Шум шин и тихие технологии шин

1. От «игнорируемого» к «ключевому вопросу»: историческая трансформация шумности шин

На протяжении долгой истории автомобильной промышленности шум от шин долгое время оставался без внимания. В ранние времена основными источниками шума транспортных средств были рев двигателей автомобилей с бензиновыми двигателями, механический шум при переключении передач, а также вибрации шасси и трансмиссии.

Раньше шум от трения шин о дорогу заглушался более интенсивными звуками. Хотя различные шины и отличались по уровню шумности, потребителям было трудно напрямую это ощутить, и, естественно, тишина не становилась ключевым критерием при выборе шин.

Однако с переходом автомобильной промышленности к «электрификации, интеллектуализации и тишине» эта ситуация кардинально изменилась. Шум шин переместился со «второго плана» на «первый план», став ключевым фактором, влияющим на впечатления от вождения, и заставил всю шинную отрасль активизировать усилия по разработке технологий снижения шума.

However, with the automotive industry's transition toward "electrification, intelligence, and quietness," this situation has been completely changed. Tire noise has moved from the "backstage" to the "front stage," becoming a key factor affecting the driving experience and forcing the entire tire industry to embark on a major effort in developing quieting technology.

2. Повышение уровня тишины транспортных средств с двигателем внутреннего сгорания: прямая причина возникновения проблемы шума шин

Комплексное улучшение уровня шума в салоне автомобиля является прямой причиной растущего внимания к шуму шин. В последние годы как автомобили премиум-класса с бензиновыми двигателями, так и основные семейные модели активно инвестируют в звукоизоляцию: в конструкцию кузова добавлено больше звукопоглощающих материалов, окна заменены на двухслойное стекло, в моторном отсеке установлены звукопоглощающие крышки, а на шасси — звуконепроницаемые панели. Эти меры вывели контроль шума в автомобилях на новый уровень.

Данные показывают, что десять лет назад средний уровень шума в салоне основных бензиновых автомобилей при скорости 60 км/ч составлял около 65 децибел. Сегодня уровень шума в салоне автомобилей того же класса, как правило, снизился до 58–62 децибел, а в некоторых высококлассных моделях он даже достигает значений ниже 55 децибел, приближаясь к тишине библиотеки.

Из-за «низкого уровня фонового шума» шум от шин стал гораздо более заметным. Ранее маскировавшийся шумом двигателя, шум шин теперь стал наиболее заметным источником шума в салоне. Этот «жужжащий» или «шелестящий» звук особенно раздражает при постоянной скорости, вызывая усталость за длительное время и существенно снижая комфорт езды.

Data shows that ten years ago, the average interior noise level of mainstream gasoline-powered vehicles at 60 km/h was approximately 65 decibels. Today, the interior noise level of vehicles in the same class has generally dropped to 58-62 decibels, with some high-end models even achieving levels below 55 decibels, approaching the quietness of a library.

With this "low noise floor," tire noise has become dramatically more noticeable. Previously masked by engine noise, tire noise has now become the most noticeable source of interior noise. This "buzzing" or "rustling" sound is particularly disturbing at a constant speed, causing fatigue over extended periods and significantly impacting ride comfort.

3. Распространение электромобилей: выдвижение шума шин на первый план

Растущая популярность электромобилей ещё больше выдвинула шум от шин на первый план. В отличие от традиционных автомобилей с двигателем внутреннего сгорания, в электромобилях отсутствует двигатель как основной источник шума. Шум, создаваемый электромотором, чрезвычайно низок и даже пренебрежимо мал при низких скоростях.

Это делает шум трения шин о поверхность дороги основным источником шума в электромобилях, и его влияние становится ещё более значительным. Тестовые данные показывают, что при одинаковой скорости и условиях дорожного покрытия уровень шума шин в электромобилях на 3–5 децибел выше, чем в традиционных автомобилях с двигателем внутреннего сгорания. Эта разница увеличивается ещё больше при более высоких скоростях. Для пользователей электромобилей, стремящихся к «максимально тихому» вождению, шум шин несомненно становится серьёзным недостатком, влияющим на удовлетворённость автомобилем.

