低噪聲輪胎花紋設(shè)計(jì)原理與方法分析

童詩(shī)圖

(雙錢集團(tuán)安徽回力輪胎有限公司，安徽 蕪湖 241000)

低噪聲輪胎花紋設(shè)計(jì)原理與方法分析

Design principle and method analysis of low noise tire pattern

童詩(shī)圖

(雙錢集團(tuán)安徽回力輪胎有限公司，安徽 蕪湖 241000)

主要對(duì)輪胎花紋設(shè)計(jì)的相關(guān)原理、設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用以及設(shè)計(jì)效果的評(píng)價(jià)進(jìn)行探析。

輪胎；花紋設(shè)計(jì)；方法；噪聲

近年來，低噪聲輪胎花紋如何設(shè)計(jì)成為各生產(chǎn)廠家關(guān)注的焦點(diǎn)。通過研究發(fā)現(xiàn)，設(shè)計(jì)中需考慮的內(nèi)容主要集中在花紋條、花紋塊以及花紋節(jié)距排列等方面，其中花紋塊在不同面積下將發(fā)出不同的聲音，而花紋溝槽的走向、長(zhǎng)度方面則是影響其發(fā)生的主要因素。所以，實(shí)際設(shè)計(jì)過程中對(duì)于花紋圖形可采取等價(jià)矩形模塊的形式，并利用相應(yīng)的仿真系統(tǒng)，能夠得到較為完善的設(shè)計(jì)方案。因此，實(shí)際設(shè)計(jì)中應(yīng)明確花紋設(shè)計(jì)的基本原理，選擇合理的設(shè)計(jì)方式，對(duì)低噪聲輪胎花紋設(shè)計(jì)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)具有十分重要的意義。

1 輪胎花紋設(shè)計(jì)的相關(guān)原理

關(guān)于輪胎花紋設(shè)計(jì)的原理，由于其需滿足低噪聲要求，所以可直接引入局相應(yīng)的仿真實(shí)驗(yàn)，通過花紋溝、花紋塊構(gòu)成相應(yīng)的節(jié)距，如輪胎1/4周期部分在節(jié)距構(gòu)成上為三個(gè)不等節(jié)距比的節(jié)距。此時(shí)可對(duì)各部分設(shè)計(jì)原理進(jìn)行分析，首先在花紋塊設(shè)計(jì)原理上，設(shè)計(jì)過程中應(yīng)充分考慮到花紋塊寬度比問題，假設(shè)有三個(gè)花紋圖案存在于每個(gè)節(jié)距中，此時(shí)在寬度比上應(yīng)控制在7以內(nèi)，且與行駛面積相比，花紋塊面積需保持在其70%左右。一般低噪聲輪胎中，其花紋條多以整齊的形式進(jìn)行排列，整個(gè)面積比完全可從寬度比方面進(jìn)行推出。此時(shí)，便涉及到無理數(shù)比內(nèi)容，與素?cái)?shù)比相比，花紋塊寬度比若選擇無理數(shù)比，可取得的降噪效果將較為明顯。同時(shí)，從花紋溝設(shè)計(jì)角度看，研究過程中一般需引入相應(yīng)的發(fā)聲模型，并結(jié)合的花紋溝槽發(fā)聲原理，能夠發(fā)現(xiàn)溝槽在發(fā)聲過程中不會(huì)受其深度影響，所以設(shè)計(jì)過程中需考慮到在槽寬度比選取中，應(yīng)保證其無理數(shù)比不應(yīng)與整數(shù)比接近。同時(shí)要求綜合分析花紋溝的走向、長(zhǎng)度等具體參數(shù)，可使花紋溝的設(shè)計(jì)更為合理[1]。

