P io tr M io d u s z e w s k i* , S ta n isła w T a ry m a * , G r z e g o r z R o n o w sk i*
Hałas współczesnych opon samo
chodowych
D om inu jącym źródłem hałasu zew nętrznego technicznie spraw nego sam ochodu osobow ego, który po rusza się w typow ych w arunkach ruchu d ro g o w e g o z p r ę d k o ś c ią p o w y ż e j 40 km /h, są opony. Tak w ięc p r z y prognozow aniu łub też m odelowaniu hałasu ruchu drogowego konieczna je s t zn a jo m o ść w a rtości p o zio m ó w tego hałasu. W ychodząc naprzeciw tem u zapotrzebow aniu, przeprow adzono badania hałasu p o n a d osiem dziesięciu różnych, współczesnych opon do samochodów osobowych (opony drogowe kategorii T, H i V, zimowe, błotno-śniegowe i kolcow ane). Przeprowadzono analizę statystyczną wyników pom iarów i określono średnie poziom y hałasu po szczególnych typów opon dla różnych prędkości toczenia i dla różnych
nawierzchni drogowych.
Słowa kluczowe: hałas, opony
Tire/road noise of the contemporary car tires in statistical approach
Tires are the m ost important noise source in a passenger car when driving in typical road traffic conditions with the speed over 40 km/h. Thus, it is necessary to know the levels o f that noise to estimate or model road traffic noise. The measurements o f tire/road noise o f over 80 different tires (sum m er type tires speed index ofT, H and V, winter, mud& snow and studded tires) were conducted. The statistical analysis o f obtained results was perform ed and the average noise levels o f each tire type, different speeds and different road surface were defined.
Key words: noise, tires
O pony są d o m in u jący m źró d łem h ałasu z e wnętrznego powodow anego przez technicznie spraw ny samochód osobowy, poruszający się w typowych w arunkach ruchu drogowego z prędkością powyżej 30-35 km/h. Z biegiem lat konstrukcja opony, jak rów nież rodzaje m ateriałów stosow anych do jej produk
cji, ulegały zm ianom . O pony dzisiaj produkow ane różnią się od opon użytkow anych z lat siedem dziesią
tych i osiem dziesiątych. Przez to, że zmieniły się ich w łaściwości, także uległo zm ianie nasilenie hałasu
1. Wstęp
przez nie generowanego. Przy prognozowaniu, czy też m odelowaniu hałasu ruchu drogowego konieczna jest znajom ość wartości poziom ów hałasu opon. Niestety, publikow ane inform acje na tem at wartości poziomów dźwięku generowanego przez opony samochodowe są wybiórcze, dotyczą poszczególnych opon, brak jest wartości średnich poziom ów dźwięku współczesnych opon samochodowych. M ając to na uwadze w Katedrze P ojazdów i M aszyn R oboczych P olitechniki Gdańskiej przy współudziale Szwedzkiego N arodo
wego Instytutu Badawczego Dróg i Ruchu Drogow e
go wykonano badania hałasu kilkudziesięciu różnych, współczesnych opon do sam ochodów osobowych.
* Politechnika Gdańska, Wydział Mechaniczny, Katedra Pojazdów i Maszyn Roboczych
nr 2-3 marzec-czerwiec 2000 r. TOM 4
2. Selekcja opon
Do badań w ybrano 87 różnych opon pochodzą
cych od 21 producentów podanych w tabeli 1.
Tabela 1. Producenci wybranych opon samochodowych AGI
Avon Bridgestone Contintental
Dunlop Fighter Firestone
Gislaved GoodYear
Kelly Kumho MacRipper
Matador Michelin
Nokian Pirelli Semperit Stomil Olsztyn
U ni royal Vredestein Yokohama •
O pony k ateg . T (do 190 km/h) O pony k ateg . H(do
210 km/h) O pony k ateg . V (do
240 km/h)
O pony zim o w e
O pony błotno- ś n ie g o w e O pony k olcow an e
Rys. 2. Klasyfikacja wybranych opon samochodowych
3. Badania hałasu opon
Ponieważ wym iary opon w sposób dość istotny wpływają na ich hałas, dlatego też starano się zapew nić w miarę jednakow e ich rozmiary. Rozm iar pod
stawowy 185/65R15 uzupełniono rozm iarami zbliżo
nymi. Obrazuje to rysunek 1.
205/55R15 195/70R15 195/65R15 195/60R15 195/55R15 195/50R15 185R14 185/65R14 185/65R15 175/70R14
Warunki badań
Badania wykonano metodą przyczepową (CPX) zgodnie z projektem normy ISO 11819-2: “Acoustics - Method for measuring the influence of road surfaces on traffic nosie - Part 2: The Close- Proxim ity m ethod” na drogach w okolicy miejscowości Linkóping w Szwecji. Pomia
ry przeprowadzono na trzech nawierzchniach testowych (gładkiej wg ISO, gładkiej wg ECE i szorstkiej wg ECE) dla dwóch prędkości to
czenia: 70 i 90 km/h. Podczas pomiarów ci
śnienie w ogumieniu wynosiło 180 kPa, a ob
ciążenie pionowe badanego koła 3 kN.
