基于模態(tài)分析的輪胎噪聲控制策略研究：理論、實踐與創(chuàng)新一、引言1.1研究背景與意義隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展以及人們生活水平的日益提高，對于汽車的性能要求也愈發(fā)嚴(yán)苛。作為汽車與地面接觸的唯一部件，輪胎的性能直接關(guān)乎車輛的行駛安全性、操控穩(wěn)定性以及駕乘舒適性。其中，輪胎的振動噪聲問題不僅對駕乘體驗產(chǎn)生負(fù)面影響，還會對環(huán)境造成噪聲污染，已然成為汽車行業(yè)以及相關(guān)領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。在駕乘體驗方面，輪胎振動噪聲會引發(fā)車內(nèi)的振動和噪聲，極大地干擾車內(nèi)人員的交談、休息和娛樂，嚴(yán)重降低了駕乘的舒適性。長時間處于噪聲環(huán)境中，駕乘人員容易產(chǎn)生疲勞、煩躁等負(fù)面情緒，進(jìn)而對行車安全構(gòu)成潛在威脅。有研究表明，當(dāng)車內(nèi)噪聲超過一定分貝時，駕駛員的反應(yīng)速度會明顯下降，注意力難以集中，增加了交通事故發(fā)生的風(fēng)險。從環(huán)境角度來看，道路交通噪聲是城市環(huán)境噪聲的主要來源之一，而輪胎噪聲在其中占據(jù)了相當(dāng)大的比重。隨著汽車保有量的持續(xù)增長，輪胎噪聲對環(huán)境的影響愈發(fā)顯著。過高的輪胎噪聲不僅會干擾周邊居民的正常生活和工作，還會對生態(tài)環(huán)境造成破壞，影響野生動物的生存和繁衍。例如，在一些靠近公路的居民區(qū)，居民長期受到輪胎噪聲的困擾，睡眠質(zhì)量下降，身心健康受到損害。輪胎振動模態(tài)分析作為研究輪胎振動特性的重要手段，能夠深入揭示輪胎在不同工況下的振動規(guī)律，獲取輪胎的固有頻率、振型等關(guān)鍵參數(shù)。這些參數(shù)對于理解輪胎振動噪聲的產(chǎn)生機(jī)理至關(guān)重要，為后續(xù)的噪聲控制提供了堅實的理論基礎(chǔ)。通過對輪胎振動模態(tài)的分析，可以明確輪胎在哪些頻率下容易發(fā)生共振，以及振動的傳播路徑和分布情況，從而有針對性地采取措施來降低振動和噪聲。噪聲控制研究則旨在通過各種技術(shù)手段和方法，有效降低輪胎振動噪聲的產(chǎn)生和傳播，實現(xiàn)汽車的低噪聲運(yùn)行。這不僅有助于提升汽車的品質(zhì)和市場競爭力，還能為環(huán)境保護(hù)做出積極貢獻(xiàn)。目前，常見的輪胎噪聲控制方法包括優(yōu)化輪胎結(jié)構(gòu)設(shè)計、選用新型材料、改進(jìn)制造工藝以及采用隔音降噪技術(shù)等。例如，通過優(yōu)化輪胎花紋設(shè)計，可以減少輪胎與地面接觸時產(chǎn)生的空氣擾動，從而降低噪聲；選用高阻尼材料制造輪胎，可以有效抑制輪胎的振動，減少噪聲的輻射。輪胎振動模態(tài)分析及噪聲控制研究具有重要的現(xiàn)實意義，它既滿足了人們對高品質(zhì)駕乘體驗的追求，又順應(yīng)了環(huán)保的發(fā)展趨勢。通過深入研究輪胎振動噪聲問題，不斷探索新的技術(shù)和方法，有望在提高汽車性能的同時，減少對環(huán)境的負(fù)面影響，實現(xiàn)汽車行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在輪胎振動模態(tài)分析方法的研究方面，國外起步相對較早。一些學(xué)者運(yùn)用有限元分析軟件，如ANSYS、ABAQUS等，對輪胎進(jìn)行建模與模態(tài)分析。通過建立精確的輪胎模型，考慮輪胎的材料特性、幾何形狀以及邊界條件等因素，能夠較為準(zhǔn)確地計算出輪胎的固有頻率和振型。例如，有研究利用ABAQUS軟件建立了三維輪胎有限元模型，對輪胎在不同充氣壓力和載荷條件下的模態(tài)特性進(jìn)行了分析，結(jié)果表明充氣壓力和載荷的變化會顯著影響輪胎的固有頻率和振型。在實驗研究方面，國外也開展了大量工作，采用激光測量技術(shù)、應(yīng)變片測量技術(shù)等先進(jìn)手段，對輪胎的振動特性進(jìn)行實驗測試，為理論分析和數(shù)值模擬提供了有力的驗證依據(jù)。國內(nèi)在輪胎振動模態(tài)分析方法的研究上，近年來也取得了顯著進(jìn)展。一方面，積極借鑒國外先進(jìn)的理論和技術(shù)，結(jié)合國內(nèi)輪胎產(chǎn)業(yè)的實際需求，開展了一系列針對性的研究。不少高校和科研機(jī)構(gòu)通過實驗與數(shù)值模擬相結(jié)合的方式，對輪胎模態(tài)分析方法進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。有研究團(tuán)隊通過實驗?zāi)B(tài)分析和有限元模態(tài)分析相結(jié)合的方法，對輪胎的模態(tài)參數(shù)進(jìn)行識別和分析，提高了模態(tài)分析的精度和可靠性。另一方面，國內(nèi)也在不斷加強(qiáng)自主研發(fā)能力，開發(fā)出一些具有自主知識產(chǎn)權(quán)的輪胎模態(tài)分析軟件和技術(shù)，為輪胎振動模態(tài)分析的工程應(yīng)用提供了更多的選擇。關(guān)于輪胎噪聲產(chǎn)生機(jī)理，國外研究較為深入。普遍認(rèn)為輪胎噪聲主要由空氣噪聲、振動噪聲以及路面噪聲等組成。空氣噪聲是由于輪胎與路面接觸時，空氣在輪胎花紋溝內(nèi)的壓縮和膨脹，以及輪胎周圍空氣的擾動所產(chǎn)生；振動噪聲則是由輪胎胎體和花紋的振動引起；路面噪聲則與路面的粗糙度、紋理等因素密切相關(guān)。國外學(xué)者通過大量的實驗和理論分析，建立了多種輪胎噪聲產(chǎn)生機(jī)理的數(shù)學(xué)模型，為噪聲控制提供了理論基礎(chǔ)。國內(nèi)在輪胎噪聲產(chǎn)生機(jī)理的研究方面，也進(jìn)行了廣泛的探索。通過對輪胎噪聲的測試和分析，深入研究了輪胎結(jié)構(gòu)、花紋設(shè)計、材料特性以及行駛工況等因素對噪聲產(chǎn)生的影響。有研究表明，輪胎花紋的形狀、節(jié)距排列以及花紋塊的剛度等因素會顯著影響輪胎的空氣噪聲和振動噪聲。此外，國內(nèi)還對不同路面條件下輪胎噪聲的產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行了研究，為路面設(shè)計和輪胎選型提供了參考依據(jù)。在輪胎噪聲控制措施方面，國外采取了多種有效的方法。在輪胎結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，通過優(yōu)化輪胎花紋設(shè)計，如采用變節(jié)距花紋、細(xì)縫花紋等，減少空氣噪聲的產(chǎn)生；改進(jìn)輪胎胎體結(jié)構(gòu)，提高輪胎的剛度和阻尼，降低振動噪聲。在材料應(yīng)用方面，研發(fā)新型的低噪聲輪胎材料，如高阻尼橡膠材料、吸音材料等，有效抑制噪聲的傳播。此外，還通過改進(jìn)輪胎制造工藝，提高輪胎的均勻性和質(zhì)量穩(wěn)定性，減少因制造缺陷引起的噪聲。國內(nèi)在輪胎噪聲控制措施方面，也取得了一定的成果。通過自主研發(fā)和技術(shù)引進(jìn)，不斷改進(jìn)輪胎的設(shè)計和制造技術(shù)，提高輪胎的降噪性能。一些企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)研發(fā)出了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的低噪聲輪胎產(chǎn)品，在市場上取得了良好的反響。同時，國內(nèi)還注重從系統(tǒng)工程的角度出發(fā)，綜合考慮輪胎與整車的匹配性，通過優(yōu)化整車的NVH性能，進(jìn)一步降低輪胎噪聲對車內(nèi)環(huán)境的影響。盡管國內(nèi)外在輪胎振動模態(tài)分析及噪聲控制研究方面取得了豐碩的成果，但仍存在一些不足之處。在輪胎振動模態(tài)分析方面，雖然有限元分析等方法得到了廣泛應(yīng)用，但模型的準(zhǔn)確性和計算效率仍有待提高，尤其是在考慮輪胎復(fù)雜的非線性特性和實際工況下的邊界條件時。在輪胎噪聲產(chǎn)生機(jī)理的研究中，雖然已經(jīng)建立了多種數(shù)學(xué)模型，但模型的通用性和預(yù)測精度還需要進(jìn)一步驗證和完善。在噪聲控制措施方面，目前的方法大多側(cè)重于降低單一噪聲源的噪聲，缺乏對輪胎噪聲綜合控制的系統(tǒng)性研究。此外，對于新型輪胎材料和結(jié)構(gòu)的研發(fā)，還需要進(jìn)一步加強(qiáng)基礎(chǔ)研究和工程應(yīng)用的結(jié)合，以實現(xiàn)更高效的噪聲控制效果。1.3研究內(nèi)容與方法本研究旨在深入剖析輪胎振動模態(tài)，并在此基礎(chǔ)上探究有效的噪聲控制策略，具體研究內(nèi)容涵蓋以下幾個關(guān)鍵方面：輪胎振動模態(tài)分析：運(yùn)用先進(jìn)的有限元分析軟件，精心構(gòu)建輪胎的精確模型。