本发明涉及一种充气轮胎胎面花纹，更具体地说是涉及一种降低轮胎管腔共振噪声的充气轮胎胎面花纹。
背景技术：
在汽车发动机噪声和车身振动噪声得到良好控制之下，轮胎噪声在汽车噪声中的占比进一步扩大。轮胎管腔共振噪声是轮胎噪声主要来源之一，轮胎管腔共振噪声是由轮胎胎面的纵沟与地面形成两端开口的管道所产生的气柱共鸣引起的，其一般是在800-1200hz范围内产生，正处于人耳敏感频段，因此，控制轮胎管腔共振噪声是保护驾驶人员身心健康的重要措施。
为了降低轮胎管腔共振噪声，已有提出在胎面设置亥姆霍兹共鸣器，其狭窄颈部开口连通纵沟，腔体端部止于接地胎面，多个相同的共鸣器沿轮胎纵沟周向连续布置。但是，相关技术存在如下问题：
1、亥姆霍兹共鸣器在降低轮胎管腔共振噪声的同时，会与纵沟产生两个较为明显的共振峰值，这两个峰值虽然低于纵沟产生的管腔共振峰值，但是仍然分布在约800-1200hz频段范围内，引起人耳不适，因此该峰值仍需进一步得到控制；
2、由于轮胎管腔共振噪声是在800-1200hz宽频范围内产生，通过在轮胎纵沟周向布置多个相同的亥姆霍兹共鸣器，导致其消声频率比较单一，仅仅依靠共鸣器的周期性并不能很好地拓宽共鸣器的工作带宽。
技术实现要素：
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种宽频低噪声充气轮胎胎面花纹，在控制轮胎管腔共振噪声的同时，能够降低共鸣器旁接纵沟产生的共振峰值，同时能有效拓宽胎面花纹的消声带宽。
本发明为解决技术问题采用如下技术方案：
本发明宽频低噪声充气轮胎胎面花纹的特点是：在轮胎的接地胎面上设置纵沟和共鸣器；所述纵沟沿轮胎周向连续延伸；所述共鸣器包括单腔共鸣器和双腔共鸣器；所述单腔共鸣器中的单腔体的前端通过单腔颈与纵沟相连通，单腔体的尾端止于接地胎面；所述双腔共鸣器是由前段共鸣器和后段共鸣器串联组成，所述串联是指：前段共鸣器中的前腔体在前端通过前腔颈与纵沟相连通，所述后段共鸣器中的后腔体的尾端止于接地胎面，在所述后腔体与前腔体的前后端面之间由后腔颈相连通；所述单腔共鸣器和双腔共鸣器一一间隔并联布置在纵沟的一侧。
本发明宽频低噪声充气轮胎胎面花纹的特点也在于：
所述单腔颈的体积小于单腔体的体积，所述单腔颈沿轮胎纵向上的深度小于单腔体沿轮胎纵向上的深度，所述单腔体沿轮胎纵向上的深度小于纵沟沿轮胎纵向上的深度；
所述前腔颈的体积小于前腔体的体积，所述前腔颈沿轮胎纵向上的深度小于前腔体沿轮胎纵向上的深度，所述前腔体沿轮胎纵向上的深度小于纵沟沿轮胎纵向上的深度；
所述后腔颈的体积小于后腔体的体积，所述后腔颈沿轮胎纵向上的深度小于后腔体沿轮胎纵向上的深度，所述后腔体沿轮胎纵向上的深度小于纵沟沿轮胎纵向上的深度。
本发明宽频低噪声充气轮胎胎面花纹的特点也在于：各腔颈包括所述单腔颈、前腔颈和后腔颈，所述各腔颈的截面均为矩形；并有：
la>wa，lb1>wb1，lb2>wb2,lb1≤lb2
其中：
la为单腔颈沿接地胎面横向上的边长，wa为单腔颈沿接地胎面周向上的边长；
lb1为前腔颈沿接地胎面横向上的边长，wb1前腔颈沿接地胎面周向上的边长；
lb2为后腔颈沿接地胎面横向上的边长，wb2后腔颈沿接地胎面周向上的边长；
本发明宽频低噪声充气轮胎胎面花纹的特点也在于：
设置单腔共鸣器的共振频率fa为：
设置双腔共鸣器中由前腔颈和前腔体构成的前腔共鸣器的共振频率fb1为：
设置双腔共鸣器中由后腔颈和后腔体构成的后腔共鸣器的共振频率fb2为：
并且：fb1<fa<fb2；
其中：c0为空气中音速；
sa、sb1、sb2一一对应为单腔颈、前腔颈和后腔颈的截面积；
da、db1、db2一一对应为单腔颈、前腔颈和后腔颈等效成圆形截面的直径；
va、vb1、vb2一一对应为单腔体、前腔体和后腔体的体积；
