作者：苏兴军 石宇鹏
来源：《中国科技博览》2018年第20期
[摘 要]伴随新能源汽车的快速发展，路面-轮胎噪声已成为当前汽车NVH性能开发的重要课题。本文首先分析了路面-轮胎噪声发生机理及分类，其次简单介绍了轮胎空腔模态三种计算方法，最后阐述了轮胎空腔噪声控制策略，并附带方案验证说明控制策略有效性，对汽车轮胎空腔噪声的开发具有较强的指导意义。
[关键词]轮胎 ；空腔噪声；NVH性能
中图分类号：TU414 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）20-0328-01
1.引言
伴随我国汽车产业的快速发展，消费者对汽车NVH性能要求越来越高。路面-轮胎噪声一直是影响汽车NVH性能的重要因素，由于近期新能源汽车的崛起，传统的动力总成激励不再考
虑，故路面-轮胎噪声成为当前汽车开发最重要的课题。
2.轮胎空腔噪声发生机理
轮胎空腔噪声发生频率通常为180-230Hz之间，在车速较低时表现为单频，在车速较高时表现为双频，以结构传递噪声为主，可以通过TPA方法、开关窗户测试方法等确定。轮胎空腔噪声由路面和轮胎激励引起轮胎空腔模态共振，通过底盘和车身部件的传递，引起车内噪声。
3.轮胎空腔模态计算
轮胎空腔模态是引起轮胎空腔噪声最重要的因素，其他部件模态（如副车架、车轮、摆臂等）为次要因素，只需合理避频即可。轮胎空腔模态计算方法通常分为三种：经验公式法、仿真分析法、试验测量法。
3.1 经验公式法
自由状态下轮胎空腔模态计算模型，轮胎内的空气可视为圆环状，空腔模态计算公式如下：
Fi=i*c/L= i*c/2πR
式中，Fi为第i阶轮胎空腔模态，c为轮胎内声音传播速度（通常计算采用340m/s，也可以根据声速与温度的经验公式计算C=331.4+0.6*t，其中t为温度），L为轮胎空腔周长（通常可采用2/3法计算），R为轮胎空腔半径。
3.2 仿真分析法
基于轮胎接地状态（与轮胎实际运行更接近），以轮胎气密层和车轮轮辋为约束条件，建立轮胎空腔有限元模型，开展模态分析即可（基本当前通用的软件都可以完成）。其模态振型包括左右模态和上下模态，如果轮胎下沉量较小，则两阶模态频率接近，如果轮胎下沉量较大，则两阶模态频率分散。
3.3 试验测量法
试验测量法直接获得轮胎空腔模态比较困难，一般基于轮胎胎面至轴头的传递函数来判断。基于轮胎接地状态，可以开展整车轮胎模态试验和台架轮胎模态试验，如图1所示。通过锤头或激振器激励轮胎胎面，获取车轮轴头响应，得到其传递函数，如图2所示。由于属
于轮胎静态测试，两阶空腔模态频率接近，故仅显示为一个峰值，在汽车行驶过程中，两个空腔模态频率会逐步分开，类似于仿真分析方法计算的空腔模态，并随着车速的提高，两阶模态分离越明显。
4.轮胎空腔噪声控制策略及验证
4.1 结构优化设计
结构优化设计包括轮胎优化设计、悬架优化设计、车身优化设计。轮胎主要优化帘布层、带束层、橡胶胶料、胎面结构等，目前优质供应商的轮胎空腔灵敏度都已经开展控制；悬架主要优化橡胶部件的刚度，调整相关部件模态实现避频，降低刚度实现隔振，必要时可安装吸振器；车身主要优化各相关板件贡献量、关键安装点动刚度、模态等。上述结构优化设计会对轮胎空腔噪声有影响，但影响较小，由于相关主机厂和科研机构都开展类似工作，故不在综述方案验证。
4.2 轮胎充气气体变更
将轮胎充气由普通空气更换为比较稳定的气体，如氦气（氦气稳定性比空气好）。基于
3.1中阐述的经验公式法可知，轮胎空腔模态与不同气体介质中声音传播速度和空腔尺寸强相关，更换充气气体的轮胎空腔模态与不同介质中声音传播速度有关，通常氦气的声速会比空气大，故更换氦气后轮胎空腔模态频率变大（如果是纯氦气会增大2.5-3倍左右，但日常中用的都是混合氦气，增大比例需参考气体构成结构而定）。
轮胎帘布 4.3 吸声材料应用
在轮辋表面或者轮胎内胎面添加吸声材料。在最初添加吸声材料时，由于可靠性的原因，只能添加到轮辋表面。众所周知，吸声材料面积越大，吸声效果越好，故轮胎内胎面添加吸声材料效果比添加到轮辋的效果更好。目前优质轮胎厂家已经攻克技术难关，可以将吸声材料添加到轮胎内胎面。
5.结语
1）简述路面-轮胎噪声发生机理、名称和分类；
2）基于“激励源→传递路径→响应”详细分析轮胎空腔噪声发生机理，明确其与轮胎空腔灵敏度强相关，与其他部件弱相关；
3）针对轮胎空腔模态的获取，从经验公式法、仿真分析法、试验测量法共三种方法分别解释轮胎空腔模态的获取，说明轮胎两阶空腔模态振型，并随车速不断变化，车速由低到高，两阶空腔模态频率从接近到逐步分开，且差距越来越大；
4）阐述轮胎空腔噪声控制策略，从结构优化设计、轮胎充气气体变更、吸声材料应用三个方面开展，并附属相关试验验证，说明控制策略的有效性。
通过本文对轮胎空腔噪声控制探究分析，为相关问题提供参考。
参考文献
[1] 文伟、张军等.轮胎空腔共振噪声工程控制及应用[A].2015年中国汽车工程学会年会论文 2015.10，1815-1818.
[2] 于学华.轮胎空腔共振噪声的改进方法[J].华南理工大学学报，2009.7，90-93.
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