《軌道車輛噪聲傳播途徑測試方法》是南車青島四方機車車輛股份有限公司於2011年12月23日申請的發明專利，該專利申請號為2011104367567，公布號為CN103175699A，公布日為2013年6月26日，發明人是郭建強、梁建英、林君山、梁君海、孫召進、王東鎮。
《軌道車輛噪聲傳播途徑測試方法》提出一種全新的工程化測試方案，即準確地測試出高速運行下軌道車輛車外近場噪聲，識別軌道車輛噪聲的傳播途徑和車內聲場的分布，對軌道車輛的減振降噪設計和製造提供較強針對性與實用性的試驗依據。軌道車輛噪聲傳播途徑測試方法是根據噪聲源與車體結構特徵而設立多個互不相同的斷面，每一個斷面均為獨立的二維聲場；在每一個斷面上，選擇測試車外噪聲、車體振動、內飾板振動、車內近場噪聲和車內標準點噪聲中的一項或幾項；在測試車內標準點噪聲Lp時，將車體斷面分為車頂、側頂、側牆、擋水板、地板五個區域。
2021年6月24日，《軌道車輛噪聲傳播途徑測試方法》獲得第二十二屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《軌道車輛噪聲傳播途徑測試方法》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：軌道車輛噪聲傳播途徑測試方法
- 申請人：南車青島四方機車車輛股份有限公司
- 發明人：郭建強、梁建英、林君山、梁君海、孫召進、王東鎮
- 申請號：2011104367567
- 申請日：2011年12月23日
- 公布號：CN103175699A
- 公布日：2013年6月26日
- 地址：山東省青島市城陽區棘洪灘鎮錦宏東路88號
- 代理機構：北京元中智慧財產權代理有限責任公司
- 代理人：陳磊
- Int. Cl.：G01M17/08
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,有益效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,專利榮譽,
專利背景
截至2011年12月，軌道車輛噪聲測試主要以車輛驗收為目的，車內座席區測試距地板面1200毫米的標準點，通過台和過道區測試距地板面1600毫米的標準點；車外測試分別測試距軌道中心25米和7.5米的標準點。這樣的噪聲測試方法雖然能夠較客觀的反應軌道車輛車內噪聲和車輛輻射噪聲的總體水平，但是無法反映軌道車輛的噪聲源特性、噪聲向車內的傳播特性、車輛局部結構的實際減振降噪效果等對於軌道車輛的設計和製造來說至關重要的內容。
由於軌道車輛的運行速度很高，均在200千米/小時以上，甚至達到350千米/小時或更高的速度，車體表面受氣流的擾動非常劇烈，因此車體表面近場噪聲和輪軌噪聲測試比較困難。另外由於軌道車輛複雜的車輛結構，增加了噪聲傳播途徑和車內聲場分布特徵識別的難度。
發明內容
專利目的
《軌道車輛噪聲傳播途徑測試方法》目的在於解決專利背景中相關技術存在的缺陷而提出一種全新的工程化測試方案，即準確地測試出高速運行下軌道車輛車外近場噪聲，識別軌道車輛噪聲的傳播途徑和車內聲場的分布，對軌道車輛的減振降噪設計和製造提供較強針對性與實用性的試驗依據。
技術方案
根據噪聲源與車體結構特徵而設立多個互不相同的斷面，每一個斷面均為獨立的二維聲場；在每一個斷面上，選擇測試車外噪聲、車體振動、內飾板振動、車內近場噪聲和車內標準點噪聲中的一項或幾項；在測試車內標準點噪聲Lp時，將車體斷面分為車頂、側頂、側牆、擋水板、地板五個區域，聲壓級分別記為Lp車頂、Lp側傾、Lp側牆、Lp擋水板、Lp地板，若每個部位有多個測點，則取多個測點的平均，平均值按如下公式計算：