Wyniki badań
Rys. 1. Rozmiary badanych opon samochodowych Badane opony podzielono na grupy według ich przeznaczenia, natom iast w grupie opon drogowych dodatkowo w yróżniono kategorie prędkości. Pow sta
ło więc sześć następujących grup:
• opony drogowe z kategoriami prędkości do 190 km/h (sym bole prędkości do T),
• opony drogowe kategorii prędkości do 210 km/h (sym bole prędkości H),
• opony drogowe kategorii prędkości do 240 km/h (sym bole prędkości V),
• opony zimowe,
• opony błotno-śniegow e,
• opony kolcowane.
Pow yższą klasyfikację przedstaw iono na rysun
ku 2.
O trzym ane w yniki pom iaru hałasu opon poddano analizie statystycznej. Dla każdej grupy opon w yznaczono średnią wartość poziom u dźwięku obliczoną jako średnią arytm etyczną poziom ów dźwięku opon należących do poszczególnych grup. Powyższe obliczenia wykonano dla dwóch prędkości. Wyniki ob
liczeń przedstaw iono na rys. 3 dla nawierzchni gład
kiej ISO, na rys. 4 - dla nawierzchni gładkiej ECE, natom iast dla naw ierzchni szorstkiej ECE - na rys. 5.
Analizując te wykresy zauważyć można, iż niezależ
nie od nawierzchni, najniższym hałasem charakteryzują się opony błotno-śniegowe, najwyższym zaś, oczywiście, opo
ny kolcowane. Najwyższym hałasem, wyłączając z rankin
gu opony kolcowane, cechują się opony drogowe kategorii H. Wartości poziomów dźwięku opon z pozostałych grup przyjmują wartości pośrednie. Średni przyrost poziomu dźwięku w funkcji prędkości, niezależnie od grupy opon i nawierzchni, wynosi około 2 dB(A) na 10 km/h.
Prędkość [km/h]
Rys. 3. Z a le żn o ść średnich w a rto ści p o zio m u dźw ięku opon w p o szcze g ó ln yc h g ru p a c h od p rę d ko śc i dla n a w ierzch n i gła d kiej ISO
Prędkość [km/h]
R y s. 4. Zależność średnich wartości poziomu dźwięku opon w poszczególnych gru
pach od prędkości dla nawierzchni gładkiej ECE
nr 2-3 marzec-czerwiec 2000 r. TOM 4
N atom iast na rys. 6 oraz w tabeli 2 przedstaw io
no średnie wartości poziom u hałasu opon w poszcze
gólnych grupach dla prędkości 70 km/h w zależności od rodzaju nawierzchni. N ajcichszą nawierzchnią oka
zała się naw ierzchnia szorstka ECE, najgłośniejszą - naw ierzchnia gładka ECE. Średnia różnica poziom ów
dźwięku między tymi dw om a nawierzchniam i w yno
si 2 dB(A). Uszeregow anie grup opon na wszystkich nawierzchniach jest takie samo, z wyjątkiem dwóch grup opon: drogowych kategorii prędkości do T oraz zim owych, które to grupy wym ieniają się miejscami dla nawierzchni gładkiej ECE.
Tabela 2. Średnie wartości poziomu hałasu opon w poszczególnych grupach dla różnych nawierzchni oraz uśrednione dla wszystkich nawierzchni
Poziom hałasu dB(A) Nawierzchnia
Prędkość km/h
gładka ISO gładka ECE szorstka ECE wartości
uśrednione
70 90 70 90 70 90 70 90
• opony kategorii do T (do 190 km/h) 97,0 100,7 98,6 102,4 96,4 100,1 97,3 101,1
• opony kategorii H (do 210 km/h) 97,7 101,2 99,0 102,5 97,1 101,0 97,9 101,6
• opony kategorii V (do 240 km/h) 97,5 100,9 98,8 102,4 96,9 100,8 97,7 101,4
• opony zimowe 97,2 100,8 98,4 101,9 96,6 100,4 97,4 101,0
• opony błotno-śniegowe 906,0 99,9 97,5 101,5 94,9 98,9 96,1 100,1
• opony kolcowane 101,1 103,9 101,8 104,9 100,4 102,8 1 103,9
Rys. 5. Zależność średnich wartości poziomu dźwięku opon w poszczególnych grupach od prędkości dla nawierzchni szorstkiej ECE
Rys. 6. Średnie wartości poziomu hałasu opon w poszczególnych grupach dla nawierzchni gładkiej ISO, gładkiej ECE i szorstkiej ECE dla prędkości 70 km/h
Na rys. 7,8 i 9 zestawiono zakresy zmienności warto
ści poziomu hałasu opon w poszczególnych grupach opon toczonych z prędkością v = 70 km/h po nawierzchniach od
powiednio: gładkiej ISO, gładkiej ECE i szorstkiej ECE. Ana
logiczne zależności występują dla pozostałych prędkości.
