用于胎-路噪声测试的移重式双轮噪声检测车的制作方法

本发明涉及一种进行室外轮胎-路面交互作用所产生噪声的近场测试设备，具体涉及到一种用于胎-路噪声测试的移重式双轮噪声检测车。

背景技术：

道路噪声包括动力噪声、车体噪声和轮胎-路面噪声三种类别，其中的轮胎-路面噪声是道路工作者关注的重点。尤其是对降噪路面研究而言，评价其降噪性能必须借助于可靠的胎-路噪声测试系统。由于降噪路面主要是解决胎-路噪声问题，普通交通噪声测试方法不再适用，因而开发出能够客观真实反映轮胎-路面交互作用产生噪声大小的设备，对降噪路面研究具有重要意义。

目前在路面噪声的室外测试方面，包括了近场和远场测试两种方法：(1)远场测试，其适用于评价整个交通流的噪声；(2)近场测试，其适用于专业的胎-路噪声研究。其中，近场测试的方法又可以细分为两种，即：(1)外挂声级计法，该方法测得的噪声并非全都是轮胎-路面噪声，还受到来自其他车辆的噪声以及风噪的影响。(2)拖车法，该方法能最大限度的降低背景噪声和反射噪声的干扰，较精确的采集胎-路噪声，是一个值得推广使用的测试手段。

从上述叙述可以看出，噪声检测车是用于胎-路噪声测试的最佳选择。在已申请的采用拖车法研究室外胎-路噪声测试装置或方法专利中，主要有“配重式轮胎/路面噪音检测拖车”(申请号200820233821.x)和“双轮可调配重式轮胎路面噪声检测车”(申请号201120251986.1)，这两个专利都设计了配重加载系统，解决了外国相关研究设计缺陷。但是，这些设备结构复杂、且荷载调节操作不便，需要根据测试需要随时携带若干配重铁；另一方面，由于隔声罩高度固定(规范iso11819-2要求：为减少风噪干扰，隔声罩底部与路面间距不得超过5cm)，导致拖车行驶难以适应复杂路况要求。因此，有必要新开发出一种操作简便、测试精准的轮胎-路面噪声检测车。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有胎-路噪声测试设备易受环境影响、配重调节操作复杂以及难以适应复杂路况的问题，而研发出一种用于胎-路噪声测试的移重式双轮噪声检测车。

本发明用于胎-路噪声测试的移重式双轮噪声检测车包括轮组、钢板弹簧、方钢车架、举升装置、加载装置、隔音罩和数据采集系统，在两个车轮之间设置有车轴形成轮组，在车轴的左右两侧分别设置一个钢板弹簧，方钢车架通过支撑杆水平设置在两个钢板弹簧上；其中所述的加载装置由方形框架、直线轴承、直线传动轴、滚珠丝杆和配重块组成，在方形框架的内部水平横置有两根直线传动轴和一根滚珠丝杆，滚珠丝杆位于两根直线传动轴之间并与直线传动轴平行设置，每根直线传动轴上分别套设有一个直线轴承，配重块固定在两个直线轴承上，旋转滚珠丝杆使配重块左右方向移动，另外，方形框架的左侧架板和右侧架板的外板面分别设置有两个耳板；

所述的举升装置包括四根丝杠和多个螺母，举升装置的四根丝杠竖直设置在方钢车架的架体上，每根丝杠上套设有两个螺母，方形框架上的耳板套在丝杠上并位于两个螺母之间，上面的螺母具有限制、固定方形框架位移的作用，下面的螺母能控制方形框架与方钢车架的间距，从而控制隔声罩的离地高度；

所述的隔音罩罩设在轮组的四周以及顶部，在两个车轮之间还设置有中间隔声板；

所述的数据采集系统包括多个传声器，传声器从车体外部接入，固定在方钢车架下方，传声器位于车轮的内侧，并与车轮的内侧轮壁间隔设置。

本发明移重式双轮噪声检测车主要包括吸音和隔音系统、加载系统、数据采集控制系统、导向系统及野外供电系统等部分。利用该噪声检测车可以开展包括声压级、声音频谱分布特性在内的多种声学指标研究，可较为全面的采集真实轮胎与实际路面在不同环境下的声学信息。

