静态工况下轮胎模态振动行为的影响因素分析

摘要：轮胎的NVH性能一直是汽车行业关注的焦点。在轮胎的研发过程中，对轮胎模态振动行为的研究显得尤为重要。本文主要讨论静态工况下轮胎模态振动行为的影响因素，并深入分析环境温度、气压、载荷、边界条件、老化周期、装配轮辋、测点数量、测点位置等因素对轮胎振动行为的影响，旨在为轮胎NVH性能的提升提供方向。

关键词：轮胎，模态振动行为，NVH性能，静态工况，影响因素

一、引言

随着汽车工业的不断发展，人们对汽车NVH（噪声、振动和刚度）性能的要求也越来越高。作为汽车NVH性能的关键组成部分之一，轮胎的NVH性能对汽车的整体性能和驾驶舒适度有着重要的影响。因此，研究轮胎的振动行为和NVH性能，对于提高汽车的安全性、舒适性和竞争力具有十分重要的意义。

轮胎的振动行为通常包括模态振动和自由振动两种情况。其中，模态振动是指在受到一定激励后，轮胎呈现出固有的振动模式；自由振动是指轮胎在没有任何外力作用下自然地发生振动。针对轮胎的振动行为，一般会分为静态工况和滚动工况两个方向进行研究。其中，静态工况主要研究轮胎受载荷、温度等因素影响下的振动行为；而滚动工况主要研究轮胎在滚动状态下的振动行为。

本文主要针对静态工况下轮胎的模态振动行为进行研究，分析环境温度、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振动行为的影响。

二、环境温度对轮胎振动行为的影响

环境温度是影响轮胎振动行为的重要因素之一。一般来说，随着温度的升高，轮胎的振动幅值也会增加。这是因为温度的升高会导致轮胎材料的刚度变化，进而影响轮胎的振动特性。

具体来说，随着温度的升高，轮胎的橡胶材料会变得更加柔软，其动态弹性模量和内耗角正切值都会降低。这意味着轮胎在受到外力激励时，容易发生大幅度的振动，并且振动能量也会更容易耗散。另一方面，轮胎在高温下的材料变形也会导致轮胎的结构刚度发生变化，进而影响轮胎的振动特性。例如，在高温下，轮胎的内部空气压力会升高，轮胎的侧向刚度也会下降，从而导致轮胎容易发生侧倾等不稳定运动。

因此，为了减少环境温度对轮胎振动行为的影响，轮胎研发过程中应该考虑到不同温度下轮胎的振动特性，并选择适当的材料和结构来保证轮胎的振动性能。

三、气压对轮胎振动行为的影响

气压是影响轮胎振动行为的另一个重要因素。一般来说，轮胎的气压越高，其振动频率也会越高，而振动幅值则会降低。这是因为气压的升高会导致轮胎的结构变得更加刚硬，进而影响轮胎的振动特性。

具体来说，当轮胎的气压升高时，轮胎的内部空气会占据更多的体积，从而使轮胎的刚度变大。此外，气压的升高还会使轮胎的形状发生变化，从而影响轮胎的接地面积和接触压力分布，进而影响轮胎的振动特性。

因此，在轮胎研发过程中，需要考虑到不同气压下轮胎的振动特性，并通过调整轮胎的结构和材料来保证轮胎的振动性能。

四、载荷对轮胎振动行为的影响

轮胎承载的载荷也是影响轮胎振动行为的重要因素之一。一般来说，随着轮胎承载的载荷的增加，轮胎的振动幅值也会增加。这是因为轮胎承载的载荷会使轮胎的结构变形，进而影响轮胎的振动特性。

具体来说，当轮胎承载的载荷增加时，轮胎的断面形状会变得更加扁平，轮胎的形变也会增加。此时，轮胎的刚度也会相应地变小，振动幅值也会增加。另一方面，轮胎承载的载荷还会影响轮胎的接地面积和接触压力分布，进而影响轮胎的振动特性。

