不同海綿輪胎的力傳遞率曲線差異以及對(duì)車內(nèi)噪聲的影響

賈進(jìn)義，張儒華，李 寧

（三角輪胎股份有限公司，山東 威海 264200）

根據(jù)《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021—2035）》要求，到2025年中國(guó)新能源汽車新車銷量達(dá)到汽車新車銷售總量的20%；到2035年純電動(dòng)汽車成為新銷售車輛的主流。2022年中國(guó)新能源汽車爆發(fā)式增長(zhǎng)，純電動(dòng)新車銷量為536.5萬(wàn)輛，在轎車新車銷量中占比19.9%。

純電動(dòng)汽車的行駛速度低于70 km·h-1時(shí)，風(fēng)噪和底盤振動(dòng)噪聲不明顯，駕乘人員在車內(nèi)感受到的噪聲主要是輪胎噪聲。對(duì)于電動(dòng)汽車，降低輪胎噪聲可以顯著提升車輛的駕乘舒適性。目前降低輪胎噪聲的主要技術(shù)方案是在輪胎內(nèi)壁貼靜音海綿以降低輪胎空腔噪聲，從而達(dá)到降低車內(nèi)噪聲的目的。隨著國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車的快速發(fā)展，與其性能匹配的靜音海綿原配輪胎也有急劇增長(zhǎng)之勢(shì)。

本工作通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比不同材質(zhì)海綿的吸聲系數(shù)，研究海綿輪胎和普通輪胎的力傳遞率曲線差異以及對(duì)車內(nèi)噪聲的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

120 mm×30 mm矩形聚酯型聚氨酯海綿（A海綿）和聚醚型聚氨酯海綿（B海綿），國(guó)外同一廠家產(chǎn)品；粘合劑Teroson MS 9360，德國(guó)漢高化工有限公司產(chǎn)品。

1.2 試驗(yàn)輪胎

試驗(yàn)選擇同天同班次同硫化機(jī)臺(tái)同規(guī)格條碼連續(xù)的輪胎，規(guī)格為205/55R16，花紋為TH201，負(fù)荷指數(shù)為91，速度級(jí)別為V。海綿輪胎制作：首先將粘合劑均勻涂在輪胎胎冠區(qū)域的內(nèi)壁上，共4條首尾連接呈環(huán)狀。將海綿材料覆蓋在粘合劑上，在胎內(nèi)沿冠部旋轉(zhuǎn)一周，然后強(qiáng)力按壓使粘合劑滲入海綿中。室溫下靜置72 h后，進(jìn)行力傳遞試驗(yàn)和車內(nèi)噪聲測(cè)試。

1.3 試驗(yàn)儀器

SW4221型阻抗管吸聲系數(shù)測(cè)試儀，北京聲望聲電技術(shù)有限公司產(chǎn)品；SCM205型數(shù)據(jù)采集器（測(cè)試軟件為L(zhǎng)MS testlab17），德國(guó)西門子有限公司產(chǎn)品。

1.4 試驗(yàn)方法

（1）海綿吸聲系數(shù)根據(jù)ASTM E1050—2012《管子、雙擴(kuò)音器和數(shù)字頻率分析系統(tǒng)用聲學(xué)材料的阻抗和吸收的試驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)試。

（2）輪胎力傳遞特性根據(jù)GWM 14876—2014《輪胎力傳遞率和車輪側(cè)偏剛度評(píng)價(jià)程序（Tire Force Transmissibility and Wheel Lateral Stiffness Evaluation Procedure）》進(jìn)行測(cè)試。

（3）車內(nèi)噪聲測(cè)試在消聲室進(jìn)行，測(cè)試車輛為豐田卡羅拉，輪胎充氣壓力為（230±0.3） KPa，測(cè)試轉(zhuǎn)鼓表面模擬普通瀝青路面。每個(gè)試驗(yàn)方案共測(cè)試4個(gè)速度（60，80，100和120 km·h-1）。噪聲測(cè)試位置共4個(gè)，在車內(nèi)駕駛座位左、右耳位置和右后座位左、右耳位置設(shè)置4個(gè)麥克風(fēng)測(cè)量聲壓級(jí)[1]。測(cè)試開始前，先將兩條前輪更換為需要測(cè)試的試驗(yàn)輪胎，然后固定車輛，兩個(gè)前輪置于轉(zhuǎn)鼓上，前輪軸中心線與轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)動(dòng)中心線平行且基本位于轉(zhuǎn)鼓正上方。測(cè)試時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉，車輛處于空檔，轉(zhuǎn)鼓帶動(dòng)兩個(gè)前輪轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)設(shè)置轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速模擬車輛不同行駛速度。轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速設(shè)置80 km·h-1，持續(xù)運(yùn)行30 min給輪胎預(yù)熱。正式測(cè)試時(shí)，轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速?gòu)?0 km·h-1開始依次增大，測(cè)量并記錄4個(gè)速度下車內(nèi)4個(gè)位置的聲壓級(jí)。更換兩個(gè)前輪輪胎，重復(fù)上述試驗(yàn)動(dòng)作，完成不同試驗(yàn)方案的車內(nèi)噪聲測(cè)試。

