轮胎花纹噪声仿真与实测分析

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m n
( 2) 由矩阵 A 分离出花纹块矩阵 B 和花纹槽 矩阵 S。设胎面 ( 限 在接地印 痕宽度 Z 内 ) 由 x ( 此软件 x 取 40) 条花纹组成, 每条花纹的宽度之 和即为 Z , 则花纹块矩阵 B= A 设 Bl ( l = 1, 2, , x ) 表示大小为 h l n 的花 纹块子矩阵 , 其中 h l ( l = 1, 2, , x ) 为每条花纹所
- 1 - 1
表 1 轮胎噪声 A 计权总声压级和 A 声压 级指数模拟结果
轮胎 规格 A 规格 B 规格 70 km A 计权总 声压级 66. 78 72. 14 h
- 1
dB
140 km A 计权总 声压级 79. 64 84. 92 h
- 1
A 声压级指数 61. 62 66. 95
80 k m A 计权总 声压级 68. 83 74. 14
h
- 1
A 声压级指数 63. 90 69. 12
110 km A 计权总 声压级 74. 33 79. 61
h
- 1
A 声压级指数 70. 06 75. 21
A 声压级指数 75. 42 80. 54
表2
轮胎规格 A 规格 B 规格
轮胎噪声 A 计权总声压级实测结果
速度 / ( km 70 87. 3 87. 2 80 89. 3 89. 5 h- 1 ) 110 92. 7 93. 9 140 97. 7 98. 4
dB
表3
80 km
项 目
h- 1 速度下 3 个规格轮胎噪声对比 dB
规格甲 60. 30 53. 82 89. 0 规格乙 60. 81 54. 43 90. 7 规格丙 62. 63 56. 76 92. 5
模拟 A 计权总声压级 模拟 A 声压级指数 实测 A 计权声压级
436Baidu Nhomakorabea参考文献:
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轮胎花纹噪声仿真与实测分析
朱振华1 , 何豪明1 , 房新法1 , 陈
( 1. 杭州中策橡胶有限公司 , 浙江 杭州
弘1 , 车
勇2
310008; 2. 武汉理工大学 , 湖北 武汉 430070)
摘要 : 采用武汉理工大学开发的 TPN 轮胎花纹噪声仿真系统对不同规格轮胎 花纹噪声进行仿 真分析 , 并与实测 数据进行对比。结果表明 : 由于实测噪声包括非花纹噪声 , 轮胎噪声 实测 1/ 3 倍频程 直方图与仿真 图有一定差异 ; 实 测与模拟轮胎噪声 A 计权声压级变化趋势基本一致。 关键词 : 轮胎 ; 花纹噪声 ; 仿真 ; 频谱 ; 声压级 中图分类号 : T Q 336. 1; T B533+ . 3 文献标志码 : B 文章编号 : 1006 8171( 2011) 07 0432 05
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在不同速度下该规格光面轮胎的实测 1/ 3 倍 频程直方图如图 3 所示。图 3 与图 2 对比可见 , 与实测有花纹轮胎的直方图相比 , 光面轮胎的噪 声是次要的。实测花纹噪声在低中频段与仿真直
方图接近, 而在中高频段稍大, 低中高频段划分要 用模糊数学来处理。因此, 用轮胎花纹仿真噪声 一般 可近似 替代实 测噪声 , 但 要仿真 与实测 一 致或深入研究分析轮胎噪声 , 必须要考虑光面轮
第7期
朱振华等 . 轮胎花纹噪声仿真与实测分析
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胎噪声。 2. 2 A 计权声压级软件计算结果与实测结果对比 对两个相似规格 A 和 B 轮胎进行软件模拟 及实测 , 模拟和实测结果分别如表 1 和 2 所示。 由表 1 和 2 可见 , 除了实测 70 km h 以外 , 其 他速度两者噪声大小趋势一致。软件分析结果在 不同速度下规格 A 轮胎噪声都小于规格 B 轮胎 ; 但实际测量中, 在 70 km h- 1 时规格 B 轮胎噪声 略小, 其他速度 下所测 结果均为 规格 A 轮胎 更 好。可见该软件在不同速度下、 不同规格轮胎噪 声分析结果大小趋势一致, 而不同速度下实际测 量噪声大小趋势有可能发生改变。 