王 鈺，李紅衛(wèi)，田 健，陳 虎，辛若會(huì)，趙洪玲，吳長(zhǎng)輝

[特拓（青島）輪胎技術(shù)有限公司，山東 青島 266061]

輪胎對(duì)汽車能耗的影響很大，輪胎技術(shù)一直在向節(jié)能、環(huán)保等方向發(fā)展，歐洲發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)實(shí)施汽車噪聲標(biāo)準(zhǔn)多年，對(duì)噪聲的要求也越來(lái)越高，各大品牌汽車及零部件公司都越來(lái)越重視低噪聲技術(shù)研究。各國(guó)法律法規(guī)陸續(xù)對(duì)輪胎節(jié)能環(huán)保性能，主要是濕地抓著力、滾動(dòng)阻力和噪聲提出更嚴(yán)格的要求，其中，控制輪胎噪聲尤其困難[1]。2020年6月5日，歐盟正式發(fā)布標(biāo)簽法新法規(guī)（EU）No 2020/740，并在2021年5月1日正式取代（EU）No 1222/2009。新法規(guī)更改了噪聲等級(jí)的標(biāo)識(shí)，輪胎的噪聲等級(jí)分級(jí)更加清晰。

我公司通過(guò)多年輪胎開(kāi)發(fā)，不斷積累輪胎設(shè)計(jì)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，形成了輪胎云設(shè)計(jì)平臺(tái)。通過(guò)PPA（Pattern Performance Analysis）胎面花紋噪聲分析軟件結(jié)合產(chǎn)品測(cè)試數(shù)據(jù)庫(kù)能夠準(zhǔn)確分析預(yù)測(cè)胎面花紋噪聲，并通過(guò)胎面花紋結(jié)構(gòu)優(yōu)化降低胎面花紋噪聲，提高了輪胎噪聲的通過(guò)率，縮短了輪胎開(kāi)發(fā)周期。本工作通過(guò)低噪聲胎面花紋設(shè)計(jì)原理，基于輪胎云設(shè)計(jì)平臺(tái)，結(jié)合PPA軟件輔助設(shè)計(jì)，對(duì)低噪聲胎面花紋進(jìn)行優(yōu)化。

1 低噪聲胎面花紋設(shè)計(jì)原理

車輛行駛時(shí)產(chǎn)生的噪聲一方面源于道路，一方面源于輪胎。影響輪胎噪聲的因素主要包括輪胎結(jié)構(gòu)、材料和胎面花紋，現(xiàn)有輪胎降噪技術(shù)也是通過(guò)這幾方面實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破。當(dāng)車速大于60 km·h-1時(shí)，胎面花紋噪聲成為車輛的主要噪聲源[2]。胎面花紋噪聲主要包括以下幾方面：（1）胎面花紋塊撞擊路面時(shí)所產(chǎn)生的撞擊噪聲；（2）花紋溝槽腔體中空氣被擠壓、釋放而產(chǎn)生的泵浦噪聲；（3）胎面與路面隙腔產(chǎn)生的無(wú)規(guī)則沙聲即隨機(jī)噪聲；（4）胎面與路面間產(chǎn)生的摩擦噪聲。

隨機(jī)噪聲和摩擦噪聲與輪胎材料本身性質(zhì)相關(guān)性更大，因此降低胎面花紋噪聲主要通過(guò)降低撞擊噪聲和泵浦噪聲來(lái)實(shí)現(xiàn)。胎面花紋對(duì)噪聲有直接影響，胎面花紋設(shè)計(jì)包括花紋溝角度和深度、上模與下模錯(cuò)位值以及花紋節(jié)距排列設(shè)計(jì)[3]。可以通過(guò)合理的胎面花紋設(shè)計(jì)來(lái)降低輪胎噪聲。

2 PPA胎面花紋噪聲分析軟件輔助設(shè)計(jì)原理

PPA軟件可以分割接地印痕內(nèi)的胎面花紋，對(duì)分割后的分析軌道分別進(jìn)行計(jì)算，再將各軌道的噪聲能量進(jìn)行疊加，從而計(jì)算胎面的整體噪聲[4]。軟件分析噪聲結(jié)合輪胎云設(shè)計(jì)平臺(tái)中的產(chǎn)品測(cè)試數(shù)據(jù)庫(kù)能夠準(zhǔn)確分析和預(yù)測(cè)胎面花紋噪聲，通過(guò)對(duì)胎面噪聲進(jìn)行綜合分析及局部分軌分析，可以確定優(yōu)化方向，指導(dǎo)花紋優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3 低噪聲胎面花紋設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)胎面花紋通常采用橫向?qū)挏喜墼O(shè)計(jì)，每個(gè)花紋節(jié)距范圍內(nèi)會(huì)布置1—2條明顯的橫向?qū)挏喜?，橫溝寬度為2～7 mm，以此提升輪胎牽引性能。但溝槽會(huì)產(chǎn)生撞擊噪聲和泵浦效應(yīng)噪聲激振，產(chǎn)生較高的輪胎噪聲。

