輪胎之振動(dòng)與噪 聲

1、輪胎基礎(chǔ)知識(shí)講座第五講輪胎之振動(dòng)與噪聲第2頁(yè)歐洲輪胎新法規(guī) 2012年11月起生效，是改進(jìn)環(huán)保的一種措施，也對(duì)外貿(mào)易的技術(shù)壁壘；比起美國(guó)對(duì)中國(guó)輪胎的懲罰性關(guān)稅的辦法，要文明得多。貼標(biāo)簽的規(guī)定，將影響顧客購(gòu)買(mǎi)輪胎的決定過(guò)程，對(duì)中國(guó)輪胎而言，既是刁難，但如果我們的輪胎質(zhì)量能得到優(yōu)質(zhì)的評(píng)定，那么就是一種免費(fèi)的宣傳，所以也是一種機(jī)遇。在滾動(dòng)阻力、通過(guò)噪聲及濕地抓著力三項(xiàng)中，噪聲是難度最高的。第3頁(yè)這是歐洲新法規(guī)的輪胎噪聲標(biāo)準(zhǔn)，其中C1是轎車(chē)胎；C2，輕卡輪胎；C3，卡車(chē)胎。第4頁(yè)在歐洲新法規(guī)裡，對(duì)噪聲特別低的輪胎授以Low Noise 的標(biāo)簽。第5頁(yè)我們要以歐洲新法規(guī)之挑戰(zhàn)為契機(jī)，應(yīng)該及時(shí)改進(jìn)輪胎性能

2、，不但要合格，而且要以中間偏上為目標(biāo)。我們應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)研發(fā)水平，制造并銷(xiāo)售高性?xún)r(jià)比的輪胎，為提高利潤(rùn)，打好基礎(chǔ)。第6頁(yè)輪胎舒適性是轎車(chē)輪胎配套主要的門(mén)檻之一；主要問(wèn)題有二，即輪胎的振動(dòng)問(wèn)題，和輪胎的噪聲問(wèn)題。第7頁(yè)在輪胎的振動(dòng)問(wèn)題上，我們首先討論輪胎對(duì)路面障礙物之包容性。第8頁(yè)這里是實(shí)心輪子和充氣輪胎在低速越過(guò)路面障礙物時(shí)的反應(yīng)；實(shí)心輪沒(méi)有包容性，輪軸必須隨著障礙物升高，充氣輪胎則不然，胎體接地部分的變形，使得胎體連線(xiàn)的張力大為下降，對(duì)障礙物產(chǎn)生包容作用，輪軸只需稍微升高，甚至不必升高，因此沖擊力要小得多，減少車(chē)子的顛簸，改善乘坐的舒適性。右圖是不同輪胎越過(guò)障礙物時(shí)，垂直方向力的變化。第9頁(yè)當(dāng)車(chē)行

3、速度加快時(shí)，路面障礙物引起的沖擊還會(huì)造成胎體的振動(dòng)，本圖顯示在動(dòng)態(tài)楔入轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)中，實(shí)心輪子和充氣輪胎的垂直向之力的反應(yīng)；充氣輪胎的沖擊和余震要好得多。第10頁(yè)本圖演示的是低速充氣輪胎越過(guò)障礙物在不同位置時(shí)，縱向力和垂直向之力的反應(yīng)，以及余震。第11頁(yè)充氣輪胎的包容性主要考慮胎體的兩個(gè)部分：胎冠的彎曲剛性要低，帶束層的鋼絲層夾角加大，有利于包容性的改善；但是造成帶束層的接地面的彎曲剛性下降（會(huì)傷害輪胎的轉(zhuǎn)向剛性），則可以用零度帶來(lái)加強(qiáng)，達(dá)到兩者同時(shí)改進(jìn)的效果。胎側(cè)的包容性改善可以來(lái)自于胎體簾線(xiàn)張力的下降：我們可以縮短胎側(cè)柔軟薄膜部分的寬度，使得胎側(cè)下沉后，子午簾線(xiàn)之張力大幅下降。即利用上、下三角

4、膠有效地控制胎側(cè)胎體剛性之變化（請(qǐng)復(fù)習(xí)第一講中的薄膜理論）。第12頁(yè)我們接著講輪胎胎體振動(dòng)及其傳遞作用。第13頁(yè)本圖演示不同胎體結(jié)構(gòu)，對(duì)沖擊波傳遞的特性。這是用激光全息攝影技術(shù)，顯示斜交胎的胎體受沖擊后，變形是局部性的，而子午輪胎由于鋼絲帶束層的關(guān)系，振動(dòng)可以傳至輪胎全體。第14頁(yè)輪胎高速越過(guò)路面障礙物比低速時(shí)要復(fù)雜得多。這里在轉(zhuǎn)鼓上的障礙物是5厘米厚60厘米長(zhǎng)，左圖是垂直向之力的反應(yīng)，兩次沖擊震蕩顯示進(jìn)入和離開(kāi)時(shí)的狀況。右圖是縱向力的反應(yīng)。第15頁(yè)本圖說(shuō)明輪胎的振動(dòng)傳遞到乘客，其中有三次過(guò)濾，即輪胎、車(chē)身和人體。第16頁(yè)輪胎做為機(jī)械振動(dòng)的過(guò)濾器有三個(gè)頻率段：1）30 赫茲以下，輪胎像個(gè)彈簧，

5、由輪胎徑向剛性決定， 2）30 到 250 赫茲之間，由輪胎胎體振動(dòng)的不同模態(tài)及其本征頻率決定，這里胎體振動(dòng)的阻尼較小，3）250 赫茲以上，這里也是由輪胎振動(dòng)的高階模態(tài)決定，其特點(diǎn)是阻尼隨頻率大為增高。第17頁(yè)本表顯示人體對(duì)振動(dòng)之不同的加速度（或g值）的反應(yīng)；看來(lái) 0.1個(gè)g就開(kāi)始相當(dāng)不舒服了。第18頁(yè)本表顯示振動(dòng)頻率與人的感覺(jué)之間的關(guān)系。第19頁(yè)下面簡(jiǎn)單介紹輪胎/懸掛系統(tǒng)，其振動(dòng)和共振以及力的傳遞。第20頁(yè)車(chē)內(nèi)的振動(dòng)除了路面障礙物的沖擊所引起的之外，本圖所示是路面的高低不平的作用；這里指出如果路面高低變化的周期，l，與前后輪距離，L，滿(mǎn)足以下的公式， L = 22n-1, n = 正整數(shù)，

