0路面_轮胎噪声测试方法综述

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ISO 11819- 1[3]中, ISO 标 准 路 面 的 SPBI 为 77.3dB, 测 试 沥 青 路 面 的 SPBI 为 80.1dB ( 小 汽 车 参 考 速 度 80km/h, 重型车辆参考速度为 70km/h) 。 1.2 CPB 法
CPB 法可选定单个车辆或特定的交通流构成来进行 车辆噪声评价, 同时还可以控制车辆行驶状态。车辆行 驶 状 态 [4]可 分 为 3 种 : 一 是 通 过 测 试 点 时 是 滑 行 状 态 ( 车辆以预定的车速通过试验点时关闭发动机, 变速器 至空挡位置通过测试点, 主要是为了避免发动机对路 面/轮胎耦合噪声测试的影响) ; 二是驱动状态 ( 在驱动 状态下以规定的速度通过测试点) ; 三是加速 状 态 ( 当 车辆通过测试点时, 突然调节气门, 以最大的加速度通 过测试点, 得到测试点出最大的车辆噪声水平, 主要是 为 了 比 较 测 试 过 程 中 发 动 机 噪 声 对 路 面 /轮 胎 耦 合 噪 声 的影 响程度) 。常用方法是单个车辆在滑行或驱动 状 态 下以规定的速度通过测试点的测试方法, 这种方法较 SPB 方法更经济, 更容易操作控制。
缺点, 推荐使用 CPB 法、CPX 法和传递函数法综合量测评价路面/轮胎噪声。
关键词: 轮胎; 噪声测试; CPB 法; 传递函数法; CPX 法
中图分类号: U416.2
文献标识码: B
随着时代的发展, 路面/轮胎噪声逐渐成为影响 人 们工作和学习的重要因素, 而且越来越严重, 成为道路 交 通 研 究 者 的 焦 点 。 而 交 通 噪 声 和 路 面 /轮 胎 噪 声 之 间 没有很明显的关联耦合关系, 但降低路面/轮胎噪声可 以相对的降低交通噪声大小, 所以对噪声的测量和评价 不仅要从噪声源头和接收者两个方面综合评价, 也要从 现场测试和室内测试两个方面共同出发。
1 远场测试方法
路面/轮胎噪声是交通噪声的一部分, 可通过间 接 测试交通噪声的方法来对其进行评价。在实际生活中,
图 Βιβλιοθήκη Baidu SPB 方法传声器测量位置图
作者简介: 白志文 ( 1982- ) , 男, 陕西人, 助理工程师, 从事道路工程工作。
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耦合噪声, 但没有考虑交通流的车辆组成变化对量测噪 声的影响。
CPX 法能对不同表面特性的道路的声学性能做出很 好的评价, 尤其是在长距离不同条件下对同种路面表面 性能的研究有更突出的表现, 并且能相互校正[8]。
公路交通科技 应用技术版
由于车辆交通流噪声对人的影响不仅仅与声级、频 谱有关, 还与它的持续时间、起伏变化幅度有关, 就采 用统计方法的进行相关测试, 从一段时间测量的大量变 化的数据中, 按统计学方法求出几个统计参数来表示这 段 时 间 的 噪 声 , 即 统 计 交 通 噪 声 指 数 ( SPBI) ; 且 SPB 方法考虑的是随机的交通流噪声的量测, 多用量测不变 速度的车辆交通流噪声, 且以例如在 50~60mp/h 的自由 交通流状况下, 预测交通噪声指数最少需要 200 个随机 样 本 [2]。
2 近场测试方法
交通噪声量测得到数据是各种车辆噪声经长距离的 传播衰减以后的噪声, 就需要量测评价主要噪声源及主 要噪声声源处的噪声大小及频谱组成。
根据 Sandberg 等[6]的研究, 对于小轿车, 当小汽车
的 速 度 大 于 等 于 40~50km/h 时 , 路 面/轮 胎 耦 合 噪 声 占 最主要的地位, 卡车则是当车辆速度达到 70km/h 以后, 路面/轮胎耦合噪声才占主要地位, 而且随着汽 车工业 的发展又有降低的趋势, 更有研究者称, 对于小汽车, 速 度 达 到 35km/h 时 路 面 /轮 胎 耦 合 噪 声 就 占 主 要 地 位 了。降低车辆的噪声, 主要是降低路面与轮胎的相互作 用的噪声。 2.1 CPX 法