取 3 个规格轮胎在 80 km h 速度下进行 噪声模拟分析和实测, 结果见表 3 。由表 3 可见 , 模拟结果与实测结果变化趋势一致。 3 结语 T PN 轮胎花纹噪声仿真分析软件 不仅成本 低 , 可缩短开发周期, 而且对硬件要求低 , 运行速 度快, 操作简单, 易学易用 , 对轮胎设计者来说是 一个非常实用的工具。该软件只针对花纹噪声进 行分析 , 对于某些复杂花纹分析结果还存在偏差 , 尚需改善。在轮胎噪声实测中 , 影响轮胎噪声的 主要因素还有胎面、 胎侧和胎体的振动以及轮胎 共振噪声和摩擦噪声等 , 因此, 将光面轮胎和花纹 轮胎噪声谱合成后再进行轮胎噪声分析, 不仅可 提高分析的真实度和精度 , 还使其更可信、 更直 观 , 这是该软件改进的基本思路和重要途径。
i
10
0. 1( L pi
i
)
式中, L pi 为第 i 个频程的声压级;
i
为相应的 A 计
权网络的衰减值, 简称 A 修正。A 声压级指数计 算公式在形式和含义上与 A 计权总声压级一致, 但是频段的划分不同, 因此得到的计算值不同。 T PN 轮胎噪声仿真软件可对噪声 A 计权总 声压级和 A 声压级指数进行分析, 绘出频率从 0~ 5 kH z 的 A 计权频谱图和 1/ 3 倍频程直方图, 并 可根据美国的噪声 M 标准线进行平滑滤波 , 绘出 可与之进行对比的谱图。 轮胎花纹低噪声性的评判标准有很多种 , 我 们主要采用 M 标准线进行评判 , 它是美国某研究 中心提出的低噪声性能指标频谱曲线 [ 8] 。其评判 方法是将轮胎花纹待测方案人工刻成花纹轮胎样 品 , 运用仿真方法进行噪声测试, 得到 0~ 5 kH z 范围内的噪声频谱曲线。如果测得的合成谱曲线 在 M 标准线以下 , 则轮胎的噪声性能指标视为合 格 , 否则为不合格。 图 1 所示为某规格轮胎应用 T PN 轮胎噪声 仿真软件得到的不同速度下花纹噪声频谱曲线与 M 标准线的对比。由图 1 可见 , 在高速情况下 , 轮胎花纹噪声大大超过了 M 标准线。 2 TPN 轮胎噪声仿真软件仿真结果与实测结果
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430070, C hina)
Abstract: T he t read pat terns no ise of dif f erent t ire w er e simulat ed w it h T PN tire tr ead pat t er n noise simulatio n sy st em developed by Wuhan Universit y of T echnolo gy, and the simulatio n result s w ere co mpared w ith testing dat a. Since t he measured no ise included non patt ern noise, the 1/ 3 oct av e band hist og ram o f measured noise had some dif ference wit h t he sim ulat ed result . H ow ever, the mea sured A w eig ht ed sound pressur e levels of t ire no ise w er e basically in the sam e t rend w it h t he sim ula t ed r esult s. Key words: t ire; t read pat t erns noise; simulat ion; f requency spect rum; sound pressure level
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[ 5] 李福军 , 吴桂忠 . 轮胎花纹沟的发 声模拟计算 [ J] . 轮 胎工业 , 2006, 26( 4) : 203 207. [ 6] 杨克琪 . 特种轮胎花纹 仿真分析 与优化的 研究 [ D ] . 武汉 : 武 汉理工大学 , 2009. [ 7] 董 芹 , 杨光大 , 陈理 君 . 轿 车轮胎 花纹噪 声微机 仿真 及评 价 ( T PN S A ) 软 件 包 介 绍 [ J ] . 轮 胎 工 业 , 19 97 , 17 ( 9 ) : 5 27 5 30 . [ 8] 陈理君 , 钟克洪 , 李 海涛 , 等 . 轮胎 花纹噪 声仿真 与优化 系统 软件设计 [ J ] . 轮胎工业 , 2000, 20( 4) : 199 203. 第 16 届中国轮胎技术研讨会论文
