CN1486419A - 用于预测车内舒适度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种对车辆的舒适性能(噪音和振动)进行预测的方法，该车辆在其上一选定的位置处配备有一个测试安装组件，所述车辆在光滑路面型的行驶介质上以给定的速度V行驶能使车辆的速度达到最大等效速度Vmax(Vmax要比给定速度V大)，该方法包括建立车辆的一全转移函数，该车辆在相同的位置配备有一标准安装组件，该标准安装组件具有一个轮胎及其安装轮，所述轮胎具有N个基本相同的不规则点，该不规则点大致相同并均匀的分布在组件的圆周上，这些不规则点在选择上能在车辆行驶于光滑路面期间在如下频率范围内激发车辆：从最小频率Fmin到最大频率Fmax。在对相同的行驶介质上行驶的测试安装组件的轮心的力进行测量之后，该力乘以由标准安装组件获得的转移函数从而得到对车辆在行驶速度为V时其内噪音和振动的预测，所述车辆在一选定位置配备有一测试安装组件。

Description

用于预测车内舒适度的方法

技术领域

本发明涉及一种对行驶在光滑路面上的车辆内部产生的噪声和振动程度进行预测的方法，该车辆配备有安装组件，该安装组件由安装在其装配轮上的轮胎构成。

背景技术

尽管在将一组件安装在车辆上之前，对构成该组件(轮胎和车轮)的不同部件的生产和组装都十分注意，但大家都知道，在轮子旋转时，任何安装的组件都具有或多或少的不规则点或者非均匀性。当车辆行驶时，如果所述车辆配备了所述组件，则这些不规则点或者非均匀性能使车辆的不同部件产生振动，上述振动会根据所述车辆行驶速度的不同而不同和变化。

一个安装组件或者旋转组件的非均匀性就是与下述因素相关的不规则点：

-安装组件内质量或者刚性分布的一个或多个缺陷或者不规则性；

-车轮偏心地安装在车辆上；

-车辆内的几何缺陷；

-没有将轮胎很好地安装在车轮上。

这些不规则点可使轮心和/或将车辆与底面连接的系统附件的任何点上的力产生周期性变化。连接到地面的系统就是车辆部件的一个子组件，该子组件能确保车体与车辆和地面之间的一个或多个接触表面相连接。该子组件预先被确定，而且该子组件例如包括车辆中位于所述车体至少一个安装点和每一轮胎的至少一个轮印之间的所有机械部件，其中所述车辆装配有上述轮胎；在本例中，连接到地面的系统至少包括一个轮胎。

在行驶期间，由非均匀性导致的周期性变化的力会使得车辆的底盘、座椅以及方向盘的振动变得明显。同时，由所述车辆不同部分的振动会使车辆内部产生噪音，因此还会产生噪声干扰。该噪扰量级的产生虽然取决于车辆及其行驶速度(还有临界速度，在临界速度时噪扰量级最大)，但主要还是取决于旋转组件的非均匀性量级。

在下文中，“舒适性能”表示在一给定的车辆内部测量的声级和振动级，其中上述车辆配备有一组安装组件。

本领域技术人员都很熟悉一种对给定车辆的新轮胎的舒适性能进行评估的方法，根据该方法，噪音和振动测量是在车辆的乘客厢中完成的，此时该车辆行驶在一段光滑路面上并且在车辆的整个速度范围之内将不同的非均匀性量级(如10克、20克、30克的失衡负载)加载在车辆的四个安装组件上，这样即可确保评估出最大干扰。然后，该方法要求车辆是可用的，并且仅能在良好的天气条件下进行，这样在有些时候会使固定周期(immobilisation period)过长，从而使成本增加。而且，该方法对于操作者而言时间长且费力，测量结果变化很大，并且该方法在给定车辆轮胎的实施阶段费用昂贵。

发明内容

本发明涉及一种预测舒适性能(噪音量级和振动级)的方法，其没有前述方法的缺点。

基于此目的，本发明提供了一种预测车辆的乘客厢内噪音和振动的方法，上述车辆配备有测试安装组件并以一给定的速度在光滑路面上行驶，该方法包括将车辆的全转移函数与在测试安装组件轮心上的力相乘，上述车辆装备有标准安装组件，该测试安装组件承载一负载，该负载与相同地面上行驶的车辆上测得的相同。该方法包括：利用标准安装组件确定车辆的全转移函数的第一步骤以及第二步骤，在第二步骤中，力是在测试安装组件的轮心处测得的。