6、則車(chē)身會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的縱搖（Pitching, 或者叫做俯仰或前后波動(dòng)）。第21頁(yè)車(chē)子縱搖時(shí)幅度大小和位置相關(guān)，圖中顯示離重心近的前座的振動(dòng)幅度要比后座為小。第22頁(yè)和頁(yè)20相比，當(dāng)L = n l (n 為整數(shù)) 時(shí)，車(chē)子會(huì)產(chǎn)生上下跳動(dòng)（Bouncing）。第23頁(yè)改善車(chē)身振動(dòng)，主要是靠車(chē)輪的懸掛系統(tǒng)。右圖的懸掛系統(tǒng)用的是葉片彈簧，常見(jiàn)于載重量較大的車(chē)子；左圖還顯示了減震器的位置。第24頁(yè)左圖顯示的懸掛系統(tǒng)中，彈簧和減震器是套在一起的，常見(jiàn)于轎車(chē)。為了簡(jiǎn)化分析，我們只考慮一個(gè)輪子，也就是所謂 1/4車(chē)模型的懸架系統(tǒng)，用右邊的簡(jiǎn)單模型代表，其中MS: 簧載質(zhì)量，指此輪承擔(dān)的車(chē)身重量（約全車(chē) 1/4）

7、，減去輪胎組合及懸掛系統(tǒng)；MU: 非簧載質(zhì)量，指的是輪胎組合及懸掛系統(tǒng)；KS: 懸架彈簧，及其彈性系數(shù)；C: 懸架減震器，及其減震系數(shù)；Kt: 輪胎作為一個(gè)彈簧，及其彈性系數(shù)。請(qǐng)注意，這里懸掛系統(tǒng)的彈簧和減震器是并聯(lián)的。第25頁(yè)我們用 x0, x1, x2分別代表輪胎接地點(diǎn)，非簧載質(zhì)量中心和簧載質(zhì)量中心的坐標(biāo)；簧載質(zhì)量 MS和非簧載質(zhì)量 MU的運(yùn)動(dòng)程式如右下所示。第26頁(yè)這里說(shuō)明 1）對(duì)簧載質(zhì)量MS而言，輪胎和懸掛系統(tǒng)的兩個(gè)彈簧是串聯(lián)的，因此其等效彈簧是二者的串聯(lián)，即KS KtKS+Kt; 2) 對(duì)非簧載質(zhì)量MU而言，輪胎和懸掛系統(tǒng)的兩個(gè)彈簧是并聯(lián)的，因此其等效彈簧是二者的并聯(lián)，即KS+Kt；

8、圖中右邊給的例子指出，簧載質(zhì)量MS的振動(dòng)固有頻率為 1.5 赫茲，而對(duì)非簧載質(zhì)量MU的固有頻率則是 13 赫茲。第27頁(yè)左圖代表的是在1/4模型中，路面不同頻率的激勵(lì)源對(duì)車(chē)子振動(dòng)反應(yīng)頻譜。右圖則是整車(chē)實(shí)驗(yàn)的頻譜，非簧載質(zhì)量有兩個(gè)不同頻率的峰值，來(lái)自于前后輪的不同。第28頁(yè)這里我們復(fù)習(xí)一下受迫振動(dòng)的模型之特性。彈簧k和減震器C是并聯(lián); 強(qiáng)迫振動(dòng)的外力，F(xiàn), 從右邊施加于質(zhì)量m。當(dāng)F=0 時(shí)，運(yùn)動(dòng)方程式如圖下所示。第29頁(yè)本圖給出運(yùn)動(dòng)方程式之解，并且在右圖將i）欠阻尼（z< 1），ii）臨界阻尼（z= 1）和 iii）過(guò)阻尼（z > 1）的不同表示出來(lái)。欠阻尼時(shí)余震大，舒適性低；過(guò)阻尼

9、則沖擊力緩慢消退，也是不好；最理想的是臨界阻尼，沖擊力下降得快，而且沒(méi)有余震。關(guān)鍵在于選擇適當(dāng)?shù)臏p震器，即c=2km。第30頁(yè)在第28頁(yè)的運(yùn)動(dòng)方程式力加入受迫振動(dòng)，即F0，此處F=F0sin(2ft)，其解為x(t)=Xsin(2ft+)；振幅X, 相位角之公式如圖中所示。第31頁(yè)受迫振動(dòng)模型中振幅X隨頻率比r= ffn和阻尼大小的變化。當(dāng)接近共振，即r 1, 振幅會(huì)變大，而阻尼大，即z 加大，則有利于降低振幅。第32頁(yè)這里演示相位角隨頻率和阻尼的變化。第33頁(yè)下面開(kāi)始討論輪胎胎體的振動(dòng)與模態(tài)分析。第34頁(yè)左上演示模態(tài)分析實(shí)驗(yàn)的一種安排，即接地點(diǎn)（0º）固定不動(dòng)，激勵(lì)器在接地點(diǎn)附近敲

10、擊，而胎面的振動(dòng)用激光測(cè)距儀測(cè)量。右上圖演示振動(dòng)幅度隨角度位置而變化。下圖演示當(dāng)激勵(lì)來(lái)自接地面，并且是縱向時(shí)的試驗(yàn)安排；胎面不同部位的振動(dòng)是周向的，激光不利于測(cè)量，因此改為用加速度傳感器來(lái)測(cè)量。左上圖的激光測(cè)量，由于沒(méi)有直接接觸，沒(méi)有慣性，有利于高頻率測(cè)量。第35頁(yè)這里演示不同的振動(dòng)模態(tài)及其編號(hào)。上半部的圖代表徑向振動(dòng)，紅色線(xiàn)和棕色線(xiàn)代表相反方向的最大振動(dòng)。接地點(diǎn)不算，紅棕線(xiàn)的交叉點(diǎn)為節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)的數(shù)目愈大則模態(tài)的階數(shù)越高；用大寫(xiě)的R代表徑向振動(dòng)模態(tài)，節(jié)點(diǎn)數(shù)除以 2，為其階數(shù)。例如上面第一排中間的圖有3個(gè)節(jié)點(diǎn)，其模態(tài)編號(hào)為R1.5，其余以此類(lèi)推。下半部的圖代表橫向振動(dòng)，這里節(jié)點(diǎn)的計(jì)算法不同，以左

11、右振動(dòng)時(shí)不動(dòng)的部分為節(jié)點(diǎn)，因此接地點(diǎn)算作節(jié)點(diǎn)。其余和前面所述的一樣，橫向振動(dòng)模態(tài)以T 為代表。如圖所示T0.5只有接地點(diǎn)一個(gè)節(jié)點(diǎn)，所以是 0.5階；T1.5 的三個(gè)節(jié)點(diǎn)，如圖所標(biāo)示；T1.0 只有接地點(diǎn)和頂點(diǎn)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)；其余類(lèi)推。第36頁(yè)本圖演示徑向振動(dòng)模態(tài)，R0.5, R1.0, R1.5, R2.0, 其本征頻率分別為 72，85, 98, 111 赫茲。很明顯，本征頻率是隨著模態(tài)階數(shù)而增高的。第37頁(yè)同樣，橫向振動(dòng)模態(tài)，T0.5, T1.0, T1.5, T2.0 的本征頻率分別為48,61,90和111 赫茲。第38頁(yè)這是Purdue 大學(xué)的Bolton教授的輪胎振動(dòng)模態(tài)分析實(shí)驗(yàn)的裝置。

