轮胎噪声产生机理及降噪技术的发展

轮胎噪声产生机理及降噪技术的发展摘要：随着车辆的普及，驾乘人员对汽车的舒适性提出了更高的要求，针对轮 胎噪声的相关法律法规也相继出台，为满足市场需求，研究轮胎的噪声产生机理， 开发新的降噪技术，开发静音绿色环保轮胎是企业面临的一项紧迫任务。本文对 轮胎噪声产生机理及轮胎噪声室内测试的影响因素进行分析，同时对目前行业在 降噪技术方面的发展情况进行了介绍，以供参考。关键词：轮胎噪声；室内测试；影响研究引言轮胎噪音是汽车噪音不可或缺的组成部分，是汽车噪音的主要原因之一，特 别是当汽车以50km/h以上的速度行驶时，轮胎噪音变得非常明显。目前世界各 国相继通过了关于轮胎噪音限值的相关法律，如欧盟2012年推出的轮胎标签法， 要求对轮胎噪声进行分级，并在标签上注明，以便消费者了解轮胎噪声的大小。 这些法律对轮胎噪音提出了更加苛刻的要求，迫使轮胎制造企业投入更多的资源 研究降低轮胎噪声的技术。1轮胎噪声产生机理分析轮胎的主要功能除了承载、提供驱动和制动力和提供转向力，另外一个最主 要的功能就是吸收粗糙路面的振动，起到缓冲作用，但同时轮胎也是振动和噪声 的产生源之一。轮胎噪声的产生机理非常复杂，根据噪声的传播方式，通常分为 空气传播噪声和结构传播噪声。车辆在道路上行驶时，轮胎受粗糙道路的激发， 通过车架和车身向车内传导的噪音称为结构传播噪声，直接通过空气传导至车内 的噪音称为空气传播噪声。按主观评价方法，轮胎噪声通常分为花纹噪声、路面 噪声、空腔共鸣噪声及其他反常噪声。根据发生机理可分为花纹泵浦噪声、空气 柱共鸣噪声、空气紊流噪声、空腔共鸣噪声以及与振动相关的胎面拍击噪声、花 纹块粘滑振动噪声和粘吸振动噪声等。花纹噪声产生机理：当轮胎在路面上滚动时，轮胎胎面花纹与路面接触，花 纹沟里的空气被挤压排出，同时，当轮胎花纹块接触路面的封闭洞穴时，空气也 会被挤压出洞穴。接着当轮胎花纹块离开接触面时，空气又会迅速填充回轮胎的 花纹沟和路面的洞穴之中。这种空气往返的运动使得这种泵气过程不断的重复， 就形成了中高频的花纹噪声，其频率一般高于300Hz。路面噪声产生机理：路面噪声跟路面的种类有很大关系，不同路面上行驶会 产生不同的噪声。常见的路面有光滑沥青路、粗糙沥青路和有裂纹的坏路、刻槽 水泥路。光滑沥青路广泛分布在城市公路和高速公路中，行驶在这种路面上听到 最多的就是"沙沙声”，其主要是由于轮胎与路面接触摩擦而产生，这种噪声一般 在匀速行驶的时候比较明显。粗糙沥青路和有裂纹的坏路在城市和乡村目前还普 遍存在，车辆在这种路面上行驶时，会听到一种恼人的低频的噪声，听上去就像 是打鼓一样，粗糙路对轮胎和车身的激励大，所以噪声也会尤其明显。刻槽水泥 路在城市中也普遍存在，在这种路面行驶时，轮胎挤压路面沟槽里的空气，会产 生一种哨音，离开这种路面，声音自动消失。轮胎噪声的大小与轮胎花纹设计、路面特性、车速以及车身频率有关，其产 生机理非常复杂，迫使轮胎制造企业和汽车厂都投入了很多资源来研究降噪的方 法。2轮胎噪声测试环境和测试方法轮胎噪声的主要测试方法有滑行法、室外拖车法和室内转鼓法。滑行法最接 近轮胎的实际行驶情况，车辆通常在轮胎噪声的路面试验场经过规定的试验路线 来测试通过噪声，但是用不同车型测试的轮胎噪声结果存在较大差异，不具有对 比性。与滑行法相比，室外拖车法可以有效地排除测试车辆对轮胎噪声的影响， 但是该方法需要进行至少两倍的重复测试，测试量较大。室内转鼓法是单条轮胎 的台架试验方法，可以模拟室外道路环境，不但能够减小环境因素的影响，增大 可重复性，也可缩短测试时间，降低测试量，排除发动机、变速箱、排气管等产 生的整车噪声影响。3轮胎噪声室内测试的影响因素3.1背景噪声背景噪声包括实验室的本底噪声和由各种设备运行发出的设备噪声。按照 GB/T6882-2016规定，背景噪声应比被测声源工作时的声压级至少低10dB（A）。 