CN107860596B - 一种轨道车辆车体空气传声路径贡献识别方法 - Google Patents

一种轨道车辆车体空气传声路径贡献识别方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种轨道车辆车体空气传声路径贡献识别方法，根据一节车体目标侧墙的表面积，在侧墙内侧和外侧对应设置若干声强检测点，并在该节车体内放置无指向声源；同时采集车体静止时声强检测点所在车体侧墙内部表面和侧墙外部表面的声强；将采集的声强与其对应的声强检测点所占的面积相乘，得到该声强检测点的声功率；根据上述声功率，计算车体静止时侧墙内部表面积入射声功率W1和侧墙外部表面积辐射声功率W2；采集车体运行时声强检测点所在车体侧墙内部表面的声强，基于该声强计算得到侧墙内部表面积辐射声功率W’2，并在车体侧墙外部表面使用声阵列，通过声源识别方法获得车体侧墙外部表面积入射声功率W’1；计算得到该车体的空气传声路径贡献量和结构传声路径贡献量。

Description

一种轨道车辆车体空气传声路径贡献识别方法
技术领域
本发明属于噪声传递路径识别的技术领域，具体涉及一种轨道车辆车体空气传声路径贡献识别方法。
背景技术
国内媒体在介绍中国的对外关系时，频繁出现一个关键词——“高铁外交”。高速铁路技术俨然已经成为我国的一张名片，支撑着“一带一路”建设等重大国家计划。但是，随着列车运行速度的不断提高，高速列车的噪声问题越发突出，并将成为制约高速铁路绿色环保、可持续发展的关键因素。高速列车的噪声根据作用对象不同可以分为车外噪声和车内噪声两种主要类型。其中，车外噪声主要作用于铁路沿线的户外环境，受到车外噪声源大小的影响。高速列车的车外噪声源主要包括轮轨滚动噪声、空气动力学噪声和设备噪声等；车内噪声则直接作用于司乘人员，不仅受到车外噪声源大小的影响、还受到噪声传递路径的影响。高速列车的车体传声路径主要包括空气传声路径和结构传声路径两种形式。所谓空气传声路径是指车外的噪声源通过车体结构的缝隙以泄漏声的形式传播、或者通过车体结构的隔声量传播；结构传声路径则是指车外的振动源通过车体结构的刚性连接以振动声辐射的形式传播。
控制车外噪声源、以及控制车体传声路径，都是降低高速列车车内噪声的有效方法。但是噪声源的控制往往比较困难，而对车体结构进行一些声学优化则能实现有效的传声路径控制。所以对于高速列车以及轨道车辆的车内噪声而言，控制传声路径通常是优先选择的减振降噪措施类型。然而因为不同的传声路径需要采取的控制方法是不一样的，例如对于空气传声路径需要增强车体结构的密封、以及提高车体结构的隔声性能，而对于结构传声路径则需要优化车体结构的隔振和减振性能，所以识别车体空气传声路径(或者结构传声路径)贡献是十分必要和关键的。
而现有利用传递路径分析(TPA)方法的基本原理和典型传递路径分析的操作步骤，是借助LMS/TPA模块对乘用车进行了车内噪声的传递路径分析，该方法要求对研究对象的主要传递路径有充分、且正确的理解，需要拆卸所有噪声传递路径上的连接部件，对于轨道车辆来说工作量将是及其繁重的。除此，现有技术通过在高速列车车外各个声源位置布置传感器、以及在车内噪声响应位置布置传感器，分析噪声传递路径及声源贡献量，该方法要求对研究对象的主要传递路径有充分、且正确的理解，只是不需要拆卸噪声传递路径上的各个连接部件。但是却需要在所有噪声传递路径上的连接部件两端布置加速度传感器、在主要声源位置布置麦克风、以及在噪声响应位置布置麦克风。对于轨道车辆而言，其测试分析工作同样是非常复杂的、且结果具有不确定性。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种轨道车辆车体空气传声路径贡献识别方法，以解决现有噪声传递路径识别方法分析过程复杂、结果具有不确定性的问题。
为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：
提供一种轨道车辆车体空气传声路径贡献识别方法，其包括：
S1、根据一节车体目标侧墙的表面积，设置若干声强检测点，并在该节车体内放置无指向声源；
S2、同时采集车体静止时声强检测点所在车体侧墙内部表面和侧墙外部表面的声强；
S3、将采集的声强与其对应的声强检测点所占的面积相乘，计算得到该声强检测点的声功率；
S4、根据若干声强检测点的声功率，计算车体静止时侧墙内部表面积入射声功率W1和侧墙外部表面积辐射声功率W2；
S5、采集车体运行时声强检测点所在车体侧墙内部表面的声强，基于该声强计算得到车体的侧墙内部表面积辐射声功率W’2，并在车体侧墙外部表面使用声阵列，通过声源识别方法获得车体侧墙外部表面的声强，根据所述声强计算得到侧墙外部表面积入射声功率W’1；
S6、计算得到该车体的空气传声路径贡献量和结构传声路径贡献量：
其中，Cair为空气传声路径贡献量，Cstr为结构传声路径贡献量，τ为空气传声路径透射效率，Wstr为结构振动辐射声功率。
优选地，若干声强检测点均匀、且对称分布于车体侧墙内侧和外侧的表面上，且位于同一行排和同一竖排上的相邻声强检测点的间距均为0.1m。
