轮胎噪音测试方法

技术概述

轮胎噪音测试是汽车工业和道路交通环境评估中的重要环节，随着汽车工业的快速发展和人们环保意识的增强，轮胎噪音问题日益受到关注。轮胎噪音不仅影响驾乘舒适性，还是道路交通噪声的主要来源之一。根据相关研究表明，当车辆行驶速度超过50km/h时，轮胎噪音成为车辆噪声的主导因素；而在高速行驶状态下，轮胎噪音可占整车噪声的70%以上。

轮胎噪音测试方法是指通过标准化的测试程序和的测量设备，对轮胎在特定条件下运转时产生的噪声进行定量测量和分析的技术手段。该测试方法的核心目的是评估轮胎的声学性能，为轮胎产品的设计优化、质量控制以及法规认证提供科学依据。

轮胎噪音的产生机理主要包括以下几个方面：首先是空气动力学噪声，由轮胎花纹沟槽与地面接触时空气的压缩和释放产生；其次是结构振动噪声，由轮胎与路面冲击引起的结构振动产生；第三是胎面摩擦噪声，由胎面与路面之间的摩擦作用产生。不同类型的轮胎和不同的路面条件下，这些噪声的贡献比例会有所不同。

国际上关于轮胎噪音测试的标准体系已经较为完善。联合国欧洲经济委员会制定的ECE R117法规对轮胎滚动噪声的限值和测试方法做出了明确规定，该标准已成为多个国家和地区采纳的重要技术法规。我国也相应制定了GB/T 22037等国家标准，对轮胎噪音的测试条件、测试程序、数据处理等方面进行了规范。

轮胎噪音测试技术的发展经历了从主观评价到客观测量、从简单测量到精细化分析的演进过程。现代轮胎噪音测试不仅关注A计权声压级，还涉及频谱分析、声强测量、声源定位等先进技术的应用。这些技术的发展使得轮胎噪音特性的研究更加深入，为低噪声轮胎的开发提供了强有力的技术支撑。

检测样品

轮胎噪音测试的检测样品主要涵盖各类机动车轮胎，根据不同的分类标准，可以划分为多种类型。了解检测样品的分类对于正确执行测试和合理解释测试结果具有重要意义。

按轮胎结构分类，检测样品主要包括：

• 子午线轮胎：目前应用最广泛的轮胎类型，具有胎体帘线呈子午线方向排列的特点，噪音特性相对较好
• 斜交轮胎：传统结构的轮胎，在某些特殊用途车辆上仍有应用
• 带束斜交轮胎：结合了子午线和斜交轮胎特点的过渡型产品

按用途分类，检测样品包括：

• 轿车轮胎：用于乘用车辆，是轮胎噪音测试中最常见的样品类型
• 轻型载重汽车轮胎：用于轻型货车、面包车等车辆
• 载重汽车轮胎：用于重型货车、大型客车等商用车辆
• 摩托车轮胎：两轮机动车辆专用轮胎
• 工程机械轮胎：用于各种工程机械设备的特种轮胎
• 农业机械轮胎：农业拖拉机及农业机械专用轮胎

按轮胎花纹特征分类，检测样品包括：

• 对称花纹轮胎：胎面花纹左右对称设计，噪音特性相对均衡
• 非对称花纹轮胎：胎面左右两侧花纹设计不同，需注意安装方向
• 单导向花纹轮胎：具有明确滚动方向的轮胎，排水性能优异
• 越野花纹轮胎：适用于非铺装路面，噪音通常较高
• 静音花纹轮胎：采用特殊降噪设计的低噪声轮胎产品

样品的制备和状态对测试结果有重要影响。在进行轮胎噪音测试前，样品需满足以下条件：轮胎应为全新未使用状态，无任何外观缺陷；轮胎需在标准环境条件下停放至少24小时，使其温度与环境温度平衡；测试前轮胎需按规定充气压力进行充气，并进行适当的磨合运行，以消除制造过程中的初始变形影响。

