CN111619292B - 一种低噪声充气轮胎胎面花纹 - Google Patents

一种低噪声充气轮胎胎面花纹 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低噪声充气轮胎胎面花纹，有设置在接地胎面上的纵沟和共鸣器，各共鸣器并联布置在纵沟的同一侧，共鸣器中共鸣腔体通过颈部与纵沟相连通，在共鸣腔体内设置隔板，将共鸣腔体分隔为左侧通道和右侧通道，设置相邻共鸣器之间的隔板长度存在有差异，和/或设置相邻共鸣器之间右侧通道宽度存在有差异，使相邻共鸣器的消声频带存在部分重叠。实现在不改变腔体尺寸的情况下，将消声频率向低频或高频迁移，能够实现很好的宽频消声效果。

Description

一种低噪声充气轮胎胎面花纹
技术领域
本发明涉及一种充气轮胎胎面花纹，更具体地说是涉及一种降低轮胎管腔共振噪声的充气轮胎胎面花纹。
背景技术
随着汽车工业飞速发展，机动车辆噪声污染问题受到社会各界广泛关注。轮胎噪声是机动车辆噪声的主要来源，1000Hz附近的轮胎噪音主要是由于轮胎胎面的纵沟与地面形成两端开口的管道所产生的管腔共振噪声引起的，而管腔共振噪音频率依赖于纵沟与地面形成管腔的长度。一般地，轮胎管腔共振噪声在700-1400Hz范围内产生，而人耳对这个频段内的噪声相对比较敏感，因此，轮胎花纹的宽频消声至关重要。
为了降低轮胎管腔共振噪声，已有提出在胎面设置亥姆霍兹共鸣器，其狭窄颈部开口连通纵沟，腔体端部终止于接地胎面。亥姆霍兹共鸣器相当于弹簧系统，狭窄颈部中的空气可以看做质量块子系统，共振频率fr的计算公式如下：
Figure BDA0002525680650000011
式中，c0为管中空气声速，l1和s分别为狭窄颈部的长度和截面积，V为共鸣腔体的体积，δ为管端修正系数，具体值可参考声学文献。但是，相关技术存在如下问题：
1、当亥姆霍兹共鸣器在消除较低频率的管腔共振噪声时，需要增大共鸣器腔体的体积或延长颈部长度，单个共鸣器花纹尺寸较大，但实际应用中，轮胎胎面空间对于单个共鸣器花纹尺寸有很大的局限性。
2、由于轮胎管腔共振噪声是在700-1400Hz宽频范围内产生，需要在轮胎纵沟周向布置多个亥姆霍兹共鸣器，由于没有考虑相邻共鸣器的共振频率的分布，不能很好地拓宽共鸣器的工作带宽。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种低噪声充气轮胎胎面花纹，在不改变腔体尺寸情况下，将消声频率向低频或高频迁移，并能实现很好的宽频消声效果。
本发明为解决技术问题采用如下技术方案：
本发明低噪声充气轮胎胎面花纹的特点是在轮胎的接地胎面上分别设置纵沟和各共鸣器；
所述纵沟沿轮胎周向连续延伸；所述共鸣器包括颈部、共鸣腔体以及位于共鸣腔体中的隔板；由颈部连通在纵沟和共鸣腔体之间；所述共鸣腔体和隔板均沿接地胎面的横向设置，共鸣腔体的前端与颈部连接，共鸣腔体的尾端止于接地胎面中；隔板直立于共鸣腔体的底面上，隔板的前端起于共鸣腔体的前端，隔板的尾端朝向共鸣腔体的尾端方向延伸，延伸长度为隔板长度L3；由所述隔板将共鸣腔体分隔为两侧通道，分别为左侧通道和右侧通道，所述颈部与右侧通道相连通；通过调整隔板长度L3，以及通过调整隔板在共鸣腔体中左右位置，进而调整右侧通道宽度D，能够改变共鸣器的共振频率；所述右侧通道宽度D是指隔板与共鸣腔体的右侧壁之间间距；
各共鸣器并联布置在纵沟的同一侧，且在沿轮胎周向上一一间隔，设置相邻共鸣器之间的隔板长度L3存在有差异，和/或设置相邻共鸣器之间右侧通道宽度D存在有差异，使相邻共鸣器的消声频带存在部分重叠。
本发明低噪声充气轮胎胎面花纹的特点也在于：将两只相邻共鸣器分别记为第一共鸣器和第二共鸣器，第一共鸣器与第二共鸣器的颈部和共鸣腔体均为矩形，颈部长度均为L1，颈部宽度均为W1，共鸣腔体长度均为L2，共鸣腔体宽度均为W2；
