的花纹产生空气泵吸噪声的大小按横沟花纹、砌块花纹、混合花纹、纵沟花纹、光滑胎面的顺序依次递减。同种类型花纹，增大花纹沟长度

5、和宽度可增大沟容积，噪声将大大增加。(3)环境因素。不同路面上占主导地位的噪声机理不同。车辆从光滑路面运行到粗糙路面时，由于胎面与路面之间的撞击振动，低频噪声成分增加，高频成分减少。粗糙路面上往往导致更高的噪声，从干燥路面到湿路面上运行时，轮胎噪声明显增大。上海同济大学深入研究轮胎噪声产生机理心矗]，认为轮胎与路面相互作用的噪声是车辆主要噪声源之一，包括以下3种【lq]：(1)胎面花纹噪声。试验表明，胎面花纹噪声的频率在800～5000Hz较宽范围内变化心]。(2)弹性振动噪声。轮胎的弹性振动噪

6、声包括胎面和胎侧的振动噪声、胎面撞击路面发生的振动噪声以及胎面相对于路面滑动所发生的强制振动噪声等。此外，道路表面的凹凸不平和轮胎的均匀性不良等也会引起胎面和胎侧的弹性振动噪声。(3)空气乱流噪声。由于轮胎滚动，在轮胎周陈理君等．道路／轮胎噪声研究的现状与展望645围产生空气乱流，引起声压变化而诱发噪声。提出轮胎噪声影响因素如下[4’5]：(1)轮胎接地区域及沟槽形状。轮胎接地区域可划分为前区、中区和后区。轮胎花纹噪声从小到大排列顺序为光面轮胎、斜槽花纹轮胎、V形花纹轮胎、横向花纹轮胎。(2)单

7、沟槽深度。随着轮胎沟槽深度的增大，轮胎花纹噪声急剧增加。(3)横向沟槽数量。随着沟槽数量的增加，轮胎噪声在原有噪声频谱峰值对应的频率上进行叠加，总体噪声增大。(4)横向沟槽形式。花纹沟端部开放使其沟槽的气柱共鸣减弱，且出现明显的共振谐波；封闭式沟槽的气柱共鸣和泵浦效应都较大，使得横向封闭式沟槽噪声大于开放式沟槽。(5)沟槽方向。对于有方向性的V形花纹轮胎。调换沟槽方向后轮胎的噪声有很大变化。(6)轮胎模态。随着轮胎噪声的增大，轮胎低阶模态振动幅值变化不大，高阶模态振幅增大。因此，改变胎体刚度可以

8、降低轮胎的低频噪声。(7)行驶速度。一般来说，噪声与行驶速度成正比。(8)胎面花纹变形。轮胎切向力改变了轮胎的接地印痕和压力分布，不同部位沟槽的变化各不相同，而且沟槽体积的变化量在不同接地部位处变化很大。(9)轮胎花纹结构。通过对轮胎胎面花纹结构，包括花纹块排列顺序的合理改进。可以大大降低轮胎噪声。武汉理工大学经过多年研究，发现花纹块撞击地面发出带刺的上大下小的N形波，上下面积接近[3．5]，发现了轮胎随机沙声发声机理和胎痕前后沿偶极子发声效应[6]，总结出“节距比”取无理数比为低噪声轮胎理想设