輪胎空腔共鳴噪聲室內(nèi)測(cè)試方法的研究

陳仁全，王 君，孫 超，唐 明，周 磊，賈春輝，仇吉偉，孫向陽(yáng)，張 超

（1.青島輪云設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，山東 青島 266400；2.青島雙星輪胎工業(yè)有限公司，山東 青島 266400；3.雙星集團(tuán)有限責(zé)任公司，山東 青島 266400）

在滾動(dòng)過(guò)程中，輪胎內(nèi)部空腔中的氣體受到路面激勵(lì)產(chǎn)生的共振經(jīng)過(guò)輪胎、車軸等傳遞到車輛駕駛室內(nèi)，會(huì)形成頻率為200～260 Hz的令人難以忍受的低頻結(jié)構(gòu)噪聲，也稱輪胎空腔共鳴噪聲[1-6]。隨著新能源汽車的快速發(fā)展，特別是消費(fèi)者對(duì)于車輛舒適性要求的不斷提高，如何解決輪胎空腔共鳴噪聲對(duì)提高車輛特別是新能源汽車的舒適性起著至關(guān)重要的作用。

根據(jù)市場(chǎng)反饋，裝配我公司4條規(guī)格為225/60R18 100T 輪胎的某車型在速度為100 km·h-1左右時(shí)產(chǎn)生輪胎空腔共鳴噪聲。本工作通過(guò)室內(nèi)測(cè)試設(shè)備對(duì)上述4條輪胎進(jìn)行室內(nèi)噪聲試驗(yàn)及其數(shù)據(jù)解析，以確定較為合理的輪胎空腔共鳴噪聲的室內(nèi)測(cè)試方法，為輪胎空腔共鳴噪聲的室內(nèi)驗(yàn)證提供一定的參考和指導(dǎo)。

1 基本理論

輪胎空腔噪聲基本的空腔模態(tài)頻率（fa）計(jì)算公式如下[7]：

式中，a為空腔模態(tài)階次，c為輪胎空腔內(nèi)部的聲音傳播速度（340 m·s-1），L為輪胎環(huán)形空腔的周長(zhǎng)。

根據(jù)傅里葉級(jí)數(shù)理論，任何滿足狄利赫里條件的周期信號(hào)（xT，T為周期）均可以寫成正弦信號(hào)的三角函數(shù)形式，如下：

式中，D0為直流成分常數(shù)，dn為正弦分量幅值常數(shù)，w1為角頻率（2π/T）。

基于角頻率得出的旋轉(zhuǎn)頻率（f1，也稱正弦信號(hào)的基波）公式為：

正弦信號(hào)的2階諧波和3階諧波可分別表示為2f1和3f1。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)輪胎和試驗(yàn)設(shè)備

選取4條實(shí)車使用的225/60R18 100T輪胎為試驗(yàn)輪胎，記為1#—4#輪胎，技術(shù)參數(shù)如下：測(cè)試輪輞 18×7.0J，負(fù)荷 408 kg，充氣壓力 250 kPa。

測(cè)試設(shè)備為德國(guó)ZF公司生產(chǎn)的HSU-5.3型高速均勻性試驗(yàn)機(jī)和半消聲試驗(yàn)室（噪聲信號(hào)采集使用Siemens LMS設(shè)備）。

2.2 試驗(yàn)方法

根據(jù)車輛實(shí)際使用狀況，試驗(yàn)方法如下。

（1）在半消聲試驗(yàn)室中進(jìn)行140～30 km·h-1的均勻降速，降速時(shí)間為120 s。

（2）使用高速均勻性試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行90，100，110，120 km·h-1速度下徑向波動(dòng)力（簡(jiǎn)稱RFV）和縱向波動(dòng)力（簡(jiǎn)稱TFV）諧波的測(cè)試工作，并分析1—20階諧波數(shù)值。

3 結(jié)果與討論

3.1 室內(nèi)噪聲

3.1.1 Colormap圖分析結(jié)果

120～30 km·h-1自由降速下1#—4#輪 胎 的Colormap分布圖如圖1所示。

從圖1可以看出：4條輪胎第8、第16、第24階3個(gè)階次噪聲均出現(xiàn)不同程度的幅值亮線；第16階次幅值亮線出現(xiàn)在輪胎速度為90～120 km·h-1時(shí)，且持續(xù)性較強(qiáng)，基本同市場(chǎng)反饋的輪胎在速度為100 km·h-1左右行駛時(shí)噪聲較大的實(shí)際現(xiàn)象相吻合。

下面針對(duì)輪胎第16階次噪聲進(jìn)行分析，并與第8和第24階次噪聲進(jìn)行對(duì)比。

3.1.2 切片分析結(jié)果

針對(duì)1#—4#輪胎在（215±25） Hz（190～240 Hz）頻率帶和第8、第16、第24階3個(gè)階次噪聲分別作切片分析，可得出各階次切片對(duì)噪聲貢獻(xiàn)度的大小，結(jié)果如圖2—4所示。