Dla prędkości 70 km/h najniższy poziom hałasu
wynoszący 90,9 dB(A) zanotowano dla opony błotno- śniegowej toczonej po nawierzchni szorstkiej ECE, a naj
wyższy 103,6 dB(A) dla opony kolcowanej. W yłączając zaś tę ostatnią grupę opon - zarówno dla opon z grupy drogowych kategorii H, jak i błotno-śniegowych - naj
głośniejsze opony osiągają poziom 102,2 dB(A).
Rys. 7. Zakres zmienności wartości poziomu hałasu opon w poszczególnych grupach dla prędkości 70 km/h na nawierzchni gładkiej ISO
S fa & tw t& iy nr 2-3 marzec-czerwiec 2000 r. TOM 4
Największy rozrzut wartości poziomu dźwięku, nie
zależnie od nawierzchni i prędkości, występuje w grupie opon błotno-śniegowych i sięga 8,8 dB(A), najmniejszy w gmpie opon zimowych i wynosi 1,8 dB(A). W pozostałych gru
pach opon drogowych, w zależności od nawierzchni i pręd
kości, zakres zmienności poziomów hałasu zawiera się w przedziale 4-7 dB(A), przy czym hałas większości opon nie różni się od siebie o więcej niż 5-6 dB(A).
Rys. 8. Zakres zmienności wartości poziomu hałasu opon w poszczególnych grupach dla prędkości 70 km/h na nawierzchni gładkiej ECE
Rys. 9. Zakres zmienności wartości poziomu hałasu opon w poszczególnych grupach dla prędkości 70 km/h na nawierzchni szorstkiej ECE
4. Podsumowanie
Z d a n ie m au to ró w , p rz e b a d a n e o p o n y w ilo ści 87, m o żn a u z n a ć za re p re z e n ta ty w n e d la p o p u la c ji o po n d o s tę p n y c h n a ry n k u e u ro p e js k im , p o n iew a ż w k ażd ej z g ru p z a p e w n io n o r ó ż n o ro d no ść w zo ró w rz e ź b b ie ż n ik a . Ilo ść o p o n w p o sz c z e g ó ln y c h g ru p a c h w y n o s iła od 12 do 22 szt.
W y ją te k s ta n o w ią o p o n y k o lc o w a n e , k tó ry c h z b a d an o ty lk o 5 szt.
W p o ró w n a n iu h a ła ś liw o śc i p o sz c z e g ó ln y c h grup z d e c y d o w a n ie n a jle p ie j (n a jn iż s z e p o z io m y h a ła su ) w y p a d ły o p o n y b ło tn o -ś n ie g o w e , n a jg o rzej zaś, z g o d n ie z o c z e k iw a n ia m i, o p o n y k o l
co w an e. S p o śró d o po n d ro g o w y c h n a jg ło ś n ie j
szym i o k a z a ły się o p o n y p rz e z n a c z o n e do ja z d y z w y so k im i p rę d k o ś c ia m i - k a te g o rii H.
Z a s a d n ic z y w p ły w na h a ła s o p o n p o s ia d a n a w ie rz c h n ia , po k tó re j to cz y się o p o n a . U s z e reg o w a n ie grup opon na n a w ie rz c h n ia c h g ła d k ic h i s z o rstk ie j je s t, p o z a je d n y m n ie w ie lk im w y ją t
k ie m , ta k i e s a m o , c h o ć w a r to ś c i p o z io m ó w d ź w ię k u o p on to c z o n y c h na n a w ie rz c h n i s z o rs t
kiej są m n ie jsz e .
5. Literatura
7. Ejsmont J.A.: “Hałas opon samochodowych wybra
ne zagadnienia” Zeszyty Naukowe Politechniki Gdańskiej, Mechanika LXVIII, Nr 498, 1992.
2. Taryma S.: „ Wpływ typu bieżnika opony na jej hałas”
Kraków; Polska, 24-27.09.1985, Proceedings of NO
ISE CONTROL’85, Vol.II, str. 589-593, rys. 3.
3. Mioduszewski P, Taryma S., Ejsmont J.A.: „Hałas opon samochodowych” Konferencja Naukowa:
Kryteria jakości opon a znak bezpieczeństwa. Po
znań, 29.11.1995, str. 14, rys. 12, tab.l.
4. Mioduszewski P, Taryma S.: „Internal and exter
nal tire/road noise generated by tires with directio
nal tread pattern rolled in both directions” 11 Mię
dzynarodowe Seminarium HAŁAS OPON SAMO
CHODOWYCH, Proceedings o f the Second Inter
national Seminar TIRE/ROAD NOISE Politechni
ka Gdańska, Wydział Mechaniczny, 25.06.1997, str.
99-119, rys. 23, tab. 9.
5. Taryma S.: “Tire/Road noise measured at the con
ditions when tire tread becomes “Sticky” ”, XI Mię
dzynarodowa Konferencja Zwalczania Hałasu NOISE CONTROL’98, 2-4.06.1998, Krynica, str.
425-430, rys. 7, poz. bibi. 2.
