СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ШУМА ПРОИЗВОДИМОГО ШИНАМИ АВТОТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА НАХОДЯЩЕГОСЯ В ДВИЖЕНИИ
METHOD TO MEASURE NOISE PRODUCED BY VEHICLE TYRES WHEN 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 постоянно растущим числом АТС, вредное воздействие транспортного шума признано одной из самых широко распространенных экологических проблем современности.
В настоящее время ведущими мировыми производителями АТС ведется активная работа по снижению шума, излучаемого в окружающую среду. Важной составляющей указанной деятельности является разработка методов и способов проведения испытаний АТС как на стадии проектирования, так и в процессе производства.
Установлено, что общий внешний шум, излучаемый АТС в окружающую среду, складывается из совокупности шумов, источниками которых являются рабочие узлы, механизмы, системы АТС, а также шумы, возникающие при движении, генерируемые в том числе шинами и дорожным покрытием. Исследования показали, что в ближайшей перспективе мероприятия, направленные на снижение шума за счет модернизации узлов и систем АТС, являются дорогостоящими и малоэффективными, и в то же время, что улучшение акустических показателей возможно за счет применения малошумных шин и качественно новых дорожных покрытий.
В этой связи, актуальной задачей является разработка экономичного, технологичного и достоверного способа измерения шума, направленного на идентификацию и эффективную оценку той части общего шума АТС, находящегося в движении, которая производится шинами.
6
Известны различные способы и технические решения для их реализации, направленные на решение вышеуказанной задачи, например, "Прибор для измерения шума между шиной и дорожным покрытием" из описания полезной модели к патенту CN2876737, МПК G01H 17/00, опубл. от 18.08.2006 г., включающему 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.
6
Также известно устройство для измерения шума в ближнем акустическом поле дорожной шины, описанное в патенте CN 201488808, МПК G01H 17/00, опубл. от 21.05.2009 г., которое содержит микрофон, линию передачи данных, устройство записи данных, и последовательно связанные между собой: монтажную панель арки колеса, звуконепроницаемые щиты и противоударную защиту. Звуконепроницаемый щит включает передний, тыловой и боковой звуконепроницаемые щиты, которые прочно соединены с помощью болтов, причем верхние поверхности переднего звуконепроницаемого щита и тылового звуконепроницаемого щита расположены в непосредственной близости от шасси транспортного средства. При этом, кривизна монтажной панели арки колеса соответствует кривизне арки испытываемого колеса транспортного средства. Арка колеса, на которой установлена монтажная пластина, прочно связана со стенкой звуконепроницаемого щита и кузовом транспортного средства посредством болтового соединения. Противоударная защита закреплена у основания звуконепроницаемых щитов. Устройство крепления микрофона располагается со стороны тылового звуконепроницаемого щита. Звуконепроницаемые щиты расположены вокруг шины, формируя полузамкнутый контур, при этом, помимо выполнения функции изолятора, щиты поглощают звук, источником которого является транспортное средство, что позволяет исключить воздействие указанного звука на микрофон и, таким образом, повысить точность проводимых измерений.
Вышеописанные устройства позволяют определить шум качения одной конкретной шины, но не позволяют 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.
6
Из описания к патенту US 2006266120, МПК G01H 1/00, опубл. 30.11.2006, известен "Способ и система для определения составляющей шума шин в общем уровне шума в салоне транспортного средства", заключающийся 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.
6
В качестве прототипа, как наиболее близкого по совокупности отличительных признаков, выбран «Способ измерения внешнего шума автотранспортного средства Баженова», описанный в патенте РФ №2392603, МПК G01М 17/007, G01M 15/00, опубл. 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.
Задача, на решение которой направлено применение предлагаемого изобретения, 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 ГОСТах 41.51-99(ЕЭК ООН 51) и 31333-2006 (ИСО 7188:1994), а также Директиве ЕС 2001/43/ЕС.
