Измерение внутреннего шума автомобиля
Добавлено: 17 янв 2017, 13:04Данная статья является результатом проведения измерений внутреннего шума автомобиля TOYOTA HILUX предоставленного заказчиком - Автотехцентром «Бриткар», в лице Яна Хайцэера. На базе данного автотехцентра производится профессиональная установка шумовиброизоляции с использованием самых современных и уже зарекомендовавших себя материалов.
Основной целью написания данной статьи является сравнение уровня шума автотранспортных средств (АТС) до и после шумовиброизоляции (ШВМ).
Находясь в автомобиле, водитель и пассажиры постоянно испытывают на себе звуковое давление, чрезмерный уровень которого способен негативно повлиять на их состояние. Исследование уровня шума актуально для огромного количества автовладельцев, которые уже произвели работы по ШВМ своего автомобиля или только собираются снизить уровень внутреннего шума в своем автомобиле.
Шум, возникающий внутри автомобиля при работе двигателя, может быть условно разделен на два вида:
Воздушный шум – это шум, который передаётся по воздуху от работающего двигателя. Например, от наружных вибрирующих поверхностей двигателя шум передаётся в моторный отсек, а затем, главным образом, через перегородку моторного отсека передаётся далее в пассажирское помещение автомобиля.
Вибрационный шум - передаётся через опоры силового агрегата на раму (кузов) автомобиля, а затем на панели, расположенные в кабине автомобиля. Этот шум называется еще структурным шумом, т.е. передающимся по конструкции (структуре) автомобиля.
Доля структурного шума особенно высока в автомобилях массового производства, где применяются неуравновешенные поршневые двигатели с числом цилиндров не более четырех и устанавливаются несущие кузова малой массы. Звуковая вибрация вызывается, с одной стороны, периодическими колебаниями двигателя и трансмиссии, с другой стороны – кинематическим возбуждением автомобиля в результате его движения по дороге, которое носит случайный характер.
Пути снижения внутреннего шума.
Общими мерами снижения внутреннего шума автомобилей являются:
• уменьшение динамических нагрузок, передаваемых на кузов автомобиля;
• увеличение эффективности подвески двигателя, кузова или кабины;
• снижение вибрации, передаваемой кузову от системы выпуска;
• вибродемпфирование излучающих звук поверхностей;
• увеличение звукоизоляции перегородок и стенок салона, кузова, кабины;
• применение звукопоглащающих облицовок в замкнутых объемах.
Проблема улучшения виброакустических качеств автомобиля является комплексной и решается в несколько этапов. Основной вклад в снижение внутреннего и внешнего шумов оказывает правильный динамический расчет всего автомобиля и его отдельных подсистем при проектировании. На стадии модернизации, как показывает практика, возможно лишь несущественное улучшение виброакустических качеств. В таблице 1 приведены справочные данные по эффективности снижения структурного шума в легковом автомобиле.
Таблица 1. Способы снижения структурного шума в легковом автомобиле с четырехцилиндровым рядным двигателем
Все мероприятия, указанные в п.1-5 таблицы 1 по сути являются изменением конструкции тех или иных агрегатов и компонентов автомобиля, что несет вместе с собой большие трудозатраты с не менее большими материальными вложениями.
Применение вибропоглащающих и шумоизоляционных материалов является наиболее популярным у автолюбителей способом снижения уровня внутреннего шума автомобиля. Шумоизоляционные материалы чаще всего наносят на внутреннюю сторону капота, внутреннее пространство дверей, крышу автомобиля под обивкой. Вибропоглащающие материалы используют в местах колёсных арок и днища, для перегородок между моторным отсеком и кузовом. На рис.1 показана примерная схема расположения ШВМ.
Принцип работы виброизолирующих материалов основан, на искусственном утяжелении и увеличении жесткости металлических деталей кузова. Легкий лист проще раскачать, нежели тяжелый. Второй секрет вибродемпфера кроется в его структуре. Действующая на оклеенный лист металла вибрация автоматически передается и на демпфер (виброизолятор), который за счет сдвига (на молекулярном уровне) в толще слоя материала преобразует механическую энергию в тепловую. Иными словами, мы имеем дело с неким подобием амортизатора. А то, насколько эффективно протекает процесс затухания волн, зависит от свойств материала и характеризуется так называемым коэффициентом механических потерь, который лежит в пределах от нуля до единицы. Чем меньше данный коэффициент, тем хуже материал и наоборот.
