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常规沥青路面表面特性对行车噪声的影响研究
2020年07月17日    阅读量:3512    新闻来源:徐婷仪  |  投稿

导读

近年来,随着人们对道路噪声的重视,围绕道路噪声展开的研究越来越多,本篇文章,将概括介绍道路噪声的研究结论与成果。

常规沥青路面表面特性对行车噪声的影响研究 沥青网,sinoasphalt.com


01

道路噪声源的构成


道路噪声主要是车辆行驶时车辆本身以及轮胎与路面间的相互作用产生的随机非稳态的流动噪声,主要由动力噪声、车体噪声和轮胎-路面噪声三部分构成。

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动力噪声(又称驱动噪声):主要指动力系统辐射的噪声,包括进气噪声、排气噪声、冷却风扇噪声、燃烧噪声及传动机械噪声等沥青网sinoasphalt.com

车体噪声:是指汽车车厢、配件、货物在汽车行驶中碰撞、摩擦引起的噪声。

轮胎-路面噪声:是由车辆轮胎在滚动的过程中与路面表面接触产生的非稳态随机噪声。

上世纪八九十年代的研究一般认为,小汽车速度大于40~50km/h、卡车速度大于60~70km/h时,轮胎-路面噪声将成为道路噪声的主要部分。

本世纪初的研究确定了当小汽车车速在50km/h以上时,轮胎-路面噪声是最主要的噪声源。

目前欧洲对于轮胎-路面噪声将成为道路噪声的主要部分的分界速度为:小汽车30km/h,卡车50km/h,且仍有降低的趋势。

也有研究表明,车辆加速行驶时,轮胎-路面噪声大约占车辆行驶噪声的23%,匀速行驶时,轮胎-路面噪声更是大约占车辆行驶噪声的80%。

这些都表明轮胎-路面噪声已经成为道路噪声最主要的来源。


02

轮胎-路面噪声检测方法


目前,用于测量道路噪声的方法:主要分为两大类:(1)远场或者称之为路边测量法,该种方法是把麦克风放置在路边来测量噪声。(2)近场或者称之为近距离测量法,这种方法是把麦克风放在接近轮胎路面的接触处来测量噪声。

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统计通过法SPB(Statistical Pass-By)

统计通过法SPB经多年发展比较成熟,该法从1970年就开始应用,影响比较广泛而且已经成为国际标准。该方法测量得到的是实际人们听到的噪声,且反映不同交通流组成的变化状态。

控制通过法CPB(Control Pass-By)

CPB法可选定单个车辆或特定的交通流构成来进行车辆噪声评价,同时还可以控制车辆行驶状态。车辆行驶状态可分为三种:一是通过测试点时是滑行状态;二是驱动状态;三是加速状态。

时间平均法TAP(Time-Averaged Procedures)

此方法是由美国联邦公路局规定的人工测量道路噪声的方法。在这种方法中,现有交通流的噪声级是由某一测试路段一段时间内的噪声所确定的,美国和欧洲一些研究中曾用到此方法测量道路交通噪声。

近场拖车法CPX(Close-Proximity)

拖车法CPX是一种半消声室的测试方法,测量的是近场噪声源处的噪声,适用于测量轮胎-路面接触区域的噪声,测试过程在ISO 11819-2中有详细的说明。

近场声强法CPI(Close-Proximity Sound Intensity)

近场声强法测试仪器安装类似于CPX法,采用两个平行的声强传声器,并在声强传声器前端放置风罩或鼻锥,测量得到的声强是距离轮胎侧壁250px,离路面与轮胎的接触点7~200px处发出的噪声。这种方法可在任何车辆及轮胎上使用。

近场声压法CPP(Close-Proximity Sound Pressure)

近场声压法是国内研制成功的方法。该法是布置两路传声器,一路布置在轮侧,该路测得稳定性较差的数据,主要用来测量声源向四周辐射的情况。另一路布置在轮后,该路测得稳定性较好的数据,主要是用来测量不同车速下的噪声。该法能建立起车速,路面与噪声三者间的关系。

室内转鼓法LDM(Laboratory Drum Method)

转鼓法是一种消声室试验方法,测量得到的是近场噪声结果。它可以对轮胎-路面噪声机理、轮胎辐射噪声能力及各种因素的影响进行评价研究。


03

关于道路噪声评价


Kuijpers A.等系统地介绍了三类轮胎-路面噪声模型。主要有物理模型、统计模型、混合模型。

物理模型包括Kropp模型、TRIAS模型及Bremner/Huff/Bolton模型;统计模型包括Sandberg/Descornet模型及TINO模型;混合模型包括Fong模型、PREDIT/SI.R.U.US模型及SPERON模型。