12、左邊是激勵(lì)振動(dòng)器，輪胎赤道面上的白點(diǎn)是反光漆，用以改善激光測(cè)距儀的信號(hào)。第39頁(yè)在這里我們簡(jiǎn)單復(fù)習(xí)一下傅里葉級(jí)數(shù)法。法國(guó)數(shù)學(xué)家傅里葉發(fā)現(xiàn)，任何周期函數(shù)都可以用正弦函數(shù)和余弦函數(shù)構(gòu)成的無(wú)窮級(jí)數(shù)來(lái)表示，後世稱(chēng)為傅里葉級(jí)數(shù)( Fourier series)。如圖所示，這里fx是周期函數(shù)，。傅里葉說(shuō)fx可以用和它周期相同的正弦和余弦函數(shù)，sin(x), cos(x)，以及其更高階的sin(nx), cos(nx)諸函數(shù)的級(jí)數(shù)來(lái)表征，如圖中的第一行公式所示，其中SN代表只到第N項(xiàng)的級(jí)數(shù)。其中的系數(shù)an和bn可以用第二和第三條公式算出。本圖顯示，右邊的方形波和下面的鋸齒波隨著項(xiàng)數(shù)N的增加，傅里葉級(jí)數(shù)就能愈

13、來(lái)愈準(zhǔn)確地代表它們。第40頁(yè)這里進(jìn)一步計(jì)算前圖的鋸齒波函數(shù)，把系數(shù)bn算出來(lái)；這些系數(shù)代表的就是對(duì)應(yīng)階數(shù)的正弦或余弦函數(shù)的振幅大小。右下圖把這些振幅的絕對(duì)值按階數(shù)升高畫(huà)出來(lái)，其橫軸代表的就是頻率逐漸升高；換言之，這就是這個(gè)鋸齒波的頻譜圖。奧第41頁(yè)這里是第38頁(yè)Bolton教授輪胎振動(dòng)徑向模態(tài)分析實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。左圖的輪胎充氣壓是20psi,右圖是40psi。橫軸是角坐標(biāo)，從-p到p，也就是 -180度到+180度；縱軸是振動(dòng)頻率，從 0 到 1000 赫茲。假設(shè)我們選定一點(diǎn)，在輪胎赤道上-90度的位置，用激光量出其徑向位移的周期函數(shù)，然后用傅里葉法得出其振動(dòng)頻譜。我們?cè)跈M軸-90度的位置畫(huà)一條垂

14、直線(xiàn)（即頻率軸）沿著此軸上將頻譜用顏色尺畫(huà)出；如此將沿赤道一周所有的結(jié)果都畫(huà)出來(lái)，就可得到本頁(yè)圖的最后結(jié)果。從左圖開(kāi)始觀察，90至 250 赫茲是第一帶，從最低四個(gè)節(jié)點(diǎn)隨頻率增加到十六個(gè)節(jié)點(diǎn)；特點(diǎn)是阻尼低，0度到 ±180度的振幅衰減很少。第二帶是從280到400 赫茲，階數(shù)更高，20以上，阻尼明顯加大，同時(shí)振動(dòng)幅度最大，尤其是在敲擊點(diǎn)附近。400赫茲以上有若干個(gè)振動(dòng)帶，特點(diǎn)是阻尼很大，到1000赫茲時(shí)，振動(dòng)幾乎傳遞不出去。其次讓我們比較右圖，即充氣壓增加一倍時(shí)，會(huì)有那些變化？首先，所有對(duì)應(yīng)的模態(tài)的本證頻率都升高了，例如第二帶的頻率范圍，升高至300到470赫茲；更重要的是阻尼降低了

15、。這個(gè)現(xiàn)象的解釋很簡(jiǎn)單，即當(dāng)充氣壓增高時(shí)，所有簾線(xiàn)的張力增加，橡膠變形產(chǎn)生的力，對(duì)充氣壓的平衡之貢獻(xiàn)降低了，從而由橡膠變形產(chǎn)生的能量速損耗相對(duì)也減小了。根據(jù)右圖，此轎車(chē)胎的胎體振動(dòng)振幅最大，發(fā)聲面積最高的是第二帶，頻率范圍在300到470赫茲之間。第42頁(yè)這里總結(jié)關(guān)于輪胎胎體振動(dòng)的主要觀察點(diǎn)：1）各態(tài)本征頻率由輪胎結(jié)構(gòu)決定，是無(wú)可避免的，其各個(gè)模態(tài)的本征頻率可以有限度地調(diào)變，雖然增加阻尼可能可以降低振幅，但是不利于滾動(dòng)能耗。2）高于1000 Hz 的振動(dòng)阻尼很大，換言之，發(fā)聲效率會(huì)很差。3）增加充氣壓後本征頻率升高，阻尼下降會(huì)消失，意味著胎體振動(dòng)產(chǎn)生的噪聲會(huì)加大。第43頁(yè)左圖演示的是胎冠斷面的

16、胎體振動(dòng)模態(tài)之概要，橫軸是圓周向模態(tài)號(hào)碼，縱軸是頻率；其中不同家族的斷面振動(dòng)模態(tài)，以m = 1, 3, 5, 7為模態(tài)號(hào)碼。很明顯，如果在振幅最高點(diǎn)加零度帶，是簡(jiǎn)易的降低胎體振動(dòng)的良法，且不會(huì)增加阻尼和能耗。第44頁(yè)果不其然，米其林在2011年得到的美國(guó)專(zhuān)利便是在胎冠以及左右肩部加零度帶（m = 5），可以降低胎體振動(dòng)及其噪聲。第45頁(yè)這是米其林利用C3M新技術(shù)設(shè)計(jì)的輪胎結(jié)構(gòu)圖，顯示了前頁(yè)討論的3條減震用的零度帶。第46頁(yè)我們接著討論均勻性與輪胎振動(dòng)的關(guān)系。第47頁(yè)輪胎的不均勻問(wèn)題主要有三方面，即 1）幾何形狀的不均勻，通俗語(yǔ)言就是不夠圓，有徑向和橫向得到不均勻性， 2）胎體剛性的不均勻，有徑

17、向剛性、橫向剛性和胎冠縱向彎曲剛性，沿著圓周方向的變化，即不均勻， 3）胎體質(zhì)量沿圓周向分布的不均勻。第48頁(yè)輪胎不均勻造成力的變化：RFV (Radial force variation)LFV (Lateral force variation)TFV (Tangential force variation)這些是胎體振動(dòng)的主要激勵(lì)源。第49頁(yè)這里演示的是輪胎徑向不均勻（Radial Run-Out，RRO）的定義，以及滾動(dòng)時(shí)引起垂直向的力的變化。第50頁(yè)輪胎的橫向不均勻Lateral Run-Out，LRO，通常是量胎冠某一點(diǎn)沿圓周向的位置偏離中心面的距離之變化。在輪胎滾動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生橫向力

