СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ШУМА ПРОИЗВОДИМОГО ШИНАМИ АВТОТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА НАХОДЯЩЕГОСЯ В ДВИЖЕНИИ
METHOD FOR MEASURING TYRE NOISE OF VEHICLE IN MOTION

Изобретение относится к области акустики автотранспортных средств (далее АТС), в частности к способам измерения внешнего шума АТС, и может быть использовано для идентификации шума, производимого шинами, и определения его вклада в общий уровень шума АТС.
В связи с постоянным ростом количества эксплуатируемых в мире АТС необходимо постоянное снижение производимых ими уровней внешнего шума. Одним из путей такого снижения является ужесточение норм, относящихся к ограничению шума дорожного транспорта. Современные методики измерения шума АТС приводят к изменению подхода при конструировании малошумных АТС, связанного с перераспределением вкладов доминирующих источников излучаемого шума АТС в формировании его акустического баланса. В настоящее время резерв снижения шума за счет модернизации акустических показателей самого АТС в существенной степени исчерпан. В большей степени дальнейшее снижение шума АТС возможно за счет снижения уровня шума, производимого шинами.
В этой связи актуальной задачей является разработка экономичного, технологичного и достоверного способа идентификации и эффективной оценки той части общего шума АТС, которая генерируется дорожным покрытием и шинами.
Известны различные способы и технические решения для реализации вышеуказанной задачи, например "Прибор для измерения шума между шиной и дорожным покрытием" из описания полезной модели к патенту CN 2876737, МПК6 G01H 17/00, публ. от 18.08.2006 г., включающий контрольно-измерительный прибор для использования между дорожным покрытием и шиной, относящийся к устройствам измерения шума. Прибор включает последовательно связанные: терминал накопителя данных скорости, кодирующее устройство, первый источник питания звукового давления и последовательно связанный с ними микрофон, звуковой проводниковый аппарат и второй источник питания звукового давления. Первый и второй источники питания звукового давления соединены с объединяющим накопителем. Терминал накопителя данных скорости закреплен на ступице колеса транспортного средства и вращается вместе с ним. Входной вал кодирующего устройства подключен в соединение с центром терминала накопителя данных скорости и с его выходным терминалом-накопителем, соединенным с первым источником питания звукового давления через кабель. Один конец соединительного плеча закреплен на кодирующем устройстве, а другой соединен со звуковым проводниковым аппаратом так, чтобы микрофон примыкал к шинам и основанию дорожного покрытия и перемещался вместе с колесами. Устройство предназначено для измерения шума между дорожным покрытием и шиной в процессе движения и позволяет исключить влияние других шумов.
Вышеописанное устройство позволяет определить шум качения одной конкретной шины, но не позволяет определить вклад шума шин во внешний шум АТС в каждом его положении на мерном участке, и, тем более, при указанном способе установки микрофона невозможно оценить вклад шума качения всех четырех шин одновременно.
Из описания к патенту US 2006266120, МПК6 G01H 1/00, публ. 30.11.2006, известны "Способ и система для определения составляющей шума шин в общем уровне шума в салоне транспортного средства", заключающиеся в установке микрофонов на колесе и в салоне автомобиля и определении передаточной функции шума от колеса в салон АТС. Данный способ также невозможно применить для определения вклада шума качения шин во внешний шум АТС, находящегося в движении.