为避免发动机、排气筒等噪声的干扰，本发明移重式双轮噪声检测车为无动力拖车，在检测车外部设置隔声罩，且保证传声器与牵引车轮胎留有足够间距。采用与单轴双轮结构，更加真实地模拟实际轮胎的行驶状态，简化了拖车外形，同时提高了拖车的稳定性。为减少两个测试轮胎的相互干扰，综合考虑后期上路行驶的合法性和安全性后确定拖车测试轮轮距，并在两轮之间设置隔声板。为提高噪声检测车的整体稳定性和适用性，在主体结构前方安装一个高度可调的万向支撑轮，并在隔声罩上设置高度调节装置。

本发明吸声和隔音系统的拖车隔声罩以拖车自身钢制骨架为基础，从外到内依次为钢板、隔音垫、橡塑棉、木龙骨、平面石膏板、高弹聚酯纤维吸音棉、木龙骨、穿孔石膏板和高密度聚酯纤维吸音棉。另一方面，在拖车的所有刚性连接处，均贴有橡胶垫来阻隔振动的传递。在拖车左右两侧的接缝处也均附有密封条，以减少测试过程中风的灌入。整个隔声罩搭载举升装置，可以通过提升、降低隔声罩来控制路表与隔声罩的安全距离，从而保证测试数据的准确性和行车的安全性。

所述的野外供电系统是通过牵引车自带蓄电池用逆变器转换后经稳压器来输出供电。

本发明用于胎-路噪声测试的移重式双轮噪声检测车包括以下有益效果：

1、通过滚珠丝杠来精确移动配重位置来实现控制轮胎载重，达到了快速改变轮胎荷载和简化设备结构的效果，在不需要来回装卸、增减配重铁的前提下，单人即可完成改变轮胎所受荷载的工作，极大地提高了设备的灵活性，节省了人力物力。

2、拖车内部搭载举升装置，可以通过提升、降低隔声罩来控制路表与隔声罩的安全距离，保证了拖车既能满足测试规范要求，又能完美适应复杂路况，保证了设备的适用性和安全性。

3、采用与实际车辆相近的单轴双轮式拖车结构，尽可能的接近车辆运行结果，保证了测试结果的实用性，同时也简化了拖车外形，提高了拖车的稳定性。

4、通过有效的吸音和隔音系统，最大限度的屏蔽外界噪声和减少内部噪声反射，保证了胎-路噪声测试结果的准确性。

附图说明

图1是本发明用于胎-路噪声测试的移重式双轮噪声检测车的整体结构示意图；

图2是用于胎-路噪声测试的移重式双轮噪声检测车的侧视截面结构示意图；

图3是用于胎-路噪声测试的移重式双轮噪声检测车的俯视截面结构示意图；

图4是举升装置和加载装置的侧视结构示意图；

图5是加载装置的俯视结构示意图；

图6是方钢车架的俯视结构示意图；

图7是传声器布置示意图；

图8是隔音罩材料的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式用于胎-路噪声测试的移重式双轮噪声检测车包括轮组1、钢板弹簧18、方钢车架116、举升装置2、加载装置3、隔音罩4和数据采集系统，在两个车轮之间设置有车轴形成轮组1，在车轴的左右两侧分别设置一个钢板弹簧18，方钢车架116通过支撑杆17水平设置在两个钢板弹簧18上；其中所述的加载装置3由方形框架31、直线轴承32、直线传动轴33、滚珠丝杆34和配重块35组成，在方形框架31的内部水平横置有两根直线传动轴33和一根滚珠丝杆34，滚珠丝杆34位于两根直线传动轴33之间并与直线传动轴33平行设置，每根直线传动轴33上分别套设有一个直线轴承32，配重块35固定在两个直线轴承32上，旋转滚珠丝杆34使配重块35左右方向移动，方形框架31的左侧架板和右侧架板的外板面分别设置有两个耳板36；