标准安装组件是用来对全转移函数进行评估的一个安装组件，该标准安装组件在制备上应具有N个适当尺寸的不规则点从而在选定的速度范围(Vmin，Vmax)和在频率(Fmin，Fmax)范围之内激发(excite)车辆。测试安装组件是用来对车辆的舒适性能进行预测的一个安装组件，并且考虑到了该测试安装组件可能具有的非均匀性。这些安装组件(测试和标准)由一个安装在车辆上(根据设计者的说明书)的车轮和一个轮胎组成，该轮胎也是安装在车辆上。通常情况下，安装轮具有形成座体的部分和形成边缘的部分，当轮胎安装在车轮上时，上述部分用来与轮胎的轮缘相配合。而且，轮胎包括一个胎面和侧壁，在车辆行驶时，该胎面的径向外表面用来与路面接触，上述侧壁将胎面与轮缘连接起来。

本方法的原理

本发明提出一种对车辆的舒适性能(噪音和振动)进行预测的方法，该车辆在其上一选定的位置处配备有一个测试安装组件，该车辆在光滑路面型行驶介质上以给定的速度V行驶并使车辆的速度达到等效的最大速度Vmax(Vmax要比给定速度V大)，该测试安装组件具有或多或少的如本文开始所述的非均匀性缺陷。

该方法包括如下步骤：

(a)制备一标准安装组件，该组件包括一个轮胎及其安装轮，该标准安装组件的周长πD上具有N个不规则点，该不规则点大致相同并规则地分布在安装组件的圆周上，这些不规则点在选择上能对行驶在光滑路面上的车辆在一个从最小频率Fmin到最大频率Fmax的频率范围内进行激发(excite)，该数值N由如下公式确定：

其中：Fmax的单位为赫兹，Vmax的单位为米/秒；

(b)在车辆的选定位置上装配标准安装组件；

(c)对车辆进行定位，从而使标准测试组件位于行驶介质上，并能使所述标准安装组件旋转；

(d)在如下条件下在车辆内部至少一个点上记录噪音和振动：标准安装组件的旋转速度在一个等同于车辆速度(Vmin，Vmax)的旋转速度范围(ωmin，ωmax)内进行，该速度Vmin由下式定义：

$V\min =\frac{(F\min \×\mathrm{\πD})}{N}$

(e)测量标准安装组件的轮心处产生的力，该组件在安装上既能行驶在用于步骤(c)的介质之上，也能行驶在一个与步骤(c)中的介质等同的行驶介质上，并且根据车辆上的选定位置来确定行驶条件(旋转方向，轮胎压力，负载，旋转速度范围)；

(f)求取车辆的该位置处，标准安装组件的轮心处测得的力与车辆内的噪音和振动之间的全转移函数；

(g)在如下条件下测量测试安装组件轮心所产生的力：车辆或行驶在步骤(c)中的介质之上，或行驶在一个等同于步骤(c)中介质的行驶介质之上，并且轮胎压力和负载情况与步骤(c)中的相同，旋转速度等于速度V；

(h)将在步骤(f)中求取出来的全转移函数乘以步骤(g)中所获得的力，从而得到车辆以速度V行驶时的噪音和振动的预测值，所述车辆在选定位置装配有测试安装组件。

行驶介质是指一种介质组件，它使安装组件处于适当负载条件下，并且所述安装组件被驱动旋转，特别是指测试鼓、滚筒台或者是一个测试机，该测试机具有一个从安装组件的轮胎下穿过的平面轨道。

为了获得整个选定频率范围内的曲线图(spetrum)，测量工作要在标准安装组件的整个旋转速度范围内进行。在整个速度范围内进行测量可通过在最小速度和最大速度之间连续地加速或者减速来实现；在整个速度范围内进行测量也可在最小速度和最大速度之间的多个速度点上进行。

本发明方法的一个优点在于用来确定全转移函数并在后面用来表述新安装组件的力是轮心处实际产生的力。

步骤(e)和(g)所述的测量是在标准安装组件和测试安装组件的轮心处进行的；无庸讳言，这种测量不仅适用于一个安装组件，其还通用于一个更为复杂的系统，上述复杂系统包括所述安装组件和将所述安装组件连接到车辆上的特定部件，如悬挂部件。在此情况下，实施测量的点对应于这些特定部件固定到车辆上的固定点。

