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的嘯叫問題，采用了客觀測試復現的排查方法，通過NVH設備進行數據采集，確認異常噪聲發生的工況、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。結合項目應用的實際情況制定合理的優化措施，可以調整胎面材料和優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，為后續項目開發時避免這些問題或解決同類型問題提供指導和參考[2]。

關鍵詞：汽車制動 輪胎黏滑噪聲 胎面花紋

0 引言

在現代社會中，隨著車輛數量的不斷增加，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生的噪音。這種噪聲不僅會影響城市居民的生活質量和健康，也給高速公路沿線的環境造成嚴重污染[3]。因此，減少汽車輪胎噪聲已成為環保和交通管理的重要課題。本文將介紹汽車輪胎噪聲的產生原理、影響因素以及減少輪胎噪聲的方法，希望能為相關領域的研究和實踐提供一些有益的參考[4]。

1 問題現象描述

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象。

2 問題復現

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格輪胎進行驗證；驗證結果如下表1。

驗證結果顯示，無論正常制動還是深踩制動，嘯叫噪聲均有可能出現，且嘯叫噪聲發生頻段相對固定，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

鹽城試驗場已磨損輪胎（表3）沒有出現此問題；

鹽城輪胎與輪胎嘯叫問題對比驗證總結如下：

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、杭州輪胎出現嘯叫問題。

結論：胎面花紋磨損后附著系數和花紋塊剛性發生變化，不易發生嘯叫問題。

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，隨著制動過程的發生，花紋塊產生形變，290kpa 由于所能提供的摩擦力更低，導致所能提供的摩擦力極限就更低，從而導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

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

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，輪胎便與地面產生滑移。剪切力引發花紋塊的形變，在滾動過程中，花紋塊近似轉變為自由狀態，由于形變導致了高頻振動，由此引發黏滑噪聲[6]。

4.2 結果分析

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（與胎面配方，接觸路面附著系數…）；

3、胎面花紋形式。

相關資料表明，輪胎黏滑噪聲與上述因素有關，且黏滑噪聲頻率固定。

5 方案實施

5.1 優化方案

針對黏滑噪聲提出改善方案和具體措施：

方案一：現有花紋調整；具體措施：需要進一步驗證花紋對于黏滑噪聲的貢獻，內部進行分析對比后確認花紋改善方向并重新設計開發模具。

方案二：調整胎面配方；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、測試結論：同配方、同規格下，不同花紋對制動嘯叫影響較小，具體數據如圖2、表6。

5.3 配方驗證

1、客觀數據：ALC-改善方案噪聲表現整體優于其他方案；

2、主觀感受：通過車內噪聲對比，整體差距不明顯（表7）。

5.4 其他性能驗證

見圖3。

結論：綜合主客觀測試結果，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。經討論，按照改善方案推進后續驗證工作。

6 總結

輪胎噪聲的產生主要與輪胎的材質、胎面花紋、胎壓、車速等因素有關。一般來說，胎面花紋越深，輪胎與地面摩擦產生的噪音就越大；而胎壓不足或過高也會導致輪胎與地面摩擦增加，產生更大的噪音[7]。本文從輪胎制動產生嘯叫問題出發，通過優化胎面花紋設計和調整胎面材料，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量和高速公路沿線的環境都有積極的影響。

參考文獻：

[1]侯京斌，王婷婷.胎面花紋設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”在車內低頻輪胎噪聲改善中的應用[J].汽車實用技術，2020（19）.

[3]殷崇信.某乘用車輪胎系統NVH性能仿真與試驗研究[J].輕型汽車技術，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2009，177：322-324.

[5]花紋結構對載重輪胎噪聲輻射的影響規律研究[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，2017.