王华，严新平，曹平，肖旺新，袁成清
(武汉理工大学可靠性工程研究所，湖北武汉430063)
摘要：介绍低噪声轮胎与低噪声路面研究现状、轮胎噪声产生机理以及轮胎噪声研究中有待解决的问题。根据不同研究机构得出的相异结论，提出了轮胎与路面耦合与噪声关系这一概念，解释了由于轮胎振动、轮胎花纹与路面纹理不同匹配，有可能导致车辆在水泥混凝土路面上的轮胎噪声反而比在沥青路面上小的结论，为低噪声轮胎花纹与低噪声路面的设计提供新的研究途径。
关键词：轮胎；花纹；噪声；路面纹理；耦合
中图分类号:T Q336.1;U416.2;TB533+.2文献标识码:B文章编号:1006-8171(2007)02-0077-04
机动车辆的行驶噪声主要由轮胎噪声、动力噪声和排气噪声三部分构成。轮胎噪声的大小与轮胎花纹构造、路面特性(材料构造、路面纹理)及车速有关。车辆动力噪声主要取决于发动机的性能，与车速也直接相关。经过近百年汽车制造工程界的努力，汽车结构振动产生的噪声已经得到极大控制，随着车辆发动机性能的改进，轮胎噪声占车辆行驶噪声的比例越来越大，车辆加速行驶时，轮胎噪声约占车辆行驶噪声的23%；匀速行驶时，轮胎噪声约占车辆行驶噪声的80%[1]。要降低交通噪声，就必须降低轮胎噪
声。目前轮胎降噪主要有两种途径：低噪声轮胎设计与低噪声路面设计。大连车网
1低噪声轮胎与路面的研究现状
111低噪声轮胎
从20世纪30年代开始，美国的橡胶公司就发现了改变轮胎花纹节距排列能够降低轮胎噪声，并一直对其进行优化。1971年,H arden首次提出了轮胎噪声发声模型，认为轮胎噪声是轮胎挤压地面和花纹槽抽吸空气导致的。荷兰的M.
H ecle将这一模型定义为/Air Pumping0，这一定义被后来其他研究者所引用。随着对轮胎花纹研究的不断深入，如何对所设计轮胎方案做客观东风日产尼桑骊威
作者简介：王华(1981-)，男，湖北洪湖人，武汉理工大学在读硕士研究生，主要从事轮胎/路面噪声测试与仿真的研究。评价便成为制约降低轮胎花纹噪声的关键因素。这时，美国某研究中心提出了评价噪声性能指标的M曲线，汽车生产厂家在选用配套轮胎时可对轮胎花纹方案进行仿真，测试其噪声频谱曲线是否低于M标准曲线[2]。
随着计算机技术的飞速发展，轮胎噪声的计算与仿真技术也得到了快速发展。尤尼罗伊尔-固特里奇轮胎公司研制的一种仿真器不需要真正的轮胎，只需要一张轮胎胎面花纹图和一张接地印痕图，在0.5h
内就能仿真出胎面噪声谱。国外对轮胎花纹噪声的研究已经日臻成熟，充分发挥计算机优化及仿真的优势，既准确又缩短了开发周期。
国内对轮胎花纹噪声的研究起步较晚，而且大都局限于轮胎的原材料及配方、工艺设备和结构设计3个领域的研究，对低噪声轮胎花纹的设计主要还是凭经验，缺乏科学性，直到上海轮胎橡胶(集团)股份有限公司轮胎研究所设计出第1个低噪声轮胎花纹方案后，才开始重视轮胎噪声的研究。在低噪声轮胎开发研制方面，国内轮胎公司投入了大量人力和科研资金，在试验和仿真研究两方面都取得了很多科研成果。
目前，我国对轮胎噪声的研究与欧美和日本尚有较大的差距，在下述几方面有待进一步研究和完善:(1)低噪声轮胎花纹的分析与设计方法;
(2)轮胎噪声机理和仿真模型;(3)在模型中很好地反映出轮胎参数、路面参数以及现场因素和轮
胎振动对噪声的影响;(4)优化轮胎多方位、立体视图的绘制。112 低噪声路面
20世纪80年代以来，英国、法国、荷兰和比利时等国家开展了低噪声路面的研究。低噪声路面大致分为以下几类：多孔隙沥青混凝土路面、小粒径超薄沥青混凝土路面、碎石沥青玛碲脂路面、低噪声水泥混凝土路面、橡胶混凝土路面、橡胶沥青路面和橡胶沥青混凝土路面。据研究报道，开级配多孔隙
沥青路面噪声比惯用密级配沥青路面降低4~6dB(A )，雨天可降低8dB(A)，同时多孔隙沥青路面还具有排水性好、防水溅、抗漂滑和行车安全等优点。为达到降低公路交通噪声的目的，低噪声路面比建声屏障具有经济合理、保持环境原有风貌、降噪效果好和行车安全等特点，目前发达国家已经广泛开展低噪声路面的研究[3,4]。国外研究表明，当多孔隙沥青路面的孔隙率在15%~20%(20%左右)时，噪声降低最明显
[5]
。
近来又出现了一种双层多孔隙沥青路面。这种路面分上下两层，上层孔隙率小，下层孔隙率
suv排行榜大，这样不仅更有效地防止了泥沙的堵塞，在抗滑性能上也比单层路面要好。
在今后的试验研究及应用中，施工工艺复杂性、经济性、面层孔隙率随使用时间下降、多孔隙沥青路面的抗冻性以及路面较早出现车辙等问题还有待进一步解决。2 轮胎噪声的产生机理
