CN102473197A - 改善胎面噪声的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种改善轮胎胎面噪声的方法。该方法允许识别胎面花纹应当被特别地改进以便优化轮胎操作期间胎面所产生的噪声级的位置。定义的参数(接触长度比)的变化用于确定为了降低噪声可以进行改进的胎面花纹中的一个或更多个位置。也可以指示所需改进的类型。

Description

改善胎面噪声的方法
技术领域
本发明涉及一种改善胎面噪声的方法，并且更具体地涉及一种识别胎面花纹应当被特别地改进以便优化轮胎操作期间胎面所产生的噪声级的位置的方法。
背景技术
除了诸如耐磨、牵引和滚动阻力的性能标准以外，轮胎制造商也关心在轮胎的操作期间由轮胎产生的噪声，轮胎的操作包括一定范围的速度和负荷。尽管完全消除由胎面花纹产生的噪声在当前可能是不可行的，但是减小或优化由胎面花纹产生的噪声级是所期望的。噪声级的这样的处理可以改善乘客舒适性并且因此改善顾客满意度。
不幸的是，轮胎操作期间轮胎产生声音的准确机理是复杂的并且或许还未完全解开。胎面噪声背后的物理现象的研究由探寻的主观性进一步复杂化，即，关于所产生的噪声的类型和等级的可接受性可能产生观点的差异。另外，在具有所提出的不同胎面花纹的轮胎的制造和噪声测试中会产生相当大的费用，例如由于新模型成本和正被测试的不同花纹之间的模型的改进。
已提出了用于解决设计具有可接受的噪声级的胎面花纹的困难的方法。例如，名称为“模拟轮胎胎面噪声的方法和装置(Method of SimulatingTire Tread Noise and Apparatus)”的美国专利No.4,727,501描述了将所提出的胎面花纹从数字化格式转变为模拟信号，随后将所述模拟信号转化为声音用于主观、听觉评价。该程序旨在通过提供一种避免为正被测试的每个胎面花纹构造模型和硫化轮胎的花费的方法，允许更经济地评价由不同的胎面花纹产生的噪声。表示所提出的胎面花纹的声音为主观考虑生成而不必构造具有该胎面花纹的实际轮胎。然而，未描述为改善与指定胎面花纹关联的噪声应当采取的特定设计改进。
名称为“用于通过肋的相对旋转改善胎面噪声和模拟其效果的方法(Method for Improving Tread Noise by Relative Rotation of a Rib andSimulating the Effect Thereof)”的美国专利No.4,788,651描述了美国专利No.4,727,501的应用以便改善与具有肋的胎面相关的噪声级。在生成表示特定胎面花纹的声音之后，轮胎胎面的肋相对于其它肋旋转以确定改进是否导致与胎面花纹相关的噪声级。未描述对任何特定肋的胎面花纹的改进。分析也基于肋不彼此明显地相互作用的假设。另外，也未指示或描述不具有肋的轮胎胎面的应用。
因此，一种用于改善胎面噪声的方法将是有用的。一种同样避免构造具有正被测试的胎面花纹的多个模型和轮胎的方法也将是有用的。一种指示为改善通过特定胎面花纹(包括不包括肋的花纹)的操作所产生的噪声所进行的修改的位置和性质的方法将是特别有用的。
发明内容
本发明的目的和优点将部分地在以下描述中进行阐述，或者可以从该描述变得明显，或者可以通过本发明的实施而获悉。在本发明的一个示例性方面中，提供了一种用于改善由轮胎所产生的胎面噪声的方法。出于参考目的，将理解胎面花纹限定周向方向。因此，该方法包括以下步骤：选择胎面花纹的用于评价的部分，确定胎面花纹的选定部分的沿着周向方向的接触长度比的变化，以及通过改进胎面花纹减小接触长度比的变化。也可以重复选择、确定和减小的这些步骤，直到获得胎面花纹的选定部分的接触长度比的可接受的变化。