样品数量的确定需考虑测试目的和相关标准要求。对于型式认证测试，通常需要不少于3条同规格、同型号的轮胎样品；对于研发验证测试，可根据实际需要确定样品数量；对于质量控制测试，应按照抽样方案确定检测样本。

检测项目

轮胎噪音测试涉及的检测项目根据测试目的和标准要求有所不同，主要包括以下几个方面的测试内容：

首先是基础噪声测量项目，这是轮胎噪音测试的核心内容。基础噪声测量主要包括：

• 稳态滚动噪声测量：在恒定速度下测量轮胎滚动噪声的A计权声压级
• 滑行通过噪声测量：测量车辆以特定速度滑行通过测试区域时的噪声水平
• 加速通过噪声测量：在特定加速工况下测量轮胎噪声
• 不同速度点噪声测量：在多个速度点进行噪声测量，获取噪声-速度特性曲线

其次是频谱分析项目，通过对噪声信号进行频域分析，可以获得更丰富的声学信息：

• 1/3倍频程频谱分析：分析噪声在各个频段的能量分布
• 窄带频谱分析：获取更精细的频率分辨率，识别特定频率成分
• 噪声频谱特性研究：分析噪声频谱与轮胎结构参数的关系

第三类是声学特征参数测试项目：

• 等效连续声级测量：用于评价非稳态噪声的时间平均能量
• 噪声峰值测量：记录测试过程中的最大噪声水平
• 噪声脉冲测量：分析噪声的时间特性
• 声强级测量：采用声强探头测量噪声的能量流动特性

第四类是对比测试和评估项目：

• 不同路面条件下的噪声对比测试：研究路面特性对轮胎噪声的影响
• 不同载荷条件下的噪声测试：研究载荷对轮胎噪声的影响
• 不同充气压力下的噪声测试：分析轮胎气压对噪声的影响规律
• 湿滑路面噪声测试：评估轮胎在湿滑条件下的声学性能

第五类是声源定位和识别项目：

• 声源分布测试：利用声阵列技术确定轮胎表面噪声源分布
• 噪声产生机理研究：分析不同噪声成分的产生原因
• 轮胎振动模态测试：研究轮胎结构振动与噪声的关系

根据GB/T 22037和ECE R117等标准的要求，轮胎噪声限值测试是强制性的检测项目。不同规格和用途的轮胎对应不同的噪声限值要求，测试结果需与标准限值进行比较，判定是否符合要求。在进行限值测试时，需严格按照标准规定的测试条件、测试程序和数据处理方法执行，确保测试结果的准确性和可比性。

检测方法

轮胎噪音测试方法根据测试场景和技术原理的不同，可分为室外测试方法和室内测试方法两大类。每种方法都有其特定的应用场景和优缺点，在实际应用中需要根据测试目的和条件选择合适的方法。

室外测试方法是最接近实际使用条件的测试方式，主要包括拖车法和通过噪声法。拖车法是将被测轮胎安装在专用拖车上，由牵引车辆拖动行驶，在测试路面上测量轮胎滚动噪声。该方法具有以下特点：

• 测试条件接近实际使用状态，结果具有较好的代表性
• 可以测试各种规格的轮胎，适用范围广
• 受环境因素影响较大，需要严格的气象条件控制
• 测试效率相对较低，成本较高

通过噪声法是依据ECE R117等标准规定的主流测试方法，其测试程序如下：

• 测试场地准备：选择符合标准要求的测试场地，场地应满足背景噪声、路面特性等技术要求
• 气象条件确认：测试时的环境温度、风速等气象参数应在标准规定的范围内
• 车辆和轮胎准备：按规定选择测试车辆和轮胎样品，进行必要的磨合和状态调整
• 速度条件设定：按照标准规定的测试速度进行测试，通常为70km/h、80km/h等
• 数据采集：使用符合标准的声级计测量并记录噪声数据
• 数据处理：按照标准规定的方法进行数据修正和计算