18、的變化。第51頁(yè)胎面平點(diǎn)變形（Flat Spot），通常發(fā)生在車(chē)子行走一段時(shí)間之后，在輪胎溫度下降過(guò)程產(chǎn)生的變形；造成接地面部分形成平點(diǎn)，即不圓了；經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的行走升溫，輪胎才能恢復(fù)正常。原因在于一般的聚酯簾線(xiàn)在冷卻過(guò)程中縮短的多少是受張力大小控制的；接地區(qū)的張力下降大，會(huì)縮得比較短，于是造成變形，致使局部變平。在此，簾線(xiàn)的力學(xué)/溫度特性在此非常重要，聚酯有問(wèn)題，尼龍的問(wèn)題更大。目前，一般的辦法是加一道工序，即PCI（Post Inflation Cure）, 意即在輪胎硫化過(guò)程中，讓胎體簾線(xiàn)在高張力的狀況下，冷卻回歸常溫，如此簾線(xiàn)的溫度穩(wěn)定性較高，可以改善胎面平點(diǎn)變形問(wèn)題。另外，則是使用穩(wěn)

19、定性高的聚酯簾線(xiàn)，即高DSP （High Dimension Stable Polyester）簾線(xiàn)。第52頁(yè)當(dāng)我們把輪胎看成是許多小彈簧組成的，那么這些彈簧的剛性在圓周方向分布的不均勻，就造成輪胎胎體剛性之不均勻性；本圖所示為徑向剛性之不均勻性。第53頁(yè)本圖所示為橫向剛性之不均勻性，造成自由滾動(dòng)時(shí)，偏離直線(xiàn)。第54頁(yè)左圖以棕色小塊位于胎冠中心，代表質(zhì)量分布的不均勻，其旋轉(zhuǎn)時(shí)的離心力引起縱向力和垂直向力的周期性變化；右圖代表多出的質(zhì)量不在胎冠中心時(shí)，離心力還能產(chǎn)生力矩，引起胎體的橫向振動(dòng)。第55頁(yè)眾所周知，離心力是速度的平方，即F=mv2/R, 這里把離心加速度與車(chē)速的關(guān)系列成表，請(qǐng)注意，在每

20、小時(shí)100千米時(shí)，胎面1公克的質(zhì)量的離心力可以達(dá)到 263克，而在250 千米/小時(shí)之時(shí)，則增至 1.64 公斤！第56頁(yè)這里列舉了各種不均勻的主要成因，從制造工藝、輪輞質(zhì)量、輪胎/輪輞組裝到不當(dāng)使用等等。第57頁(yè)這里說(shuō)明輪胎/輪輞的動(dòng)平衡，如何在輪輞的邊緣適當(dāng)?shù)奈恢?，嵌入適當(dāng)?shù)你U塊，利用其離心力，做力和力矩的平衡。第58頁(yè)這里是在生產(chǎn)線(xiàn)上做有荷載工況下的，徑向力和橫向力的平衡，并且做傅里葉分析，決定其基本和高階的不均勻性的幅度和相位角。目前，在生產(chǎn)線(xiàn)上的測(cè)試，只限于轎車(chē)胎和輕卡，而且轉(zhuǎn)速偏低，只有 1-3赫茲，因此質(zhì)量分布不均勻的離心力效應(yīng)以及胎體共振現(xiàn)象的不平衡，是量不到的。第59頁(yè)這是實(shí)

21、驗(yàn)室用低速測(cè)量輪胎質(zhì)量不均勻，以及從胎冠中心點(diǎn)和胎側(cè)最寬點(diǎn)，分別測(cè)量RRO和LRO。第60頁(yè)這里展示的是徑向力在旋轉(zhuǎn)一個(gè)周期內(nèi)的變化，以及傅立葉分析后的結(jié)果。這些變化與輪胎制造的工藝關(guān)系密切，例如胎面膠接口的位置，各層簾布，鋼絲帶束層，以及其他部件的接口的大小和位置，生胎與模具的相對(duì)角位置等等。在生產(chǎn)線(xiàn)上，有調(diào)整接口角位置，以便降低合力大小的辦法。第61頁(yè)本圖演示的是輪輞最高點(diǎn)和輪胎徑向力最高點(diǎn)，在隨機(jī)安裝時(shí)合力大小狀況。第62頁(yè)本圖演示的是輪輞最高點(diǎn)和輪胎徑向力最高點(diǎn)，在相差180度的匹配安裝下的結(jié)果，顯示可以將合力降到最低。第63頁(yè)本圖試圖說(shuō)明的是：胎冠質(zhì)量分布不均勻的離心力，是無(wú)法在輪輞

22、加鉛塊完全抵消的。原因在于胎冠的質(zhì)量Dm的離心力，在接地時(shí)走得是直線(xiàn)，力的大小會(huì)變成零，圖中綠色曲線(xiàn)代表的是其在垂直方向的分力，中間缺了一塊。而輪輞上的鉛塊走的是圓周運(yùn)動(dòng)，其垂直方向的分力是相差180度，完好的正弦波，如圖中藍(lán)色曲線(xiàn)所示。二者大小相等，方向相反，但不能完全相消。結(jié)論是：要想消除質(zhì)量分布不均勻在高速行駛時(shí)的振動(dòng)，只能把輪胎做好，即令Dm = 0，別無(wú)它法。第64頁(yè)這里是輪胎高速均勻性的測(cè)量結(jié)果，雖然這是回正力矩的試驗(yàn)結(jié)果，但徑向力的行為基本上是一樣的。這里是傅里葉分析所得5階不均勻性的曲線(xiàn)，上圖的橫軸是輪胎速度，下圖的則是振動(dòng)的頻率。在上圖可以看見(jiàn)4階的振動(dòng)在50 mph 的速度

23、時(shí)，有共振現(xiàn)象，而5階的振動(dòng)的共振在 44mph 的附近。從下圖，可以清楚地判定，此共振頻率是 50 赫茲，應(yīng)當(dāng)對(duì)應(yīng)上輪胎的某種模態(tài)振動(dòng)的本征頻率。根據(jù)本頁(yè)的數(shù)據(jù)，這種隨速度增加的力主要從質(zhì)量分布不均勻造成的，基本上隨速度的平方增加。但是接近胎體共振頻率時(shí)，振動(dòng)的力會(huì)產(chǎn)生爆炸性的增加。這些現(xiàn)象是不可能從低速測(cè)試法中預(yù)見(jiàn)的；因此得知，實(shí)測(cè)輪胎高速均勻性的重要性。第65頁(yè)這里簡(jiǎn)述如何改善輪胎均與性的要點(diǎn)；同時(shí)指出為什么米其林C3M工藝做出的輪胎，高速均勻性特別好的原因。第66頁(yè)現(xiàn)在開(kāi)始講第二部分，輪胎的噪聲問(wèn)題，首先重溫一下 2012年的歐洲輪胎新法規(guī)。第67頁(yè)歐洲輪胎新法規(guī) 2012年11月起生

