六、轮胎、车轴
车辆在行驶过程中振动、噪声的激励源有很多，大致包括路面的凸凹不平、轮胎、车轴、发动机动力传递系统等。其中路面的凸凹不平的冲击力首先传递到轮胎，引起轮胎的振动，因此，和路面的凸凹不平程度及轮胎有着很大的关系。总之，轮胎对汽车振动、噪声有着非常重要的影响。
但实际上轮胎对于振动、噪声的影响并没有得到很高的重视，相反在设计过程中对悬架、车身等各部件的振动、噪声特性给予了相当大的关注，并采取了最佳的设计方案。轮胎在汽车使用过程中因为磨耗以及用户对轮胎性能的偏好等因素，需要经常更换。结果造成轮胎的不平衡、偏差率以及材料不均等影响轮胎性能的情况发生，有可能造成振动、噪声问题的加剧。
1.轮胎的构造
（1）斜交式轮胎
斜交轮胎又称普通结构轮胎。指胎体帘布层和缓冲层相邻层帘线交叉，且与胎面中心线呈小于90°角排列的充气轮胎。这种轮胎纵向刚性好，适于在普通路面上中速行驶。
（2）子午线轮胎
子午线轮胎胎体的帘线与外胎断面接近平行，像地球子午线排列，帘线角度一般为0°，胎体帘线之间没有维系交点，当轮胎在行驶过程中，冠部周围应力增大，会造成周向伸张，胎体成辐射状裂口。因此子午线轮胎的缓冲层采用接近周向排列的帘线层，与胎体帘线角度成90°相交，形成一条几乎不能伸张的刚性环形带，把整个轮胎固定，限制轮胎的周向变形，这个缓冲层承受整个轮胎60%～70%的内应力，成为子午线轮胎的主要受力部件，故称之为子午线轮胎的带束层。
（3）带式斜交轮胎
具有斜交式轮胎和子午线轮胎的综合特性，胎体帘布层为斜交式的，在其上面填充两层玻璃纤维或者不锈钢环带。这种轮胎有着与斜交式轮胎相近的乘坐舒适性，和与子午线轮胎相近的耐磨性及操纵稳定性。图7.2.23为常见的几种轮胎构造示意图。
图7.2.23 轮胎构造示意图
2.轮胎与振动、噪声
轮胎与振动、噪声的关系，必须从以下三种情况下考虑。
1）轮胎产生强制振动激励时。轮胎自身的振动。
2）路面的凸凹不平引起的轮胎振动（弹性振动）。路面的凸凹不平激励。
3）轮胎胎纹的泵气效应。轮胎自身噪声。
由上述原因产生的振动、噪声现象有很多种情况，对于每一个具体的问题，轮胎所表现出来的特性是不同的，如图7.2.24所示。
图7.2.24 轮胎与振动噪声的关系
3.轮胎特性
（1）不平衡
如果轮胎在圆周方向上的重量分布不均，那么就会在车轴处产生不平衡力矩，称为轮胎不平衡。像轮胎这种旋转结构如果存在不平衡，那么在轮胎旋转1周时会产生1次振动，成为冲击、摆振的形成原因。
轮胎的不平衡主要是在制造过程中结构材料的误差造成的，在轮胎、车轮的组装过程中，车轮的不平衡及轮胎的不平衡会产生综合影响，如图7.2.25所示。
图7.2.25 轮胎的不平衡的影响
（2）轮胎不均
轮胎表面上看来是圆的，但是实际上在其结构及材质上，在设计、制造过程中不可避免地有不均匀性存在。
从广义来说，轮胎的重量、内部刚度以及尺寸上的平均性称为轮胎的均一性。
重量的平均性称为平衡性，尺寸的平均性称为真圆度，通常的均一性一般指刚度。
判断刚度的均一性时，将轮胎放置在旋转鼓上，保持旋转鼓的旋转轴与轮胎轴一定的距离，使旋转鼓旋转，测试轮胎与鼓面接触位置的反力。共包括以下几种类型的力（图7.2.26）：
1）RFV（radial force variation）。半径方向激励变动。
2）LFV（lateral force variation）。横向激励变动。
3）LFD（lateral force dimension）。横向激励平均值。
4）STV（steer torque variation）。转向盘力矩变动。
