Возбуждения при прокатке шин и их влияние

Вибрация и шум, создаваемые шинами во время движения, являются основными областями исследования для изучения характеристик NVH (шум, вибрация и жесткость) транспортных средств. Сложность этих источников возбуждения напрямую определяет разнообразие путей передачи.

Неровность дорожного покрытия: основной источник возбуждения

Неровность дорожного покрытия, как основной источник возбуждения, охватывает все, от макроскопических колебаний дороги до микроскопических изменений текстуры. На макроуровне соединения в асфальтовом покрытии, деформационные швы в бетонном покрытии и ямы создают периодические удары.

Когда шина проезжает участок с соединением, расстояние между которыми 10 метров, со скоростью 60 км/ч, она испытывает 6,7 импульсов в секунду. Эта низкочастотная вибрация передается на кузов автомобиля через систему подвески, потенциально вызывая структурный резонанс на частотах 20-50 Гц.

На микроуровне острые углы и вмятины в агрегате дорожного покрытия вызывают высокочастотные колебания в протекторе шины. Особенно на неровном бетонном покрытии вибрационная энергия в диапазоне 100-500 Гц быстро передается через стальные корды в каркасе шины, становясь основным источником высокочастотного шума внутри автомобиля.

Влияние вариаций в производстве шин

Вариации в производстве шин также не следует недооценивать. Неровное распределение массы создает эксцентричное возбуждение. Когда у шины имеется ошибка динамического баланса в 50 г, она генерирует пульсацию центробежной силы примерно 80 Н при скорости 100 км/ч. Эта циклическая нагрузка преобразуется в вибрацию через подшипник ступицы колеса, что приводит к заметному пиковому шуму в диапазоне частот 150-300 Гц.

Неровная жесткость возникает из-за вариаций в процессе соединения слоев боковины. Корпус шины демонстрирует чередующиеся "жесткие участки" и "мягкие участки" во время вращения, что приводит к синусоидальным колебаниям радиальной жесткости. Эти колебания, в сочетании с возбуждением дороги, усугубляют расширение и сжатие пружин подвески, тем самым усиливая вертикальную вибрацию кузова автомобиля.

Динамическое взаимодействие между рисунком протектора и дорожной поверхностью: ключевая причина шума средней и высокой частоты

Динамическое взаимодействие между рисунком протектора и дорожной поверхностью является ключевой причиной шума средней и высокой частоты. Бороздки продольного протектора сжимаются при контакте и быстро восстанавливаются при выходе из контактной зоны, создавая воздушный импульс, похожий на звук "вытягивания пыли". Этот аэродинамический шум особенно заметен в диапазоне частот 300-2000 Гц и пропорционально увеличивается с квадратом скорости автомобиля.

Блочнообразная структура поперечного протектора создает высокочастотный удар при контакте с дорогой. Сдвиговая деформация блоков протектора вызывает вибрации 1000-5000 Гц, которые передаются на корпус шины через упругость резины протектора и в конечном итоге излучаются как звук "шипения" внутри автомобиля.

Вибрация, вызванная локализованным изгибом протектора

Когда шина входит в контактную зону, протектор переходит от круговой дуги к плоскости. Этот локализованный изгиб приводит к периодическому высвобождению напряжения. Гистерезис резины протектора вызывает преобразование части кинетической энергии при изгибе в тепло, но 30%-40% энергии все еще передается в виде вибрации.

Компонент вибрации от 200 до 800 Гц с высокой вероятностью резонирует с полом автомобиля, создавая низкочастотный гул внутри автомобиля. В то же время упругая деформация боковины шины усиливает эту вибрацию. Из-за передаточной функции системы подвески вибрационная энергия может быть усилена в 2-5 раз перед тем, как она будет передана в кабину автомобиля.

Путь передачи вибрационной энергии и его влияние на комфорт при езде

Вибрационная энергия, генерируемая этими возмущениями, демонстрирует многоступенчатый путь усиления:Вибрацияшины сначала передается на рычаг подвески через подшипник ступицы колеса. Жесткая вибрация рычага ослабляется на 10%-20% с помощью втулки перед передачей на стойку кузова. Вибрация стойки возбуждает кузовную панель через сварные швы, что в конечном итоге приводит к движению воздуха и генерации внутреннего шума.

Исследования показывают, что на скорости 100 км/ч шероховатость дорожной поверхности вносит примерно 45% в внутренний шум, рисунок протектора - 30%, а структурные факторы шины - 25%. Совокупные эффекты этих трех факторов приводят к сложному, многопиковому спектру внутреннего шума, представляющему собой значительную проблему для комфорта при езде.