何虹霖 ， 鄒曉翎，2， 葉向前， 曾濤

(1.重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院， 重慶市 400041； 2.重慶交通大學(xué) 土建材料國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室， 重慶市 400041)

隨著社會(huì)和科學(xué)的進(jìn)步，公路已經(jīng)由最初的以保障通行順暢為目的逐步向可靠、綠色、智能、安全和人文等方面發(fā)展。降低路面噪聲，是綠色理念的主要要求之一。長(zhǎng)期處于噪聲環(huán)境，會(huì)使人的心跳加速，從而導(dǎo)致精神緊張，煩躁不安等，同時(shí)還會(huì)增加患高血壓的風(fēng)險(xiǎn)，不僅影響著人們的身體健康，還會(huì)影響人們的精神狀況。降低道路的噪聲，改善居民和駕駛員行駛環(huán)境已成為行業(yè)發(fā)展的方向。

由于目前胎/路噪聲研究大多是基于路面和輪胎的室外噪聲測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析，缺乏對(duì)噪聲產(chǎn)生機(jī)理的分析。該文對(duì)路面噪聲形成機(jī)理及其特性進(jìn)行闡述，討論瀝青路面噪聲產(chǎn)生的內(nèi)部影響因素和外部影響因素。但由于胎/路噪聲的復(fù)雜性，常規(guī)的經(jīng)驗(yàn)方法不能對(duì)輪胎噪聲進(jìn)行準(zhǔn)確的描述，因此介紹當(dāng)前胎/路噪聲數(shù)值仿真模型的研究，并分析當(dāng)前低噪聲瀝青路面存在的不足，為低噪聲瀝青路面的設(shè)計(jì)提供新的研究途徑，并為其發(fā)展提供參考和借鑒。

1 路面噪聲形成機(jī)理

汽車行駛中產(chǎn)生的交通噪聲主要由3部分構(gòu)成：① 道路和輪胎相互作用產(chǎn)生的摩擦噪聲；② 汽車自身的引擎機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生噪聲；③ 汽車在行駛過(guò)程中空氣動(dòng)力噪聲。Bernhard R[1]將人們所聽(tīng)到的交通噪聲，根據(jù)它們的形成機(jī)理，進(jìn)行耦合作用，如圖1所示。隨著車輛速度的增加，各種噪聲的A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)都在逐漸增加，當(dāng)車速大于50 km/h時(shí)，輪胎/路面的摩擦噪聲成為主要交通噪聲源，其次是車輛自身的機(jī)械噪聲。在車輛速度到達(dá)一定水平后，汽車的空氣動(dòng)力噪聲將超過(guò)引擎振動(dòng)的機(jī)械噪聲。在低速行駛時(shí)，汽車的機(jī)械噪聲為主要噪聲源，而在高速行駛時(shí)，路面與輪胎作用產(chǎn)生的噪聲為主要聲源。

圖1 不同交通噪聲的組成

滾動(dòng)的輪胎與路面相互作用形成的噪聲主要包含6個(gè)方面。

(1) 輪胎與路面沖擊噪聲

汽車在行駛中，輪胎表面花紋與路面發(fā)生撞擊，在撞擊時(shí)車輪表面會(huì)產(chǎn)生徑向模式和切向模式的波動(dòng)激勵(lì)從而形成噪聲，一般這類噪聲在1 000 Hz以下，控制路面的平整度能有效降低這類噪聲[2]。

(2) 輪胎的泵吸效應(yīng)

輪胎主要由彈性體構(gòu)成，車輛行駛過(guò)程中，輪胎凸起的花紋會(huì)壓縮導(dǎo)致溝槽內(nèi)空氣壓力急劇增大；輪胎滾動(dòng)后，壓縮的空氣排出，形成噪聲；當(dāng)輪胎接觸部分完全離開(kāi)后，溝槽腔體恢復(fù)到原狀，腔體內(nèi)壓力變小產(chǎn)生強(qiáng)度較弱的噪聲。腔體的空氣壓縮和膨脹即為泵吸效應(yīng)。Hayden指出輪胎的摩擦和切向模式波動(dòng)激勵(lì)是產(chǎn)生泵吸的原因。提出單極子聲源花紋溝的聲壓級(jí)公式，但是這個(gè)模型對(duì)輪胎花紋進(jìn)行大量簡(jiǎn)化，不能準(zhǔn)確地模擬胎/路噪聲[3]。