在每個斷面上，上述五個聲源均按線聲源處理，線聲源長度分別記為A車頂、A側傾、A側牆、A擋水板、A地板，標準點噪聲記為Lp，通過下述算式：
則獲得車內標準點噪聲Lp具體值。
如上述基本方案，以準確測試出不同速度運行狀態下的車內聲場分布、車體表面氣動噪聲、輪軌噪聲、設備噪聲等，從而掌握高速軌道車輛的噪聲源，識別噪聲傳播途徑。
根據高速軌道車輛噪聲源和結構特性，可將測試區域分為六大典型斷面。高速軌道車輛的噪聲源分布是不均勻的，高速運行時受電弓噪聲最突出，其次是輪軌噪聲、車間連線處噪聲、車體表面噪聲。這就導致了客室端部噪聲偏高，客室中部噪聲相對較低。
根據這一特點，車內噪聲測試的斷面噪聲源和結構特性如下表所示：
斷面名稱 | 噪聲源及結構特點 |
|---|---|
客室中部斷面 | 氣動噪聲、車下設備噪聲（變壓器/變流器/空調等） |
客室端部斷面 | 輪軌噪聲、氣動噪聲 |
受電弓區斷面 | 受電弓噪聲、輪軌噪聲、氣動噪聲 |
通過台斷面 | 輪軌噪聲、氣動噪聲、車間連線處噪聲 |
觀光區斷面 | 車頭曲面部位、氣動噪聲較大、車體為單層筋板 |
司機室斷面 | 車頭曲面部位、氣動噪聲較大、輪軌噪聲 |
為提高所劃分車內空間的立體測試效果，可將兩個相鄰的斷面相結合形成三維聲場分布。
針對上述車內標準點噪聲Lp的測試結果，還可進一步地獲到以下傳播途徑分布的測試方案，即基於多組實測數據測算結果，進行1/3倍頻程頻譜分析和總聲壓級分析，按以上聲壓級Lp對車內標準點的影響因數C1、C2、C3、C4、C5，以確定噪聲是經哪個區域傳入車內的。
針對車外噪聲測試的改進與優選方案是，獲得車頂、側頂圓弧、側牆、車下設備艙部位的噪聲，並在該類位置上各布置1個聲壓感測器。
進一步地，測試車體振動和內飾板振動是為了分析兩者的振動頻譜特性和振動傳遞特性，可安裝聲壓感測器的測試點布置在內飾板與車體的連線處、以及內飾板與車體結構模態的峰值處，以結合模態分析來確定結構振型的噪聲源。
車內噪聲測試應兼顧近場噪聲和標準點噪聲，如需在1200毫米和1600毫米規定高度的標準點、內飾頂板近場、側牆近場、地板近場分別布置聲壓感測器，尤其應在地板與側牆連線處（即擋水板區域）和側牆與車頂連線處（即側頂圓弧區域）進行測試。
而且，沿車體中心線，在每個斷面的半個區域內布置聲壓感測器和進行測試。
有益效果
1、基於《軌道車輛噪聲傳播途徑測試方法》實現了噪聲典型區域與斷面的劃分，從而能夠以相對較少的測試量獲得較為全面的軌道車輛噪聲和振動特性；
2、實現車內噪聲掃描斷面的移動陣列，能夠方便、快速的實現不同斷面間的切換，節省測試時間，保證測試工況的一致性；
3、具有噪聲傳遞路徑分析、減振降噪結構驗證、噪聲源識別等研究性功能，又兼顧了車內標準點評估這樣的綜合評價性功能，從而為軌道車輛車內噪聲總體控制、減振降噪結構設計和驗證提供科學的指導。
附圖說明
圖1至圖3是劃分典型斷面的車體對比圖；
圖4是斷面掃描陣列測試布置圖；
圖5是車內標準點噪聲控制方向分析示意圖。
如圖1至圖5所示，客室中部斷面1、客室端部斷面2、受電弓區斷面3、通過台斷面4、觀光區斷面5、司機室斷面6。
技術領域
《軌道車輛噪聲傳播途徑測試方法》是一種套用於軌道車輛線上路運行時噪聲源及傳播途徑的測試方法，屬於軌道交通技術領域。
權利要求