Известен также «Способ измерения внешнего шума автотранспортного средства Баженова», описанный в патенте РФ №2392603, МПК6 G01M 17/007, G01M 15/00, публ. 20.06.2010 г., заключающийся в серии измерений шума при проезде АТС в режиме разгона на различных передачах относительно неподвижного микрофона, из которых выбирают максимальное значение. Затем при дополнительном проезде АТС записывают внешний шум на запоминающее устройство на передаче и со стороны АТС, соответствующих максимальному значению. После чего рассчитывают характерные частоты агрегатов автомобиля, получают спектрограмму записанного внешнего шума и наносят на нее расчетные значения характерных частот. Далее производят второй дополнительный заезд АТС с записью шума, причем измерительный микрофон устанавливают на АТС. После этого получают спектрограмму шума при втором дополнительном заезде, наносят на нее расчетные значения характерных частот, идентифицируют источники шума и с учетом этого по первому дополнительному проезду АТС проводят ранжирование источников. Недостатками указанного способа являются низкая точность идентификации источников шума, а также то, что указанный способ не позволяет оценить вклад шума, производимого шинами, в общий уровень измеряемого шума, поскольку широкополосный шум, производимый шинами не содержит ярко выраженных дискретных частот.
В качестве прототипа, как наиболее близкого по совокупности отличительных признаков, выбран «Способ измерения шума, производимого шинами автотранспортного средства, находящегося в движении», описанный в патенте РФ №2520701, МПК6 G01M 17/007, публ. 27.06.2014 г., заключающийся в том, что проводят первую серию измерений общего уровня шума АТС, движущегося по мерному участку в режиме разгона, во время которого на запоминающем устройстве аналогового или цифрового типа производят запись полученных значений, включающих значения скорости АТС в момент пересечения передней частью движущегося АТС заданных меток, нанесенных через равные интервалы расстояний на всем протяжении мерного участка. На основании результатов измерений получают диаграмму значений записанного общего уровня шума АТС и график значений скорости АТС в режиме разгона, из которого определяют значение скорости АТС, полученное при пересечении АТС микрофонной линии. Затем проводят вторую серию измерений уровня шума АТС, движущегося в режиме наката, при котором АТС придается скорость, равная наперед заданному значению, таким образом, чтобы скорости АТС, полученные при пересечении АТС микрофонной линии в обоих сериях измерений совпадали. Одновременно с этим на запоминающем устройстве аналогового или цифрового типа производят запись фактически полученных значений, в том числе скоростей АТС в каждой заданной метками позиции мерного участка, после чего получают диаграмму записанных значений уровня шума АТС, движущегося накатом. Проводят идентификацию шума, производимого шинами в общем уровне шума движущегося АТС, путем сравнения значений общего уровня шума АТС, полученных в режиме разгона со значениями уровня шума АТС, полученных в режиме наката с применением поправки на расстояние, определяющей зависимость изменения уровня шума от расстояния между источником шума и шумомером. На основании рассчитанных значений получают диаграмму уровня шума, производимого шинами движущегося АТС, в каждой заданной метками позиции мерного участка. Таким образом определяется уровень звука, создаваемый шинами в общем шуме, производимом транспортным средством во время движения. Недостатком указанного способа является то, что расчет ослабления уровня шума производится исходя из предположения, что источник шума является точечным и шум от него распространяется в идеальных условиях свободного звукового поля. В реальных условиях шины можно достаточно условно отнести к точечному источнику шума, а условия измерений - к идеальным. Еще один недостаток состоит в том, что предусмотренное в указанном способе действие при движении накатом, связанное с приданием АТС необходимой скорости при пересечении микрофонной линии, требует от испытателя высокой квалификации и владения особыми навыками и в целом представляется весьма трудоемким и энергозатратным процессом.
Задача, на решение которой направлено применение предлагаемого способа, заключается в получении технологичного, достоверного и экономичного способа идентификации шума, производимого шинами в общем внешнем шуме АТС, находящегося в движении.
Указанная задача решается при техническом оснащении, соответствующем известным требованиям, изложенным в действующих нормативных документах, в том числе в ГОСТе 31333-2006 (ИСО 362-1:2007), Правилах ЕЭК ООН 51,117, Директиве ЕС 540-2014.