该方法还可以包括另外的步骤和改进。例如，确定步骤可以包括计算沿着胎面花纹的选定部分的周向方向的每个点处的接触长度比和/或映射胎面花纹的选定部分。本发明的该示例性方法的确定步骤还可以包括映射胎面花纹的选定部分，计算沿着胎面花纹的映射的胎面部分的周向方向的每个点处的接触长度比，以及为沿着胎面花纹的映射的胎面部分的周向方向的每个点绘制计算步骤的结果。
减小步骤还可以包括基于由确定步骤提供的接触长度比的变化在沿着选定部分的周向方向的一个或更多个点处将接触表面增加到胎面花纹上。除此之外或可替代地，减小步骤可以包括基于由确定步骤提供的接触长度比的变化在沿着选定部分的周向方向的一个或更多个点处从胎面花纹去除接触表面。
本发明的该示例性方法也可以包括以下步骤：确定沿着胎面花纹的选定部分的周向方向的点，在该点处发生接触长度比的最大变化。类似地，该方法可以包括以下步骤：确定沿着胎面花纹的选定部分的周向方向的点，在该点处发生接触长度比的最小变化。
胎面花纹的各个部分可以由本发明的该示例性方法选择进行处理。例如，可以选择胎面花纹的一个节段。然而，也可以选择胎面花纹的其它部分。
尽管如本文中所述地可以多样地定义接触长度比，但是在本发明的一个示例性方面中，在沿着胎面花纹的周向方向的指定点处的接触长度比被定义为：
CLRi＝1-Ci/n
其中
CLRi＝沿着周向方向的指定位置i处的接触长度比，
Ci＝在沿着周向方向的指定位置i处沿着胎面花纹的前缘接触路面的点的总数量，
n＝前缘上的点的总数量。
在另一个示例性方面中，本发明提供了一种改善轮胎胎面噪声的方法。该方法包括以下步骤：确定沿着胎面的选定部分的接触长度比，比较接触长度比以确定沿着胎面的周向方向的接触长度比的最大和最小变化的位置，以及通过修改接触长度比的最大和最小变化来优化在轮胎胎面的操作中产生的噪声。优化步骤可以包括改进胎面花纹，从而改变最大和最小变化的位置处的接触长度比。例如，优化步骤可以包括在沿着周向方向的一个或更多个位置处将接触表面增加到胎面花纹上，在沿着周向方向的一个或更多个位置处减少所述胎面花纹的接触表面，或两者。可以重复确定、比较和优化的步骤，直到获得胎面花纹的选定部分的接触长度比的可接受的变化。
本发明还包括一种轮胎，该轮胎具有利用本发明的方法中的任意一种构造的胎面花纹。
参考以下描述和所附权利要求，将更好地理解本发明的这些和其它特征、方面和优点。结合在本说明书中并构成本说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。
附图说明
在参考附图的说明书中阐述了包括对于本领域普通技术人员来说是本发明的最佳模式的本发明的完整和充分公开的内容，其中：
图1示出根据本发明的示例性方法受到胎面噪声的改进的胎面花纹的示例性实施例。
图2A-2D用于示出根据本发明的示例性方法的步骤。图2A提供了准备用于改进胎面噪声的参考胎面花纹，图2B示出了这样的胎面花纹的映射，图2C示出了映射的胎面花纹的CLR(接触长度比)变化，并且图2D提供了图2C的CLR变化的谐波分量。
图3提供了准备用于改进的参考胎面设计、由对参考胎面设计的映射的形式做出变化产生的改进的胎面设计和改进的胎面设计的CLR变化的图示。
图4提供了当映射被反向时改进的设计和最后产生的设计的映射的形式。
图5A-5D用于示出根据本发明的示例性方法的步骤。图5A示出了由根据本发明的方法改进图1的参考花纹产生的新花纹。图5B示出了这样的新胎面花纹的映射，图5C示出了由新胎面花纹的映射确定的CLR变化，并且图5D提供了图5C的CLR变化的谐波分量。
图6A-6D用于示出根据本发明的示例性方法的步骤。图6A示出了由根据本发明的方法改进图1的参考花纹产生的新花纹。图6B示出了这样的新胎面花纹的映射，图6C示出了由新胎面花纹的映射确定的CLR变化，并且图6D提供了图6C的CLR变化的谐波分量。
