СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВНЕШНЕГО ШУМА АВТОТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 2008 года по МПК G01M17/07 G01M15/00 

Предлагаемое изобретение относится к области акустики автотранспортных средств (АТС), более конкретно - к способу измерения внешнего шума АТС, и может быть использовано для идентификации и ранжирования по уровню источников шума АТС с целью выбора рационального пути снижения внешнего шума и уменьшения затрат по акустической доводке.

Прежде чем перейти к рассмотрению аналогов и прототипа изобретения, необходимо отметить следующее. Внешний шум АТС, например, автомобиля является суммой отдельных составляющих его источников, к которым относятся двигатель, системы газообмена двигателя (система выпуска отработавших газов и система впуска воздуха для процесса сгорания топлива), агрегаты трансмиссии (коробка передач, мосты), 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 предлагаемого изобретения, например "Способ измерения внешнего шума, излучаемого дорожно-строительными и землеройными машинами, и устройство для его осуществления", описанный в патенте РФ №2096562, МПК 7 E02F 5/14, G01M 15/00 (опубл. 20.11.97), 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 движется 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 машины, а сами источники невозможно идентифицировать с достаточной точностью.

Известен также "Способ измерения внешнего шума автомобиля", описанный в патенте РФ №2262085, МПК 7 G01H 17/00, G01M 17/007 (опубл. 10.10.2005), 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.

Известен способ измерения внешнего шума АТС, 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 измеряют уровень шума движущегося в режиме разгона АТС с левой и правой его сторон. Измерения проводят для различных передач. Микрофон устанавливают на расстоянии 7,5±0,2 м от контрольной линии СС' (см. рис.1 на стр.15 упомянутого ГОСТа). За результат измерений внешнего шума АТС принимают максимальное значение уровня, реализовавшегося при измерениях. Приведенный способ выбран в качестве прототипа как наиболее близкий по сути к заявляемому техническому решению. Прототипу присущи те же недостатки, что и аналогам.

Задачами, решаемыми настоящим изобретением, являются:

- идентификация источников внешнего шума АТС и определение их вклада во внешний шум (ранжирование источников);

- уменьшение затрат на акустическую доводку АТС в части внешнего шума.

Достигается это тем, что после проведения серии измерений внешнего шума по известному способу-прототипу:

- после окончания серии измерений проводят дополнительный проезд АТС по мерному участку и записывают внешний шум на запоминающее устройство на всей длине мерного участка на передаче и со стороны автомобиля, соответствующих максимальному значению уровня внешнего шума;

- после этого расчетным путем в диапазоне частот вращения коленчатого вала двигателя от холостого хода до максимальной определяют для выбранной передачи зубцовые частоты узлов автомобиля, содержащих шестеренчатые передачи, оборотную частоту двигателя и частоту следования выхлопов двигателя и их гармоники и частоты, формируемые вентилятором системы охлаждения двигателя;

- затем получают спектрограмму записанного внешнего шума АТС 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 АТС и проводят их ранжирование. Кроме этого, при дополнительном проезде АТС по мерному участку синхронно с записью внешнего шума производят запись на запоминающее устройство частоты вращения коленчатого вала двигателя.

Реализация заявляемого способа измерения внешнего шума АТС осуществляется следующим образом. Сначала проводят серию измерений внешнего шума АТС с левой и правой его сторон при движении по мерному участку в режиме разгона поочередно на различных передачах. По результатам серии измерений выбирают максимальное значение уровня шума, реализовавшегося с определенной стороны АТС и на определенной передаче. Обозначим это значение L_мах, которое реализовалось, например, на третьей передаче с правой стороны АТС. После этого проводят дополнительный проезд АТС по мерному участку (в режиме разгона) на третьей передаче и при этом записывают внешний шум с правой стороны АТС на запоминающее устройство на всей длине мерного участка, т.е. от линии АА' до линии ВВ', расстояние между которыми составляет 20 м (см. рис.1 на стр.15 ГОСТа Р 41.51-99). 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 третьей передачи зубцовые частоты узлов АТС, содержащих шестеренчатые передачи, которыми являются коробка передач, ведущие мосты, демультипликатор коробки передач, коробка отбора мощности и др. Под зубцовыми частотами здесь понимается частота соударения зубьев шестерен 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 зависимостей зубцовых частот, оборотных частот, частот следования выхлопов, частот вентилятора и их гармоник в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя. Данные расчеты могут быть выполнены с помощью программы "Excel". Затем получают спектрограмму внешнего шума, записанного на запоминающее устройство при дополнительном проезде АТС по мерному участку (спектрограмму получают с помощью специального программного обеспечения, входящего в состав современных измерителей шума). После этого наносят на спектрограмму расчетные значения зубцовых частот, оборотных частот и частот следования выхлопов двигателя и их гармоники и частоту вентилятора системы охлаждения двигателя. При прохождении кривых расчетных значений частот через интенсивно окрашенные участки спектрограммы (участки с повышенными уровнями шума) проводят идентификацию источников внешнего шума АТС и их ранжирование. Для точной привязки зубцовых и оборотных частот двигателя, а также частоты следования выхлопов и вентиляторной частоты, синхронно с записью внешнего шума записывают частоту вращения коленчатого вала двигателя, которую также помещают на спектрограмме (ось абсцисс). В результате реализации заявляемого способа измерения внешнего шума АТС появляется возможность проведения с высокой степенью достоверности идентификации источников шума и их ранжирования, что позволяет выбирать рациональные пути снижения внешнего шума АТС, существенно сокращать сроки акустической доводки и экономить значительные финансовые средства. В качестве примера реализации заявляемого способа на чертеже приводится спектрограмма внешнего шума одного из большегрузных автомобилей производства ОАО "A3 "Урал", оснащенного дизельным двигателем ЯМЗ 7601 мощностью 220 кВт, колесная формула 6×4, диапазон частоты вращения коленчатого вала двигателя 800-2050 1/мин. Автомобиль проезжал мерный участок на шестой передаче (вначале в режиме разгона, а после достижения максимальных оборотов в режиме торможения двигателем), расположение измерительного микрофона с правой стороны автомобиля. По оси абсцисс на чертеже отложена частота вращения коленчатого вала, 1/мин, по оси ординат (слева на чертеже) - частота, Гц, уровень шума приведен справа в дБ в градации серого цвета. Цифры в кружочках справа, обозначающие пунктирные кривые, соответствуют расчетным частотам, приведенным в таблице 1.