本发明实现了如下目的：对给定车辆的具有给定非均匀性量级的安装组件的舒适性能进行评估。而且本发明不必要求车辆适用于那些与标准安装组件不同的每一个新安装组件，因为车辆的全转移函数是建立在一个行驶介质上的，而该行驶介质也用于单独测量安装组件的轮心处的力(或者在选定的其它任何固定点上进行测量)。

此外还惊奇地发现，给定车辆的评估有可能超出轮胎尺寸的限定。这就意味着对于配备有不同尺寸轮胎的车辆而言(如位于前桥和后桥之间)，其有可能确定出一个适用于所述车辆所有尺寸的全转移函数。

全转移函数包括两个部分：第一部分涉及车辆乘客厢中的噪音，第二部分涉及在同一乘客厢中某些预定点上的振动。全转移函数的确定通过对配备有标准安装组件的车辆的一系列测量以及对标准安装组件自身的一系列测量作出的，这些测量对应于前述方法步骤中提及的测量过程。

实际上，利用单个轮胎和单个车轮通过如下方式就能形成多个不同的测试安装组件：改变所述轮胎在车轮上的安装(即轮胎在车轮上的定位)、或者改变组件的平衡(即旋转质量的分布)或者改变组件在轴上的安装。通过这些改变，安装组件的非均匀性发生改变，当然这些改变可通过轮心处记录的力来进行评估；采用本发明的方法可以对这些改变所产生的车辆内的噪音和振动进行预测。

为了在0和最小频率Fmin之间进行操作，可在标准安装组件上加上一个非平衡负载。在对该标准安装组件进行平衡之后，一个30～50大的质量块固定在阀门旁边以便产生一动态非平衡负载(即在旋转质量的分布上形成不平衡)。

标准安装组件内不规则点的第一实施方案

在一个具有初始光滑胎面的轮胎上有多个大致相同且规则分布在胎面圆周之上的不规则点。这些不规则点包括一系列具有大致相同宽度和深度的凹槽，上述凹槽的宽度和深度在0.5～3mm之间；这些凹槽在胎面的整个宽度上延伸。该凹槽优选与轮胎的旋转轴形成最大为30°的夹角。

这些凹痕可通过模铸硫化轮胎的剪切而形成或者在模铸轮胎时通过造型而获得。

凹槽的数目N可由下式来定义，其是选定的最大频率和车辆的最大允许速度的函数：

其中：Fmax的单位是赫兹，D的单位是米，Vmax的单位是米/秒。

具有平均宽度Le的凹槽优选以平均间距P均匀地布置在圆周方向上，平均宽度Le和间距P之间关系由下式确定：

0.05≤K≤5

其中：

$K=\frac{\mathrm{Le}}{P-\mathrm{Le}}$

当比值K小于0.05时，非均匀性的量级不足，但是当比值K大于5时，胎面的刚度影响过大。

标准安装组件的不规则点的第二实施方案

其它变化还有，在胎面(无论后者是光滑的还是粗糙的)上固定一系列超厚部分，该超厚部分在横向上(相对于轮胎的轴向最大为30°)延伸。

不规则点的第三实施方案

具有相同宽度的N个插入块均匀地分布在轮缘和轮边之间。这些插入块的厚度为4～6mm且在径向在边缘的整个高度上延伸。无庸讳言，通过在边缘上设置插入块可增加非均匀性的作用。