Звукоизоляторы имеют следующий принцип работы. На первый взгляд, шумопоглотители очень напоминают обычный мелкоячеистый поролон. Однако последний не может противостоять шуму по определению. Дело в том, что структура шумопоглощающего материала, в отличите от “двойника”, имеет ячейки строго определенного размера, которые связаны между собой хаотично. У поролона они как бы нанизаны на ниточку. Принцип работы материала следующий. Звуковая волна попадает внутрь материала и, переходя из ячейки в ячейку, теряется в бесконечном лабиринте, слабеет и затухает. Грубо, процесс напоминает работу классической безэховой камеры в миниатюре. Только камер этих миллионы. Эффективность работы шумопоглощающего материала, изготовленного, как правило, из пенополиуретана, зависит от его толщины.
Измерение уровня внутреннего шума.
В данный момент на территории РФ основные требования по уровню внутреннего шума АТС регламентируется в ГОСТ Р 51616-2000, а также пункте 2 приложения N 3 Технического регламента Таможенного союза ТР ТС 018/2011 «О безопасности колесных транспортных средств». В качестве оценочного показателя внутреннего шума принимается уровень звука в децибелах, скорректированных по шкале А (дБ А) по ГОСТ 17187. Допустимые уровни внутреннего шума автотранспортных средств приведены в таблице 2.
Таблица 2. Допустимые уровни внутреннего шума автотранспортных средств
Для проведения измерений был предоставлен автомобиль TOYOTA HILUX с механической 5-ти ступенчатой коробкой переключения передач.
Измерения внутреннего шума производились до и после установки ШВИ.
Методы испытаний выбирались согласно ГОСТ Р 51616-2000 и пожеланий заказчика.
Используемые средства измерений:
• Шумомер интегрирующий усредняющий ОКТАВА-121 1-го класса точности;
• Калибратор акустический АК-1000;
• Рулетка измерительная Р5УЗК (5м);
• Линейка измерительная металлическая, ГРСИ № 20048-05;
• Измеритель параметров микроклимата Метеоскоп-М.
Все используемые средства измерений поверены и могут быть использованы для проведения измерений согласно ГОСТ Р 51616-2000.
Используемый шумомер Октава 121 (рис.2) соответствует требованиям для шумомеров класса 1 по ГОСТ Р 53188.1-2008, ГОСТ 17187-2010, МЭК 61672-1, МЭК 61012. Шумомер оснащается микрофонным капсюлем ВМК 205.
Основные характеристики:
• Опорная частота: 1000 Гц;
• Погрешность измерения уровня звука для плоской волны частоты 1000 Гц, падающей в опорном направлении, не превышает 0,7 дБ для частотных характеристик A, AU, C, Z.
• Максимальные измеряемые уровни звука для применяемого микрофонного капсюля, дБ отн. 20 мкПа: 129
• Опорный уровень звукового давления: 94,0 дБ отн. 20 мкПа.
Испытания проводились при следующих метеорологических условиях:
• Отсутствие атмосферных осадков;
• атмосферном давлении 757 мм рт. ст.;
• Температура окружающего воздуха 4,3 °С;
• Скорости ветра 0,18 м/с.
Все данные о метеорологических условиях получены с помощью измерителя параметров микроклимата Метеоскоп-М (Рис.3).
Звуковое поле в кабине автомобиля неоднородно. Согласно требованиям ГОСТ Р 51616-2000, измерения уровня шума в легковых автомобилях необходимо проводить в следующих точках:
У сиденья водителя (для всех категорий автотранспортных средств) - микрофон, расположенный у сиденья водителя, должен быть смещен от его оси симметрии на (0,20±0,02) м в направлении центра автотранспортного средства согласно точке Б, указанной на рисунке 4.
Над каждым рядом сидений - микрофон, расположенный у сидений пассажиров, устанавливают в точке А, указанной на рисунке 4.
При проведении испытаний Шумомер с помощью штатива и был закреплен таким образом, что микрофон располагался в точке А (Рис.5).
Следующим очень Важным этапом является калибровка Шумомера. Для калибровки используется калибратор акустический модели АК-1000, создающий звуковое давление 94,0±0,3 дБ на частоте 1000 Гц.
Акустическую калибровку шумомера проводят до и после проведения каждой серии измерений с применением стандартного источника звука с погрешностью ±0,3 дБ . Если результаты калибровки до и после испытаний отличаются более чем на 0,5 дБ, то испытание считают недействительным. Процесс калибровки шумомера до и после проведения испытаний показан на рисунке 6.
Измерение шума на данном автомобиле состояло из 3 этапов.