24、效，是改進(jìn)環(huán)保的一種措施，也對(duì)外貿(mào)易的技術(shù)壁壘；比起美國(guó)對(duì)中國(guó)輪胎的懲罰性關(guān)稅的辦法，要文明得多。貼標(biāo)簽的規(guī)定，將影響顧客購(gòu)買(mǎi)輪胎的決定過(guò)程，對(duì)中國(guó)輪胎而言，既是刁難，但如果我們的輪胎質(zhì)量能得到優(yōu)質(zhì)的評(píng)定，那么就是一種免費(fèi)的宣傳，所以也是一種機(jī)遇。在滾動(dòng)阻力、通過(guò)噪聲及濕地抓著力三項(xiàng)中，噪聲是難度最高的。第68頁(yè)這是歐洲新法規(guī)的輪胎噪聲標(biāo)準(zhǔn)，其中C1是轎車(chē)胎；C2，輕卡輪胎；C3，卡車(chē)胎。第69頁(yè)在歐洲新法規(guī)裡，對(duì)噪聲特別低的輪胎授以Low Noise 的標(biāo)簽。第70頁(yè)這里顯示的是2008年時(shí)，歐洲 C1 轎車(chē)胎的噪聲統(tǒng)計(jì)的結(jié)果；左邊的綠色和藍(lán)色直線(xiàn)代表的是2012的新標(biāo)準(zhǔn)?？磥?lái)2008年的輪

25、胎可能有20% 不能過(guò)關(guān)。第71頁(yè)這里是2012年新規(guī)定對(duì)C2和C3輪胎的影響，情況比C1輪胎要好些，但是 2008的輪胎仍有一半以上，不能過(guò)關(guān)。第72頁(yè)這里是2012 歐洲新法規(guī)與舊法規(guī)之比較，同時(shí)也比較了一些不同品牌的輪胎?？傊?，新法規(guī)的新標(biāo)準(zhǔn)要比以前難得多。第73頁(yè)這里的數(shù)據(jù)顯示：315/80R22.5的卡車(chē)輪胎的噪聲最低可以達(dá)到69.5分貝，但是這種輪胎不實(shí)際，不會(huì)有市場(chǎng)。第74頁(yè)現(xiàn)在開(kāi)始先講實(shí)驗(yàn)方法，即輪胎的噪聲測(cè)試。第75頁(yè)輪胎噪聲分車(chē)內(nèi)噪聲和車(chē)外噪聲兩種， 2012 歐洲新法規(guī)考慮的是車(chē)外噪聲，是環(huán)保的考慮。這里我們先討論與乘坐舒適性相關(guān)的車(chē)內(nèi)噪聲，其源頭有二：1）輪胎引起的振動(dòng)

26、通過(guò)車(chē)體結(jié)構(gòu)傳遞進(jìn)車(chē)內(nèi)，然后以車(chē)身內(nèi)面（如車(chē)窗，門(mén)板等）的振動(dòng)發(fā)聲， 2）輪胎表面發(fā)出聲音（胎面振動(dòng)和胎面花紋的氣泵作用），通過(guò)空氣傳遞，然后透過(guò)車(chē)身進(jìn)入車(chē)內(nèi)。在振動(dòng)和聲音傳遞的過(guò)程中會(huì)有所衰退，圖中顯示從車(chē)體結(jié)構(gòu)傳遞與從空氣傳遞兩種路徑的衰退頻譜有所不同；在低于400 赫茲范圍內(nèi)，空氣傳遞噪聲的衰退比較大。車(chē)內(nèi)噪聲之降低，主要靠車(chē)體安裝減震和吸音材料。而車(chē)內(nèi)噪聲音質(zhì)的改善，則在于避免令人煩躁的固定頻率的聲音，亦即所謂白噪聲問(wèn)題。第76頁(yè)在診斷輪胎噪聲的來(lái)源時(shí)，一個(gè)重要的問(wèn)題就是分辨那一部分來(lái)自胎面花紋，和那一部分來(lái)自胎體振動(dòng)。這里我們介紹噪聲頻譜瀑布圖表征法：圖中橫軸是頻率，縱軸是聲音的強(qiáng)度

27、，每一條藍(lán)色的曲線(xiàn)是在固定輪胎速度時(shí)得到的噪聲頻譜；這里縱軸同時(shí)也是輪胎的速度，當(dāng)我們把不同速度的頻譜畫(huà)出來(lái)時(shí)，得到的就是圖示的 3D 噪聲頻譜瀑布圖。當(dāng)我們檢視此圖時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)有兩種特征，即1) 頻譜中峰值的頻率隨速度而增加的，峰頂形成從原點(diǎn)出發(fā)的斜線(xiàn)，看起來(lái)像濺出的水花，就稱(chēng)之為水花 ,和 2) 有些峰頂?shù)念l率是固定的，即不隨速度而變，看起來(lái)像瀑布，即以瀑布稱(chēng)之。水花與輪胎花紋有關(guān)，例如在某速度時(shí)輪胎花紋敲打路面每秒60下，其噪聲當(dāng)有60赫茲的峰值；但是當(dāng)速度增加1倍時(shí)，峰值頻率會(huì)升高到120赫茲。這種現(xiàn)象在出于輪胎比均勻性造成的振動(dòng)和噪聲也是一樣的。都會(huì)在瀑布圖上，以水花的形式出現(xiàn)。當(dāng)噪聲來(lái)

28、自于胎體結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，不同模態(tài)有不同的本征頻率，與輪胎速度無(wú)關(guān)，其頻譜的峰頂可以聯(lián)成一條一條的垂直線(xiàn)，像瀑布一樣。第77頁(yè)當(dāng)我們用色尺來(lái)表征聲音的強(qiáng)度時(shí)，上頁(yè)的瀑布圖就變成這樣。低頻取的紅線(xiàn)是水花，900赫茲以上的看來(lái)像瀑布。左邊水花應(yīng)該是從原點(diǎn)出發(fā)的直線(xiàn)。其彎曲時(shí)左圖不當(dāng)所致。第78頁(yè)這是一個(gè)315/70R22.5 卡車(chē)胎的瀑布圖，橫軸的頻率從0 到2000赫茲，輪胎的速度則以rpm 代表。輪胎滾動(dòng)周長(zhǎng)度是一周 3.05米，每周有塊狀花紋節(jié)距 46個(gè)，也就是每轉(zhuǎn)一圈，花紋塊會(huì)敲打地面46下。此中胎面花紋造成的水花，和胎體振動(dòng)產(chǎn)生的瀑布，十分明顯。請(qǐng)注意，低頻區(qū)的水花應(yīng)當(dāng)來(lái)自于輪胎的不均勻性，例

29、如9瓣的活絡(luò)模的胎面，可能產(chǎn)生每轉(zhuǎn)一圈，震9下的空氣壓力的變化。第79頁(yè)這是一個(gè)315/70R22.5 卡車(chē)胎的瀑布圖，輪胎滾動(dòng)周長(zhǎng)約 3.02米，胎面花紋節(jié)距為 48。低于100赫茲的水花似乎是9階的，可能與9瓣活絡(luò)模，及肩部零度帶在輪胎硫化是成形過(guò)程造成的胎面不均勻性有關(guān)。第80頁(yè)這是車(chē)內(nèi)噪聲的瀑布圖，這里縱軸是頻率，輪胎速度 RPM 在橫軸，原點(diǎn)在右邊。上圖是粗糙路面的結(jié)果，這里看不到水花，瀑布方向是橫的；說(shuō)明在粗糙路面行駛時(shí)，胎面花紋噪聲不重要。在250赫茲的噪聲是所謂胎腔共振效應(yīng)（稍后會(huì)討論）。下圖是光滑路面測(cè)試的結(jié)果，胎腔共振效應(yīng)很明顯，最高值約70分貝。水花有了，但很弱。第81頁(yè)

