CN106872018A - 用于车辆测试胎噪声功率级的声阵列装置 - Google Patents

Abstract

本发明一种用于车辆测试胎噪声功率级的声阵列装置，属于噪音测量技术领域。其包括半球包络面支架、设置在所述半球包络面支架的若干个传声器以及声音评估模块，所述半球包络面支架覆盖车辆的通过区域，所述若干个传声器均匀对称分布在所述半球包络面支架的半球包络面，所述声音评估模块与所述若干个传声器连接，用于接收并分析所述若干个传声器采集的噪声信息。本发明的用于车辆测试胎噪声功率级的声阵列装置，基于声阵列技术，通过将若干个传声器均匀对称地设置在半球包络面支架，以采集车辆胎噪声功率信息，可以测试各款不同尺寸车型的胎噪声功率，最终将胎噪的声源特性提取出来。

Description

用于车辆测试胎噪声功率级的声阵列装置

技术领域

本发明涉及噪音测量技术领域，特别是涉及一种用于车辆测试胎噪声功率级的声阵列装置。

背景技术

当行驶车速达到50km/h时，轮胎与路面相互作用引起的滚动噪声(以下简称为胎噪)逐渐显现；当车速超过80km/h时，胎噪成为汽车行驶噪声的主要成分。

目前胎噪的测试方法主要有3种：1、滑行法(coast-by method)：试验车装备被试轮胎后，将发动机与安全无关的所有辅助系统关闭，靠惯性滑行在空旷的测试区域。在车辆两侧一定距离处布置传声器测量通过噪声。该方法可以有效评价胎噪的远场特性，但是无法对单个轮胎的噪声特性进行分离及分析。2、转鼓法(laboratory drum method)：将车辆置于消声室的转鼓上，转鼓以一定速度带动被试轮胎的转动，模拟轮胎在路面上的行驶过程，并在车辆两侧布置传声器测试胎噪。该方法的可操作性和可重复性较高，但是转鼓噪声会在一定程度上造成测试结果的误差。3、拖车法(trailer method)：将单个或多个被试轮胎安装在采取了防噪措施的专用拖车上，在近场测量胎噪。该方法可以有效评价单个车轮的声学特性，但是传感器位置对于测试结果影响较大。上述测试方法和设备各有所长，但是目标尚无一种有效的台架和方法可以测量胎噪的声源特性，即以轮胎和路面的作用区域为噪声源，它辐射出的声能/声功率的总值和频率特性如何。

发明内容

本发明的一个目的是要提供一种用于车辆测试胎噪声功率级的声阵列装置，以将胎噪的声源特性提取出来，有效地测量胎噪的声源特性。

特别地，本发明提供了一种用于车辆测试胎噪声功率级的声阵列装置，包括：半球包络面支架、设置在所述半球包络面支架的若干个传声器以及声音评估模块，所述半球包络面支架覆盖车辆的通过区域，所述若干个传声器均匀对称分布在所述半球包络面支架的半球包络面，所述声音评估模块与所述若干个传声器连接，用于接收并分析所述若干个传声器采集的噪声信息。

进一步地，所述半球包络面支架的半径大于所述车辆的声源特征尺寸。

进一步地，所述车辆的声源特征尺寸通过预定公式得出。

进一步地，所述预定公式为：

其中，d₀为所述车辆的声源特征尺寸，L₁为包络所述车辆四个轮胎的长方体的长，L₂为包络所述车辆四个轮胎的长方体的宽，L₃为包络所述车辆四个轮胎的长方体的高。

进一步地，所述车辆四个轮胎的长方体采用预定的大小，以适用于多个汽车平台。

进一步地，所述传声器在所述半球包络面支架的竖直方向设置为三层。

进一步地，所述传声器的数量为13个；所述传声器在所述半球包络面支架的底层设置有6个，所述传声器在所述半球包络面支架的中层设置有6个，所述传声器在所述半球包络面支架的顶层设置有1个。

进一步地，所述若干个传声器测得在各分析频带内的等效声压级L_p为：

其中，L_p为等效声压级，L_pi表示第i个传声器测得的声压级，K表示背景噪声的修正值。

进一步地，所述声音评估模块对所述背景噪声进行评估；所述背景噪声的声压级比胎噪小15dB以上时，所述声音评估模块无需进行修正，否则，所述声音评估模块根据ISO3744引入修正值K。

进一步地，所述声阵列装置得到的声源的声功率级L_W为：

其中，S表示所述半球包络面的表面积，S＝2πr²，其中r为所述半球包络面支架的球面半径；S₀＝1m²表示参考面积。

本发明提供的用于车辆测试胎噪声功率级的声阵列装置，基于声阵列技术，通过将若干个传声器均匀对称地设置在半球包络面支架，以采集车辆胎噪声功率信息，可以测试各款不同尺寸车型的胎噪声功率，最终将胎噪的声源特性提取出来，从激励源的角度为胎噪的降低提供技术方案。