图7A-7D用于示出根据本发明的示例性方法的步骤。图7A示出了由根据本发明的方法改进图1的参考花纹产生的新花纹。图7B示出了这样的新胎面花纹的映射，图7C示出了由新胎面花纹的映射确定的CLR变化，并且图7D提供了图7C的CLR变化的谐波分量。
图8A-8D用于示出根据本发明的示例性方法的步骤。图8A示出了由根据本发明的方法改进图1的参考花纹产生的新花纹。图8B示出了这样的新胎面花纹的映射，图8C示出了由新胎面花纹的映射确定的CLR变化，并且图8D提供了图8C的CLR变化的谐波分量。
图9提供了用于参考设计和新设计的测得的路面噪声(竖直轴线)相比于最大CLR变化(水平轴线)的绘图。
具体实施方式
本发明提供一种改善轮胎胎面噪声的方法，该方法包括识别能够进行特定改进的一个或更多个特定位置以便优化与目标胎面花纹相关的胎面噪声。出于描述本发明的目的，现在将详细地参考本发明的实施例，所述实施例的一个或更多个例子在附图中示出。每个例子以本发明的解释而非本发明的限制的方式提供。事实上，本领域技术人员将显而易见地在不脱离本发明的范围或精神的情况下在本发明中做出各种改进和变型。例如，作为一个实施例的部分示出或描述的特征可以用于另一个实施例以产生又一个实施例。因此，本发明意在涵盖属于所附权利要求及其等同的范围内的这样的改进和变型。
如在本文中所使用，术语“节段”表示围绕轮胎的外圆周重复的周向方向上的胎面花纹的部分。
尽管轮胎操作期间胎面花纹生成噪声的准确机理仍然有待进一步解开，但是本发明人认为生成噪声至少有两个原因。首先，当轮胎沿着路面滚动时在胎面花纹的凹槽内的空气以及围绕这些凹槽的空气被压缩并且被推出凹槽。其次，轮胎胎面和路面之间的接触刺激轮胎(包括胎面特征)，这又通过引起空气中的振动或波产生声音。本发明人的发现的一部分在于通过最小化胎面和表面(即，路面)之间的接触的变化，能够显著地改善轮胎胎面所产生的噪声。
图1示出任意地选择用于改善轮胎胎面噪声的轮胎胎面100。胎面100可以是从设法改善噪声的实际轮胎获得的花纹的图像。可替代地，胎面100可以是期望进行胎面噪声优化的所提出的花纹的图像。在这种情况下，在构造具有所提出的花纹的模型或实际轮胎之前能够如本文所述地优化所提出的花纹的图像。因此，能够利用本发明实现胎面花纹的开发中的显著节省。
线OL表示当在负荷下操作并且轮胎支撑在平整路面上时与路面相接触的轮胎胎面的区域的轮廓线(即，胎印)。顶线LE表示胎印的前缘，而底线表示胎印的后缘TE。当在操作期间轮胎向前滚动时，轮胎胎面可以被认为沿着前缘LE连续地进入胎印的轮廓线OL，同时沿着后缘TE离开轮廓线OL。沿着前缘LE，花纹块(例如花纹块105)的表面上的每个点将撞击路面，而沿着凹槽(例如凹槽110)的所有点将不撞击路面。
胎面100的图像可以被数字化为像素(或例如点)，沿着前缘LE的每个像素由单像素表示。该模型允许确定当轮胎沿着路面滚动时多少个实际接触沿着前缘LE发生在胎面和路面之间。例如，沿着周向方向C的每个位置i处的胎面100的撞击的量可以在本文中被定义为接触长度比或CLR并且可以由以下方程式确定：
(1)CLRi＝1-Ci/n
在方程式1中，CLRi表示沿着轮胎的周向方向C的指定位置i处的接触长度比，Ci表示在沿着周向方向的指定位置i处沿着前缘LE的花纹块表面上的像素(或点)的总数量，n表示前缘LE上的像素(或点)的总数量。因此，在沿着周向方向的位置i处的指定横截面的CLR值越高表示胎面花纹和路面之间的接触量越小，而CLR值越低表示胎面花纹和路面之间的接触量越大。光面轮胎(例如赛车轮胎)将不具有CLR的变化，并且因此胎面花纹不产生噪声。
