用于测试轮胎/路面噪声的系统及方法与流程

本发明属于公路工程领域，尤其是一种利用路面块状试件进行轮胎/路面噪声测试的系统及方法，其能够测试不同类型路面在不同环境下的轮胎/路面噪声。

背景技术：
道路行驶机动车辆噪声主要来源于轮胎振动噪声、泵气噪声、发动机系统噪声、空气动力性噪声等。当车辆行驶速度在50~100km/h时，轮胎/路面噪声成为噪声的主要来源。目前，国内外道路交通噪声的传统测试方法有：（1）远场测试法：CPB法（控制通过法），通过在路侧一定距离和高度处安装麦克风，测试一定速度行驶的受控车辆所发出的噪声；SPB法（统计通过法），与CPB法类似，是在实际交通状况下的噪声测试方法。（2）近场测试法：CPX法，通过安装在拖车式近似消音室中的麦克风，测试轮胎路面噪声；OBSI法，通过安装在轮胎前、后缘的麦克风，测试轮胎/路面间的噪声；室内转鼓法（LDM），总体上是设置一个水平或者竖直环道，让真实轮胎围绕轴心在环道上做圆周运动，安装麦克风测试轮胎/路面间的噪声。其中，远场测试方法着眼于受听者的听觉感受，但容易受外部环境及交通条件的影响，难以直接测试轮胎/路面噪声；近场测试方法受外部环境条件的影响较小。但是这些测试方法的缺点也较突出：室内转鼓法往往设备昂贵，对不同路面的轮胎/噪声测试需要重新更换环道路面，试验费时费力投资大，对不同类型路面的轮胎/路面噪声进行测试比较的适用性较差；CPB法与OBSI法只适用于对已建成道路的轮胎/路面噪声测试，难以运用到室内对未建或新型路面的轮胎/路面噪声进行测试，且由于受外部环境因素影响大，对特定温湿度条件及通车一定时间后的轮胎/路面噪声的测试灵活性不足。综上可知，对于不同路面的轮胎/路面噪声的测量，传统的方法受影响因素多，难以满足多条件、多类型变化的要求，灵活性不足且适用性较差。

技术实现要素：
发明目的：提供一种用于测试轮胎/路面噪声的系统，以解决现有技术存在的一个或多个问题。技术方案：一种用于测试轮胎/路面噪声的系统，包括：工作平台，其下方设置有可收放滚轮，两侧设置有试件固定螺栓，工作平台两侧中心位置设有竖直固定钢架，钢架上设有可沿钢架移动的钢板横梁；块状试件，通过所述试件固定螺栓固定于工作平台上；步进电机，其上端与钢板横梁固定连接，步进电机的转动轴下端与Y型传动杆固定连接，Y型传动杆的末端装有仿真轮胎；在工作状态，仿真轮胎抵触于试件表面；加载螺纹杆，与所述钢板横梁可转动连接，一端连接步进电机，实现载荷加载与固定。在进一步的实施例中，所述钢板横梁尾端呈回字形，回字形钢片嵌在两侧钢架中且左右两侧均装有滚珠，由此实现钢板横梁的竖向自由移动；横梁上安装用于调平的水准仪；位于钢架外侧的横梁两端设有直径1.1±0.2cm的光圆孔，竖直固定螺栓贯穿其中。一种用于测试轮胎/路面噪声的系统，包括：仪器工作平台，其下设有可收放滚轮，通过滚轮的放和收，实现仪器的自由移动和着地平稳放置状态；仪器工作平台两侧中心位置设有竖直固定钢架，每个钢架尺寸为高45cm×宽6cm×厚1.5cm，钢架两侧上部设有直径为1±0.2cm的固定螺栓，用于固定钢板横梁；块状试件，置于工作平台上，工作平台两侧每侧两个共四个螺栓，用于固定块状试件；工作平台为钢板材质，平面尺寸为34×34cm，厚1~2cm；工作平台周围设置三个垂直螺栓，用以调平；钢板横梁，架设于两侧钢架中，钢板横梁尺寸为41cm×3cm×2cm，钢板横梁尾端呈回字形，回字形钢片嵌在两侧钢架中且左右两侧装有滚珠，由此实现钢板横梁的竖向自由移动；横梁上安装用于调平的水准仪；位于钢架外侧的横梁两端设有直径1.1±0.2cm的光圆孔，竖直固定螺栓贯穿其中；步进电机，竖直放置，其上端通过钢板横梁内置螺丝与钢板横梁连接固定，转动轴心对应工作平台中心；转动轴下端有螺纹，Y型传动杆中心为螺纹孔，由此实现步进电机转动轴与Y型传动杆的连接固定。