圖2 190～240 Hz頻率帶噪聲切片

圖3 輪胎第16階次噪聲切片

圖4 輪胎第8和第24階次噪聲切片

從圖2—4可以得出以下結(jié)論。

（1）在速度為30～90 km·h-1時(shí)，4條輪胎聲壓幅值未出現(xiàn)異常突變現(xiàn)象，可以認(rèn)為該速度段無(wú)異常輪胎空腔共鳴噪聲產(chǎn)生；在速度為90～120 km·h-1時(shí)，4條輪胎聲壓幅值出現(xiàn)異常突變現(xiàn)象，且突變量較大，可以認(rèn)為該速度段存在異常輪胎空腔共鳴噪聲。

（2）輪胎第16階次噪聲整體譜圖走勢(shì)與190～240 Hz頻率帶切片譜圖基本一致，聲壓幅值也基本相同，可以得出異常輪胎空腔共鳴噪聲大部分為第16階次噪聲貢獻(xiàn)。

（3）在速度為90～120 km·h-1時(shí)，輪胎第8階次噪聲存在較小聲壓幅值，第24階次噪聲無(wú)異常聲壓幅值，第8和第24階次噪聲對(duì)于空腔噪聲貢獻(xiàn)較小。

由 式（2）和（3）可 知，當(dāng) 輪 胎 速 度 為90 km·h-1時(shí)，輪胎每秒旋轉(zhuǎn)10.94圈，輪胎第16階激勵(lì)頻率為175（10.94×16） Hz，當(dāng)輪胎實(shí)際速度為120 km·h-1時(shí)，輪胎每秒旋轉(zhuǎn)15.05圈，輪胎第16階激勵(lì)頻率為240（15.05×16） Hz，175～240 Hz與噪聲各切片分析中的190～240 Hz頻率段基本一致。

3.2 室內(nèi)高速均勻性

3.2.1 RFV諧波數(shù)值分析

在90，100，110，120 km·h-1速度下，1#—4#輪胎的高速均勻性RFV諧波如圖5所示。

圖5 不同速度下輪胎的RFV諧波圖

從圖5可以得出以下結(jié)論。

（1）在90～120 km·h-1速度下，輪胎在第16階RFV的較大幅值表現(xiàn)穩(wěn)定，其他RFV幅值表現(xiàn)不穩(wěn)定。

（2）在RFV各諧波分量中，16階諧波貢獻(xiàn)最大，在改進(jìn)輪胎均勻性方面重點(diǎn)改善16階諧波幅值很有必要，即改善16階RFV諧波波動(dòng)值會(huì)降低振動(dòng)，進(jìn)而降低噪聲大小。

由式（2）和（3）可知，輪胎速度為90 km·h-1時(shí)，輪胎第16階激勵(lì)頻率為175 Hz，輪胎實(shí)際速度為120 km·h-1時(shí)，輪胎每秒旋轉(zhuǎn)14.59圈，輪胎第16階激勵(lì)頻率為233 Hz，175～233 Hz與噪聲各切片分析中的190～240 Hz頻率段基本一致。

3.2.2 TFV諧波數(shù)值分析

在90，100，110，120 km·h-1速度下，1#—4#輪胎的高速均勻性TFV諧波如圖6所示。

圖6 不同速度下輪胎的TFV諧波圖

從圖6可以得出以下結(jié)論。

（1）在80～120 km·h-1速度下，輪胎在各階TFV幅值方面沒(méi)有相對(duì)穩(wěn)定的表現(xiàn)。

（2）從TFV角度來(lái)說(shuō)，力的波動(dòng)對(duì)噪聲影響較小，可以不考慮TFV大小對(duì)噪聲的影響。

4 結(jié)論

（1）在Colormap分布圖中，輪胎第16階次噪聲幅值亮線最為明顯，且持續(xù)性較強(qiáng)，速度分布在90～120 km·h-1范圍內(nèi)，基本同市場(chǎng)反饋的輪胎速度為100 km·h-1左右時(shí)噪聲較大的實(shí)際現(xiàn)象一致。

（2）異常輪胎空腔共鳴噪聲由第16階次分量貢獻(xiàn)最大，輪胎速度在90～120 km·h-1時(shí)16階次激振頻率（175～240 Hz）與各噪聲切片分析中的頻率段（190～240 Hz）基本一致。

（3）在RFV中，第16階諧波貢獻(xiàn)最大，重點(diǎn)改善第16階諧波幅值對(duì)輪胎均勻性的改進(jìn)很有必要，即改善16階的RFV會(huì)降低振動(dòng)，進(jìn)而降低噪聲；TFV幅值對(duì)本研究的噪聲影響較小，可以不考慮TFV大小對(duì)噪聲產(chǎn)生的影響。