轮胎/道路噪声的产生，测量和消除外文翻译资料

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1引言

轮胎/道路噪声的产生，测量和消除

轮胎/道路噪声这个术语的意思是，噪声是轮胎和路面通过相互作用中产生的。在本章中，仅考虑车辆外部发出的噪声;即来自外部的轮胎/道路噪声。原则上，不但轮胎能产生这种类型的噪声;最引人注目的是结构性声音可能传播到边缘部分，并从那里辐射出去，也可能从那里辐射到部分路面，但是来自轮胎本身的辐射占据了主导地位。许多术语用于描述这种类型噪声。例如，美国人目前倾向于喜欢叫它路面轮胎噪声或轮胎路面噪声，德国人倾向于喜欢叫它滚动噪声（Rollger ausch）。然而，在本章中，轮胎/道路噪声这个术语，因为这是在1979年使用的术语，国际会议和研讨会的一个特定的工作组讨论了这个术语。

外部轮胎/道路噪声是主要的现代社会的环境问题之一，这是不稳定或“正常情况”的环境问题，大部分其他环境问题都有针对的计划等，比如 “京都议定书”，打算降低或至少未来降低一个等级的污染的现状。可以指出的是噪音问题增长是社会调查和向当局提出的投诉记录。大量交通增长，特别是在欧洲和中国，是另一个增加轮胎/道路的因素噪声问题。

2轮胎/道路噪声的意义

车辆噪声主要来自轮胎/道路噪声和车辆动力的噪音，这里称为功率单元噪声。功率单元噪声，经常也称为推进噪声，噪声来自发动机及其所有配件，排气系统和传动系统。轮胎/道路和动力单位噪声与车速有很强的关系。轮胎/道路噪声水平通常大致以对数的方式增加（图1），这意味着在对数速度标度上，噪声水平线性的增加。功率单元噪声取决于很多车辆运行的因素，最显着的档位选择和发动机转速，与车速的关系要比胎噪复杂得多。在高速时它几乎跟随相同的噪声 - 速度曲线作为轮胎/道路噪声，但在较低速度接近或略高于此水平。为了简化这个事情，可以这样说，在低速时功率单位噪声占主导地位，高速时轮胎/道路噪音占主导地位，噪音等级大致相同时可能有一定的交叉速度出现。图1显示了一个相当典型的现代汽车在各种（恒定）速度车辆噪声的例子。测量条件为类似于国际组织的标准化（ISO）362和ISO 13325.轮胎/道路噪声单独由标记为Coastby的曲线表示。如果有两个（不相干）噪声源同样强，总体水平将比单源的水平高出3 dB，然后当整体曲线比轮胎/道路噪声高出3 dB时，可以说功率单元噪声水平等于轮胎/道路。如果它低于3 dB以上，轮胎/道路噪声将占主导地位。从图1可知除了在一档驾驶，轮胎/道路噪声始终超过功率单元噪声所有速度和齿轮。实际上，这意味着在恒速驱动下，轮胎/道路噪声始终占主导地位。

图1仅对一辆客车有效，尽管如此相当典型的现代欧洲，美国和日本车。更具代表性也包括重型车辆，如图2所示，其基于来自德国模型的数据MOBILEV.3图的两个部分显示轮胎/道路噪声对整体车辆噪声的贡献在城市街道和在高速公路情况。该图基于已经开发的模型进行了大量的测量，一个可代表欧洲地区北部和中部的汽

车“平均”声学特性。

胎噪

2挡

1挡

巡航速度

巡航速度

巡航速度

分贝

速度

图1恒定速度（巡航）的A加权车辆声压级SPL，以及轮胎/道路噪声（惯性），为沃尔沃S40（2000）在新的条件时的结果。巡航包括动力单元和轮胎/道路噪声。在3，4，和5档时非常接近沿轨曲线，因此没有展示。 （轮胎/道路噪声来自参考书）

空载

空载

图2也可以是具有代表性的日本和欧洲同样严格的车辆噪声排放法规。对于北美和澳大利亚，但是没有相应的数据，但作者的经验是重型车辆在那里有更严重的噪声的动力单元;而导致轮胎/道路的比例降低相对于所示情况在这些区域中的噪声在图2中。在发展中国家或国家在转变中，可以预期更高的功率单位噪声排放导致轮胎/道路噪声降低。

3轮胎/道路噪声的产生

轮胎/道路噪声的产生机制从上世纪70年代就开始探索。所有这些研究都有导致了一个极其复杂的混合的识别机制和相关现象，所有这些已被证明具有一些影响。最有影响力的机制列于表1，这是作者对目前的研究现状判断的结果。一般来说在大多数专家之间没有分歧对于这些机制和现象。但是，那专家们往往争论他们的相关重要性。有一些现象密切相关影响噪声的生成机制辐射到路边，但不能被视为生成机制。这些也包括在表格中，在扩增或减少机制。其中一些在源头立即有效，例如管道共振，而其他是活动的在从源向远场的传播期间，例如喇叭效应和吸声效果。轮胎/道路噪声产生机制可以根据媒介分为两个主要群体产生和效果。一组是直接与轮胎的机械振动直接相关，如图3所示。另一个组与空气动力学现象有关机如图4所示，在下面一个表里。