30、這是1988年米其林的一個(gè)改善輪胎花紋噪聲的專(zhuān)利。主要的目標(biāo)是制造“白噪聲”。根據(jù)聲音心理學(xué)，人們聽(tīng)到有固定頻率的噪聲是會(huì)感到煩躁不安，如果換成白噪聲，即使音量大一點(diǎn)，也不要緊。其基本方法是先將胎面花紋展開(kāi)成2維平面圖，然后將輪胎接地印痕的前緣勾勒出來(lái)。令印痕前緣順著行走方向移動(dòng)，當(dāng)某段和胎面花紋的邊緣接觸時(shí)，假設(shè)一個(gè)聲音的脈沖會(huì)產(chǎn)生；脈沖的時(shí)長(zhǎng)由輪胎的速度和對(duì)應(yīng)的花紋溝寬決定，脈沖的高度則由對(duì)應(yīng)溝內(nèi)空氣的體積決定。如此將沿著印痕前緣發(fā)生所有的聲音脈沖疊加起來(lái)，在時(shí)間軸上展開(kāi)，得到聲壓對(duì)時(shí)間的曲線(xiàn)，送進(jìn)PC 做傅里葉分析，便可得到輪胎花紋噪聲的頻譜。人們可以檢驗(yàn)不同花紋設(shè)計(jì)得到的噪聲頻譜，找出

31、白噪聲最好的設(shè)計(jì)，這就是這個(gè)專(zhuān)利的基本思路。第82頁(yè)讓我們討論什么是白噪聲？首先考慮如果胎面花紋塊用等節(jié)距設(shè)計(jì)會(huì)如何？左圖顯示用聲壓脈沖的形式作圖，橫軸是時(shí)間，得到的將是周期相等的脈沖；經(jīng)過(guò)傅立葉分析，得到的音強(qiáng)頻譜如右圖：相對(duì)分布非常窄的峰值沿著其基本頻率及其高階的諧波展開(kāi)。這是固定頻率（及其高階諧波）的輪胎噪聲。所謂白噪聲是在聲音頻譜中沒(méi)有個(gè)別突出的頻段的狀況。要達(dá)到白噪聲，最常用的方法是變節(jié)距法。第83頁(yè)這里是變節(jié)距法的示意圖。以 S, M, L 分別代表小、中，大三種不同節(jié)距的花紋塊，做不同順序的排列，如此得到的聲壓脈沖曲線(xiàn)的頻譜如下圖白色粗線(xiàn)所示，雖然仍有個(gè)別不同頻率的峰值，但是局部

32、的峰高會(huì)大為降低，同時(shí)峰的寬度也會(huì)增加，降低了固定頻率聲音的突出性。理想中的“白噪聲”如下圖白色虛線(xiàn)所示：沒(méi)有峰值，而且音強(qiáng)不隨頻率而變。所謂“棕噪聲”和白噪聲相似，沒(méi)有峰值，但音強(qiáng)隨頻率而下降，如圖所示。第84頁(yè)這是1994年 Bridgestone 的輪胎花紋噪聲模型和預(yù)測(cè)法的專(zhuān)利，基本上和前述的米其林專(zhuān)利一樣，只是把聲壓脈沖改成衰退的正弦波而已，應(yīng)該看成是一種改進(jìn)。第85頁(yè)現(xiàn)在簡(jiǎn)單討論車(chē)外通過(guò)噪聲的測(cè)試法，這是試車(chē)場(chǎng)的示意圖。第86頁(yè)這是ISO 通過(guò)噪聲試驗(yàn)場(chǎng)的設(shè)計(jì)圖，長(zhǎng)、寬20米，路寬3米，長(zhǎng)40米。道路中線(xiàn)左、右7.5米各置麥克風(fēng)一，離地面高 1.2米。路面表面結(jié)構(gòu)按 ISO 108

33、44 的規(guī)定。第87頁(yè)道路表面結(jié)構(gòu):上右圖是 ISO 10844，及上左圖是熱滾柏油路面（Hot Rolled Asphalt）下圖是路面的斷面高低變化圖；ISO 10844路面結(jié)構(gòu)要細(xì)得多，不容易透氣。第88頁(yè)這是通過(guò)噪聲實(shí)驗(yàn)的頻譜記錄；右圖記錄了左右兩個(gè)麥克風(fēng)量到的聲音頻譜，橫軸是時(shí)間，縱軸是頻率；通過(guò)速度設(shè)在 80千米/小時(shí)，噪聲主要是在 700到2,000赫茲之間。歐洲法規(guī)規(guī)定的是記錄聲壓最高值的平均值，而不是頻譜。第89頁(yè)這里是室內(nèi)通過(guò)噪聲的試驗(yàn)裝置安排；在半消聲室內(nèi)，輪胎由轉(zhuǎn)鼓支撐，用一排十四個(gè)麥克風(fēng)記錄車(chē)子在不同位置量到的聲音的數(shù)據(jù)，然后用軟件處理，模擬實(shí)際路試時(shí)只有中間一個(gè)麥克

34、風(fēng)所量到的數(shù)據(jù)；不同位置的麥克風(fēng)數(shù)據(jù)還做了相應(yīng)的Doppler效應(yīng)之校正。這種方法的愿意是可以避免天氣（溫度，濕度，風(fēng)向，風(fēng)速等等）變化的影響，測(cè)試條件的控制的一致性較好。第90頁(yè)下面討論輪胎噪聲的主要機(jī)理。第91頁(yè)這里圖示輪胎噪聲的各種機(jī)理。第92頁(yè)輪胎噪聲之機(jī)理大致可以分為 1）胎體的結(jié)構(gòu)振動(dòng)， 2）胎面與路面之間的撞擊，3）胎面與路面之間黏著及分離時(shí)的發(fā)聲效應(yīng)，4）胎面花紋效應(yīng)，5）胎腔共振效應(yīng)，及6）喇叭口效應(yīng)。其中主要的是 1）， 4）和5），以下開(kāi)始介紹。第93頁(yè)這3種機(jī)理之中，胎體振動(dòng)和胎腔共振的頻譜與輪子旋轉(zhuǎn)的速度無(wú)關(guān)，胎面花紋產(chǎn)生的噪聲頻譜的各峰頂頻率是隨車(chē)速增加的、。第94

