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第 10 章 / 共 12 章

第十章 · 滚动的轰鸣:轮胎与履带

前面九章的所有手段,都建立在一个默默的前提上:噪声源装在车上,你能包它、能隔它、能改它。

这一章的源不一样。它发生在车和地面接触的那一小块地方,露天、移动、无法封装,而且随着速度上升会以极快的速度反超所有人。

先看它涨得有多快

轮胎和履带噪声大致随速度的三次方增长——换算成分贝,速度每翻一倍,噪声上升约 9 到 10 dB

对照第一章的算术:10 dB 就是主观上「响一倍」。所以一台车从 20 公里每小时提到 40,行走噪声就翻一倍响;再提到 80,又翻一倍。而发动机噪声随转速的增长要温和得多。

两条曲线一定会交叉。交叉点之后,你在发动机上做的所有工作都不再影响总声级——第一章那条铁律换了个方向咬人。对乘用车来说这个交叉点大约在 50 到 60 公里每小时;对轮式特种车,因为发动机本来就吵,交叉点更高,但它一定存在。

大白话:低速时是发动机在响,高速时是地面在响。做降噪之前先确认,这台车主要在哪一边工作。

轮胎的三种响法

一、花纹块拍打。花纹块接触地面的瞬间是一次撞击,离开地面时又是一次弹开。一圈有多少个花纹块,一秒钟就发生多少次这样的敲击——又是一个严格周期性的动作,又是一根纯音(第九章的老问题)。解法同样是打破周期性:把花纹块做成不等距排列,尖峰被摊成宽带。这是所有现代轮胎花纹看起来「乱」的原因之一,不是美工随手画的。

二、泵气效应。花纹沟槽在接地时被压扁,槽里的空气被挤出去;离开地面时槽张开,空气又被吸进来。一进一出就是一个小气泵,一圈几十个花纹块就是几十个小气泵在高速工作。这是中高频「嘶——」声的主要来源。横向沟槽(越野花纹的大块)泵气最厉害,纵向沟槽好一些——但横向花纹恰恰是泥地抓地力的来源。

三、胎体振动。整条轮胎是一个环形的弹性体,被路面激励后会以自己的模态振动,并把振动传进悬架和车身(第八章那条结构路),在车内表现为低频的「隆隆」。

三者加起来的结论有点残酷:轮胎噪声和抓地力、耐磨性、滚阻是一组互相打架的指标。越野花纹越吵,是它作为越野花纹的代价,不是设计缺陷。

履带:把「撞击」写在原理里

履带车更极端。它的噪声机理里,撞击不是副作用,是工作方式本身。

销齿啮合冲击。驱动轮的齿一颗一颗咬进履带的销,每一次咬合都是一次金属对金属的撞击。频率是:齿数 × 驱动轮转速 ÷ 60——又一根可以用阶次分析直接认出来的纯音。

履带板落地。履带绕过驱动轮后,一块一块拍在地面上。每块板落地都是一次冲击,冲击频率由车速和履带节距决定。

多边形效应。履带绕在有限齿数的驱动轮上,走的不是圆,是一个多边形。这让履带的线速度在一圈里周期性地忽快忽慢,产生规律的张力波动和纵向振动——和齿轮的传递误差(第九章)是同一类问题。

能做的事不多,但都很有效:

为什么这一章的手段都在源头

你会注意到,这一章从头到尾没有出现「隔声罩」「吸声棉」这些词。

原因是行走噪声的辐射位置在车底和车轮附近,紧贴地面、四面敞开、还要允许悬架大行程运动。任何试图把它包起来的结构,都会挡住悬架、挂到石头、糊满泥。特种车的作业环境让「封装」这条路从一开始就不成立。

还剩两件事可以做,都不在轮子上:

一是挡它进驾驶室——地板加阻尼、轮罩内衬吸声材料、把地板上的每一个过孔封死(第七章那条「1% 的洞吃掉一半性能」在这里同样成立,而地板恰恰是过孔最多的地方)。这不降低车外噪声,但显著改善司机的一天。

二是降速。三次方规律反过来用:转场时慢 20%,行走噪声降约 3 dB。这不是技术方案,是使用方案,但在厂界噪声超标的项目里,它常常是唯一能立刻生效的那一条。

有些噪声不是被治好的,是被绕开的。承认这一点,比再糊一层吸声棉诚实。

说到这里,被动手段的边界基本划完了。下一章看看那条听起来最像魔法的路:用声音去消灭声音。

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