實(shí)際設(shè)計(jì)中還需做好花紋條數(shù)與節(jié)距控制工作。其中在花紋條數(shù)方面，設(shè)計(jì)過程中能夠發(fā)現(xiàn)在條數(shù)增加的情況下，噪聲聲壓級(jí)會(huì)保持下降趨勢(shì)，所以為達(dá)到降噪目的應(yīng)保證花紋條數(shù)較多。但需注意花紋條數(shù)的增加并非意味毫無限制的增加，其很可能使輪胎在抓著力或耐磨性等性能方面受到影響，需注意對(duì)條數(shù)進(jìn)行合理控制。另外，在節(jié)距選擇上，通常在輪胎頻率影響下，輪胎花紋噪聲會(huì)以不同的形式進(jìn)行分布，這樣噪聲分布中若導(dǎo)致聲能量過于集中，便可能增大聲壓級(jí)，車輛行駛過程中為駕駛員與乘客帶來的煩躁感也會(huì)更為明顯。因此，在設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮對(duì)不等節(jié)距花紋做好排列，使噪聲能量能夠立即進(jìn)行分散。根據(jù)以往實(shí)踐研究也可發(fā)現(xiàn)，從噪聲譜圖中看，若花紋節(jié)距比例以無理數(shù)比為主，其降噪效果較好，但采用倍數(shù)比或素?cái)?shù)比效果較差?？紤]到節(jié)距排列問題，在設(shè)計(jì)優(yōu)化過程中應(yīng)注重將遺傳算法引入其中，其能夠根據(jù)噪聲變化推測(cè)出最優(yōu)的節(jié)距排列順序[2]。

2 設(shè)計(jì)輪胎花紋的有效方法

根據(jù)輪胎花紋設(shè)計(jì)的相關(guān)原理，實(shí)際設(shè)計(jì)過程中主要需考慮到相關(guān)參數(shù)優(yōu)化問題。具體設(shè)計(jì)中，首先需結(jié)合花紋設(shè)計(jì)的要求，保證花紋槽與花紋塊在一個(gè)節(jié)距中做好比例控制，應(yīng)避免對(duì)Smin與Smax，即面積最大值與面積最小值，選取整數(shù)比。尤其注意在花紋塊參數(shù)選擇方面，各花紋塊都需避免利用與整數(shù)比相近的無理數(shù)比作為面積比，分別假設(shè)b1、b2、b3為三個(gè)花紋塊，其在面積比上應(yīng)避免以為主。另外，在花紋溝參數(shù)方面，其需與花紋塊保持適應(yīng)，在面積比選擇中不僅應(yīng)避免以與整數(shù)比接近的無理數(shù)比為主，同時(shí)還需保證其面積最大值與面積最小值的比控制在3以內(nèi)。

其次，在花紋槽、花紋塊選定的基礎(chǔ)上，需考慮花紋節(jié)距問題。根據(jù)矩形條可發(fā)現(xiàn)，在花紋條列設(shè)計(jì)中，矩形長(zhǎng)度應(yīng)與花紋塊的中心寬度保持相等。同樣花紋槽也需保證其中心寬度與矩形長(zhǎng)度相等，但由于槽的走向不同，為保證設(shè)計(jì)合理性，可對(duì)槽走向進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。此外，花紋條列在設(shè)計(jì)中為符合降噪要求，也需保證在不影響輪胎物理性能的同時(shí)，使花紋條數(shù)較多，且在寬度比上應(yīng)做好控制，避免與整數(shù)比例相接近[3]。

再次，結(jié)合節(jié)距的數(shù)目、節(jié)距比進(jìn)行輪胎花紋整體節(jié)距序列的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)過程中在滿足花紋節(jié)距設(shè)計(jì)原理的基礎(chǔ)上，還應(yīng)保證序列能夠被模具廠應(yīng)用。在此基礎(chǔ)上引入相應(yīng)的軟件仿真系統(tǒng)，對(duì)節(jié)距序列合理的花紋雛形采取試驗(yàn)仿真措施，對(duì)于其中不合理位置，可直接采取錯(cuò)位大小調(diào)整措施，確保所有錯(cuò)位問題都可得到解決。