轮胎滚动时发出的噪声可以归结为以下几种：花纹块打击地面发出的撞击噪声、沟槽腔体中空气被挤压和膨胀而产生的/泵浦效应0噪声、横沟槽内气柱共鸣噪声、光面胎面作用在地面形成大小不等的隙腔所产生的不规则沙声(随机噪声)、道路凹凸不平和轮胎均匀性不良而激起的轮胎振动噪声(一般频率
较低，为80~150H z)、轮胎滚动时切割空气产生的切割噪声、轮胎与地面摩擦产生的摩擦噪声以及车辆行驶时对路面产生的低频路面噪声[6]。所有这些噪声中，花纹块撞击噪声、花纹沟泵浦噪声、横沟槽气柱共鸣噪声和光面胎面随机沙声是四大主要噪声源[7]
。图1示
出了车辆在匀速滑行时的噪声产生机理。
图1 车辆匀速滑行时的噪声产生机理
柏油清洁剂轮胎振动噪声包括了花纹块击地噪声、路面凹凸引起的激振声和接触地面引起的摩擦振动声等。这些噪声与很多参数有关，比如车速，车辆载质量，轮胎材料，花纹块的大小、节距比、排列组合，路面不平整度、材料与刚度等；而花纹沟的泵浦噪声与花纹沟的长宽、走向等有关；气柱共鸣与
沟槽的大小、长度、间距等有关。总之，轮胎的发声机理比较复杂，与很多参数都相关，在建模仿真的过程中如何选择适当的参数与权重，需要进行大量的试验研究。
轮胎与地面接触区附近存在着喇叭筒放大效应、空腔共振放大效应与亥姆赫兹放大效应。其
中喇叭筒放大效应最为明显。喇叭筒放大效应与轮胎路面的关系及其如何降低也是目前的一个研究热点。全新凯迪拉克cts
3 轮胎与路面耦合关系的提出
3.1 几种相异结论并存
随着各研究机构对轮胎与路面间相互作用研究的不断深入，得出了一些相异的结论。例如，很多结论指出，沥青混凝土路面产生的噪声比水泥混凝土路面产生的噪声小；而美国水泥协会针锋相对地指出，水泥混凝土路面可以是安静和安全的路面。
美国普渡大学/安全、安静、耐用0公路研究中心[Institute for Safe,Quiet and Dur able H ighw ay s (SQDH )]最新研究结论是：轮胎花纹不能大幅降低轮胎噪声，而路面纹理却能较大程度地降低轮胎噪声[8]；也有人指出轮胎在一定条件下也能大幅度降低其噪声。
还有研究结果表明，针对不同路面纹理类型，轮胎噪声随速度的递增幅度不一样[9]
，例如水泥路面横向刻槽的噪声大，但是其噪声随速度的递增幅度小；菱形路面最适合载重汽车降噪等等。3.2 轮胎与路面的耦合关系
由图1可以看出，主要的振动声都是由轮胎与路面之间的相互作用(或在二者之间)而产生的。同时，路面波形频率、刚性与轮胎花纹等都会对轮胎振动产生影响。而各轮胎或路面的研究机构基本上只对轮胎或者路面进行单一研究，没有考虑到它们是一对相互作用的整体，从而导致了相异结论并存的现象。由此，我们假设轮胎与路面之间还存在着某种(些)耦合关系，正是因为这些关系的存在改变了噪声的大小。
当不同载质量、装配不同花纹轮胎的车型以不同车速分别在沥青路面和水泥混凝土路面上行驶时，由于轮胎振动、轮胎花纹与路面纹理不同的匹配，有可能导致在水泥混凝土路面上的噪声反而较小，从而解释了水泥混凝土路面也是低噪声路面的结论。同理也可以解释其它结论和现象。
在今后的工作中，我们主要集中在研究速度/轴压与轮胎噪声的关系。弄清水泥路面的横向刻
槽噪声比较大，但是其噪声随速度的递增幅度却
比较小的原因，寻噪声随速度的递增幅度值更小的路面；研究有没有一种路面纹理最适合某种车速以及有没有某种路面纹理最适合某种车型，到与车速无关(尤其高速情况下)或者相关度尽量小的路面纹理或者纹理耦合。3.3 拟进行的耦合关系试验验证方法
通过试验研究和收集实测数据，出轮胎/路面纹理的耦合关系，分析其机理，建立轮胎/路面噪声的耦合模型。通过在户外实测采集路面纹理和相应的噪声等级，验证耦合关系及耦合模型。
在图2所示的试验平台上进行改变轮胎类型、混凝土级配、路面刻槽类型和路面结构(例如最近研究出来的双层排水沥青混凝土)等不同条件下的试验，在轮胎转鼓试验机上，分别研究轮胎花纹、载荷、气压对轮胎噪声的影响；提取影响轮胎/路面噪声的路面特征，研究路面纹理对轮胎/路面噪声的影响，主要研究水泥路面人工刻槽形式、刻槽方向、刻槽间距、刻槽深度对轮胎/路面噪声的影响。
在室外除了一般水泥路面有人工横向或纵向刻槽这种非常影响路面本来纹理的情况外，沥青路面和水泥路面一般都可以用/高速公路纹理采集器0采集路面纹理。对于轮胎磨损、路面磨损、灰尘污垢等难以在室内试验平台上获取的数据，直接在户外用/高速公路纹理采集器0和CPX (Close Prox imity M ethods)配合收集数据，研究路面纹理与噪声的关系。