本发明提供的用于车辆测试胎噪声功率级的声阵列装置，与现有技术相比，具有以下优点：

1)现有技术只能测试胎噪的声压级，而声压级并不能全面体现噪声的声源特性，而本发明可以解决该技术问题；

2)现有技术的测试距离一般固定，这对不同尺寸的车型而言会造成误差，而本发明的测试原理可以适用于不同尺寸的车型或轮胎；

3)本发明采用1/3倍频程评价胎噪声功率级，可以有效避免移动声源多普勒效应引起的误差。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本发明一个实施例的用于车辆测试胎噪声功率级的声阵列装置的俯视结构示意图；

图2是根据图1所示的用于车辆测试胎噪声功率级的声阵列装置的正视结构示意图。

具体实施方式

图1是根据本发明一个实施例的用于车辆测试胎噪声功率级的声阵列装置的俯视结构示意图。图2是根据图1所示的用于车辆测试胎噪声功率级的声阵列装置的正视结构示意图。下面结合图1和图2对本发明的用于车辆测试胎噪声功率级的声阵列装置进行详细说明。本发明提供的一种用于车辆测试胎噪声功率级的声阵列装置，包括半球包络面支架1、设置在所述半球包络面支架1的若干个传声器2以及声音评估模块3。半球包络面支架1覆盖车辆的通过区域，即在进行实际的胎噪测量时，车辆位于半球包络面支架1的下部。若干个传声器2均匀对称分布在所述半球包络面支架1的半球包络面上。声音评估模块3与所述若干个传声器2通过A/D电路连接，用于接收并分析所述若干个传声器2采集的噪声信息。

具体地，半球包络面支架1为倒扣在地面上的半球形的支架，其可以采用本领域技术人员采用的搭建支架的材料进行搭建，例如铝合金支架、钢铁支架等之类的支架均可。半球包络面支架1的半径大于所述车辆的声源特征尺寸。申请人发现：半球包络面支架1的球面半径越大，可以更好覆盖试验车的通过区域，但是所需的传声器数量越多，试验难度也越大。因此，需要确定一个合适的半径，使得胎噪声阵列装置可以在各汽车平台上实现通用化。一般而言，当半球包络面支架1的球面半径r大于声源特征尺寸d₀时，即可满足远场噪声测试的要求。车辆的声源特征尺寸通过预定公式得出。优选地，申请人搭建一个包络所述车辆4个轮胎的虚拟的长方体，包络所述车辆四个轮胎的长方体的长、宽、高分别为L₁、L₂和L₃。例如，长方体的长L₁为所述车辆的前轮胎的前沿到后轮胎的后沿的距离，长方体的宽L₂所述车辆的左右两个轮胎的外侧之间的距离，长方体的高L₃为所述车辆的轮胎的顶部距地面的高度。然后通过预定公式：

计算出所述车辆的声源特征尺寸d₀。

在一个优选的实施方式中，为了使得声阵列装置可以在各汽车平台上实现通用化，可以选用多个汽车平台中尺寸较大的平台进行虚拟的长方体的搭建，进而获得一个相应的声源特征尺寸d₀。然后搭建本发明的声阵列装置的半球包络面支架1时，预设其球面半径r大于该声源特征尺寸d₀即可。

进一步地，在搭建半球包络面支架1时，所述传声器在所述半球包络面支架1的竖直方向设置为三层。所述传声器2的数量为13个；传声器2在所述半球包络面支架1的底层设置有6个，传声器2在所述半球包络面支架1的中层设置有6个，所述传声器2在所述半球包络面支架1的顶层设置有1个。当然地，传声器2的数量也可以是其他数量，较多数量的传声器2能够测量的更加精确，且可以覆盖更大的面积。或者半球包络面支架1的球面半径较大了，也需要相应地增加传声器2的数量，以便于更好地覆盖更大的面积，其实验难度也会增大。

进一步地，在搭建半球包络面支架1时，在所述半球包络面支架1上设置有滑轨，所述传声器2安装在滑轨上，使得可以根据需要调整传声器2的位置。

本发明提供的用于车辆测试胎噪声功率级的声阵列装置，其测得的胎噪的声功率级是通过测试远场声压间接获取，即在一个假想的半球包络面上，布置一系列传声器测量各点的声压级，再通过公式转换为声功率级。