x是取值为0.8的管端修正系数。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
1、本发明采用亥姆霍兹共鸣器串并联组合式花纹，单腔共鸣器作用于管腔一阶共振频率处，串联式双腔共鸣器作用于单个共鸣器产生的两个峰值附近，有效降低了轮胎管腔共振频率附近的峰值，并能有效降低亥姆霍兹共鸣器旁接纵沟而产生的两个共振峰值；
2、本发明将单腔共鸣器与串联式双腔共鸣器交替并联布置在轮胎纵沟一侧，实现了在800-1200hz的宽频范围内降低轮胎管腔共振噪声，同时将噪声声能分散到较宽的频段内，避免能量过于集中，从而达到降低噪声的目的。
3、本发明在轮胎纵沟旁侧接两种不同形式的共鸣器花纹，一定程度上能够降低花纹块撞击路面产生的撞击声。
附图说明
图1为本发明充气轮胎胎面花纹平面展开图；
图2为本发明中单腔共鸣器的结构示意图；
图3为本发明中单腔共鸣器在图2中a-a剖视图；
图4为本发明中双腔共鸣器的结构示意图；
图5为本发明中双腔共鸣器在图4中b-b剖视图；
图6a、图6b和图6c为仿真对比的三种接地模型三维示意图；
图7为图6a、图6b和图6c所示的两种接地模型频谱对比图；
图中标号：1纵沟，2接地胎面，3单腔共鸣器，4双腔共鸣器，5单腔颈，6单腔体，7前腔颈，8前腔体，9后腔颈，10后腔体。
具体实施方式
参见图1，本实施例中宽频低噪声充气轮胎胎面花纹的结构形式为：
在轮胎的接地胎面2上设置纵沟1和共鸣器，纵沟1沿轮胎周向连续延伸，共鸣器包括单腔共鸣器3和双腔共鸣器4；图2和图3所示的单腔共鸣器中的单腔体6的前端通过单腔颈5与纵沟1相连通，单腔体6的尾端止于接地胎面2；图4和图5所示的双腔共鸣器4是由前段共鸣器和后段共鸣器串联组成，串联是指：前段共鸣器中的前腔体8在前端通过前腔颈7与纵沟1相连通，后段共鸣器中的后腔体10的尾端止于接地胎面2，在后腔体10与前腔体8的前后端面之间由后腔颈9相连通；图1所示的单腔共鸣器3和双腔共鸣器4一一间隔并联布置在纵沟1的一侧。
具体实施中的相应设置也包括：
设置单腔颈5的体积小于单腔体6的体积，单腔颈5沿轮胎纵向上的深度小于单腔体6沿轮胎纵向上的深度，单腔体6沿轮胎纵向上的深度小于纵沟1沿轮胎纵向上的深度。
设置前腔颈7的体积小于前腔体8的体积，前腔颈7沿轮胎纵向上的深度小于前腔体8沿轮胎纵向上的深度，前腔体8沿轮胎纵向上的深度小于纵沟1沿轮胎纵向上的深度。
设置后腔颈9的体积小于后腔体10的体积，后腔颈9沿轮胎纵向上的深度小于后腔体10沿轮胎纵向上的深度，后腔体10沿轮胎纵向上的深度小于纵沟1沿轮胎纵向上的深度。
轮胎纵向是指轮胎径向，即沿轮胎的直径方向。
设置各腔颈的截面均为矩形，各腔颈包括单腔颈5、前腔颈7和后腔颈9，并有：
la>wa，lb1>wb1，lb2>wb2,lb1≤lb2
其中：
la为单腔颈5沿接地胎面横向上的边长，即为单腔颈5的颈长；
wa为单腔颈5沿接地胎面周向上的边长，即为单腔颈5的颈宽；
lb1为前腔颈7沿接地胎面横向上的边长，即为前腔颈7的颈长；
wb1前腔颈7沿接地胎面周向上的边长，即为前腔颈7的颈宽；
lb2为后腔颈9沿接地胎面横向上的边长，即为后腔颈9的颈长；
wb2后腔颈9沿接地胎面周向上的边长，即为后腔颈9的颈宽。
接地胎面横向是指轮胎胎面宽度方向，接地胎面周向是指轮胎周向，即轮胎圆周方向；设置单腔共鸣器3的共振频率fa为：
设置双腔共鸣器4中由前腔颈7和前腔体8构成的前腔共鸣器的共振频率fb1为：
设置双腔共鸣器4中由后腔颈9和后腔体8构成的后腔共鸣器的共振频率fb2为：
并且：fb1<fa<fb2；
