輪胎的胎噪是哪裡來的？

12-09

這幾天給車換了四條輪胎。據忽悠換了一款胎噪最低的輪胎。可是既然輪胎與地面之間是靜摩擦的話（打滑急剎除外），那麼所謂的胎噪是哪裡來的呢？這個胎噪又是如何通過設計輪胎花紋來減小的呢？

下面的答案引用於我的另一個答案中的一部分
輪胎的胎紋是如何設計的？ - 謝中用的回答

輪胎花紋與輪胎噪音特性（長文警告，建議沒有深入研究興趣的同學大致看一遍就可以，喜歡研究的同學們可以多看看）

2.1 輪胎雜訊的產生原理
2.1.1 花紋塊撞地雜訊
輪胎行駛過程中，A點在接地之前速度是斜向下的，接地以後，產生接地印痕，速度水平，具體什麼的速度合成分解就不講了。放張圖就過去了。速度的改變是因為有力的作用。同樣的在B點也發生同樣的情況。撞擊力產生振動與雜訊。

2.1.2 花紋槽的泵浦雜訊

由於胎面橡膠是彈性體，因而在輪胎接觸地時，溝槽腔內空氣因體積減小而壓力增大，空氣被突然壓縮排出，形成類似噴射的雜訊，聲強度較大。而在輪胎接地後沿區輪胎離開地面時，溝槽腔體又恢復原狀，腔內空氣壓力變小，周圍空氣急速補充到腔體，被產生「撲」聲，聲強度較弱。腔中空氣被擠壓和月彭脹的泵浦效應，產生了花紋的雜訊

上面引用於一篇文獻，大家看一下。找個生活中相似的，就跟那種會叫的玩具娃娃，你捏它就會發出吱吱的聲音，然後鬆開它也能聽見那種進氣的聲音。

2.1.3 光面胎的隨機沙聲
光面胎很有意思啊，而且寬大的光面胎配合上輪輞帥氣的一逼。跟大家一開始想的不同，乾燥路面上光面胎的抓地力和操縱穩定性是高於有花紋的輪胎的。比如我們聽說過F1規定在輪胎上加幾條溝來限制過彎速度，保證比賽安全性。原理也可以在我的以前的回答中找到。在這裡就不安利給大家了。

在賽場的時候，當發動機的轟鳴聲響起，輪胎的雜訊就無所謂了，小巫見大巫。當發動機熄火以後，由人來推動賽車的時候，還是能聽到比較大的胎噪的。

由於光面胎不是絕對的光滑，而且路面上也存在著小沙粒和凹坑，在胎面和地面之間就會形成許多小空腔，其中的空腔被壓縮和膨脹時，就產生了不規則的沙沙聲，此即為隨機沙聲。對於有花紋的胎面，隨機沙聲能量很小，可以忽略不計。但是對於光面胎，隨機沙聲即是它的「花紋」雜訊。光面胎上的空腔大小是隨機的，與胎面相接觸的位置也是隨機的，而發聲原理與花紋塊和花紋溝腔體的發生原理相同。

另外還有喇叭筒效應和氣柱共鳴雜訊，有興趣的自己看一下，不具體講了。

2.2 低噪音輪胎的設計原理和設計原則
講設計原則之前先要講一下輪胎花紋的組成：
如圖所示，花紋將一組花紋塊稱為節距，節距並非一成不變的。事實上組成節距的花紋塊的尺寸設計也是有講究的。花紋塊之間的溝壑稱為花紋溝。

上面講了輪胎噪音的產生原理，涉及到花紋塊，花紋溝槽，花紋條的設計以及花紋節距排列等。下面直接給出輪胎花紋雜訊相關的設計準則：
1、 花紋塊的發聲與其面積有關，而與形狀無關。
2 、花紋溝槽的發聲與其長度、寬度和走向有關，與深度基本上無關。
3 、輪胎的節距比等參數應該採用不接近整數比的無理數比。

採用上面的設計準則設計之後，會通過相關的模擬系統進行發聲模擬，然後對結果進行對比分析，就可以得到低雜訊輪胎花紋的設計方案。

下面就是各部分的設計原則：
1.花紋塊設計原理
花紋塊的寬度比取無理數最好，素數比位於中間，倍數比最差。
2.花紋溝的設計
各花紋槽的寬度比為不接近整數比的無理數比最好。
3.花紋條數的選擇
輪胎花紋條數越多，輪胎花紋雜訊越小（但耐磨性、抓地力會相應下降）
4.節距的選擇
同花紋塊的設計原理一樣，節距比例取無理數最好，素數比位於中間，倍數比最差。