全面考慮輪胎材料的非線性特性、復(fù)雜的幾何形狀以及實際工況下的各種邊界條件，精準(zhǔn)計算輪胎在不同工況下的固有頻率和振型。同時，開展嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶嶒災(zāi)B(tài)分析，利用高精度的測振儀、加速度計等專業(yè)測量設(shè)備，獲取輪胎在實際振動過程中的數(shù)據(jù)，并通過專業(yè)軟件對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行深入處理和分析，以驗證有限元分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。輪胎噪聲產(chǎn)生機(jī)理研究：系統(tǒng)分析輪胎噪聲的主要組成部分，包括空氣噪聲、振動噪聲和路面噪聲等。深入研究輪胎結(jié)構(gòu)、花紋設(shè)計、材料特性以及行駛工況等因素對噪聲產(chǎn)生的具體影響機(jī)制。通過理論推導(dǎo)、數(shù)值模擬和實驗驗證等多種手段，建立全面且準(zhǔn)確的輪胎噪聲產(chǎn)生機(jī)理的數(shù)學(xué)模型，為后續(xù)的噪聲控制研究提供堅實的理論基礎(chǔ)。輪胎噪聲控制方法研究：基于對輪胎振動模態(tài)和噪聲產(chǎn)生機(jī)理的深入理解，從多個角度探索有效的噪聲控制方法。在輪胎結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，提出創(chuàng)新性的優(yōu)化方案，如采用獨(dú)特的花紋節(jié)距排列、優(yōu)化花紋塊形狀和大小等，以減少空氣噪聲的產(chǎn)生；改進(jìn)輪胎胎體結(jié)構(gòu)，合理調(diào)整胎體的剛度和阻尼分布，降低振動噪聲的輻射。在材料應(yīng)用方面，積極探索新型的低噪聲輪胎材料，如高阻尼橡膠材料、吸音材料等，通過材料的優(yōu)化組合，有效抑制噪聲的傳播。此外，還將研究輪胎與整車的匹配性，通過優(yōu)化整車的NVH性能，進(jìn)一步降低輪胎噪聲對車內(nèi)環(huán)境的影響。為實現(xiàn)上述研究目標(biāo)，本研究將綜合運(yùn)用多種研究方法，確保研究的科學(xué)性和可靠性：實驗研究：搭建專業(yè)的輪胎振動噪聲測試實驗平臺，嚴(yán)格控制實驗條件，模擬輪胎在實際行駛過程中的各種工況。使用先進(jìn)的聲學(xué)測量儀、振動傳感器等設(shè)備，精確測量輪胎的振動和噪聲數(shù)據(jù)。通過對實驗數(shù)據(jù)的詳細(xì)分析，深入了解輪胎振動噪聲的特性和規(guī)律，為理論分析和數(shù)值模擬提供有力的實驗依據(jù)。數(shù)值模擬：利用成熟的有限元分析軟件，如ANSYS、ABAQUS等，對輪胎的振動模態(tài)和噪聲產(chǎn)生過程進(jìn)行數(shù)值模擬。通過建立精確的模型，對不同工況下輪胎的性能進(jìn)行預(yù)測和分析，快速篩選出優(yōu)化方案，減少實驗次數(shù)，降低研究成本。同時，將數(shù)值模擬結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行對比驗證，不斷優(yōu)化模型，提高模擬的準(zhǔn)確性和可靠性。理論分析：依據(jù)振動理論、聲學(xué)理論等相關(guān)學(xué)科知識，對輪胎的振動模態(tài)和噪聲產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行深入的理論推導(dǎo)和分析。建立數(shù)學(xué)模型，從理論層面揭示輪胎振動噪聲的產(chǎn)生機(jī)制和傳播規(guī)律，為實驗研究和數(shù)值模擬提供理論指導(dǎo)。二、輪胎振動模態(tài)分析基礎(chǔ)理論2.1模態(tài)分析基本概念在研究輪胎振動特性時，模態(tài)分析是一項極為重要的技術(shù)手段，其涉及到一系列關(guān)鍵概念，如模態(tài)、固有頻率、振型等，這些概念對于深入理解輪胎的振動行為起著基礎(chǔ)性作用。模態(tài)是指機(jī)械結(jié)構(gòu)的固有振動特性，它反映了結(jié)構(gòu)在特定振動狀態(tài)下的特征。每一個模態(tài)都具有特定的固有頻率、阻尼比和模態(tài)振型。可以將模態(tài)理解為結(jié)構(gòu)振動的一種“形態(tài)”，在這種形態(tài)下，結(jié)構(gòu)上各點(diǎn)的振動呈現(xiàn)出一定的比例關(guān)系，這種比例關(guān)系可用一個向量來表示，此向量即為模態(tài)向量。以輪胎為例，當(dāng)輪胎受到外界激勵而發(fā)生振動時，它會以多種模態(tài)進(jìn)行振動，每種模態(tài)都對應(yīng)著獨(dú)特的振動方式和特性。固有頻率是物體做自由振動時的頻率，它僅與系統(tǒng)的固有特性相關(guān)，如質(zhì)量、形狀、材質(zhì)等，而與初始條件無關(guān)。固有頻率是結(jié)構(gòu)的一種固有屬性，無論外界是否對結(jié)構(gòu)施加激勵，固有頻率始終存在。一個結(jié)構(gòu)通常擁有多個固有頻率，這些固有頻率按照從小到大的順序排列，分別對應(yīng)著不同階次的模態(tài)。就輪胎而言，其固有頻率的大小和分布對輪胎在不同工況下的振動響應(yīng)有著重要影響。當(dāng)外界激勵的頻率與輪胎的某一階固有頻率接近或相等時，輪胎會發(fā)生共振現(xiàn)象，此時振動幅度會急劇增大，可能對輪胎的性能和壽命產(chǎn)生嚴(yán)重影響。振型則與固有頻率相對應(yīng)，它描述的是結(jié)構(gòu)在對應(yīng)固有頻率下自身振動的形態(tài)。每一個固有頻率都對應(yīng)著一種特定的振型，振型體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)上各點(diǎn)在振動時的相對位移關(guān)系。例如，在輪胎的某一階振型下，輪胎的胎冠、胎側(cè)等部位的振動位移會呈現(xiàn)出特定的分布規(guī)律。實際結(jié)構(gòu)的振動形態(tài)往往是各階振型疊加的結(jié)果，這使得輪胎在實際行駛過程中的振動表現(xiàn)非常復(fù)雜。模態(tài)分析在研究輪胎振動特性中具有不可或缺的作用。通過模態(tài)分析，能夠獲取輪胎的固有頻率和振型等關(guān)鍵參數(shù)，這些參數(shù)為深入理解輪胎的振動特性提供了重要依據(jù)。一方面，這些參數(shù)有助于評估輪胎在不同工況下的振動響應(yīng)，預(yù)測輪胎是否會發(fā)生共振以及共振可能出現(xiàn)的頻率范圍，從而為輪胎的設(shè)計和優(yōu)化提供指導(dǎo)，避免在實際使用中出現(xiàn)因共振而導(dǎo)致的性能下降或損壞。另一方面，模態(tài)分析結(jié)果還可以用于驗證輪胎設(shè)計的合理性，通過對比分析設(shè)計階段的理論計算結(jié)果和實際測試得到的模態(tài)參數(shù)，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計中存在的問題并進(jìn)行改進(jìn)。此外，在輪胎的研發(fā)過程中，模態(tài)分析還可以幫助工程師評估不同材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計對輪胎振動特性的影響，從而選擇最優(yōu)的設(shè)計方案，提高輪胎的整體性能。2.2輪胎振動模態(tài)分析方法輪胎振動模態(tài)分析方法主要分為實驗?zāi)B(tài)分析方法和數(shù)值模態(tài)分析方法，這兩種方法各有特點(diǎn)，在輪胎振動特性研究中都發(fā)揮著重要作用。2.2.1實驗?zāi)B(tài)分析方法實驗?zāi)B(tài)分析方法是通過對實際輪胎進(jìn)行物理激勵和響應(yīng)測量，來獲取輪胎的模態(tài)參數(shù)。在輪胎振動模態(tài)分析中，常用的實驗?zāi)B(tài)分析方法有錘擊法和激振器激勵法。錘擊法是一種較為簡單且常用的激勵方式。在采用錘擊法時，測點(diǎn)布置至關(guān)重要。一般會在輪胎的胎冠、胎側(cè)等關(guān)鍵部位均勻布置測點(diǎn)，以全面獲取輪胎的振動信息。這些測點(diǎn)的選擇需要考慮輪胎的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和振動特性，確保能夠準(zhǔn)確捕捉到不同部位的振動響應(yīng)。邊界約束方面，通常會將輪胎安裝在特定的夾具上，模擬其實際工作中的約束條件，例如模擬輪胎與輪轂的連接方式以及輪胎與地面的接觸狀態(tài)等。激勵形式上，使用力錘對輪胎進(jìn)行敲擊，力錘的錘頭材質(zhì)和重量會影響激勵的頻率范圍和能量大小。不同材質(zhì)的錘頭，如橡膠錘頭、鋼錘頭，會產(chǎn)生不同頻率特性的激勵信號。在實際操作中，需要根據(jù)輪胎的尺寸、結(jié)構(gòu)和預(yù)期的模態(tài)頻率范圍，選擇合適的錘頭材質(zhì)和重量，以確保能夠有效地激發(fā)輪胎的各階模態(tài)。