单腔共鸣器3的共振频率fa是依据轮胎管腔一阶共振频率f0而设定的，f0是由仅含有纵沟1的轮胎胎面模型代入到边界元仿真进行声场计算出频率响应函数曲线得到的一阶峰值而确定的；双腔共鸣器4的共振频率fb1和fb2是由单腔共鸣器3与纵沟1前后产生的两个共振频率f1和f2设定的，f1和f2是由纵沟1旁接单腔共鸣器3的轮胎胎面模型代入到边界元仿真进行声场计算出频率响应函数曲线得到的前后两个峰值而确定的；较佳的方案：使fb1略小于f1，fb2略大于f2，这是因为共鸣器的并联结构会使f1往低频迁移，f2往高频迁移。按照这一方法设置的亥姆霍兹共鸣器串并联组合式花纹不仅可以控制轮胎管腔共振，还能降低单腔共鸣器与纵沟形成的峰值。
其中：c0为空气中的音速；m和n均为算式表征，用于简化fb1和fb2的表达式；
sa、sb1、sb2一一对应为单腔颈5、前腔颈7和后腔颈9的截面积；
va、vb1、vb2一一对应为单腔体6、前腔体8和后腔体9的体积；
da、db1、db2一一对应为单腔颈5、前腔颈7和后腔颈9的等效成圆形截面的直径，即为矩形截面的颈部等效成圆形截面的直径，其为：
x是取值为0.8的管端修正系数。
仿真验证：
为了验证本发明技术方案的有效性，建立对比方案，第一种方案是如图6a所示的仅刻有纵沟1的参考模型，第二种方案是如图6b所示的本发明胎面花纹仿真模型。
在图6a所示的第一参考模型中，其矩形块的长度为180mm，宽度为100mm，高度为30mm，矩形块的表面凹槽为纵沟1，凹槽的宽度为8mm，深度为8mm；
在图6b所示的第二参考模型中形成有四只单腔共鸣器，单腔共鸣器的颈部长度为6mm，颈部宽度为1mm，颈部深度为3mm，共鸣腔体的长度为23.80mm，宽度为10mm，深度为6mm，体积为1428mm3；单腔共鸣器按间距为40mm交替并联布置在纵沟一侧。
在图6c所示的本发明仿真模型中形成有四只亥姆霍兹共鸣器，两只单腔共鸣器和两只双腔共鸣器交替排列；单腔共鸣器的共振频率是依据轮胎纵沟产生的管腔共振频率设定的，双腔共鸣器的两个共振频率是依据单腔共鸣器旁接纵沟产生的两个共振频率进行设定；单腔共鸣器和双腔共鸣器的颈部和腔体形状均为矩形，单腔共鸣器的颈部长度为6mm，颈部宽度为1mm，颈部深度为3mm，共鸣腔体的长度为23.80mm，宽度为10mm，深度为6mm，体积为1428mm3；双腔共鸣器的前段共鸣器的颈部长度为6mm，颈部宽度为1mm，颈部深度为3mm，前腔体的长度为24mm，宽度为10mm，深度为6mm，体积为1440mm3；双腔共鸣器的后段共鸣器的颈部长度为9mm，颈部宽度为1mm，颈部深度为2.5mm，后腔体的长度为19mm，宽度为8mm，深度为6mm，体积为912mm3；单腔共鸣器和双腔共鸣器按间距为40mm交替并联布置在纵沟一侧。
针对参考模型和仿真模型进行声学边界元仿真，计算管内正中间测点的声压级频率响应函数。通过声压频率响应函数曲线获得轮胎的管腔共振频率以及相对应的声压级幅值。仿真过程中：空气密度为1.20kg/m3；空气中的音速定义为为343.65(1+0.0168i)m/s，此处给空气中音速加虚部是考虑到实验环境中空气并非理想气体，存在空气阻尼的作用；声源类型为单极子声源，声压幅值为1n/m
图7所示为仿真获得的三种模型的频谱对比，图7中，曲线r1为图6a所示第一种参考模型的声压级频率响应曲线，曲线r2为图6b所示第二种参考模型的声压级频率响应曲线，曲线r3为图6c所示的本发明胎面花纹仿真模型的声压级频率响应曲线。由图7可见，第一种参考模型的频谱对应的一阶管腔共振频率为909hz，相对应的声压级幅值为142.60db；第二种参考模型的频谱存在两个峰值，第一峰值的频率为624hz，对应的峰值为136.91db，第二峰值的频率1310hz，对应的幅峰值为137.71db；本发明胎面花纹仿真模型的频谱存在四个低峰值，第一峰值的频率为510hz，对应的峰值为132.37db，第二峰值的频率752hz，对应的幅峰值为127.82db，第三峰值的频率为1147hz，对应的峰值为133.53db，第四峰值的频率1410hz，对应的幅峰值为132.02db。