最后，應(yīng)注重對(duì)花紋周期列進(jìn)行設(shè)計(jì)，通常設(shè)計(jì)過程中往往以輪胎周長(zhǎng)為依據(jù)，或選擇一般輪胎周長(zhǎng)作為花紋周期，也可將1/3或1/4的輪胎周長(zhǎng)作為花紋周期。為使輪胎噪聲問題得以解決，設(shè)計(jì)中應(yīng)盡可能使花紋周期保持較長(zhǎng)。同時(shí)，在輪胎降噪方面，常用的方式也體現(xiàn)在直接將軟化塊或刀槽等設(shè)置在花紋塊表面處，但需注意無論哪種槽的設(shè)置，都應(yīng)保證避免以死槽溝的形式存在，其很可能為輪胎花紋降噪起到相反效果[4]。

3 對(duì)輪胎花紋設(shè)計(jì)方案的具體評(píng)價(jià)

輪胎花紋設(shè)計(jì)方案是否合理，需在實(shí)際應(yīng)用前做好試驗(yàn)與評(píng)價(jià)工作，保證該方案指導(dǎo)下低噪聲輪胎符合其基本設(shè)計(jì)要求，才可投入使用，若試驗(yàn)評(píng)價(jià)中發(fā)生不合理之處，需及時(shí)做好整改工作。對(duì)于設(shè)計(jì)方案的評(píng)價(jià)，其基本步驟主要表現(xiàn)在：①引入計(jì)算機(jī)軟件仿真系統(tǒng)，對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)過程進(jìn)行仿真分析；②做好監(jiān)聽工作，主要對(duì)其中噪聲的變化頻率進(jìn)行分析；③評(píng)價(jià)與設(shè)計(jì)優(yōu)化過程。一般在評(píng)價(jià)中常用到主觀與客觀兩種評(píng)價(jià)方式，其中在主觀評(píng)價(jià)過程中，可根據(jù)具體仿真結(jié)果以及聲壓級(jí)變化下曲線特征進(jìn)行打分，但需注意主觀評(píng)價(jià)中應(yīng)避免放聲中出現(xiàn)原音量變化幅度較大問題，其容易使評(píng)價(jià)出現(xiàn)過多誤差。另外，在客觀評(píng)價(jià)方面，則要求實(shí)際測(cè)量花紋中各處的噪聲，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行頻譜圖的制定，并考慮引入相應(yīng)的錄音機(jī)設(shè)備，使輪胎花紋各處噪聲能夠被有效監(jiān)聽與記錄，最后根據(jù)記錄結(jié)果判斷花紋設(shè)計(jì)方案的合理性，對(duì)存在的問題采取優(yōu)化措施，這樣才可保證花紋設(shè)計(jì)都達(dá)到降噪要求[5]。

4 結(jié)論

輪胎花紋的合理設(shè)計(jì)是提升輪胎降噪效果的重要途徑。實(shí)際設(shè)計(jì)過程中應(yīng)正確認(rèn)識(shí)輪胎花紋設(shè)計(jì)的相關(guān)原理，包括其中的花紋塊與花紋槽設(shè)計(jì)等，同時(shí)根據(jù)實(shí)際降噪要求應(yīng)做好設(shè)計(jì)方法的選擇，在此基礎(chǔ)上引入相應(yīng)的仿真系統(tǒng)與評(píng)價(jià)方式，判斷設(shè)計(jì)的效果，以此實(shí)現(xiàn)低噪聲輪胎花紋設(shè)計(jì)的目標(biāo)。

[1] 陳霞. 輪胎噪聲分析評(píng)價(jià)及試驗(yàn)研究[D].武漢理工大學(xué),2012.

[2] 周海超. 花紋結(jié)構(gòu)對(duì)輪胎花紋溝噪聲和滑水性能影響規(guī)律及協(xié)同提升方法研究[D].江蘇大學(xué),2013.

[3] 吳燦. 載重輪胎花紋噪聲及其降噪方法的研究[D].武漢理工大學(xué),2010.

[4] 孫波波. 道路/輪胎耦合噪聲仿真分析及演示系統(tǒng)[D].武漢理工大學(xué),2011.

[5] 余棟. 輪胎噪聲合成與分解技術(shù)的研究[D].武漢理工大學(xué),2014.

TQ336.1

1009-797X(2016)03-0066-02

A

10.13520/j.cnki.rpte.2016.03.017

童詩(shī)圖(1985-)，男，本科，助理工程師，研究方向?yàn)檩喬ソY(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

2015-12-08