因此，在轮胎研发过程中，需要考虑到不同载荷下轮胎的振动特性，并通过调整轮胎的结构和材料来保证轮胎的振动性能。

五、边界条件对轮胎振动行为的影响

轮胎的振动行为还受到边界条件的影响。例如，轮胎在不同的安装位置和装配方式下，其振动特性也会发生变化。

具体来说，轮胎在不同安装位置下受到的激励和边界条件也会发生变化，进而影响轮胎的振动特性。例如，轮胎在前轮和后轮的安装位置下，其振动特性可能会存在较大差异。此外，轮胎的装配方式和轮辋的刚度等因素也会影响轮胎的振动特性。

因此，在轮胎研发过程中，需要考虑到不同边界条件下轮胎的振动特性，并通过调整轮胎的结构和材料来保证轮胎的振动性能。

六、老化周期对轮胎振动行为的影响

轮胎的老化周期也会影响轮胎的振动行为。一般来说，随着轮胎老化周期的增加，轮胎的振动幅值也会增加。这是因为轮胎的老化会导致轮胎材料的刚度变化，进而影响轮胎的振动特性。

具体来说，轮胎的老化会导致轮胎橡胶材料中的添加剂流失，从而使轮胎的材料变得更加硬化，其动态弹性模量和内耗角正切值都会增加。这意味着轮胎在受到外力激励时，振动幅值也会增加。另一方面，轮胎的老化还会导致轮胎的形变，进而影响轮胎的振动特性。

因此，在轮胎研发过程中，需要考虑到不同老化周期下轮胎的振动特性，并通过选择适当的材料和结构来保证轮胎的振动性能。

七、装配轮辋对轮胎振动行为的影响

轮辋的刚度和结构也会影响轮胎的振动行为。例如，轮辋的结构和重量分布等因素会影响轮胎的振动特性和模态分布。此外，轮辋的装配方式和轮辋与轮胎的配合度也会影响轮胎的振动行为。

具体来说，轮辋的刚度和结构会影响轮胎的接触面积和接触压力分布，进而影响轮胎的振动特性。例如，轮辋的刚度过大或过小都会影响轮胎的振动特性。此外，轮辋的装配方式和配合度不良也会导致轮胎的振动问题。

因此，在轮胎研发和设计过程中，需要考虑到轮辋的刚度和结构，以及轮辋与轮胎的配合度等因素，并通过调整轮胎的结构和材料来保证轮胎的振动性能。

八、测点数量和测点位置对轮胎振动行为的影响

测点数量和测点位置也是影响轮胎振动行为的重要因素之一。在轮胎的振动测试中，选择合适的测点位置和测点数量对于准确评估轮胎的振动特性至关重要。

具体来说，测点的数量和位置应该能够覆盖轮胎各个部位的振动情况，并能够准确评估轮胎的模态特性和振动幅值。此外，测点的数量和位置还需要根据测试要求和测试设备的限制等因素进行合理的调整。

因此，在轮胎的振动测试中，需要根据测试要求和测试设备的限制等因素选择合适的测点位置和测点数量，以确保测量数据的准确性和可靠性。

结论

综上所述，环境温度、气压、载荷、边界条件、老化周期、装配轮辋、测点数量和测点位置等因素都会影响轮胎的振动行为。为了设计出具备良好的NVH性能的轮胎，需要考虑到这些因素对轮胎振动行为的影响，并通过选择适当的材料和结构，以及合理的设计和调整来保证轮胎的振动性能。

具体来说，轮胎研发和设计过程中应该考虑到不同环境温度、气压、载荷、边界条件、老化周期、装配轮辋、测点数量和测点位置等因素对轮胎振动行为的影响，并通过调整轮胎的结构和材料来保证轮胎的振动性能。此外，在轮胎的振动测试中，还需要选择合适的测点位置和测点数量，以确保测试数据的准确性和可靠性。

因此，综合考虑以上因素是设计出具有良好NVH性能的轮胎的关键。