1.一種軌道車輛噪聲傳播途徑測試方法，其特徵在於：根據噪聲源與車體結構特徵而設立多個互不相同的斷面，每一個斷面均為獨立的二維聲場；在每一個斷面上，測試車外噪聲、車體振動、內飾板振動、車內近場噪聲和車內標準點噪聲；在測試車內標準點噪聲Lp時，將車體斷面分為車頂、側頂、側牆、擋水板、地板五個區域，聲壓級分別記為Lp車頂、Lp側頂、Lp側牆、Lp擋水板、Lp地板，若每個部位有多個測點，則取多個測點的平均，平均值按如下公式計算：
其中n為測點的個數，某i測點（1≤i≤n）聲壓級為Lpi；在每個斷面上，五個聲源均按線聲源處理，線聲源長度分別記為A車頂、A側頂、A側牆、A擋水板、A地板，車內標準點噪聲記為Lp，Lp車頂、Lp側頂、Lp側牆、Lp擋水板、Lp地板五個聲壓級對車內標準點的影響因數對應分別為C1、C2、C3、C4、C5，則其之間的關係式用下式表示：
則獲得車內標準點噪聲Lp具體值，利用上述公式統計出各個面的聲壓級對車內標準點的影響因數C1、C2、C3、C4、C5，即能確定對哪個區域進行減振降噪處理。
2.根據權利要求1所述的軌道車輛噪聲傳播途徑測試方法，其特徵在於：兩個相鄰的斷面相結合形成三維聲場分布。
3.根據權利要求1或2所述的軌道車輛噪聲傳播途徑測試方法，其特徵在於：基於多組實測數據測算結果，進行1/3倍頻程頻譜分析和總聲壓級分析，按各個面的聲壓級對車內標準點的影響因數C1、C2、C3、C4、C5，以確定噪聲是經哪個區域傳入車內的。
4.根據權利要求3所述的軌道車輛噪聲傳播途徑測試方法，其特徵在於：在車外噪聲測試時，獲得車頂、側頂圓弧、側牆、車下設備艙部位的噪聲，並在該類位置上各布置1個聲壓感測器。
5.根據權利要求4所述的軌道車輛噪聲傳播途徑測試方法，其特徵在於：在車體振動和內飾板振動測試時，安裝聲壓感測器的測試點應布置在內飾板與車體的連線處以及內飾板與車體結構模態的峰值處。
6.根據權利要求5所述的軌道車輛噪聲傳播途徑測試方法，其特徵在於：車內近場噪聲測試時，在規定高度的標準點、內飾頂板近場、側牆近場、地板近場分別布置聲壓感測器。
7.根據權利要求6所述的軌道車輛噪聲傳播途徑測試方法，其特徵在於：沿車體中心線，在每個斷面的半個區域內布置聲壓感測器並進行測試。
實施方式
實施例1，如圖1至圖3所示，所述軌道車輛噪聲傳播途徑測試方法，按車體結構與功能分區而具體地劃分出客室中部斷面1、客室端部斷面2、受電弓區斷面3、通過台斷面4、觀光區斷面5和司機室斷面6。
上述6個測試斷面基本能夠反映軌道車輛噪聲的分布特性。根據車輛平面布置，如果有一等車、VIP車等特殊車型，且車輛結構有較大變化時，可在車上對應部位增加測試斷面。如果在時間允許的情況下，在客室中部斷面和客室端部斷面之間增加測試斷面，可進一步提高分析的精度。
如圖4所示，根據該方法發明內容的描述和作者所在單位產品特性，設計了斷面掃描陣列測試布置圖。該斷面實現車外近場噪聲、車體振動、內飾板振動、車內近場噪聲和車內標準點噪聲同時測試功能。
車外近場噪聲分為車體表面氣動噪聲和車下噪聲。車體表面氣動噪聲採用平面傳聲器測試，將平面傳聲器用膠帶固定在車體表面的典型位置，由於平面傳聲器很薄，對氣流的擾動較小，因而能夠較為準確的獲得車輛運行是車體表面的噪聲。車體表面噪聲主要布置車頂W1、側頂圓弧W2、側牆W3、擋水板區W4四個測點。
車下噪聲可採用高聲強傳聲器加戴鼻錐或防風球的方式進行測量，每個斷面布置一個測點W5，由於輪軌側面沒有裙板的遮擋，傳聲器受列車運行速度影響很大，測點布置時需合理確定傳聲器的方向，才能獲得較準確的測試結果。