Y型传动杆每个夹角为120o，在传动杆尾端安装万向轮，其滚轮为小型仿真橡胶实体轮胎，尾端距离转动轴心为14cm；小型仿真轮胎两侧安装有减震杆，保证三个小型轮胎与板件均匀接触，克服试件不平整带来的压力冲击；垂直螺纹杆，位于与步进电机转动轴同一轴心处的钢板横梁上部，通过螺纹杆实现载荷加载与固定，载荷由0.1kg、0.2kg、0.5kg、1kg、2kg、5kg6个等级的砝码组成。一种应用上述仪器进行室内轮胎/路面噪声测试的方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）将符合要求的路面块状试件，在试验所需的温度、湿度条件下放置4~6小时，试件的上下表面平整且上下表面夹角不超过2o，尺寸为30cm×30cm×5cm；（2）在上述温度和湿度条件下，将块状试件放置到仪器工作平台上并固定，具体为：提起步进电机及附属部分，通过竖直钢架两侧的竖直固定螺栓将电机架设起来；再将块状试件放置到仪器工作平台上，旋紧平台两侧的四个水平螺栓，固定块状试件；（3）将三个小型仿真橡胶实体轮胎分别安装于三个万向轮上，再将万向轮安装于Y型传动杆上，接着将Y型传动杆与步进电机的传动轴下端固定；最后放下步进电机，使橡胶实体轮胎与块状试件接触，通过调平螺丝和水准仪对仪器进行调平；（4）采用加载砝码完成特定加载，试验载荷分为步进电机及其附属结构净重和加载砝码重量两个部分，其中，步进电机及其附属结构净重在出厂时进行标定，当载荷总重为170N时，小型仿真轮胎的承重相当于真实小汽车轮胎的承重；加载完成后通过竖直钢架两侧的竖直固定螺栓将步进电机固定，固定时，保证水准仪的气泡处在中央位置；（5）接通电源，在步进电机控制器中输入脉冲频率和脉冲数，脉冲信号进入驱动器进而使步进电机匀速转动，步进电机转动轴通过Y型传动杆带动三个小型仿真橡胶实体轮胎在块状试件上做圆周运动；（6）步进电机进入稳定工作状态后，通过声级计测试特定速度、特定载荷下的小型仿真橡胶实体轮胎与块状试件之间的噪声值。在进一步的实施例中：将路面块状试件置于试验设定的温湿度条件下进行养护，测试实际使用环境下的轮胎/路面噪声；可以通过步进电机控制器和加载装置设定轮胎绕行速度及作用载荷，对比路面不同车速、不同轴载下产生的轮胎/路面噪声；可以将路面块状试件置于试验设定的速度及载荷作用下进行磨耗，从而模拟测试路面通车一定时间后的轮胎/路面噪声。在进一步的实施例中，步进电机处于稳定工作状态时，噪声测试时的背景噪声值不大于55dB；噪声测点距工作平台中心横向距离为20~25cm、竖向距离为10~15cm。有益效果：本发明使用步进电机带动小型仿真橡胶实体轮胎在块状试件上转动，设备轻巧，造价低；路面块状试件可通过室内成型或现场切割，养护后即可进行轮胎/路面噪声的测试，机动灵活、省时省力、节约资源。而原有的室内转鼓法往往设备昂贵，对不同路面的轮胎/噪声测试需要重新更换环道路面，试验费时费力投资大，对不同类型路面的轮胎/路面噪声进行测试比较的适用性较差；CPB法与OBSI法只适用于对已建成道路的轮胎/路面噪声测试，难以运用到室内对未建或新型路面的轮胎/路面噪声进行测试，应用范围较小；本发明可以将路面块状试件置于试验设定的温湿度条件下进行养护，测试各种类型路面在不同使用环境下的轮胎/路面噪声；可以通过步进电机控制器、加载装置设定轮胎运行速度及作用载荷，测试路面在不同车速、轴载下产生的轮胎/路面噪声；可以将路面块状试件置于仿真轮胎下进行磨耗，从而模拟出路面通车一定时间后的轮胎/路面噪声。