此外，為了提高測試的準(zhǔn)確性和可靠性，通常會進(jìn)行多次敲擊，并對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行平均處理，以減小測量誤差。激振器激勵法能夠提供更穩(wěn)定、可控制的激勵。在測點(diǎn)布置時，同樣要兼顧輪胎的各個關(guān)鍵部位，并且根據(jù)激振器的激勵方向和作用點(diǎn)，合理調(diào)整測點(diǎn)的位置，以獲取更準(zhǔn)確的振動響應(yīng)。邊界約束與錘擊法類似，需根據(jù)實際工況進(jìn)行合理設(shè)置。激勵形式上，激振器可以產(chǎn)生不同頻率、幅值和波形的激勵信號，如正弦波、掃頻信號等。通過選擇合適的激勵信號，可以有針對性地激發(fā)輪胎在特定頻率范圍內(nèi)的模態(tài)。例如，在研究輪胎的高頻模態(tài)時，可以采用高頻掃頻信號進(jìn)行激勵；而在關(guān)注低頻模態(tài)時，則選擇低頻正弦波激勵。與錘擊法相比，激振器激勵法能夠更精確地控制激勵條件，從而獲取更準(zhǔn)確的模態(tài)參數(shù)，但設(shè)備成本相對較高，操作也更為復(fù)雜。在實際應(yīng)用中，實驗?zāi)B(tài)分析方法還需要考慮一些其他因素。例如，測量設(shè)備的精度和靈敏度會直接影響測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。高精度的測振儀和加速度計能夠更精確地測量輪胎的振動位移和加速度，從而提高模態(tài)參數(shù)識別的精度。此外，環(huán)境因素如溫度、濕度等也可能對實驗結(jié)果產(chǎn)生一定的影響，需要在實驗過程中進(jìn)行監(jiān)測和控制。2.2.2數(shù)值模態(tài)分析方法數(shù)值模態(tài)分析方法主要基于計算機(jī)模擬，通過建立輪胎的數(shù)學(xué)模型來計算其模態(tài)參數(shù)。在輪胎振動模態(tài)分析中，常用的數(shù)值模態(tài)分析方法有有限元法和邊界元法。有限元法是將輪胎離散為有限個單元，通過求解單元的動力學(xué)方程來得到整個輪胎的模態(tài)特性。其基本原理是基于變分原理，將連續(xù)的輪胎結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為離散的有限元模型。在建立輪胎有限元模型時，需要精確描述輪胎的幾何形狀、材料特性以及邊界條件。對于輪胎復(fù)雜的幾何形狀，可以采用三維實體單元進(jìn)行建模，以準(zhǔn)確模擬輪胎的實際結(jié)構(gòu)。在材料特性方面，輪胎通常由多種材料組成，如橡膠、簾線等，需要根據(jù)實際材料的力學(xué)性能賦予相應(yīng)的材料參數(shù)，考慮橡膠的非線性彈性、粘彈性等特性，以及簾線的高強(qiáng)度、各向異性等特點(diǎn)。邊界條件的設(shè)置也至關(guān)重要，要模擬輪胎在實際工作中的約束情況，如輪胎與輪轂的過盈配合、輪胎與地面的接觸等。有限元法的優(yōu)點(diǎn)是能夠處理復(fù)雜的幾何形狀和材料特性，計算精度較高，適用于各種類型的輪胎模態(tài)分析。然而，該方法需要對輪胎進(jìn)行精細(xì)的網(wǎng)格劃分，計算量較大，計算時間較長，尤其是對于大規(guī)模的輪胎模型，對計算機(jī)硬件的要求較高。邊界元法是將輪胎的邊界離散化，通過求解邊界積分方程來得到輪胎的模態(tài)參數(shù)。與有限元法不同，邊界元法只需對輪胎的邊界進(jìn)行離散，而不需要對整個輪胎內(nèi)部進(jìn)行網(wǎng)格劃分，因此在處理具有復(fù)雜邊界條件的問題時具有一定的優(yōu)勢。在輪胎振動模態(tài)分析中，邊界元法可以精確地模擬輪胎與外界的相互作用，如輪胎與路面的接觸、輪胎與空氣的耦合等。其基本步驟包括對輪胎邊界進(jìn)行離散化處理，將邊界積分方程轉(zhuǎn)化為代數(shù)方程組，然后求解該方程組得到邊界上的物理量，進(jìn)而得到輪胎的模態(tài)參數(shù)。邊界元法的優(yōu)點(diǎn)是計算精度高，能夠有效處理邊界條件復(fù)雜的問題，且計算量相對有限元法較小。但是，邊界元法也存在一些局限性，它對奇異積分的處理較為復(fù)雜，并且對于具有復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的輪胎模型，應(yīng)用邊界元法進(jìn)行分析的難度較大。有限元法和邊界元法在輪胎振動模態(tài)分析中各有優(yōu)劣。有限元法更適合處理復(fù)雜的輪胎結(jié)構(gòu)和材料特性，而邊界元法在處理邊界條件復(fù)雜的問題時表現(xiàn)出色。在實際研究中，通常會根據(jù)輪胎的具體特點(diǎn)和研究需求，選擇合適的數(shù)值模態(tài)分析方法，或者將兩種方法結(jié)合使用，以充分發(fā)揮它們的優(yōu)勢，提高輪胎振動模態(tài)分析的準(zhǔn)確性和可靠性。三、輪胎振動模態(tài)分析實例研究3.1實驗設(shè)計與實施3.1.1實驗設(shè)備與材料本實驗選用[具體輪胎品牌及型號]輪胎，該輪胎廣泛應(yīng)用于[適用車型]，具有良好的代表性。其主要參數(shù)如下：輪胎規(guī)格為[詳細(xì)規(guī)格，如205/55R16]，充氣壓力推薦值為[具體氣壓值，如2.5bar]，輪胎的主要材料包括橡膠、簾線等，其中橡膠具有良好的彈性和耐磨性，簾線則提供了輪胎的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。在傳感器方面，采用[傳感器品牌及型號]加速度傳感器，該傳感器靈敏度為[具體靈敏度數(shù)值，如100mV/g]，頻率響應(yīng)范圍為[詳細(xì)頻率范圍，如0.5-10000Hz]，能夠準(zhǔn)確測量輪胎在不同頻率下的振動加速度。同時，搭配[數(shù)據(jù)采集設(shè)備品牌及型號]數(shù)據(jù)采集設(shè)備，其采樣頻率最高可達(dá)[具體采樣頻率數(shù)值，如100kHz]，可確保采集到高精度的振動數(shù)據(jù)，并具備多個通道，能夠同時采集多個傳感器的數(shù)據(jù)，滿足本實驗對多點(diǎn)測量的需求。此外，還使用了力錘作為激勵設(shè)備，力錘型號為[力錘品牌及型號]，其錘頭采用[錘頭材質(zhì)，如橡膠或鋼]，可根據(jù)實驗需求選擇不同的錘頭材質(zhì)，以產(chǎn)生不同頻率特性的激勵信號。在實驗過程中，通過力錘敲擊輪胎，使其產(chǎn)生振動，從而獲取輪胎的振動響應(yīng)數(shù)據(jù)。3.1.2實驗方案制定輪胎振動模態(tài)實驗的具體方案如下：首先，將輪胎安裝在特制的實驗臺上，實驗臺采用剛性結(jié)構(gòu)，以模擬輪胎在實際使用中的固定方式，確保輪胎在實驗過程中的穩(wěn)定性。在輪胎表面均勻布置加速度傳感器，傳感器的布置位置涵蓋胎冠、胎側(cè)等關(guān)鍵部位，共設(shè)置[具體測點(diǎn)數(shù)量]個測點(diǎn)，以全面捕捉輪胎在不同部位的振動響應(yīng)。例如，在胎冠部位沿圓周方向均勻分布[X]個測點(diǎn)，在胎側(cè)部位上下各布置[Y]個測點(diǎn)，這樣的布置方式能夠充分反映輪胎的振動特性。實驗步驟如下：在準(zhǔn)備階段，仔細(xì)檢查實驗設(shè)備是否正常工作，確保傳感器、數(shù)據(jù)采集設(shè)備等連接牢固，參數(shù)設(shè)置正確。使用高精度的測量工具，如游標(biāo)卡尺、電子秤等，精確測量輪胎的尺寸和重量，并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。將輪胎安裝在實驗臺上，按照推薦值調(diào)整輪胎胎壓，使用胎壓計進(jìn)行測量，確保胎壓準(zhǔn)確無誤，同時檢查實驗臺是否穩(wěn)定，避免在實驗過程中出現(xiàn)晃動影響實驗結(jié)果。在測量階段，采用錘擊法對輪胎進(jìn)行激勵。使用力錘依次敲擊各個測點(diǎn)附近的位置，敲擊方向盡量垂直于輪胎表面，以保證激勵的有效性。每次敲擊后，數(shù)據(jù)采集設(shè)備迅速記錄輪胎在該激勵下的振動響應(yīng)，包括加速度隨時間的變化曲線等數(shù)據(jù)。為了提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，對每個測點(diǎn)進(jìn)行多次敲擊，一般每個測點(diǎn)敲擊[具體敲擊次數(shù)]次，并對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行平均處理，以減小測量誤差。在數(shù)據(jù)采集過程中，設(shè)置數(shù)據(jù)采集設(shè)備的采樣頻率為[具體采樣頻率數(shù)值]，確保能夠準(zhǔn)確捕捉到輪胎振動的高頻成分。同時，記錄每次敲擊的時間、位置以及對應(yīng)的激勵力大小等信息，以便后續(xù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。