CN103630232A - 一种高速动车组噪声源识别测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高速动车组噪声源识别测试方法，将噪声源分为转向架轮轨噪声、设备噪声、受电弓噪声以及气动噪声四个测试区域，在每个区域内根据空气声和结构声的传播路径分别布置测点，采集测点数据，通过声振传播路径分析，将空气声和结构声分离，计算各噪声源对车内噪声的贡献量。本发明可以识别引起高速动车组车内噪声的声源及振源，确定各声源及振源对车内噪声的贡献量，从根本上实现车内振动噪声的声源控制及路径控制，为高速动车组的减振降噪结构设计提供科学依据。

Description

一种高速动车组噪声源识别测试方法

技术领域

本发明涉及一种噪声源测试方法，特别涉及一种高速动车组噪声源识别测试方法，属于轨道交通技术领域。

背景技术

目前高速动车组的噪声测试主要对车内噪声水平进行评价，一般在车内座席区测试距地板面1.2m处布置一个坐姿的标准点，在通过台和过道区测试距地板面1.6m处布置一个站姿的标准点；车外测试分别测试距轨道中心25m和7.5m的标准点。这种噪声测试方法只能够较客观的反应车内噪声和车辆辐射噪声的水平，但是无法识别高速动车组的噪声源、无法分析各噪声源对车内噪声的贡献量，不能实现车内振动噪声的声源控制及路径控制。

高速动车组运行过程中的噪声源众多，车外噪声源主要有轮轨噪声、电气设备噪声、弓网噪声、车体表面气动噪声等。根据噪声的传播路径，将噪声分为空气声和结构声两种，空气声是从噪声源发出，以声音的形式传播到地板、车体侧墙等处，由声音激发地板、车体侧墙等车体结构的振动然后向车内辐射噪声。结构声是从噪声源发出，以振动的形式传播到地板、车体侧墙等处，激发车体结构的振动向车内辐射噪声。根据空气声和结构声的传播特点，相应的减振降噪措施也会不同，减小车内的空气声主要是通过提高车体和内饰结构的隔声量，填充吸声材料等措施来实现，而对于结构噪声主要通过隔振、减小车体及内饰的结构振动来实现。因此研究高速列车的噪声源辨识以及贡献量分析，对高速列车的噪声控制十分必要，为高速列车的减振降噪设计提供科学指导。

发明内容

本发明主要目的在于解决上述问题和不足，提供一种高速动车组噪声源识别测试方法，可以识别高速动车组高速运行时车外的噪声源及振源，确定各声源及振源对车内噪声的贡献量，为高速列车的减振降噪设计提供依据。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种高速动车组噪声源识别测试方法，包括如下步骤：

将噪声源分为转向架轮轨噪声、设备噪声、受电弓噪声以及气动噪声四个测试区域；

在每个区域内根据空气声和结构声的传播路径分别布置测点；

采集测点数据，通过声振传播路径分析，将空气声和结构声分离，计算各噪声源对车内噪声的贡献量。

进一步，在上述计算贡献量的步骤中，车内各噪声源的贡献量分析具体包括如下步骤：

将各测点采集的测试数据传输给存储单元存储；

将有效数据调入，进行主分量的衰减；

通过FFT和FRF计算出传递函数；

利用实际测试数据和计算出的传递函数，建立TPS网络，再通过计算可得出车内各噪声源的贡献量。

进一步，在每个测试区域，针对所述噪声源测试相应位置的车体振动、内饰板振动及车内噪声。

进一步，对于气动噪声测试，在所述转向架轮轨噪声、设备噪声、受电弓噪声的测试区域内的车体表面选取至少一个断面，以断面声振列的方式布置气动噪声测点，测试不同测试区域内的气动噪声。