2 結(jié)果和討論

2.1 不同海綿的吸聲系數(shù)

根據(jù)研究顯示，乘用車輪胎空腔噪聲頻率范圍約為200～250 Hz。根據(jù)輪胎輪輞封閉的空氣柱質(zhì)心及輪胎實(shí)際下沉量計(jì)算，本試驗(yàn)所用205/55R16 TH201輪胎理論空腔頻率為225.94 Hz。因此，海綿的吸聲系數(shù)研究選取200和250 Hz兩個(gè)頻率。理論上，相同測(cè)試條件下海綿的吸聲系數(shù)越大，其降噪效果越好[2-4]。

當(dāng)溫度為（23±2） ℃、濕度為（50%±5%）時(shí)，厚度為3 cm的A和B兩種海綿在200和250 Hz頻率下的吸聲系數(shù)（聲波垂直入射）如表1所示。0～6 300 Hz頻率范圍A和B兩種海綿的吸聲系數(shù)（聲波垂直入射）曲線如圖1所示。

圖1 A和B兩種海綿在0～6 300 Hz頻率下的吸聲系數(shù)曲線

表1 A和B兩種海綿在200和250 Hz頻率下的吸聲系數(shù)

從表1可知：頻率為200 Hz時(shí)，A海綿的吸聲系數(shù)比B海綿高約50%；頻率為250 Hz時(shí)，A海綿的吸聲系數(shù)比B海綿高約66.7%。

從圖1可知，在整個(gè)測(cè)試頻率范圍，A海綿的吸聲系數(shù)大于B海綿。因此，綜合表1和圖1判斷，A海綿的整體吸聲性能優(yōu)于B海綿。

2.2 力傳遞

研究顯示，輪胎力傳遞率曲線特性反映輪胎空腔共振特性，降低或消除180～250 Hz頻率范圍的輪胎力傳遞率曲線峰值可以顯著降低或消除輪胎空腔共振噪聲[5-7]。

將普通輪胎和海綿輪胎（見圖2）裝到同一輪輞上，在自由懸掛條件下進(jìn)行力傳遞試驗(yàn)，可以得到輪胎輪輞總成的力傳遞率曲線。

圖2 海綿輪胎示意

輪胎輪輞總成力傳遞試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)照片如圖3所示。海綿輪胎和普通輪胎的力傳遞率曲線如圖4所示。

圖3 輪胎輪輞總成力傳遞試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)照片

圖4 海綿輪胎和普通輪胎的力傳遞率曲線

從圖4可知，普通輪胎的力傳遞率曲線在229.69 Hz處出現(xiàn)最高峰，對(duì)應(yīng)輪胎空腔共振噪聲，而兩種海綿輪胎在該頻率處均無(wú)明顯峰值，說(shuō)明輪胎粘貼海綿可改變輪胎在空腔共振段的力傳遞率特性，有效消除輪胎空腔共振噪聲。兩種海綿輪胎的力傳遞率曲線在300 Hz前幾乎重合，表明不同海綿材質(zhì)對(duì)輪胎力傳遞曲線的影響不明顯。

2.3 消聲室車內(nèi)噪聲

消聲室車內(nèi)噪聲測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)照片如圖5所示。車內(nèi)設(shè)置4個(gè)麥克風(fēng)，具體安裝位置如圖6中紅色三角形標(biāo)記所示。本試驗(yàn)共設(shè)計(jì)3個(gè)方案、4個(gè)速度、4個(gè)麥克風(fēng)位置，聲壓級(jí)測(cè)試結(jié)果如表2所示。

圖5 消聲室車內(nèi)噪聲測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)照片

圖6 車內(nèi)麥克風(fēng)位置示意

表2 不同速度下車內(nèi)不同位置的聲壓級(jí)

從表2可知：與普通輪胎相比，A和B海綿輪胎在車內(nèi)4個(gè)位置、4個(gè)速度下的絕大部分聲壓級(jí)減小，表明輪胎內(nèi)部粘貼A和B兩種海綿可以降低車內(nèi)噪聲；相同速度、相同海綿，車內(nèi)不同位置的聲壓級(jí)不同；相同速度、相同位置，A海綿輪胎的聲壓級(jí)比B海綿輪胎小，表明A海綿的降噪效果優(yōu)于B海綿；速度較低時(shí)，A海綿輪胎的聲壓級(jí)較普通輪胎最大可降低5.15 dB，B海綿輪胎的聲壓級(jí)最大可降低3.86 dB；隨著速度的增大，海綿輪胎的降噪效果降低，當(dāng)速度達(dá)到120 km·h-1時(shí)，A海綿輪胎仍有較好的降噪效果，而B海綿輪胎基本無(wú)降噪功能。

3 結(jié)論

聚酯型聚氨酯海綿的吸聲系數(shù)大于聚醚型聚氨酯海綿；不同材質(zhì)的海綿對(duì)輪胎力傳遞率曲線影響不明顯；不同材質(zhì)的海綿降噪效果差異明顯，聚酯型聚氨酯海綿的降噪效果比聚醚型聚氨酯海綿好；對(duì)于同種海綿，低速度下的降噪效果較好，隨著速度的增大，其降噪效果大致呈減弱趨勢(shì)。