اهتزازات دوران الإطارات وتأثيراتها

تُعتبر الاهتزازات والضوضاء الناتجة عن الإطارات أثناء الدوران من المجالات البحثية الأساسية لدراسة أداء NVH (الضوضاء، الاهتزاز، والخشونة) للسيارات. تحدد تعقيدات هذه المصادر المثيرة مباشرة تنوع مسارات النقل.

خشونة سطح الطريق: المصدر الرئيسي للإثارة

تشمل خشونة سطح الطريق، كمصدر رئيسي للإثارة، كل شيء من التموجات الكبيرة على الطريق إلى تغيرات القوام المجهري. على المستوى الكلي، تخلق المفاصل في رصف الأسفلت، ومفاصل التمدد في رصف الخرسانة، والحفر تأثيرات دورية.

عندما يسير الإطار فوق مفصل متباعد بمقدار 10 أمتار بسرعة 60 كم/ساعة، فإنه يتعرض لـ 6.7 نبضات في الثانية. يتم نقل هذا الاهتزاز ذي التردد المنخفض إلى هيكل السيارة من خلال نظام التعليق، مما قد يؤدي إلى رنين هيكلي عند ترددات تتراوح بين 20-50 هرتز.

على المستوى المجهري، تتسبب الزوايا الحادة والانبعاجات في ركام الرصف في ارتدادات ذات تردد عالٍ في مداس الإطار. خاصة على رصف الخرسانة الخشنة، تُنقل طاقة الاهتزاز ذات التردد 100-500 هرتز بسرعة عبر الأحزمة الفولاذية في هيكل الإطار، لتصبح المصدر الرئيسي للضوضاء العالية التردد داخل السيارة.

أثر التغيرات في تصنيع الإطارات

لا يمكن تجاهل التغيرات في تصنيع الإطارات أيضًا. يؤدي توزيع الكتلة غير المتساوي إلى إثارة غير مركزية. عندما يحتوي الإطار على خطأ في التوازن الديناميكي قدره 50 جرام، فإنه ينتج نبضة قوة مركزية تبلغ حوالي 80 نيوتن عند سرعة 100 كم/ساعة. يتم تحويل هذه الحمولة الدورية إلى اهتزاز عبر محمل محور العجلة، مما يؤدي إلى ظهور ذروة ضوضاء ملحوظة في نطاق التردد 150-300 هرتز.

تنشأ الصلابة غير المتساوية من اختلافات في عملية توصيل طبقات الجوانب. يعرض هيكل الإطار نقاط "صلبة" و"ناعمة" متناوبة أثناء الدوران، مما يؤدي إلى تقلبات جيبية في الصلابة الشعاعية. تزيد هذه التقلبات، عند دمجها مع إثارة الطريق، من التمدد والانكماش في نوابض التعليق، مما يعزز الاهتزاز العمودي لجسم السيارة.

التفاعل الديناميكي بين نمط المداس وسطح الطريق: سبب رئيسي للضوضاء المتوسطة والعالية التردد

التفاعل الديناميكي بين نمط المداس وسطح الطريق هو سبب رئيسي للضوضاء المتوسطة والعالية التردد. تضغط الأخاديد في المداس الطولي عند الاتصال وتعود بسرعة عند مغادرة منطقة الاتصال، مما يخلق نبضة هوائية مشابهة لصوت "التفريغ". تكون هذه الضوضاء الديناميكية ملحوظة بشكل خاص في نطاق تردد 300-2000 هرتز وتزداد بشكل متناسب مع مربع سرعة السيارة.

تولد الهيكل ذو الشكل الكتلي للمداس العرضي تأثيرات عالية التردد عند الاتصال بالطريق. يؤدي التشوه القصي لكتل المداس إلى اهتزازات تتراوح بين 1000-5000 هرتز، والتي تنتقل إلى جسم الإطار من خلال مرونة مطاط المداس وأخيرًا تشع كصوت "صفير" داخل السيارة.

الاهتزاز الناتج عن انحناء المداس المحلي

عندما يدخل الإطار منطقة الاتصال، ينتقل المداس من قوس دائري إلى سطح مسطح. ينتج عن هذا الانحناء المحلي تحرير دوري للتوتر. يتسبب الاحتكاك لمطاط المداس في تحويل بعض الطاقة الحركية أثناء الانحناء إلى حرارة، ولكن لا يزال يتم نقل 30%-40% من الطاقة على شكل اهتزاز.

من المحتمل بشدة أن يتردد مكون الاهتزاز من 200-800 هرتز مع أرضية السيارة، مما يولد اهتزازًا منخفض التردد داخل السيارة

في الوقت نفسه، فإن التشوه المرن لجدار الإطار يعزز هذا الاهتزاز

بسبب دالة النقل لنظام التعليق، يمكن تضخيم طاقة الاهتزاز من 2-5 مرات قبل أن تنتقل إلى مقصورة السيارة.#ibi#مسار نقل طاقة الاهتزاز وتأثيره على راحة الركوب#ibi#تظهر طاقة الاهتزاز الناتجة عن هذه الإثارات مسار تضخيم متعدد المراحل: #ibi#يتم نقل اهتزاز الإطار أولاً إلى ذراع التعليق عبر محامل محور العجلةيتم تقليل اهتزاز الذراع الصلب بنسبة 10%-20% بواسطة البوشينغ قبل أن يتم نقله إلى عمود الجسميثير اهتزاز العمود لوحة الجسم من خلال اللحامات، مما يدفع الهواء في النهاية ويولد ضوضاء داخلية.#ibi#تظهر الأبحاث أنه عند سرعة 100 كم/س، تساهم خشونة سطح الطريق بحوالي 45% من الضوضاء الداخلية، وتساهم نمط المداس بنسبة 30%، وتساهم عوامل هيكل الإطار بنسبة 25%

تؤدي التأثيرات المشتركة لهذه العوامل الثلاثة إلى طيف ضوضاء داخلية معقد ومتعدد القمم، مما يشكل تحديًا كبيرًا لراحة الركوب.