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孤立障碍物冲击

2022-02-16 20:45:00·  来源：误入轮胎NVH的钓鱼人  作者：罗旭  
　
01 概述轮胎可能受到来自路面孤立障碍物的冲击，如路面接缝、减速带、井盖、桥峰或者小的凹坑等。这些障碍物高度在5-30mm之间，长度从几毫米到几厘米之间变化，
01 概述
轮胎可能受到来自路面孤立障碍物的冲击，如路面接缝、减速带、井盖、桥峰或者小的凹坑等。这些障碍物高度在5-30mm之间，长度从几毫米到几厘米之间变化，它们可能高于路面或者低于路面。
在汽车驾驶室内，司机和乘客都能感觉到冲击，这种冲击会产生多频率的激励，导致0~200Hz之间的力学和声学振动，这些加速度感知的程度和持续时间的长短取决于安装轮胎的类型，这种振动被称之为冲击平顺性。当行驶速度很慢时，可以感受到每个轴经过障碍物，然而在高速时，这两个振动几乎是同时发生的。
02 产生的机制
为了弄清楚这种现象，我们考虑让轮胎以非常低的速度越过矩形障碍条。
首先轮胎爬上障碍条时产生如图（2）所示变形，然后包覆它，但是与它的轮廓不完全匹配（3），然后越过障碍条从另一侧下来（4）。
随着轮胎越过障碍物，车轮中心受到垂直载荷（沿着Z轴）和纵向载荷（沿着X轴）作用。当对这两个力进行记录时，施加在X轴上的力产生的是正弦信号，而沿Z轴的信号形状像两个驼峰。
随着轮胎越过障碍物，可以观察到两个连续的响应：
1）强迫响应，与障碍条导致的轮胎形变一致；
2）自由响应，与轮胎受到激励的振动一致，自由响应的幅值大小取决于强迫响应的大小。
03 力的响应
因为轮胎可以变形，所以它可以“包容”障碍物，因此，一旦轮胎越过障碍物，这种包覆能力会限制车轮中心的运动和阻止车轮弹跳。
让我们来对比下没有轮胎的车轮和有轮胎的车轮分别越过障碍物的情况（见图）。
当越过障碍物时，轮胎的行为就像是弹簧一样抵消这种高度差异，车轮中心位置稍有举升，它几乎没有产生位移，其主要的力与轮胎的径向刚度成比例。
04 轮胎吸收振动
在1920年，有研究证明充气轮胎更优于实体轮胎。
试验条件：轻卡胎以20km/h速度越过一个15mm高的障碍物。
05 轮胎在路面上的响应
存在两个连续的响应：
1）当轮胎滚过障碍物时，它的行为像一个滤波器，减少载荷力传递给车轮中心；
2）越过障碍物之后，轮胎成为一个激励源，当滚过障碍物，轮胎开始恢复能量储存，然后按照固有的模态振动。
滚过障碍物可以激励一个或多个轮胎的固有模态，主要是第一整数阶径向模态（沿Z轴）和前四或五个半整数阶径向模态（沿X轴）。激励频率在0-200Hz之间，取决于滚过障碍物的速度。
轮胎振动产生的负载力首先施加在车轮中心，然后将力传递给车内，这些力会导致声学或力学的振动。因为人体对低频振动的感觉更强烈，所以当车辆低速行驶时，这类振动会更容易出现。然而，频率在0-200Hz范围内，人体对噪声的灵敏度随频率增加，高速行驶时会导致主要的声学不舒适性。
06 轮胎对振动水平的影响
通过轮胎设计和合理选择部件材料，特别是降低径向刚度，可以获得10% ~ 15%的力学舒适性指标。
然而，实际的振动感知强烈与否取决于轮胎/轮辋总成和车辆之间的耦合。

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