路噪与胎噪,天生就是一对你中有我,我中有你,难分难舍的好基友。
汽车行驶时,从车底传上来的噪声,有的司机会说是路噪,有的司机会说是胎噪。在大多数情况下,这两种说法都没有太大问题。毕竟,单独的路面、轮胎,并不产生任何声音,只有轮胎在路面上行驶滚动起来,两者产生了互相作用,才产生了声音。
因为汽车噪声逐渐成为城市噪声污染的重要来源,而汽车噪声中胎噪/路噪又占有重要比例。因此,在年欧盟颁布两部法规EC/与EC/对轮胎噪声进行了限定。
胎噪/路噪的产生机理非常之复杂,如果要较真,这里面是N篇学术论文。为了易于理解,从噪声发生和传播的角度,简单将机理分为噪声源产生机理与噪声增强机理两大类。
1、胎噪/路噪的声源产生机理
噪声源的产生机理主要有:胎面花纹撞击、花纹与路面挤压、轮胎与路面粘滑、轮胎与路面吸附、空气动力噪声。
胎面花纹撞击,是在轮胎滚动时,胎面不连续花纹块与路面刚接触时撞击产生的噪声,如果花纹块和路面的弹性都比较好,撞击产生的噪声能量可以得到一定衰减。
花纹与路面挤压,当轮胎与路面已经接触后,继续滚动压缩的过程中,接地花纹的沟槽容积缩小,沟内包含的空气被挤压排出,而当轮胎再继续滚动开始离开地面时,挤压的沟槽松弛空气又会迅速地回填。这种现象会形成一种空气泵的效应,在紧致光滑路面上,非常显著。
轮胎与路面粘滑。这个简单说,就是轮胎在滚动时,不仅有滚动,还有滑动,这种运动状态产生的噪声。
轮胎与路面吸附。当轮胎花纹表面变粘而且路表面非常干净时可发生粘吸,这种现象可以想象一下我们生活中经常用的吸盘,用力按一下,空气排出去以后就会吸附在我们按压的表面上,拔下来的时候会“peng”的一声,差不多就这个意思。
空气动力噪声。轮胎滚动时,轮胎周围的气流受扰,在轮胎后部和路面之间产生湍流,引起空气压力的变化,从而产生空气动力噪声。这个现象也非常好理解,平时我们自己转一个小物件都会发出空气声,一个道理。
2、胎噪/路噪的噪声增强机理
其实,上述的一些发生机理所发出的声音并不大,之所以我们平时听起来声音很大,是被几种现象放大了,显著地增强了辐射噪声。
号筒效应,轮胎表面与路面形成的几何形状成为了一个天然的号筒,号筒喉部的任何声音都会被放大,简单理解就是类似吹喇叭。
赫姆霍兹效应,就记住靠接地面外侧的沟槽在离开接触面的瞬间,形成的一种所谓赫姆霍兹的共振腔,产生共振引起噪声,这个现象在生活中类似吹口哨。
胎体振动,接触面产生的振动能量由于胎体的作用而增强。
轮胎声腔,轮胎内部的气体,在某些频率下,也会被激发出共振。也就是所谓激发了声腔模态,分好几阶。
3、路噪/胎噪的一般特征
①轮胎噪声频带非常宽,通常为80Hz~Hz,甚至高达Hz。②花纹块撞击路面引起的噪声倾向于低频,一般小于Hz,这主要是因为轮胎起到低通滤波器的作用,有效地衰减了较高频域的噪声辐射。②轮胎与路面挤压产生空气泵效应,一般空气泵产生频率为1k~3kHz的声波。切向花纹块共振频率为~Hz,纵向花纹沟管柱共振频率为~Hz。③汽车在正常运行条件下,空气动力学噪声对轮胎/路面噪声影响不大。④号筒效应频率为~Hz,其峰值频率主要依赖于声源在号筒中的位置。⑤赫姆霍兹共振频率成分主要为~Hz。⑥Hz以下的低频噪声主要是由胎侧振动、轮胎非均匀性自激振动所致。⑦与轮胎设计和道路状况等影响轮胎噪声的主要因素的变化相对应的噪声频率成分在1Hz以下,且主要集中在Hz附近。大多数的轮胎/路面噪声频谱显示,在~Hz频域内有突出的峰值。4、路面对噪声的影响
