噪声与轮胎设计参数20191214

使用尽可能多的节距长度
使频谱图变得更光滑
节距个数多要比少更好
减少了花纹块的大小，进而减少了撞击
相同的幅值情况下，花纹节距排列的傅立叶分 对平滑频谱图有帮助 析应该避免一次谐波，并包含二次、三次谐波
图12 ：随机间距序列的效果[ 19 ，修改图10.29 ]
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
噪声与路面的关系
的密封花纹沟尽量最小化。
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• 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。
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.
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)
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• 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。
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Horn effect
• 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。
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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
Helmholtz Resonance
• 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)
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
李勇 15020192616 hexidian163
NVH：Noise，vribtation and harshness
轮胎噪声分类
花纹块撞击路面
由振动而产生 （structure-borne）
冲击机制
路面粗糙度 行驶中的变形
产生机理
粘附机制
• 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。
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。
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黏附机制
Stick-slip mechanism
Stick-snap mechanism 2020/6/20
黏附 机制
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Stick-slip mechanism
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。
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冲击机制
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。
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。
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。
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。
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Pipe resonance
• 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。
• 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。
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• 轮胎转动方向？nism
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。
空气 噪声
Helmholtz resonance
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空气扰动
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Air pumping
• 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
花纹块与噪声关系
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噪声与节距关系
花纹沟错开设计，避免花纹沟同时进入接地面 保证大的激励不会发生在轮胎的不连续位置，噪声接
和离开接地面
地面内的花纹沟面积是恒定的。
轮胎左右两侧的花纹排列应不同，也就是常说 进一步使节距随机化 的相位调整或平移
使用大的节距比例，但不要使用整数比例，如 对能量的分散有帮助，但整数比例容易引起共振 3/2、4/3等等
Stick-slip Stick-snap
空气扰动
由空气运动产生 （airborne）
空气位移机制
气泵 管腔共振
亥姆霍兹共振
喇叭效应
放大机理
声学阻抗效应 机械阻抗效应
轮胎共振
带束共振 空腔共振
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总体特征
• 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。
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• 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
• 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。
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• 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
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
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）。
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空气噪声机制
Air pumping
Pipe resonance
空气 噪声
Helmholtz resonance
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空气扰动
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空气噪声机制
Air pumping
Pipe resonance
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230280Hz，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。
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
• 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