Изучение влияния ряда эксплуатационных и конструктивных параметров шины на ее шум

УДК 621.863.2

ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ РЯДА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ И КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ШИНЫ НА ЕЕ ШУМ

А.Н. Ларин, профессор, д.т.н., В.А. Карпенко, профессор, д.т.н., И.М. Баранник, аспирант, Ю.Н. Безкоровайный, аспирант,

ХНАДУ

Аннотация. Проведены экспериментальные исследования по замеру шума автомобильной шины одинаковой модели и посадочного радиуса, но с различными комбинациями высоты и ширины профиля. Описана методика проведенных экспериментальных исследований.

Ключевые слова: звук, скорость, автомобильная шина, геометрические параметры шины.

Введение

В настоящее время - время развития техники и передовых технологий в технике наблюдается значительное усовершенствование транспортных средств, как в конструктивных направлениях, так и в эксплуатационных характеристиках. Одним из интересующих нас факторов развития является уменьшение акустического излучения транспортного средства в целом и его отдельных агрегатов, таких как двигатель, КПП, главная передача. Проанализировав общую картину излучаемого автомобилем шума, можно заметить, что автомобильная шина излучает сопоставимый по сравнению с вышеперечисленными агрегатами шум.

Шум автомобильной шины зависит от эксплуатационных и конструктивных параметров (скорость движения автомобиля, давление воздуха в шине, нагрузка, состояние покрытия поверхности дороги, условная ширина профиля, номинальное соотношение высоты профиля к ширине, посадочный диаметр обода, модель и др.).

Анализ публикаций

В последнее время все больше внимания стали уделять изучению шума отдельных агрегатов автомобиля и пневматических шин. Шины считаются одним из основных источников излучения звука автомобилем, в связи

с этим специалисты многих стран предполагают, что в области снижения уровня внешнего шума за счет его шин имеются значительные резервы [10].

В результате последних исследований, проведенных во многих странах мира [3], было установлено, что шум шин, долгое время считавшийся незначительным, при определенных условиях движения и снижении шума, излучаемого другими агрегатами, может оказаться доминирующим.

Излучение звука пневматической шиной при взаимодействии с дорожной поверхностью определяется различными факторами, которые зависят как от условий эксплуатации, так и от конструктивных особенностей шины, что отображено в работах [16, 7, 12, 14, 13].

Исследования, представленные в работах [17, 8], подтвердили, что шина является одним из основных источников шума автомобильного транспорта, движущегося со скоростями, превышающими 50 км/ч.

В настоящее время уже доказано, что для легковых автомобилей на скоростях 70 - 80 км/ч шум шин превосходит шум остальных агрегатов автомобиля в среднем на 2 дБА. Осуществление комплекса мероприятий, направленных на снижение шума от взаимодействия пневматической шины с поверхностью дороги, позволяет снизить уровень

общего шума автомобиля за счет уменьшения шума шин не менее чем на 7 - 10 дБА [10, 11].

Уровни излучения звука всех источников зависят от скорости движения автомобиля, однако степень этой зависимости различна. В работе [18] Фланаган показывает, что с ростом скорости движения автомобиля уровень звукового давления повышается для шин как легковых, так и грузовых автомобилей, независимо от типа, модели и рисунка протектора.

В работе [4] Hikling R. и Osvald L. показали, что аэродинамические шумы значительно слабее других компонентов внешнего шума автомобиля при скоростях движения до 100 км/ч для грузовиков и при скоростях до 130 км/ч для легковых автомобилей. Таким образом, в основном диапазоне скоростей движения доля шума шин во внешнем шуме превосходит долю аэродинамического потока воздуха около автомобиля.

В работах [13, 2] Walker, Major, Close показывают, что уровень шума шин, взаимодействующих с дорогой, возрастает на 9 - 12 дБА при каждом увеличении скорости в два раза. Уровень шума двигателя также возрастает с увеличением скорости движения, однако степень этого увеличения значительно меньше, чем для шин, а это, в свою очередь, приводит к тому, что при определенном значении скорости уровень шума шин начинает превосходить уровень шума двигателя.

Необходимо отметить, что очень велика степень влияния рисунка протектора шины на внешний шум автомобиля. Поэтому шины с поперечно-расчлененным рисунком и с крупными элементами в рисунке влияют на внешний шум автомобиля уже при скоростях движения от 30 км/ч для легковых автомобилей и свыше 60 км/ч для грузовых автомобилей [1, 9].

Уровни шума других систем и агрегатов автомобиля приблизительно соответствуют уровням шума пневматических шин или могут быть ниже. Поэтому уже на скоростях около 20 км/ч шум силовых агрегатов легкового автомобиля не маскирует шум шин [3].