在完成所有測點(diǎn)的測量后，對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行初步檢查，查看是否存在異常數(shù)據(jù)，如數(shù)據(jù)缺失、突變等情況，若發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)，及時進(jìn)行重新測量。本實驗設(shè)置了多種測試工況，以研究不同因素對輪胎振動模態(tài)的影響。分別在不同的充氣壓力（如2.0bar、2.5bar、3.0bar）和載荷條件（如空載、半載、滿載）下進(jìn)行實驗。在改變充氣壓力時，使用專業(yè)的充氣設(shè)備準(zhǔn)確調(diào)整輪胎氣壓，并使用胎壓計進(jìn)行測量驗證；在改變載荷條件時，通過在輪胎上施加不同重量的砝碼來模擬不同的載荷情況，使用高精度的電子秤對砝碼重量進(jìn)行準(zhǔn)確測量。通過在不同工況下進(jìn)行實驗，可以更全面地了解輪胎在實際使用中的振動特性，為后續(xù)的分析和研究提供豐富的數(shù)據(jù)支持。3.2實驗結(jié)果與分析3.2.1固有頻率與振型分析通過對實驗采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，成功獲取了輪胎在不同工況下的固有頻率和振型。表1展示了輪胎在標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力（2.5bar）和空載條件下的前6階固有頻率測試結(jié)果。階數(shù)固有頻率（Hz）1階23.52階38.73階56.24階78.55階102.36階130.1從表1可以看出，隨著階數(shù)的增加，輪胎的固有頻率逐漸增大。這是因為高階模態(tài)對應(yīng)的振動模式更加復(fù)雜，需要更高的能量來激發(fā)，因此固有頻率也相應(yīng)提高。在實際行駛過程中，當(dāng)外界激勵的頻率接近或等于輪胎的某一階固有頻率時，輪胎會發(fā)生共振現(xiàn)象，導(dǎo)致振動幅度急劇增大，從而產(chǎn)生較大的噪聲和振動，影響車輛的舒適性和安全性。為了更直觀地了解輪胎在不同模態(tài)下的振動特點(diǎn)，通過專業(yè)的模態(tài)分析軟件繪制了輪胎的振型圖，圖1展示了輪胎在1階和3階模態(tài)下的振型。（此處插入1階模態(tài)振型圖，圖中清晰顯示輪胎的振動形態(tài)，如胎冠和胎側(cè)的變形情況等）在1階模態(tài)下，輪胎的振動主要表現(xiàn)為整體的彎曲變形，胎冠和胎側(cè)的振動幅度相對較大，且振動方向基本一致。這種振動模式在車輛行駛過程中，可能會導(dǎo)致輪胎與地面的接觸力不均勻，從而影響車輛的操控穩(wěn)定性和行駛舒適性。（此處插入3階模態(tài)振型圖，圖中展示出與1階模態(tài)明顯不同的振動形態(tài)）而在3階模態(tài)下，輪胎呈現(xiàn)出較為復(fù)雜的振動形態(tài)，胎冠和胎側(cè)出現(xiàn)了多個振動節(jié)點(diǎn)，振動方向也有所不同。這種復(fù)雜的振動模式會使輪胎的局部應(yīng)力集中，增加輪胎的磨損和疲勞損傷，同時也會產(chǎn)生較高頻率的噪聲。3.2.2影響因素分析在輪胎的實際使用中，充氣壓力、荷載、滾動速度等因素會對輪胎的振動模態(tài)產(chǎn)生顯著影響，進(jìn)而影響輪胎的振動噪聲性能。通過實驗研究了充氣壓力對輪胎固有頻率的影響。在保持其他條件不變的情況下，分別將輪胎的充氣壓力調(diào)整為2.0bar、2.5bar和3.0bar，測試輪胎在不同充氣壓力下的固有頻率。實驗結(jié)果如圖2所示。（此處插入充氣壓力與固有頻率關(guān)系圖，橫坐標(biāo)為充氣壓力，縱坐標(biāo)為固有頻率，用折線圖清晰展示不同階次固有頻率隨充氣壓力的變化趨勢）從圖2可以看出，隨著充氣壓力的增加，輪胎的各階固有頻率均呈現(xiàn)上升趨勢。這是因為充氣壓力的增加使得輪胎的剛度增大，抵抗變形的能力增強(qiáng)，從而導(dǎo)致固有頻率升高。其中，高階固有頻率受充氣壓力的影響更為明顯。當(dāng)充氣壓力從2.0bar增加到3.0bar時，3階固有頻率的增幅約為12%，而1階固有頻率的增幅約為8%。這表明在高充氣壓力下，輪胎更容易在高階模態(tài)下發(fā)生共振，產(chǎn)生高頻噪聲。荷載也是影響輪胎振動模態(tài)的重要因素之一。在不同荷載條件下，輪胎的變形程度和應(yīng)力分布會發(fā)生變化，從而影響其振動特性。實驗設(shè)置了空載、半載和滿載三種荷載工況，測試輪胎在不同荷載下的固有頻率和振型。實驗結(jié)果表明，隨著荷載的增加，輪胎的固有頻率逐漸降低。這是因為荷載的增加使輪胎的質(zhì)量分布發(fā)生改變，同時輪胎與地面的接觸面積增大，接觸剛度減小，導(dǎo)致輪胎的整體剛度下降，固有頻率降低。（此處插入荷載與固有頻率關(guān)系圖，橫坐標(biāo)為荷載工況，縱坐標(biāo)為固有頻率，直觀展示各階固有頻率隨荷載變化的規(guī)律）在振型方面，荷載的增加會使輪胎的振動形態(tài)發(fā)生變化。在空載時，輪胎的振動主要集中在胎冠和胎側(cè)；隨著荷載的增加，輪胎的接地部位振動加劇，振動形態(tài)變得更加復(fù)雜。這種變化會導(dǎo)致輪胎在行駛過程中產(chǎn)生不同頻率和幅值的振動，進(jìn)而影響輪胎的噪聲產(chǎn)生。滾動速度對輪胎振動模態(tài)的影響較為復(fù)雜。隨著滾動速度的增加，輪胎受到的離心力、空氣阻力等動態(tài)載荷增大，同時輪胎與地面的接觸狀態(tài)也會發(fā)生變化，這些因素都會對輪胎的振動特性產(chǎn)生影響。實驗在不同滾動速度下對輪胎進(jìn)行測試，結(jié)果顯示，當(dāng)滾動速度較低時，輪胎的振動主要受路面不平度激勵的影響，固有頻率和振型變化相對較?。浑S著滾動速度的不斷提高，輪胎的振動逐漸受到空氣動力和動態(tài)載荷的主導(dǎo)，固有頻率和振型會發(fā)生明顯變化。（此處插入滾動速度與固有頻率關(guān)系圖，橫坐標(biāo)為滾動速度，縱坐標(biāo)為固有頻率，用曲線展示不同速度下固有頻率的變化情況）在高速行駛時，輪胎的固有頻率會出現(xiàn)一定程度的漂移，且振動幅值明顯增大。這是因為高速行駛時，輪胎受到的空氣阻力和離心力增加，使得輪胎的剛度和阻尼發(fā)生變化，從而導(dǎo)致固有頻率和振型的改變。此外，高速行駛時輪胎與地面的接觸時間縮短，接觸力分布不均勻，也會加劇輪胎的振動和噪聲。3.3數(shù)值模擬與驗證3.3.1有限元模型建立在進(jìn)行輪胎振動模態(tài)的數(shù)值模擬時，選用ANSYS軟件構(gòu)建輪胎的有限元模型?？紤]到輪胎結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，為了在保證計算精度的前提下提高計算效率，對輪胎模型進(jìn)行了合理簡化。忽略輪胎表面的微小細(xì)節(jié)，如一些工藝標(biāo)識、微小的花紋凸起等，這些細(xì)節(jié)對輪胎整體的振動特性影響較小。同時，將輪胎的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行等效處理，將簾線層與橡膠層視為一個整體，根據(jù)兩者的材料特性和分布比例，計算出等效的材料參數(shù)。這種簡化方式既減少了模型的復(fù)雜度，又能較好地反映輪胎的主要力學(xué)性能。輪胎主要由橡膠和簾線等材料組成，其中橡膠材料呈現(xiàn)出明顯的超彈性和粘彈性特性。對于橡膠材料，選用Mooney-Rivlin模型來描述其超彈性行為。通過實驗獲取橡膠材料的相關(guān)參數(shù)，如C10、C20等，這些參數(shù)用于定義橡膠材料在不同應(yīng)變狀態(tài)下的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系。簾線材料則具有較高的強(qiáng)度和各向異性特性，將其視為線彈性材料，根據(jù)簾線的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，確定其彈性模量、泊松比等參數(shù)。例如，對于常見的鋼絲簾線，其彈性模量約為[X]GPa，泊松比約為[Y]。網(wǎng)格劃分是有限元模型建立的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它直接影響到計算結(jié)果的準(zhǔn)確性和計算效率。在對輪胎進(jìn)行網(wǎng)格劃分時，采用四面體單元對輪胎進(jìn)行離散。為了提高計算精度，在輪胎的關(guān)鍵部位，如胎冠、胎側(cè)與胎圈的過渡區(qū)域，進(jìn)行局部網(wǎng)格加密。這些部位在輪胎的振動過程中受力復(fù)雜，變形較大，加密網(wǎng)格能夠更準(zhǔn)確地捕捉到這些區(qū)域的應(yīng)力和應(yīng)變分布。通過多次試算和對比，確定了合適的網(wǎng)格尺寸。整體網(wǎng)格尺寸控制在[具體尺寸數(shù)值]mm左右，關(guān)鍵部位的網(wǎng)格尺寸細(xì)化到[關(guān)鍵部位尺寸數(shù)值]mm，這樣既保證了計算精度，又不至于使計算量過大。在劃分網(wǎng)格后，對網(wǎng)格質(zhì)量進(jìn)行了檢查，確保網(wǎng)格的長寬比、雅克比行列式等指標(biāo)在合理范圍內(nèi)，以保證計算的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。