另外一路在轮后, 稳定性比较好, 建立速度与噪声、路 面不平整度与噪声等的相互关系, 且该方法只能对单个 车 辆 通 过 测 试 路 面 时 的 路 面 /轮 胎 噪 声 进 行 量 测 。 对 于 小汽车[5], 在 80km/h 速度下, 水泥混凝土路面的平均噪 声水平为 92.7dB。
图 3 声强法测量位置图
图 4 近轮胎声压法传声器测量位置图/mm 上述 3 种方法都能对路面/轮胎耦合噪声进行评 价 及噪声产生机理分析。这些方法可以完成 路面/轮胎耦 合机械力学性能( 耐久性和摩擦力) 、轮胎类型、路面类 型 ( 沥 青/水 泥 混 凝 土 路 面 的 级 配 、 纹 理 、 结 构) 等 不 同 条 件 组 合 下 的 路 面 /轮 胎 耦 合 噪 声 机 理 试 验 。 同 时 能 得到轮胎花纹、荷载、气压、环境温度、湿度等对轮胎 噪声的影响及路面表面特性对路面/轮胎耦合噪声 的影 响分析, 包括各种形式的沥青混凝土路面、各种表面构 造 形 式 的 水 泥 混 凝 土 路 面 、OGFC、 多 孔 混 凝 土 路 面 等 。
路面/轮胎噪声的测试评价方法很多, 可分为 4 种: 一是远场测试方法, 包括统计通过法( SPB) 、控制车辆通 过法 ( CPB) ; 二是近场测试方法, 包括拖车法 ( CPX) 、 声强法( CPI) 和近轮胎声压法; 三是室内模拟法, 包括转 鼓法和轮胎单体试验法; 四是多孔路面表面声吸收试验 方法, 包括驻波管法、混响法和传递函数法。
图 2 CPX 法传声器测量位置图
CPX 法是一种半消声室的测试方法, 对测量过程中 外界环境的影响作了多重保护, 主要措施有: 一是传声 器上安装保护罩— ——鼻锥或风罩; 二是测试轮胎和传声 器都放在拖车车罩内部, 由另外一辆车辆拖行, 拖车车 罩内表面是一个半消声室; 三是牵引车的排气串联有两 个消声器, 排气管采用了屏蔽措施。此方法可在自由交 通流的环境中长距离连续测量噪声, 减小了牵引车辆噪 声的影响, 排除了轮胎周围风噪及扰动气流的影响, 也 能最大程度的降低反射噪声, 较准确地量测路面/轮胎
交通噪声是由各种机动车辆构成的交通流而产生的 随机非稳态的复杂的流动噪声, 表现为交通噪声声级随 时间反复增大或衰减, 与车辆流量、交通流速度、车型 构成比例、车辆行驶状态、道路结构及其表面状况、道 路周边状况等因素有关。交通噪声由车辆本底噪声和路 面/轮 胎 噪 声 两 部 分 组 成 , 且 随 车 辆 速 度 的 大 小 变 化 , 车 辆 本 底 噪 声 和 路 面 /轮 胎 噪 声 对 交 通 噪 声 的 贡 献 差 别 也 很 大 。 路 面/轮 胎 耦 合 噪 声 是 由 车 辆 轮 胎 在 滚 动 的 过 程中与路面表面接触产生的非稳态随机噪声, 与车辆速 度、路面材料、轮胎结构及材料、路面表面特性、轮胎 胎面花纹、轮胎胎压、轮胎磨损、载重和路面环境状况 等因素有关。
根据田波博士[5]测试知, 横向刻槽水泥混凝土路 面 为 83dB, 沥青路面为 78.5dB ( 陆虎越野车, 90km/h) 。
这两种方法都可以测试车辆交通流的噪声大小, 可 以按照路面结构及其表面特性对交通噪声的影响程度, 将路面按形式和状况进行 分类 ( 路面分类) ; 还 有 就 是 不考虑路面的状况和路龄, 用这种方法来评价各种路面 在特定的场所对交通噪声的影响。另外这种方法难以对 噪声的产生机理的因素进行评价, 它量测到的噪声一种 混合的非稳定的随机噪声 , 都不能完全表征路面/轮胎 耦合噪声水平, 与车辆交通流组成及速度、车辆自身机 械振动、路面/轮胎耦合作用等因素综合作用产生的 复 杂噪声有关。
声强法的优点是不需要加像 CPX 法的半消声室罩, 只需加风罩或鼻锥就能消除风噪及其周围空气扰动形成 的噪声的影响, 它所量测得到的噪声是面积内单位时间 通过的自然声能, 能在交通流中以自然的速度进行量 测, 可以得到 OBSI 指数。此法同 CPX 法一样只考虑少 数几辆车辆的噪声, 不能获得正常交通流构成变化的噪 声数据, 而且受到的影响因素比较多, 测量得到的噪声 中并非全部都是路面/轮胎噪声, 还包括车辆自身噪声及 路面辐射噪声, 如在交通流中进行测量, 还会受到测试 车辆周围车辆的影响。E. Thomas Cackler 测量得到不同 的横向刻槽路面的 OBSI 指数为 101~111dB 之间[10]。 2.3 近轮胎声压法
