轮胎的气泵噪声研究

　　引　言

　　随着汽车流量和密度逐年增加,汽车噪声成为城市噪声污染的主要污染源。汽车经过近百年的发展,汽车结构振动产生的噪声已经被汽车制造工程界得到极大的控制。相比之下,汽车轮胎的噪声已在汽车噪声中占有很大的比例。目前看来,要降低汽车噪声污染,必须降低汽车轮胎的噪声。根据轮胎有关的噪声源和实测分析,轮胎的噪声主要是花纹的气泵噪声(Air pumping)[1]和花纹块撞击路面噪声(Squelch)。目前,尽管我国生产厂家在降低轮胎噪声方面作了一些工作,但往往只停留在实验所得到的经验分析上,而缺乏对轮胎噪声机理的深层次理解和研究。

　　近年来,声压测试技术在数字测量方面取得了较大进展,但仍然必须大量的测量才能找到有效控制轮胎噪声的途径[2]。因此,需要轮胎噪声的预报模型来取代既费时又耗力的实验测试。有了预报模型,轮胎设计师们就可以用轮胎的设计参数如轮胎断面的形状与尺寸、轮胎材料性能、材料阻尼和结构参数等预报出所设计轮胎噪声的分布和大小,从而对轮胎进行优化设计,轮胎噪声的预报将成为轮胎的计算机辅助工程设计技术的一个组成部分。本文结合声学的基本理论,对轮胎的气泵噪声进行研究并提出预报公式。

　　1　声学的基本理论[3]

　　声源实际上是很复杂的,为了能够得到声场的解析解,在一定条件下把复杂声源用一个或多个基本声源来表示。声辐射的基本性质取决于级数,也取决于声源与声波波长比值的大小。根据轮胎结构及其产生噪声的性质,可以将其每一个花纹所产生的花纹噪声简化为单极子源。因此在这里只介绍单极子源的基本理论。

　　如有k个声源,在某点产生噪声声压级分别为L1,L2,…,Lk则可以得到这点的总声压级Lsum:

　　假设媒质是均匀的和静止的,媒质中没有反射面,非粘性,无热传导效应。限定在这种媒质中的声源区,该源区每单位时间单位体积喷射的体积输入为q或质量输入为ρ0q,其中ρ0是周围流体的密度。如果源区的尺寸和声波波长相比很小,则源区中每个单元的滞后时间将大致相同。因此,没有来自声源单元之间的干涉。根据质量守恒定律、连续性方程和媒质的物态方程可以推导得到

　　式中L—源区和观察者之间的距离;Q—媒质输入流量。

　　2　气泵噪声

　　轮胎胎面花纹的气泵噪声是由于花纹间槽腔体中的气体在轮胎滚动时很短时间内被挤压或释放而伴随气压变化,从而产生声音。在这里,为了方便研究,作如下假设:

　　(1)花纹间槽腔体中的气体完全被挤出或吸入;