噪聲與溝槽的參數(shù)密不可分，在實(shí)際輪胎生產(chǎn)中，對(duì)溝槽深度有一定的要求，可以認(rèn)作定值，在模擬分析中通常只考慮花紋溝槽長(zhǎng)度與寬度。當(dāng)路面平整無(wú)空隙時(shí)，泵吸產(chǎn)生的噪聲是輪胎/路面噪聲主要聲源，鋪筑多空隙或者半空隙路面材料，能有效降低泵吸效應(yīng)產(chǎn)生的噪聲。

(3) 氣柱共鳴噪聲

汽車行駛時(shí)，輪胎溝槽和路面形成管道，當(dāng)聲波的相位差為180°時(shí)，并且固有的頻率和發(fā)聲頻率相同時(shí)會(huì)產(chǎn)生共振噪聲。Sandberg[4]通過(guò)諧振器模擬了輪胎溝槽內(nèi)空氣共振現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)這種現(xiàn)象是在腔體尺寸小于聲波長(zhǎng)度時(shí)發(fā)生的。這種由空氣共振產(chǎn)生聲音的現(xiàn)象通常描述為“管風(fēng)琴”效應(yīng),較短的路面紋理能有效控制此類噪聲。

(4) 輪胎的黏滯機(jī)理

輪胎和路面進(jìn)行接觸的時(shí)候在荷載作用下會(huì)產(chǎn)生切向力，花紋塊也會(huì)產(chǎn)生徑向的變形，產(chǎn)生由遲滯力和黏附力組成的“黏滑效應(yīng)”,使輪胎胎體和胎側(cè)產(chǎn)生振動(dòng)噪聲[5]。張濤[6]對(duì)輪胎模態(tài)和振動(dòng)噪聲進(jìn)行數(shù)值分析發(fā)現(xiàn)：在輪胎接觸路面后產(chǎn)生的高頻噪聲是由于胎/路之間摩擦和黏滯作用產(chǎn)生的切向變形，可以通過(guò)優(yōu)化輪胎花紋圖案降低此類噪聲。

(5) 空氣擾流噪聲

車輛行駛會(huì)導(dǎo)致輪胎周圍的空氣亂流，在車輪行進(jìn)方向的空氣會(huì)被分開(kāi)，而后方的空氣會(huì)被卷入，引起周圍空氣振動(dòng)，從而引起聲壓變化產(chǎn)生噪聲[7]。

(6) 喇叭筒效應(yīng)

輪胎前邊緣由圓形的輪胎和路面之間的氣體構(gòu)成了喇叭筒形狀，由于幾何作用，放大了噪聲和其他聲源的聲音[8]。黃林[9]經(jīng)過(guò)噪聲的數(shù)值分析計(jì)算,發(fā)現(xiàn)噪聲增強(qiáng)主要是由于汽車行駛中輪胎與路面會(huì)產(chǎn)生一個(gè)夾角，像一個(gè)“喇叭口”形狀，導(dǎo)致的聲散射。

2 輪胎/路面噪聲影響因素

2.1 內(nèi)部因素

2.1.1 輪胎種類

美國(guó)NACT[10]采用噪聲檢測(cè)車對(duì)美國(guó)常用的輪胎進(jìn)行噪聲測(cè)試，結(jié)果如表1所示?？梢园l(fā)現(xiàn)：ASTM標(biāo)準(zhǔn)的光滑輪胎不存在空氣泵噪聲，產(chǎn)生噪聲最小，但此類輪胎不含花紋，抗滑能力不足，不同類型的輪胎噪聲差值能夠達(dá)到4 dB(A)。黃林[9]針對(duì)3種不同花紋的輪胎進(jìn)行邊界元分析，發(fā)現(xiàn)在低頻的噪聲中，花紋的傾斜角度和深度對(duì)噪聲沒(méi)有明顯的影響；但是在高頻噪聲中隨著傾斜角度增加，噪聲越大，隨著花溝槽深度增加，噪聲放大作用減弱；毛飛[11]通過(guò)對(duì)輪胎進(jìn)行室內(nèi)噪聲分析測(cè)試，發(fā)現(xiàn)采用多節(jié)距變化的胎面花紋，能夠使集中的聲能量分散成寬頻帶的聲音，從而使聲音變得順滑。

