輪胎噪聲

輪胎噪聲是由行駛車輛的輪胎與路面相互作用、輪胎與空氣相互作用以及輪胎的變形而產生的噪聲，它是汽車噪聲的兩個主要來源之一。輪胎噪聲產生的原因和機理都比較複雜，儘管產生噪聲激勵源的因素眾多，但是所有輪胎/路面噪聲均源自於輪胎與道路的相互接觸、輪胎的變形以及輪胎與空氣的相互作用。

基本介紹

• 中文名：輪胎噪聲
• 噪聲來源：輪胎與地面接觸等
• 含義：是由行駛車輛的輪胎與路面相互作用、輪胎與空氣相互作用以及輪胎的變形而產生的噪聲

概念簡介

輪胎噪聲是由行駛車輛的輪胎與路面相互作用、輪胎與空氣相互作用以及輪胎的變形而產生的噪聲，它是汽車噪聲的兩個主要來源之一。

有關研究表明，在乾燥路面上，當汽車行駛速度達到70km/h時，載重汽車輪胎噪聲成為汽車主要噪聲源，而對於轎車和輕型載重汽車，當車速高於45~55km/h時，輪胎噪聲就成為主要因素；在濕路面上，即使車速慢，輪胎噪聲也會超過其他噪聲成為最主要的噪聲源。車速越快、負荷越大，輪胎噪聲的能量級就越高，在汽車行駛噪聲中所占的比例也就越大。

危害

輪胎噪聲是汽車噪聲的的重要組成部分，是城市道路噪聲污染的的一部分，對人們的危害歸納起來有以下幾方面：

（1）損傷聽力，影響人體健康。大量調查研究表明，如果人長時間處於強噪聲的環境中，會使內耳聽覺器官組織受到損傷，造成不同程度的耳聾；

（2）噪聲的生理效應，暴露在噪聲中所導致的人體生理變化稱為噪聲的生理效應，噪聲具有強烈的刺激作用，對人體的影響也是多方面的，除去對聽力的影響外，對神經系統、心血管系統、消化系統、內分泌系統等也有明顯的影響；

（3）噪聲對人們生活和工作的影響，噪聲妨礙人們休息、睡眠，干擾語言交談和日常社交生活，使人煩躁、注意力下降，甚至精神失控、行為反常;

（4）噪聲還對動物、建築物和儀器設備有影響。

分類與機理

輪胎噪聲是輪胎與路表面接觸時發出的聲響，輪胎噪聲產生的原因和機理都比較複雜，儘管產生噪聲激勵源的因素眾多，但是所有輪胎/路面噪聲均源自於輪胎與道路的相互接觸、輪胎的變形以及輪胎與空氣的相互作用。照其產生的機理主要可以分為空氣噪聲、振動噪聲和振鳴噪聲，其詳細的分類如下圖所示。

圖1 輪胎噪聲分類

空氣噪聲

當輪胎轉動時,輪胎周圍的空氣因相互流動和擾動而引起的噪聲稱為空氣噪聲。主要有以下幾部分：

①空氣泵氣噪聲

車輛行駛時，輪胎胎面花紋槽與地面耦合形成多個半封閉的空腔。當輪胎與路面接觸時，空腔內的空氣被壓縮而向花紋槽側面開口處流動，形成噴射氣流;當輪胎離開路面時，受擠壓的胎面花紋槽恢復原狀，導致空腔容積迅速恢復而使得空腔內氣體壓強過小，具有一定的真空度，而外界空氣受壓力差影響被吸入花紋槽空腔內，這個過程即為輪胎的泵氣效應。

因為輪胎的泵氣效應是以一定的周期重複出現的，從而形成疏密不同的空氣波，以輪胎為中心向外界輻射，即形成了噪聲。由輪胎花紋的空氣泵氣效應產生的噪聲被稱為輪胎的泵氣噪聲，它是輪胎噪聲的重要聲源之一，路面上凹凸不平處也會因泵氣效應而發出泵氣噪聲。

②空氣共鳴噪聲

車輛行駛過程中，輪胎受外界激勵產生振動，導致花紋槽中流動的氣體在某一特定的頻率下發生共振，由此引起的噪聲稱為空氣共鳴噪聲，這個特定的頻率不受輪胎外形結構的影響，而一般固定出現在 1~2kHz 範圍之內。