Предлагаемый способ предусматривает следующие этапы:
- подготовка измерительного оборудования и испытательной площадки с мерным участком, на всем протяжении которого через равные интервалы расстояний наносят метки;
- проведение серии измерений уровня шума АТС, движущегося по мерному участку в режиме разгона;
- запись запоминающим устройством цифрового или аналогового типа полученных значений, включающих значения скорости АТС в положениях заданных метками;
- получение диаграммы значений записанного общего уровня шума АТС и графика значений скорости АТС;
- определение значения скорости АТС при пересечении микрофонной линии;
- проведение серии измерений уровня шума АТС, движущегося в режиме наката со скоростью, равной наперед заданному значению, таким образом, чтобы скорости полученные при пересечении АТС микрофонной линии в обеих сериях измерений совпадали;
- запись полученных фактических значений уровня шума и значений скорости АТС в положениях, заданных метками запоминающим устройством аналогового или цифрового типа;
- получение диаграммы записанных значений уровня шума и графика значений скорости АТС, движущегося накатом;
- идентификация расчетным путем из общего уровня шума движущегося АТС, шума, производимого шинами, на основании полученных значений с учетом поправки на расстояние, определяющей зависимость изменения уровня шума от расстояния между источником шума и шумомером;
- получение диаграммы значений 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 - шумомеры или эквивалентные устройства измерения шума;
2 - прибор измерения скорости;
3 - фотостворы;
4 - запоминающее устройство цифрового или аналогового типа;
5 - электронно-вычислительный прибор.
на фиг. 2 представлены диаграммы и графики, построенные по фактическим значениям, полученным в результате проводимых измерений, в том числе, диаграмма значений уровня шума, производимого шинами, движущегося АТС 6;
на фиг. 3 представлен график зависимости изменения значений уровня шума от расстояния между источником шума - АТС и шумомером - поправки на расстояние Л.
Реализация заявляемого способа осуществляется следующим образом.
Готовится испытательная площадка с мерным участком, который представляет собой горизонтальную прямолинейную поверхность с твердым и ровным 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 7 движущегося АТС 6;
ВВ' - линией фиксации положения задней части 8 движущегося АТС 6;
СС' - осевой линией, совпадающей с продольной осью движущегося АТС 6;
РР' - линией, на которой установлен шумомер 1 или эквивалентная система измерения шума, например, микрофоны, установленные с обоих 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 6. Линии АА' и ВВ' расположены соответственно на 10 м впереди и позади линии РР'. В промежутке между линиями АА' и ВВ' через интервалы равных между собой расстояний задаются равноудаленные от линии РР' метки 9, относительно которых определяют положение АТС на мерном участке. Кроме того, для измерений скорости движущегося АТС 6 на мерном участке установлен прибор измерения фотостворы 3. Все указанные приборы, посредством высокоскоростного, например, проводного 10 или беспроводного соединения, связаны с запоминающим устройством 4 цифрового или аналогового типа, подключенного, в свою очередь, к электронно-вычислительному прибору, например персональному компьютеру 5.
Проводят первую серию измерений общего уровня шума АТС 6, состоящую из, по меньшей мере, двух проездов АТС 6 по мерному участку, в одном направлении, в режиме разгона, при котором АТС 6 двигается по прямой линии, по направлению к мерному участку, таким образом, чтобы плоскость продольного сечения АТС 6 находилась как можно ближе к линии СС'. В момент, когда передняя часть 7 АТС 6 пересекает линию АА', производится полное и максимально быстрое нажатие педали подачи топлива (не показана) до упора и удержание ее в этом положении до тех пор, пока задняя часть 8 АТС 6 не пересечет линию ВВ', затем, как можно быстрее, педаль подачи топлива отпускается. Одновременно с этим, на запоминающем устройстве 4 аналогового или цифрового типа производят запись полученных значений, включающих значения скорости АТС 6 в момент пересечения передней частью 7 движущегося АТС 6 заданных меток 9, нанесенных через равные интервалы расстояний на всем протяжении мерного участка.
