轮胎空腔振动,是轮胎内部空腔受到来自路面激励产生的共振,该振动传递到驾驶室内会形成200-260Hz范围内令人难以忍受的低频结构声,即轮胎空腔共振噪声。随着发动机振动和噪声的不断降低以及新能源车辆的推广,轮胎空腔共振噪声已成为影响车辆NVH性能的突出问题,但目前仍缺乏准确反映其产生和传递机理的理论模型,滚动速度等因素的影响有待明确,同时也欠缺合理、有效的降噪方法与手段。针对上述亟待解决的问题,开展理论与实验研究,得到以下创新性成果:(1)提出了弹性基础上圆柱壳振动问题的统一求解方法,解决了传统方法可能存在漏解的问题;给出了固有频率和振型的求解方法,分析了内压力和弹性基础对圆柱壳振动特性的影响,为轮胎-空腔耦合振动模型的建立打下基础。(2)建立了一种新的轮胎-空腔耦合模型,大幅提高模型的精度和效率,解决了传统模型存在的瓶颈难题:未考虑轮胎的复合材料特性;未考虑轮胎的轴向振动以及胎侧弹性支撑的影响;存在较大的计算误差等。所提出的模型由两个不同直径的圆柱壳和两端均匀分布的支撑弹簧组成,圆柱壳及弹簧围绕而成的环形空腔表示轮胎空腔,外部的柔性圆柱壳采用层合复合材料结构,用以模拟主要由橡胶和带束构成的胎面,内部的刚性圆柱壳用以表示轮辋,而弹簧则用来表示胎侧。利用理论模型计算得到的结果与实验结果吻合良好,可以更好的理解轮胎空腔共振噪声的产生和传递机理。(3)定量分析了轮胎滚动速度对耦合模型振动特性的影响,澄清了滚动状态下轮胎空腔振动频率分叉现象的产生机理和基本规律。结合虚拟激励法,建立了从路面激励到轮胎轴头响应的完备分析过程,得以预测分析不同道路和不同行驶速度条件下的轮胎空腔共振噪声,并结合整车实验结果进行了验证。进一步拓展了轮胎-空腔耦合振动模型,也使模型的应用更贴近工程实际。(4)基于理论模型,提出了轮胎空腔振动影响因素的敏感性分析方法,结合有限元及实验方法对轮胎降噪设计与吸声材料降噪方法进行了研究。给出了轮胎降噪设计的基本思路,找到了一种综合降噪效果良好的吸声材料,为低空腔噪声轮胎的设计提供了定量分析手段,也完善了现有的吸声材料降噪方法。以上研究,从理论上进一步揭示了轮胎空腔共振噪声的产生机理,为轮胎空腔共振噪声的分析和预测提供了定量工具,为轮胎的降噪设计提供了参考和指导,有助于轮胎空腔共振噪声问题的解决和车辆NVH特性的改善。