噪声与轮胎参数的关系

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。
• 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。
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。
• 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，轮胎外部讲了0.8分贝。P113 • 51. 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。
噪声与轮胎参数的关系
清华大学 李勇博士 Email：hexidian@163.com
噪声的产生机理
噪声的产生机理包括结构噪声和空气噪声： 结构噪声包括冲击（胎面冲击、路面冲击和 滚动下沉）、粘附（stick/slip和stick/snap）和 airborne（air turbulence, air pumping, pipe resonance 和Helmholz resonance）；以及相关 的放大机理：horn effect， acoustical impedance effect， mechanical impedance effect 和 tire resonance。
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。
亥姆霍兹谐振器或亥姆霍兹振荡器是一种气体的容器，以 开放的孔（或颈部或端口）（通常是空气）。 A Helmholtz resonator or Helmholtz oscillator is a container of gas (usually air) with an open hole (or neck or port). 开洞的体积和附近的 空气振动，因为车内空气的“弹力”。 A volume of air in and near the open hole vibrates because of the 'springiness' of the air inside. 一个常见的例子是一个空瓶子 ：，里面的 空气振动，当你吹在顶部，在左侧如下图所示。 A common example is an empty bottle : the air inside vibrates when you blow across the top, as shown in the diagram at left. （这是一个有趣的实验，因为出奇的低而响亮的声音，结 果，。） (It's a fun experiment, because of the surprisingly low and loud sound that results.)
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。P121 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。
• 67. Horn产生的放大效应可达20db。P122 • 68. Horn效应与接触边的距离越近越大，并 在2000-3000Hz达到最大。P122 • 69. 胎面越宽，horn效应越大。
• 在中低频率200-1000Hz，主要是从接地区的leading edge 发出。在1000-1250Hz是接地区的拖边。更高频率时， 就不一致了，有时在主动边，有时在拖边。 • 83. 低频声音占了印痕中心的主要部分，在高频区印痕 的主边和拖边占主要。从主边到印痕中心的区域是主要 的发声源，有可能加上胎侧的贡献。这主要是因为在 1000Hz（带束层共振区）左右，声音主要沿着轮胎传播， 高于1000Hz时，主要在印痕区的主边和拖边，气泵效应 和空气共振其主要作用。 • 84. Nissan研究表明主边和拖边的频率在800-1600Hz。 轮胎上半部的频率在400-600Hz，并通过轮罩共振得到 加强。胎侧的贡献在高于700Hz时迅速降低。胎侧和轮 罩的声音对A权影响不大。
噪声与轮胎宽度的关系
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.P214 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 .
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和Passingby条件下是600-2000Hz • 普通路面的跨度wavelength为16-20mm，在70Km/h时的激励频率 为800-1000Hz；在90Km/h为1000-1250Hz。它的峰值并不明显，但是 放大了共振，对带束层共振输入了一个更大的激励。 •
• 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）。
三种噪声测量方式
• • • • 1. 2. 3. 4. Coast-by 关闭发动机滑行 Cruise-by 不关发动机，匀速 Dirve –by 不关发动机，踩下油门，加速 Pass-by 总称，包含以上三种情况
空腔噪声
• 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。
• 64. 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。气功 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 • •
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
Байду номын сангаас
• 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。
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0.510mm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