物理模型主要用于轮胎设计,统计模型主要用于路面设计,而混合模型则是考虑轮胎和路面的最优组合。

但由于轮胎-路面噪声机理十分复杂,到目前为止,还没有任何一种模型可直接用于轮胎和路面设计。

孙立军等认为对于水泥和沥青路面而言, 其国际平整度指数IRI的增加都会加剧行驶车辆的轮胎和车体的振动, 从而使车辆匀速行驶噪声增加。相对于沥青路面, 水泥路面的模量较大且结构连续性较差, 从而会使轮胎和车体产生更强的振动。因此在20~50km/h的速度范围内, 对于平整度相同的水泥路面和沥青路面, 前者的车辆匀速噪声要高于后者。

王华从轮胎噪声的测试与评价、轮胎道路噪声的产生,噪声的数学模型和仿真以及轮胎道路纹理祸合的噪声模型等几个方面进行了研究。提出了轮胎花纹与路面纹理“耦合”会对噪声产生影响这一假设;完成了轮胎花纹噪声仿真分析软件;并利用轮胎花纹噪声仿真软件分别验证了两种简单的纹理耦合会对噪声产生影响。

张翠梅等综合考虑几种车辆噪声预测模型后进行对比,并克服了以往的缺陷,即噪音预测中只采用某一种模型进行预测,误差较大。


04

关于道路降噪


高明星认为与普通沥青路面相比,橡胶颗粒沥青路面具有更好的减振和吸声性能。橡胶颗粒掺量越多,路面中集料的最大粒径和橡胶颗粒的粒径越大,路面的减振降噪性能则越好。

孔静静认为微表处路面的表面开口孔隙体积低于普通沥青路面(AC路面)的表面开口孔隙体积,当声波入射到微表处路面表面时,通过表面开口孔隙入射到微表处路面内部,发生多次折射和反射,声波多次折射和反射后所损失的能量要低于普通沥青路面(AC路面),反射到空气中的声波能量相对高于普通沥青路面(AC路面)。因此普通沥青路面(AC路面)对噪声的消减效果要优于微表处路面。

张冉对加铺微表处的公路路面的构造深度、车内噪声、车外噪声及车身振动垂向加速度进行了测量与分析。微表处路面行车噪声大的主要影响因素是由构造深度和路面表面特性决定的轮胎与路面接触区的状况。

孙晓立等以华南理工大学开发的轮胎驱动式路面功能加速加载试验系统为模拟试验研究平台,开发了微表处噪声测试系统,研究了微表处噪声产生机理,根据试验,得出主要结论:微表处混合料的轮胎-路面噪声不随使用时间的增加而增长,噪声声压级始终在某一数值上下波动。


05

噪声与路面特性


Sandberg U.等指出,有时认为当试图降低车外噪声时,会和路面抗滑产生冲突,即在不牺牲车辆行驶安全的情况下,不可能进一步减少车外噪音。认为以道路表面特性而言,摩擦和噪音之间没有一贯冲突。

Denker D.通过12种轮胎测试5种路面后,认为路面噪声与摩擦之间无明显相关性。

Nelson P.的试验对象为16辆小汽车和9辆卡车轮胎,试验结果显示噪声与摩擦之间有比较弱的相关性

同济大学徐婷怡研究认为平整度IRI在1.52~2.91m/km,构造深度TD在0.47~1.68 m/km的范围内,车内噪声随道路平整度指数IRI的增大而增大,且有较好的线性关系;IRI在1.52~1.86m/km,构造深度TD在0.59~1.02m/km的范围内,车外噪声始终随着平整度IRI的增大而增大,随着构造深度TD的增大而减小。

结束语

本篇文章通过总结路面噪声研究相关文章,对道路噪声源及检测方法进行梳理,同时概括了目前关于路面噪声评价、降噪措施及道路噪声与路面特性指标相关性的主要研究结论。鉴于篇幅、精力有限,本篇文章只是呈现部分主要观点,部分研究成果有待后续补充,文章不妥之处,还待指正。


来源: 徐婷仪. 常规沥青路面表面特性对行车噪声的影响研究[D]. 上海:同济大学大学硕士学位, 2014.


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