进一步，车体表面的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。

进一步，在在所述转向架轮轨噪声、设备噪声、受电弓噪声的测试区域，取中部断面为该区域气动噪声的测试区域。

进一步，在所述受电弓噪声测试区域，采用断面阵列的布点方式测试噪声，与该区域内气动噪声测试的布点相同。

进一步，在进行贡献量分析时，以转向架、受电弓、车下设备、车体结构、内饰板等部位的振动以及相应位置的声压测点为贡献量分析的参考点，以断面中心在1.2m和1.6m声压测试点为响应点，进行声源贡献量的分析。

进一步，在所述设备噪声测试区域，对应每个设备布置至少两个振动测点，在每个设备旁边再布置一个声音测点。

综上内容，本发明所述的一种高速动车组噪声源识别测试方法，与现有技术相比，具有如下优点：

（1）可以识别引起高速动车组车内噪声的声源及振源，确定各声源及振源对车内噪声的贡献量，从根本上实现车内振动噪声的声源控制及路径控制，为高速动车组的减振降噪结构设计提供科学依据。

（2）本发明根据高速动车组噪声源及其传播特点，将高速列车的噪声源识别测试分为转向架轮轨噪声、设备噪声、受电弓噪声以及气动噪声等四个测试区域，较全面地反映了高速列车运行时噪声源及振源的分布情况，并根据噪声传播的特点，将空气声和结构声两种不同形式激发车体振动辐射噪声的情况都充分考虑了进来，使得测试结果更为精确，更能反映实际情况。

（3）本发明根据测试数据分析可以掌握噪声的传播路径，确定各声源及振源对车内噪声的贡献量，并根据噪声源对车内噪声贡献量的大小，有针对性的对车辆采取相应的减振降噪措施。

（4）本发明除了具有噪声源识别、噪声传递路径分析等研究性功能，又兼顾了车内标准点评估这样的综合评价性功能。

附图说明

图1是本发明噪声源识别测试区域示意图一；

图2是本发明噪声源识别测试区域示意图二；

图3是本发明转向架轮轨噪声区域中转向架测试布点示意图；

图4是本发明转向架轮轨噪声区域中转向架上方车体底架布点示意图；

图5是本发明转向架轮轨噪声区域中转向架上方地板布点示意图；

图6是本发明气动噪声区域测试布点示意图；

图7是本发明设备噪声区域测试布点示意图；

图8是本发明设备噪声区域车体底架测试布点示意图；

图9是本发明设备噪声区域车体内部地板测试布点示意图；

图10是本发明受电弓噪声区域中车外顶部测试布点示意图；

图11是本发明声学贡献率分析示意图；

图12是本发明TPS网络简化示意图。

如图1至图12所示，转向架轮轨噪声测试区域1，设备间噪声测试区域2，受电弓噪声测试区域3，气动噪声测试区域4。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

如图1和图2所示，本发明提供的一种高速动车组噪声源识别测试方法，是以噪声源为依据，根据高速动车组噪声源分布及其传播特点，将高速列车的噪声源识别测试分为四个测试区域，分别为转向架轮轨噪声测试区域1、设备间噪声测试区域2、受电弓噪声测试区域3以及气动噪声测试区域4。

其中，对于气动噪声测试区域4测试而言，气动噪声主要来自于空气与高速列车车体表面的相互作用，分布于整个高速列车的车体表面，由于高速列车体积庞大，气动噪声测试受测点数量的限制不能全部覆盖整个车体表面，又由于需要对车内噪声进行噪声源贡献量分析需要各噪声源同时测量，因此，在转向架轮轨噪声测试区域1、设备间噪声测试区域2、受电弓噪声测试区域3进行噪声测试的同时，在各区域的车体表面均布置相应测点，以测试不同区域内的气动噪声。

各测试区域以及噪声的传播路径分析如表1所示：

表1

将高速列车的噪声源分成转向架轮轨噪声测试区域1、设备间噪声测试区域2、受电弓噪声测试区域3以及气动噪声测试区域4等四个测试区域，不但能够比较全面地反映高速列车运行时噪声源及振源的分布情况，还根据噪声传播的特点，充分考虑了空气声和结构声两种不同的噪声传播类型。