所述的举升装置2包括四根丝杠21和多个螺母22，举升装置2的四根丝杠21竖直设置在方钢车架116的架体上，每根丝杠21上套设有两个螺母22，方形框架31上的耳板36套在丝杠21上并位于两个螺母22之间；

所述的隔音罩4罩设在轮组1的四周以及顶部，在两个车轮之间还设置有中间隔声板44；

所述的数据采集系统包括多个传声器51，传声器51从车体外部接入，固定在方钢车架116下方，传声器51位于车轮的内侧，并与车轮的内侧轮壁间隔设置。

本实施方式中所述的钢板弹簧是汽车悬架中应用最广泛的一种弹性元件，它是由若干片等宽但不等长的合金弹簧片组合而成的一根近似等强度的弹性梁。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是在加载装置3的外部设置圆弧形顶盖11。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是用于胎-路噪声测试的移重式双轮噪声检测车还包括导向装置，导向装置包括牵引杆115、支撑轮114和液压伸缩杆113，牵引杆115的一端与方形框架31连接，牵引杆115的另一端与牵引车连接，在牵引杆115上竖直设置有液压伸缩杆113，在液压伸缩杆113的下部设置有支撑轮114。

本实施方式中的支撑轮用于支撑车体、室内短距离转运设备和协助安装拖车架到牵引车上时使用，支撑轮方向可由底部转向轴承调节，支撑轮高度由液压伸缩杆上的摇把调节。为进一步适应不同牵引车高度，牵引杆用固定螺丝调节固定。牵引杆上部安装有拖车球头112，用于与牵引车的连接以控制拖车的行驶方向。在实地测试阶段，导向轮通过液压装置升起从而避免其引起的胎-路噪声干扰测试结果；在非测试阶段，支撑轮落下从而与拖车的两个测试轮胎形成三点支撑的平稳状态。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是所述的隔音罩4由两个第一隔声板41、两个第二隔声板42、顶部隔声板43和中间隔声板44组成，两个第一隔声板41位于检测车的前后方向，两个第二隔声板42位于检测车的左右方向，两个第一隔声板41和两个第二隔声板42均连接到方形框架31上。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是隔音罩4的顶部隔声板43连接在方钢车架116的下表面。

本实施方式隔音罩随车架一起通过举升装置上下调节，从而达到改变隔声罩离地高度的目的；另外，中间隔声板中央开有豁口，其中填塞隔音棉，以便在调节高度时方便轮轴移动。此外，在刚性连接处，均贴有3mm的橡胶垫来阻隔振动的传递。在拖车左右两侧的接缝处也均附有密封条，以减少测试过程中风的灌入。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是隔音罩4的材料由外到内依次由钢板、隔音垫、橡塑棉、第一木龙骨、石膏板、第一(高弹)聚酯纤维吸音棉、第二木龙骨、穿孔石膏板和第二(高密度)聚酯纤维吸音棉组成。

本实施方式先从钢板开始钻入长螺纹钉至第一木龙骨，然后从第二木龙骨开始钻入长螺纹钉至第一木龙骨，其次从穿孔石膏板开始钻入短螺纹钉至第二木龙骨，最后采用粘接剂将第二(高密度)聚酯纤维吸音棉贴合在穿孔石膏板上并采用射钉加固。

本实施方式隔音罩的结构如图8所示，钢板、隔音垫和橡塑棉(框号a)代表拖车隔声罩的隔音材料，因为钢制车架在汽车行驶过程中难免会产生振动，这会产生低频共振的干扰噪声，同时外界环境噪声和过往车辆噪声容易透过钢板传至内部，所以需要采用高密度的隔音垫和一定厚度的橡塑棉来阻隔噪声传播。第一木龙骨、石膏板、第一(高弹)聚酯纤维吸音棉、第二木龙骨、穿孔石膏板和第二(高密度)聚酯纤维吸音棉(框号b)代表拖车隔声罩的吸音材料。选用吸音系数不低于0.9的聚酯纤维吸音棉，通过其自身的多孔构造来吸收耗散声能，同时通过在吸音棉之间穿插木龙骨来创造一些空腔，为噪声在吸音棉中的传播提供多次反射的条件以衰减声波。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式六不同的是隔音罩4的材料由外到内依次由2mm钢板、3mm隔音垫、3cm橡塑棉、2cm第一木龙骨、1cm石膏板、5cm第一(高弹)聚酯纤维吸音棉、2cm第二木龙骨、1cm穿孔石膏板和1cm第二(高密度)聚酯纤维吸音棉组成。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是数据采集系统还包括数字风速仪和非接触式红外测温仪，采用数字风速仪监测测试过程中的风速大小，采用非接触式红外测温仪测试路面和车轮的温度。