可以为计算CLR建立其它方程式。例如，指定位置i处的CLR(CLRi)可以与方程式1中的分数相等。尽管可以使用各种计算，但是目的是确定CLRi，使得它提供当轮胎沿着路面滚动时在沿着周向方向的指定点处有多少物理接触发生在胎面和用于前缘LE的路面之间的测量。
本发明人已确定沿着周向方向的CLRi的变化是轮胎胎面噪声的主要来源。换句话说，当轮胎通过旋转沿着路面运动时胎面和沿着前缘LE的路面之间的物理接触的量的变化是胎面噪声的主要促成因素。沿着周向方向的每个点处的CLR的计算可以在数学上表达如下：
(2)CLRi，其中i＝1，2，3，...N
其中N表示为了确定CLR所选择的沿着胎面花纹的周向方向的位置的数量。N的值可以任意地选择使得能够为胎面噪声优化评价目标胎面花纹的任何长度。例如，N可以被选择成使得评价胎面花纹的单节段。然而，也可以选择胎面花纹的其它部分。不管怎样，最小化沿着胎面花纹的周向方向的CLRi的变化能够减小与这样的胎面花纹相关的胎面噪声级。现在描述利用CLR最小化这种变化的示例性方法。
图2A表示胎面花纹100的单节段，线LE再次表示当轮胎在负荷下操作时胎印的前缘。为了帮助由本发明人开发的分析，图2B表示胎面花纹100的相同节段，但是花纹已被移位(在本文中称为“被映射”或“映射”)以便将前缘LE表示为直线。因此，当轮胎沿着路面滚动时沿着周向方向的每个位置i处的横截面最终表示胎面100的前缘LE。对于每个位置i处的每个这样的横截面，可以如上所述地计算CLRi。
出于评价目的，能够以数个不同的方式计算如图2A和2B中所示的胎面100的指定节段的CLRi的变化。例如，能够通过计算沿着胎面花纹100的指定节段的每个位置i处的CLRi、减去用于整个节段的平均CLR、然后将结果乘以100而获得上述变化。可替代地，并且作为另一个例子，能够通过计算沿着胎面花纹100的指定节段的每个位置i处的CLRi、减去用于整个节段的最低CLRi、然后将结果乘以100而确定每个点i的变化。
(3)CLRvariation at i＝(CLRi-CLRminimum)*100
其中CLRvariation at i表示沿着胎面的选定部分的每个点i处的CLR变化，CLRi表示沿着轮胎的周向方向C的指定位置i处的接触长度比，并且CLRminimum表示沿着选定胎面部分计算的CLRi的最小值。方程式3中的方法在此为了图示而用于计算CLR变化，其在图2C的绘图中示出。无论什么方法，目的是提供一种手段，凭借该手段能够分析在胎面花纹的指定部分(例如单节段)上的CLRi值的变化。图2D提供了图2C中所示的CLR变化的谐波分量。图2B和2C并排放置使得读者能够直接比较映射的胎面花纹100和用于这种花纹的CLR变化。
如图2C中所示，胎面花纹100具有图2A和2B中所示的节段上的CLR值的显著变化。例如，最大CLR变化为大约35并且沿着曲线存在多个峰值和谷值。这些峰值和谷值对应于胎面花纹具有相对更多的空隙(即，凹槽)或相对更多的接触表面(即，花纹块或其它接触部)的胎面花纹中的位置。
例如在大约35处的峰值表示存在最高空隙的沿着周向方向C的胎面花纹100中的点。为了减小CLR变化并且因此减小胎面噪声，胎面花纹100应当在该位置以减小空隙并且提供更多接触表面的方式进行改进。相反地，在大约0处的谷值表示接触表面的最高量存在于胎面花纹100中的点。因此，为了减小CLR变化并且因此减小胎面噪声，胎面花纹100应当在该位置以增加空隙并且减小接触表面的量的方式进行改进。当以该方式对胎面花纹100进行改进时，则能够重新计算CLR变化并且重复该过程直到CLR变化减小到可接受的水平。
提供图3以进一步示出改进胎面花纹以便通过减小CLR变化而减小胎面噪声的过程。具体地，胎面100再次地表示提出改进以减小胎面噪声的参考设计。如图3中所示，胎面100的花纹已被映射成使得当轮胎在地面上滚动时产生的每个前缘LE可以表示为直线。
