用於測試輪胎/路面噪聲的系統及方法與流程
2023-06-30 05:22:21
本發明屬於公路工程領域，尤其是一種利用路面塊狀試件進行輪胎/路面噪聲測試的系統及方法，其能夠測試不同類型路面在不同環境下的輪胎/路面噪聲。
背景技術：
道路行駛機動車輛噪聲主要來源於輪胎振動噪聲、泵氣噪聲、發動機系統噪聲、空氣動力性噪聲等。當車輛行駛速度在50~100km/h時，輪胎/路面噪聲成為噪聲的主要來源。目前，國內外道路交通噪聲的傳統測試方法有：（1）遠場測試法：CPB法（控制通過法），通過在路側一定距離和高度處安裝麥克風，測試一定速度行駛的受控車輛所發出的噪聲；SPB法（統計通過法），與CPB法類似，是在實際交通狀況下的噪聲測試方法。（2）近場測試法：CPX法，通過安裝在拖車式近似消音室中的麥克風，測試輪胎路面噪聲；OBSI法，通過安裝在輪胎前、後緣的麥克風，測試輪胎/路面間的噪聲；室內轉鼓法（LDM），總體上是設置一個水平或者豎直環道，讓真實輪胎圍繞軸心在環道上做圓周運動，安裝麥克風測試輪胎/路面間的噪聲。其中，遠場測試方法著眼於受聽者的聽覺感受，但容易受外部環境及交通條件的影響，難以直接測試輪胎/路面噪聲；近場測試方法受外部環境條件的影響較小。但是這些測試方法的缺點也較突出：室內轉鼓法往往設備昂貴，對不同路面的輪胎/噪聲測試需要重新更換環道路面，試驗費時費力投資大，對不同類型路面的輪胎/路面噪聲進行測試比較的適用性較差；CPB法與OBSI法只適用於對已建成道路的輪胎/路面噪聲測試，難以運用到室內對未建或新型路面的輪胎/路面噪聲進行測試，且由於受外部環境因素影響大，對特定溫溼度條件及通車一定時間後的輪胎/路面噪聲的測試靈活性不足。綜上可知，對於不同路面的輪胎/路面噪聲的測量，傳統的方法受影響因素多，難以滿足多條件、多類型變化的要求，靈活性不足且適用性較差。
技術實現要素：
發明目的：提供一種用於測試輪胎/路面噪聲的系統，以解決現有技術存在的一個或多個問題。技術方案：一種用於測試輪胎/路面噪聲的系統，包括：工作平臺，其下方設置有可收放滾輪，兩側設置有試件固定螺栓，工作平臺兩側中心位置設有豎直固定鋼架，鋼架上設有可沿鋼架移動的鋼板橫梁；塊狀試件，通過所述試件固定螺栓固定於工作平臺上；步進電機，其上端與鋼板橫梁固定連接，步進電機的轉動軸下端與Y型傳動杆固定連接，Y型傳動杆的末端裝有仿真輪胎；在工作狀態，仿真輪胎牴觸於試件表面；加載螺紋杆，與所述鋼板橫梁可轉動連接，一端連接步進電機，實現載荷加載與固定。在進一步的實施例中，所述鋼板橫梁尾端呈回字形，回字形鋼片嵌在兩側鋼架中且左右兩側均裝有滾珠，由此實現鋼板橫梁的豎向自由移動；橫梁上安裝用於調平的水準儀；位於鋼架外側的橫梁兩端設有直徑1.1±0.2cm的光圓孔，豎直固定螺栓貫穿其中。一種用於測試輪胎/路面噪聲的系統，包括：儀器工作平臺，其下設有可收放滾輪，通過滾輪的放和收，實現儀器的自由移動和著地平穩放置狀態；儀器工作平臺兩側中心位置設有豎直固定鋼架，每個鋼架尺寸為高45cm×寬6cm×厚1.5cm，鋼架兩側上部設有直徑為1±0.2cm的固定螺栓，用於固定鋼板橫梁；塊狀試件，置於工作平臺上，工作平臺兩側每側兩個共四個螺栓，用於固定塊狀試件；工作平臺為鋼板材質，平面尺寸為34×34cm，厚1~2cm；工作平臺周圍設置三個垂直螺栓，用以調平；鋼板橫梁，架設於兩側鋼架中，鋼板橫梁尺寸為41cm×3cm×2cm，鋼板橫梁尾端呈回字形，回字形鋼片嵌在兩側鋼架中且左右兩側裝有滾珠，由此實現鋼板橫梁的豎向自由移動；橫梁上安裝用於調平的水準儀；位於鋼架外側的橫梁兩端設有直徑1.1±0.2cm的光圓孔，豎直固定螺栓貫穿其中；步進電機，豎直放置，其上端通過鋼板橫梁內置螺絲與鋼板橫梁連接固定，轉動軸心對應工作平臺中心；轉動軸下端有螺紋，Y型傳動杆中心為螺紋孔，由此實現步進電機轉動軸與Y型傳動杆的連接固定。