本实施方式采用泰克曼分体式数字风速仪td8901，分辨率0.1m/s，可以固定在与传声器同高度的附近，用于监测测试过程中的风速大小，要求不超过5m/s，否则采集的声压数据无效；同时该设备还可以测量环境空气温度，分辨率0.2℃。采用非接触式红外测温仪获取路面和轮胎温度，精度为0.1℃。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是在方钢车架116设置有四个耳板117，丝杠21竖直焊接在耳板117的表面。

实施例：本实施例用于胎-路噪声测试的移重式双轮噪声检测车包括轮组1、钢板弹簧18、方钢车架116、举升装置2、加载装置3、隔音罩4和数据采集系统，在两个车轮之间设置有车轴形成轮组1，在车轴的左右两侧分别设置一个钢板弹簧18，方钢车架116通过支撑杆17水平设置在两个钢板弹簧18上(即支撑杆17设置在钢板弹簧18上)；其中所述的加载装置3由方形框架31、直线轴承32、直线传动轴33、滚珠丝杆34和配重块35组成，在方形框架31的内部水平横置有两根直线传动轴33和一根滚珠丝杆34，滚珠丝杆34位于两根直线传动轴33之间并与直线传动轴33平行设置，每根直线传动轴33上分别套设有一个直线轴承32，配重块35固定在两个直线轴承32上，旋转滚珠丝杆34使配重块35左右方向移动，方形框架31的左侧架板和右侧架板的外板面分别设置有两个耳板36；

所述的举升装置2包括四根丝杠21和多个螺母22，举升装置2的四根丝杠21竖直设置在方钢车架116的架体上，每根丝杠21上套设有两个螺母22，方形框架31上的耳板36套在丝杠21上并位于两个螺母22之间；

所述的隔音罩4由两个第一隔声板41、两个第二隔声板42、顶部隔声板43和中间隔声板44组成，两个第一隔声板41位于检测车的前后方向，两个第二隔声板42位于检测车的左右方向，两个第一隔声板41和两个第二隔声板42均连接到方形框架31的周向上，顶部隔声板43连接在方钢车架116的下表面，在两个车轮之间还设置有中间隔声板44，中间隔声板44连接到顶部隔声板43上；

所述的数据采集系统包括多个传声器51、风速计和非接触式红外测温仪，传声器51固定在方钢车架116下方，传声器51分别与前进方向呈现45°和135°的角度设置，距离轮胎内侧壁的水平距离为200mm，距离地面的垂直距离为100mm，选用直径不小于45mm的风球，减小测试过程中风噪等对传声器的影响。

本实施例采用声望mp201型声压传感器、ma231型前置放大器以及va-lab电声测试系统软件组成数据采集控制系统，实现对噪声的测量和数据处理。

本实施例采用泰克曼分体式数字风速仪td8901，分辨率0.1m/s，可以通过车轴固定在与传声器同高度的附近，用于监测测试过程中的风速大小，要求不超过5m/s，否则采集的声压数据无效；同时该设备还可以测量环境空气温度，分辨率0.2℃。