颈部长度L1是指颈部在沿接地胎面横向上的边长；
颈部宽度W1是指颈部在沿轮胎周向上的边长，L1大于W1；
共鸣腔体长度L2是指共鸣腔体在沿接地胎面横向上的边长；
共鸣腔体宽度W2是指共鸣腔体在沿轮胎周向上的边长，L2不小于200％W2；
设置：L31和L32的差值不大于50％L32，D1和D2的差值不大于30％W2；
L31为第一共鸣器中的隔板长度，L32为第二共鸣器中的隔板长度，且L31>L32；
D1为第一共鸣器中右侧通道宽度；D2为第二共鸣器中右侧通道宽度。
本发明低噪声充气轮胎胎面花纹的特点也在于：在所述低噪声充气轮胎胎面花纹中包括有共鸣器A和共鸣器B；所述共鸣器A的共振频率低于具有相同颈部和共鸣腔体但无隔板的共鸣器共振频率；所述共鸣器B的共振频率高于具有相同颈部和共鸣腔体但无隔板的共鸣器共振频率；
所述共鸣器A的右侧通道宽度DA为：W1<DA≤65％W2，其中W1≤30％W2；
所述共鸣器A的隔板长度L3A为：0<L3A≤(L2-DA)；
所述共鸣器B的右侧通道宽度DB为：65％W2<DB<(W2-TB)，TB为共鸣器B的隔板厚度；所述共鸣器B的隔板长度L3B为：0<L3B≤(L2-DB)。
本发明低噪声充气轮胎胎面花纹的特点也在于：设置各共鸣器的隔板长度L3不大于(L2-D)；所有共鸣器的隔板厚度T均相同，T取值为10％W2至25％W2；在各共鸣器中，隔板深度H3不大于共鸣腔体深度H2。
本发明低噪声充气轮胎胎面花纹的特点也在于：所述隔板与接地胎面为相同材料的整体结构。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
1、本发明能够在不改变共鸣器腔体和颈部的尺寸的情况下，通过设置腔体内部隔板的位置和尺寸，将共鸣器共振频率向低频或高频迁移，特别是在使共鸣器在低频迁移时，不需要增加共鸣器腔体和颈部尺寸，从而实现共鸣器小型化，避免受到有限的轮胎胎面空间的制约。
2、本发明将不同共振频率的共鸣器沿轮胎纵沟周向并联布置，相邻共鸣器消声频带部分重叠，实现在更宽频范围内降低轮胎管腔共振声，达到了很好的降噪效果。
3、本发明利用隔板将共鸣器腔体分隔成两个通道，延长声波在共鸣器腔体内的传播路径，增强声波耗散效果，有效地加强了轮胎管腔共振噪声的衰减效果。
附图说明
图1为本发明充气轮胎胎面花纹平面展开图；
图2为本发明充气轮胎胎面在图1中A-A剖视图；
图3为本发明中单个共鸣器的结构示意图；
图4为本发明中单个共鸣器在图3中B-B剖视图；
图5a和图5b为仿真对比的两种接地模型三维示意图；
图6为图5所示的两种接地模型频谱对比图；
图中标号：1纵沟，2接地胎面，3共鸣器，4颈部，5共鸣腔体，6隔板。
具体实施方式
参见图1、图2、图3和图4，本实施例中低噪声充气轮胎胎面花纹是在轮胎的接地胎面2上分别设置纵沟1和各共鸣器3。纵沟1沿轮胎周向连续延伸，共鸣器3包括颈部4、共鸣腔体5以及位于共鸣腔体5中的隔板6；由颈部4连通在纵沟1和共鸣腔体5之间；共鸣腔体5和隔板6均沿接地胎面的横向设置，共鸣腔体5的前端与颈部4连接，共鸣腔体5的尾端止于接地胎面中，形成亥姆霍兹共鸣器。本实施例中，隔板6直立于共鸣腔体5的底面5c上，隔板6的前端起于共鸣腔体5的前端，隔板6的尾端朝向共鸣腔体5的尾端方向延伸，延伸长度为隔板长度L3；由隔板6将共鸣腔体5分隔为两侧通道，分别为左侧通道和右侧通道，颈部4与右侧通道相连通，亥姆霍兹共鸣器腔体内的隔板位置和尺寸会决定共鸣器不同的共振频率，通过调整隔板长度L3，以及通过调整隔板6在共鸣腔体5中左右位置，进而调整右侧通道宽度D，能够改变共鸣器3的共振频率；右侧通道宽度D是指隔板6与共鸣腔体5的右侧壁之间间距；各共鸣器3并联布置在纵沟1的同一侧，且在沿轮胎周向上一一间隔，设置相邻共鸣器3之间的隔板长度L3存在有差异，和/或设置相邻共鸣器3之间右侧通道宽度D存在有差异，使相邻共鸣器的消声频带存在部分重叠。
