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孤立障礙物沖擊
2022-02-16 20:45:00· 來源：誤入輪胎NVH的釣魚人 作者：羅旭
01 概述輪胎可能受到來自路面孤立障礙物的沖擊，如路面接縫、減速帶、井蓋、橋峰或者小的凹坑等。這些障礙物高度在5-30mm之間，長度從幾毫米到幾厘米之間變化，
01 概述
輪胎可能受到來自路面孤立障礙物的沖擊，如路面接縫、減速帶、井蓋、橋峰或者小的凹坑等。這些障礙物高度在5-30mm之間，長度從幾毫米到幾厘米之間變化，它們可能高于路面或者低于路面。
在汽車駕駛室內(nèi)，司機(jī)和乘客都能感覺到?jīng)_擊，這種沖擊會產(chǎn)生多頻率的激勵，導(dǎo)致0~200Hz之間的力學(xué)和聲學(xué)振動，這些加速度感知的程度和持續(xù)時間的長短取決于安裝輪胎的類型，這種振動被稱之為沖擊平順性。當(dāng)行駛速度很慢時，可以感受到每個軸經(jīng)過障礙物，然而在高速時，這兩個振動幾乎是同時發(fā)生的。
02 產(chǎn)生的機(jī)制
為了弄清楚這種現(xiàn)象，我們考慮讓輪胎以非常低的速度越過矩形障礙條。
首先輪胎爬上障礙條時產(chǎn)生如圖（2）所示變形，然后包覆它，但是與它的輪廓不完全匹配（3），然后越過障礙條從另一側(cè)下來（4）。
隨著輪胎越過障礙物，車輪中心受到垂直載荷（沿著Z軸）和縱向載荷（沿著X軸）作用。當(dāng)對這兩個力進(jìn)行記錄時，施加在X軸上的力產(chǎn)生的是正弦信號，而沿Z軸的信號形狀像兩個駝峰。
隨著輪胎越過障礙物，可以觀察到兩個連續(xù)的響應(yīng)：
1）強(qiáng)迫響應(yīng)，與障礙條導(dǎo)致的輪胎形變一致；
2）自由響應(yīng)，與輪胎受到激勵的振動一致，自由響應(yīng)的幅值大小取決于強(qiáng)迫響應(yīng)的大小。
03 力的響應(yīng)
因為輪胎可以變形，所以它可以“包容”障礙物，因此，一旦輪胎越過障礙物，這種包覆能力會限制車輪中心的運(yùn)動和阻止車輪彈跳。
讓我們來對比下沒有輪胎的車輪和有輪胎的車輪分別越過障礙物的情況（見圖）。
當(dāng)越過障礙物時，輪胎的行為就像是彈簧一樣抵消這種高度差異，車輪中心位置稍有舉升，它幾乎沒有產(chǎn)生位移，其主要的力與輪胎的徑向剛度成比例。
04 輪胎吸收振動
在1920年，有研究證明充氣輪胎更優(yōu)于實體輪胎。
試驗條件：輕卡胎以20km/h速度越過一個15mm高的障礙物。
05 輪胎在路面上的響應(yīng)
存在兩個連續(xù)的響應(yīng)：
1）當(dāng)輪胎滾過障礙物時，它的行為像一個濾波器，減少載荷力傳遞給車輪中心；
2）越過障礙物之后，輪胎成為一個激勵源，當(dāng)滾過障礙物，輪胎開始恢復(fù)能量儲存，然后按照固有的模態(tài)振動。
滾過障礙物可以激勵一個或多個輪胎的固有模態(tài)，主要是第一整數(shù)階徑向模態(tài)（沿Z軸）和前四或五個半整數(shù)階徑向模態(tài)（沿X軸）。激勵頻率在0-200Hz之間，取決于滾過障礙物的速度。
輪胎振動產(chǎn)生的負(fù)載力首先施加在車輪中心，然后將力傳遞給車內(nèi)，這些力會導(dǎo)致聲學(xué)或力學(xué)的振動。因為人體對低頻振動的感覺更強(qiáng)烈，所以當(dāng)車輛低速行駛時，這類振動會更容易出現(xiàn)。然而，頻率在0-200Hz范圍內(nèi)，人體對噪聲的靈敏度隨頻率增加，高速行駛時會導(dǎo)致主要的聲學(xué)不舒適性。
06 輪胎對振動水平的影響
通過輪胎設(shè)計和合理選擇部件材料，特別是降低徑向剛度，可以獲得10% ~ 15%的力學(xué)舒適性指標(biāo)。
然而，實際的振動感知強(qiáng)烈與否取決于輪胎/輪輞總成和車輛之間的耦合。
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