Предлагаемый способ предусматривает следующие этапы:
- подготовка измерительного оборудования и испытательной площадки с мерным участком, на всем протяжении которого через равные интервалы расстояний нанесены метки;
- подготовка АТС к проведению измерений уровней шума;
- проведение первой серии измерений уровня шума автотранспортного средства, движущегося по мерному участку со скоростью, значение которой, отдельное для каждого проезда, задается последовательно по возрастающей из диапазона скоростей, включающего нижний и верхний пределы, задаваемые оборотами двигателя АТС, на всех передачах переднего хода коробки перемены скоростей, установленной на испытываемом АТС,
- запись запоминающим устройством цифрового или аналогового типа полученных значений общего уровня шума и совокупности значений скоростей АТС в положениях, заданных метками;
- получение диаграммы значений записанных уровней шума АТС и графика значений скоростей АТС на всех передачах, которые обеспечивает коробка перемены скоростей, установленная на испытываемом АТС;
- проведение второй серии измерений уровня шума АТС, движущегося по мерному участку накатом со скоростью, значение которой для каждого заезда последовательно по возрастающей задается из всей совокупности значений скоростей, заданных в первой серии измерений;
- запись запоминающим устройством цифрового или аналогового типа полученных значений общего уровня шума и совокупности значений скоростей АТС в положениях, заданных метками;
- идентификация расчетным путем с применением метода линейной интерполяции шума, производимого шинами, в общем шуме АТС, находящегося в движении, на основании полученных результатов;
- получение спектрограммы уровня шума, производимого шинами движущегося АТС, в каждой заданной метками позиции мерного участка.
Особенности и преимущества предлагаемого способа поясняются следующим детальным описанием и иллюстрациями, на которых:
на фиг 1 изображена схема испытательной площадки с мерным участком и измерительным оборудованием, в состав которого, в частности, входят:
1 - шумомер или эквивалентное устройство измерения шума;
2 - прибор измерения скорости;
3 - запоминающее устройство;
4-компьютер (вычислительное устройство);
5 - АТС (в представленном варианте АТС с передним расположением двигателя);
на фиг 2 представлен график выбора исходных данных для расчета уровней шума наката на скорости, соответствующей значению скорости, заданной в первой серии измерений, в каждом положении АТС;
на фиг 3 и 4 представлены диаграммы, построенные по фактическим значениям, полученным в результате проводимых измерений, в том числе диаграмма значений уровней шума, производимого шинами движущегося АТС 5.
Реализация заявляемого способа осуществляется следующим образом.
Готовится испытательная площадка с мерным участком, который представляет собой горизонтальную прямолинейную поверхность с твердым и ровным асфальтовым покрытием, акустические характеристики которого позволяют в условиях свободного звукового поля исключить возникновение между источником звука и микрофоном помех, превышающих 1 дБ.
Мерный участок обозначается на испытательной площадке линиями (фиг. 1):
АА' - линией фиксации положения передней части 6 движущегося АТС 5;
ВБ' - линией фиксации положения задней части 7 движущегося АТС 5;
СС' - осевой линией, совпадающей с продольной осью движущегося АТС 5;
РР' - линией, на которой установлен шумомер 1 или эквивалентная система измерения шума, например микрофоны, установленные с обеих сторон от перпендикулярно расположенной линии СС' на расстоянии 7,5 м и направленные друг на друга на высоте от 0.9 до 1,3 м над горизонтальной поверхностью.
Общая длина мерного участка составляет 20 метров плюс габаритная длина АТС 5 за линией ВВ'. Линии АА' и ВВ' расположены соответственно на 10 м впереди и позади линии РР'. Кроме того, для измерений скорости движущегося АТС 5 на мерном участке установлен прибор измерения скорости 2. Указанные приборы посредством высокоскоростного соединения связаны с запоминающим устройством 3 и далее - с компьютером 4.
АТС 5 подготавливается к акустическим измерениям в соответствии с заявленной снаряженной массой и рекомендуемым давлением в шинах. Непосредственно перед измерениями необходимо прогреть шины в движении АТС в течение 30 мин при скорости ≈ 100 км/час.