表1 不同輪胎的測(cè)試結(jié)果

通過(guò)研究可以發(fā)現(xiàn)：各種輪胎產(chǎn)生噪聲大小順序?yàn)?縱向直線花紋=光面<縱向普通花紋<雙向混合花紋<越野花紋=橫向普通花紋 <橫向直線花紋。

2.1.2 路面空隙率

泵吸效應(yīng)也是胎/路噪聲產(chǎn)生的主要來(lái)源之一，泵吸效應(yīng)產(chǎn)生的噪聲是由于輪胎的花紋塊受到了擠壓變形。當(dāng)輪胎接觸的路面含有大量的空隙時(shí)，空氣與空隙之間存在摩擦和黏滯阻力，在通道內(nèi)摩擦并消耗能量，將聲能轉(zhuǎn)化為熱能噪聲將會(huì)大為降低。圖2、3為普通路面與多空隙路面噪聲反射圖，多空隙的路面存在許多的微管和窄縫，空隙間相互連通，減小壓縮空氣爆破聲音，并對(duì)噪聲產(chǎn)生反射、衍射[12]。

圖2 普通瀝青路面噪聲反射圖

圖3 多空隙瀝青路面的噪聲反射圖

多空隙路面吸聲機(jī)理可以用Helmholtz共振器表征。吸聲效果一般不超過(guò)10 dB。其聲波方程為:

(1)

其穩(wěn)態(tài)解為:

(2)

式中：Ra為聲阻抗(Pa·s/m3);p為測(cè)點(diǎn)處聲壓(Pa);ω為圓頻率(rad/s);Ma為共振吸聲器的聲質(zhì)量(kg/m4)；Za為等效聲阻抗(Pa·s/m3)；Ca為聲速(m/s)；i為虛數(shù)單位；t為時(shí)間(s)。

Steven[13]認(rèn)為：采用多空隙瀝青混凝土可以使噪聲降低2～5 dB(A)；魏建軍[14]采用駐波法對(duì)具有不同空隙率的混合料進(jìn)行吸聲系數(shù)測(cè)量，試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。由圖4可知：吸聲系數(shù)隨著瀝青混合料的空隙率增大而增大，吸聲系數(shù)峰值與空隙率之間大體存在線性關(guān)系。表明增加瀝青混合料的連通空隙率有助于提高路面的吸聲功能。

圖4 瀝青混合料空隙率與吸聲系數(shù)關(guān)系曲線

王宏暢[15]通過(guò)有限元軟件Abaqus對(duì)多孔隙瀝青路面吸聲結(jié)構(gòu)建立聲-固耦合模型，對(duì)其吸聲性能進(jìn)行數(shù)值仿真模擬，分析不同路面空隙率水平下輪胎/路面噪聲的分布規(guī)律，如圖5所示。由圖5可知：噪聲隨空隙率的增大而快速減小，當(dāng)空隙率達(dá)到30%時(shí)，噪聲減少量達(dá)到4 dB(A)。與魏建軍等的試驗(yàn)結(jié)果相似。

