Experimental investigation of relevant road surface descriptors for tire-road noise measurements on low-absorbing road surfaces

Aufgrund von geräuschsenkenden Maßnahmen der Automobilindustrie ist der Kontakt zwischen Reifen und Straße heute die wichtigste Geräuschquelle außerhalb des Fahrzeugs. Diese Tendenz wird sich mit der Verbreitung von Elektrofahrzeugen noch verstärken. Mit zunehmender Forderung von Bevölkerung und Politik nach einer Reduzierung des Verkehrslärms wird die Regelung für die Reifen- und Fahrzeugzulassung regelmäßig verschärft. Daher sind weitere Untersuchungen über den Einfluss der Eigenschaften der Fahrbahnoberfläche auf die Geräuschemission von Reifen und Fahrzeugen erforderlich.
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Ziel dieser Arbeit ist es, die relevanten Fahrbahneigenschaften zu identifizieren, um das Reifen-Fahrbahn-Geräusch von frei rollenden Reifen mit einem systematischen Ansatz zu mindern. Da die Verwendung offenporiger Asphalte bereits als effiziente Maßnahme zur Reduzierung des Reifenrollgeräusches bekannt ist, konzentriert sich diese Arbeit auf kompakte Straßenoberflächen mit geringer Schallabsorption. Zunächst werden die Mechanismen, die Reifen-Fahrbahngeräusche erzeugen, sowie die wichtigsten Forschungsergebnisse über den Einfluss der Reifen- und der Straßeneigenschaften auf die Reifen-Fahrbahngeräusche vorgestellt. Nachdem die notwendigen theoretischen Grundlagen zum Verständnis dieser Arbeit vermittelt wurden, werden die verschiedenen Methoden zur akustischen Analyse der Wechselwirkung zwischen Fahrbahnoberfläche und Reifen vorgestellt. Diese Methoden werden in zwei Gruppen unterteilt: die Mess- und die statistischen Methoden.

Die Anwendung statistischer Methoden auf die Messung der Fahrbahnoberfläche und des Reifenfahrgeräusches bietet mehrere Vorteile. Erstens können multidimensionale Daten auf Skalare reduziert werden, so dass die Anzahl der als Eingabe verwendeten Parameter minimiert wird. Dann können die wichtigsten Straßenbelagsparameter identifiziert werden, um das Reifen-Fahrbahngeräusch und einige seiner Entstehungsmechanismen wie die Rillenresonanz zu reduzieren. Am Ende wird eine Analyse durchgeführt, um festzustellen, ob die Definition der Homologationsprüfstrecke nach der Norm ISO 10844 vollständig genug ist oder ob zusätzliche Parameter benötigt werden, um die Geräuschvarianz zwischen verschiedenen, der Norm entsprechenden Prüfstrecken zu erklären. Anhand aller gesammelten Informationen kann eine optimale Straßenbelagsgestaltung vorgenommen werden, um die Reifen-Fahrbahn-Geräusche bei Homologationstests, aber auch bei normalen Rollbedingungen auf öffentlichen Straßen zu reduzieren.

Due to acoustic improvements from the automotive industry, the contact between the tire and the road is now the major noise source outside the vehicle. This tendency will worsen with the development and spreading of electric vehicles. As the demand from people and politics for a reduced traffic noise increases, the regulation for tire and vehicle approval is strengthened on a regular basis. Further research on the influence of the road surface characteristics on noise emission of tires and vehicles is therefore needed.

This work aims at identifying relevant road surface characteristics to mitigate tire-road noise of free-rolling tires using a systematic approach. ... mehrAs using open porous roads is already known as an efficient measure to reduce tire rolling noise, this study will focus on compact road surfaces which have a low acoustic absorption. Mechanisms generating tire-road noise will be first presented, as well as the main research results concerning the influence of tire and road characteristics on tire-road noise emission. After giving the necessary theoretical background to understand this work, different methods used to acoustically analyze the interaction between the road surface and the tire will be presented. These methods are divided in two groups: measurement and statistical methods.

Application of statistical methods to road surface and tire-road noise measurements enables several possibilities. First, multidimensional data are reduced to scalars so that the numbers of parameters used as input is reduced to its minimum. Then the most relevant road surface parameters are identified to reduce tire-road noise and some of its sub-phenomena such as groove resonance. In the end, an analysis is performed to see if the definition of the approval test track according to the ISO 10844 standard is complete enough or if additional parameters are needed to explain the noise variance between different standardized tracks. Using all gathered information, an optimal road surface design can be given in order to reduce tire-road noise emission for tire approval tests but also for standard rolling conditions on public roads.