噪声与轮胎设计参数20121214

李勇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 harshness2012/12/15 2轮胎噪声分类产 生机理 由振 动 而 产 生（ structure-borne）冲 击 机制 花 纹块 撞 击 路面路面粗糙度行 驶 中的 变 形粘附机制 Stick-slipStick-snap由空气运 动产 生（airborne） 空气位移机制空气 扰动气 泵管腔共振亥姆霍 兹 共振放大机理 喇叭效 应声学阻抗效 应机械阻抗效 应轮 胎共振 带 束共振空腔共振 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。2012/12/15 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。2012/12/15 4冲击机制Stick-slip mechanismStick-snap mechanism黏附机制2012/12/15 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)2012/12/15 6Stick-slip mechanism 轮胎转动方向？2012/12/15 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）。2012/12/15 8Stick-snap mechanism2012/12/15 9空气噪声机制空气噪声Air pumpingHelmholtzresonance 空气 扰动Pipe resonance2012/12/15 10空气噪声机制空气噪声Air pumpingHelmholtzresonance 空气 扰动Pipe resonance 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 1-10kHz。2012/12/15 11Air 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。2012/12/15 12Pipe 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）。2012/12/15 14Helmholtz 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。2012/12/15 15Horn 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 tan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。2012/12/15 282012/12/15 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