胎面115表示胎面100的改进以便减小CLR变化。更具体地，在改进的设计中，区域1中的横向凹槽已被进一步断开并且更朝着周向(即，当在页面上看时的竖直)方向定向。在区域2中，横向凹槽的右侧已向下移位并且凹槽的左侧更周向地(即，竖直地)定向。在区域2的右侧上的横向凹槽宽度也已减小。区域3已根据区域2的变化进行改进。
仍然参考图3，绘图120表示改进的胎面花纹115的CLR变化的新计算。如图所示，例如，改进的胎面花纹115的新的最大CLR变化现在为26，其显著地小于计算用于胎面花纹100的大约35的值。图4表示反向映射改进的胎面花纹115的过程以便示出并且由此可视化由如本文中所述调节CLR变化产生的实际胎面花纹125。
因此，使用本文中所述的方法减小CLR变化，本发明人基于胎面花纹100的改进提出了四种新的胎面花纹以便优化CLR变化并且因此优化胎面噪声。这些新的花纹500、600、700和800在图5A、6A、7A和8A中显示。产生新的胎面花纹的变化的视觉确定可以通过与图1的参考胎面花纹100的比较确定。每种新花纹被映射以便将前缘LE表示为直线，如在前所述。映射的花纹在图5B、6B、7B和8B中示出。
利用本文中所述的方法，每个提出的花纹500、600、700和800的CLR变化分别如图5C、6C、7C和8C中所示地被计算并且被绘制。为了由读者直接比较，这些绘图邻近图5B、6B、7B和8B中的映射的胎面花纹显示。每个这种绘图的谐波分量在图5D、6D、7D和8D中表示。
现在参考图5C、6C、7C和8C中的CLR变化的绘图，可以看到用于新提出的胎面500、600、700和800的CLR变化在22至30的范围内。因此，原胎面100的CLR变化已被减小，并且在胎面花纹800的情况下，减小是很显著的。所以，胎面花纹的变化成功地减小了CLR变化。应当理解的是，在需要时该过程可以针对每个花纹反复地重复以努力获得另外的CLR变化减小。
如上所述，每个提出的新花纹500、600、700和800的CLR变化的谐波分量在图5D、6D、7D和8D中示出。在花纹当中选择的过程中，设计者希望考虑CLR变化的谐波以及CLR变化本身。例如，图8C指示花纹800的低CLR变化，但是图8D显示来自四次谐波的相对较大的贡献。因此，对于某些应用，尽管CLR变化较低，但是花纹800可能不是最合适的，而是可能选择花纹500或700。可替代地，设计者可能尝试对胎面花纹100的不同改进的另一种重复以便产生同样具有较低CLR变化、但是具有不同谐波的又一个另外的新花纹。
显著地具有胎面100、500、600、700和800的胎面花纹的轮胎被构造，并且按照2001年6月27日欧洲议会和理事会的决议2001/43/EC的要求进行车辆路面噪声测试。图9提供了参考设计和所提出的设计的CLR变化相比测得路面噪声的绘图。如绘图所示，CLR变化的减小显然地与轮胎所产生的胎面噪声的减小相关，因此本发明的实用性被证明。
尽管关于本发明的具体的示例性实施例和方法详细地描述了本主题，但是本领域技术人员在获得前述内容的理解时将可以容易地产生这些实施例的变化、变型和等同物。因此，本发明的范围作为示例而非作为限制，本发明不排除包括本领域普通技术人员利用本文中公开的教导所容易地理解的对本主题的这些改进、变型和/或增加。

Claims (18)

1.一种用于改善由轮胎的胎面花纹所产生的噪声的方法，所述胎面花纹具有周向方向，所述方法包括以下步骤：
选择所述胎面花纹的用于评价的部分；
确定所述胎面花纹的选定部分的沿着周向方向的接触长度比的变化；以及
通过改进所述胎面花纹减小接触长度比的变化。
