СПОСОБ ИДЕНТИФИКАЦИИ ИСТОЧНИКОВ ШУМА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
METHOD OF IDENTIFYING NOISE SOURCE OF VEHICLE

Изобретение относится к технической акустике, более конкретно - к способам идентификации источников шума транспортных средств (ТС), и может быть использовано при акустической доводке ТС с целью уменьшения затрат.
Необходимо отметить следующее. Шум автомобиля, как внешний, так и внутренний, является суперпозицией (суммой) отдельных составляющих источников, основными из которых является двигатель, системы выпуска отработавших газов и система впуска воздуха, агрегаты трансмиссии (коробка передач, ведущие мосты), вентилятор системы охлаждения двигателя, шины и другие. Вклад перечисленных источников в шум ТС различен как по уровню, так и по частотному составу, в результате чего успешное решение задачи по снижению шума существенным образом зависит от точности идентификации источников и их ранжирования.
Известны аналоги предлагаемого изобретения, например «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-аналог позволяет получить величину вклада глушителя во внешний шум автомобиля и не позволяет определить вклад других источников и проведение их идентификации.
В качестве прототипа, как наиболее близкого к заявляемому по своей сути, выбран «Способ измерения внешнего шума автотранспортного средства», описанный в патенте РФ №2334969, МПК G01M 17/007, G01M 15/00, опубл. 27.09.2008 г. Суть способа-прототипа заключается в следующем. Сначала в серии измерений шума при проезде ТС мерного участка в режиме разгона на различных передачах при расположении микрофона слева и справа относительно ТС определяют максимальное значение уровня, затем при дополнительном заезде ТС записывают внешний шум на запоминающее устройство на передаче и со стороны ТС, соответствующих максимальному значению, после чего рассчитывают характерные частоты механизмов с зубчатыми передачами, оборотные частоты двигателя и вентилятора, получают спектрограмму записанного внешнего шума и наносят на нее расчетные значения характерных частот, и при их прохождении через интенсивно окрашенные участки спектрограммы идентифицируют источники шума и проводят их ранжирование. Здесь следует отметить то, что в соответствии с нормативным документом по нормам и методам измерений внешнего шума (ГОСТ Р 41.51 - 2004 Единообразные предписания, касающиеся сертификации транспортных средств, имеющих не менее четырех колес, в связи с производимым ими шумом. - М., Изд-во стандартов, 2004 г., с.13-15), ТС подъезжает к началу мерного участка, длина которого составляет 20 м, с частотой вращения коленчатого вала двигателя, равной 0,75 от номинальной (для двигателя с мощностью менее 225 кВт) и должен покинуть мерный участок с частотой вращения коленчатого вала, равной номинальной, т.е. измерительный микрофон регистрирует шум ТС на мерном участке в диапазоне частоты вращения коленчатого вала от 0,75 до номинальной и не регистрирует на более низких частотах вращения. Тем не менее, ТС в процессе движения может эксплуатироваться в диапазоне частот вращения коленчатого вала от 0,4 до номинальной. Таким образом, измерения шума на мерном участке по упомянутому ГОСТу охватывают не полный диапазон частоты вращения коленчатого вала двигателя ТС при его эксплуатации. Как показали исследования авторов, в частности на автомобиле Урал-6470 (седельный тягач, колесная формула 6×4, мощность двигателя 300 л.с), максимальные уровни внешнего шума на этом автомобиле реализуют в диапазоне частоты вращения коленчатого вала 0,56-0,63 от номинальной на 8 и 9 передачах, что существенно ухудшает потребительские свойства этого автомобиля, поскольку уровни внешнего шума в указанном диапазоне превышают нормативные, хотя формально автомобиль соответствует нормативным значениям по внешнему шуму в соответствии с методикой измерений по ГОСТ Р 41.51 - 2004. Это и является основным недостатком способа-прототипа.
Задачей, решаемой изобретением, является получение полной и достоверной информации о характере шума ТС за счет идентификации и ранжирования источников шума в диапазоне частоты вращения коленчатого вала двигателя ТС от холостого хода до номинальной.
Достигается это тем, что в известном способе измерения внешнего шума ТС, заключающемся в проведении серии измерений внешнего шума ТС на мерном участке в режиме разгона на различных передачах с левой и правой сторон при его проезде относительно неподвижного микрофона, выборе максимального значения измеренного уровня шума, проведении дополнительного заезда ТС с записью внешнего шума на запоминающее устройство со стороны и на передаче, соответствующих максимальному значению уровня, получении спектрограммы записанного шума, расчете зубцовых частот узлов и механизмов ТС, содержащих шестеренчатые передачи, частот следования выхлопов отработавших газов, оборотных частот двигателя и частот, формируемых вентилятором системы охлаждения двигателя и их гармоник в диапазоне оборотов двигателя от холостого хода до максимальных, нанесении на спектрограмму упомянутых расчетных значений частот с дальнейшей предварительной идентификацией и ранжированием источников при прохождении кривых расчетных частот интенсивно окрашенные участки спектрограммы, согласно изобретению после проведения предварительной идентификации и ранжирования источников шума ТС устанавливают на горизонтальной площадке таким образом, чтобы его ведущие колеса не касались поверхности площадки, затем в режиме набора частоты вращения коленчатого вала двигателя от холостого хода до максимальной производят запись на запоминающее устройство внешнего шума с левой и правой сторон ТС для интересующих передач, получают спектрограммы записанного шума, наносят на них соответствующие каждой передаче расчетные значения характерных частот и их гармоник, после чего проводят окончательную идентификацию источников шума ТС и их ранжирование в диапазоне частоты вращения коленчатого вала двигателя от холостого хода до максимальной.