При измерении шума вспомогательное оборудование (системы обмыва и очистки стекол, аудиоаппаратура и т.д.) должно быть выключено, вентиляционные установки, отопители, кондиционеры должны быть выключены, если это возможно. Если отсутствует возможность выключения этих систем, они должны работать в режиме наименьшей производительности. Если автотранспортное средство оборудовано жалюзи с ручным управлением, испытания проводят при полностью открытых жалюзи.
1. Измерение фонового шума.
Уровень фонового шума в кабине должен быть на 15 дБ ниже уровня звука при испытаниях. Фоновый шум измеряют внутри кабины автомобиля при остановленном транспортном средстве при всех выключенных системах и устройствах, являющихся источниками шума.
2. Измерение шума при работе двигателя на режиме холостого хода.
Измерение осуществляют на неподвижном автотранспортном средстве.
Измерение проводят при работе двигателя на холостом ходу с минимальной частоты холостого хода до частоты равной:
• 75% от частоты вращения на режиме максимальной мощности при ее величине менее 5000 мин-1;
• 3750 мин - при величине частоты вращения на режиме максимальной мощности от 5000 до 7500 мин-1;
• 50% от частоты вращения на режиме максимальной мощности при величине от 7500 мин-1.
Согласно данных из одобрения типа транспортного средства (ОТТС) представленного автомобиля частота вращения при замере внутреннего шума должна быть равной (n=2550 мин-1). По желанию заказчика число оборотов двигателя было выбрано равным (n=3000 мин-1)
Также для наглядности эксперимента шум измерялся на холостых оборотах двигателя равных (n=900 мин-1)
3. Измерение шума автомобиля во время движения.
Измерения проводят следующим образом.
Стабилизируют начальную скорость движения v0 автотранспортного средства и режим работы двигателя в соответствии с условиями испытаний.
При достижении стабильной начальной скорости v0 резко нажимают до упора на педаль управления дроссельной заслонкой или подачей топлива и удерживают ее в таком положении до достижения окончания разгона скорости vк. Не допускается переключение передач во время разгона.
Механическая коробка передач автомобиля TOYOTA HILUX имеет 5 передач, исходя из этого испытания проводились на 3й передаче.
Согласно ОТТС на данный автомобиль максимальная мощность 110 кВт достигается при частоте вращения n=3400 (мин-1). Исходя из этих данных были выбраны показания оборотов двигателя для достижения начальной скорости v0 (n=1530 мин-1) и скорости окончания разгона скорости vк (n=3060 мин-1).
За результат измерения принимаются максимальное значение уровня звука, зарегистрированное в процессе разгона автотранспортного средства от v0 до vк.
Согласно полученных данных была составлена таблица значений уровня внутреннего шума при различных условиях испытаний (Таблица 3).
Таблица 3. Внутренний шум автомобиля до и после ШВМ
Вывод: Основные выводы по снижению уровня внутреннего шума будут сделаны после 2го этапа проведения испытаний, на данный момент можно сказать о том, что представленный заказчиком испытаний автомобиль полностью удовлетворяет требованиям Технического регламента Таможенного союза ТР ТС 018/2011 «О безопасности колесных транспортных средств» касаемо требований к уровню внутреннего шума.
Также все измерения были записаны на видео, ссылка прилагается
Видеоролик измерения внутреннего шума автомобиля TOYOTA HILUX
https://www.youtube.com/watch?v=q5uFYlyMXoM
Основной целью написания данной статьи является сравнение уровня шума автотранспортных средств (АТС) до и после шумовиброизоляции (ШВМ).
Находясь в автомобиле, водитель и пассажиры постоянно испытывают на себе звуковое давление, чрезмерный уровень которого способен негативно повлиять на их состояние. Исследование уровня шума актуально для огромного количества автовладельцев, которые уже произвели работы по ШВМ своего автомобиля или только собираются снизить уровень внутреннего шума в своем автомобиле.
Шум, возникающий внутри автомобиля при работе двигателя, может быть условно разделен на два вида:
Воздушный шум – это шум, который передаётся по воздуху от работающего двигателя. Например, от наружных вибрирующих поверхностей двигателя шум передаётся в моторный отсек, а затем, главным образом, через перегородку моторного отсека передаётся далее в пассажирское помещение автомобиля.
Вибрационный шум - передаётся через опоры силового агрегата на раму (кузов) автомобиля, а затем на панели, расположенные в кабине автомобиля. Этот шум называется еще структурным шумом, т.е. передающимся по конструкции (структуре) автомобиля.
