汽車制動輪胎嘯叫問題改善研究

摘 要：汽車輪胎噪聲是指車輛在行駛過程中，輪胎與地面摩擦產(chǎn)生的聲音。輪胎噪聲是車輛噪聲的主要來源之一，對駕駛員和乘客的舒適性和安靜造成很大影響[1]。為解決某純電SUV車型在正常行駛制動過程中輪胎出現(xiàn)的嘯叫問題，采用了客觀測試復(fù)現(xiàn)的排查方法，通過NVH設(shè)備進行數(shù)據(jù)采集，確認異常噪聲發(fā)生的工況、頻率、聲壓級等信息，鎖定輪胎嘯叫的主要影響因素，找到制動嘯叫問題的改善方向。結(jié)合項目應(yīng)用的實際情況制定合理的優(yōu)化措施，可以調(diào)整胎面材料和優(yōu)化胎面花紋來降低輪胎噪聲。這些解決嘯叫問題的方法和思路，為后續(xù)項目開發(fā)時避免這些問題或解決同類型問題提供指導(dǎo)和參考[2]。

關(guān)鍵詞：汽車制動 輪胎黏滑噪聲 胎面花紋

0 引言

在現(xiàn)代社會中，隨著車輛數(shù)量的不斷增加，汽車輪胎噪聲已成為城市和高速公路上主要的環(huán)境噪聲之一。汽車輪胎噪聲是指車輛在行駛過程中，輪胎與地面摩擦所產(chǎn)生的噪音。這種噪聲不僅會影響城市居民的生活質(zhì)量和健康，也給高速公路沿線的環(huán)境造成嚴重污染[3]。因此，減少汽車輪胎噪聲已成為環(huán)保和交通管理的重要課題。本文將介紹汽車輪胎噪聲的產(chǎn)生原理、影響因素以及減少輪胎噪聲的方法，希望能為相關(guān)領(lǐng)域的研究和實踐提供一些有益的參考[4]。

1 問題現(xiàn)象描述

當某品牌汽車在光滑瀝青路面上進行制動時，車上裝載19寸輪胎出現(xiàn)嘯叫噪聲。具體工況為：輪胎胎壓230kpa，車速約50Km/h 制動，ABS未介入。同一輛車搭載18寸輪胎同樣存在嘯叫現(xiàn)象。

2 問題復(fù)現(xiàn)

測試條件：同等條件下，同一輛車，路況一致；

測試工況：以70km/h、80km/h不同車速制動減速至20km/h，對同一款車不同尺寸規(guī)格輪胎進行驗證；驗證結(jié)果如下表1。

驗證結(jié)果顯示，無論正常制動還是深踩制動，嘯叫噪聲均有可能出現(xiàn)，且嘯叫噪聲發(fā)生頻段相對固定，18寸輪胎為650-690Hz，19寸輪胎為680-750Hz，均屬于高頻震動噪聲。（表2）

3 要因驗證

3.1 附著系數(shù)

鹽城試驗場已磨損輪胎（表3）沒有出現(xiàn)此問題；

鹽城輪胎與輪胎嘯叫問題對比驗證總結(jié)如下：

1、測試條件：同等條件下，同一輛車， 路況一致；

2、鹽城輪胎較杭州輪胎花紋深度磨損約3mm；

3、杭州輪胎出現(xiàn)嘯叫問題。

結(jié)論：胎面花紋磨損后附著系數(shù)和花紋塊剛性發(fā)生變化，不易發(fā)生嘯叫問題。

3.2 胎壓驗證

1、290kpa下輪胎接地印痕面積更小，摩擦力越小；

2、同時，隨著制動過程的發(fā)生，花紋塊產(chǎn)生形變，290kpa 由于所能提供的摩擦力更低，導(dǎo)致所能提供的摩擦力極限就更低，從而導(dǎo)致輪胎達到黏滑極限時的形變小，黏滑噪聲更低。（表4）