Y型傳動杆每個夾角為120o，在傳動杆尾端安裝萬向輪，其滾輪為小型仿真橡膠實體輪胎，尾端距離轉動軸心為14cm；小型仿真輪胎兩側安裝有減震杆，保證三個小型輪胎與板件均勻接觸，克服試件不平整帶來的壓力衝擊；垂直螺紋杆，位於與步進電機轉動軸同一軸心處的鋼板橫梁上部，通過螺紋杆實現載荷加載與固定，載荷由0.1kg、0.2kg、0.5kg、1kg、2kg、5kg6個等級的砝碼組成。一種應用上述儀器進行室內輪胎/路面噪聲測試的方法，其特徵在於，包括如下步驟：（1）將符合要求的路面塊狀試件，在試驗所需的溫度、溼度條件下放置4~6小時，試件的上下表面平整且上下表面夾角不超過2o，尺寸為30cm×30cm×5cm；（2）在上述溫度和溼度條件下，將塊狀試件放置到儀器工作平臺上並固定，具體為：提起步進電機及附屬部分，通過豎直鋼架兩側的豎直固定螺栓將電機架設起來；再將塊狀試件放置到儀器工作平臺上，旋緊平臺兩側的四個水平螺栓，固定塊狀試件；（3）將三個小型仿真橡膠實體輪胎分別安裝於三個萬向輪上，再將萬向輪安裝於Y型傳動杆上，接著將Y型傳動杆與步進電機的傳動軸下端固定；最後放下步進電機，使橡膠實體輪胎與塊狀試件接觸，通過調平螺絲和水準儀對儀器進行調平；（4）採用加載砝碼完成特定加載，試驗載荷分為步進電機及其附屬結構淨重和加載砝碼重量兩個部分，其中，步進電機及其附屬結構淨重在出廠時進行標定，當載荷總重為170N時，小型仿真輪胎的承重相當於真實小汽車輪胎的承重；加載完成後通過豎直鋼架兩側的豎直固定螺栓將步進電機固定，固定時，保證水準儀的氣泡處在中央位置；（5）接通電源，在步進電機控制器中輸入脈衝頻率和脈衝數，脈衝信號進入驅動器進而使步進電機勻速轉動，步進電機轉動軸通過Y型傳動杆帶動三個小型仿真橡膠實體輪胎在塊狀試件上做圓周運動；（6）步進電機進入穩定工作狀態後，通過聲級計測試特定速度、特定載荷下的小型仿真橡膠實體輪胎與塊狀試件之間的噪聲值。在進一步的實施例中：將路面塊狀試件置於試驗設定的溫溼度條件下進行養護，測試實際使用環境下的輪胎/路面噪聲；可以通過步進電機控制器和加載裝置設定輪胎繞行速度及作用載荷，對比路面不同車速、不同軸載下產生的輪胎/路面噪聲；可以將路面塊狀試件置於試驗設定的速度及載荷作用下進行磨耗，從而模擬測試路面通車一定時間後的輪胎/路面噪聲。在進一步的實施例中，步進電機處於穩定工作狀態時，噪聲測試時的背景噪聲值不大於55dB；噪聲測點距工作平臺中心橫向距離為20~25cm、豎向距離為10~15cm。有益效果：本發明使用步進電機帶動小型仿真橡膠實體輪胎在塊狀試件上轉動，設備輕巧，造價低；路面塊狀試件可通過室內成型或現場切割，養護後即可進行輪胎/路面噪聲的測試，機動靈活、省時省力、節約資源。而原有的室內轉鼓法往往設備昂貴，對不同路面的輪胎/噪聲測試需要重新更換環道路面，試驗費時費力投資大，對不同類型路面的輪胎/路面噪聲進行測試比較的適用性較差；CPB法與OBSI法只適用於對已建成道路的輪胎/路面噪聲測試，難以運用到室內對未建或新型路面的輪胎/路面噪聲進行測試，應用範圍較小；本發明可以將路面塊狀試件置於試驗設定的溫溼度條件下進行養護，測試各種類型路面在不同使用環境下的輪胎/路面噪聲；可以通過步進電機控制器、加載裝置設定輪胎運行速度及作用載荷，測試路面在不同車速、軸載下產生的輪胎/路面噪聲；可以將路面塊狀試件置於仿真輪胎下進行磨耗，從而模擬出路面通車一定時間後的輪胎/路面噪聲。而原有的測試方法難以具有上述優點，近場室外測試法受外部環境因素影響大，對試驗條件難以控制，特定條件下的輪胎/路面噪聲測試難度大，靈活度不足；室內轉鼓法由於輪胎轉鼓的曲率使其噪聲與實際路面有所不同，主要用於研究輪胎本身噪聲特性和產生機理，難以有效模擬測試實際路面的輪胎/路面噪聲。附圖說明圖1是本發明的主視圖。