圖5 聲壓降低值隨空隙率變化

為了改善單層多空隙瀝青混凝土的風(fēng)砂堵孔、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足等問(wèn)題，出現(xiàn)了雙層多空隙瀝青路面結(jié)構(gòu)，可以有效地減緩降噪效果的衰減，王宏暢[15]通過(guò)數(shù)值仿真模擬分析雙層多空隙瀝青路面降噪效果，發(fā)現(xiàn)下層空隙率是影響雙層多空隙瀝青路面吸聲性能的最主要因素，基本隨著下層空隙率增加，吸聲性能也在增大；吳文彪[16]利用駐波管法測(cè)試雙層多空隙瀝青混合料的吸聲系數(shù)發(fā)現(xiàn)：當(dāng)上層混合料空隙率增大時(shí)，路面降噪性能增強(qiáng)，隨著下層空隙率增大，路面的降噪性能卻在降低,和王宏暢的研究具有相異結(jié)論，對(duì)此尚具有較大的爭(zhēng)議，當(dāng)前中國(guó)對(duì)雙層多空隙瀝青路面的研究非常少，還亟需學(xué)者進(jìn)一步探究。

2.1.3 路面厚度

路面材料厚度對(duì)吸聲性能也有著重要的影響，吸聲材料厚度決定了材料的吸聲系數(shù)和頻率范圍。增加吸聲材料厚度，材料的重量也相應(yīng)增加，導(dǎo)致第一共振頻率往低頻方向移動(dòng)，使得對(duì)低頻的吸聲性能顯著提高，但對(duì)高頻吸聲性能影響較小[17]。聲波射向多孔材料的邊界會(huì)衍射到材料內(nèi)，聲波在材料中傳播一定距離后，其聲壓衰減e-1。

當(dāng)路面厚度超過(guò)透射深度，實(shí)際上具有無(wú)限厚度的聲阻抗和吸聲系數(shù)。張麗宏[18]利用有限元軟件模擬，建立了噪聲和厚度之間的關(guān)系曲線，如圖6所示，噪聲隨著厚度的增加而減??；齊琳[19]通過(guò)試驗(yàn)測(cè)定頻率值分別為630、1 000 Hz時(shí)，厚度不同的多孔瀝青混合料的吸聲系數(shù)的變化，如圖7所示。由圖6可知，當(dāng)瀝青路面厚度增加，噪聲呈線性下降，在路面厚度值小于30 mm時(shí)最為顯著,但當(dāng)路面厚度大于30 mm以上時(shí),這種降低的效果不再顯著。為了滿足路用性能要求推薦的降噪路面厚度合理范圍為3.8～5.1 cm。

圖6 噪聲與表面層厚度關(guān)系

圖7 吸聲系數(shù)與路面厚度關(guān)系

瑞典專家Bendtsen[20]根據(jù)路面材料厚度、空隙率對(duì)減噪效果的影響總結(jié)了一個(gè)關(guān)系式：

ΔL=0.005·e·v

(3)

式中：ΔL為降噪水平[dB(A)];e為多空隙瀝青混凝土層厚度(mm):v為混合料空隙率。

2.1.4 路面材料黏彈性

汽車在行使過(guò)程中，肯定會(huì)發(fā)生振動(dòng)，產(chǎn)生噪聲。橡膠瀝青混凝土中的橡膠顆粒和瀝青都屬于良好的阻尼材料,導(dǎo)致路面動(dòng)態(tài)模量減小和相位角增大從而提高路面減振能力[5]。

橡膠瀝青混凝土路面降噪機(jī)理:① 橡膠瀝青的級(jí)配一般是斷級(jí)配具有較大的構(gòu)造深度,空隙率增加，路面結(jié)構(gòu)具有更多的內(nèi)部連通空隙。在聲波傳到路面時(shí)，會(huì)被混合料中的微縫吸收，并且在傳遞過(guò)程中，由于聲波與空隙壁之間摩擦和黏滯阻尼的作用，使得部分聲波耗散，從而達(dá)到抑制噪聲的效果;② 由于橡膠粉的高彈性改善了路面阻尼性能，減小了路面阻尼振動(dòng)，可以有效降低噪聲的產(chǎn)生從而減少噪聲。

