СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВНЕШНЕГО ШУМА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
METHOD OF MEASURING OUTER NOISE OF VEHICLE

Изобретение относится к области акустики транспортных средств (ТС), более конкретно - к способу измерения внешнего шума ТС, и может быть использовано для идентификации и ранжирования по уровню источников шума ТС с целью выбора рационального пути снижения внешнего шума и уменьшения затрат по акустической доводке, например, автомобиля.
Прежде чем перейти к рассмотрению аналогов и прототипа, необходимо отметить следующее. Внешний шум ТС, например автомобиля, является суммой отдельных составляющих его источников, к которым относятся двигатель, система выпуска отработавших газов, система выпуска воздуха для процесса сгорания топлива, агрегаты трансмиссии (коробка передач, ведущие мосты, редукторы), вентилятор системы охлаждения двигателя и некоторые другие. Вклад перечисленных источников во внешний шум автомобиля различен как по уровню, так и по частотному составу, вследствие чего успешное решение задачи по его снижению существенным образом зависит от точности идентификации составляющих источников и их ранжирования (систематизация источников по уровню вклада во внешний шум).
Известны аналоги изобретения, например «Способ измерения внешнего шума, излучаемого дорожно-строительными и землеройными машинами, и устройство для его осуществления», описанный в патенте РФ №2096562, МПК Е02F 5/14, G01M 15/00 (опубл. 20.11.1997 г.), заключающийся в измерении внешнего шума датчиками, расположенными в точках, лежащих на воображаемой измерительной поверхности, окружающей машину, причем измерительная поверхность вместе с расположенными на ней датчиками движения вместе с машиной.
При этом датчики могут перемещаться по измерительной поверхности, а ее форма изменяется в процессе движения машины. Недостатком аналога является то, что данный способ не позволяет определить вклад отдельных источников шума во внешнее звуковое поле ТС, а сами источники невозможно идентифицировать с достаточной точностью.
Известен также «Способ измерения внешнего шума автомобиля», описанный в патенте РФ №2262085, МПК G01H 17/00, G01M 17/007 (опубл. 10.10.2005 г.), заключающийся в измерении уровней шума с левой и правой сторон автомобиля, движущегося по мерному участку в режиме разгона поочередно на различных передачах относительно неподвижного микрофона, из которых выбирают максимальное значение, а затем присоединяют дополнительный глушитель и проводят измерение шума со стороны и на передаче, соответствующих максимальному уровню. Затем по величине разности определяют вклад глушителя во внешний шум автомобиля. Данный способ позволяет определить величину вклада глушителя во внешний шум автомобиля и не позволяет определить вклад других источников и проведение их идентификации.
Известен метод измерения внешнего шума ТС, описанный в ГОСТ Р 41.51-99 «Единообразные предписания, касающиеся официального утверждения автотранспортных средств, имеющих не менее четырех колес, в связи с производимым ими шумом», М.: изд. Стандартов, 2000 г., с.12-13, который заключается в том, что на мерном участке длиной 20 м измеряют уровень шума движущегося в режиме разгона ТС с левой и правой его сторон. Измерения проводят для различных передач. Микрофон устанавливают на расстоянии 7,5 м от продольной осевой линии движущегося автомобиля напротив середины мерного участка (назовем это положение микрофона базовым положением). За результат измерений внешнего шума ТС принимают максимальное значение уровня, реализовавшегося при измерениях.
Данный метод измерений внешнего шума ТС, также, как и предыдущие способы, не позволяет выявить (идентифицировать) источники шума ТС и провести их ранжирование.
В качестве прототипа, как наиболее близкого по своей сути, выбран «Способ измерения внешнего шума автотранспортного средства», описанный в заявке РФ №2006115124/28 (016446), МПК G01M 17/007, G01M 15/00 (положительное решение о выдаче патента принято в ноябре 2007 г.), заключающийся в серии измерений уровней шума с левой и правой сторон ТС, движущегося по мерному участку в режиме разгона поочередно на различных передачах относительно неподвижного микрофона, из которых выбирают максимальное значение уровня, после чего проводят дополнительный проезд ТС по мерному участку и записывают шум на запоминающее устройство на всей длине мерного участка на передаче и со стороны ТС, соответствующих максимальному значению уровня внешнего шума, затем расчетным путем в диапазоне частот вращения коленчатого вала двигателя от холостого хода до максимальной определяют для выбранной передачи зубцовые частоты узлов ТС, содержащих шестеренчатые передачи, оборотную частоту двигателя и частоту следования выхлопов двигателя и их гармоники и частоты, формируемые вентилятором системы охлаждения двигателя, после чего получают спектрограмму записанного внешнего шума ТС при дополнительном проезде и наносят на нее расчетные значения зубцовых частот, оборотных частот и частот следования выхлопов двигателя и их гармоник и частоту вентилятора системы охлаждения двигателя, и при прохождении кривых расчетных значений частот через интенсивно окрашенные участки спектрограммы идентифицируют источники внешнего шума ТС и проводят их ранжирование. Данный способ позволяет с высокой степенью достоверности идентифицировать источники шума ТС, однако ему присущ следующий недостаток.