В то же время, по мере ужесточения странами стандартов шумовых выбросов транспортных средств, перед электромобилями встаёт ещё более высокая задача по контролю шума. Например, ЕС требует, чтобы электромобили издавали предупредительные звуки на низких скоростях для обеспечения безопасности пешеходов. Однако при нормальных скоростях уровни шума как внутри, так и снаружи должны соответствовать более строгим ограничениям. Эта политика также побуждает шинные компании инвестировать в исследования и разработку технологий снижения шума.

This makes tire-to-ground friction noise the primary noise source in electric vehicles, and its impact is even more significant. Test data shows that at the same speed and road conditions, tire noise levels in electric vehicles are 3-5 decibels higher than those in traditional fuel-powered vehicles. This gap widens further at higher speeds. For electric vehicle users seeking an "ultimately quiet" driving experience, tire noise has undoubtedly become a significant shortcoming that affects vehicle satisfaction.

At the same time, as countries tighten vehicle noise emission standards, electric vehicles face even higher demands for noise control. For example, the EU mandates that electric vehicles emit warning sounds at low speeds to ensure pedestrian safety. However, at normal speeds, both interior and exterior noise levels must meet stricter limits. This policy has also driven tire companies to invest in quieting technology research and development.

4. Многомерные прорывы: путь исследований и разработок технологий шумоподавления в шинных компаниях

Перед лицом растущего спроса на более тихие шины компании, производящие шины, активизировали свои исследования и разработки, изучая прорывы в технологии снижения шума по нескольким направлениям, включая материалы, конструкцию и дизайн рисунка протектора, что способствует постоянному обновлению и совершенствованию тихих шин.

(1) Инновации в материалах: оптимизация резиновых составов для повышения эффективности снижения ударов и шума

Что касается исследований и разработок материалов, шинные компании оптимизируют резиновые смеси для улучшения амортизации и снижения уровня шума шин. В традиционных шинах в качестве основных материалов используются натуральный каучук и стирол-бутадиеновый каучук. Хотя эти материалы обладают отличной износостойкостью и сцеплением, они имеют существенные недостатки в плане тишины.

В настоящее время многие компании разрабатывают и применяют новые полимерные композиционные материалы. Например, они добавляют специальные звукопоглощающие материалы или эластомеры в резиновые смеси. Эти материалы эффективно поглощают энергию вибрации, возникающую при трении шины о дорогу, снижая образование и передачу шума.

Например, в «тихой резиновой формуле» Michelin используется высокодисперсный диоксид кремния, который не только улучшает сцепление на мокрой дороге, но и снижает шум шин за счет рассеивания силы трения. Goodyear разработала технологию «SoundComfort», в которую входит специальный слой пенопластовой изоляции внутри шины для эффективного поглощения воздушных вибрационных шумов, что снижает уровень шума в салоне на 2–3 децибела.

(II) Структурная оптимизация: снижение вибрации и сокращение путей передачи шума

С точки зрения конструкции, производители шин оптимизируют структуру каркаса шины и рисунок протектора для уменьшения путей передачи шума. Традиционные каркасы шин имеют относительно простую структуру, а переходная зона между протектором и боковиной является резкой, что может легко вызывать значительную вибрацию и шум при движении.

Многие бесшумные шины теперь используют «асимметричную конструкцию каркаса». Путем регулировки расположения корда каркаса и количества слоев достигается более равномерное распределение напряжений при нагрузке на шину, что уменьшает вибрацию. Кроме того, оптимизированные рисунки протектора, такие как изогнутые или протекторы с переменным сечением, обеспечивают более равномерную площадь контакта с поверхностью и более сбалансированное распределение контактного давления, тем самым снижая шум трения.

Кроме того, на некоторых шинах имеются «тихие канавки» на боковых стенках. Эти канавки направляют поток воздуха, уменьшая шум от турбулентного воздушного потока, возникающего при качении, что дополнительно усиливает эффект снижения шума.

