轮胎花纹与噪音的关系及对地面路况的适应的研究

轮胎花纹与噪音的关系及对地面路况的适应的研究摘要目前，人们对生活环境要求的提高，对道路与轮胎噪音、交通安全、能源等提出了更高的要求，因此研究汽车轮胎花纹也变得越来越迫切。轮胎胎面花纹是轮胎与路面相互作用的直接部位，它不仅对轮胎的抓地性有直接的影响，同时也是噪音的主要影响因素。在不同的路面情况下，不同的轮胎花纹有不同的效果。一直以来，胎面花纹由于其几何形状很难利用实验等方法直观得到并加以分析，数值模拟方法成为研究汽车性能的一个主要方向。本文利用数值模拟方法展开对轮胎的胎面花纹的变形特性及噪音产生进行研究，其目的是为后续的汽车通过噪声以及轮胎的抓地性等提供一定的基础和服务，结果轮胎花纹对汽车的噪音产生有一定的影响，而且轮胎与路面间附着性能是多方面因素综合作用的结果关键词：胎面花纹噪音抓地性地面路况目录一、问题的提出............................................................................................................................III二、问题的分析..............................................................................................................................1三、建模过程..................................................................................................................................13.1轮胎花纹噪声....................................................................................................................13.1.1轮胎花纹块产生的噪声........................................................................................13.1.2轮胎花纹槽的泵浦噪声........................................................................................33.2轮胎花纹结构....................................................................................................................63.2.1轮胎花纹样式........................................................................................................63.2.2轮胎对附着性能的影响.....................................................................................73.2.2.1轮胎结构型式的影响.............................................................................83.2.2.2胎面花纹的影响.....................................................................................93.2.2.3轮胎扁平率的影响...............................................................................11四、结语........................................................................................................................................15参考文献........................................................................................................................................15图表目录图1胎痕前后沿......................................................................................................................1图2某一块花纹的声压变化曲线..........................................................................................2图3花纹槽的三种形..............................................................................................................3图4由横沟所发生的声压变化..............................................................................................4图5花纹槽走向和行驶方向逆向和顺向示意图.................................................................5图6...........................................................................................................................................6图7子午线轮胎与斜交轮胎...............................................................................................8图8轮胎胎面花纹................................................................................................................10图9路面潮湿程度对附着系数的影响.............................................................................13图10抗滑水轮胎胎面花纹..................................................................................................14图11附着系数与滑动率的关系.......................................................................................14一、问题的提出问题一：目前减低生活噪音成为人们迫切的要求,轮胎花纹与噪音的关系是我们研究的课题,我们主要研究轮胎花纹的哪些因素对噪音的产生有着重要的关系。问题二：研究轮胎花纹对路面状况的适应程度,主要对一些常用轮胎花纹与常规地面和非常规地面的适应程度进行研究。二、问题的分析随着人们生活品质的提高，人们希望汽车在行驶过程中产生较小的噪音，同时通过对题目的分析，轮胎被广泛使用在多种陆地交通工具上。根据性能的需要，轮胎表面常会加工出不同形状的花纹，因此我们通过对汽车轮胎花纹的研究来减少噪音的产生和各种轮胎对路面的适应情况，分析轮胎表面的花纹，轮胎花纹大致分为普通花纹、越野花纹、混合花纹、拱形胎花纹和特种花纹等，我们可以看到，一方面，不同的花纹产生噪音大小不同，另一方面，不同的花纹所适应的路面也不一样，例如：普通花纹因耐磨性和附着性较好，适用于较好的硬路面，混合花纹适用于好路面，也适用于碎石和松土路面等。三、建模过程问题一：假设：轮胎花纹块的发声与花纹块的花纹块的面积、形状有关；花纹槽的发声与槽的长度、槽的宽度、槽的走向、槽的深度有关。问题二：假设：轮胎对不同路面（一般硬地面、泥土地面）的适应成度与轮胎花纹块的形状（纵向条纹、横向条纹、泥雪地条纹、纵横向条纹等）有关。3.1轮胎花纹噪声图1胎痕前后沿3.1.1轮胎花纹块产生的噪声首先,我们分析一下轮胎在行驶时的胎痕情况,见错误!未找到引用源。,轮胎以速度滚动,从A点开始,轮胎的矢量速度由v突变成了水平速度1,但1vv,根据力学平行四边形法则分析,必有一矢量速度2存在,其方向指向胎中心,才会有v和2的合成速度1出现。那么，2的产生必然伴有指向胎中心区的力F,形成块撞击地面而引起的激振,这种振动能的一部分以声波的形式向四周辐射形成撞击噪声,也就是在胎痕的前沿区形成了撞击噪声。胎痕的后沿区情况可以与前沿区作类J以分析,但产生的是负压,声强度较弱。当花纹块拍打地面时,前沿区的空气被压缩,空气密度增加,空气排出,产生正声压;随着花纹块的离地,空气变得逐渐稀疏从而形成负的声压,从而产生扰动噪声;两者合成即为花纹块的噪声,实验测定它的波形为上大下小的形波我们用一准正弦波t1来近似描述,t1为花纹块产生的声压值:tSintSintxbbbg1其中，b91~51（3-1）bx10~8100bbbSintSintg图2某一块花纹的声压变化曲线:01,其大小与轮胎的载重量、充选取遵循原则为:硬度越大,越小;sab为声压的振幅,与花纹块的面积有关,a为转换系数;lvbcbf,为圆频率,是车速vc和花纹块面积lb的函数;zbbg,为相位角,b为圆频率,zb与记时起点和该花纹块在圆周上的位置有关。在此计算中,我们采用了声点阵法进行分析,认为花纹块由许多点声源组成,那么,花纹块的发声是由这些点声源进行叠加而成的。若两花纹块包含的点声源数相同,由于一个花纹块的点声源之间相位差极小,故认为这两个花纹块的声压相同。由此我们得到轮胎花纹发声的第一个结论:花纹块的发声只与花纹块的面积有关,而与花纹块的形状无关。花纹块声压波形如2。经实验测定花纹块的发声为振动噪声,主要分布在低频区。3.1.2轮胎花纹槽的泵浦噪声轮胎在路面旋转期间,胎面的花纹槽随着轮胎的旋转而被压缩、释放,由于胎面为橡胶体,所以槽内的气体随之被高速地在前沿区挤压、后沿区膨胀,这样在胎前后沿产生压差(前沿为正压,后沿为负压),于是形成了空气涡流,从而引发了泵浦噪声。从泵浦噪声产生的原理可知,腔体的发声与腔体内空气流单位时间内的变化率有关。对于匀速行驶的汽车,各槽的体积压缩比相同,因此,槽体积越大,腔体内空气的变化率越大即:槽发声的最大声压与槽腔体的体积有关。实际的花纹设计中,槽的深度有一定要求,变化极少,可认为是一常数,所以,在实际设计中,我们只考虑花纹槽的长度与宽度,而不考虑其深度。花纹槽的走向对于槽的发生也有一定的影响,它分为三种:横槽、斜槽、纵槽。如图3。实测证明:横槽的声压级最大,斜槽次之,纵槽的声压级最低。对于横沟槽,在汽车行驶时依