1
1
3
1
1
Рассмотрим чертеж, на котором приведена схема измерений внешнего шума в соответствии с ГОСТ Р 41.51-99 (вид мерного участка сверху). На чертеже обозначено: 1 - испытываемое ТС (направление движения показано стрелкой), АВ - мерный участок длиной 20 м, α - продольная ось симметрии ТС1, M- базовое положение измерительного микрофона, удаленного от оси α на расстояние 7,5 м. В соответствии со способом-прототипом после определения передачи и стороны ТС, соответствующих максимальному уровню шума, проводят дополнительный проезд ТС по мерному участку АВ в режиме разгона. Пусть это будет правая сторона ТС, как показано на чертеже. При этом шум ТС записывают на запоминающее устройство посредством базового микрофона M на всей длине мерного участка АВ, т.е. начало записи соответствует пересечению передним бампером ТС начала мерного участка, а окончание записи - пересечению задним бампером ТС конца мерного участка. Как видно на чертеже, в момент начала записи шума расстояние l от базового микрофона M до ТС составляет 12,5 м, что на 5 м больше, если ТС находится напротив микрофона M (в середине мерного участка). Рассмотрим ТС как точечный источник шума (если за основной источник шума принять двигатель, то это вполне справедливо) и оценим затухание уровня звукового давления для расстояния 12,5 м относительно расстояния 7,5 м. Для точечного источника уменьшение уровня обратно пропорционально квадрату расстояния, т.е.
,
где
ΔL - уменьшение уровня, дБ;
r - расстояние, м.
В нашем случае уменьшение уровня будет равно
(знак минус означает уменьшение уровня). Таким образом, на начальном участке движения ТС уровни источников его шума будут существенно занижены, что приведет к ошибкам при ранжировании источников и в конечном итоге к возможному нерациональному выбору пути их снижения. Это и является основным недостатком способа-прототипа.
Задачей, решаемой изобретением, является повышение точности ранжирования источников шума ТС.
Достигается это тем, что в способе измерения внешнего шума ТС, заключающемся в серии измерений шума с левой и правой сторон ТС, движущегося по мерному участку в режиме разгона поочередно на различных передачах относительно неподвижного базового микрофона, из которых выбирают максимальное значение уровня, после чего проводят дополнительный проезд ТС по мерному участку и записывают внешний шум на запоминающее устройство на всей длине мерного участка на передаче и со стороны ТС, соответствующих максимальному уровню внешнего шума, затем расчетным путем в диапазоне частот вращения коленчатого вала двигателя от холостого хода до максимальной определяют для выбранной передачи зубцовые частоты узлов ТС, содержащих шестеренчатые передачи, оборотную частоту двигателя и частоту следования выхлопов двигателя и их гармоники и частоты, формируемые вентилятором системы охлаждения, после чего получают спектрограмму записанного внешнего шума ТС при дополнительном проезде и наносят на нее расчетные значения зубцовых частот, оборотных частот и частот следования выхлопов двигателя и их гармоник и частоту вентилятора системы охлаждения двигателя, и при прохождении кривых расчетных значений частот через интенсивно окрашенные участки спектрограммы идентифицируют источники внешнего шума и проводят их ранжирование:
- перед проведением дополнительного проезда ТС вдоль мерного участка в направлении его начала дополнительно устанавливают два микрофона, расположенные на расстоянии четырех и восьми метров от базового микрофона;
- запись внешнего шума на запоминающее устройство при движении ТС производят на протяжении первых четырех метров мерного участка с дополнительного микрофона, расположенного на расстоянии восьми метров от базового микрофона, затем на протяжении последующих четырех метров мерного участка с дополнительного микрофона, расположенного на расстоянии четырех метров от базового микрофона, а затем до окончания мерного участка с базового микрофона;
- полученные фрагменты записей сшивают в единую непрерывную запись внешнего шума;
- получают спектрограмму записи внешнего шума и с учетом расчетных значений зубцовых частот, оборотных частот, частот следования выхлопов двигателя и их гармоник и частоты вентилятора системы охлаждения идентифицируют источники внешнего шума ТС и проводят их ранжирование.