以上各种激励的变动量较小时则说明轮胎的均一性好。
图7.2.26 轮胎激励
在这些激励中，RFV是产生振动噪声最大的因素。
RFV激励受轮胎内气压、负载、轮胎材料等因素影响有细微的变化，其测试结果如图7.2.27所示。(https://www.daowen.com)
在轮胎旋转1周内具有一个峰值1次成分，旋转1周内有两个峰值的2次成分等。
其中1次成分与不平衡力矩一样都是车身冲击的主要影响因素，2次以上（特别是4次、8次）的成分则对轰鸣声、差拍声的贡献较大。
（3）纵向刚度
轮胎的弹性刚度是决定汽车乘坐舒适性的最主要的因素。轮胎的弹性刚度是由轮胎的构造及形状所决定的，特别是气压的影响最大。
轮胎的弹性刚度一般来说越小则乘坐舒适性越好。表7.2.13为弹性刚度的影响因素。
图7.2.27 轮胎激励成分构成
表7.2.13 轮胎的特性参数
（4）包容性能
当车辆通过道路上的接缝时，轮胎胎面能够将突起部分包围起来，以达到吸收冲击的目的。
通常，以车辆通过突起时的轮胎反力的大小来评价。
胎面的包容性能对接缝噪声的影响非常大。
子午线轮胎的胎纹刚度大，这容易弯曲变形，如图7.2.28所示，轮胎的包容性较差。
（5）固有振动频率与振动传递特性
在轮胎胎面上的某一点处施加激励，当激励的频率较低（30Hz以下）时，只是在施加激励的位置产生振动，当激励频率提高时，轮胎整体开始振动。例如，用锤子敲击轮胎时发出的声音，与轮胎的弹性振动有关，路面的凸凹不平对轮胎施加强制激励时所发生的“接缝噪声”“路面噪声”等的影响非常大。如图7.2.29所示，是在轮胎表面任意一点敲击时，轮胎的自由振动情况。
图7.2.28 轮胎类型与接地长度
图7.2.29 轮胎的固有振动
从轮胎与地面接触的点传递来的激励和车轴的振动输出激励之比（即振动传递率），与激励频率之间的关系，称为振动传递特性，轮胎的振动传递特性在很宽的范围内都有着明显的不同。如图7.2.30所示，是使用激振器在固定轮胎上施加激励时所测试得到的振动传递率。
从轮胎的固有振动例子中可以看到，斜交式轮胎和子午线轮胎的一阶模态固有频率各不相同，分别位于90Hz和140Hz附近，这是由它们的构造不同造成的。子午线轮胎的接缝噪声性能低于斜交式轮胎，是由于在第一阶模态（90Hz）附近的振动传递率大的缘故。相反，斜交式轮胎比子午线轮胎的路面噪声严重，是因为在140Hz附近的第一阶模态处的振动传递率大。
（6）胎纹形状
汽车轮胎的胎纹形状有多种多样，按照基本系列划分，如图7.2.31所示。
轮胎胎纹引起的胎面噪声，是因为轮胎在转动时，胎纹的沟槽反复变形，沟槽内的空气流动而引起了泵气噪声，以及胎面与地面接触时产生的连续敲打声。
图7.2.30 振动传递率
基于以上的发生原因，如果轮胎表面没有胎纹，即光滑轮胎则不会产生胎纹噪声；其次，在轮胎圆周方向上具有连续沟槽的罗纹式、蛇形沟槽胎纹的轮胎的噪声则较高。
凸缘式胎纹由于与前进方向几乎成直角，所以胎纹噪声是最高的。
胎纹的表面形状、沟槽的深度、沟槽的形状等条件是影响胎纹噪声的重要因素。
相同的基本构造、相同胎纹的轮胎，例如同样具有斜交式胎纹的罗纹轮胎，即使是不同的制造商或者品牌，相互之间的噪声级差是很小的。
图7.2.31 轮胎胎纹形状
图7.2.32 不同类型轮胎的噪声
从轮胎的构造上来看，子午线轮胎中插入了刚度较高的环形钢带，与地面接触部位的变形很小，而斜交式轮胎相对来说接地面的变形就很大，因此后者的泵气噪声要高于前者。
4.修理上的要点
以下三个方面与轮胎的振动噪声相关，需要加以重点关注：
1）摇摆、平衡的优劣。
2）均匀性的优劣。
3）胎纹种类。