轮胎振动噪声的声学贡献度分析及降噪方法研究

摘要

当载重汽车行驶速度超过70km/h时，其中轮胎噪声凸显出来，约占整车噪声的30％以上。为改善轮胎噪声问题，欧盟、美国等出台的轮胎标签法以及我国的《绿色轮胎技术规范》均对轮胎的噪声性能提出了严格的要求，然而，我国有近一半的轮胎达不到欧盟轮胎标签法第二阶段标准的要求，这给我国轮胎行业的发展及出口带来了巨大的压力。因此，开展轮胎噪声性能及降噪方法的研究对低噪声轮胎设计与我国轮胎制造业的持续发展具有重要的意义。
　　利用ABAQUS软件建立了295/80R22.5型全钢载重子午线轮胎三维有限元分析模型，通过接地压力分布试验、刚度试验和模态试验验证了有限元分析模型的可靠性。采用声学边界元理论与模态声学传递向量技术相结合的方法，预测了轮胎的振动噪声特性。
　　在声压峰值对应的频率处，利用面板声学贡献度分析方法研究轮胎外轮廓对振动噪声的影响，通过幅值-相位法辨识轮胎外轮廓参与振动的程度，并得到胎面和胎侧为声学正贡献部件。通过在胎面和胎侧处添加聚氨酯类阻尼材料抑制其振动，从而达到降低轮胎振动噪声的目的。在此基础上，从胎面和胎侧表面处的振动加速度响应和声学贡献度的角度阐释了轮胎噪声降低的原因。
　　利用模态声学贡献度分析方法研究了轮胎各阶模态对峰值声压的影响，得到了对轮胎振动噪声性能影响最为显著的敏感模态。采用局部灵敏度分析方法研究了轮胎橡胶材料质量、钢丝帘线质量和刚度变化对敏感结构模态的固有频率和广义质量的影响。结果表明，合理的减少胎面和胎侧的质量可有效的降低轮胎振动噪声；合理的减少胎体层和2号带束层结构的钢丝帘线的质量，可降低轮胎振动噪声；合理的增加胎体层和3号带束层结构的钢丝帘线刚度，可降低轮胎振动噪声。
　　以合理减少胎侧质量可降低轮胎振动噪声为指导，采用修正的胎体弦平衡轮廓理论对轮胎胎侧进行轻量化设计。结果表明，与现行轮胎结构设计相比，修正的胎体弦轮廓轮胎，其胎侧质量降低了7.48%，降噪量达1.98dB。在此基础上，从轮胎外轮廓声学贡献度的角度阐释了修正的胎体弦平衡轮廓轮胎振动噪声降低的原因。修正胎体弦轮廓设计轮胎显著降低了轮胎声学正贡献部件胎面和胎侧的声压幅值贡献，同时增加了声学负贡献部件的数量，减少了声学正贡献部件的数量，进而降低了轮胎振动噪声。