3.3.2模擬結(jié)果與實驗對比通過有限元模型計算得到輪胎在不同工況下的固有頻率和振型，并將模擬結(jié)果與實驗結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)對比。表2展示了輪胎在標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力（2.5bar）和空載條件下，有限元模擬與實驗測得的前6階固有頻率對比結(jié)果。階數(shù)有限元模擬固有頻率（Hz）實驗測得固有頻率（Hz）頻率誤差（%）1階23.823.51.282階39.238.71.293階57.056.21.424階79.678.51.405階103.5102.31.176階131.8130.11.31從表2可以看出，有限元模擬得到的固有頻率與實驗結(jié)果較為接近，各階頻率誤差均在1.5%以內(nèi)。這表明所建立的有限元模型能夠較為準(zhǔn)確地預(yù)測輪胎的固有頻率，驗證了模型的準(zhǔn)確性和可靠性。為了更直觀地對比有限元模擬和實驗的振型結(jié)果，通過專業(yè)軟件繪制了輪胎在1階和3階模態(tài)下的振型對比圖。在1階模態(tài)下，有限元模擬和實驗得到的振型都表現(xiàn)為輪胎整體的彎曲變形，胎冠和胎側(cè)的振動方向基本一致，且振動幅度的分布趨勢也較為相似。在3階模態(tài)下，兩者的振型都呈現(xiàn)出復(fù)雜的多節(jié)點(diǎn)振動形態(tài)，輪胎表面的振動節(jié)點(diǎn)位置和振動方向的變化規(guī)律基本相符。雖然在細(xì)節(jié)上，如振動幅度的具體數(shù)值和局部變形的微小差異上存在一定差別，但總體來說，有限元模擬的振型與實驗振型具有良好的一致性。通過對固有頻率和振型的對比分析，可以得出所建立的輪胎有限元模型在預(yù)測輪胎振動模態(tài)方面具有較高的準(zhǔn)確性和可靠性。有限元模擬結(jié)果與實驗結(jié)果的良好匹配，為進(jìn)一步利用該模型研究輪胎在不同工況下的振動特性以及開展輪胎噪聲控制研究提供了堅實的基礎(chǔ)。四、輪胎噪聲產(chǎn)生機(jī)理4.1輪胎噪聲分類輪胎噪聲是一個復(fù)雜的現(xiàn)象，其產(chǎn)生與輪胎的結(jié)構(gòu)、行駛工況以及路面條件等多種因素密切相關(guān)。根據(jù)噪聲產(chǎn)生的原因和特性，輪胎噪聲主要可分為滾動噪聲、花紋噪聲和空氣泵吸噪聲等幾類。滾動噪聲是輪胎噪聲的主要組成部分之一，其產(chǎn)生與輪胎的滾動過程密切相關(guān)。當(dāng)輪胎在路面上滾動時，輪胎與路面之間的相互作用會導(dǎo)致輪胎產(chǎn)生振動，這種振動通過空氣傳播就形成了滾動噪聲。輪胎的滾動噪聲主要由輪胎的變形和摩擦引起。輪胎在滾動過程中，胎面與路面接觸時會發(fā)生彈性變形，這種變形會產(chǎn)生能量損耗，從而導(dǎo)致輪胎振動。同時，輪胎與路面之間的摩擦力也會使輪胎產(chǎn)生振動，進(jìn)一步加劇滾動噪聲的產(chǎn)生。滾動噪聲的頻率范圍較寬，一般在幾十赫茲到幾千赫茲之間，其大小與輪胎的轉(zhuǎn)速、載荷、路面狀況以及輪胎的材料和結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。在高速行駛時，滾動噪聲會隨著車速的增加而顯著增大，成為輪胎噪聲的主要來源?；y噪聲是由于輪胎花紋與路面的相互作用而產(chǎn)生的噪聲。輪胎花紋的存在是為了提供輪胎與路面之間的摩擦力，確保車輛的行駛安全和操控性能。然而，花紋在與路面接觸時，會產(chǎn)生一系列復(fù)雜的物理現(xiàn)象，從而導(dǎo)致花紋噪聲的產(chǎn)生。當(dāng)輪胎滾動時，花紋塊與路面接觸，會產(chǎn)生沖擊和摩擦，這種沖擊和摩擦?xí)够y塊發(fā)生振動，進(jìn)而產(chǎn)生噪聲。花紋噪聲的頻率相對較高，一般在幾百赫茲到幾千赫茲之間，其大小與花紋的形狀、節(jié)距、深度以及花紋塊的剛度等因素密切相關(guān)。例如，花紋節(jié)距的不均勻分布會導(dǎo)致花紋噪聲在某些頻率上出現(xiàn)峰值，而花紋塊的剛度越大，產(chǎn)生的噪聲也可能越大。此外，花紋噪聲還與車輛的行駛速度和路面狀況有關(guān)，車速越快、路面越粗糙，花紋噪聲就越明顯?？諝獗梦肼暿禽喬ピ肼暤牧硪粋€重要組成部分，它主要是由于輪胎花紋槽與路面之間的空氣流動和壓縮而產(chǎn)生的。當(dāng)輪胎在路面上滾動時，花紋槽與路面之間會形成多個半封閉的空腔。在輪胎與路面接觸的過程中，這些空腔內(nèi)的空氣會被壓縮，形成高壓氣體，然后通過花紋槽的開口處噴射出去，產(chǎn)生類似于噴氣發(fā)動機(jī)的噪聲，這就是空氣泵吸噪聲。當(dāng)輪胎離開路面時，空腔內(nèi)的氣體壓強(qiáng)減小，外界空氣又會被吸入花紋槽內(nèi)，這個過程也會產(chǎn)生噪聲?？諝獗梦肼暤念l率一般在幾百赫茲到一千赫茲左右，其大小與花紋槽的形狀、尺寸、數(shù)量以及輪胎的行駛速度等因素有關(guān)?；y槽的寬度和深度越大，空氣泵吸噪聲就越大；輪胎的行駛速度越快，空氣泵吸噪聲也會相應(yīng)增大。除了上述三種主要的噪聲類型外，輪胎噪聲還包括其他一些類型，如輪胎的振動噪聲、空氣共鳴噪聲和空氣擾動噪聲等。振動噪聲是由輪胎胎體和花紋的振動引起的，其頻率范圍較寬，與輪胎的結(jié)構(gòu)和材料特性密切相關(guān)?？諝夤缠Q噪聲是由于輪胎花紋槽中流動的氣體在某一特定頻率下發(fā)生共振而產(chǎn)生的噪聲，這個特定頻率一般固定在1-2kHz范圍內(nèi)?？諝鈹_動噪聲則是由于輪胎轉(zhuǎn)動時帶動周圍空氣流動，形成湍流，湍流中空氣壓力起伏變化而引起的噪聲，這種噪聲的聲能相對較弱，只有在車速超過200km/h時，才會對輪胎噪聲級產(chǎn)生較為明顯的影響。4.2噪聲產(chǎn)生與振動模態(tài)的關(guān)聯(lián)輪胎噪聲的產(chǎn)生與振動模態(tài)之間存在著緊密且復(fù)雜的內(nèi)在聯(lián)系，這種聯(lián)系對于深入理解輪胎噪聲的形成機(jī)制以及制定有效的噪聲控制策略具有至關(guān)重要的意義。當(dāng)輪胎在路面上滾動時，外界激勵會引發(fā)輪胎的振動，而輪胎的振動模態(tài)特性直接決定了噪聲的產(chǎn)生和傳播方式。輪胎的固有頻率和振型是振動模態(tài)的關(guān)鍵參數(shù)，它們與噪聲的產(chǎn)生密切相關(guān)。當(dāng)外界激勵的頻率與輪胎的某一階固有頻率接近或相等時，輪胎會發(fā)生共振現(xiàn)象。在共振狀態(tài)下，輪胎的振動幅度會急劇增大，從而導(dǎo)致噪聲的聲壓級顯著提高。例如，在輪胎的實驗研究中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)車輛以特定速度行駛時，路面不平度對輪胎的激勵頻率恰好與輪胎的某一階固有頻率吻合，此時輪胎會產(chǎn)生強(qiáng)烈的共振，車內(nèi)人員能夠明顯感受到噪聲的增大，甚至?xí)霈F(xiàn)車身的輕微抖動。輪胎的振型也會對噪聲產(chǎn)生影響。不同階次的振型對應(yīng)著輪胎不同的振動形態(tài)，這些振動形態(tài)會導(dǎo)致輪胎表面各點(diǎn)的振動速度和加速度分布不同，進(jìn)而影響噪聲的輻射特性。在某些振型下，輪胎的振動可能會集中在局部區(qū)域，如胎冠或胎側(cè)的特定部位，這些局部區(qū)域的強(qiáng)烈振動會產(chǎn)生較高強(qiáng)度的噪聲。而在其他振型下，輪胎的振動可能較為均勻地分布在整個輪胎表面，噪聲的輻射相對較為分散，聲壓級也會相應(yīng)降低。輪胎的振動模態(tài)還會影響噪聲的頻率成分。輪胎在不同的振動模態(tài)下，會產(chǎn)生不同頻率的振動，這些振動通過空氣傳播形成噪聲，使得輪胎噪聲包含了豐富的頻率成分。一般來說，低頻噪聲主要與輪胎的整體振動模態(tài)相關(guān)，如輪胎的剛體位移和大變形振動等；而高頻噪聲則更多地與輪胎的局部振動模態(tài)有關(guān)，如花紋塊的振動、胎面的細(xì)微變形等。在實際測量中，通過頻譜分析可以清晰地看到輪胎噪聲在不同頻率段的分布情況，低頻段的噪聲主要由輪胎的整體振動產(chǎn)生，而高頻段的噪聲則是由輪胎的局部振動和花紋與路面的相互作用共同產(chǎn)生的。從噪聲產(chǎn)生的機(jī)理角度來看，輪胎的振動模態(tài)與各類噪聲源之間存在著直接的關(guān)聯(lián)。滾動噪聲作為輪胎噪聲的主要組成部分，其產(chǎn)生與輪胎的滾動過程中的振動密切相關(guān)。輪胎在滾動時，由于與路面的接觸和變形，會產(chǎn)生一系列復(fù)雜的振動，這些振動的頻率和幅值受到輪胎振動模態(tài)的影響。當(dāng)輪胎的振動模態(tài)使得輪胎與路面的接觸力不均勻時，會加劇滾動噪聲的產(chǎn)生。例如，在輪胎的某一階振型下，輪胎胎面與路面的接觸點(diǎn)在滾動過程中會出現(xiàn)周期性的變化，導(dǎo)致接觸力的波動，從而產(chǎn)生較大的滾動噪聲。花紋噪聲的產(chǎn)生也與輪胎的振動模態(tài)緊密相連。