室内测试方法是在实验室环境下进行的轮胎噪声测试，主要包括室内转鼓测试法和消声室测试法。室内转鼓测试法是将轮胎安装在转鼓试验机上，在室内环境下模拟路面行驶条件进行噪声测量。其特点包括：

• 测试条件可控性好，受环境因素影响小
• 可以进行全天候连续测试，效率高
• 可以准确控制测试参数，重复性好
• 转鼓表面与实际路面存在差异，需进行相关性修正

消声室测试法是在专门的消声室或半消声室中进行轮胎噪声测试，可以提供高精度的声学测量环境：

• 背景噪声极低，可以进行精细的声学测量
• 适合进行声源定位和声学特性研究
• 可以进行声强测量和声功率测定
• 设备投入大，测试成本高

声强测量法是一种先进的轮胎噪声测试方法，利用声强探头可以测量声场中声能流动的方向和大小。该方法的优势在于：

• 可以在普通声学环境下进行测量，降低对测试场地背景噪声的要求
• 可以识别噪声源位置，分析噪声传播方向
• 适合进行轮胎声功率的准确测定
• 测试设备较为复杂，对操作人员技术要求较高

近场声全息技术是一种新兴的轮胎噪声测试方法，通过布置在轮胎附近的传声器阵列，采集近场声压数据，经过计算重建声源分布图像：

• 可以直观显示噪声源的空间分布
• 适合用于轮胎降噪设计和优化
• 数据处理量大，需要软件支持

在进行轮胎噪音测试时，需要注意以下几个关键环节的控制：首先是测试环境的控制，包括温度、湿度、风速等气象参数的监测和记录；其次是测试设备的状态确认，包括声级计的校准、测试车辆的状态检查；第三是测试过程的规范执行，严格按照标准规定的程序进行测试；最后是数据的正确处理，包括温度修正、背景噪声修正等计算处理。

检测仪器

轮胎噪音测试涉及多种检测仪器设备，这些仪器的性能和精度直接影响测试结果的可靠性。了解各类检测仪器的特点和使用要求，对于正确执行测试具有重要意义。

声级计是轮胎噪音测试中最核心的测量仪器，用于测量环境噪声的声压级。按照精度等级，声级计可分为：

• 0级声级计：实验室标准级，精度最高
• 1级声级计：精密测量级，用于精密声学测量
• 2级声级计：通用测量级，用于一般性噪声测量

在轮胎噪音测试中，通常要求使用1级及以上精度的声级计。声级计应具备以下功能特性：

• 支持A计权测量，符合人耳听觉特性
• 具备快、慢时间计权功能
• 支持等效连续声级测量功能
• 具备峰值保持功能
• 频率范围应覆盖20Hz至20kHz

声校准器用于对声级计进行校准，确保测量结果的准确可靠。常用的声校准器包括：

• 活塞发声器：产生标准频率和声压级的声音信号，精度高
• 声级校准器：产生规定声压级的声音信号，使用方便
• 多频率校准器：可以在多个频率点进行校准

传声器是将声信号转换为电信号的传感器，其性能参数对测量结果有重要影响：

• 测量传声器：用于噪声测量，要求频率响应平直、动态范围宽
• 声强探头：由两个或多个传声器组成，用于声强测量
• 传声器阵列：由多个传声器规则排列组成，用于声源定位

转鼓试验机是室内轮胎噪声测试的核心设备，用于模拟路面行驶条件：

• 钢制转鼓：表面光滑，用于常规测试
• 覆层转鼓：表面覆盖安全路面材料，模拟实际路面
• 直径要求：标准转鼓直径通常为1.7米或2米
• 速度控制：应能准确控制转鼓转速，模拟不同行驶速度

数据采集与分析系统是现代轮胎噪音测试的重要组成部分：

• 多通道数据采集系统：可同时采集多个测点的噪声数据
• 频谱分析仪：进行噪声频谱分析
• 声学分析软件：进行数据后处理和声学特性分析
• 数据存储系统：存储测试数据和相关信息