需要说明的是，移动的声源具有多普勒效应，因此随着测试速度的不同，时域和频域结果均会受到不同程度的影响。然而，在1/3倍频程分析中，多普勒效应可以忽略不计。例如一个以100km/h移动的声源，在1/3倍频程下，考虑多普勒效应与否的声功率级误差只有0.015dB。因此，本发明的声阵列装置的声音评估模块3不仅集成了时域信号转窄带频域信号的快速傅里叶变换(FFT)算法，还集成了窄带频域信号转1/3倍频程信号的算法，可以得到精度更高的结果。

在一个具体的实施方式中，在本发明的声阵列装置实际测量胎噪的声功率级时，首先需要对背景噪声的影响进行评估，若背景噪声声压级比胎噪小15dB以上，则无需进行背景噪声的修正；否则，需要参考ISO 3744标准认证引入修正值K。然后再对车辆的胎噪进行测量，经声音评估模块3进行分析后获得各个测点即各个传声器2测得的在各分析频带内的等效声压级Lp为：

其中，L_p为等效声压级，L_pi表示第i个传声器测得的声压级，K表示背景噪声的修正值。

并由此得到车辆胎噪的声源的声功率级L_W为：

其中，S表示所述半球包络面的表面积，S＝2πr²，其中r为所述半球包络面支架的球面半径；S₀＝1m²表示参考面积。

本发明提供的用于车辆测试胎噪声功率级的声阵列装置，基于声阵列技术，通过将若干个传声器均匀对称地设置在半球包络面支架，以采集车辆胎噪声功率信息，可以测试各款不同尺寸车型的胎噪声功率，最终将胎噪的声源特性提取出来，从激励源的角度为胎噪的降低提供技术方案。

本发明提供的用于车辆测试胎噪声功率级的声阵列装置，与现有技术相比，具有以下优点：

1)现有技术只能测试胎噪的声压级，而声压级并不能全面体现噪声的声源特性，而本发明可以解决该技术问题；

2)现有技术的测试距离一般固定，这对不同尺寸的车型而言会造成误差，而本发明的测试原理可以适用于不同尺寸的车型或轮胎；

3)本发明采用1/3倍频程评价胎噪声功率级，可以有效避免移动声源多普勒效应引起的误差。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (10)

1.一种用于车辆测试胎噪声功率级的声阵列装置，其特征在于，包括：半球包络面支架、设置在所述半球包络面支架的若干个传声器以及声音评估模块，所述半球包络面支架覆盖车辆的通过区域，所述若干个传声器均匀对称分布在所述半球包络面支架的半球包络面，所述声音评估模块与所述若干个传声器连接，用于接收并分析所述若干个传声器采集的噪声信息。

2.根据权利要求1所述的声阵列装置，其特征在于，所述半球包络面支架的半径大于所述车辆的声源特征尺寸。

3.根据权利要求2所述的声阵列装置，其特征在于，所述车辆的声源特征尺寸通过预定公式得出。

4.根据权利要求3所述的声阵列装置，其特征在于，所述预定公式为：

$d_0=\sqrt{{(L_1/2)}^2+{(L_2/2)}^2+L_3^2}$

其中，d₀为所述车辆的声源特征尺寸，L₁为包络所述车辆四个轮胎的长方体的长，L₂为包络所述车辆四个轮胎的长方体的宽，L₃为包络所述车辆四个轮胎的长方体的高。

5.根据权利要求4所述的声阵列装置，其特征在于，所述车辆四个轮胎的长方体采用预定的大小，以适用于多个汽车平台。

6.根据权利要求1所述的声阵列装置，其特征在于，所述传声器在所述半球包络面支架的竖直方向设置为三层。

7.根据权利要求6所述的声阵列装置，其特征在于，所述传声器的数量为13个；所述传声器在所述半球包络面支架的底层设置有6个，所述传声器在所述半球包络面支架的中层设置有6个，所述传声器在所述半球包络面支架的顶层设置有1个。

8.根据权利要求6所述的声阵列装置，其特征在于，所述若干个传声器测得在各分析频带内的等效声压级L_p为：

$L_p=10\lg (\frac{1}{10}\·{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^N{L}_{pi})-K$

其中，L_p为等效声压级，L_pi表示第i个传声器测得的声压级，K表示背景噪声的修正值。

9.根据权利要求8所述的声阵列装置，其特征在于，所述声音评估模块对所述背景噪声进行评估；所述背景噪声的声压级比胎噪小15dB以上时，所述声音评估模块无需进行修正，否则，所述声音评估模块根据ISO 3744引入修正值K。

10.根据权利要求8或9所述的声阵列装置，其特征在于，所述声阵列装置得到的声源的声功率级L_W为：

$L_W=L_p+10\lg \left(\frac{S}{S_0}\right)$

其中，S表示所述半球包络面的表面积，S＝2πr²，其中r为所述半球包络面支架的球面半径；S₀＝1m²表示参考面积。