王凇和Shatanawi對(duì)于不同膠粉的摻量對(duì)降噪效果進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)隨著膠粉摻量增加，聲壓級(jí)不斷降低，減振降噪能力越好[21]。廣東中山105國(guó)道的鴉崗路段，分別采用了SBS改性瀝青和橡膠粉瀝青混凝土鋪設(shè)的試驗(yàn)路段，通過(guò)對(duì)行車噪聲進(jìn)行檢測(cè)可以看出：采用SBS改性瀝青混凝土噪聲明顯大于采用橡膠粉瀝青混凝土，當(dāng)速度達(dá)到120 km/h，兩者相差達(dá)到5.4 dB(A)[22];樂(lè)興堃[23]通過(guò)噪聲測(cè)試，測(cè)得普通瀝青路面、大孔隙橡膠瀝青路面、普通橡膠瀝青路面3個(gè)不同路面的等效噪聲。大孔隙橡膠瀝青路面比普通瀝青路面和普通橡膠瀝青路面平均等效聲級(jí)分別降低4.9、1.8 dB(A)；許雪瑩等[24]發(fā)現(xiàn)當(dāng)橡膠粉摻量為3%時(shí)，密實(shí)型路面的動(dòng)態(tài)模量最小，其減振降噪效果最好。為進(jìn)一步提高降噪能力，日本引入了多孔彈性路面，這是一種復(fù)合型降噪路面，在混合料中摻入橡膠顆粒，并使用聚氨酯樹(shù)脂進(jìn)行固結(jié)，路面材料空隙率為30%～40%，同時(shí)具有減振降噪和多孔吸聲降噪的特點(diǎn)[25]；曹衛(wèi)東[26]通過(guò)室外現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，多孔彈性路面對(duì)小汽車降噪能力可達(dá)13 dB(A),對(duì)輕卡車和重車達(dá)到6 dB(A)，但此種路面雖然降噪效果突出，但施工技術(shù)復(fù)雜，造價(jià)較高，相應(yīng)的研究還比較少。

2.1.5 最大公稱粒徑

瀝青混凝土集料的尺寸、表面紋理、攤鋪厚度以及空隙率都受到最大公稱粒徑的影響。若混合料的空隙率和構(gòu)造深度相似時(shí),采用粒徑較小的集料，混合料空隙的孔徑較小，容易生成更多連通的細(xì)微空隙,從而有效地提高吸聲性能。

王凇[27]利用加速度法模擬室外現(xiàn)場(chǎng)路面噪聲，分析了級(jí)配最大公稱粒徑與噪聲的A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)之間的關(guān)系，芬蘭專家Jarkko Valtonen[28]等,通過(guò)在試驗(yàn)路段現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，也分別評(píng)價(jià)了最大公稱粒徑為5、8、11和16 mm的SMA型瀝青混合料的噪聲水平。

兩位學(xué)者做了類似的試驗(yàn)，由于他們?cè)囼?yàn)路段選取不一樣，瀝青材料，溫度、濕度以及測(cè)試速度等不一致導(dǎo)致測(cè)得的噪聲水平具有一定差值。但是從他們?cè)囼?yàn)結(jié)果也得出了相似的結(jié)論：隨著集料粒徑增大，噪聲水平具有明顯上升趨勢(shì)，SMA-5的輪胎路面噪聲值要比SMA-16的輪胎路面噪聲值低近5 dB(A),由于混合料粒徑的減小，對(duì)于多孔瀝青路面單個(gè)空隙的體積減小，混合料內(nèi)部空隙增多進(jìn)而改善了混合料內(nèi)部微空隙結(jié)構(gòu)，對(duì)于密實(shí)型瀝青路面，隨著路表混合料集料粒徑的減小，由路表激勵(lì)引起的輪胎振動(dòng)噪聲將相應(yīng)減小，同時(shí)還可以改善路面的紋理狀態(tài)，增加輪胎下碎石數(shù)量，每顆碎石與胎/路噪聲產(chǎn)生相互干涉，達(dá)到降低噪聲的效果。因此低噪聲瀝青混合料宜選用小粒徑多微空隙的礦料結(jié)構(gòu)。

2.2 外部因素

2.2.1 路表指標(biāo)

路面凸凹不平和其他一些隨機(jī)無(wú)規(guī)則障礙物(如井蓋)也增加了輪胎/路面噪聲和車體振聲。在不平整的路面，噪聲值可能會(huì)提高3～4 dB(A)，提高路面平整度和經(jīng)常維護(hù)路面平整對(duì)于降低交通噪聲十分重要。孫立軍[29]等在上海市選取了國(guó)際平整度指數(shù)IRI變化范圍為2.76～7.24的10條路段，研究噪聲與平整度之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)在各個(gè)速度值下，IRI值的增加,最大噪聲級(jí)Lmax也會(huì)增加。