本实施例采用非接触式红外测温仪获取路面和轮胎温度，精度为0.1℃。

本实施例用于胎-路噪声测试的移重式双轮噪声检测车的整体尺寸约为长3.5m×宽2.25m×高1.4m。

本实施例用于胎-路噪声测试的移重式双轮噪声检测车的隔声罩与地面的可调节间距为0-15cm，单侧轮胎可调节的载重范围为400-600kg。

本实施例用于胎-路噪声测试的移重式双轮噪声检测车的测试准确性验证实验如下：

为了证明采集的噪声基本来源于轮胎-路面接触噪声，需要确保隔声罩能够隔绝背景噪声，同时尽可能吸收隔声罩内部的反射噪声，从而说明设备采集的声音来源于轮胎-路面噪声。

背景噪声

测试过程的背景噪声包括外界过往车辆噪声、环境噪声等，为了说明采集的声音不受背景噪声的干扰，采用最佳轮胎-路面组合法进行验证。操作过程如下：

(1)首先使用低噪音轮胎，在路面上铺一层毯子来模拟多孔隙沥青路面进行测试，此工况模拟在胎-路噪声很小时，车体自身机械噪声、前方牵引车噪声、车外其它交通噪声等所构成的背景噪声大小。

(2)然后，对比使用普通轮胎在普通沥青路面上的噪声情况，此工况模拟包含背景噪声、胎-路噪声在内的实际检测时的噪声情况。

(3)最后，对比(1)和(2)采集到的两次噪声声压级的差值。

尽管人类所能感受到的声音频率范围为20hz-20000hz，但是人耳对中低频噪声更佳敏感。根据规范iso11819-2的要求，如果工况(2)比工况(1)在500-5000hz上的整段1/3倍频程噪声高6db或者每个频段高1db，在315-400hz上的整段1/3倍频程噪声高4db或者每个频段高2db，才能认为传声器所测得噪声基本来源于胎-路噪声。因为测量情况比较复杂，难以保证每个频段都有1db或者2db的差值，所以统一标准为整个315-5000hz频段的声压级高10db时，便可证明测试时能够忽略背景噪声的干扰。

下面以车速是50km/h时为例，检测背景噪声是否对测试结果有影响，工况(1)：低噪音轮胎+地毯；工况(2)：正常轮胎+沥青路面。此时工况(1)噪声大小为lm＝84.59db，工况(2)噪声大小为lbgm＝71.67db。值得一提的是，声压级的合成与分解运算不是简单的加减运算，声压级不能直接相加减，必须以能量形式进行运算，因此，根据声压级的叠加公式：

式中：lm——实际测试的声压级(db(a))；

lbgm——背景噪声的声压级(db(a))；

l——待测点真实的声压级(db(a))；

计算得到真实轮胎/路面噪声声压级大小为84.36db，与实测的84.59db相比，差值仅为0.23db，相差很小，所以这也就解释了为什么规范说工况(2)比工况(1)在315-5000hz频段的声压级高10db时能够认为实测结果可以忽略背景噪声干扰的原因。因此，拖车设备采集的噪声结果几乎不受背景噪声的影响，可以用实际测试的声压级来代替真实的声压级。

反射噪声

测试过程中的反射噪声主要是指轮胎-路面交互作用发出的噪声在隔声罩内部来回反射引起的噪声，为了说明隔声罩内部的吸音材料可以充分吸收掉反射噪声，保证采集的声音不受反射噪声的干扰，决定采用声源模拟法进行验证。操作过程如下：

(1)首先，拆下轮胎，将一个声级远高于背景噪声、尺寸与待测轮胎接地面积相当的扬声器，放在原有轮胎与地面接触的位置上，播放提前录好的胎-路噪声音频，然后完全合上隔声罩(与实际测试状态保持一致)，确保隔声罩与地面间留有正常空隙，测试噪声大小l1。

(2)然后，去除隔声罩，在相同的位置放置传声器和扬声器，采集无隔声罩时的噪声大小l2。

(3)最后，对比(1)和(2)采集到的两次噪声声压级的差值。

要求无隔声罩的噪声要比有隔声罩的噪声在315hz-5000hz上的整段1/3倍频程噪声高3db，方能认为传声器所测得噪声不包含反射噪声。

对应工况(1)，此时噪声的声压级为l1＝60.98db；对工况(2)，此时噪声的声压级为l2＝64.75db。两者相差3.77db。因此，可以认为隔声罩的内部吸音效果良好，可以满足采集的声音不受反射噪声干扰的要求。