近年來(lái)典型的低噪聲胎面花紋多采用橫向窄溝槽設(shè)計(jì)。通過(guò)PPA噪聲分析軟件分析，205/55R16輪胎的傳統(tǒng)胎面花紋噪聲分析值為60～69 dB（A），相應(yīng)的輪胎實(shí)測(cè)噪聲約為70 dB。借鑒典型低噪聲胎面花紋形式及低噪聲胎面花紋設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，在方案設(shè)計(jì)過(guò)程中綜合考慮胎面花紋溝角度和花紋溝深度，采用橫向窄溝槽設(shè)計(jì)，花紋樣式如圖1所示。

圖1 初始設(shè)計(jì)胎面花紋樣式

4 低噪聲胎面花紋優(yōu)化

4.1 節(jié)距優(yōu)化

應(yīng)用云設(shè)計(jì)平臺(tái)胎面花紋節(jié)距排列分析軟件分析胎面花紋初始節(jié)距設(shè)計(jì)，節(jié)距優(yōu)化前后的噪聲分析結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 胎面花紋節(jié)距優(yōu)化前后噪聲分析

由圖2可以看出：胎面花紋節(jié)距優(yōu)化前出現(xiàn)較高的噪聲峰值；通過(guò)增加整周節(jié)距塊的個(gè)數(shù)和調(diào)整節(jié)距比例，并用TPA節(jié)距排列分析軟件進(jìn)行優(yōu)化排列，使臨近的花紋塊大小均不相同，優(yōu)化后噪聲最大幅值得到有效降低，避免了聲能疊加，達(dá)到降噪的目的。

同時(shí)通過(guò)將胎肩花紋塊分割，降低花紋塊剛性，可以分散噪聲聲能，使噪聲進(jìn)一步降低。

通過(guò)PPA噪聲分析軟件對(duì)修改胎面花紋方案進(jìn)行噪聲分析，并與已有測(cè)試數(shù)據(jù)的同規(guī)格輪胎胎面花紋進(jìn)行對(duì)比，噪聲分析結(jié)果如圖3所示。

圖3 修改胎面花紋與參考胎面花紋噪聲分析對(duì)比

由圖3可見(jiàn)，修改胎面花紋的噪聲頻譜幅值低于參考胎面花紋。

4.2 錯(cuò)位優(yōu)化

胎面花紋的錯(cuò)位可以使左右花紋產(chǎn)生的N形波部分相互抵消，避免疊加，從而達(dá)到降低噪聲的目的。錯(cuò)位對(duì)花紋中對(duì)應(yīng)花紋槽的合成以及花紋槽與花紋塊合成的影響與之類似。

采用PPA噪聲分析軟件對(duì)該修改胎面花紋按花紋筋條分為5條分析軌道，對(duì)各軌道進(jìn)行分析及錯(cuò)位優(yōu)化，嘗試進(jìn)一步降低花紋噪聲。

圖4所示為錯(cuò)位優(yōu)化前后胎面花紋噪聲分析結(jié)果對(duì)比。

圖4 錯(cuò)位優(yōu)化前后胎面花紋噪聲分析對(duì)比

由圖4可見(jiàn)，錯(cuò)位優(yōu)化后胎面花紋噪聲進(jìn)一步減小。軟件分析得到胎面花紋噪聲由51.6 dB（A）降至50.8 dB（A）。

通過(guò)以上調(diào)整后的花紋形式如圖5所示。

圖5 優(yōu)化后胎面花紋樣式

錯(cuò)位優(yōu)化后新胎面花紋與參考胎面花紋噪聲對(duì)比如圖6所示，噪聲分析結(jié)果見(jiàn)表1。

圖6 錯(cuò)位優(yōu)化后新胎面花紋與參考胎面花紋噪聲對(duì)比

表1 胎面花紋噪聲分析對(duì)比 dB（A）

由圖6和表1可見(jiàn)，修改胎面花紋的分析噪聲低于參考胎面花紋，參考胎面花紋實(shí)測(cè)噪聲平均值為68 dB，因此可以預(yù)測(cè)錯(cuò)位優(yōu)化新胎面花紋噪聲能夠低于68 dB的水平。

5 結(jié)語(yǔ)

在胎面花紋方案設(shè)計(jì)過(guò)程中綜合考慮花紋溝角度、花紋溝深度，采用橫向窄溝槽設(shè)計(jì)，完成一款低噪聲胎面花紋設(shè)計(jì)。應(yīng)用節(jié)距排列軟件優(yōu)化胎面花紋節(jié)距排列，并通過(guò)PPA軟件對(duì)胎面花紋進(jìn)行分軌分析及軌道間錯(cuò)位值優(yōu)化，進(jìn)一步降低了胎面花紋分析噪聲，結(jié)合輪胎云設(shè)計(jì)平臺(tái)上的產(chǎn)品測(cè)試數(shù)據(jù)庫(kù)分析預(yù)測(cè)該胎面花紋噪聲可以低于68 dB。

本研究只是從胎面花紋節(jié)距優(yōu)化和錯(cuò)位優(yōu)化改善胎面花紋撞擊噪聲和泵浦噪聲，而輪胎噪聲還受到輪胎結(jié)構(gòu)、材料等因素的影響，對(duì)其他方面配合改進(jìn)可以得到噪聲性能更佳的輪胎產(chǎn)品。