Создание автомобиля, излучающего малые уровни внешнего шума, не превышающие 74 дБА, требует, чтобы уровень шума шин

взаимодействующих с дорожной поверхностью при движении со скоростями от малых до высоких, не превышал 72 дБА. Уровень шума двух других мощных источников - силового агрегата и трансмиссии - также должен находиться в пределах 72 дБА, тогда, как следует из особенностей единиц, которыми измеряются уровни шума, общий уровень составит 74 дБА. Такие показатели для двигателя и трансмиссии в настоящее время уже достижимы, а для шин требуют дополнительных, более детальных исследований. Чтобы шум шин не оказывал вообще никакого влияния на формирование внешнего звукового поля, уровень этого шума не должен превышать 68-70 дБА [6, 15]. Результаты же многих исследований шума легковых и грузовых автомобилей показали, что шум серийно выпускаемых пневматических шин свободно катящегося автомобиля при скоростях 90-110 км/ч достигает 75-80 дБА для легковых автомобилей и 75-86 дБА - для грузовых.

Исследования влияния на шум геометрических параметров профиля шин, представленные в работах [5], позволили установить, что низкопрофильные шины, которые в настоящее время получают столь широкое распространение во многих странах, ведут за счет более широкого и менее короткого пятна контакта к некоторому увеличению уровней шума шин, взаимодействующих с дорогой. Более подробный анализ показал, что, например, для шин, имеющих Н/В = 0,6 и Н/В = 0,8, это увеличение составляет в среднем 0,7 дБА на гладком асфальте и 1,2 дБА на гладком бетоне по сравнению с аналогичными шинами с Н/В, близкими к 1,0. Показано, что и увеличение ширины профиля также приводит к возрастанию уровня звука. Это связано с увеличением числа элементов рисунка, взаимодействующих с дорожной поверхностью.

Цель и постановка задачи

Целью исследования является изучение влияния типоразмера автомобильной шины на шум, который она излучает. Провести сравнительный анализ экспериментальных исследований, выполненных в дорожных условиях, по замеру уровня шума автомобильных шин:

- одной модели с различными комбинациями высоты (И) и ширины (Ъ) профиля шины;

- одной модели с различным посадочным диаметром обода;

- одного типоразмера, но различной модели;

- одного типоразмера, с зимним, всесезон-ным дорожным и универсальным рисунком протектора.

Экспериментальные исследования

Лабораторно-дорожные испытания проводились в соответствии с требованиями ГОСТ 27436-87. Высота расположения микрофона 1,2 м от уровня дороги. Расстояние от микрофона до оси движения автомобиля 7,5 м. Уровень шумовых полей на испытательном участке не должен превышать 10 дБА. В качестве зачетного значения измерений принимается среднее значение пяти замеров для каждой шины, при одинаковой скорости движения автомобиля. При проведении испытаний использовались следующие предметы измерительной техники: секундомер, рулетка, шумомер типа ВШВ-003 и ШУМ-1М30, бортовой компьютер.

Наружный шум автомобильной шины измерялся на испытательном участке дороги в режиме свободного качения шины, с выключенным двигателем и на нейтральной передаче и в режиме разгона (в соответствии с РД 37.001.062 без полезного нагружения). Разметка измерительного участка и размещение микрофонов отвечали приведенным рис. 1. Уровень шума определяли на скоростях 60, 80, 100, 120 км/ч.

Рис. 1. Схема измерительного участка: АА и ББ - начало и конец измерительного участка; ВВ - осевая линия движения автомобиля

Результаты, полученные в процессе проведения экспериментальных исследований, приведены в графическом виде на рис. 2 - 6.

175/70R13, всесезонная

74 -72 -70 -б8 бб -

Ю б4-

б2 -б0 -

Бл^5н БЦ-20; 72,1 Бл^5н бЦ^ Б ; 73 ; 71,S »л^5н; " БЦ-20; 7 БЦ-4 272, Б Ц-20; 73 'Бл-SS БЦ-4S;

-4S Ц- Б ; 70,б

БЦ-51 ;