环境监测仪器用于监测和记录测试环境条件：

• 温度计：测量环境温度和路面温度
• 风速风向仪：监测测试时的风速和风向
• 湿度计：测量环境相对湿度
• 气压计：测量大气压力

测试车辆和拖车系统是室外测试的必要设备：

• 标准测试车辆：符合标准规定的测试车辆
• 噪声测试拖车：专用于轮胎噪声测试的拖车系统
• 车辆状态监测设备：监测车速、发动机转速等参数

所有检测仪器在使用前应进行必要的校准和检定，确保仪器处于正常工作状态。声级计应定期送法定计量机构进行检定，声校准器应具备有效的校准证书。测试人员应熟悉各类仪器的操作规程，严格按照操作手册使用仪器设备。

应用领域

轮胎噪音测试技术在多个领域具有广泛的应用价值，对产品质量控制、法规认证、产品研发和环境保护等方面发挥着重要作用。了解这些应用领域有助于更好地认识轮胎噪音测试的意义。

在轮胎产品研发领域，轮胎噪音测试是低噪声轮胎开发的重要技术手段：

• 轮胎花纹设计优化：通过噪声测试评估不同花纹设计的声学性能
• 轮胎结构优化：研究轮胎结构参数对噪声的影响，进行结构优化
• 新材料应用评估：评估新型材料对轮胎噪声特性的影响
• 竞品对标分析：与同类产品进行噪声性能对比分析
• 降噪技术研究：开发和验证各种轮胎降噪技术

在质量控制和产品认证领域，轮胎噪音测试是必须的检测环节：

• 产品型式认证：按照法规要求进行噪声限值认证测试
• 生产一致性控制：监控批量生产产品的噪声性能
• 来料检验：对原材料和半成品进行声学性能检测
• 出货检验：确保产品在出厂前符合噪声性能要求

在汽车整车开发领域，轮胎噪音测试对于整车NVH性能开发具有重要意义：

• 整车噪声控制：评估轮胎噪声对车内噪声的贡献
• 轮胎选型：为整车选择声学性能合适的轮胎
• 悬架系统匹配：研究轮胎噪声与悬架系统的匹配关系
• 车型定位：根据车型定位选择相应噪声等级的轮胎

在道路建设和交通管理领域，轮胎噪音测试为低噪声路面的开发和应用提供技术支持：

• 低噪声路面研究：评估不同路面材料对轮胎噪声的影响
• 道路噪声预测：建立轮胎噪声与道路交通噪声的关系模型
• 噪声控制规划：为道路交通噪声控制规划提供依据
• 环保法规制定：为轮胎噪声法规制定提供技术数据

在环境保护领域，轮胎噪音测试是道路交通噪声管理的重要组成部分：

• 环境噪声监测：监测道路交通噪声中轮胎噪声的贡献
• 环境评价：进行建设项目环境影响评价中的噪声分析
• 噪声地图绘制：为城市噪声地图提供基础数据
• 降噪措施评估：评估各种交通噪声控制措施的效果

在学术研究领域，轮胎噪音测试为相关基础研究提供实验支持：

• 噪声产生机理研究：深入研究轮胎噪声的产生机理
• 传播特性研究：研究轮胎噪声的传播规律
• 主观评价研究：研究轮胎噪声的主观感受与客观测量的关系
• 预测模型研究：建立轮胎噪声预测模型

在消费者服务领域，轮胎噪音测试为消费者提供产品选择参考：

• 产品信息标注：为轮胎产品标注噪声等级信息
• 比较测试：进行不同品牌产品的噪声性能比较
• 消费指导：帮助消费者选择噪声性能合适的产品

常见问题

在轮胎噪音测试实践中，经常遇到一些技术问题和疑问。以下对常见问题进行解答，帮助相关人员更好地理解和执行轮胎噪音测试工作。

问题一：轮胎噪音测试对测试场地有什么要求？

轮胎噪音测试对测试场地有严格的技术要求。室外测试场地应满足以下条件：测试区域应为平坦、干燥、清洁的沥青或混凝土路面，路面粗糙度等参数应符合相关标准规定；测试区域周围应没有反射面，避免反射声对测试结果的影响；背景噪声应比被测轮胎噪声低至少10dB，否则应进行背景噪声修正；测试区域应满足标准规定的尺寸要求，确保测试过程的安全性和规范性。