将两只相邻共鸣器分别记为第一共鸣器和第二共鸣器，第一共鸣器与第二共鸣器的颈部和共鸣腔体均为矩形，颈部长度均为L1，颈部宽度均为W1，共鸣腔体长度均为L2，共鸣腔体宽度均为W2。
颈部长度L1是指颈部在沿接地胎面横向上的边长；
颈部宽度W1是指颈部在沿轮胎周向上的边长，L1大于W1；
共鸣腔体长度L2是指共鸣腔体在沿接地胎面横向上的边长；
共鸣腔体宽度W2是指共鸣腔体在沿轮胎周向上的边长，L2不小于200％W2；
设置：L31和L32的差值不大于50％L32，D1和D2的差值不大于30％W2；
L31为第一共鸣器中的隔板长度，L32为第二共鸣器中的隔板长度，且L31>L32；
D1为第一共鸣器中右侧通道宽度；D2为第二共鸣器中右侧通道宽度；
本实施例中，在低噪声充气轮胎胎面花纹中包括有共鸣器A和共鸣器B；共鸣器A的共振频率低于具有相同颈部和共鸣腔体但无隔板的共鸣器共振频率；共鸣器B的共振频率高于具有相同颈部和共鸣腔体但无隔板的共鸣器共振频率；
共鸣器A的右侧通道宽度DA为：W1<DA≤65％W2，其中W1≤30％W2；
共鸣器A的隔板长度L3A为：0<L3A≤(L2-DA)；
共鸣器B的右侧通道宽度DB为：65％W2<DB<(W2-TB)，TB为共鸣器B的隔板厚度；
共鸣器B的隔板长度L3B为：0<L3B≤(L2-DB)；
具体实施中，设置：各共鸣器的隔板长度L3不大于(L2-D)；所有共鸣器的隔板厚度T均相同，T取值为10％W2至25％W2；在各共鸣器中，隔板深度H3不大于共鸣腔体深度H2；隔板6与接地胎面为相同材料的整体结构。
仿真验证
为了验证本发明技术方案有效性，建立两种方案作为对比，第一种方案是仅刻有纵沟的参考模型，如图5a所示；第二种方案是按本发明胎面花纹设置的仿真模型，如图5b所示；
图5a所示的参考模型，其矩形块的长度为160mm，宽度为100mm，高度为30mm，矩形块表面形成纵沟的凹槽，凹槽的宽度为8mm，深度为8mm；图5b所示的仿真模型形成有三只亥姆霍兹共鸣器，从左往右依次为第一共鸣器、第二共鸣器和第三共鸣器；三只亥姆霍兹共鸣器花纹的基本尺寸相同，颈部长度为4mm，颈部宽度为1mm，颈部深度为3mm，共鸣腔体的长度为26mm，宽度为9mm，深度为6mm；三只共鸣器共鸣腔体内的隔板宽度均为1mm，深度均为6mm；设置：第一共鸣器中隔板的长度为14mm，隔板与共鸣腔体的右侧壁之间间距为7mm，其大于共鸣器腔体宽度的65％；第二共鸣器中隔板的长度为18mm，隔板与共鸣腔体的右侧壁之间间距为5mm，其小于共鸣器腔体宽度的65％；第三共鸣器中隔板的长度为20mm，隔板与共鸣腔体的右侧壁之间间距为3mm，其小于共鸣器腔体宽度的65％；三只亥姆霍兹共鸣器按间距为20mm并联布置在纵沟同一侧。
针对参考模型和仿真模型进行声学边界元仿真，并计算管内正中间测点的声压级频率响应函数。通过声压频率响应函数曲线获得轮胎的管腔共振频率以及相对应的声压级幅值。仿真过程中：空气密度为1.20kg/m3；空气中声速定义为为343.65(1+0.029i)m/s，此处给空气加虚部是考虑到实验环境中空气并非理想气体，存在空气阻尼的作用；声源类型为单级子声源，声压幅值为1N/m。
图6所示为仿真获得的两种模型的频谱对比，图6中虚线表示无横向花纹的参考模型的声压级频率响应曲线，实线表示按本发明胎面花纹设置的仿真模型的声压级频率响应曲线。由图6可见，参考模型的频谱对应的管腔一阶频率为1016Hz，相对应的声压级幅值为142.42dB；按本发明胎面花纹设置的仿真模型的频谱存在两个峰值，第一峰值的频率为665Hz，对应的峰值为137.26dB，第二峰值的频率1439Hz，对应的幅峰值为136.65dB。在200-2000Hz频段内，参考模型的RMS值为156.83dB，仿真模型的RMS为154.24dB，管腔噪声降低了2.59dB。这里的RMS值是指在频率区间内所有数据的平方和的平方根，用于表征信号中能量的大小。