在每个噪声源测试区域，测试噪声源处的噪声和振动，然后根据其传播路径，测试相应位置的车体振动、内饰板振动以及车内噪声，最后通过声振传递路径分析将空气声和结构声分离，计算各噪声源对车内噪声的贡献量。一般情况下由声音激发振动产生的噪声主要集中在高频段，由振动直接传递上来产生的噪声由于一系悬挂和二系悬挂等结构的隔振作用，高频部分基本滤除，频率主要集中在低频段，通过相关分析等分析方法，可以将两者区分开来。

如图3至图5所示，对于转向架轮轨噪声区域1，车轮和钢轨相互作用产生噪声和振动形成声源和振源，然后以空气声和结构声两种方式激发车体以及内饰板的振动向车内辐射噪声。由于空气声和结构声的传播路径不同，因此将该转向架轮轨噪声区域1的布点分为两部分：一部分是由声音激发振动产生的空气声部分，轮轨噪声－>车体地板及侧墙振动－>内饰地板及侧墙振动－>车内噪声；另一部分是由振动直接传递的结构声部分，车轮振动－>转向架轴箱－>构架与一系弹簧接口－>构架二系弹簧基座位置－>车体下方枕梁－>引起地板及车体振动－>内饰地板及侧墙振动－>向车内辐射噪声。

依上所述，该转向架轮轨噪声区域1的测点主要布置在轴箱、构架、车体和一系悬挂以及二系悬挂的接口位置。

如图3所示，首先，在对角1位靠近一系悬挂的轴箱位置布置振动测点SY7B001，在构架位置布置振动测点SY4B003，以及在4位靠近一系悬挂的轴箱位置布置振动测点SY7B002，在构架位置布置振动测点SY7B004，在这四个振动测点上分别安装三向加速度传感器。构架上，主要在1、3位空簧底座位置布置振动测点SY7B005以及2、4位空簧底座位置布置振动测点SY7B007、牵引拉杆位置布置振动测点SY7B008和抗侧滚扭杆位置布置振动测点SY7B006，同样在这四个测点上也分别安装三向加速度传感器。

另外，为了测量轮轨噪声，本实施例中，优选在转向架轴箱的一侧再布置一个声音测点，该测点处安装一个高声强鼻锥传声器SY7E601，该传感器可以减少风速对测量结果的影响。

如图4所示，在转向架上方的车体底架上布点，主要在空簧、牵引拉杆、抗侧滚扭杆、抗蛇形减振器与枕梁的连接点处以及枕梁的中部位置布置振动测点，在每个测点处安装加速度传感器。其中，空簧位置布置测点SY4C503和SY4C505、牵引拉杆位置布置测点SY4C504、抗侧滚扭杆位置布置测点SY4C501、抗蛇形减振器位置布置测点SY4C502。

如图5所示，在转向架上方的地板上布点，主要是在与车体底架布点的相应位置布置振动测点ZV1～ZV5，并在每个振动测点的上方布置声强传感器ZS1～ZS5测量近场辐射噪声。

转向架传递上来的振动不仅会引起车体地板的振动，同时会引起车体侧墙、车顶以及内饰侧墙和顶板的振动，这部分的测试连同该区域气动噪声的测试，采用断面阵列的形式布点。具体布点如图6所示，车体表面的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，由于平面传声器很薄，对气流的扰动较小，能够较为准确的获得车辆运行时车体表面的噪声。

车体振动测试主要布置在车体与内饰板的连接座附近，根据车体结构与内饰板的连接位置，车体结构振动测试在车顶布置3个测点WV1～WV3，侧墙布置3个测点WV4～V6；内饰板振动测试分别在顶板布置3个测点NV1～NV3，侧顶板布置1个测点NV4，墙板布置3个测点NV5～NV7。在测试的断面上共布置13个声强传感器，其中车顶4个S1～S4，侧墙3个S5～S7，标准点位置2个S8～S9，声强传感器S9距离地板面1.2m、声强传感器S8距离地板面1.6m。除2个标准点外，其余各测点距内饰表面的距离均为20cm。