2.根据权利要求1所述的用于改善由轮胎的胎面花纹所产生的噪声的方法，其中，所述确定步骤还包括计算沿着所述胎面花纹的所述选定部分的周向方向的每个点处的接触长度比。
3.根据权利要求1所述的用于改善由轮胎的胎面花纹所产生的噪声的方法，其中，所述确定步骤还包括：
映射所述胎面花纹的所述选定部分；以及
计算沿着所述胎面花纹的所述映射的胎面部分的周向方向的每个点处的接触长度比。
4.根据权利要求1所述的用于改善由轮胎的胎面花纹所产生的噪声的方法，其中，所述减小步骤还包括基于由所述确定步骤提供的接触长度比的变化，在沿着所述选定部分的周向方向的一个或更多个点处将接触表面增加到所述胎面花纹上。
5.根据权利要求1所述的用于改善由轮胎的胎面花纹所产生的噪声的方法，其中，所述减小步骤还包括基于由所述确定步骤提供的接触长度比的变化，在沿着所述选定部分的周向方向的一个或更多个点处从所述胎面花纹去除接触表面。
6.根据权利要求1所述的用于改善由轮胎的胎面花纹所产生的噪声的方法，还包括以下步骤：确定沿着所述胎面花纹的所述选定部分的周向方向的点，在所述点处发生接触长度比的最大变化。
7.根据权利要求1所述的用于改善由轮胎的胎面花纹所产生的噪声的方法，还包括以下步骤：确定沿着所述胎面花纹的所述选定部分的周向方向的点，在所述点处发生接触长度比的最小变化。
8.根据权利要求1所述的用于改善由轮胎的胎面花纹所产生的噪声的方法，其中，来自所述选择步骤的所述胎面花纹的所述部分是所述胎面花纹的一个节段。
9.根据权利要求1所述的用于改善由轮胎的胎面花纹所产生的噪声的方法，还包括以下步骤：重复选择、确定和减小的所述步骤，直到获得用于所述胎面花纹的所述选定部分的接触长度比的可接受的变化。
10.根据权利要求1所述的用于改善由轮胎的胎面花纹所产生的噪声的方法，其中，在沿着所述胎面花纹的周向方向的指定点处的接触长度比被定义为：
CLRi＝1-Ci/n
其中
CLRi＝沿着周向方向的指定位置i处的接触长度比，
Ci＝在沿着周向方向的指定位置i处沿着胎面花纹的前缘接触路面的点的总数量，
n＝沿着前缘的点的总数量。
11.根据权利要求1所述的用于改善由轮胎的胎面花纹所产生的噪声的方法，其中，所述确定步骤还包括：
映射所述胎面花纹的所述选定部分；
计算沿着所述胎面花纹的所述映射的胎面部分的周向方向的每个点处的接触长度比；以及
为沿着所述胎面花纹的所述映射的胎面部分的周向方向的每个点绘制所述计算步骤的结果。
12.一种根据权利要求1所述的方法构造的轮胎。
13.一种改善轮胎胎面噪声的方法，所述方法包括以下步骤：
确定沿着所述胎面的选定部分的接触长度比；
比较所述接触长度比以确定沿着所述胎面的周向方向的接触长度比的最大和最小变化的位置；以及
通过修改接触长度比的最大和最小变化来优化在所述轮胎胎面的操作中产生的噪声。
14.根据权利要求13所述的改善轮胎胎面噪声的方法，其中，所述优化步骤还包括以下步骤：改进胎面花纹，从而改变最大和最小变化的位置处的接触长度比。
15.根据权利要求14所述的改善轮胎胎面噪声的方法，其中，所述优化步骤还包括在沿着周向方向的一个或更多个位置处将接触表面增加到所述胎面花纹上。
16.根据权利要求15所述的改善轮胎胎面噪声的方法，其中，所述优化步骤还包括在沿着周向方向的一个或更多个位置处减少所述胎面花纹的接触表面。
17.根据权利要求16所述的改善轮胎胎面噪声的方法，其中，所述胎面的所述选定部分是所述胎面的至少一个节段。
18.根据权利要求13所述的改善轮胎胎面噪声的方法，还包括以下步骤：重复确定、比较和优化的所述步骤，直到获得用于所述胎面花纹的所述选定部分的接触长度比的可接受的变化。
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