35、頁(yè)胎腔共振的產(chǎn)生條件是聲波沿著胎腔中心的圓周形成駐波。右上圖是一個(gè)周期的正弦波，波長(zhǎng)是2pRc，其中Rc是胎腔中心點(diǎn)的半徑。左圖顯示此駐波的節(jié)點(diǎn)在接地點(diǎn)和頂點(diǎn)，相差 180度。而胎壓振幅最大值在左右，即 90度和270度兩個(gè)位置。胎腔的左半此時(shí)由震蕩產(chǎn)生的空氣壓力Dp是正的，產(chǎn)生向左方的力之大小是Dp乘上胎體內(nèi)部向左方投影的面積的總積分，如圖中公式所示；而胎腔右半的Dp是負(fù)的，其對(duì)右邊投影面積的積分與左邊的相似，由于方向相反，負(fù)負(fù)得正，產(chǎn)生的力也是向左，而大小相等。其合力如圖中的積分公式所示。隨著Dp的周期變化，對(duì)輪胎胎體變產(chǎn)生了水平方向，振幅為2·(Dp)·A，頻率為（音

36、速/ 波長(zhǎng)）的力的波動(dòng)；這個(gè)力從胎體傳到輪軸，再經(jīng)由車(chē)身的結(jié)構(gòu)傳至車(chē)內(nèi)，變成車(chē)體內(nèi)部表面的振動(dòng)而發(fā)出聲音。圖中所舉的例子，胎腔共振頻率是220赫茲。請(qǐng)注意，這種胎腔內(nèi)部空氣震蕩產(chǎn)生的聲音，是通過(guò)機(jī)械力的傳遞變成車(chē)內(nèi)噪聲的。實(shí)際上，降低這種車(chē)內(nèi)噪聲的主要手段，是在車(chē)身設(shè)計(jì)時(shí)加上減震和吸收振動(dòng)的材料。至于輪胎設(shè)計(jì)，有人提出在胎腔內(nèi)部加吸音材料，或阻止駐波形成的隔音板之類(lèi)的。在專(zhuān)利文獻(xiàn)中有，但實(shí)際商業(yè)上沒(méi)有人做，估計(jì)是成本過(guò)高，不值一試。第95頁(yè)關(guān)于胎體振動(dòng)產(chǎn)生噪聲的試驗(yàn)，圖中所示是半消聲室的轉(zhuǎn)鼓有光滑與粗糙兩種表面。其噪聲瀑布圖，請(qǐng)看下頁(yè)。第96頁(yè)上圖是光滑面，水花是胎面花紋所致。下圖是粗糙面，以

37、胎體振動(dòng)為主，即瀑布也。第97頁(yè)胎體振動(dòng)固然可以是路面粗糙度引起的；但也可以從胎面花紋產(chǎn)生。圖中演示由胎面橫溝的帶寬度，以及橫溝的彎曲剛性變化所引起。第98頁(yè)這里復(fù)習(xí)輪胎胎體振動(dòng)模態(tài)分析，請(qǐng)回看第38頁(yè)的說(shuō)明。第99頁(yè)這里復(fù)習(xí)輪胎胎體振動(dòng)模態(tài)分析，請(qǐng)回看第41頁(yè)的說(shuō)明。這里強(qiáng)調(diào)充氣壓對(duì)胎體振動(dòng)阻尼的影響。一般轎車(chē)胎的充氣壓在2到3個(gè)大氣壓，而全鋼胎可達(dá)8個(gè)大氣壓或更高，使得全鋼胎胎體振動(dòng)的阻尼小，因此胎體振動(dòng)作為噪聲聲源的比例會(huì)大為提高。一般認(rèn)為全鋼胎的噪聲70%來(lái)自胎體振動(dòng)，另外30%來(lái)自胎面花紋的氣泵效應(yīng)；而轎車(chē)胎則反是。第100頁(yè)這里復(fù)習(xí)輪胎胎體振動(dòng)模態(tài)分析，請(qǐng)回看第36頁(yè)的說(shuō)明。第10

38、1頁(yè)要觀察胎體振動(dòng)發(fā)聲的聲源分布，可以使用近場(chǎng)聲全息技術(shù)NAH。如圖所示，使用的是2-維的麥克風(fēng)相陣，數(shù)據(jù)處理方法類(lèi)似光全息攝影；此法對(duì)低頻的時(shí)空分辨率較佳。第102頁(yè)這里是一個(gè)轎車(chē)胎用近場(chǎng)聲全息技術(shù)得出的聲源分布圖。其主要振動(dòng)模態(tài)看來(lái)是 R2.5 （請(qǐng)查看第35頁(yè)），頻率是128赫茲。第103頁(yè)把前頁(yè)的圖中的色尺換成等高線(xiàn)便得到本頁(yè)的結(jié)果。從左上，右上，左下，右下，分別為空氣壓（Dp），空氣分子的速度，同步聲強(qiáng)，和無(wú)功率聲強(qiáng)。以左下圖同步聲強(qiáng)（有功率）代表有效的聲源；本圖表明在128赫茲，胎體振動(dòng)發(fā)聲的貢獻(xiàn)不大。第104頁(yè)這是208赫茲的結(jié)果，胎體振動(dòng)有一定的發(fā)聲作用。第105頁(yè)到了628赫

39、茲，胎體振動(dòng)發(fā)聲基本上可以忽略不計(jì)；只剩接地面的胎面花紋噪聲。以上三頁(yè)的結(jié)果可參看第99頁(yè)的右圖做比較。第106頁(yè)觀察聲源分布還可以考慮波束形成技術(shù) Beaming forming Technique，如圖所示，使用2-D 相控陣麥克風(fēng)，方法類(lèi)似合成孔徑雷達(dá)（SAR），對(duì)高頻信號(hào)處理效率較高。第107頁(yè)這是車(chē)子160(千米/小時(shí)) 高速行進(jìn)中，高頻噪聲聲源的分布圖（2000到4000赫茲），主要在接地印痕附近。請(qǐng)注意，驅(qū)動(dòng)輪的噪聲主要在接地的出口，而非驅(qū)動(dòng)輪（后輪）的噪聲則在接地印痕的入口。第108頁(yè)下面討論氣泵效應(yīng)與風(fēng)琴管共振，這是輪胎胎面花紋發(fā)聲最基本的機(jī)理。第109頁(yè)胎面花紋造成的溝主要

40、可以分成橫溝和縱溝。上圖演示橫溝在進(jìn)出接地印痕時(shí)，所含空氣的壓緊和舒張過(guò)程，即所謂氣泵作用。這種壓力變化的過(guò)程，到底是脈沖形式，還是衰退的正弦波，要按實(shí)際測(cè)量的結(jié)果（在第115頁(yè)會(huì)繼續(xù)討論）。右下圖是縱溝，像風(fēng)琴管。左下是開(kāi)口風(fēng)琴管的模型，在下一頁(yè)進(jìn)一步說(shuō)明。第110頁(yè)上圖演示的是開(kāi)口式風(fēng)琴管內(nèi)空氣產(chǎn)生共振時(shí)的疏密波，節(jié)點(diǎn)在管長(zhǎng)的中點(diǎn)，折振幅為零，而兩端的關(guān)口振幅最大，此駐波的波長(zhǎng)為管長(zhǎng)的2倍。下圖則增加了高階的諧波，節(jié)點(diǎn)的數(shù)目依次增加為 2, 3, 4，等等。從頻率乘以波長(zhǎng)等于聲速，右下給了風(fēng)琴管共振頻率與管長(zhǎng)和階數(shù)的關(guān)系之公式（其中 C代表聲速）。第111頁(yè)胎面的橫溝有時(shí)一端是封閉的，可以