不规则点的第四实施方案

N个具有相同厚度和宽度的插入块均匀地布置在至少一个胎边和其安装轮的座体之间。

不规则点的第五实施方案

例如通过在胎体加固件内形成N个具有切槽和增强部分的扇齿可以改进轮胎侧壁内胎体加固件的刚性，该N个扇齿在圆周方向上均匀分布，同时注意保持所述轮胎的密封性。

附图说明

下面参考如下附图对本发明的方法进行说明，其中：

图1示出了形成标准安装组件的轮胎的一部分，该轮胎具有多个横向凹痕；

图2为作用在测试安装组件的轮心上沿纵向方向的力的曲线图；

图3为沿着垂直于行驶介质发出的并作用在测试安装组件的轮心上的力的曲线图；

图4为垂直于测试鼓的平面并利用本发明模型获得的加速度和用图2、3的测试安装组件测量的加速度之间的比较图；

图5为垂直于车辆底盘并利用本发明模型获得的加速和用图2、3的测试安装组件测量的加速度之间的比较图。

具体实施方式

图1为型号195/65R15轮胎1的轮胎胎面2的部分视图，其周长为1.935m，其用来安装在安装轮上以形成一个标准安装组件，该标准安装组件用来配备在私人车辆的前左位置，该车辆的工作速度Vmax为170km/h。在该轮胎胎面的外表面和整个宽度之上形成有N个横向凹槽或者凹痕3，该凹痕3深度为2mm，宽度为96.5mm。该N个凹痕3的作用在于：当该车辆配备有该标准安装组件时，其使车辆在20～290Hz频率范围内遭受大幅度的激发(excitation)。

在此情况下，凹痕的数目N等于12，其是分析范围的最大频率、最大速度和标准组件的周长的函数。该数目N等于 的整数部分，即11加上1。

该标准安装组件用来根据本发明的方法确定所述车辆的转移函数。为此目的，安装在车辆上的标准安装组件被充气膨胀到其推荐的工作压力(2.1bar)以便承受车辆的正常负载；然后将其放置在一行驶测试鼓上，上述测试鼓的周长为5米，其行驶表面是光滑的(即其没有高度大于标准安装组件轮胎上凹痕深度一半的凸凹部件)且由所述测试鼓驱动旋转。在实施测量之前先在最大速度一半的速度上预行驶。

力记录器被置于标准安装组件的轮心处以便在行驶的过程中记录力的变化，加速度计被置于车辆的方向盘上和所述车辆的底盘上。

在预备行驶之后将旋转速度增加到车辆的最大速度。然后，在测试鼓上行驶期间，同时对实际的旋转速度以及力和加速度的信号进行收集，其中速度是在400秒之内由170km/h逐渐减小到10km/h的(其相应的减少速度约为0.4km/h/秒)。

为了在低频下(即2～20Hz之间)获得足够的激发，将一重40g的质量块固定在安装轮上来产生一个非平衡负载。

图2和3分别示出了在测试安装组件的轮心处记录的力，其中如上用来对全转移函数的确定一样，可对相同车辆的舒适性能的影响进行预测。X轴对应于频率，而Y轴对应于由测试安装组件施加的力，其中该测试安装组件行驶的介质以及压力、负载和旋转方向等条件均与安装在车辆上的标准安装组件的相同，其选定的速度V此时为90km/h。

在实现了如下步骤之后，在选定的速度90km/h下对测试安装组件的轮心处的力进行测量，其中该测试安装组件在一个与用于前述步骤中标准安装组件相似的行驶介质上进行行驶测试，然后用在前述步骤中形成的全转移函数乘以所记录的力；这样即可得到选定速度下方向盘和车辆底盘的加速度曲线(spectrum)的预测值。在图4和5中对这些预测进行了比较，其数值是通过在该速度下车辆上的测量来获得的。

图4用实线示出了在方向盘处沿着垂直于所述方向盘的方向记录下的加速度曲线，用虚线示出了在90km/h下利用本发明的模型预测的相同加速度的曲线。

图5用实线示出了在底盘处沿着垂直于所述底盘的方向记录下的加速度曲线，用虚线示出了在90km/h下利用本发明的模型预测的相同加速度的曲线。

对这些附图进行研究会发现预测的水平还是令人满意的。

一旦利用一标准安装组件通过所述的方法在车辆上确定出全转移函数，采用本发明的方法即可容易地对所期望数量的安装组件的非均匀性相关的舒适性能进行预测。该预测的成本等于对每一安装组件在其轮心处进行测量的成本。这样就很清晰地看到本发明在原型车辆上使用安装组件的优点，其中上述原型车辆仅在很短时间(brief period)内是可用的。

拥有了本发明的方法，我们可以设想轮胎制造商和车辆设计者之间的数据交换的可能性，而不必要求制造商具有可用的车辆，因为所述车辆的设计者只要完成在车辆上实施的测试即可，然后将所述车辆的全转移函数提供给制造商。

在此所述的方法可用于各种类型的车辆(私家车、商务车以及载重车)。在测试鼓上实施的行驶可以在一滚筒台或者一具有平面轨道的行驶机上进行。最后，本发明的一些试验步骤可部分或者全部地由适当地数字模拟来代替。

