轨道车辆噪声传播途径测试方法

摘要

本发明所述的轨道车辆噪声传播途径测试方法，提出一种全新的工程化测试方案，即准确地测试出高速运行下轨道车辆车外近场噪声，识别轨道车辆噪声的传播途径和车内声场的分布，对轨道车辆的减振降噪设计和制造提供较强针对性与实用性的试验依据。轨道车辆噪声传播途径测试方法是根据噪声源与车体结构特征而设立多个互不相同的断面，每一个断面均为独立的二维声场；在每一个断面上，选择测试车外噪声、车体振动、内饰板振动、车内近场噪声和车内标准点噪声中的一项或几项；在测试车内标准点噪声Lp时，将车体断面分为车顶、侧顶、侧墙、挡水板、地板五个区域。

说明书

技术领域

本发明是一种应用于轨道车辆在线路运行时噪声源及传播途径的测试方法，属于轨道交通技术领域。

背景技术

目前轨道车辆噪声测试主要以车辆验收为目的，车内座席区测试距地板面1200mm的标准点，通过台和过道区测试距地板面1600mm的标准点；车外测试分别测试距轨道中心25m和7.5m的标准点。这样的噪声测试方法虽然能够较客观的反应轨道车辆车内噪声和车辆辐射噪声的总体水平，但是无法反映轨道车辆的噪声源特性、噪声向车内的传播特性、车辆局部结构的实际减振降噪效果等对于轨道车辆的设计和制造来说至关重要的内容。

由于轨道车辆的运行速度很高，均在200km/h以上，甚至达到350km/h或更高的速度，车体表面受气流的扰动非常剧烈，因此车体表面近场噪声和轮轨噪声测试比较困难。另外由于轨道车辆复杂的车辆结构，增加了噪声传播途径和车内声场分布特征识别的难度。

有鉴于此，特提出本专利申请。

发明内容

本发明所述的轨道车辆噪声传播途径测试方法，其目的在于解决上述现有技术存在的缺陷而提出一种全新的工程化测试方案，即准确地测试出高速运行下轨道车辆车外近场噪声，识别轨道车辆噪声的传播途径和车内声场的分布，对轨道车辆的减振降噪设计和制造提供较强针对性与实用性的试验依据。

为实现上述发明目的，所述的轨道车辆噪声传播途径测试方法如下于：

根据噪声源与车体结构特征而设立多个互不相同的断面，每一个断面均为独立的二维声场；

在每一个断面上，选择测试车外噪声、车体振动、内饰板振动、车内近场噪声和车内标准点噪声中的一项或几项；

在测试车内标准点噪声Lp时，将车体断面分为车顶、侧顶、侧墙、挡水板、地板五个区域，声压级分别记为Lp_车顶、Lp_侧倾、Lp_侧墙、Lp_挡水板、Lp_地板，若每个部位有多个测点，则取多个测点的平均，平均值按如下公式计算：

$>L_p=10\times \log (\frac{1}{n}\times \underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{10}^{{0.1\mathrm{Lp}}_i})$>

在每个断面上，上述五个声源均按线声源处理，线声源长度分别记为A_车顶、A_侧倾、A_侧墙、A_挡水板、A_地板，标准点噪声记为Lp，通过下述算式

则获得车内标准点噪声Lp具体值。

如上述基本方案，以准确测试出不同速度运行状态下的车内声场分布、车体表面气动噪声、轮轨噪声、设备噪声等，从而掌握高速轨道车辆的噪声源，识别噪声传播途径。

根据高速轨道车辆噪声源和结构特性，可将测试区域分为六大典型断面。高速轨道车辆的噪声源分布是不均匀的，高速运行时受电弓噪声最突出，其次是轮轨噪声、车间连接处噪声、车体表面噪声。这就导致了客室端部噪声偏高，客室中部噪声相对较低。

根据这一特点，车内噪声测试的断面噪声源和结构特性如下表所示，

  断面名称  噪声源及结构特点  客室中部断面  气动噪声、车下设备噪声(变压器/变流器/空调等)  客室端部断面  轮轨噪声、气动噪声  受电弓区断面  受电弓噪声、轮轨噪声、气动噪声  通过台断面  轮轨噪声、气动噪声、车间连接处噪声  观光区断面  车头曲面部位、气动噪声较大、车体为单层筋板  司机室断面  车头曲面部位、气动噪声较大、轮轨噪声