圖2是本發明的側視圖。圖3是本發明的俯視圖。圖4a和圖4b分別是本發明橫梁回字形鋼的剖視圖和主視圖。1~可收放滾輪；2~調平螺絲；3~水準儀；4~加載砝碼用螺紋杆；5~砝碼；6~步進電機；7~Y型傳動杆；81、82、83-仿真橡膠輪胎；9~鋼板橫梁；10~固定鋼架，11~路面塊狀試件，12~儀器工作平臺，13~豎直固定螺栓；14~固定塊狀試件用螺栓；15-電機轉動軸；16-萬向輪；17-回字形鋼片。具體實施方式一種利用路面塊狀試件、步進電機、噪聲計等進行輪胎/路面噪聲測試的儀器與方法。基於路面塊狀試件、步進電機、噪聲計等進行輪胎/路面噪聲測試的系統，包括：（1）儀器工作平臺12下設有可收放滾輪1，通過滾輪的放和收，實現儀器的自由移動和著地平穩放置狀態；（2）塊狀試件11置於工作平臺上，工作平臺兩側每側兩個共四個固定塊狀試件用螺栓14，用於固定塊狀試件；工作平臺為鋼板材質，平面尺寸約為34×34cm，厚約1cm；工作平臺周圍設置三個垂直的調平螺絲2，用以調平；（3）儀器工作平臺兩側中心位置設有豎直固定鋼架10，每個鋼架約高45cm×寬6cm×厚1.5cm，鋼架兩側上部設有直徑約為1cm的豎直固定螺栓13，用於固定鋼板橫梁9；（4）鋼板橫梁架設於兩側鋼架中，鋼板橫梁尺寸約為41cm×3cm×2cm，鋼板橫梁尾端呈回字形，回字形鋼片17嵌在兩側鋼架中且左右兩側裝有滾珠，由此實現鋼板橫梁的豎向自由移動；橫梁上安裝用於調平的水準儀；位於鋼架外側的橫梁兩端設有直徑約1.1cm的光圓孔，豎直固定螺栓貫穿其中；（5）步進電機豎直放置，其上端通過鋼板橫梁內置螺絲與鋼板橫梁連接固定，轉動軸心對應工作平臺中心；轉動軸15下端有螺紋，Y型傳動杆中心為螺紋孔，由此實現步進電機轉動軸與Y型傳動杆的連接固定。Y型傳動杆每個夾角為120o，在傳動杆尾端安裝萬向輪，其滾輪為小型仿真橡膠輪胎81、82和83，尾端距離轉動軸心約14cm；小型仿真輪胎兩側安裝有減震杆，保證三個小型輪胎與板件均勻接觸，克服試件不平整帶來的壓力衝擊；（6）小型仿真橡膠實體輪胎規格：寬度為20~25mm，扁平比約為65%，輪輞的直徑約為1.5英寸；輪胎磨損超過3mm時，需更換輪胎；（7）與步進電機轉動軸同一軸心處，鋼板橫梁上部設有加載砝碼用螺紋杆4，通過螺紋杆實現載荷加載與固定，載荷由0.1kg、0.2kg、0.5kg、1kg、2kg、5kg6個等級的砝碼組成；（8）步進電機其特徵在於，採用110系列（機座寬度為110mm），靜力矩10~22N•m，機身長度17.5~22cm，重量8.5~12kg，步進電機通過線路與步進電機驅動器、步進電機控制器連接，步進電機驅動器與步進電機配套，通過步進電機控制器發射脈衝信號的頻率，精確控制電機轉速。應用本發明所述儀器進行輪胎/路面噪聲測試的方法，具體步驟為：（1）將符合要求的路面塊狀試件（上下表面平整且上下表面夾角不超過2o，尺寸約為30cm×30cm×5cm），在試驗所需的溫度、溼度條件下放置4~6小時；（2）在該溫溼度條件下，將塊狀試件放置到權利要求1所述的儀器工作平臺上並固定，方法為：提起步進電機及附屬部分，通過豎直鋼架兩側的豎直固定螺栓將電機架設起來；再將塊狀試件放置到儀器工作平臺上，旋緊平臺兩側的四個水平螺栓，固定塊狀試件；（3）將三個小型仿真橡膠實體輪胎分別安裝於三個萬向輪上，再將萬向輪安裝於Y型傳動杆上，接著將Y型傳動杆與步進電機的傳動軸下端固定；最後放下步進電機，使橡膠實體輪胎與塊狀試件接觸，通過調平螺絲和水準儀對儀器進行調平；（4）採用加載砝碼完成特定加載，試驗載荷分為步進電機及其附屬結構淨重和加載砝碼重量兩個部分，其中，步進電機及其附屬結構淨重在出廠時進行標定；當載荷總重約為170N時，小型仿真輪胎的承重相當於真實小汽車輪胎的承重；加載完成後通過豎直鋼架兩側的豎直固定螺栓將步進電