(III) Инновации в паттернах: преодоление резонанса и снижение эффекта наложения шумов

Что касается дизайна рисунка протектора, шинные компании внедряют инновации в рисунки и расположение протекторов, чтобы устранить «резонансный эффект» шума и снизить наложение шумов. Рисунок протектора является ключевым фактором, влияющим на уровень шума шины. Традиционные шины зачастую используют регулярный, симметричный дизайн. Во время движения блоки протектора создают периодический ударный шум при контакте с дорогой. Эти шумы имеют схожие частоты и склонны к резонансу, что приводит к усилению шума.

Для решения этой проблемы бесшумные шины обычно используют асимметричный рисунок протектора и компоновку с переменным шагом. Асимметричный рисунок протектора делит протектор на две области: внутреннюю и внешнюю. Внутренний протектор обеспечивает тишину и дренаж, имеет более широкие поперечные канавки и меньшие блоки. Внешний протектор, напротив, обеспечивает сцепление и износостойкость, имеет более широкие блоки и более плотные продольные канавки. Такое функциональное разделение между областями обеспечивает производительность при одновременном снижении уровня шума.

Регулируемое расположение рисунка протектора изменяет размер и расстояние между блоками протектора для рассеивания частоты шума, возникающего при их соприкосновении с землей, предотвращая резонанс и эффективно снижая общий уровень шума.

5. Технологическое усиление: передовые испытания и моделирование ускоряют НИОКР

Помимо технологических исследований и разработок, производители шин также используют передовые методы испытаний и технологии моделирования для повышения эффективности исследований и разработок и улучшения характеристик бесшумных шин. В настоящее время во многих компаниях имеются профессиональные лаборатории по испытанию шумов, оснащенные современным акустическим испытательным оборудованием.

Эти лаборатории способны моделировать

(III) Pattern Innovation: Breaking Resonance and Reducing the Effect of Noise Superposition

In terms of pattern design, tire companies are innovating in tread patterns and arrangements to break the "resonance effect" of noise and reduce the superposition of noise. Tire pattern is a key factor influencing tire noise. Traditional tires often use a regular, symmetrical design. During driving, the tread blocks generate periodic impact noise when they come into contact with the ground. These noises have similar frequencies and are prone to resonance, leading to noise amplification.

To address this issue, silent tires commonly utilize an asymmetric tread design and a variable-pitch tread arrangement. The asymmetric tread design divides the tread into two areas: an inner and outer tread. The inner tread prioritizes quietness and drainage, featuring wider transverse grooves and smaller blocks. The outer tread, on the other hand, prioritizes grip and wear resistance, featuring wider blocks and denser longitudinal grooves. This functional division of labor between these areas ensures performance while reducing noise.

The variable-pitch tread arrangement adjusts the size and spacing of the tread blocks to disperse the frequency of the noise generated when they contact the ground, preventing resonance and effectively reducing overall noise levels.

5. Technological Empowerment: Advanced Testing and Simulation Accelerate R&D

In addition to technological research and development, tire companies are also utilizing advanced testing methods and simulation technologies to improve the R&D efficiency and product performance of silent tires. Many companies now have professional noise testing laboratories equipped with advanced acoustic testing equipment.

These labs are capable of simulating шинашум при различных дорожных условиях и скоростях движения, а также точное измерение и анализ уровней шума шин

Кроме того, с помощью технологий компьютерного моделирования компании могут прогнозировать и оптимизировать уровень шума шин на этапе проектирования продукции, сокращая количество создаваемых физических прототипов, сокращая цикл исследований и разработок и снижая затраты на НИОКР.

Например, компания Pirelli использует «виртуальную акустическую платформу моделирования» для симуляции уровня шума различных рисунков протектора, конструкций и вариантов материалов на начальных этапах разработки шин. Путем сравнительного анализа выбирается оптимальное решение, после чего изготавливаются и тестируются физические прототипы, что значительно повышает эффективность исследований и разработок бесшумных шин.

For example, Pirelli utilizes a "virtual acoustic simulation platform" to simulate the noise performance of different tread patterns, structures, and material options during the initial stages of tire design. Through comparative analysis, the optimal solution is selected, and then physical prototypes are trial-produced and tested, significantly improving the efficiency of quiet tire R&D.