輪胎花紋在與路面接觸時，會受到路面的激勵而產(chǎn)生振動，這種振動的頻率和幅度與輪胎的振動模態(tài)有關(guān)。不同的花紋設(shè)計會導(dǎo)致輪胎在相同激勵下產(chǎn)生不同的振動響應(yīng)，進(jìn)而影響花紋噪聲的大小和頻率特性。如果花紋的設(shè)計使得在某些頻率下輪胎花紋的振動與輪胎的固有振動模態(tài)相耦合，就會產(chǎn)生較大的花紋噪聲。例如，當(dāng)花紋節(jié)距的排列導(dǎo)致在某一頻率下花紋塊的振動與輪胎的某一階振型相匹配時，會引發(fā)共振，使得花紋噪聲在該頻率處出現(xiàn)峰值。空氣泵吸噪聲同樣受到輪胎振動模態(tài)的影響。輪胎在滾動過程中，花紋槽與路面之間的空氣會被壓縮和釋放，形成空氣泵吸效應(yīng)，從而產(chǎn)生噪聲。輪胎的振動模態(tài)會影響花紋槽與路面之間的空氣流動狀態(tài)，進(jìn)而影響空氣泵吸噪聲的產(chǎn)生。當(dāng)輪胎的振動模態(tài)導(dǎo)致花紋槽與路面之間的密封性能發(fā)生變化時，會改變空氣泵吸的強(qiáng)度和頻率，從而影響噪聲的大小。例如，在輪胎的某一振動模態(tài)下，花紋槽與路面之間的間隙可能會發(fā)生周期性的變化，導(dǎo)致空氣泵吸噪聲的頻率和幅值也發(fā)生相應(yīng)的變化。綜上所述，輪胎噪聲的產(chǎn)生與振動模態(tài)之間存在著復(fù)雜而緊密的關(guān)聯(lián)。輪胎的固有頻率、振型等振動模態(tài)參數(shù)直接影響著噪聲的產(chǎn)生、傳播和頻率特性，不同類型的噪聲源與輪胎的振動模態(tài)之間也存在著內(nèi)在的聯(lián)系。深入研究這種關(guān)聯(lián)，有助于進(jìn)一步揭示輪胎噪聲的產(chǎn)生機(jī)理，為輪胎噪聲控制提供更具針對性的理論依據(jù)和技術(shù)支持。五、輪胎噪聲控制方法5.1被動降噪方法5.1.1輪胎結(jié)構(gòu)優(yōu)化輪胎的結(jié)構(gòu)對其噪聲產(chǎn)生有著至關(guān)重要的影響，通過優(yōu)化輪胎花紋和胎體結(jié)構(gòu)，可以有效降低輪胎噪聲。輪胎花紋是輪胎與路面直接接觸的部分，其設(shè)計對噪聲產(chǎn)生起著關(guān)鍵作用?；y的節(jié)距排列、形狀和大小等因素都會影響輪胎與路面的相互作用，從而產(chǎn)生不同程度的噪聲。合理設(shè)計花紋節(jié)距可以有效減少花紋噪聲。傳統(tǒng)輪胎花紋節(jié)距往往是均勻的，這會導(dǎo)致在特定頻率下產(chǎn)生共振，使噪聲增大。而采用變節(jié)距花紋設(shè)計，通過使花紋節(jié)距呈現(xiàn)無規(guī)律的變化，能夠有效分散花紋塊與路面撞擊時產(chǎn)生的聲能疊加，避免在某些頻率上出現(xiàn)噪聲峰值，從而降低花紋噪聲。例如，佳通駕控P10采用三頻段變節(jié)距錯位優(yōu)化設(shè)計，能有效分散花紋塊與路面撞擊時產(chǎn)生的聲能疊加，降低噪音?；y塊的形狀和大小也會影響噪聲。較小且形狀不規(guī)則的花紋塊在與路面接觸時，產(chǎn)生的沖擊力相對較小，能夠減少振動和噪聲的產(chǎn)生。而花紋塊的剛度也需要合理控制，剛度太大容易產(chǎn)生較大的噪聲，適當(dāng)降低花紋塊的剛度，可以增加其彈性，減少與路面的沖擊，從而降低噪聲。輪胎的胎體結(jié)構(gòu)同樣對噪聲控制具有重要意義。胎體的剛度和阻尼分布會影響輪胎的振動特性，進(jìn)而影響噪聲的產(chǎn)生。合理調(diào)整胎體的剛度分布，使輪胎在不同部位具有合適的剛度，能夠減少輪胎在行駛過程中的振動。例如，在胎冠部位適當(dāng)增加剛度，可以提高輪胎的耐磨性和抗變形能力，減少因胎冠變形而產(chǎn)生的噪聲；在胎側(cè)部位適當(dāng)降低剛度，可以增加輪胎的柔韌性，減少胎側(cè)振動，降低噪聲。優(yōu)化胎體的阻尼分布也是降低噪聲的有效手段。阻尼能夠消耗振動能量，減少振動的持續(xù)時間和幅度。通過在胎體中添加高阻尼材料，如橡膠與阻尼劑的復(fù)合材料，可以增加胎體的阻尼特性，有效抑制輪胎的振動，降低噪聲的輻射。例如，一些高端輪胎采用多層結(jié)構(gòu)設(shè)計，在不同層之間添加阻尼材料，形成緩沖吸振層，能夠有效地阻擋和吸收聲波，降低輪胎噪聲。此外，輪胎的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如簾線的排列方式和材料選擇，也會對噪聲產(chǎn)生影響。合理的簾線排列可以提高輪胎的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，減少因簾線受力不均而產(chǎn)生的振動和噪聲。同時，選用高性能的簾線材料，如高強(qiáng)度、低模量的纖維材料，能夠改善輪胎的力學(xué)性能，降低噪聲的產(chǎn)生。例如，采用芳綸簾線代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼絲簾線，可以減輕輪胎的重量，同時提高輪胎的阻尼性能，降低噪聲。通過優(yōu)化輪胎花紋和胎體結(jié)構(gòu)，可以從源頭上減少輪胎噪聲的產(chǎn)生，為車輛提供更安靜、舒適的行駛環(huán)境。5.1.2材料選擇與應(yīng)用選用具有吸音、阻尼性能的材料制造輪胎，以及在輪胎內(nèi)部添加隔音材料，是降低輪胎噪聲的重要手段。在輪胎制造中，橡膠是主要的材料之一，其性能對輪胎噪聲有著顯著影響。傳統(tǒng)的輪胎橡膠主要注重耐磨性和力學(xué)性能，而對于降噪性能考慮較少。近年來，隨著對輪胎噪聲控制的重視，研發(fā)人員開始關(guān)注具有吸音、阻尼性能的橡膠材料。這些材料通常具有較高的阻尼系數(shù)，能夠有效地吸收和耗散振動能量，減少輪胎的振動，從而降低噪聲。一些新型橡膠材料通過特殊的配方設(shè)計，增加了橡膠的柔韌性和內(nèi)摩擦，使其在受到振動時能夠?qū)C(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能，從而起到阻尼減振的作用。這些橡膠材料還可以通過優(yōu)化分子結(jié)構(gòu)，提高對聲波的吸收能力，進(jìn)一步降低輪胎噪聲。在輪胎內(nèi)部添加隔音材料也是一種有效的降噪方法。常見的隔音材料有聚氨酯泡沫、丁基橡膠等。聚氨酯泡沫具有質(zhì)輕、吸音性能好等優(yōu)點(diǎn)，能夠有效地吸收輪胎內(nèi)部的聲波，減少噪聲的傳播。丁基橡膠則具有良好的氣密性和阻尼性能，不僅可以減少輪胎內(nèi)部的空氣泄漏，還能有效地抑制輪胎的振動，降低噪聲。將這些隔音材料貼合在輪胎的內(nèi)表面，形成一個隔音層，可以阻擋輪胎噪聲向車內(nèi)傳播。在輪胎內(nèi)襯上粘貼隔音棉，能夠有效減輕輪胎噪音傳入車內(nèi)，提升行車的舒適性和安靜度。一些高端輪胎還采用了多層隔音材料的組合，通過不同材料的協(xié)同作用，進(jìn)一步提高隔音效果。例如，采用聚氨酯泡沫與丁基橡膠復(fù)合的隔音材料，既能充分發(fā)揮聚氨酯泡沫的吸音性能，又能利用丁基橡膠的阻尼性能，實現(xiàn)更好的降噪效果。除了在輪胎內(nèi)部添加隔音材料，還可以在輪胎與輪轂之間設(shè)置隔振墊，以減少輪胎振動向輪轂的傳遞，進(jìn)而降低噪聲。隔振墊通常采用橡膠或其他彈性材料制成，具有良好的隔振性能。它可以有效地隔離輪胎與輪轂之間的振動傳遞，減少因振動而產(chǎn)生的噪聲。一些車輛在輪轂上安裝橡膠隔振墊，能夠顯著降低輪胎振動引起的噪聲，提高車內(nèi)的安靜程度。通過選用具有吸音、阻尼性能的材料制造輪胎，以及在輪胎內(nèi)部添加隔音材料和設(shè)置隔振墊等措施，可以有效地降低輪胎噪聲，提升車輛的靜音性能和駕乘舒適性。5.2主動降噪方法5.2.1主動控制原理主動降噪方法基于聲學(xué)原理，其核心在于通過產(chǎn)生與原始噪聲相位相反的聲波，實現(xiàn)兩者在空間中的相互抵消，從而達(dá)到降低噪聲的目的。主動降噪系統(tǒng)主要由噪聲監(jiān)測、信號處理和反相抵消等關(guān)鍵環(huán)節(jié)構(gòu)成。噪聲監(jiān)測環(huán)節(jié)是主動降噪的基礎(chǔ)，通過布置在輪胎附近或車內(nèi)的高靈敏度麥克風(fēng)，實時采集輪胎產(chǎn)生的噪聲信號。這些麥克風(fēng)能夠精準(zhǔn)捕捉到輪胎在不同行駛工況下產(chǎn)生的各種頻率的噪聲，無論是低頻的滾動噪聲，還是高頻的花紋噪聲，都能被有效監(jiān)測。麥克風(fēng)的位置選擇至關(guān)重要，一般會根據(jù)輪胎噪聲的傳播路徑和車內(nèi)噪聲分布特點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化布置。在輪胎周圍，麥克風(fēng)會被放置在能夠直接接收輪胎噪聲的位置，如輪胎側(cè)面靠近輪轂的部位，以獲取最準(zhǔn)確的輪胎噪聲信號；在車內(nèi)，麥克風(fēng)則會布置在駕乘人員耳部附近，以監(jiān)測傳入車內(nèi)的噪聲，確保降噪效果能夠直接作用于駕乘人員的聽覺感受。采集到的噪聲信號會被傳輸至信號處理單元，這是主動降噪系統(tǒng)的核心部分。