随着人类社会经济的发展，交通噪声污染正逐渐成为一个严重的环境问题，不仅严重损害人们的身心健康，还制约噪声源周边物业的经济价值。交通噪声由空气动力效应、车辆动力总成(排气和发动机)和轮胎与路面相互作用引起的综合噪声叠加而成。随着汽车行业的技术革新，车辆动力系统噪声得到有效控制，轮胎/路面噪声已成为交通噪声的主要来源。已有研究表明，轮胎/路面噪声主要由轮胎振动噪声和空气动力噪声叠加而成。影响轮胎/路面噪声水平的主要因素是表面纹理和空隙率，路面表面纹理主要影响轮胎振动噪声产生，路面空隙率主要影响空气泵吸噪声产生和轮胎/路面噪声传播。因此表面纹理和空隙率的优化研究应作为低噪声路面的设计方向。鉴于多空隙路面的降噪效果已有大量研究，同时高造价和短寿命也限制了多空隙路面的使用范围。从这个角度看，研究表面纹理对交通噪声的影响具有更广泛的意义。
　　随着科学技术的发展，道路行业已经可以通过表面处治(程控精铣刨等)方式将路面表面纹理处置成期望的轮廓形貌。然而受实际表面纹理单一化以及室内模拟条件的限制，人们无法全面地调查和验证表面纹理形式与路面噪声的关系，特别是表面纹理单一变量对路面噪声的影响，因此无法获取经过优化的理想低噪声路面表面纹理形式用于指导路面表面处治。鉴于此，本文从路面表面轮廓线的几何评价角度出发，采用有限元模拟及相关性分析方法，调查研究表面纹理单一化指标与路面噪声的关系，建立基于表面纹理几何表征参数的振动噪声经验预估模型。并基于BP神经网络模型和最优化方法，开展基于目标噪声的表面纹理设计方法研究，实现表面纹理—噪声水平的正向预测和反向设计。然后采用3D打印技术和室内加速加载系统噪声测试法对振动噪声预估模型和表面纹理设计方法的准确性进行验证，并采用单层结构形式开展低噪声功能设计。本文主要研究如下：
　　(1)从表面轮廓线的空间几何评价指标角度，总结归纳了二维轮廓线的表面纹理纵向深度、水平分布、轮廓空间形态的表征参数。同时构建了轮胎-空气-路面耦合振动噪声模型，以计算二维轮廓线激励下的时域与频域噪声水平。系统地开展了表面纹理几何表征参数与振动噪声的相关性研究，分析了纹理参数对总体噪声、低频噪声及高频噪声的影响规律，并开展了与振动噪声相关的表面纹理几何参数重要性分析。在此基础上，通过主成分-逐步回归法建立了基于表面纹理几何表征参数的振动噪声经验模型，实现了基于路面表面纹理的噪声水平预测。
　　(2)为实现轮廓线的精准函数表达，采用傅里叶级数拟合表面轮廓线，发现在表面轮廓线的噪声性能相关性研究中，轮廓曲线的傅里叶级数拟合优度R2≥0.9即可满足精度要求。之后利用BP神经网络构建轮廓线傅里叶系数与噪声水平的非线性函数模型，并以此建立了最优化求解的目标函数，最后采用内点法-粒子群混合算法进行目标噪声值下的轮廓线傅里叶系数最优化求解，以获取目标噪声下的轮廓线傅里叶级数，实现了目标噪声下的表面纹理反向设计。
　　(3)采用线激光扫描仪提取路面的表面轮廓线，基于数字图像拼接和配准算法，重构了真实路面的表面轮廓面模型。并提出两种定向生成表面轮廓面方法：一是基于振动噪声预估模型，建立以振动噪声值为导向的表面轮廓线数据库，随机筛选期望噪声水平的表面轮廓线组合生成表面轮廓面；二是采用表面纹理设计方法生成期望噪声水平下的轮廓线，随机组合成表面轮廓面。采用3D打印技术复制和定制表面轮廓面，并以纹理水平指标评价纹理打印质量。结果表明：3D打印对大部分宏观纹理有着高复制性，但是难以复制微观纹理，并验证3D打印技术应用于表面纹理定制领域是可行的。最后基于主驱动轮式路面材料加速加载系统噪声测试法，对真实试件、复制试件、定制试件进行轮胎/路面噪声测试与评价，有效验证了振动噪声预估模型和表面纹理设计方法的准确性。
　　(4)参考碎石封层的结构形式，采用单层集料结构展开低噪声功能层设计。采用MATLAB编程软件生成相应特征的二维集料颗粒，随机组合成单层结构，提取单层结构的表面轮廓线，计算其振动噪声水平。综合考虑集料的粒径、棱角性、级配组成因素可知，粗粒式(9.5-13.2mm)、低棱角性(圆度值1.0-1.3)、单粒径集料所组成的单层结构表现较低的振动噪声水平，可应用于低噪声单层结构设计。