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轮胎模态影响因素分析01
2022-02-11 22:49:46· 来源：误入轮胎NVH的钓鱼人 作者：罗旭
01 概述研究轮胎的模态振动行为一般分为静态工况和滚动工况两个方向进行，弄清楚结构因素和非结构因素对轮胎振动行为的影响便于有针对性的设计出具备良好的NVH性
01 概述
研究轮胎的模态振动行为一般分为静态工况和滚动工况两个方向进行，弄清楚结构因素和非结构因素对轮胎振动行为的影响便于有针对性的设计出具备良好的NVH性能的轮胎，并为OE配套解决NVH痛点提供方向。
本文我们主要讨论静态工况下轮胎模态的动态行为，其中包括环境温度、气压、载荷、边界条件、老化周期、装配轮辋、测点数量、测点位置等非结构因素对轮胎模态的影响。
02 结果分析
通常我们进行轮胎模态试验的时候要求环境温度为室温，而室温的定义包括：23℃±2℃、25℃±5℃和20℃±5℃三类，通过试验我们发现温度的变化对轮胎模态的频率还是存在影响的，如图1所示，温度变化3℃对各阶模态频率影响很小，频率变化为0.5%。降低至7℃时，模态频率变化明显，且越高阶频率增大越大，因此，轮胎模态试验环境温度变化波动范围控制在±1.5℃是合适的。
图1
环境温度变化对空腔模态频率也有影响，空腔频率随着温度升高而增大，每升高3-4℃，频率增大约1Hz。由于轮胎空腔频率fc与声速c成正比，与波长成反比，声速c与腔体内部温度成正比，波长近似等于轮胎內腔中心周长，受温度变化影响很小，所以轮胎空腔模态的频率与温度成正相关，如图2所示。
图2
测点数量和激励位置对模态频率的影响几乎可以忽略，如图3、4所示，因为固有频率是系统的全局特性，即使是单点激励单点响应也可以识别出结构的固有频率，但是测点数量对模态振型是有影响的，测点数量不够将导致高阶模态振型会混成低阶模态振型，如图5所示，8个测点就会将5瓣模态振型混成3瓣模态振型。
图3
图4
边界条件主要影响结构的刚度和质量，因此对固有频率的影响也不能忽略，如图6、7所示，当边界由弹性绳（类自由边界）换成中心固定（约束边界）时，刚体模态的频率变化明显，弹性体模态频率几乎不变。
图6
图7
轮辋也是影响轮胎模态频率一个重要因素之一。汽车上装配的都是商用铝合金轮辋或商用铁质轮辋，而实验室通常采用的是钢制试验轮辋或锻铝试验轮辋，以商用铝合金轮辋和钢制试验轮辋为例说明，这两类轮的模量相近，重量相差1倍，通过试验发现装配不同轮辋主要影响刚体模态，对弹性体模态的影响可以忽略不计，如图8、9所示。
图8
图9
另一个重要的影响因素便是轮胎充气压力，增加充气压力，相当增加了系统的刚性，轮胎各阶模态频率随气压增大而变大，气压变化0.5bar，频率变化5%~14%，高阶弹性体模态更容易受气压影响。轮胎充气压力对空腔模态频率也有影响，随气压增大而增大，气压变化0.5bar，空腔模态频率变化0.3%~0.6%，如图10、11所示。
图10
图11
轮胎加载载荷也会影响其模态的频率，从标准载荷的25%逐渐增大到100%，以25%为间隔进行试验，结果发现主要受接地区域的影响，载荷增加25%，频率增加0.3%~1.3%；1阶垂向空腔模态频率随载荷增大而增大，载荷每增加25%，频率约增加0.65%，如图12、13所示。
图12
图13
最后，我们讨论下悬挂方式对模态频率的影响，从图14中可以看出，悬挂方式的不同并不会影响轮胎的固有频率频率。
图14
03 总结
通过以上一系列的试验分析，我们可以得到轮胎模态频率影响因素表，如图15所示。
图15
本次内容就跟大家分享到这里，欢迎各位同行指正批评。
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