在图6中布置的振动测点，连同图4中车体底架布置的五个测点SY4C501～SY4C505和车内地板布置的五个测点ZV1～ZV5共同总成了一个振动测试阵列，可以反映引起车厢内部空腔噪声的结构振动情况。而图6中布置的声强测点S1～S9连同图5中布置的声强测点ZS1～ZS5则组成一个车内噪声阵列扫描断面，该声强扫面断面是一种近场声全息测试方法，利用声强探头的指向特性，可以准确识别噪声的传播途径。

该布点方式充分考虑了空气声和结构声两种不同的传播路径，将轮轨相互作用产生的噪声和振动以及由声音激发车体振动和经过一系悬挂和二系悬挂传递上来的振动产生的辐射噪声同时测量，这种测试方式可以对车内噪声源进行识别，确定各声源对车内噪声的贡献量。

如图7至图9所示，对于设备间噪声测试区域2，将设备噪声的测点布置分为车下设备、车体底架以及车内地板三个部分。由于高速动车组每个车的车下设备不同，需要根据具体车型布置相应的测点，以高速列车CRH380A的4车为例，车下设备主要有风机、换气、空调、主变换装置、变压器、变流器等设备，根据噪声和振动的传播路径，布点分为两部分：设备间设备噪声－>车体地板及侧墙振动－>内饰地板及侧墙振动－>车内噪声；电气设备振动－>设备吊挂点前后振动－>上方横梁振动－>车体地板振动－>内饰板振动－>车内近场辐射噪声。

每个设备布置至少两个振动测点，旁边布置一个声音测点，由于设备的吊挂点比较多，一般选择对角处布置测点。如图7所示，SY4E501～SY4E516为设备振动测点，由于设备纵向和横向振动都比较大，因此选用三向加速度进行测量。SY4E601～SY4E608为相应设备噪声的声音测点。

图8为车体底架测点布置图，测点布置在车体底架横梁靠近设备吊座位置SY4C501～SY4C516，可以反映设备振动经过吊挂衰减之后的振动情况。车内地板布点如图9所示，主要在横梁吊挂座上方车内地板相应位置布置振动测点SY4N501～SY4N516，并在上方20cm处布置噪声声强测点SY4N601～SY4N616，以测量近场辐射噪声。

由于电气设备分布于整个车下结构，因此取中部断面为该区域气动噪声的测试区域。如图9所示，A2即为车内中部气动噪声测试区域，气动噪声测试与设备噪声测试同时进行，具体布点如图6所示，图6中的振动噪声测点连同图9中A2中部断面位置的三个振动测点SY4N509、SY4N510、SY4N513和三个声强测点SY4N609、SY4N610、SY4N613共同组成该断面的振动和噪声扫描阵列。

以上布点方式可以准确识别来自车下设备的噪声，结合该区域的气动噪声测试实现了车下设备噪声、设备振动、车体以及内饰板振动、车内外近场噪声的同时测量，为进一步的声学贡献量分析提供试验依据。

如图10所示，在受电弓噪声测试区域3中，受电弓噪声主要由受电装置与高速气流相互作用产生的气动噪声以及受电弓与接触网相互摩擦产生的摩擦噪声组成，其中气动噪声占大部分，同时受电装置引发的车体结构振动也是导致该区域车内噪声高于其他客室区域的原因。根据空气声和结构声的传播路径，布点顺序为：弓网噪声－>车体顶板及侧墙振动－>内饰顶板及侧墙振动－>车内噪声；受电弓振动－>受电弓座－>车体顶板及侧墙－>内饰顶板及侧墙振动－>向车内辐射噪声。

如图10所示，在车顶受电弓座位置布置三个振动测点SF5SD301～SF5SD303，以测量受电弓的振动状态。由于受电弓传递进来的振动会引起车体侧墙、车顶以及内饰侧墙和顶板的振动，然后向车内辐射噪声，因此这部分的测试连同该区域气动噪声的测试，采用图6中断面阵列的布点方式。该布点方式将气动噪声和结构辐射噪声同时测量，便于进一步的噪声源贡献量分析。