经实测，半消音室内的本底噪声约为20dB（A）；当设备全开、转鼓试验机速度 达到100kmh-1时，半消音室中心位置的噪声约为54dB（A），由于目前国内外 轮胎噪声室内测试结果一般在70dB（A）以上，半消音室环境完全能够满足轮胎 噪声测试对背景噪声的要求，在没有更佳方案的情况下，暂不考虑背景噪声的影 响。3.2传感器角度轮胎的声压水平因测试地点而异，相差高达12dB（A），轮胎正面显示最高声压 水平，轮胎中心轴方向和轮胎背面方向显示最低声压水平。此趋势不会随测试速 度变化，传感器测量轮胎正面（传感器角度0°）和轮胎正后方（传感器角度180°）的噪 声水平与轮胎噪声测试的速度密切相关。当试验速度低于70km/h时，轮胎正面 的噪音比轮胎背面的噪音更大；当试验速度大于70km/h时，空气动力学起着重 要作用，轮胎正面的噪音略高于轮胎背面的噪音。传感器的不同位置测量轮胎的 不同噪音，但在轮胎前后测量的声带有一个共同的趋势，即当传感器随着轮胎中 心距离和地板高度的增加而轮胎噪音减少。4轮胎降噪技术的发展近年来，随着发动机技术的不断进步，由汽车发动机所引发的噪声不断得到 降低，且随着新能源汽车的飞速发展，低噪声的电机逐步代替了发动机，轮胎噪 声逐步成为车辆噪声的主要来源。如何有效降低轮胎噪声成为了近年来的研究热 点。有关研究十分丰富，包括优化轮胎的花纹、结构、配方设计，在轮辋表面或 者轮胎内面添加吸声材料，在车辆的簧下机构上安装与轮胎空腔模态相匹配的动 力吸振器等一些降噪方法。4.1轮胎花纹设计及节距排列优化降噪目前国内领先的轮胎制造企业对于花纹设计降噪的研究有了明显的进步，仿 真分析和花纹雕刻在花纹设计阶段得到了充分的应用，相关企业也与国内高校开 展合作项目，不断研究提升花纹设计的仿真分析能力，优化花纹节距的排列。相 关企业新推出的主打产品都较上一代产品有更好的噪声水平。但是国内的研究与 国际一流企业相比，还有较大差距，相关研究还不够深入系统。4.2添加吸声材料降噪向轮胎内部加入合适的吸声材料，可显著降低车辆驾驶室内部的噪声，还可 以对轮胎外部辐射噪声有一定程度的降噪效果。但目前研究还不够深入和系统， 吸声材料对轮胎噪声的降噪效果尚未得到统一、明确的规律，不同吸声材料降噪 的机理也不够明确。另外，关于不同吸声材料对车辆驾驶室内部噪声和轮胎外部 辐射噪声的合并降噪效果，尚未获取足够的数据以建立相应的数据库用于未来材 料的选用参考。在轮胎内壁上粘附吸声材料，可以有效降低轮胎的空腔噪声，可 以使驾驶室内的噪声降低约9dB，同时降低外部噪声约1dB，实验结果表明，其 降噪效果良好。研究发现，采用非连续的方式来布置吸声材料，也可以取得较好 的降噪效果。结束语随着城市化进程的逐步加快，城市规模不断扩大，城市交通工具数量越来越 多，速度越来越快，交通噪声已成为现代城市环境中最主要噪声来源。高强度的 噪声不仅使人增加生理负担和能量消耗，而且使人神经紧张、心情烦躁、注意力 不易集中、容易疲劳，影响其工作效率，严重阻碍了国民经济建设，并给人们的 身心健康造成巨大的伤害。随着新能源汽车的飞速发展，汽车发动机逐步被低噪 声的电机替代，轮胎噪声在车辆噪声中的比重提高，人们对轮胎噪声的抱怨也越 来越多，如何进一步降低轮胎噪声已成为一个亟待解决的问题。参考文献1 杨洪校.驾驶环境下低信噪比语音增强算法研究D.交通大学,2017.2 鲁媛,金鹏,王玉雷，廖毅.车内噪声品质的时域传递路径分析J.汽车工程,2019,41(12):1435-1441.3 胡胜龙，左曙光,娄豫皖.基于传递路径改进的车用电池包减振降噪J.振动.测 试与诊断,2019,39(06):1348-1354+1369.刘楚梁.汽车主动噪声控制方法研究D.湘潭大学,2018.5陈德，韩森，苏谦，韩霄.基于抗滑降噪性能的沥青路面表面构造评价指标叮浙 江大学学报(工学版),2017,51(05):896-903.