图2 室内研究纹理耦合对轮胎噪声影响的试验平台
4 展望
为了得到安全、舒适、经济的低噪声轮胎和路面的耦合纹理，需要进行大量的基础试验研究。研究结果对轮胎厂家设计、开发、生产低噪声轮胎
以及低噪声路面纹理设计一定会有重要的指导意义，我们正在筹建/室内研究纹理耦合对轮胎噪声影响的试验平台0，这将为低噪声轮胎与低噪声路面的研究设计开创一个新的空间。
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第14届中国轮胎技术研讨会论文
Coupling effect of tread patterns and pavement texture on tire noise
WAN G H ua,YA N X in-p ing,CAO P ing,X I A O Wang-x in,YUA N Cheng-qing
(W uhan University of S cience and Technology,W uhan430063,China)
Abstract:The pr esent status in r esearch of low no ise tire and pav em ent,the principles of tire noise generation and some problems to be solv ed are review ed.Based on the dissim ilar co nclusions from dif-ferent r esearchers,a co ncept of the co upling effect of tr ead patterns and pavement texture o n tire noise has been proposed to explain the conclusio n that the different matches among tire v ibration,tr ead pat-terns and pavem ent tex ture may lead the fact that the no ise of tire on the concrete is hig her than on the asphalt and to provide a new appr oach for desig ning low noise tr ead patter ns and pavement.
汽车改装天然气价格Keywords:tire;tread patterns;noise;pav em ent texture;coupling
Amerityre向青岛七洲转让PU
工程机械轮胎翻新技术
中图分类号:T Q336.1文献标识码:D
英国《轮胎与配件》2006年10期56页报道:
Amerity re公司与中国位于山东平度的青岛七洲橡胶有限公司签订了转让生产技术的协议。该协议准许这家中国公司采用Am erityre独创的翻新技术制造3种大型采矿轮胎的PU弹性体翻新轮胎。未来两年，
七洲公司将向Amerityre公司支付40万美元的技术转让费。
七洲公司计划在其中国山东平度明村橡胶工业园现有厂旁建一个新厂。A merity re公司将卖给七洲公司或帮助其获得生产PU翻新轮胎所需的设备和原材料。双方预计，新厂需12个月才能竣工，可年产翻新轮胎7200~10000条，根据翻新轮胎规格不同，每年约需要使用3500~7500t 的PU弹性体。
新兴国家对自然资源需求的日益增长引起了大型采矿工程机械的全球性短缺。有报道说，一些采矿机械因没有轮胎而趴窝。Am er ity re评估了将其翻新技术用于工程机械轮胎领域的可能性。该公司相信，其PU翻胎工艺可为工程机械轮胎提供一个经济而先进的翻新方案，而且很高兴七洲公司决定率先在工程机械轮胎领域采用其PU翻胎技术。
青岛七洲橡胶有限公司建于1998年，年销售额约为1亿美元，有865名雇员，产品包括农业轮胎、轻载轮胎、载重轮胎和工程机械轮胎。产品以金轮和百老汇两个品牌出口到20多个国家。
(涂学忠摘译)
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