利用Xtra 扫描振动计捕获的动态3D运行挠度曲线，有助于揭示轮胎滚动噪声的来源。在各种驾驶条件下，轮胎滚动都会在乘员舱内外产生大量乘用车噪声（NVH）。
工程师必须解决轮胎滚动噪声问题，原因主要有三点：
- 旋转轮胎产生的路噪会降低驾驶体验，并扰乱道路沿线的居民区。
- 许多关注城市区域噪音问题的国家预计将出台限制轮胎噪音的新法规。
- 由于电动汽车没有内燃机噪音，其卓越的静谧性可能会因轮胎产生的噪音而大打折扣。
因此，为了降低轮胎噪声水平，深入理解产生噪声的动力学机制至关重要；而要实现这一理解，必须精确测量旋转轮胎表面的振动行为。
传统测量方法仅使用简单的麦克风来量化车内和车外的噪声振幅，几乎无法揭示噪声确切的物理来源。即使在关键位置放置加速度计，也无法提供准确表征所需的空间和频率分辨率。
基本上，传统的 NVH 测量和方法对于解决这个问题毫无帮助。
非接触式3D扫描振动测量技术作为测量解决方案
要克服旋转黑色轮胎带来的不利光学和机械特性，关键在于兼具卓越的光学灵敏度——即从样品中采集并处理足够光线（作为振动信息载体）的能力——以及较高的速度极限。另一个挑战在于，需要测量叠加在旋转产生的巨大信号之上的微小振动幅度。从技术角度来看，需要将高直流分量与负责声发射的微弱交流分量分离出来。
显而易见的解决方案非常简单——将Xtra 技术与专门设计的“慢速”跟踪滤波器相结合。这种组合能够满足所有必要的要求，并允许直接测量高速旋转轮胎的挠曲波形，无需表面处理，从而以简单直接的方式为了解轮胎噪声的来源提供重要见解。
测试设置
为验证所提出的解决方案，以及新型PSV-3DXtra 振动测量系统能否改善并简化对实际滚动轮胎的数据采集，我们搭建了一套“滚轮试验台”的实验室版本。该简易测试装置由一个直径为25厘米的小轮胎组成，该轮胎在电动机的驱动轴上滚动（图1）。
PSV-3DXtra 系统的三个测量头安装在共同的框架上，并放置在测试台附近的实验台上。该共同框架简化了在覆盖轮胎不同部位时对测量头的位置调整。此外，还使用了一面大镜子，以便在不移动共同框架的情况下观察轮胎的不同部位。
通过这种简单的测量装置，所获得的结果与在商用滚筒试验台上使用真实汽车轮胎测得的结果相当。图2显示了沿三个方向所有测点（见三种不同颜色）的平均频谱。图3采用放大比例尺，展示了200 Hz至400 Hz频段内频谱的细节。在频谱中可以清晰地辨认出一种梳状特征。
在使用Xtra 扫描振动计进行的实际滚筒试验台研究中，也观察到了这一特征。这种“梳状”特征的峰值出现在轮胎转速的整数倍处。对于带有胎面花纹的轮胎，这可以归因于胎面（及其间的气腔）与路面的周期性接触。
显然，这种测量设置能够观察到胎面设计对轮胎在不同速度和不同载荷条件下结构共振的影响。
简化挠度形状的采集
借助Xtra 传感器头，单次扫描即可测量滚动表面上更大范围的区域。当首次表面扫描完成后，传感器头会重新定位以捕获第二个滚动表面。通过内置距离传感器检测到的、具有已知位置坐标的参考点，可以确定第二个位置相对于第一个位置的相对位置。通过这种方式，可以将每次表面测量的结果拼接在一起，从而生成一个统一的挠度形状及其动画。
通过扩展该技术，可以快速覆盖轮胎及其侧壁，利用较少次数的扫描覆盖更大的表面区域，并随后将扫描结果拼接在一起。Xtra 选项即使面对快速旋转的黑色轮胎表面和更大的扫描区域，也能提供出色的信噪比（SNR）。
图4展示了在396 Hz和468 Hz频率下的一些典型挠度曲线。从图中可以看出，挠度曲线呈现出具有多个峰值的典型模式。正如预期的那样，在商用轮胎试验台上也获得了非常相似的结果。
综上所述，采用Xtra 红外传感技术的PSV-3D扫描振动计准确捕捉了轮胎高速滚动表面的光谱模式和挠曲形状，从而获得了关于轮胎表面振动行为的重要信息——该振动正是噪声产生的根源。这些分析结果结合轮胎的数值模拟，将有助于优化有限元模型，并通过设计更优质的轮胎来控制和降低轮胎滚动噪声。