而原有的测试方法难以具有上述优点，近场室外测试法受外部环境因素影响大，对试验条件难以控制，特定条件下的轮胎/路面噪声测试难度大，灵活度不足；室内转鼓法由于轮胎转鼓的曲率使其噪声与实际路面有所不同，主要用于研究轮胎本身噪声特性和产生机理，难以有效模拟测试实际路面的轮胎/路面噪声。附图说明图1是本发明的主视图。图2是本发明的侧视图。图3是本发明的俯视图。图4a和图4b分别是本发明横梁回字形钢的剖视图和主视图。1~可收放滚轮；2~调平螺丝；3~水准仪；4~加载砝码用螺纹杆；5~砝码；6~步进电机；7~Y型传动杆；81、82、83-仿真橡胶轮胎；9~钢板横梁；10~固定钢架，11~路面块状试件，12~仪器工作平台，13~竖直固定螺栓；14~固定块状试件用螺栓；15-电机转动轴；16-万向轮；17-回字形钢片。具体实施方式一种利用路面块状试件、步进电机、噪声计等进行轮胎/路面噪声测试的仪器与方法。基于路面块状试件、步进电机、噪声计等进行轮胎/路面噪声测试的系统，包括：（1）仪器工作平台12下设有可收放滚轮1，通过滚轮的放和收，实现仪器的自由移动和着地平稳放置状态；（2）块状试件11置于工作平台上，工作平台两侧每侧两个共四个固定块状试件用螺栓14，用于固定块状试件；工作平台为钢板材质，平面尺寸约为34×34cm，厚约1cm；工作平台周围设置三个垂直的调平螺丝2，用以调平；（3）仪器工作平台两侧中心位置设有竖直固定钢架10，每个钢架约高45cm×宽6cm×厚1.5cm，钢架两侧上部设有直径约为1cm的竖直固定螺栓13，用于固定钢板横梁9；（4）钢板横梁架设于两侧钢架中，钢板横梁尺寸约为41cm×3cm×2cm，钢板横梁尾端呈回字形，回字形钢片17嵌在两侧钢架中且左右两侧装有滚珠，由此实现钢板横梁的竖向自由移动；横梁上安装用于调平的水准仪；位于钢架外侧的横梁两端设有直径约1.1cm的光圆孔，竖直固定螺栓贯穿其中；（5）步进电机竖直放置，其上端通过钢板横梁内置螺丝与钢板横梁连接固定，转动轴心对应工作平台中心；转动轴15下端有螺纹，Y型传动杆中心为螺纹孔，由此实现步进电机转动轴与Y型传动杆的连接固定。Y型传动杆每个夹角为120o，在传动杆尾端安装万向轮，其滚轮为小型仿真橡胶轮胎81、82和83，尾端距离转动轴心约14cm；小型仿真轮胎两侧安装有减震杆，保证三个小型轮胎与板件均匀接触，克服试件不平整带来的压力冲击；（6）小型仿真橡胶实体轮胎规格：宽度为20~25mm，扁平比约为65%，轮辋的直径约为1.5英寸；轮胎磨损超过3mm时，需更换轮胎；（7）与步进电机转动轴同一轴心处，钢板横梁上部设有加载砝码用螺纹杆4，通过螺纹杆实现载荷加载与固定，载荷由0.1kg、0.2kg、0.5kg、1kg、2kg、5kg6个等级的砝码组成；（8）步进电机其特征在于，采用110系列（机座宽度为110mm），静力矩10~22N•m，机身长度17.5~22cm，重量8.5~12kg，步进电机通过线路与步进电机驱动器、步进电机控制器连接，步进电机驱动器与步进电机配套，通过步进电机控制器发射脉冲信号的频率，精确控制电机转速。应用本发明所述仪器进行轮胎/路面噪声测试的方法，具体步骤为：（1）将符合要求的路面块状试件（上下表面平整且上下表面夹角不超过2o，尺寸约为30cm×30cm×5cm），在试验所需的温度、湿度条件下放置4~6小时；（2）在该温湿度条件下，将块状试件放置到权利要求1所述的仪器工作平台上并固定，方法为：提起步进电机及附属部分，通过竖直钢架两侧的竖直固定螺栓将电机架设起来；再将块状试件放置到仪器工作平台上，旋紧平台两侧的四个水平螺栓，固定块状试件；（3）将三个小型仿真橡胶实体轮胎分别安装于三个万向轮上，再将万向轮安装于Y型传动杆上，接着将Y型传动杆与步