-51 ; б3

-51 ; 61,1

S

н; 74 73,6

55 б5 ° Бл-85н

75

-БЦ-1б

85 95

V, км/ч

105 115 125

БЦ-20 --БЦ-48 --БЦ-51 |

Рис. 2. Уровень шума в зависимости от модели шины

H/B БЦ-49, Volkswagen Passat, дорожный

185/65R14

V, км/ч

H/B БЦ-б, Volkswagen Passat, зимняя

77.5

77

£76,5

* 76 я

|75,5 =3 75 ==74,5

ш

§ 74 £"73,5 73

72.5

175/70R13;77 1

і

1 14 ; 77

75/70R

13;75

/70R14

175 ;75

175/70R13;73

175/70R14;73

70 75

175/70R13

85 90 95

— 175/70R14 I

100 105

V, км/ч

Рис. 3, 4. Уровень шума в зависимости от посадочного диаметра обода

H/B WQ-103, Volkswagen Passat, зимняя

“ 185/65R14 — 185/7 0R14

Рис. 5. Уровень шума в зависимости от высоты профиля шины

V, км/ч

БЦ - 40, всесезонная

— 185/70R14 — 195/70R14 ~]у , км/ч

Рис. 6. Уровень шума в зависимости от ширины профиля шины

Выводы

Выводы, сделанные в работе, основаны на лабораторно-дорожных испытаниях шин (ГОСТ 27436-87) производства Белоцерков-ского шинного завода:

Интенсивность шумоизлучения различных моделей шин, при прочих равных условиях (ширина профиля, соотношение высоты профиля к ширине, посадочный диаметр обода, нагрузка на колесо), может отличаться на 13 %;

Шумоизлучение автомобильных шин не зависит от посадочного диаметра обода (в диапазоне R13 - R14);

Шумоизлучение зависит от соотношения высоты профиля к ширине. Так, шины 70 серии приводят к росту шума на 2 %, по сравнению с шинами 60 серии, при прочих равных условиях (ширина профиля, посадочный диаметр обода, модель, нагрузка на колесо);

Шумоизлучение зависит от ширины профиля. Увеличение ширины профиля на 7 % приводит к росту шума на 4,5 %.

Литература

1. Chanaud R. C., Muster D. Aerodynamic noise

from motor vehicles // J. Of Acoustical Society of America. - July. - 1975. - V. 58. - №. 1. - Р. 31 - 38.

2. Close W. H. Should there be Truck Tire

Noise Regulations // Sound and Vibration.

- 1975. - №2. - Р. 24 - 27.

3. Harland D. G. Rolling Noise and Vehicle

noise // J. Of Sound and Vibration. - 1975.

- V. 43. - №2. - Р. 305 - 315.

4. Hickling R., Osvald L.V. Possible effect of

vehicle aerodynamic noise on SAE J57a passby noise measurements // SAE Paper.

- №762019. - 1976.

5. Hillquist R.R., Carpenter P.C. A basic study

of Automobile tire noise // Sound and Vibration. - February, 1974. - Р. 56 - 84.

6. Horland D. The Cost and Safety Aspects of

Quit Tire Use // Sound and Vibranion. -February, 1977. - Р. 18 - 22.

7. Leasure W. A., Bender E.K. Tire-road

interaction noise // J. Of Acoustical Society of America. - July, 1975. - V. 58. - №1. -Р. 39 - 50.

8. Mukai T. and other. On tyre noise // J. Of the

Society of Automative Engineere of Japan.

- 1974. - V. 28. - №3. - Р. 234 - 241.

9. Proceedings of the international tyre noise

conference. - Stockholm. - August, 1979.

10. Sandberg U. Will tyre/road nois limit future

vehicle noise reductions // Inter. Noise 82, proceedings. - S. Francisco. - 1982. -Р. 48 - 67.

11. Sir A., Wilson. Noise // Final report of the

Committee on the problem of Noise 2056.

- London. - H. M. Stationary Office, 1963.

12. Ulrich S. Der Mitielungspedel des Larmes

an Strabtn mit frei fliebendem Verkehr // Technishe Uberwachung, 1976. - Р. 9 - 17.

13. Walker J. C., Major D. J. Noise Generated at

the tyre-road interface // Stress Vibranion and Noise Analysis of Vehicles. - London, 1975. - Р. 181 - 199.

14. Waters P. E. Commercial road venicle noise

// J. of Sound and Vibration. - 1974. - V. 35.

- №2. - Р. 155 - 222.

15. Watkins L. H. A. Qiet Heavy Lorry // Commercial Motor. - 1974. - №22. - Р. 28

16. КарЙе нко В.А. Влияние условий эксплуа-

тации и конструктивных параметров шины на ее ресурс: Дис ... канд. техн. наук: 05.22.10. - Харьков, 1987. - 160 с.

17. Мидзугути М. и др. Дорожный шум лег-

кового автомобиля: Пер. с японского Мицубиси Дзюко Гихо. - 1977. - Т. 14. -№1. - С. 70 - 77.

18. Фланаган В. Картина шума качения шин

по данным последних исследований // Automotive Engineering. - 1972. - V. 80.

- №4. - Р. 15 - 19.

Рецензент: М.А. Подригало, профессор,

д.т.н., ХНАДУ.

Статья поступила в редакцию 31 июля 2008 г.