不同海綿輪胎的力傳遞率曲線差異以及對車內噪聲的影響

賈進義，張儒華，李 寧

（三角輪胎股份有限公司，山東 威海 264200）

根據《新能源汽車產業發展規劃（2021—2035）》要求，到2025年中國新能源汽車新車銷量達到汽車新車銷售總量的20%；到2035年純電動汽車成為新銷售車輛的主流。2022年中國新能源汽車爆發式增長，純電動新車銷量為536.5萬輛，在轎車新車銷量中占比19.9%。

純電動汽車的行駛速度低于70 km·h-1時，風噪和底盤振動噪聲不明顯，駕乘人員在車內感受到的噪聲主要是輪胎噪聲。對于電動汽車，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方案是在輪胎內壁貼靜音海綿以降低輪胎空腔噪聲，從而達到降低車內噪聲的目的。隨著國內電動汽車的快速發展，與其性能匹配的靜音海綿原配輪胎也有急劇增長之勢。

本工作通過試驗對比不同材質海綿的吸聲系數，研究海綿輪胎和普通輪胎的力傳遞率曲線差異以及對車內噪聲的影響。

1 實驗

1.1 試驗材料

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），國外同一廠家產品；粘合劑Teroson MS 9360，德國漢高化工有限公司產品。

1.2 試驗輪胎

試驗選擇同天同班次同硫化機臺同規格條碼連續的輪胎，規格為205/55R16，花紋為TH201，負荷指數為91，速度級別為V。海綿輪胎制作：首先將粘合劑均勻涂在輪胎胎冠區域的內壁上，共4條首尾連接呈環狀。將海綿材料覆蓋在粘合劑上，在胎內沿冠部旋轉一周，然后強力按壓使粘合劑滲入海綿中。室溫下靜置72 h后，進行力傳遞試驗和車內噪聲測試。

1.3 試驗儀器

SW4221型阻抗管吸聲系數測試儀，北京聲望聲電技術有限公司產品；SCM205型數據采集器（測試軟件為LMS testlab17），德國西門子有限公司產品。

1.4 試驗方法

（1）海綿吸聲系數根據ASTM E1050—2012《管子、雙擴音器和數字頻率分析系統用聲學材料的阻抗和吸收的試驗方法》進行測試。

（2）輪胎力傳遞特性根據GWM 14876—2014《輪胎力傳遞率和車輪側偏剛度評價程序（Tire Force Transmissibility and Wheel Lateral Stiffness Evaluation Procedure）》進行測試。

（3）車內噪聲測試在消聲室進行，測試車輛為豐田卡羅拉，輪胎充氣壓力為（230±0.3） KPa，測試轉鼓表面模擬普通瀝青路面。每個試驗方案共測試4個速度（60，80，100和120 km·h-1）。噪聲測試位置共4個，在車內駕駛座位左、右耳位置和右后座位左、右耳位置設置4個麥克風測量聲壓級[1]。測試開始前，先將兩條前輪更換為需要測試的試驗輪胎，然后固定車輛，兩個前輪置于轉鼓上，前輪軸中心線與轉鼓轉動中心線平行且基本位于轉鼓正上方。測試時，發動機關閉，車輛處于空檔，轉鼓帶動兩個前輪轉動，通過設置轉鼓轉速模擬車輛不同行駛速度。轉鼓轉速設置80 km·h-1，持續運行30 min給輪胎預熱。正式測試時，轉鼓轉速從60 km·h-1開始依次增大，測量并記錄4個速度下車內4個位置的聲壓級。更換兩個前輪輪胎，重復上述試驗動作，完成不同試驗方案的車內噪聲測試。

2 結果和討論

2.1 不同海綿的吸聲系數

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

當溫度為（23±2） ℃、濕度為（50%±5%）時，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（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（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頻率下的吸聲系數曲線

表1 A和B兩種海綿在200和250 Hz頻率下的吸聲系數

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

從圖1可知，在整個測試頻率范圍，A海綿的吸聲系數大于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行力傳遞試驗，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現場照片如圖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現場照片

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處出現最高峰，對應輪胎空腔共振噪聲，而兩種海綿輪胎在該頻率處均無明顯峰值，說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，表明不同海綿材質對輪胎力傳遞曲線的影響不明顯。

2.3 消聲室車內噪聲

消聲室車內噪聲測試現場照片如圖5所示。車內設置4個麥克風，具體安裝位置如圖6中紅色三角形標記所示。本試驗共設計3個方案、4個速度、4個麥克風位置，聲壓級測試結果如表2所示。

圖5 消聲室車內噪聲測試現場照片

圖6 車內麥克風位置示意

表2 不同速度下車內不同位置的聲壓級

從表2可知：與普通輪胎相比，A和B海綿輪胎在車內4個位置、4個速度下的絕大部分聲壓級減小，表明輪胎內部粘貼A和B兩種海綿可以降低車內噪聲；相同速度、相同海綿，車內不同位置的聲壓級不同；相同速度、相同位置，A海綿輪胎的聲壓級比B海綿輪胎小，表明A海綿的降噪效果優于B海綿；速度較低時，A海綿輪胎的聲壓級較普通輪胎最大可降低5.15 dB，B海綿輪胎的聲壓級最大可降低3.86 dB；隨著速度的增大，海綿輪胎的降噪效果降低，當速度達到120 km·h-1時，A海綿輪胎仍有較好的降噪效果，而B海綿輪胎基本無降噪功能。

3 結論

聚酯型聚氨酯海綿的吸聲系數大于聚醚型聚氨酯海綿；不同材質的海綿對輪胎力傳遞率曲線影響不明顯；不同材質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。