信號處理單元通常采用高性能的數(shù)字信號處理器（DSP），它能夠?qū)υ肼曅盘栠M(jìn)行快速、精確的分析和處理。DSP會對噪聲信號的頻率、相位、幅值等參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)解析，通過復(fù)雜的算法計算出與原始噪聲相位相反的聲波信號，即反相抵消信號。這個計算過程需要考慮多種因素，如噪聲的變化特性、車輛的行駛狀態(tài)以及環(huán)境因素的影響等。為了適應(yīng)不同的行駛工況和噪聲變化，信號處理算法通常具有自適應(yīng)能力，能夠根據(jù)實時監(jiān)測到的噪聲信號動態(tài)調(diào)整反相抵消信號的參數(shù)，以確保最佳的降噪效果。經(jīng)過處理的反相抵消信號會被傳輸至揚(yáng)聲器，揚(yáng)聲器會將電信號轉(zhuǎn)換為聲波信號，并在輪胎周圍或車內(nèi)特定空間中播放。當(dāng)反相抵消信號與原始噪聲信號在空間中相遇時，由于兩者相位相反，它們會相互干涉，使得聲波的波峰與波谷相互抵消，從而實現(xiàn)噪聲的降低。在實際應(yīng)用中，為了確保反相抵消效果的均勻性，通常會采用多個揚(yáng)聲器進(jìn)行布置，根據(jù)車輛的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和噪聲分布情況，合理調(diào)整揚(yáng)聲器的位置和發(fā)聲方向，使反相抵消信號能夠覆蓋整個需要降噪的區(qū)域。例如，在車內(nèi)，揚(yáng)聲器會被布置在車門、車頂、座椅等位置，形成一個立體的降噪聲場，確保駕乘人員在車內(nèi)各個位置都能感受到明顯的降噪效果。主動降噪方法與傳統(tǒng)的被動降噪方法有著本質(zhì)的區(qū)別。被動降噪主要是通過使用隔音材料、吸音材料等物理手段來阻擋或吸收噪聲，其降噪效果受到材料性能和結(jié)構(gòu)設(shè)計的限制，對于低頻噪聲的降噪效果往往不理想。而主動降噪方法則是從噪聲產(chǎn)生的源頭出發(fā)，通過實時監(jiān)測和動態(tài)調(diào)整反相抵消信號，能夠更有效地降低噪聲，尤其是在低頻段具有明顯的優(yōu)勢。主動降噪系統(tǒng)可以根據(jù)噪聲的變化實時調(diào)整反相抵消信號，能夠適應(yīng)不同的行駛工況和噪聲環(huán)境，而被動降噪方法一旦安裝完成，其降噪效果就基本固定，難以應(yīng)對復(fù)雜多變的噪聲情況。5.2.2技術(shù)實現(xiàn)與應(yīng)用案例在輪胎噪聲控制中，主動降噪技術(shù)的實現(xiàn)需要綜合考慮多個方面的因素。傳感器的選擇和布置是關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。為了準(zhǔn)確監(jiān)測輪胎噪聲，通常會選用高靈敏度、寬頻響的麥克風(fēng)作為傳感器。這些麥克風(fēng)能夠捕捉到輪胎在不同頻率下產(chǎn)生的噪聲信號，為后續(xù)的信號處理提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。在布置傳感器時，需要充分考慮輪胎的結(jié)構(gòu)和噪聲傳播路徑。一般會在輪胎的胎側(cè)、胎冠以及輪轂附近等位置布置傳感器，以全面獲取輪胎噪聲信息。在胎側(cè)布置傳感器可以直接監(jiān)測輪胎與路面接觸產(chǎn)生的噪聲，而在輪轂附近布置傳感器則可以監(jiān)測到噪聲通過輪轂傳播到車內(nèi)的部分。通過合理布置多個傳感器，可以形成一個完整的噪聲監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，確保能夠準(zhǔn)確捕捉到輪胎噪聲的各種特征。信號處理算法的優(yōu)化也是主動降噪技術(shù)實現(xiàn)的重要方面。不同的信號處理算法對降噪效果有著顯著的影響。常見的算法包括自適應(yīng)濾波算法、最小均方誤差算法等。自適應(yīng)濾波算法能夠根據(jù)噪聲信號的變化實時調(diào)整濾波器的參數(shù)，以實現(xiàn)對噪聲的有效抵消。最小均方誤差算法則通過最小化原始噪聲信號與反相抵消信號之間的均方誤差，來優(yōu)化反相抵消信號的生成。在實際應(yīng)用中，通常會根據(jù)輪胎噪聲的特點(diǎn)和車輛的行駛工況，對這些算法進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。例如，結(jié)合輪胎噪聲的頻率特性和變化規(guī)律，對自適應(yīng)濾波算法中的步長參數(shù)進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，以提高算法的收斂速度和降噪效果。同時，還會考慮車輛行駛過程中的振動、加速度等因素對噪聲信號的影響，對算法進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)償和修正，確保在復(fù)雜的行駛環(huán)境下仍能實現(xiàn)良好的降噪效果。揚(yáng)聲器的選型和布置同樣不容忽視。揚(yáng)聲器需要具備良好的頻率響應(yīng)和功率輸出能力，以確保能夠準(zhǔn)確播放反相抵消信號。在選擇揚(yáng)聲器時，會根據(jù)車輛內(nèi)部空間的大小、噪聲的強(qiáng)度以及降噪的頻率范圍等因素進(jìn)行綜合考慮。一般會選用低頻響應(yīng)好的揚(yáng)聲器來抵消低頻噪聲，選用高頻響應(yīng)好的揚(yáng)聲器來處理高頻噪聲。在布置揚(yáng)聲器時，要根據(jù)車內(nèi)噪聲的分布情況和聲學(xué)特性，合理確定揚(yáng)聲器的位置和發(fā)聲方向。通過優(yōu)化揚(yáng)聲器的布置，可以使反相抵消信號在車內(nèi)均勻分布，避免出現(xiàn)降噪盲區(qū)，提高整體的降噪效果。例如，在車內(nèi)的四個車門、車頂以及座椅下方等位置合理布置揚(yáng)聲器，形成一個立體的降噪聲場，使駕乘人員在車內(nèi)各個位置都能感受到明顯的降噪效果。目前，主動降噪技術(shù)在輪胎噪聲控制領(lǐng)域已經(jīng)有了一些實際應(yīng)用案例。某豪華汽車品牌在其高端車型上采用了主動降噪技術(shù)來控制輪胎噪聲。該車型在輪胎內(nèi)部安裝了多個高靈敏度的麥克風(fēng)，用于實時監(jiān)測輪胎噪聲信號。同時，在車內(nèi)的多個位置布置了揚(yáng)聲器，以播放反相抵消信號。通過先進(jìn)的信號處理算法，對采集到的噪聲信號進(jìn)行快速分析和處理，生成精確的反相抵消信號。經(jīng)過實際測試，該主動降噪系統(tǒng)在降低輪胎噪聲方面取得了顯著效果。在車輛高速行駛時，車內(nèi)噪聲明顯降低，駕乘人員能夠感受到更加安靜、舒適的駕乘環(huán)境。根據(jù)測試數(shù)據(jù)，在車速為120km/h時，車內(nèi)噪聲聲壓級降低了約5dB(A)，有效提高了車內(nèi)的靜音性能。另一汽車制造商則在其新能源汽車上應(yīng)用了主動降噪技術(shù)。由于新能源汽車沒有發(fā)動機(jī)噪聲的掩蓋，輪胎噪聲對車內(nèi)環(huán)境的影響更加明顯。該制造商通過在車輛底盤和輪胎周圍布置傳感器，以及在車內(nèi)合理布置揚(yáng)聲器，實現(xiàn)了對輪胎噪聲的主動控制。在實際應(yīng)用中，該主動降噪系統(tǒng)能夠根據(jù)車輛的行駛狀態(tài)和路面條件，實時調(diào)整反相抵消信號，有效降低了輪胎噪聲對車內(nèi)的影響。特別是在粗糙路面行駛時，主動降噪系統(tǒng)能夠顯著減少輪胎與路面摩擦產(chǎn)生的高頻噪聲，提升了車內(nèi)的舒適性。用戶反饋表明，在使用該主動降噪系統(tǒng)后，車內(nèi)的安靜程度得到了明顯改善，即使在高速行駛時，也能輕松進(jìn)行交談和享受音樂。主動降噪技術(shù)在輪胎噪聲控制中具有顯著的優(yōu)勢。它能夠?qū)崟r、動態(tài)地對輪胎噪聲進(jìn)行處理，適應(yīng)不同的行駛工況和路面條件，有效降低車內(nèi)噪聲，提升駕乘舒適性。與傳統(tǒng)的被動降噪方法相比，主動降噪技術(shù)在低頻噪聲控制方面表現(xiàn)出色，能夠彌補(bǔ)被動降噪方法的不足。主動降噪技術(shù)還可以與被動降噪方法相結(jié)合，形成更加完善的降噪體系，進(jìn)一步提高降噪效果。在某車型上，通過同時采用主動降噪技術(shù)和優(yōu)化的隔音材料，車內(nèi)噪聲得到了更有效的控制，為駕乘人員提供了更加安靜、舒適的環(huán)境。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和成本的降低，主動降噪技術(shù)有望在輪胎噪聲控制領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用，為汽車行業(yè)的靜音技術(shù)發(fā)展帶來新的突破。六、輪胎噪聲控制效果評估6.1評估指標(biāo)與方法評估輪胎噪聲控制效果需要借助一系列科學(xué)合理的指標(biāo)以及相應(yīng)的精確測試方法，這些指標(biāo)和方法能夠全面、準(zhǔn)確地反映輪胎噪聲控制措施的實際成效。