通过对比可见，本发明胎面花纹一方面能够将管腔一阶共振峰一分为二，并且被分的两个峰值明显低于管腔一阶共振峰值，能够很好地将管腔共振噪声所集中的能量分散，避免噪声太过尖锐。另一方面本发明胎面花纹能够在不过多占用充气轮胎胎面空间情况下，使轮胎管腔共振噪声的能量在较宽频段内有所降低，很好地达到宽频消声的目的。

Claims (5)

1.一种低噪声充气轮胎胎面花纹，其特征是在轮胎的接地胎面(2)上分别设置纵沟(1)和各共鸣器(3)；
所述纵沟(1)沿轮胎周向连续延伸；所述共鸣器(3)包括颈部(4)、共鸣腔体(5)以及位于共鸣腔体(5)中的隔板(6)；由颈部(4)连通在纵沟(1)和共鸣腔体(5)之间；所述共鸣腔体(5)和隔板(6)均沿接地胎面的横向设置，共鸣腔体(5)的前端与颈部(4)连接，共鸣腔体(5)的尾端止于接地胎面中；隔板(6)直立于共鸣腔体(5)的底面(5c)上，隔板(6)的前端起于共鸣腔体(5)的前端，隔板(6)的尾端朝向共鸣腔体(5)的尾端方向延伸，延伸长度为隔板长度L3；由所述隔板(6)将共鸣腔体(5)分隔为两侧通道，分别为左侧通道和右侧通道，所述颈部(4)与右侧通道相连通；通过调整隔板长度L3，以及通过调整隔板(6)在共鸣腔体(5)中左右位置，进而调整右侧通道宽度D，能够改变共鸣器(3)的共振频率；所述右侧通道宽度D是指隔板(6)与共鸣腔体(5)的右侧壁之间间距；共鸣腔体(5)的右侧壁是右侧通道中与隔板(6)平行的共鸣腔体(5)的侧壁。
各共鸣器(3)并联布置在纵沟(1)的同一侧，且在沿轮胎周向上一一间隔，设置相邻共鸣器(3)之间的隔板长度L3存在有差异，和/或设置相邻共鸣器(3)之间右侧通道宽度D存在有差异，使相邻共鸣器的消声频带存在部分重叠。
2.根据权利要求1所述的低噪声充气轮胎胎面花纹，其特征是：将两只相邻共鸣器分别记为第一共鸣器和第二共鸣器，第一共鸣器与第二共鸣器的颈部和共鸣腔体均为矩形，颈部长度均为L1，颈部宽度均为W1，共鸣腔体长度均为L2，共鸣腔体宽度均为W2；
颈部长度L1是指颈部在沿接地胎面横向上的边长；
颈部宽度W1是指颈部在沿轮胎周向上的边长，L1大于W1；
共鸣腔体长度L2是指共鸣腔体在沿接地胎面横向上的边长；
共鸣腔体宽度W2是指共鸣腔体在沿轮胎周向上的边长，L2不小于200％W2；
设置：L31和L32的差值不大于50％L32，D1和D2的差值不大于30％W2；
L31为第一共鸣器中的隔板长度，L32为第二共鸣器中的隔板长度，且L31>L32；
D1为第一共鸣器中右侧通道宽度；D2为第二共鸣器中右侧通道宽度。
3.根据权利要求2所述的低噪声充气轮胎胎面花纹，其特征是：在所述低噪声充气轮胎胎面花纹中包括有共鸣器A和共鸣器B；所述共鸣器A的共振频率低于具有相同颈部和共鸣腔体但无隔板的共鸣器共振频率；所述共鸣器B的共振频率高于具有相同颈部和共鸣腔体但无隔板的共鸣器共振频率；
所述共鸣器A的右侧通道宽度DA为：W1<DA≤65％W2，其中W1≤30％W2；
所述共鸣器A的隔板长度L3A为：0<L3A≤(L2-DA)；
所述共鸣器B的右侧通道宽度DB为：65％W2<DB<(W2-TB)；TB为共鸣器B的隔板厚度；
所述共鸣器B的隔板长度L3B为：0<L3B≤(L2-DB)。
4.根据权利要求2所述的低噪声充气轮胎胎面花纹，其特征是设置：各共鸣器的隔板长度L3不大于(L2-D)；所有共鸣器的隔板厚度T均相同，T取值为10％W2至25％W2；在各共鸣器中，隔板深度H3不大于共鸣腔体深度H2。
5.根据权利要求1所述的低噪声充气轮胎胎面花纹，其特征是：所述隔板(6)与接地胎面为相同材料的整体结构。
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