Проводится первая серия измерений уровня шума АТС 5, движущегося по прямой линии, по направлению к мерному участку таким образом, чтобы плоскость продольного сечения АТС 5 находилась как можно ближе к линии СС'. Скорость АТС 5 выбирается отдельно для каждого проезда последовательно по возрастающей, из диапазона скоростей, включающего нижний и верхний пределы, задаваемые оборотами двигателя АТС, на всех передачах переднего хода коробки перемены скоростей, установленной на испытываемом АТС 5. Например, АТС 5 оснащено коробкой скоростей с четырьмя передними передачами. Каждая передача имеет свой диапазон скоростей движения, задаваемый оборотами двигателя, и имеет нижний и верхний пределы скоростей. В указанном частном случае проводится, по меньшей мере, четыре проезда с последовательным по возрастающей включением передач на скоростях, задаваемых из диапазонов скоростей, относящихся к каждой передаче.
Одновременно с этим на запоминающем устройстве 3 производят запись полученных значений общих уровней шума и совокупности значений скоростей АТС 5 в положениях, заданных метками, нанесенными через равные интервалы расстояний на всем протяжении мерного участка.
Получают диаграмму значений записанных уровней шума АТС 5 и график значений скоростей АТС 5 на всех передачах, которые обеспечивает коробка перемены скоростей, установленная на испытываемом АТС 5.
Затем проводят вторую серию измерений уровня шума АТС 5, состоящую из проездов АТС 5 по мерному участку накатом в количестве, кратном количеству проездов, произведенных в первой серии измерений, при которых за ≈ 10 м до линии АА' производится отключение двигателя и рычаг переключения передач переводится в нейтральное положение, педаль сцепления удерживается в нажатом состоянии на протяжении всей длины мерного участка. Измерения проводятся в диапазоне скоростей, перекрывающем значения скоростей, полученных в первой серии измерений, для которых оценивается вклад шума качения шин, - как на линии АА', так и на линии ВВ'.
Важным фактором, влияющим на точность последующих расчетов, предусмотренных способом, является полнота охвата всей совокупности значений скоростей, задаваемых в первой серии измерений, а также достаточное количество замеров с различными скоростями АТС 5 в режиме наката.
Расчет уровней шума, производимого шинами, проводится методом линейной интерполяции по формуле:
Hi
где L - искомое значение уровня шума, дБА;
i
V - скорость АТС в положении на мерном участке, заданном в первой серии измерений;
H1
i
V - ближайшая фиксируемая скорость, значение которой ниже значения скорости, заданного в первой серии измерений V;
H1
H1
L - значение уровня внешнего шума, полученное в определенном положении АТС при скорости V;
H2
i
V - ближайшая фиксируемая скорость, значение которой выше значения скорости V, заданной в первой серии измерений (фиг. 2);
H2
H2
L - значение уровня шума, полученное в определенном положении АТС при скорости V.
Таким образом получают значения уровней шума АТС 5 в режиме наката с заданным шагом положения АТС 5 на мерном участке на тех же скоростях, что и при задаваемых в первой серии измерений, причем как общих уровней шума, так и  октавных спектров в каждом положении АТС на мерном участке.
Достоинством заявляемого способа является то, что его использование позволяет получить достоверные показатели уровня шума, производимого шинами АТС на нормируемых режимах движения в каждом положении АТС на мерном участке, и, соответственно, определять долю вклада шума шин в общий уровень внешнего шума АТС на нормируемых режимах движения АТС. Причем одной серией замеров шума наката можно охватить весь диапазон измерений на нормируемых режимах движения АТС, например определить шум наката при проезде АТС на II и III передаче. Кроме того, при заездах не требуется точного подбора скорости движения АТС, являющегося трудоемким и энергозатратным процессом в условиях отсутствия у испытателя возможности регулирования скорости АТС при управлении АТС с выключенным зажиганием.
Промышленная применимость способа подтверждается успешным использованием при акустических исследованиях легковых автомобилей в ОАО АВТОВАЗ.