熊潮波[30]為科學(xué)分析輪胎與路面產(chǎn)生的車外噪聲機(jī)理，探究瀝青路面路表指標(biāo)與車外噪聲間的相關(guān)影響關(guān)系，選取了某市兩段單向四車道的高架路段作為試驗(yàn)路，試驗(yàn)路段瀝青路面的車外噪聲采用滑行法測(cè)量，研究國(guó)際平整度指數(shù)IRI、路面抗滑值BPN和構(gòu)造深度TD3個(gè)路面路表性能指標(biāo)對(duì)瀝青路面噪聲的影響。試驗(yàn)結(jié)果中噪聲基本不受抗滑值影響，與路面平整度IRI及構(gòu)造深度TD的乘積有關(guān)，當(dāng)IRI×TD=1.112時(shí)，車外噪聲達(dá)到最小值。

2.2.2 氣候條件

一般來(lái)說(shuō),高溫條件下,由于輪胎的軟化導(dǎo)致輪胎的振動(dòng)噪聲減弱,從而降低了輪胎/路面噪聲。通過(guò)統(tǒng)計(jì)通過(guò)法(SPB)檢測(cè)表明：溫度每升高1 ℃,普通瀝青路面降低噪聲0.10 dB(A)，多孔瀝青路面噪聲降低0.06 dB(A)[31]?？諝鉂穸葘?duì)輪胎/路面噪聲沒(méi)有顯著影響。噪聲和空氣濕度沒(méi)有關(guān)系因?yàn)樵肼暿穷l率成分，而濕度不會(huì)對(duì)頻率產(chǎn)生影響。一般情況下路面溫度與空氣溫度之間還存在著溫差，噪聲傳播方向會(huì)發(fā)生改變，向著溫度較低的方向傳播，風(fēng)向同樣對(duì)噪聲傳播產(chǎn)生影響，在順風(fēng)情況下，噪聲會(huì)沿著地面方向傳播[32]。

3 低噪聲瀝青路面數(shù)值仿真模型

3.1 理論計(jì)算模型

瀝青路面噪聲影響因素眾多，空隙率、平整度、構(gòu)造深度等指標(biāo)往往是牽一發(fā)而動(dòng)全身，不能對(duì)每一個(gè)影響因素進(jìn)行有效的單獨(dú)分析。研究者們?yōu)榱藢?shí)現(xiàn)噪聲的定量化分析，建立輪胎解析模型，經(jīng)歷了圓環(huán)模型、圓環(huán)-彈簧模型再到薄殼模型以及Kropp模型(綜合物理模型)。最初只是把輪胎看作一個(gè)有張力的圓環(huán)，到現(xiàn)在模型采用聲源疊加技術(shù)建立解析支撐板模型，考慮了輪胎在轉(zhuǎn)動(dòng)中會(huì)產(chǎn)生徑向振動(dòng)和喇叭效應(yīng)產(chǎn)生二維聲輻射，然而此模型僅在低頻范圍內(nèi)與試驗(yàn)結(jié)果部分符合。這些模型大多從輪胎出發(fā)未考慮不同路面材料和結(jié)構(gòu)對(duì)噪聲產(chǎn)生的影響，而且計(jì)算過(guò)程復(fù)雜、繁瑣，因此沒(méi)有推廣應(yīng)用的價(jià)值。因此難以純粹從解析角度預(yù)測(cè)和模擬輪胎噪聲的特性。