图2来自车辆总噪声的份额轮胎/道路相互作用（白色部分）。最上面的是对于在光控制交叉口的城市主要街道，限速50公里/小时，而底部的图表是高速公路四车道，速度110公里/小时，交通量（AADT）50000.来自德国研究的数据轮胎/道路噪声参考书）

影响机制（大部分径向振动）

胎面冲击：轮胎胎面花纹块或其它花纹元件对路面的冲击，导致轮胎胎面和带束中的径向和一定程度的切向振动，扩展到侧壁

纹理冲击：路面表面纹理对轮胎胎面的影响，还引起轮胎胎面和带中的径向和一定程度的切向振动，扩展到侧壁

轮胎胎面在前缘和后缘处的运行偏转，产生轮胎带/胎体振动

粘性/滑动胎面元件相对于路面的运动，引起切向轮胎振动，也称为“擦洗”

橡胶对道路原料/扣件（粘合剂效应）; 给出切向或径向振动

空气动力学

空气位移机构空气湍流：由于在道路上滚动时轮胎移动空气而导致的轮胎周围的湍流，以及由旋转轮胎 - 轮缘拖曳的空气

空气泵：在轮胎胎面和路面之间或之间移入/移出空腔的空气，而不必是共振。

放大或缩小机制

管道共振，所谓的lambda;/ 2共振器，放大的轮胎胎面花纹中的凹槽（“管道”）中的空气位移

亥姆霍兹共振 空气进入/离开在轮胎胎面花纹中的连接的空气腔以及通过共振而放大的路面

喇叭效果 轮胎前缘和后缘与路面之间的弯曲体积构成类似于用于放大声音的指数喇叭

声阻抗效应 多孔表面中的连通空隙起吸声材料的作用，影响源强度。同样，但影响到远场接收机的声音传播

机械阻抗效应 道路表面根据动态轮胎/道路刚度比例对轮胎花纹块的冲击产生或多或少的反应。一些轮胎振动可能被传递到路面，可能辐射为声音（猜测）

轮胎共振 皮带共振（皮带中的机械共振） 环空腔共振（在轮胎的空气柱中的共振）

还包括一些放大或减小现象，因为它们大多数（但不是完全）与空气动力学相关。 这两个数字取自轮胎/道路噪声参考书4

各种产生和放大/减小机制在不同频率范围内是积极的或有效的。 没有一个简单的答案能回答哪个机制是最重要的，因为它们的相对贡献根据不同的轮胎，道路和操作条件而变化。 必须强调的是，对于交通噪声影响考虑，不仅生成机制，而且声音从源头到接收者的传播是非常重要的。 更多关于机制频率范围和它们之间的关系在参考文献4中提到。在各种报告中作进一步阅读。

4 轮胎/道路噪声的建模

一些研究机构，大学和轮胎和道路制造商的研发部门正在开发用于描述和量化导致噪声产生的基本轮胎/道路相互作用机制的模型。 可能，由于它更适合使用汽车轮胎，这些研究迄今主要集中在客车轮胎。 然而，卡车轮胎产生的噪声通常是占主要的地位，并且预期在将来变得越来越重要，因此在不久的将来需要更加强调卡车轮胎噪声建模。

最常被引用的模型可能是在瑞典应用声学部查尔默斯理工大学部门设计的模型。 该模型的结构如图1所示。作为高级建模中所需的所有组件的说明。

在本章有限的空间中，用非常先进和复杂的物理工具审查各种模型，是不现实的。 于此相反，一些参考模型和建模工作列在参考文献中。6,8 - 23（这个列表并不完整，我们对未列出的那些表示道歉）。

5测量方法

5.1主要用于轮胎研究的方法

图4轮胎/道路噪声的空气动力学相关生成和放大机制。

图3轮胎/道路噪声产生的振动相关机制（胎面冲击和粘附）。

一种用于开发测试轮胎的方法在ISO 13325.2中规定。这中指定了用于测量轮胎/道路噪声的惯性方法; 也就是说，测试车辆在发动机关闭的情

况下惯性地越过麦克风位置。 车辆每侧都有一个麦克风（通常简化为仅一侧），距离车辆路径中心7.5米，高出地面1.2米。 如图3中所示。 图7也适用于该方法，但是理想情况下，应该在测试车辆的两侧进行测量。

实验室转鼓设备通常针对于轮胎的噪声研究; 在鼓表面容易更换的情况下，鼓也可用于路面研究。 特别地，在轮胎的开发阶段期间是有用的。 通常，测试轮胎在旋转滚筒上滚动; 但