优选地，车体内放置三个无指向声源，三个无指向声源分别位于该节车体车厢的中心线上、与第一排座椅平齐处，该节车体车厢的几何中心上和该节车体车厢的中心线上、与最后一排座椅平齐处。
优选地，声强检测的方法为：
车体侧墙内部表面和侧墙外部表面分别使用声强探头对若干个节点逐个进行声强扫描，且每个声强检测点车体内、车体外同时对应扫描，每个测点测试30s的数据。
优选地，侧墙内部表面积入射声功率W1、侧墙外部表面积辐射声功率W2、侧墙内部表面积辐射声功率W’2和侧墙外部表面积入射声功率W’1均通过若干声强检测点对应的声强进行面积积分所得。
本发明提供的轨道车辆车体空气传声路径贡献识别方法，具有以下有益效果：
本发明通过在车体内部和外部表面设置多个声强检测点，并分别在车体静止时和运行时分别采集车体多个声强检测点的声强，并根据若干声强监测点的声强进行面积积分，计算得到该车体的空气传声路径贡献量和结构传声路径贡献量。本发明工程应用简单方便，不需要提前掌握研究对象的主要传递路径、不需要拆卸噪声传递路径上的连接部件、也不需要在所有噪声传递路径上的连接部件上布置传感器，可以通过方便的测试技术获得车体空气传声路径贡献，进而指导车体的隔声设计。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
根据本申请的一个实施例，本方案的轨道车辆车体空气传声路径贡献识别方法，包括：
根据一节车体目标侧墙的表面积，设置若干声强检测点，并在该节车体内放置无指向声源。声强检测点均匀、且对称分布于车体内部与外部侧墙的表面上，且位于同一行排和同一竖排上的相邻声强检测点之间的间距均为0.1m。该节车体车厢内放置三个无指向声源，其中一个无指向声源位于该节车体车厢的中心线上、与第一排座椅平齐处，另一个无指向声源位于该节车体车厢的几何中心上，最后一个位于该节车体车厢的中心线上、与最后一排座椅平齐处。
同时采集车体静止时声强检测点所在车体侧墙内部表面和侧墙外部表面的声强，将采集的声强与其对应的声强检测点所占的面积相乘，计算得到该声强检测点的声功率。车体侧墙内部表面和侧墙外部表面分别使用声强探头对若干个节点逐个进行声强扫描，且每个声强检测点车体内、车体外同时对应扫描，每个测点测试30s的数据。
根据若干声强检测点的声功率，将声强检测点对应的声功率进行求和，计算车体静止时侧墙内部表面积入射声功率W1和侧墙外部表面积辐射声功率W2。
采集车体运行时声强检测点所在车体侧墙内部表面的声强，基于该声强计算得到车体的侧墙内部表面积辐射声功率W’2，并在车体侧墙外部表面使用声阵列，通过声源识别方法获得车体侧墙外部表面的声强，根据所述声强计算得到侧墙外部表面积入射声功率W’1。
根据车体的侧墙内部表面积入射声功率W1、侧墙外部表面积辐射声功率W2、侧墙内部表面积辐射声功率W’2和侧墙外部表面积入射声功率W’1，计算得到该车体的空气传声路径贡献量和结构传声路径贡献量：
其中，Cair为空气传声路径贡献量，Cstr为结构传声路径贡献量，τ为空气传声路径透射效率，Wstr为结构振动辐射声功率。
根据本申请的一个实例，在列车静止停放时，断电并关闭所有设备。在车体内部侧墙表面上选择一块尺寸为2m*1m的矩形局域，在该区域内的长和高上，分别以0.1m作为间隔距离，将该区域分为21*11＝231个声强检测点(实际为一面积区域，其面积为0.01m2)，并在该节车厢内放置三个无指向声源，无指向声源为上限频率为5KHz的白噪声，三个无指向声源三个无指向声源分别位于该节车体车厢的中心线上、与第一排座椅平齐处，该节车体车厢的几何中心上和该节车体车厢的中心线上、与最后一排座椅平齐处。
无指向声源工作30s后，在车体的侧墙内部和外部，利用声强探头分别对231个声强检测点进行声强扫描，得到每个声强检测点的声强。在扫描时，车体的侧墙内部和外部对应的同一声强检测点需要同时扫描，每个声强检测点至少扫描30s以上，保证数据的具有足够的代表性。
将每个声强检测点测试得到的声强In乘以节点所在面积△S＝0.01m2，得到节点所在面积的声功率Wn，将车内231个节点所在面积的声功率Wn叠加，得到侧墙内部表面积入射声功率W1：
将车外231个节点所在面积的声功率Wn叠加，得到侧墙外部表面积辐射声功率W2。
当列车匀速运行时，将车内231个节点所在面积的声功率Wn叠加，得到侧墙内部表面积辐射声功率W’2，并在车体侧墙外部表面使用声阵列，通过声源识别方法获得车体侧墙外部表面的声强，根据所述声强计算得到侧墙外部表面积入射声功率W’1。
将车体静止时和匀速运行时计算得到的W1、W2、W’2和W’1带入下式，得到空气传声路径贡献量和结构传声路径贡献量：
其中，Cair为空气传声路径贡献量，Cstr为结构传声路径贡献量，τ为空气传声路径透射效率。
本发明工程应用简单方便，不需要提前掌握研究对象的主要传递路径、不需要拆卸噪声传递路径上的连接部件、也不需要在所有噪声传递路径上的连接部件上布置传感器，可以通过方便的测试技术获得车体空气传声路径贡献，进而指导车体的隔声设计。
虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。