Simulation and Measurement of Tire Tread Pattern Noise
ZH U Zhen hua , H E H ao ming , FA N G X i n f a , CH EN H ong , CH E Yong
( 1. H angzhou Zhongce R ubber Co. , Lt d. , H angzhou 310008, Chin a; 2. W uhan U nivers ity of T echnology, Wu han
轮胎噪声是轮胎最重要的性能指标之一 , 随 着人们环保意识的日益增强 , 轮胎噪声控制的重 要性也日渐突出。同时, 随着计算机技术的飞速 发展, 数值计算和仿真技术越来越受到关注 , 已广 泛应用于轮胎噪声分析中。目前国内外应用于轮 胎噪 声 分 析 的 软 件 主 要 有 T PN/ ODS, MSC. M arc, Abaqus/ Sysnoise [ 1 4] 以及自建数学模型进 行计算机模拟分析 [ 5] 。 本工作采用武汉理工大学开发的 T P N 轮胎 花纹噪声仿真系统对多个规格轮胎花纹噪声进行 分析, 并对仿真结果的准确性进行验证。 1 TPN 轮胎花纹噪声仿真系统原理 1 1 轮胎花纹噪声数学模型 在轮胎花纹噪声发声机理分析的基础上 , 建 立了一种适于计算机仿真分析的轮胎花纹噪声物 理试验模型[ 6] 。 ( 1) 将胎面( 限制在接地印痕宽度 Z 内 ) 的几 何图形换成 m n 的二进制胎 面矩阵 A, m 表示 绕轮胎圆周的纵向行数 , n 表示胎面的横向列数。 a ij 代表第 i 行、 第 j 列的元素: 1 花纹块元素( 黑) a ij = 0 花纹槽元素( 白) a 11 a 12 a1 n 则 A= am 1 a m2 a mn
对比 2. 1 1/ 3 倍频程直方图对比 对某规格轮胎分别在不同速度下进行仿真分 析 , 并且进行实测 , 所得仿真与实测 1/ 3 倍频程直 方图对比如图 2 所示。由图 2 可见 , 1/ 3 倍频程 仿真直方图与实测直方图有一定的差异。这是由 于该软件模拟的是花纹噪声 , 而实测结果包括轮 胎花纹噪声和非花纹噪声, 因此可以近似用光面 轮胎噪声与花纹噪声合成来描述。
占的宽度。 花纹槽矩阵 S 可表示为矩阵 A 的补阵 : S= A 设 Sl ( l = 1, 2, 纹槽子矩阵。 ( 3) 由于沿胎面周向的纵向沟槽基本上不产 生噪声 , 因此可将 Sl 中的全 1 行变为全 0 , 对 块作相同处理。采用相邻块分离函数和花纹块发 声准正弦波函数对 Bl 各条花纹依次进行处理, 将 x 条花纹块时域波叠加合成, 可得花纹块发声时 域波。 同理, 可得 x 条花纹槽的时域合成波。 ( 4) 花纹块和花纹槽噪声计权合成, 得到胎面 花纹噪声时域波。 ( 5) 对时域波在一定的采样周期和一定的采 样点数下进行离散采样, 在理论上可通过离散傅 里叶变换, 得到花纹噪声频谱, 实际是通过快速傅 里叶变换软件直接得到相关谱图。 ( 6) 考虑气柱共鸣噪声、 随机沙声、 轮胎后沿 噪声以及指向性特性。 , x ) 表示大小为 h l n 的花
作者简介 : 朱振华 ( 1983 噪声研究工作。
) , 男 , 浙江义 乌人 , 杭州中策 橡胶
有限公司工程师 , 硕士, 从事子 午线轮胎 结构有限 元分析和 轮胎
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1. 2 轮胎花纹噪声评价 轮胎花纹噪声评价 分为主观评 价和客观 评 价。A 计权总声压级是客观评价最主要的参数之 一 , 它反映了噪声的客观特性, 也兼顾了人的心理 和生理等主观因素, 是目前广泛采用的噪声评价 指标。 1/ 3 倍频程 A 计权总声压级 ( L A ) 计算公 式如下[ 7] : L A = 10lg