41、用圖中的半開(kāi)口式風(fēng)琴管來(lái)代表，其封閉端必須是節(jié)點(diǎn)，如左圖所示。右下的公式給了半開(kāi)口式風(fēng)琴管的共振頻率與管長(zhǎng)和階數(shù)的關(guān)系（其中C是聲速）。第112頁(yè)本圖說(shuō)明路面結(jié)構(gòu)對(duì)輪胎噪聲的影響，橫軸是車(chē)速，縱軸是噪聲分貝數(shù)。圖中綠色的點(diǎn)是水泥路面的結(jié)果，而紅色的點(diǎn)是雙層有孔隙的路面(Twin-Lay). 有趣的是水泥路面的噪聲居然可以高出8個(gè)分貝！考慮到一般胎面花紋設(shè)計(jì)能改進(jìn)半個(gè)分貝都很難， 8個(gè)分貝是極大的差別！第113頁(yè)這里顯示單層和雙層有孔隙柏油路面的斷面圖。第114頁(yè)本圖說(shuō)明不同路面對(duì)輪胎噪聲頻譜的影響，主要在900赫茲以上；這是氣泵效應(yīng)的范圍。看來(lái)有孔隙路面的主要作用是破壞了氣泵作用中的空氣擠壓和

42、舒張；漏氣的風(fēng)琴管氣泵的效率顯然會(huì)受到傷害。因此有空隙路面的結(jié)果，是強(qiáng)有力的證據(jù)，證明胎面噪聲中氣泵作用是最重要的機(jī)理。第115頁(yè)關(guān)于胎面橫溝氣泵效應(yīng)的聲音波型，根據(jù)胎肩橫溝路試的結(jié)果，人們觀察到如左下圖的波形，其特點(diǎn)是先有空氣擠壓形成一個(gè)脈沖，然后是半開(kāi)式風(fēng)琴管的余震，逐漸衰退。有些人便用矩形脈沖來(lái)表征這個(gè)現(xiàn)象（見(jiàn)右下圖），并且忽略了余震的尾巴（請(qǐng)參看第81頁(yè)的說(shuō)明）。脈沖的高度，即聲壓的大小，由花紋溝的體積決定，而脈沖的時(shí)間長(zhǎng)度，DT，則由溝寬和輪胎的速度決定。第116頁(yè)使用矩形脈沖來(lái)表述橫溝的氣泵作用，雖然簡(jiǎn)單方便，但是由于沒(méi)有震蕩和波動(dòng)，無(wú)法反映聲波的干涉和加強(qiáng)作用。我們需要進(jìn)一步了解

43、聲波波形的特征，波形控制的主要參數(shù)，和聲波之間的相互作用。第117頁(yè)在進(jìn)一步討論橫溝氣泵作用之前，先介紹一種試驗(yàn)方法，可以大大地改善噪聲信號(hào)的質(zhì)量，即所謂聲波同步平均法（Synchronized Averaging）。圖中的曲線(xiàn)是麥克風(fēng)實(shí)測(cè)光面胎加肩部橫溝，實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)的數(shù)據(jù)，共3個(gè)周期。由于半消聲實(shí)驗(yàn)室有問(wèn)題，干擾的信號(hào)特別大，如圖所示，信號(hào)質(zhì)量很差。同步平均法的基本周期內(nèi)想法是：在一個(gè)周期內(nèi)將連續(xù)同周期的信號(hào)疊加起來(lái)，然后取平均值；這樣，要量的周期函數(shù)不變，而干擾信號(hào)會(huì)大大地降低。干擾信號(hào)基本上有兩類(lèi)：1）隨機(jī)的噪音的平均值，由于隨機(jī)的特性，平均值會(huì)趨零，2）頻率不同的干擾信號(hào)，按三角函

44、數(shù)的基本特性，在不同頻率周期內(nèi)的積分也是零。于是可以大大地改善所謂（信號(hào)/ 噪聲比）。同步疊加的扳機(jī) (Trigger) 不難，只需要在輪胎轉(zhuǎn)軸上安裝一個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器即可。第118頁(yè)同步平均法取得的封閉橫溝空氣擠壓之聲壓波形，低速50千米/時(shí)。請(qǐng)注意，類(lèi)似衰退正弦波的信號(hào)有兩個(gè)，一個(gè)對(duì)應(yīng)進(jìn)口的擠壓過(guò)程，另一個(gè)在出口，對(duì)應(yīng)橫溝的舒展，或減壓，過(guò)程。另一個(gè)和第115頁(yè)不同之處，是脈沖似乎消失了。我們的解釋是此處的橫溝比較窄，DT，脈沖和風(fēng)琴管的振動(dòng)作用混在一起了。這和第84頁(yè)，Bridgestone 專(zhuān)利的聲壓曲線(xiàn)十分接近，只是 Bridgestone 把接地時(shí)間的長(zhǎng)度搞錯(cuò)了，以至于將第二個(gè)衰退的正

45、弦波放在接地時(shí)間的外面，而忽略不計(jì)了。第119頁(yè)較短，這是車(chē)速加倍增到 100千米/時(shí)，聲壓震蕩的幅度增加了；由于接地時(shí)間縮短了，造成前后兩個(gè)衰退正弦波擠到一起了。第120頁(yè)這里我們利用中間速度，72 千米/時(shí)，的數(shù)據(jù)說(shuō)明胎面半封閉橫溝氣泵效應(yīng)之模型。當(dāng)我們把接地壓力變化的曲線(xiàn)擺在一起時(shí)，可以看見(jiàn)入口處的空氣擠壓，和出口處的接地壓回歸零，都能造成空氣在橫溝的進(jìn)出和震蕩，形成看來(lái)像是衰退的正弦波的波形。震蕩的頻率由半開(kāi)放風(fēng)琴管的機(jī)理決定；至于振動(dòng)幅度大小，則由接地壓變換率來(lái)控制。第121頁(yè)胎面花紋溝氣泵和風(fēng)琴管模型可以總結(jié)如下：l 縱向溝風(fēng)琴管l 橫向溝氣泵口l 波形脈沖 + 衰減的正弦波l 波形本證頻率風(fēng)琴管模型l 波形峰值氣泵的突起性2V(t)t2第122頁(yè)最后，討論如何降低輪胎噪聲的問(wèn)題。第123頁(yè)輪胎噪聲之改善可以分成兩個(gè)方面：1）改善聲音質(zhì)量，即降低聲音之調(diào)性：利用變節(jié)距技術(shù)，促成比較容易接受的白噪聲或棕噪聲。這種考慮主要應(yīng)用在車(chē)內(nèi)噪聲問(wèn)題。2）降低聲音之強(qiáng)度，主要在車(chē)輛通過(guò)噪聲，是個(gè)環(huán)境保