Claims (5)

1.一种轨道车辆车体空气传声路径贡献识别方法，其特征在于，包括：
S1、根据一节车体目标侧墙的表面积，设置若干声强检测点，并在该节车体内放置无指向声源；
S2、同时采集车体静止时所述声强检测点所在车体侧墙内部表面和侧墙外部表面的声强；
S3、将采集的所述声强与其对应的声强检测点所占的面积相乘，计算得到该声强检测点的声功率；
S4、根据若干所述声强检测点的声功率，计算车体静止时侧墙内部表面积入射声功率W1和侧墙外部表面积辐射声功率W2；
S5、采集车体运行时声强检测点所在车体侧墙内部表面的声强，基于该声强计算得到车体的侧墙内部表面积辐射声功率W’2，并在车体侧墙外部表面使用声阵列，通过声源识别方法获得车体侧墙外部表面的声强，根据所述声强计算得到侧墙外部表面积入射声功率W’1；
S6、计算得到该车体的空气传声路径贡献量和结构传声路径贡献量：
其中，Cair为空气传声路径贡献量，Cstr为结构传声路径贡献量，τ为空气传声路径透射效率，Wstr为结构振动辐射声功率。
2.根据权利要求1所述的轨道车辆车体空气传声路径贡献识别方法，其特征在于；若干所述声强检测点均匀、且对称分布于车体侧墙内侧和外侧的表面上，且位于同一行排和同一竖排上的相邻声强检测点的间距均为0.1m。
3.根据权利要求1所述的轨道车辆车体空气传声路径贡献识别方法，其特征在于；所述车体内放置三个无指向声源，三个无指向声源分别位于该节车体车厢的中心线上、与第一排座椅平齐处，该节车体车厢的几何中心上和该节车体车厢的中心线上、与最后一排座椅平齐处。
4.根据权利要求1所述的轨道车辆车体空气传声路径贡献识别方法，其特征在于，所述声强检测的方法为：
所述车体内部侧墙表面和外部侧墙表面分别使用声强探头对若干个节点逐个进行声强扫描，且每个声强检测点车体内、车体外同时对应扫描，每个测点测试30s的数据。
5.根据权利要求1所述的轨道车辆车体空气传声路径贡献识别方法，其特征在于，所述侧墙内部表面积入射声功率W1、侧墙外部表面积辐射声功率W2、侧墙内部表面积辐射声功率W’2和侧墙外部表面积入射声功率W’1均通过若干声强检测点对应的声强进行面积积分所得。
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