之所以路噪/胎噪经常放在一起说,正是因为路面本身也会有影响。在水泥混凝土路面的铺装过程中,表面有特殊要求,必须采用拉毛、拉槽、压槽或刻槽等方法筑做表面构造,应该满足《公路水泥混凝土路面设计规范-JTGD40-》4.5.6条的规定。
不同的路面纹理对噪声的贡献是不一样的:
为了保证路面的行车安全,保证各项道路性能,也包含满足噪声要求,路面施工都会进行监测,比如平整度检测、摩擦检测等。
路面铺装使用的材料也会考虑噪声要求,采用一些多孔材料,在兼顾其他安全、承载性能的基础之上,让噪声的吸收性更好。
5、降低路噪/胎噪的基本思路
不管是哪个领域,解决噪声问题的思路都是从降低声源、隔离/衰减路径传递、隔离/衰减接收方三个大方向。
为了保证路噪/胎噪在合理范围,汽车工程师、公路修建工程师会分别针对汽车、路面两个方面进行设计优化。汽车工程师会对轮胎、悬架等相关件进行分析、测试、优化。公路的修建铺装,也会考虑对原材料配比进行设计、路面构造进行优化。
汽车开发时,零件工程师会针对轮胎的横/纵向花纹横截面几何参数、宽度、深度及拔模角等进行设计优化;系统/NVH工程师会通过CAE、测试手段进行声学的设计、优化。
道路混凝土建设时可以通过构造深度和孔隙吸收噪声,通过表面纹理反射噪声,消耗噪声能力,通过改进施工工艺提高平整度、改善接缝施工水平,采用小粒径的粗集料降低宏构造引起的振动噪声。如采取以下措施:
①多孔混凝土降噪,多孔混凝土是由最大粒径为8~10mm的间断级配碎石和1mm以下的砂石组成的孔隙率达20%~25%或以上的一种骨架-孔隙结构。②外露集料降噪,外露集料表面具有随机凸起的特点,能够使声波和压力波在轮胎花纹下的空隙中自行消散。集料粒径越小,噪声越低。③双层混凝土降噪,选用小粒径(8~10mm以下)、耐久性和耐磨性好的粗集料,可以减少混凝土路表面的宏构造,可形成抗滑性好、噪声低且经久耐磨的混凝土路面。④改性混凝土降噪,通过掺加颗粒橡胶或其他聚合物高分子材料来改性水泥胶结料和混凝土结构,降低水泥混凝土的弹性模量,使混凝土具有半刚性半柔性,达到减振降噪的目的。⑤纵向整平技术,将沿车道方向的表面构造尤其是路面防滑槽式构造断面形状看作是一种波谱。减少波长和波幅,可减小轮胎振动并形成多孔性表面,声学效果会更好。⑥粗构造设置技术,改变路面沟槽的宽度、深度、间距和定向可以降低噪声,消除声谱中的峰值。参考文献:
[1]谭伟等,轮胎/路面噪声机理与降噪路面[J],公路与汽运。[2]张正伟,公路混凝土路面轮胎/路面噪声特性研究[D],兰州交通大学。[3]戴倩,沥青混凝土路面噪声产生机理与影响因素分析[J],黑龙江交通科技。[4]彭良涛等,水泥混凝土路面噪声降低措施分析[J],路面机械与施工技术。汽车研发工程师一枚,机械博士文凭,没事写点硬到磕牙的汽车技术干货,也写点汽车保养维修小姿势。
对车感兴趣的老司机们可以