对于气动噪声测试而言，气动噪声测试区域主要在转向架、受电弓、设备间车体中部等区域以断面声振列的方式布点，布点方式如图6所示，并在转向架、受电弓和设备间区域进行噪声测试的同时进行。根据振动与噪声的传播路径，布点顺序为：车外气动噪声－>车顶及侧墙振动－>内饰地板及侧墙振动－>车内噪声。其中，车外气动噪声测试主要对车顶、侧顶圆弧、侧墙、车下设备舱等典型部位的噪声等位置布点，分别为车顶（W1）、侧顶圆弧（W2）、侧墙（W3）、挡水板区（W4）四个测点。车内噪声测试需兼顾近场噪声和标准点噪声，因此需要在1.2m和1.6m高度标准点、内饰顶板近场、侧墙近场、地板近场等分别布置声压传感器。当然如果测点不受限制，可在车上对应部位增加测试断面，进一步提高测试和分析的精度。

如图11和图12所示，根据噪声源区域划分以及测点的布置方式，声源识别以及贡献量分析的具体步骤如下：

1、将噪声源分为转向架轮轨噪声、设备噪声、受电弓噪声以及气动噪声四个测试区域，在每个区域内根据空气声和结构声的传播路径分别布置测点，并针对不同的噪声源测试相应位置的车体振动、内饰板振动及车内噪声等，测点布置方式如上所述。

2、选定车体两端和车体中部三个噪声源识别与贡献量分析测试断面，具体断面位置与气动噪声的三个测试断面相同，同时采集不同工况下的数据，将采集的数据传输给存储器进行存储。

3、在进行贡献量分析时，将需要分析的有效数据调入，进行主分量的衰减，计算出传递函数。一般以转向架、受电弓、车下设备、车体结构、内饰板等部位的振动以及相应位置的声压测点为贡献量分析的参考点，以断面中心（图6所示）1.2m和1.6m声压测试点为响应点，进行声源贡献量的分析。

具体算法如下：例如以车体底架空簧底座（SY4C503、SY4C505）、牵引拉杆底座（SY4C504）、抗蛇形减振器（SY4C502）以及换气装置（SY4E503）、空调（SY4E506）牵引变压器（SY4E509）等相关设备与车体接口位置的振动测点为参考点，以转向架上方断面测试1.2m标准点S9为响应点，进行声源贡献量分析。

将以上采集的SY4C503、SY4C505等11个振动测点数据简记为a₁、a₂…a₁₁，采集n个工况下的数据，即：

$\left[\begin{array}{cccc}{a}_{\mathrm{1,1}}& a_{\mathrm{1,2}}& \·\·\·& a_{\mathrm{1,11}}\\ a_{\mathrm{2,1}}& a_{\mathrm{2,2}}& \·\·\·& a_{\mathrm{2,11}}\\ \·& \·& \·& \·\\ \·& \·& \·& \·\\ \·& \·& \·& \·\\ a_{n,1}& a_{n,2}& \·\·\·& a_{n,11}\end{array}\right]---\left(1\right)$

S9测点处的声压响应为：

$\left[\begin{array}{c}{P}_1\\ P_2\\ \·\\ \·\\ \·\\ P_n\end{array}\right]---\left(2\right)$

则根据图11所示的传递路径分析原理，计算出各个声源到响应点的传递路径：

$\left[\begin{array}{c}{H}_1\\ H_2\\ \·\\ \·\\ \·\\ H_{11}\end{array}\right]={\left[\begin{array}{cccc}{a}_{\mathrm{1,1}}& a_{\mathrm{1,2}}& \·\·\·& a_{\mathrm{1,11}}\\ a_{\mathrm{2,1}}& a_{\mathrm{2,2}}& \·\·\·& a_{\mathrm{2,11}}\\ \·& \·& \·& \·\\ \·& \·& \·& \·\\ \·& \·& \·& \·\\ a_{n,1}& a_{n,2}& \·\·\·& a_{n,11}\end{array}\right]}^{-1}\left[\begin{array}{c}{P}_1\\ P_2\\ \·\\ \·\\ \·\\ P_n\end{array}\right]---\left(3\right)$