③空氣擾動噪聲

輪胎轉動時會帶動周圍的空氣流動，形成湍流，湍流中空氣壓力起伏變化引起的噪聲稱為空氣擾動噪聲。這種噪聲的聲能不強，在輪胎噪聲中所占的比重較小，只有車速超過200km/h，才對輪胎噪聲級有所影響。

振動噪聲

輪胎胎面和胎側在外界激勵下產生振動引起的噪聲稱為振動噪聲，它也是輪胎噪聲的最重要聲源之一。

①衝擊振動噪聲

當輪胎與路面接觸時存在一個衝擊力，該衝擊力使得輪胎胎面和胎側發生一定的形變，而該形變變形與恢復過程中產生的噪聲稱為輪胎衝擊振動噪聲。

②滑移振動噪聲

輪胎胎面與路面耦合時，接觸面上的橡膠花紋塊與路面之間在位移上產生了一定的偏移，而偏移過程中花紋塊在摩擦力作用下引起振動而產生的噪聲稱為滑移振動噪聲。

③復原振動噪聲

輪胎轉動過程中，受壓部位離開接觸面後變形恢復，而形變復原過程中產生的振動噪聲稱為復原振動噪聲。

④路面振動噪聲

車輛行駛過程中輪胎受凹凸不平的路面激勵所引起的噪聲稱為路面振動噪聲。

振鳴噪聲

汽車在路面上起步、急剎車或急轉向時，輪胎和地面接觸面發生局部自激振動而產生的噪聲稱為振鳴噪聲，其頻率一般為 0.5~1kHz。

還有其他一些機理，不過，有些機理還有待進一步研究考證。不同性質的輪胎噪聲，其產生機理各不相同，在大多數情況下，這些機理是同時存在的，只是形成噪聲能量的大小和對輪胎總噪聲的貢獻主次不同。

影響因素

輪胎噪聲的影響因素可以分為輪胎的設計因素和使用因素。設計因素主要包括輪胎結構設計和花紋設計；使用因素主要包括汽車的行駛速度、輪胎載荷和氣壓、路面狀況以及輪胎磨耗等，其中花紋設計和路面狀況是影響輪胎噪聲的主要因素。

輪胎的設計因素

花紋槽的設計不同直接造成各種花紋輪胎泵氣噪聲聲強的不同，橫向花紋槽容易形成封閉空腔，產生的空氣噴射流壓強也較大，而縱向花紋槽中空氣流動較為順暢，受壓時容易排出，不會產生較大的空氣壓差，因而引起的噪聲也較小。

輪胎使用因素

使用因素包括車輛行駛速度、路面狀況以及輪胎載荷和氣壓等。一般情況下，車速越快，輪胎噪聲越大；路面的粗糙度以及乾濕程度能影響輪胎噪聲大小；而輪胎的新舊程度也對輪胎噪聲有一定影響，相同型號的輪胎磨損後要比新輪胎噪聲增加 2~4dB；負荷越大，噪聲越大，因此載重輪胎噪聲一般比轎車輪胎噪聲高3～5dB。

降低輪胎噪聲的方法

基於輪胎噪聲的發聲機理，降低輪胎噪聲主要從以下幾方面考慮。

（1）由於輪胎振動噪聲與輪胎的剛度、阻尼、均勻性和動平衡有關，要降低輪胎的噪聲，從材料上來講，可以採用高阻尼橡膠材料，調整輪胎整體剛度和負荷平衡、提高輪胎的均勻性和動平衡；

（2）由於輪胎胎面花紋噪聲是輪胎噪聲的主要來源，可以通過最佳化輪胎花紋結構來降低噪聲，這也是輪胎降噪最主要的方法。胎面花紋設計應該儘量減小噪聲的總體幅值，同時使噪聲能量分布在儘可能寬的頻率範圍上，避免在窄的頻率範圍上出現峰值。可以利用多種方法實現輪胎降噪：最佳化花紋塊(槽)的設計、最佳化花紋錯位的設計，以及選擇輪胎花紋的最優節距等。

輪胎降噪還有其他一些方法，但是有可能對輪胎其他性能產生不利影響，所以在選擇降噪方法時要兼顧輪胎其他性能。