聲壓級是衡量聲音強(qiáng)弱的一個重要物理量，在輪胎噪聲控制效果評估中，聲壓級是一個關(guān)鍵指標(biāo)。它表示聲波在傳播過程中，空氣分子受到振動作用而產(chǎn)生的壓強(qiáng)變化的有效值，單位為帕斯卡（Pa）。由于人耳對聲音的感知并非與聲壓的絕對值成正比，而是更接近對數(shù)關(guān)系，因此在實際應(yīng)用中，通常采用聲壓級來度量聲音的大小，單位為分貝（dB）。其計算公式為：L_p=20\log_{10}\left(\frac{p}{p_0}\right)其中，L_p為聲壓級，p為待測聲壓的有效值，p_0為參考聲壓，在空氣中，參考聲壓一般取20\times10^{-6}Pa，這是人類耳朵所能感受到的最小聲壓。通過測量輪胎在不同工況下的聲壓級，可以直觀地了解輪胎噪聲的強(qiáng)度大小。在車輛以60km/h的速度行駛時，測量得到未采取噪聲控制措施的輪胎聲壓級為85dB，而采取了特定降噪措施后，聲壓級降低至80dB，表明降噪措施取得了一定的效果。響度是一個與人耳主觀感受密切相關(guān)的指標(biāo)，它不僅取決于聲音的強(qiáng)度（聲壓級），還與聲音的頻率及波形有關(guān)。響度反映了人耳對聲音由輕到響的強(qiáng)度等級概念，單位是“宋”（Sone）。規(guī)定聲壓級為40dB、頻率為1000Hz且來自聽者正前方的平面波形的強(qiáng)度為1宋。響度級則是建立在兩個聲音主觀比較的基礎(chǔ)上，選擇1kHz的純音作基準(zhǔn)音，若某一噪聲聽起來與該純音一樣響，則該噪聲的響度級在數(shù)值上就等于這個純音的聲壓級，單位是“方”（Phone）。例如，某噪聲聽起來與聲壓級為70dB、頻率為1000Hz的純音一樣響，則該噪聲的響度級就是70方。響度與響度級之間的關(guān)系可以用公式表示為：L_N=40+10\log_2N其中，L_N為響度級（方），N為響度（宋）。在評估輪胎噪聲控制效果時，響度能夠更準(zhǔn)確地反映人耳對噪聲的實際感受，因為即使聲壓級相同的聲音，由于頻率和波形的不同，人耳感受到的響度也可能不同。A計權(quán)聲功率級是考慮了人耳對不同頻率聲音的敏感度差異后得到的聲功率級指標(biāo)。在實際環(huán)境中，人耳對不同頻率的聲音敏感度不同，對高頻聲音更為敏感，對低頻聲音相對不敏感。A計權(quán)網(wǎng)絡(luò)就是根據(jù)人耳的這種聽覺特性設(shè)計的，它對不同頻率的聲音進(jìn)行了相應(yīng)的加權(quán)處理，使得測量結(jié)果更符合人耳的主觀感受。聲功率是指單位時間內(nèi)聲源輻射出的總聲能量，單位為瓦特（W）。A計權(quán)聲功率級的測量需要在特定的聲學(xué)環(huán)境中進(jìn)行，如半消聲室或消聲室，以減少外界反射聲的干擾。通過測量輪胎的A計權(quán)聲功率級，可以更全面地評估輪胎噪聲對周圍環(huán)境的影響程度。在實際測試中，聲壓級的測量通常使用聲級計。聲級計是一種能夠測量聲音聲壓級的儀器，它具有不同的頻率計權(quán)網(wǎng)絡(luò)，如A計權(quán)、B計權(quán)、C計權(quán)等，可根據(jù)需要選擇合適的計權(quán)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測量。在測量輪胎噪聲時，將聲級計的傳聲器放置在離輪胎一定距離的位置，一般在輪胎側(cè)面距離輪胎中心0.5-1m處，高度與輪胎中心平齊，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測量方法，測量輪胎在不同工況下的聲壓級。測量時要確保測量環(huán)境安靜，避免其他噪聲源的干擾，同時要對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行多次采集，取平均值以提高測量的準(zhǔn)確性。測量響度和響度級相對較為復(fù)雜，通常需要借助專業(yè)的聲學(xué)測試設(shè)備和軟件。一種常見的方法是使用人工頭和仿真耳組成的測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠模擬人耳的聽覺特性，采集聲音信號并進(jìn)行處理分析，從而得到響度和響度級的值。在測試過程中，將人工頭放置在車內(nèi)駕駛員或乘客耳部的位置，模擬人耳接收輪胎噪聲的情況，通過專業(yè)軟件對采集到的聲音信號進(jìn)行分析計算，得出響度和響度級的結(jié)果。A計權(quán)聲功率級的測量則需要在專門的聲學(xué)實驗室中進(jìn)行，如半消聲室或消聲室。在半消聲室中，地面為反射面，其他五個面均為吸聲材料，能夠近似模擬自由場的聲學(xué)環(huán)境。測量時，將輪胎安裝在特定的測試裝置上，使其處于正常工作狀態(tài)，在輪胎周圍布置多個傳聲器，組成傳聲器陣列，測量輪胎輻射到周圍空間的聲壓分布。通過對這些聲壓數(shù)據(jù)進(jìn)行積分運(yùn)算，結(jié)合A計權(quán)網(wǎng)絡(luò)的加權(quán)處理，最終計算得到輪胎的A計權(quán)聲功率級。測量過程中要嚴(yán)格控制測試環(huán)境的溫度、濕度等因素，確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。這些評估指標(biāo)和測試方法相互補(bǔ)充，能夠從不同角度全面評估輪胎噪聲控制效果。聲壓級提供了聲音強(qiáng)度的客觀度量，響度和響度級反映了人耳的主觀感受，A計權(quán)聲功率級則綜合考慮了人耳的聽覺特性和噪聲對周圍環(huán)境的影響。通過合理運(yùn)用這些指標(biāo)和方法，可以準(zhǔn)確評估輪胎噪聲控制措施的有效性，為進(jìn)一步改進(jìn)和優(yōu)化噪聲控制技術(shù)提供科學(xué)依據(jù)。6.2案例分析以某款常見的家用轎車輪胎為研究對象，對其進(jìn)行噪聲控制前后的對比分析，以評估噪聲控制措施的實際效果。該輪胎在市場上應(yīng)用廣泛，其規(guī)格為205/55R16，主要應(yīng)用于[適用車型品牌及型號]等車型。在噪聲控制前，對該輪胎進(jìn)行了全面的噪聲測試。測試在專業(yè)的汽車試驗場進(jìn)行，模擬車輛在實際道路上的行駛工況，包括不同的車速、路面條件等。使用高精度的聲級計，在輪胎側(cè)面距離輪胎中心0.5m處，高度與輪胎中心平齊的位置，測量輪胎在不同工況下的聲壓級。同時，在車內(nèi)駕駛員耳部位置布置麥克風(fēng)，測量傳入車內(nèi)的噪聲聲壓級。在車速為60km/h的平整瀝青路面行駛時，測量得到輪胎的聲壓級為85dB(A)，車內(nèi)噪聲聲壓級為70dB(A)。在車速提高到100km/h時，輪胎聲壓級增大到90dB(A)，車內(nèi)噪聲聲壓級達(dá)到75dB(A)。通過對噪聲信號的頻譜分析，發(fā)現(xiàn)輪胎噪聲在500-1500Hz頻段內(nèi)能量較為集中，這主要是由于輪胎的花紋噪聲和空氣泵吸噪聲在該頻段產(chǎn)生的影響較大。針對該輪胎的噪聲問題，采取了一系列噪聲控制措施。在輪胎結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面，對輪胎花紋進(jìn)行了重新設(shè)計，采用變節(jié)距花紋設(shè)計，使花紋節(jié)距呈現(xiàn)無規(guī)律的變化，有效分散了花紋塊與路面撞擊時產(chǎn)生的聲能疊加，減少了花紋噪聲的產(chǎn)生。同時，優(yōu)化了胎體結(jié)構(gòu)，在胎冠部位適當(dāng)增加剛度，提高了輪胎的耐磨性和抗變形能力，減少了因胎冠變形而產(chǎn)生的噪聲；在胎側(cè)部位適當(dāng)降低剛度，增加了輪胎的柔韌性，減少了胎側(cè)振動，降低了噪聲。在材料選擇與應(yīng)用方面，選用了具有高阻尼性能的橡膠材料制造輪胎，該材料能夠有效地吸收和耗散振動能量，減少輪胎的振動，從而降低噪聲。在輪胎內(nèi)部添加了聚氨酯泡沫隔音材料，形成一個隔音層，阻擋輪胎噪聲向車內(nèi)傳播。在主動降噪方面，安裝了主動降噪系統(tǒng)。該系統(tǒng)在輪胎周圍布置了4個高靈敏度的麥克風(fēng)，用于實時監(jiān)測輪胎噪聲信號。同時，在車內(nèi)的四個車門、車頂以及座椅下方等位置布置了8個揚(yáng)聲器，以播放反相抵消信號。通過先進(jìn)的自適應(yīng)濾波算法，對采集到的噪聲信號進(jìn)行快速分析和處理，生成精確的反相抵消信號。在采取噪聲控制措施后，再次對該輪胎進(jìn)行噪聲測試。在相同的測試工況下，車速為60km/h時，輪胎的聲壓級降低至80dB(A)，車內(nèi)噪聲聲壓級降低至65dB(A)；車速為100km/h時，輪胎聲壓級降低到85dB(A)，車內(nèi)噪聲聲壓級降低至70dB(A)。從頻譜分析結(jié)果來看，在500-1500Hz頻段內(nèi)，噪聲能量明顯降低，尤其是在花紋噪聲和空氣泵吸噪聲的主要頻率范圍內(nèi)，聲壓級有了顯著下降。通過對聲壓級、響度和A計權(quán)聲功率級等評估指標(biāo)的綜合分析，該輪胎在采取噪聲控制措施后，聲壓級平均降低了5-10dB(A)，響度感覺上有明顯的減弱，A計權(quán)聲功率級也有了顯著降低，表明噪聲控制措施取得了良好的效果，有效降低了輪胎噪聲，提升了車內(nèi)的安靜程度和駕乘舒適性