然后将计算出的传递路径，与声源数据的乘积得到各个声源在响应点处的各个贡献量，即：

$\left[\begin{array}{c}{p}_1\\ p_2\\ \·\\ \·\\ \·\\ p_{11}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{a}_1\\ a_2\\ \·\\ \·\\ \·\\ a_{11}\end{array}\right]*\left[\begin{array}{c}{H}_1\\ H_2\\ \·\\ \·\\ \·\\ H_{11}\end{array}\right]---\left(4\right)$

通过计算得到的p₁…p₁₁，进行合成∑p_i，然后通过下式计算各个声源的贡献量系数：

$\frac{p_i}{\mathrm{\Σ}{p}_i}---\left(5\right)$

在式（3）（4），需要进行主分量的衰减，进行主分量衰减的目的主要是消除通道之间的串扰。另外，在主分量衰减过程中，当同时存在声压和振动参考通道时，需要进行信号归一化处理，因为如果直接进行数值比对，由于量级不同，会发生错误缩减。

如上所述，利用本发明提出的噪声源测试方式和声源贡献量分析方法，可以实现高速列车的噪声源识别并计算出其对车内噪声的贡献量度。结合附图所给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明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，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种高速动车组噪声源识别测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

将噪声源分为转向架轮轨噪声、设备噪声、受电弓噪声以及气动噪声四个测试区域；

在每个区域内根据空气声和结构声的传播路径分别布置测点；

采集测点数据，通过声振传播路径分析，将空气声和结构声分离，计算各噪声源对车内噪声的贡献量。

2.根据权利要求1所述的高速动车组噪声源识别测试方法，其特征在于：在上述计算贡献量的步骤中，车内各噪声源的贡献量分析具体包括如下步骤：

将各测点采集的测试数据传输给存储单元存储；

将有效数据调入，进行主分量的衰减；

通过FFT和FRF计算出传递函数；

利用实际测试数据和计算出的传递函数，建立TPS网络，再通过计算可得出车内各噪声源的贡献量。

3.根据权利要求1所述的高速动车组噪声源识别测试方法，其特征在于：在每个测试区域，针对所述噪声源测试相应位置的车体振动、内饰板振动及车内噪声。

4.根据权利要求3所述的高速动车组噪声源识别测试方法，其特征在于：对于气动噪声测试，在所述转向架轮轨噪声、设备噪声、受电弓噪声的测试区域内的车体表面选取至少一个断面，以断面声振列的方式布置气动噪声测点，测试不同测试区域内的气动噪声。

5.根据权利要求4所述的高速动车组噪声源识别测试方法，其特征在于：车体表面的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。

6.根据权利要求1所述的高速动车组噪声源识别测试方法，其特征在于：在在所述转向架轮轨噪声、设备噪声、受电弓噪声的测试区域，取中部断面为该区域气动噪声的测试区域。

7.根据权利要求1所述的高速动车组噪声源识别测试方法，其特征在于：在所述受电弓噪声测试区域，采用断面阵列的布点方式测试噪声，与该区域内气动噪声测试的布点相同。

8.根据权利要求1所述的高速动车组噪声源识别测试方法，其特征在于：在进行贡献量分析时，以转向架、受电弓、车下设备、车体结构、内饰板等部位的振动以及相应位置的声压测点为贡献量分析的参考点，以断面中心在1.2m和1.6m声压测试点为响应点，进行声源贡献量的分析。

9.根据权利要求1所述的高速动车组噪声源识别测试方法，其特征在于：在所述设备噪声测试区域，对应每个设备布置至少两个振动测点，在每个设备旁边再布置一个声音测点。

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