車體振動測試主要目的為分析振動傳遞特性，因此振動車體振動測點主要布置在與內飾板的連線座附近；根據內飾板板連線位置，車頂布置3個測點V1~V3，側牆布置3個測點V4~V6，地板布置4個測點V7~V10；內飾板振動測試布置要保證頂板、側頂板、牆板、擋水板、地板的振動都能測到。頂板布置3個測點V11~V13，側頂板布置1個測點V21，牆板布置3個測點V14~V15，擋水板1個測點V16，地板布置4個測點V17~V20。
車內噪聲陣列掃描斷面是一種近場聲全息測試方法。斷面陣列分為聲壓斷面和聲強斷面，充分利用了聲壓法和聲強法的優點，採用兩者相結合的方式進行。聲壓法是基於偏奇異值分析原理，具有計算量小，可以準確預測零部件的改進對車外噪聲的影響；聲強法是基於聲壓梯度變化進行測量，利用聲強探頭的指向特性，可以準確識別噪聲的傳播途徑。在測試的斷面上共布置13個聲壓感測器（如圖5所示），其中車頂4個S10~S13，側牆3個S7並距地板面1200毫米的測試點S2、距地板面1600毫米的測試點S1的標準點各1個。除2個標準點R1、R2以外，其餘各測點距內飾表面的距離均為150毫米。
所述測試方法可進行車內標準點噪聲的評定和分析。按GB/T 12816《鐵道客車內部噪聲限值及測量方法》規定了鐵道客車內部噪聲限值，如圖4所示的斷面陣列上布置了1200毫米和1600毫米兩個標準點，用這兩個點的測量數值，進行A計權後，可評定車內噪聲是否滿足標準要求。
進行車內標準點噪聲控制方向分析，如圖5所示，將車體斷面分為車頂、側頂、側牆、擋水板、地板五個區域，聲壓級分別記為Lp車頂、Lp側傾、Lp側牆、Lp擋水板、Lp地板，若每個部位有多個測點，則取多個測點的平均，平均值按如下公式計算：
在每個斷面上，上述五個聲源均按線聲源處理，線聲源長度分別記為A車頂、A側傾、A側牆、A擋水板、A地板，標準點噪聲記為Lp，則：
根據大量的實測數據，進行1/3倍頻程頻譜分析和總聲壓級分析，可以用上述公式統計出各個面的聲壓級Lp對車內標準點的影響因數C1、C2、C3、C4、C5。從而可以確定對哪個區域進行減振降噪處理，能夠更有效的控制標準點噪聲，對減振降噪方向起到很好的指導作用。
結構隔聲指標分解是軌道車輛減振降噪設計的重要內容，因此可實現結構隔聲指標分解的目的。根據實施例4的介紹，在設定車內噪聲控制指標Lp以後，根據統計算出的C1~C5，可以確定五個區域近場點的噪聲控制目標值，根據圖2測得車外噪聲，即可求得車外噪聲向車內傳播過程的損失，即隔聲量：
。
上述隔聲量與實驗室靜態測試的隔聲量可能會存在差異，根據已有測試數據和測試經驗，對這種差異進行適當修正後，即可對結構隔聲指標進行分解，從而在車型設計之處，就可對減振降噪設計進行總體規劃，使設計工作有的放矢。
線路斷面測試的隔聲量與實驗室靜態測試的隔聲量可能存在差異，這是因為線路測試時存在結構振動造成的。由於該方法測試了車體和內飾板的振動，因此通過分析內飾板振動級與車內近場聲壓級的關係、車體振動與內飾板振動的關係，並結合實驗室聲振關係測試，解析造成這種差異的原因，即可確定噪聲的傳播途徑。
減振降噪結構評價是《軌道車輛噪聲傳播途徑測試方法》的重要套用之一。軌道車輛減振降噪結構設計要經歷理論設計、材料測試、結構實驗室測試才能裝車試用。選用兩輛平面布置完全相同的車輛，安裝不同的減振降噪結構，按照《軌道車輛噪聲傳播途徑測試方法》的方法進行測試斷面測試，可以從噪聲和振動兩方面全面評價不同結構的減振降噪效果。
《軌道車輛噪聲傳播途徑測試方法》測試的六大典型斷面，基本上涵蓋了軌道車輛的主要噪聲源，因此將這六大斷面的車外噪聲繪製成三維聲強雲圖，可以清晰的展示軌道車輛的車外噪聲分布及強弱。
專利榮譽
2021年6月24日，《軌道車輛噪聲傳播途徑測試方法》獲得第二十二屆中國專利優秀獎。