max
Реализация заявляемого способа идентификации источников шума ТС осуществляется следующим образом. Сначала проводят серию измерений внешнего шума ТС с левой и правой его сторон при движении по мерному участку в режиме разгона поочередно на различных передачах. При этом, в соответствии с упомянутым ранее ГОСТ Р 41.51 - 2004, ТС пересекает начало мерного участка с частотой вращения коленчатого вала двигателя, равной 0,75 от номинальной (максимальной), а покидает его с частотой, равной номинальной. По результатам серии измерений выбирают максимальное значение уровня шума, реализовавшегося с определенной стороны ТС и на определенной передаче. Обозначим это значение L1, которое реализовалось, например, на 8-й передаче с правой стороны ТС при частоте вращения коленчатого вала двигателя, равной 0,82 от номинальной (рассмотрено ТС с 9-ступенчатой коробкой передач и двигателем мощностью 300 л.с., которое должно испытываться на 5-9 передачах). После этого проводят дополнительный проезд ТС по мерному участку в режиме разгона на 8-й передаче и при этом записывают внешний шум с правой стороны ТС на запоминающее устройство на всей длине мерного участка. В качестве запоминающего устройства может быть использован измерительный магнитофон либо портативный компьютер (ноутбук). Затем расчетным путем в диапазоне частот вращения коленчатого вала двигателя от холостого хода до максимальной определяют для 8-й передачи зубцовые частоты узлов и агрегатов ТС, содержащих шестеренчатые передачи, которыми являются коробка передач, ведущие мосты, коробка отбора мощности и др. Под зубцовыми частотами здесь понимают частоты соударения зубьев шестерни при их вращении. Кроме этого, расчетным путем определяют оборотную частоту двигателя, и частоту следования выхлопов двигателя и их гармоники, и частоты, формируемые вентилятором системы охлаждения двигателя. В результате расчетов получают набор характерных частот ТС в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя. Затем получают спектрограмму внешнего шума, записанного на запоминающее устройство при дополнительном заезде ТС на мерном участке (спектрограмму получают с помощью специального программного обеспечения, входящего в состав современных измерителей шума). После этого наносят на спектрограмму расчетные значения зубцовых частот, оборотных частот, частот следования выхлопов двигателя и их гармоники и частоты вентилятора системы охлаждения. При прохождении кривых расчетных значений частот через интенсивно окрашенные участки спектрограммы (участки с повышенными уровнями шума) проводят предварительную идентификацию источников внешнего шума ТС и их ранжирование для диапазона частот вращения коленчатого вала двигателя от 0,75 номинальной частоты до номинальной (максимальной). Затем ТС устанавливают на горизонтальной площадке таким образом, чтобы его ведущие колеса не касались поверхности площадки.
max2
max3
На чертеже показано ТС, установленное с приподнятыми ведущими колесами над поверхностью площадки, что может быть сделано, например, при помощи подстав или домкрата. На чертеже обозначено: 1 - ТС (изображен автомобиль с колесной формулой 6×4, седельный тягач), 2 - ведущие колеса, 3 - горизонтальная площадка, 4 - подстава (домкрат). Таким образом ведущие колеса ТС могут вращаться, не приводя ТС в движение. После этого проводят измерения внешнего шума ТС с левой и правой сторон для различных передач (например, для девятиступенчатой коробки передач измерения проводят для 5-й, 6, 7, 8 и 8, 9-й передач) в режиме набора частоты вращения коленчатого вала двигателя от холостого хода до максимальной с записью шума на запоминающее устройство. Измерительный микрофон при этом устанавливают в интересующих исследователя местах, например, напротив ведущих мостов, коробки передач, двигателя и т.д. Затем получают спектрограмму записанного внешнего шума и наносят на них соответствующие каждой передаче расчетные значения характерных частот (зубцовых, выхлопов, оборотных и т.д.) и их гармоник, после чего проводят окончательную идентификацию источников шума и их ранжирование в диапазоне частоты вращения коленчатого вала от холостого хода до максимальной для различных передач. В этом случае могут быть выявлены дополнительные источники шума, создающие повышенные уровни шума, например, с уровнями L и L на 5-й 7-й передачах на частоте вращения коленчатого вала, меньшей 0,75 от номинальной. Таким образом, с помощью заявляемого способа могут быть выявлены источники шума, не проявляющие при измерениях внешнего шума по ГОСТ Р 41.51 - 2004, которые, тем не менее, ухудшают потребительские свойства ТС.
Заявляемый способ прошел апробацию у Заявителя при акустической доводке автомобиля Урал - 6470. С его помощью были выявлены источники шума, ранее не встречавшиеся авторам, а именно обода ведущих колес, излучавшие интенсивный шум в диапазоне 320-560 Гц при частоте вращения коленчатого вала 0,56-0,63 от номинальной. Было предложено простое и дешевое конструктивное решение (колпаки колес), которое позволило снизить шум ободов на 8-10 дБ.
Следует отметить, что данный способ применим и для идентификации источников внутреннего шума, например, в кабине или салоне ТС. В этом случае измерительный микрофон устанавливается внутри кабины или салона.
Учитывая, что заявляемое техническое решение обладает новизной, наличием отличительных признаков и промышленной применимостью, заявитель считает, что оно может быть защищено патентом на изобретение.