是当滚筒固定并且轮胎围绕滚筒驱动时也存在这种情况。 两个不同的转鼓设施如图1所示。 此外，测试轮胎可以在滚筒的外侧或在其内侧上旋转。 没有用于鼓测量的标准方法，但是经常使用在下一部分中描述的紧密接近（CPX）方法中的麦克风的设置。 关于实验室转鼓方法的两个主要问题是（1）具有代表性的鼓表面 和（2）鼓曲率。

图5瑞典查尔姆斯大学开发的轮胎/道路噪声模拟模型。 （图片使用权限。）

早期，鼓设施使用的滚筒表面只是普通钢表面或称为“安全步行”的砂纸状表面。这些表面产生的噪音排放完全不代表实际道路。 如今，许多设施使用通过使用成型技术制成实际路面的复制品的表面。 原则上，可以具有在滚筒上快速地交换的几个这样的路面复制品的能力。

对鼓噪声发射的曲率影响的研究表明，它是相当小或有中等的影响。 对于汽车轮胎，似乎鼓直径低至1.5m是可以接受的，对于卡车轮胎，则最好至少2.5m。在美国，大多数鼓设施使用3-m鼓（直径10英尺）。 然而，即使满足这样的要求，毫无疑问，曲率将在一定程度上影响噪声。尽管在许多情况下可以相对于其他测量误差而忽略。

图6格但斯克工业大学（TUG）在波兰（上部）和美国安全，安静和耐用公路研究所（SQDH）的实验室鼓设施（底部）。 只有TUG鼓的顶部在地板上方可见。 （许可使用的图片）。

5.2主要用于路面研究的方法

在1997年发布了一个用于测量交通噪声（ISO 11819-1）2的路面影响的ISO标准。它被称为统计传递（SPB）方法，并依赖于对汽车和重型车辆的统计选择的路边测量 通过麦克风（每个类别至少80辆车）。 在噪声对车辆速度的回归分析中处理测量，从中确定称为统计通过指数（SPBI）的指数，该指数是在选定的参考速度下特定路面的特征车辆声压级。 该方法满足上述类型测试需要，并且目前被广泛使用。 旨在改进该方法的某些细节的修订正在进行中。 图7说明了SPB方法。

为了满足生产（COP）测试和一般调查的需要，ISO正在进行工作，以使被称为近距离（CPX）方法的轮胎/道路噪声的测量方法标准化，该方法以前称为“拖车方法。“紧密接近是指该方法的原理，其意味着麦克风（在这种情况下是两个麦克风）靠近在路面测试部分上滚动的测试轮胎定位。在以前的草案中已经定义了不同设计的四个试验轮胎，但是在将来的草图中这将减少到两个轮胎。测试轮胎通常安装在由汽车或货车拖曳的拖车上，但是测试轮胎也可以是货车或汽车的正常四个轮胎中的一个。委员会草案ISO / CD 11819-2于2000年被接受，并且正在进行新的ISO草案，其中CPX方法用于比较路面的噪声特性的测量。 CPX方法已经广泛使用，基本上在欧洲和美国，但是在ISO中同意，它不能取代SPB方法作为分类路面的主要方法;它仅用于调查和生产符合性测试。图8示出了根据在ISO中制定的初步方法设计用于CPX测量的车辆的一个示例。在轮胎/道路噪声参考书中显示了更多的设备。

根据ISO工作的CPX方法的测量基于麦克风中的声压级的测量。 然而，在美国，一些人优选使用强度探头（这也使用两个麦克风）并且测量声音强度而不是声压.声音强度测量在本手册的第45章中描述。

声音强度测量相对于声压测量具有一些优点，但也存在缺点，限制和问题。 在美国使用的设置通常类似于图1中的示例。美国研究人员在具有相似轮胎的测试车辆上的声强CPX测量和巡航测量之间获得了极好的相关性.研究人员正在争论利弊，但是当写这个时，声强度方法正在发展成 在美国可能的国家标准，而它在欧洲和国际层面由于其缺点被拒绝。

标准化SPB和CPX方法的工作已经并正在ISO / TC内进行43 / SC 1 / WG 33，而欧盟（EU）项目SILVIA进一步研究了这些方法，并对其使用提供了详细指导. ISO 133252标准有时也用于路面的比较。 这种变化是所谓的控制传递（CPB）方法，大多在法国实行，其中有一些特殊的测试车辆和测试轮胎被用作以恒定速度运行通过待测试路面上的麦克风的测量对象。许多“低噪声”道路路面具有显着的吸声特性。 ISO / TC 43 / SC这个标准负责进行这方面的工作，即用于原位测量吸收特性。已经得出结论的是，ISO 13472-1,2是一种自由场方法，测量几平方米的表面，具有由道路上方的扬声器发出的特殊信号，并且麦克风拾取信号进一步的进行高级处理。另一个

方法是利用测量相对小的斑点的吸收的管方法，来达到具有更好的低吸收分辨率的原位方法。这些方法至今主要用于研究和开发。

方法的比较。1998年夏天在欧洲进行了一项测试CPX方法和今天使用的几种拖车的国际实

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