Кроме того, к дополнительным двум микрофонам устанавливают третий микрофон, расположенный на расстоянии четырех метров от базового микрофона в направлении конца мерного участка.
Кроме того, при дополнительном проезде ТС по мерному участку синхронно с записью внешнего шума на запоминающее устройство производят запись частоты вращения коленчатого вала двигателя.
1
2
3
4
Суть изобретения поясняется на чертеже, на котором схематично изображен вид сверху мерного участка с движущимся транспортным средством 1, осью продольной симметрии α транспортного средства и расположением микрофонов (базового микрофона M и дополнительных микрофонов M, М и М, отстоящих друг от друга на расстоянии 4 м и от оси α на 7,5 м). Длина мерного участка АВ=20 м, направление движения ТС показано стрелкой.
Способ реализуется следующим образом.
1
Проводят серию измерений уровней шума с левой и правой сторон ТС, движущегося по мерному участку в режиме разгона поочередно на различных передачах относительно неподвижного базового микрофона M, из которых выбирают максимальное значение уровня, которое реализовалось, например, с правой стороны ТС при его движении на IV передаче.
2
3
1
После этого вдоль мерного участка в направлении его начала устанавливают два дополнительных микрофона М и М, расположенные от базового микрофона M на расстоянии 4 и 8 метров соответственно.
3
1
1
4
1
1
4
Затем проводят дополнительный проезд ТС по мерному участку на IV передаче, причем запись внешнего шума ТС на запоминающее устройство производят на протяжении первых четырех метров мерного участка (от его начала) с дополнительного микрофона М, затем на протяжении последующих четырех метров мерного участка с дополнительного микрофона M, а затем с базового микрофона M до окончания мерного участка (т.е. с восьмого метра мерного участка и до его конца). При этом переключение микрофонов может осуществляться с помощью оптических датчиков (источник света и фотоприемник, расположенные напротив друг друга с противоположных сторон мерного участка на расстояниях 0, 4, 8, … метров от начала мерного участка), луч света которых прерывается движущимся ТС. В случае если ТС к середине мерного участка не набирает максимальной частоты вращения коленчатого вала двигателя, то может быть установлен дополнительный микрофон M, расположенный на расстоянии четырех метров от базового микрофона M в направлении конца мерного участка. В этом случае базовый микрофон M производит запись шума на запоминающее устройство с восьмого по двенадцатый метр движения ТС по мерному участку, а микрофон М - с двенадцатого метра движения ТС по мерному участку и до его конца.
3
2
1
4
После этого полученные с микрофонов М, М, M и М фрагменты записей внешнего шума сшивают в единую непрерывную запись внешнего шума и получают его спектрограмму.
Затем расчетным путем в диапазоне вращения коленчатого вала двигателя от холостого хода до максимальной определяют для выбранной передачи зубцовые частоты узлов ТС, содержащих шестеренчатые передачи, оборотную частоту двигателя и частоту следования выхлопов двигателя и их гармоник и частоту вентилятора системы охлаждения двигателя и наносят их на спектрограмму. При прохождении кривых расчетных значений частот через интенсивно окрашенные участки спектрограммы проводят идентификацию источников шума и их ранжирование. Для точной привязки зубцовых и оборотных частот, а также частоты следования вспышек и вентиляторной частоты синхронно с записью внешнего шума записывают частоту вращения коленчатого вала двигателя, которую также помещают на спектрограмме. Последовательность действий способа завершена.
3
Оценим теперь максимальную величину уменьшения уровня шума (затухания) для предлагаемого способа измерения шума, например, при въезде ТС на мерный участок, как показано на чертеже. Поскольку первые четыре метра движения ТС по мерному участку регистрируется дополнительным микрофоном М, то затухание оценивается соотношением
3
2
1
3
2
1
4
т.е. величина затухания незначительна, соизмерима с погрешностью измерений современных шумомеров и ей можно пренебречь. Аналогичная максимальная величина уменьшения шума справедлива для двенадцатиметровой длины мерного участка при использовании трех микрофонов (М, М и M) и шестнадцатиметровой длины мерного участка при использовании четырех микрофонов (М, М, M и М).
Таким образом, применение предложенного способа позволяет повысить точность ранжирования источников шума ТС за счет уменьшения ошибок с 4,4 дБ до 0,3 дБ, что в конечном итоге исключит принятие возможных ошибочных решений при акустической доводке ТС и снизит финансовые затраты на данные работы.
По мнению заявителя, предлагаемый способ, обладающий новизной, наличием существенных отличительных признаков и промышленной применимостью, может быть защищен патентом на изобретение.