进电机的传动轴下端固定；最后放下步进电机，使橡胶实体轮胎与块状试件接触，通过调平螺丝和水准仪对仪器进行调平；（4）采用加载砝码完成特定加载，试验载荷分为步进电机及其附属结构净重和加载砝码重量两个部分，其中，步进电机及其附属结构净重在出厂时进行标定；当载荷总重约为170N时，小型仿真轮胎的承重相当于真实小汽车轮胎的承重；加载完成后通过竖直钢架两侧的竖直固定螺栓将步进电机固定，固定时，保证水准仪的气泡处在中央位置；（5）接通电源，在步进电机控制器中输入脉冲频率和脉冲数，脉冲信号进入驱动器进而使步进电机匀速转动，步进电机转动轴通过Y型传动杆带动三个小型仿真橡胶实体轮胎在块状试件上做圆周运动；根据权利要求1所述的Y型传动杆长度和小型轮胎的半径尺寸，步进电机转速为2~6r/s时，小型轮胎转动的角速度相当于小型汽车以30~90km/h运行时轮胎转动的角速度；（6）步进电机进入稳定工作状态后，通过声级计测试特定速度、特定载荷下的小型仿真橡胶实体轮胎与块状试件之间的噪声值。本实施例采用某品牌的110系列的三相混合式步进电机，其详细技术参数为：电机长度为175mm，机座宽度为110mm，步距角1.2o（完成一周转动需要300次脉冲），电压220V，相电阻1.1Ω，相电流3A，静力矩12.5N•m，电感20mH，转动惯量8.4kg•m2，重量9.5kg。无砝码加载时，步进电机6、钢板横梁9、螺纹杆4、Y型传动杆7、三个小型轮胎8总重量为10.9kg，即在空载条件下，轮胎8与块状试件11接触面承受压力为109N。本次实施例目的：相同试验条件下，AC、SMA、OGFC三种沥青混凝土路面的轮胎/路面噪声的测试对比。试验条件为：室温20oC，空气相对湿度20%，总载荷150N，步进电机转速为3r/s。如图1所示，本次试验的具体步骤为：（1）试验前检查仪器各部件，使符合试验要求；（2）将AC沥青混凝土块状试件11（上下表面平整且上下表面夹角不超过2o，尺寸为30cm×30cm×5cm）在试验600C下放置6小时；（3）将三个小型仿真橡胶实体轮胎8分别安装于三个万向轮16上，将万向轮16安装于Y型传动杆7上，再将Y型传动杆7与步进电机的传动轴15下端固定；步进电机6与控制器、驱动器的线路连接完毕；（4）收起滚轮1，使仪器工作平台12平稳着地，提起步进电机6，通过竖直固定钢架10两侧的竖直固定螺栓13将电机6架设起来，再将块状试件11放置到仪器工作平台12上，并通过平台两侧的四个螺栓14旋紧固定块状试件11，最后放下步进电机6，使其着陆于块状试件11上；（4）通过调平螺丝2和水准仪3，将仪器工作平台12调平；通过加载螺纹杆4加载砝码5共4.1kg；用竖直固定螺栓13将电机6固定，保证水准仪3的气泡处在中央位置；（5）接通电源，通过步进电机控制器输入脉冲频率为900次/秒，参数设置完成，脉冲信号进入驱动器进而使步进电机6匀速转动，步进电机6转动轴通过Y型传动杆7带动三个小型仿真实体轮胎8在AC沥青混凝土块状试件11上做圆周运动，轮胎绕电机转动轴转速为3r/s；（6）步进电机6进入稳定工作状态后，通过声级计测试小型仿真实体轮胎8与AC沥青混凝土块状试件11之间在试验条件下的噪声值，记录噪声值，其中，噪声测点距工作平台中心横向距离为20~25cm、竖向距离为10~15cm。（7）数据记录结束后，切断电源，提起步进电机6，通过竖直固定钢架10两侧的竖直固定螺栓13将电机6架设起来，取出AC沥青混凝土块状试件。（8）再按照如前所述步骤，分别使用SMA与OGFC沥青混凝土块状试件测出轮胎/路面噪声值，并记录比较。以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。