Claims (10)

1.一种对车辆的舒适性能(噪音和振动)进行预测的方法，该车辆在其上一选定的位置处配备有一个测试安装组件，该组件包括一个安装在安装轮上的轮胎，该安装轮具有座体和支撑有胎边的边缘，所述车辆在光滑路面型的行驶介质上以给定的速度V行驶并使车辆的速度达到等效的最大速度Vmax(Vmax要比给定速度V大)，该方法包括如下步骤：

(a)制备一标准安装组件，该组件包括一个轮胎及其安装轮，这样该标准安装组件的周长πD上具有N个不规则点，这些不规则点大致相同并规则地分布在安装组件的圆周上，这些不规则点在选择上能对在光滑路面上行驶的车辆在从最小频率Fmin到最大频率Fmax的如下频率范围内进行激发：该数值N由下式确定：

其中：Fmax的单位为赫兹，Vmax的单位为米/秒；

(b)在车辆的选定位置上装配标准安装组件；

(c)对车辆进行定位，从而使标准测试组件位于行驶介质上，并使所述标准安装组件旋转；

(d)在如下条件下在车辆内部至少一个点上记录噪音和振动：记录工作在标准安装组件的旋转速度在等同于车辆速度(Vmin，Vmax)的旋转速度范围内进行，该速度Vmin由下式定义：

$V\min =\frac{(F\min \×\mathrm{\πD})}{N}$

(e)测量标准安装组件的轮心处产生的力，该组件在安装上既能行驶在用于步骤(c)的介质之上，也能行驶在与步骤(c)中的介质等同的行驶介质上，并且根据在车辆上的选定位置来确定行驶条件(旋转方向，轮胎压力，负载，旋转速度范围)；

(f)求取车辆该位置处，标准安装组件的轮心处测量到的力与车辆内的噪音和振动之间的全转移函数；

(g)在如下条件下测量测试安装组件轮心所产生的力：车辆或行驶在步骤(c)中的介质之上，或行驶在等同于步骤(c)中的介质的行驶介质之上，并且轮胎压力和负载情况与步骤(c)中的相同，旋转速度等于速度V；

(h)将在步骤(f)中求取出来的全转移函数乘以步骤(g)中所获得的力，从而得到车辆以速度V行驶时的噪音和振动的预测值，所述车辆在选定位置装配有测试安装组件。

2.如权利要求1所述的一种预测方法，其特征在于：标准安装组件包括一个胎面，该胎面的外表面形成了一个其上布置有所有不规则点的轮胎踏面。

3.如权利要求2所述的一种预测方法，其特征在于：所有的不规则点包括一系列的凹槽，该凹槽形成在胎面横向上并与横向形成最大为30°的夹角。

4.如权利要求3所述的一种预测方法，其特征在于：该凹槽具有一平均宽度Le并以平均间距P均匀地布置在圆周方向，平均宽度Le和平均间距P之间的关系如下：

$0.05\≤\frac{\mathrm{Le}}{p-\mathrm{Le}}\≤5.$

5.如权利要求2所述的一种预测方法，其特征在于：所有的不规则点包括一系列超厚部分，该超厚部分形成在胎面横向上并与横向形成最大为30°的夹角。

6.如权利要求1～5中任一个所述的一种预测方法，其特征在于：测量是在最大速度Vmax和最小速度Vmin之间均匀减速时进行的。

7.如权利要求1～6中任一个所述的一种预测方法，其特征在于：为了在最小频率(Fmin)下进行测量，其中最小频率很小或为0，将一不规则的质量块添加到标准安装组件上。

8.如权利要求1所述的一种预测方法，其特征在于：不规则点采用如下方式形成：将N个具有适当尺寸的插入块均匀地布置在至少一个胎边和其安装轮之间以便使所述胎边与轴向方向更为接近。

9.如权利要求1所述的一种预测方法，其特征在于：不规则点采用如下方式形成：将N个具有适当尺寸的插入块均匀地布置在至少一个胎边和其安装轮的座体之间。

10.如权利要求1所述的一种预测方法，其特征在于：轮胎包括将胎边和胎面连接在一起侧壁，不规则点采用如下方式形成：将N个具有适当尺寸的插入块均匀地布置在至少一个胎边和其安装轮的座体之间。

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