На основании результатов измерений получают диаграмму 11 значений записанного общего уровня шума АТС 6 (фиг.2) и график 12 значений скорости АТС 6 в режиме разгона (фиг.2), из которого определяют значение скорости АТС 6 (фиг.2), полученное при пересечении АТС 6 микрофонной линии РР'.
Затем проводят вторую серию измерений уровня шума АТС 6, состоящую из, по меньшей мере, двух проездов АТС 6 по мерному участку, в одном направлении в режиме наката, при котором в момент, когда передняя часть АТС 6 пересекает линию АА', производится отключение двигателя и рычаг переключения передач (не показаны) переводится в нейтральное положение. При этом, АТС 6 придается скорость, равная наперед заданному значению, таким образом, чтобы скорости АТС 6 (фиг.2), полученные при пересечении АТС 6 микрофонной линии РР', в обоих сериях измерений, совпадали. Одновременно с этим, на запоминающем устройстве 4 аналогового или цифрового типа производят запись фактически полученных значений, в том числе, скоростей 13 АТС 6 в каждой заданной метками 9 позиции мерного участка (фиг.2), после чего получают диаграмму 14 записанных значений уровня шума АТС 6, движущегося накатом (фиг.2.).
Важное значение для точности последующих расчетов имеет полнота охвата АТС 6, движущимся в режиме наката всего диапазона скоростей 12, полученного после проведения первой серии измерений значений скорости АТС 6, двигавшегося в режиме разгона.
Идентификация шума, производимого шинами в общем уровне шума движущегося АТС 6, проводится путем сравнения значений 11 общего уровня шума АТС 6, полученных в режиме разгона со значениями 14 уровня шума АТС 6, полученных в режиме наката. Результат прямого сравнения значений содержит значительную погрешность, так как одному и тому же положению АТС 6 относительно заданных меток 9 соответствуют разные значения скорости и наоборот, соотнесение значений скоростей не соответствует положению АТС 6 относительно микрофонной линии РР'. Для учета возникающей погрешности производят преобразование полученных значений с применением поправки на расстояние (фиг.3), определяющей зависимость изменения уровня шума от расстояния между источником шума - АТС 6 и шумомером 1 и рассчитываемой по формуле:
<mrow><mi>Δ</mi><mo>=</mo><mn>10</mn><mo>⋅</mo><mi>lg</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mrow><msub><mi>S</mi><mn>2</mn></msub><mo>+</mo><msup><mrow><mn>7.5</mn></mrow><mn>2</mn></msup></mrow><mrow><msup><mrow><mn>7.5</mn></mrow><mn>2</mn></msup></mrow></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
,дБ
где S - расстояние между источником шума - АТС до микрофонной линии, м; 7.5 - расстояние от продольной оси АТС до шумомера или эквивалентной системы измерения шума, м.
Таким образом, первоначально производится суммирование поправки на расстояние Δ с соответствующими значениями 14 уровня шума АТС 6, полученными при проведении серии измерений, двигающегося в режиме наката АТС 6. Затем скорректированные таким образом значения уровня шума в совокупности с значениями скорости АТС, движущегося в режиме наката, сопоставляют с значениями скорости АТС, движущегося в режиме разгона, и определяют соответствующие им значения уровня шума, из которых затем производят обратное вычитание поправки на расстояние Δ, в результате чего, на основании рассчитанных значений, получают диаграмму 15 уровня шума, производимого шинами движущегося АТС, в каждой заданной метками 9 позиции мерного участка. Последовательность действий способа завершена.
Достоинством заявляемого способа является то, что его использование позволяет при наличии стандартного оборудования и минимального количества заездов АТС, получить достоверные показатели уровня шума производимого шинами АТС, находящегося в движении, в каждом положении АТС на мерном участке. Одним из примеров использования предлагаемого способа, например, является оперативная оценка акустических характеристик комплекта шин, предназначенного для эксплуатации преимущественно в зимних условиях, установленных на серийно изготовленные АТС различных модельных модификаций.
Данный способ успешно апробирован на стадии проектирования и в процессе производства автомобилей ОАО АВТОВАЗ.