Таблица 11. Оборотная частота двигателя13,3-35 Гц2. Вторая гармоника оборотной частоты двигателя26,6-70 Гц3. Третья гармоника оборотной частоты двигателя39,9-105 Гц4. Четвертая гармоника оборотной частоты двигателя53,2-140 Гц5. Частота следования выхлопов двигателя40-105 Гц6. Вторая гармоника частоты следования выхлопов двигателя80-210 Гц7. Зубцовая частота конической пары редуктора моста101,2-267 Гц8. Зубцовая частота ведущей шестерни бортового редуктора моста80,6-212 Гц9. Зубцовая частота первой пары коробки передач на 6-й передаче386,6-1015 Гц10. Зубцовая частота второй пары коробки передач на 6-й передаче253-677 Гц11. Пятая гармоника оборотной частоты двигателя66,5-175 Гц

Из спектрограммы на чертеже видны основные источники внешнего шума автомобиля, вклад которых может быть легко определен (по уровню шума). Не обозначенные на чертеже интенсивно окрашенные кривые спектрограммы также являются гармониками зубцовых и оборотных частот. Зная информацию об источниках внешнего шума и их вкладе, выбирается рациональный путь снижения внешнего шума автомобиля, а именно, вначале снижают шум наиболее интенсивных источников, а затем менее значимых, в результате чего сокращается время акустической доводки автомобиля и экономятся финансовые средства. Необходимо отметить, что заявленный способ применим и для измерения внутреннего шума АТС (в кабине, салоне) с той лишь разницей, что микрофон устанавливают внутри кабины (салона), а АТС движется по мерному участку в режиме разгона на высшей передаче.

Таким образом, авторами разработан высокоэффективный способ измерения внешнего шума АТС, обладающий новизной и отличительными признаками, и, по мнению заявителя, способ может быть защищен патентом на изобретение.

Изобретение относится к акустике автотранспортных средств (АТС) и может быть использовано для идентификации источников шума АТС и их ранжирования. Суть изобретения заключается в следующем. Сначала в серии измерений шума при проезде АТС в режиме разгона на различных передачах определяют максимальное значение уровня, затем при дополнительном заезде АТС записывают внешний шум на запоминающее устройство на передаче и со стороны АТС, соответствующих максимальному значению, после чего рассчитывают характерные частоты зубцовых передач и оборотные частоты двигателя АТС, 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. Изобретение позволяет с высокой степенью достоверности проводить идентификацию и ранжирование источников шума АТС, что существенно сокращает сроки акустической доводки АТС и ее стоимость. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ измерения внешнего шума автотранспортного средства, заключающийся в серии измерений уровней шума с левой и правой сторон автотранспортного средства, движущегося по мерному участку в режиме разгона поочередно на различных передачах относительно неподвижного микрофона, из которых выбирают максимальное значение уровня, отличающийся тем, что после окончания измерений проводят дополнительный проезд автотранспортного средства по мерному участку и записывают внешний шум на запоминающее устройство на всей длине мерного участка на передаче и со стороны автотранспортного средства, 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 автотранспортного средства, 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 автотранспортного средства 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 автотранспортного средства и проводят их ранжирование.2. Способ измерения внешнего шума автотранспортного средства по п.1, отличающийся тем, что при дополнительном проезде автотранспортного средства по мерному участку синхронно с записью внешнего шума производят запись на запоминающее устройство частоты вращения коленчатого вала двигателя.