機固定，固定時，保證水準儀的氣泡處在中央位置；（5）接通電源，在步進電機控制器中輸入脈衝頻率和脈衝數，脈衝信號進入驅動器進而使步進電機勻速轉動，步進電機轉動軸通過Y型傳動杆帶動三個小型仿真橡膠實體輪胎在塊狀試件上做圓周運動；根據權利要求1所述的Y型傳動杆長度和小型輪胎的半徑尺寸，步進電機轉速為2~6r/s時，小型輪胎轉動的角速度相當於小型汽車以30~90km/h運行時輪胎轉動的角速度；（6）步進電機進入穩定工作狀態後，通過聲級計測試特定速度、特定載荷下的小型仿真橡膠實體輪胎與塊狀試件之間的噪聲值。本實施例採用某品牌的110系列的三相混合式步進電機，其詳細技術參數為：電機長度為175mm，機座寬度為110mm，步距角1.2o（完成一周轉動需要300次脈衝），電壓220V，相電阻1.1Ω，相電流3A，靜力矩12.5N•m，電感20mH，轉動慣量8.4kg•m2，重量9.5kg。無砝碼加載時，步進電機6、鋼板橫梁9、螺紋杆4、Y型傳動杆7、三個小型輪胎8總重量為10.9kg，即在空載條件下，輪胎8與塊狀試件11接觸面承受壓力為109N。本次實施例目的：相同試驗條件下，AC、SMA、OGFC三種瀝青混凝土路面的輪胎/路面噪聲的測試對比。試驗條件為：室溫20oC，空氣相對溼度20%，總載荷150N，步進電機轉速為3r/s。如圖1所示，本次試驗的具體步驟為：（1）試驗前檢查儀器各部件，使符合試驗要求；（2）將AC瀝青混凝土塊狀試件11（上下表面平整且上下表面夾角不超過2o，尺寸為30cm×30cm×5cm）在試驗600C下放置6小時；（3）將三個小型仿真橡膠實體輪胎8分別安裝於三個萬向輪16上，將萬向輪16安裝於Y型傳動杆7上，再將Y型傳動杆7與步進電機的傳動軸15下端固定；步進電機6與控制器、驅動器的線路連接完畢；（4）收起滾輪1，使儀器工作平臺12平穩著地，提起步進電機6，通過豎直固定鋼架10兩側的豎直固定螺栓13將電機6架設起來，再將塊狀試件11放置到儀器工作平臺12上，並通過平臺兩側的四個螺栓14旋緊固定塊狀試件11，最後放下步進電機6，使其著陸於塊狀試件11上；（4）通過調平螺絲2和水準儀3，將儀器工作平臺12調平；通過加載螺紋杆4加載砝碼5共4.1kg；用豎直固定螺栓13將電機6固定，保證水準儀3的氣泡處在中央位置；（5）接通電源，通過步進電機控制器輸入脈衝頻率為900次/秒，參數設置完成，脈衝信號進入驅動器進而使步進電機6勻速轉動，步進電機6轉動軸通過Y型傳動杆7帶動三個小型仿真實體輪胎8在AC瀝青混凝土塊狀試件11上做圓周運動，輪胎繞電機轉動軸轉速為3r/s；（6）步進電機6進入穩定工作狀態後，通過聲級計測試小型仿真實體輪胎8與AC瀝青混凝土塊狀試件11之間在試驗條件下的噪聲值，記錄噪聲值，其中，噪聲測點距工作平臺中心橫向距離為20~25cm、豎向距離為10~15cm。（7）數據記錄結束後，切斷電源，提起步進電機6，通過豎直固定鋼架10兩側的豎直固定螺栓13將電機6架設起來，取出AC瀝青混凝土塊狀試件。（8）再按照如前所述步驟，分別使用SMA與OGFC瀝青混凝土塊狀試件測出輪胎/路面噪聲值，並記錄比較。以上詳細描述了本發明的優選實施方式，但是，本發明並不限於上述實施方式中的具體細節，在本發明的技術構思範圍內，可以對本發明的技術方案進行多種等同變換，這些等同變換均屬於本發明的保護範圍。另外需要說明的是，在上述具體實施方式中所描述的各個具體技術特徵，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合。為了避免不必要的重複，本發明對各種可能的組合方式不再另行說明。此外，本發明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本發明的思想，其同樣應當視為本發明所公開的內容。