为提高所划分车内空间的立体测试效果，可将两个相邻的断面相结合形成三维声场分布。

针对上述车内标准点噪声Lp的测试结果，还可进一步地获到以下传播途径分布的测试方案，即基于多组实测数据测算结果，进行1/3倍频程频谱分析和总声压级分析，按以上声压级Lp对车内标准点的影响因数C₁、C₂、C₃、C₄、C₅，以确定噪声是经哪个区域传入车内的。

针对车外噪声测试的改进与优选方案是，获得车顶、侧顶圆弧、侧墙、车下设备舱部位的噪声，并在该类位置上各布置1个声压传感器。

进一步地，测试车体振动和内饰板振动是为了分析两者的振动频谱特性和振动传递特性，可安装声压传感器的测试点布置在内饰板与车体的连接处、以及内饰板与车体结构模态的峰值处，以结合模态分析来确定结构振型的噪声源。

车内噪声测试应兼顾近场噪声和标准点噪声，如需在1200mm和1600mm规定高度的标准点、内饰顶板近场、侧墙近场、地板近场分别布置声压传感器，尤其应在地板与侧墙连接处(即挡水板区域)和侧墙与车顶连接处(即侧顶圆弧区域)进行测试。

而且，沿车体中心线，在每个断面的半个区域内布置声压传感器和进行测试。

综上内容，所述轨道车辆噪声传播途径测试方法具有以下优点与有益效果：

1、基于本发明实现了噪声典型区域与断面的划分，从而能够以相对较少的测试量获得较为全面的轨道车辆噪声和振动特性；

2、实现车内噪声扫描断面的移动阵列，能够方便、快速的实现不同断面间的切换，节省测试时间，保证测试工况的一致性；

3、具有噪声传递路径分析、减振降噪结构验证、噪声源识别等研究性功能，又兼顾了车内标准点评估这样的综合评价性功能，从而为轨道车辆车内噪声总体控制、减振降噪结构设计和验证提供科学的指导。

附图说明

现结合以下附图对本发明做进一步地说明。

图1至图3是划分典型断面的车体对比图；

图4是断面扫描阵列测试布置图；

图5是车内标准点噪声控制方向分析示意图。

如图1至图5所示，客室中部断面1、客室端部断面2、受电弓区断面3、通过台断面4、观光区断面5、司机室断面6。

具体实施方式

实施例1，如图1至图3所示，所述轨道车辆噪声传播途径测试方法，按车体结构与功能分区而具体地划分出客室中部断面1、客室端部断面2、受电弓区断面3、通过台断面4、观光区断面5和司机室断面6。

上述6个测试断面基本能够反映轨道车辆噪声的分布特性。根据车辆平面布置，如果有一等车、VIP车等特殊车型，且车辆结构有较大变化时，可在车上对应部位增加测试断面。如果在时间允许的情况下，在客室中部断面和客室端部断面之间增加测试断面，可进一步提高分析的精度。

如图4所示，根据本方法发明内容的描述和作者所在单位产品特性，设计了断面扫描阵列测试布置图。该断面实现车外近场噪声、车体振动、内饰板振动、车内近场噪声和车内标准点噪声同时测试功能。

车外近场噪声分为车体表面气动噪声和车下噪声。车体表面气动噪声采用平面传声器测试，将平面传声器用胶带固定在车体表面的典型位置，由于平面传声器很薄，对气流的扰动较小，因而能够较为准确的获得车辆运行是车体表面的噪声。车体表面噪声主要布置车顶W1、侧顶圆弧W2、侧墙W3、挡水板区W4四个测点。

车下噪声可采用高声强传声器加戴鼻锥或防风球的方式进行测量，每个断面布置一个测点W5，由于轮轨侧面没有裙板的遮挡，传声器受列车运行速度影响很大，测点布置时需合理确定传声器的方向，才能获得较准确的测试结果。

车体振动测试主要目的为分析振动传递特性，因此振动车体振动测点主要布置在与内饰板的连接座附近；根据内饰板板连接位置，车顶布置3个测点V1～V3，侧墙布置3个测点V4～V6，地板布置4个测点V7～V10；