在0-2000hz频段内，第一种参考模型的rms值为161.94db，第二种参考模型的rms值为156.78db，本发明胎面花纹仿真模型的rms为153.82db，本发明胎面花纹仿真模型相对于第一种参考模型的管腔共振噪声降低了8.08db，相对于第二种参考模型的管腔共振噪声降低了5.16db。由此可见，本发明轮胎胎面花纹将909hz处的管腔共振峰值在400-1500hz频段内分散成四个连续的低峰值，消声频带得到明显拓宽，且降噪效果显著提升。这里的rms值是指在频率区间内所有数据的平方和的平方根，用于表征信号中能量的大小。
通过对比可见，本发明轮胎胎面花纹一方面能够很好地控制一阶管腔共振峰值，也能有效降低单腔亥姆霍兹共鸣器旁接纵沟产生的两个峰值；另一方面能够将集中的管腔共振噪声分散在较宽频段内，很好地实现了轮胎降噪的发明目的。
本发明中实施例只用于更清楚的描述本发明，而不能视为限制本发明涵盖的保护范围，任何等价形式的修改都应视为落入本发明涵盖的保护范围之中。
1.一种宽频低噪声充气轮胎胎面花纹，其特征是：在轮胎的接地胎面(2)上设置纵沟(1)和共鸣器；所述纵沟(1)沿轮胎周向连续延伸；所述共鸣器包括单腔共鸣器(3)和双腔共鸣器(4)；所述单腔共鸣器中的单腔体(6)的前端通过单腔颈(5)与纵沟(1)相连通，单腔体(6)的尾端止于接地胎面(2)；所述双腔共鸣器(4)是由前段共鸣器和后段共鸣器串联组成，所述串联是指：前段共鸣器中的前腔体(8)在前端通过前腔颈(7)与纵沟(1)相连通，所述后段共鸣器中的后腔体(10)的尾端止于接地胎面(2)，在所述后腔体(10)与前腔体(8)的前后端面之间由后腔颈(9)相连通；所述单腔共鸣器(3)和双腔共鸣器(4)一一间隔并联布置在纵沟(1)的一侧。
2.根据权利要求1所述的宽频低噪声充气轮胎胎面花纹，其特征是：
所述单腔颈(5)的体积小于单腔体(6)的体积，所述单腔颈(5)沿轮胎纵向上的深度小于单腔体(6)沿轮胎纵向上的深度，所述单腔体(6)沿轮胎纵向上的深度小于纵沟(1)沿轮胎纵向上的深度；
所述前腔颈(7)的体积小于前腔体(8)的体积，所述前腔颈(7)沿轮胎纵向上的深度小于前腔体(8)沿轮胎纵向上的深度，所述前腔体(8)沿轮胎纵向上的深度小于纵沟(1)沿轮胎纵向上的深度；
所述后腔颈(9)的体积小于后腔体(10)的体积，所述后腔颈(9)沿轮胎纵向上的深度小于后腔体(10)沿轮胎纵向上的深度，所述后腔体(10)沿轮胎纵向上的深度小于纵沟(1)沿轮胎纵向上的深度。
3.根据权利要求1所述的宽频低噪声充气轮胎胎面花纹，其特征是：各腔颈包括所述单腔颈(5)、前腔颈(7)和后腔颈(9)，所述各腔颈的截面均为矩形；并有：
la＞wa，lb1＞wb1，lb2＞wb2，lb1≤lb2
其中：
la为单腔颈(5)沿接地胎面横向上的边长，wa为单腔颈(5)沿接地胎面周向上的边长；
lb1为前腔颈(7)沿接地胎面横向上的边长，wb1前腔颈(7)沿接地胎面周向上的边长；
lb2为后腔颈(9)沿接地胎面横向上的边长，wb2后腔颈(9)沿接地胎面周向上的边长；
4.根据权利要求1所述的宽频低噪声充气轮胎胎面花纹，其特征是：
设置单腔共鸣器(3)的共振频率fa为：
设置双腔共鸣器(4)中由前腔颈(7)和前腔体(8)构成的前腔共鸣器的共振频率fb1为：
设置双腔共鸣器(4)中由后腔颈(9)和后腔体(10)构成的后腔共鸣器的共振频率fb2为：
并且：fb1＜fa＜fb2；
其中：c0为空气中音速；
sa、sb1、sb2一一对应为单腔颈(5)、前腔颈(7)和后腔颈(9)的截面积；
da、db1、db2一一对应为单腔颈(5)、前腔颈(7)和后腔颈(9)等效成圆形截面的直径；
va、vb1、vb2一一对应为单腔体(6)、前腔体(8)和后腔体(10)的体积；
x是取值为0.8的管端修正系数。
技术总结