问题二：环境因素对测试结果有哪些影响？

环境因素对轮胎噪音测试结果有显著影响。温度影响轮胎材料的物理特性，温度升高通常会导致噪声略有降低；风速和风向会影响声传播特性，标准通常规定测试时风速不应超过规定限值；大气压力和湿度会影响空气声速和声吸收，对高频噪声的影响更为明显；路面温度影响轮胎与路面的接触特性，进而影响噪声水平。因此，在测试过程中需要严格控制环境条件，并在数据处理时进行必要的修正。

问题三：轮胎磨合对测试结果有什么影响？

轮胎磨合状态对噪声测试结果有重要影响。新制造的轮胎由于制造过程中产生的毛刺、脱模剂残留等因素，初始噪声水平可能偏高。经过适当磨合后，轮胎表面状态趋于稳定，噪声特性也更接近实际使用状态。标准通常要求测试前对新轮胎进行规定里程的磨合行驶，以获得稳定可靠的测试结果。磨合里程和磨合条件应按照相关标准规定执行。

问题四：如何保证测试结果的可重复性和可比性？

保证测试结果的可重复性和可比性需要从多个方面进行控制：首先，严格按照标准规定的测试方法和程序执行测试；其次，使用符合精度要求的仪器设备，并定期进行校准；第三，控制测试环境条件在标准规定范围内；第四，对测试人员进行培训，确保操作的规范性；第五，建立完善的质量管理体系，对测试过程进行有效控制；最后，定期进行实验室间比对和能力验证，确保测试结果的一致性。

问题五：室内测试与室外测试结果如何换算？

室内测试与室外测试在测试条件上存在差异，测试结果需要进行相关性分析。转鼓测试的转鼓表面与实际路面存在差异，需要建立两者之间的相关关系。通常的做法是在标准规定的参考路面上进行室外测试，同时在转鼓上进行对比测试，建立修正系数或相关模型。不同规格的轮胎可能需要不同的修正方法，应根据具体情况进行分析和验证。

问题六：轮胎噪声限值是如何规定的？

轮胎噪声限值通常由相关法规或标准规定。不同类型的轮胎有不同的噪声限值要求，限值通常与轮胎的断面宽度和用途相关。例如，ECE R117法规对不同类型轮胎规定了相应的噪声限值，并随着法规版本的更新逐步加严。测试时，测量结果需按照标准规定的方法进行修正后，与限值进行比较判定。企业应根据目标市场的法规要求，确保产品噪声性能符合相应限值规定。

问题七：如何降低轮胎噪声？

降低轮胎噪声需要从多个方面进行优化设计。花纹设计方面，可以采用变节距设计、优化沟槽形状和排列、减小花纹块尺寸等方法降低花纹噪声；结构设计方面，可以优化轮胎轮廓、调整带束层结构、使用吸音材料等降低结构噪声；材料方面，可以开发使用低噪声胎面胶料，改善胎面与路面的接触特性；制造工艺方面，提高制造精度，减小轮胎不均匀性，也有助于降低噪声。

问题八：声强测量法与声压测量法有什么区别？

声压测量法测量的是声场中某点的声压大小，是最基本的噪声测量方法，操作简便，但容易受到环境反射和背景噪声的影响。声强测量法测量的是声场中声能流动的大小和方向，可以识别噪声源的位置，且对背景噪声不敏感，可以在普通声学环境下进行测量。声强测量需要使用专用的声强探头和配套的分析系统，对测试技术和设备要求较高。两种方法各有特点，应根据测试目的和条件选择合适的方法。