3.2 數(shù)值仿真

由于輪胎噪聲機(jī)理的復(fù)雜性，解析方法和經(jīng)驗(yàn)方法都不可能對(duì)輪胎噪聲進(jìn)行精確和可靠的預(yù)測(cè)。因此近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)高速發(fā)展，越來(lái)越多的學(xué)者采用有限元、邊界元等數(shù)值仿真方法對(duì)輪胎噪聲進(jìn)行研究[33]。Sungtae等[34]在計(jì)算空氣泵吸產(chǎn)生的噪聲時(shí)，利用柯西霍夫積分和CFD計(jì)算流體力學(xué)的方法。但這種方法僅僅考慮了簡(jiǎn)單的橫溝情形，沒(méi)有考慮復(fù)雜的橫溝和縱溝產(chǎn)生的影響；余潔冰等[35]根據(jù)輪胎溝槽與空氣的相互作用關(guān)系，建立了流-固耦合模型，模擬在荷載作用下輪胎溝槽的開(kāi)閉過(guò)程，計(jì)算壓力差來(lái)得到泵吸效應(yīng)產(chǎn)生的噪聲。這個(gè)模型沒(méi)有考慮輪胎的轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生較大的誤差，與真實(shí)情況不符；Nakajima等[33]利用有限元軟件，分析輪胎的模態(tài)，并將計(jì)算出的輪胎固有頻率代入邊界元聲學(xué)軟件中得到噪聲數(shù)值。但該方法是一種頻域求解方法，沒(méi)有考慮輪胎花紋形式且計(jì)算過(guò)程繁瑣；王國(guó)林等[36]提取輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)表面節(jié)點(diǎn)加速度，作為聲學(xué)邊界條件，進(jìn)行輪胎振動(dòng)噪聲的計(jì)算。其缺點(diǎn)是未計(jì)算泵吸效應(yīng)產(chǎn)生的噪聲，也無(wú)法模擬輪胎花紋對(duì)噪聲的影響；Y.T.Wei[37]等利用Lab Virtual仿真軟件進(jìn)行有限元分析，考慮了輪胎的花紋以及輪胎的材料特性和受載情況，模型符合實(shí)際的情況；馮希金[38]基于混合拉格朗日-歐拉方法(MLE)，建立了時(shí)域有限元仿真模型計(jì)算噪聲，此模型考慮輪胎的轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)與試驗(yàn)結(jié)果比較可知，該方法有相當(dāng)?shù)目煽啃?；謝永[39]使用掃描儀獲取典型瀝青路面的表觀紋理，得到路面對(duì)于輪胎的激勵(lì)作用函數(shù)，構(gòu)建“空氣-輪胎-路面”三維泵氣噪聲模型。這種模型考慮了路面表觀紋理對(duì)胎/路噪聲的影響，未考慮路面的空隙率、路面厚度以及材料吸聲系數(shù)對(duì)噪聲產(chǎn)生的影響。

4 存在的問(wèn)題與展望

4.1 目前研究中存在的不足

(1) 噪聲機(jī)理方面，關(guān)于輪胎振動(dòng)噪聲和氣動(dòng)噪聲仍缺乏有力的研究數(shù)據(jù)，其內(nèi)在關(guān)聯(lián)以及在輪胎噪聲中的具體占比并未完全明確。

(2) 目前國(guó)內(nèi)外提出了多種室內(nèi)外噪聲測(cè)試方法和標(biāo)準(zhǔn)，但都存在一定局限性，室外檢測(cè)并無(wú)法完全消除環(huán)境噪聲的干擾，室內(nèi)檢測(cè)不論是“混響室法”還是“駐波法”都是從外部產(chǎn)生噪聲源，與胎/路噪聲產(chǎn)生機(jī)理和降噪對(duì)策不一致，對(duì)改善路面黏彈性降低胎/路振動(dòng)噪聲的降噪效果評(píng)價(jià)并不顯著。建立一種室內(nèi)便捷有效的胎/路噪聲測(cè)試方法還需要進(jìn)一步深入研究。

(3) 通過(guò)鋪筑大量試驗(yàn)路研究發(fā)現(xiàn)胎/路噪聲主要影響因素是：車速、荷載、混合料空隙率、路面材料黏彈性、路面厚度、級(jí)配等，但各個(gè)影響因素對(duì)噪聲影響的顯著程度，尚存在較大的爭(zhēng)論。