内饰板振动测试布置要保证顶板、侧顶板、墙板、挡水板、地板的振动都能测到。顶板布置3个测点V11～V13，侧顶板布置1个测点V21，墙板布置3个测点V14～V15，挡水板1个测点V16，地板布置4个测点V17～V20。

车内噪声阵列扫描断面是一种近场声全息测试方法。断面阵列分为声压断面和声强断面，充分利用了声压法和声强法的优点，采用两者相结合的方式进行。声压法是基于偏奇异值分析原理，具有计算量小，可以准确预测零部件的改进对车外噪声的影响；声强法是基于声压梯度变化进行测量，利用声强探头的指向特性，可以准确识别噪声的传播途径。在测试的断面上共布置13个声压传感器(如图5所示)，其中车顶4个S10～S13，侧墙3个S7并距地板面1200mm的测试点S2、距地板面1600mm的测试点S1的标准点各1个。除2个标准点R1、R2以外，其余各测点距内饰表面的距离均为150mm。

所述测试方法可进行车内标准点噪声的评定和分析。按GB/T 12816《铁道客车内部噪声限值及测量方法》规定了铁道客车内部噪声限值，如图4所示的断面阵列上布置了1200mm和1600mm两个标准点，用这两个点的测量数值，进行A计权后，可评定车内噪声是否满足标准要求。

进行车内标准点噪声控制方向分析，如图5所示，将车体断面分为车顶、侧顶、侧墙、挡水板、地板五个区域，声压级分别记为Lp_车顶、Lp_侧倾、Lp_侧墙、Lp_挡水板、Lp_地板，若每个部位有多个测点，则取多个测点的平均，平均值按如下公式计算：

$>L_p=10\times \log (\frac{1}{n}\times \underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{10}^{{0.1\mathrm{Lp}}_i})$>

在每个断面上，上述五个声源均按线声源处理，线声源长度分别记为A_车顶、A_侧倾、A_侧墙、A_挡水板、A_地板，标准点噪声记为Lp，则

根据大量的实测数据，进行1/3倍频程频谱分析和总声压级分析，可以用上述公式统计出各个面的声压级Lp对车内标准点的影响因数C₁、C₂、C₃、C₄、C₅。从而可以确定对哪个区域进行减振降噪处理，能够更有效的控制标准点噪声，对减振降噪方向起到很好的指导作用。

结构隔声指标分解是轨道车辆减振降噪设计的重要内容，因此可实现结构隔声指标分解的目的。根据实施例4的介绍，在设定车内噪声控制指标Lp以后，根据统计算出的C₁～C₅，可以确定五个区域近场点的噪声控制目标值，根据图2测得车外噪声，即可求得车外噪声向车内传播过程的损失，即隔声量：

Rw＝W_i-Lp_i

上述隔声量与实验室静态测试的隔声量可能会存在差异，根据已有测试数据和测试经验，对这种差异进行适当修正后，即可对结构隔声指标进行分解，从而在车型设计之处，就可对减振降噪设计进行总体规划，使设计工作有的放矢。

线路断面测试的隔声量与实验室静态测试的隔声量可能存在差异，这是因为线路测试时存在结构振动造成的。由于本方法测试了车体和内饰板的振动，因此通过分析内饰板振动级与车内近场声压级的关系、车体振动与内饰板振动的关系，并结合实验室声振关系测试，解析造成这种差异的原因，即可确定噪声的传播途径。

减振降噪结构评价是本发明的重要应用之一。轨道车辆减振降噪结构设计要经历理论设计、材料测试、结构实验室测试才能装车试用。选用两辆平面布置完全相同的车辆，安装不同的减振降噪结构，按照本发明的方法进行测试断面测试，可以从噪声和振动两方面全面评价不同结构的减振降噪效果。

本发明测试的六大典型断面，基本上涵盖了轨道车辆的主要噪声源，因此将这六大断面的车外噪声绘制成三维声强云图，可以清晰的展示轨道车辆的车外噪声分布及强弱。

如上所述，结合附图和实施例所给出的方案内容，可以衍生出类似的测试方法。但凡是未脱离本发明创造技术方案的内容，依据本发明创造的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明创造的范围内。