轮胎之振动与噪声讲述.docx

轮胎基础知识讲座第五讲轮胎之振动与噪声 第2页 欧洲轮胎新法规 2012年11月起生效，是改进环保的一种措施，也对外贸易的技术壁垒；比起美国对中国轮胎的惩罚性关税的办法，要文明得多。贴标签的规定，将影响顾客购买轮胎的决定过程，对中国轮胎而言，既是刁难，但如果我们的轮胎质量能得到优质的评定，那么就是一种免费的宣传，所以也是一种机遇。 在滚动阻力、通过噪声及湿地抓着力三项中，噪声是难度最高的。 第3页 这是欧洲新法规的轮胎噪声标准，其中C1是轿车胎；C2，轻卡轮胎；C3，卡车胎。 第4页 在欧洲新法规裡，对噪声特别低的轮胎授以Low Noise 的标签。 第5页 我们要以欧洲新法规之挑战为契机，应该及时改进轮胎性能，不但要合格，而且要以中间偏上为目标。我们应当加强研发水平，制造并销售高性价比的轮胎，为提高利润，打好基础。 第6页 轮胎舒适性是轿车轮胎配套主要的门槛之一；主要问题有二，即轮胎的振动问题，和轮胎的噪声问题。 第7页 在轮胎的振动问题上，我们首先讨论轮胎对路面障碍物之包容性。 第8页 这里是实心轮子和充气轮胎在‘低速’越过路面障碍物时的反应；实心轮没有包容性，轮轴必须随着障碍物升高，充气轮胎则不然，胎体接地部分的变形，使得胎体连线的张力大为下降，对障碍物产生‘包容’作用，轮轴只需稍微升高，甚至不必升高，因此冲击力要小得多，减少车子的颠簸，改善乘坐的舒适性。右图是不同轮胎越过障碍物时，垂直方向力的变化。 第9页 当車行速度加快时，路面障碍物引起的冲击还会造成胎体的振动，本图显示在动态楔入转鼓试验中，实心轮子和充气轮胎的垂直向之力的反应；充气轮胎的冲击和余震要好得多。 第10页 本图演示的是低速充气轮胎越过障碍物在不同位置时，纵向力和垂直向之力的反应，以及余震。 第11页 充气轮胎的包容性主要考虑胎体的两个部分：胎冠的弯曲刚性要低，带束层的钢丝层夹角加大，有利于包容性的改善；但是造成带束层的接地面的弯曲刚性下降（会伤害轮胎的转向刚性），则可以用零度带来加强，达到两者同时改进的效果。 胎侧的包容性改善可以来自于胎体帘线张力的下降：我们可以缩短胎侧柔软薄膜部分的宽度，使得胎侧下沉后，子午帘线之张力大幅下降。即利用上、下三角胶有效地控制胎侧胎体刚性之变化（请复习第一讲中的薄膜理论）。 第12页 我们接着讲轮胎胎体振动及其传递作用。 第13页 本图演示不同胎体结构，对冲击波传递的特性。这是用激光全息摄影技术，显示斜交胎的胎体受冲击后，变形是局部性的，而子午轮胎由于钢丝带束层的关系，振动可以传至轮胎全体。 第14页 轮胎高速越过路面障碍物比低速时要复杂得多。这里在转鼓上的障碍物是5厘米厚60厘米长，左图是垂直向之力的反应，两次冲击震荡显示进入和离开时的状况。右图是纵向力的反应。 第15页 本图说明轮胎的振动传递到乘客，其中有三次过滤，即轮胎、车身和人体。 第16页 轮胎做为机械振动的过滤器有三个频率段：1）30 赫兹以下，轮胎像个弹簧，由轮胎径向刚性决定， 2）30 到 250 赫兹之间，由轮胎胎体振动的不同模态及其本征频率决定，这里胎体振动的阻尼较小，3）250 赫兹以上，这里也是由轮胎振动的高阶模态决定，其特点是阻尼随频率大为增高。 第17页 本表显示人体对振动之不同的加速度（或g值）的反应；看来 0.1个g就开始相当不舒服了。 第18页 本表显示振动频率与人的感觉之间的关系。 第19页 下面简单介绍轮胎/悬挂系统，其振动和共振以及力的传递。 第20页 车内的振动除了路面障碍物的冲击所引起的之外，本图所示是路面的高低不平的作用；这里指出如果路面高低变化的周期，?，与前后轮距离，L，满足以下的公式， L = λ22n-1, n = 正整数，则车身会产生严重的纵摇（Pitching, 或者叫做俯仰或前后波动）。 第21页 车子纵摇时幅度大小和位置相关，图中显示离重心近的前座的振动幅度要比后座为小。 第22页 和页20相比，当L = n ? (n 为整数) 时，车子会产生上下跳动（Bouncing）。 第23页 改善车身振动，主要是靠车轮的悬挂系统。右图的悬挂系统用的是叶片弹簧，常见于载重量较大的车子；左图还显示了减震器的位置。 第24页 左图显示的悬挂系统中，弹簧和减震器是套在一起的，常见于轿车。为了简化分析，我们只考虑一个轮子，也就是所谓 1/4车模型的悬架系统，用右边的简单模型代表，其中 MS: 簧载质量 ，指此轮承担的车身重量（约全车 1/4），减去轮胎组合及悬挂系统； MU: 非簧载质量，指的是轮胎组合及悬挂系统； KS: 悬架弹簧，及其弹性系数； C: 悬架减震器，及其减震系数； Kt: 轮胎作为一个弹簧，及其弹性系数。 请注意，这里悬挂系统的弹簧和减震器是并联的。 第25页 我们用 x0, x1, x2分别代表轮