(4) 雖然仿真軟件日新月異且計(jì)算速度有大幅度的提高，但是在仿真計(jì)算中對(duì)胎/路噪聲仍進(jìn)行了大量簡(jiǎn)化，如何又快又準(zhǔn)確地用仿真手段針對(duì)不同類型輪胎進(jìn)行可靠、有效的噪聲水平預(yù)報(bào)及研究，仍待探索。

4.2 展望

(1) 為了使中國(guó)在不同地區(qū)、不同道路的路面噪聲水平評(píng)價(jià)中具有可比性，室外試驗(yàn)應(yīng)更加規(guī)范化，建立輪胎/路面噪聲與室內(nèi)路面材料聲學(xué)性能的關(guān)系。

(2) 開(kāi)展大規(guī)模的道路噪聲評(píng)價(jià)，建立中國(guó)典型道路路面噪聲庫(kù)，積累完整、可靠、長(zhǎng)期的路面噪聲數(shù)據(jù)，為瀝青路面噪聲機(jī)理研究奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

(3) 基于輪胎/路面噪聲產(chǎn)生機(jī)理，確定不同機(jī)理產(chǎn)生噪聲所占比例， 從而建立針對(duì)性的低噪聲瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。

(4) 隨著計(jì)算水平的提高、基礎(chǔ)理論的完善，以仿真方法對(duì)未知世界真理的探索必然是未來(lái)研究輪胎噪聲不可或缺的手段之一。輪胎噪聲問(wèn)題本就是多場(chǎng)耦合問(wèn)題，要從單一場(chǎng)計(jì)算向多物理耦合場(chǎng)轉(zhuǎn)變，對(duì)流-固耦合、聲-固耦合、流-固-聲耦合的研究是大勢(shì)所趨。同時(shí)也要從線性問(wèn)題求解向非線性問(wèn)題發(fā)展，輪胎材料結(jié)構(gòu)變形、流場(chǎng)改變都是非線性問(wèn)題，僅靠線性理論根本無(wú)法解決。

5 結(jié)論

(1) 輪胎/路面噪聲的產(chǎn)生機(jī)理主要包括輪胎與路面沖擊振動(dòng)、氣柱共鳴、輪胎黏滯作用、泵吸效應(yīng)等多種類型，噪聲增強(qiáng)機(jī)理主要有胎體與胎側(cè)振動(dòng)、喇叭筒效應(yīng)、內(nèi)部聲學(xué)共振等多種形式，噪聲產(chǎn)生的機(jī)理和噪聲增強(qiáng)的機(jī)理難以進(jìn)行準(zhǔn)確的區(qū)分，大多數(shù)情況都是共同存在的，是受到多種因素影響的復(fù)雜問(wèn)題。

(2) 瀝青路面選擇小粒徑多空隙礦料結(jié)構(gòu)，加大材料的空隙率，并提升施工工藝使IRI×TD=1.115 8時(shí)，路面具有較低的噪聲水平，但不能盲目追求高空隙率，追求低噪聲的同時(shí)，為滿足路用性能要求路面厚度宜控制為3.8～5.1 mm。

(3) 橡膠材料不僅對(duì)聲能具有黏滯性、內(nèi)摩擦吸收、熱傳導(dǎo)吸收和分子馳豫吸收的特點(diǎn)，且具有良好的阻尼及高彈性，使得橡膠瀝青路面具有較高的吸收振動(dòng)和沖擊性能，適當(dāng)增加橡膠摻量，可以減少路面振動(dòng)達(dá)到降低路面噪聲的目的。

(4) 大多數(shù)學(xué)者都停留在材料和級(jí)配方面去研究低噪聲瀝青路面。研究者缺乏采用力學(xué)公式、聲學(xué)公式和經(jīng)驗(yàn)公式相結(jié)合的方法對(duì)輪胎/路面噪聲進(jìn)行理論研究，并利用有限元軟件對(duì)噪聲進(jìn)行有限元仿真提出胎/路噪聲耦合預(yù)測(cè)模型。從機(jī)理出發(fā)，在設(shè)計(jì)階段對(duì)低噪聲瀝青路面進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的噪聲水平評(píng)價(jià)。