3.3 速度&減速度

結(jié)論：速度越高、減速度越大的情況下，出發(fā)頻率越高，噪聲分貝值越高。（分貝值因素影響較多，需要后續(xù)大量樣本進行驗證）。

4 機理分析

4.1 輪胎黏滑噪聲

汽車是通過輪胎與路面相互力的作用而行駛的，路面激勵也是通過輪胎的傳遞而使汽車產(chǎn)生振動和噪聲的（圖1）。輪胎花紋塊振動機理包括兩種情況：滑移（stick-slip）和黏著（stick-snap）[5]。經(jīng)查閱文獻，此高頻震動噪聲為輪胎黏滑噪聲，胎面花紋是輪胎黏滑噪聲的主要影響因素，在制動過程中，胎面花紋塊受到剪切力而引起形變，當剪切力突破摩擦極限時，輪胎便與地面產(chǎn)生滑移。剪切力引發(fā)花紋塊的形變，在滾動過程中，花紋塊近似轉(zhuǎn)變?yōu)樽杂蔂顟B(tài)，由于形變導(dǎo)致了高頻振動，由此引發(fā)黏滑噪聲[6]。

4.2 結(jié)果分析

19inch對比18inch黏滑噪聲頻率更高，19inch整體胎面剛性要更大（表5）。

輪胎黏滑噪聲主要影響因素：

1、胎面花紋塊剛性；

2、附著系數(shù)（與胎面配方，接觸路面附著系數(shù)…）；

3、胎面花紋形式。

相關(guān)資料表明，輪胎黏滑噪聲與上述因素有關(guān)，且黏滑噪聲頻率固定。

5 方案實施

5.1 優(yōu)化方案

針對黏滑噪聲提出改善方案和具體措施：

方案一：現(xiàn)有花紋調(diào)整；具體措施：需要進一步驗證花紋對于黏滑噪聲的貢獻，內(nèi)部進行分析對比后確認花紋改善方向并重新設(shè)計開發(fā)模具。

方案二：調(diào)整胎面配方；具體措施：采用相對低抓地力及高抓地的配方來驗證輪胎附著系數(shù)對于輪胎黏滑噪聲的影響。

5.2 驗證效果

1、輪胎花紋驗證；

2、測試條件 ：同一輛車在相同瀝青路面上 ；

3、測試結(jié)論：同配方、同規(guī)格下，不同花紋對制動嘯叫影響較小，具體數(shù)據(jù)如圖2、表6。

5.3 配方驗證

1、客觀數(shù)據(jù)：ALC-改善方案噪聲表現(xiàn)整體優(yōu)于其他方案；

2、主觀感受：通過車內(nèi)噪聲對比，整體差距不明顯（表7）。

5.4 其他性能驗證

見圖3。

結(jié)論：綜合主客觀測試結(jié)果，改善方案較原方案平順性有所提升，操控及舒適性有所下降。經(jīng)討論，按照改善方案推進后續(xù)驗證工作。

6 總結(jié)

輪胎噪聲的產(chǎn)生主要與輪胎的材質(zhì)、胎面花紋、胎壓、車速等因素有關(guān)。一般來說，胎面花紋越深，輪胎與地面摩擦產(chǎn)生的噪音就越大；而胎壓不足或過高也會導(dǎo)致輪胎與地面摩擦增加，產(chǎn)生更大的噪音[7]。本文從輪胎制動產(chǎn)生嘯叫問題出發(fā)，通過優(yōu)化胎面花紋設(shè)計和調(diào)整胎面材料，汽車輪胎可以在一定程度上有效降低噪聲，從而提高車輛的靜音性能和乘坐舒適性。這對于城市居民的生活質(zhì)量和高速公路沿線的環(huán)境都有積極的影響。

參考文獻：

[1]侯京斌，王婷婷.胎面花紋設(shè)計對輪胎噪聲的影響[J].橡膠科技，2020（7）.

[2]高煜，張斌.“移頻降噪”在車內(nèi)低頻輪胎噪聲改善中的應(yīng)用[J].汽車實用技術(shù)，2020（19）.

[3]殷崇信.某乘用車輪胎系統(tǒng)NVH性能仿真與試驗研究[J].輕型汽車技術(shù)，2015（9-10）.

[4]李暢，閆彬，趙炳強.汽車輪胎噪聲研究[J].汽車實用技術(shù)2009，177：322-324.

[5]花紋結(jié)構(gòu)對載重輪胎噪聲輻射的影響規(guī)律研究[J].汽車工程，2020，42：7.

[6]輪胎振動與噪聲試驗和理論研究[J].NOISE-CON2019.

[7]盧磊.輪胎花紋對輪胎噪聲影響的研究[D].長春：吉林大學(xué)，2017.