轮胎/路面噪声及其测量

　　1　引　言

　　许多民意调查表明,城市中的道路交通噪声是困扰人们生活的主要环境污染源之一,在各种交通噪声中,汽车噪声问题最为显著。轮胎/路面噪声是汽车噪声的三大噪声源之一,尤其是对中速行驶的轿车(65km/h-100km/h),轮胎/路面噪声的贡献最大。随着各国环境保护立法机构对车辆辐射噪声的规定日趋严格,轮胎/路面噪声的降低在近20年里越来越受到汽车制造商及轮胎生产厂家的重视,投入大量人力物力,采用了各种先进的测试手段进行探索研究,如激光—多普勒振动测量仪及多种相关分析等,以寻求降低轮胎噪声的途径。

　　尽管有一些文献报道利用各种模型和计算方法进行轮胎/路面噪声的预测,但由于其机理的复杂性,目前还难以对轮胎/路面噪声进行准确的定量估计,实测是研究轮胎噪声特性的重要手段。

　　2　轮胎/路面噪声的形成机理

　　2.1　产生机理

　　一般认为,轮胎/路面噪声的产生主要有以下几个途径:

　　(1)轮胎振动

　　当运动的轮胎与路面接触时,一方面外胎结构的不均匀性及路面的粗糙性引起轮胎振动;另一方面,轮胎和路面的接触区产生切向力,部分切向力导致轮胎在路面上的滑移。引起轮胎外胎形变的摩擦粘滞力以及外胎的滑移导致轮胎表面的振动,从而产生可听声。轮胎振动主要包括外胎面和轮胎侧壁的振动,这两部分区域振动的幅度、频率及产生原因并不一样,由此辐射的噪声也不同。图1(a)为某轮胎在200kPa的轮胎气压下的振动实验结果[1],激振源位于外胎中心。在500Hz-800Hz频率范围内,轮胎侧壁的振动比外胎面稍强,而在800Hz以上的频率范围内,外胎面的振动远强于侧壁的振动。而且在轮胎和路面接触区的前、后缘外胎面中心部位产生“目状”振动区,如图1(b)所示。轮胎外胎面和轮胎侧壁见图2。

　　研究表明[1、2],轮胎振动,尤其是外胎面的振动是产生轮胎/路面噪声最重要的原因。

　　(2)空气泵噪声

　　轮胎在路面行驶时,在轮胎/路面接触区的前缘空气突然被压出外胎花纹沟槽,在后缘突然被吸入沟槽,形成单极子声源。空气泵噪声与接触区前、后缘瞬态空气体积流紧密相关,因此不同深度的沟槽、不同外胎面材料的劲度以及不同的外胎花纹图案对空气泵噪声有一定的影响。

　　(3)空气动力性噪声

　　当轮胎滚动向前时,轮胎周围的气流受扰,在轮胎后部和路面之间产生涡流,引起空气压力的变化,从而产生空气动力噪声,如图2所示。与第(1)、第(2)种机理相比较,空气动力性噪声对轮胎/路面噪声的贡献微弱[3]。轮胎噪声通过耦合作用是指空气泵噪声,即空气在接触区的挤压和吸入受轮胎振动的调制,使轮胎噪声的辐射效率将大大提高。不过,从目前文献资料来看,耦合作用还未从实验中得到明确验证。