声 强 法 类 似 于 CPX 法 , 采 用 两 个 平 行 的 声 强 传 声 器, 并在声强传声器前端放置风罩或鼻锥, 测量得到的 声强是距离轮胎侧壁 10cm, 离路面与轮胎的接触点 70- 80mm 处发出的噪声, 而且不需要消声罩, 主要是两个 传声器的距离已知, 相对相位固定不变, 通过一定的计 算方法可以消除背景噪声、风噪等影响。这种方法可在 任何轮胎上使用。具体如图 3 所示。
人们首先关心的是交通噪声, 而不会太多的关注路面/ 轮胎噪声。主要是因为人们的印象中, 交通噪声对他们 生活带来诸多的影响, 是一种直观感觉。 1.1 SPB 法
经过多年的发展, SPB 法也比较成熟, 该法从 1970 年就开始应用, 影响比较广泛而且已经成为国际标准。 SPB 方法测量得到的是实际人们听到的噪声 ( 路面/轮胎 噪声和车辆发动机、机械噪声) , 且反 映不 同 交 通 流 组 成的变化状态, 该方法测量得到的噪声是最大 A 声级计 权声压水平, 而且测试车辆经过之前或经过之后测量的 A 级计权声压水平至少要比最大 A 声级计权声压水平低 6dB [1]。SPB 方法在 ISO 11819- 1 中有详细的叙述, 将 传 声 器 放 置 在 车 辆 行 驶 通 过 中 线 两 侧 7.5m, 离 地 面 高 1.2m 处 , 半 径 50m 范 围 内 不 得 有 反 射 障 碍 物 , 如 图 1 所示。这种方法将车辆分为 3 类: 要求至少有 100 辆小 轿车和 80 辆 双轴或多轴重型车混 合 通 过 。测 试 条 件 必 须严格要求, 测试路面必须特别平直, 对背景噪声有较 高的要求, 测试区域方圆 50m 不得有噪声反射障碍, 而 且通过车辆的速度要求较高, 通常不能用于任何特定场 所所批准的某些工程的评价。另外, 该方法不经济, 不 能大规模的对路后进行噪声测试。
CPX 法也称为拖车法, 在 ISO 11819- 2 中有详细的 叙述。该方法主要量测路面表面附近的声压, 得到量测 区域空气中因声源产生的声密度的变化, 从而可以得到 声功率谱[7], 计算出测试段的等效连续 A 声级。该方法 至 少 放 置 两 个 传 声 器 , 置 于 距 离 轮 胎 中 心 大 概 20cm, 离路面表面 10cm 处, 前面的传声器与车行方向( 45±5) ° 角 安 装 , 后 面 的 传 声 器 与 车 行 方 向 ( 135±5) °角 安 装 。 如图 2 所示。
ISO 11819- 2[9]标准中, 路面轮胎噪声利用 4 种不同 轮胎测试结 果平均计算得到 CPXI 指数, 例如测试 4 种 沥 青 混 凝 土 和 3 种 SMA 标 准 路 面 的 总 的 平 均 噪 声 级 , 最大为 94.0dB, 最小为 86.4dB ( 80km/h) 。 2.2 声强法
近轮胎声压法[5]是国内最新研制成功的方法, 测 试 装置如图 4 所示。该方法采用量测噪声声压的方法, 能 使传声器尽可能接近轮胎, 同时采集车辆速度、路面/ 轮胎耦合噪声和路面不平整度的数据, 其缺点是受到周 围车辆、风噪、较大背景噪声及路面辐射噪声的影响比 较大, 所以安装了两路传声器, 一路在轮侧, 量测数据 稳定性比较差, 主要是评价路面噪声声源的辐射能力,
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路面 / 轮胎噪声测试方法综述



白志文 , 田 波 , 孔永健
( 1.北京交通大学, 北京 100044; 2.交通部公路科学研究院, 北京 100088)
摘 要: 文章对现阶段国内外路面/轮胎噪声测试方法的研究成果进行了综述。叙述了各种测试方法的原理及其优
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