Доля структурного шума особенно высока в автомобилях массового производства, где применяются неуравновешенные поршневые двигатели с числом цилиндров не более четырех и устанавливаются несущие кузова малой массы. Звуковая вибрация вызывается, с одной стороны, периодическими колебаниями двигателя и трансмиссии, с другой стороны – кинематическим возбуждением автомобиля в результате его движения по дороге, которое носит случайный характер.
Пути снижения внутреннего шума.
Общими мерами снижения внутреннего шума автомобилей являются:
• уменьшение динамических нагрузок, передаваемых на кузов автомобиля;
• увеличение эффективности подвески двигателя, кузова или кабины;
• снижение вибрации, передаваемой кузову от системы выпуска;
• вибродемпфирование излучающих звук поверхностей;
• увеличение звукоизоляции перегородок и стенок салона, кузова, кабины;
• применение звукопоглащающих облицовок в замкнутых объемах.
Проблема улучшения виброакустических качеств автомобиля является комплексной и решается в несколько этапов. Основной вклад в снижение внутреннего и внешнего шумов оказывает правильный динамический расчет всего автомобиля и его отдельных подсистем при проектировании. На стадии модернизации, как показывает практика, возможно лишь несущественное улучшение виброакустических качеств. В таблице 1 приведены справочные данные по эффективности снижения структурного шума в легковом автомобиле.
Таблица 1. Способы снижения структурного шума в легковом автомобиле с четырехцилиндровым рядным двигателем
- Способы снижения структурного шума
Все мероприятия, указанные в п.1-5 таблицы 1 по сути являются изменением конструкции тех или иных агрегатов и компонентов автомобиля, что несет вместе с собой большие трудозатраты с не менее большими материальными вложениями.
Применение вибропоглащающих и шумоизоляционных материалов является наиболее популярным у автолюбителей способом снижения уровня внутреннего шума автомобиля. Шумоизоляционные материалы чаще всего наносят на внутреннюю сторону капота, внутреннее пространство дверей, крышу автомобиля под обивкой. Вибропоглащающие материалы используют в местах колёсных арок и днища, для перегородок между моторным отсеком и кузовом. На рис.1 показана примерная схема расположения ШВМ.
- Схема ШВМ автомобиля
Принцип работы виброизолирующих материалов основан, на искусственном утяжелении и увеличении жесткости металлических деталей кузова. Легкий лист проще раскачать, нежели тяжелый. Второй секрет вибродемпфера кроется в его структуре. Действующая на оклеенный лист металла вибрация автоматически передается и на демпфер (виброизолятор), который за счет сдвига (на молекулярном уровне) в толще слоя материала преобразует механическую энергию в тепловую. Иными словами, мы имеем дело с неким подобием амортизатора. А то, насколько эффективно протекает процесс затухания волн, зависит от свойств материала и характеризуется так называемым коэффициентом механических потерь, который лежит в пределах от нуля до единицы. Чем меньше данный коэффициент, тем хуже материал и наоборот.
Звукоизоляторы имеют следующий принцип работы. На первый взгляд, шумопоглотители очень напоминают обычный мелкоячеистый поролон. Однако последний не может противостоять шуму по определению. Дело в том, что структура шумопоглощающего материала, в отличите от “двойника”, имеет ячейки строго определенного размера, которые связаны между собой хаотично. У поролона они как бы нанизаны на ниточку. Принцип работы материала следующий. Звуковая волна попадает внутрь материала и, переходя из ячейки в ячейку, теряется в бесконечном лабиринте, слабеет и затухает. Грубо, процесс напоминает работу классической безэховой камеры в миниатюре. Только камер этих миллионы. Эффективность работы шумопоглощающего материала, изготовленного, как правило, из пенополиуретана, зависит от его толщины.
Измерение уровня внутреннего шума.
В данный момент на территории РФ основные требования по уровню внутреннего шума АТС регламентируется в ГОСТ Р 51616-2000, а также пункте 2 приложения N 3 Технического регламента Таможенного союза ТР ТС 018/2011 «О безопасности колесных транспортных средств». В качестве оценочного показателя внутреннего шума принимается уровень звука в децибелах, скорректированных по шкале А (дБ А) по ГОСТ 17187. Допустимые уровни внутреннего шума автотранспортных средств приведены в таблице 2.
Таблица 2. Допустимые уровни внутреннего шума автотранспортных средств
- Допустимые уровни внутреннего шума
Для проведения измерений был предоставлен автомобиль TOYOTA HILUX с механической 5-ти ступенчатой коробкой переключения передач.
Измерения внутреннего шума производились до и после установки ШВИ.
Методы испытаний выбирались согласно ГОСТ Р 51616-2000 и пожеланий заказчика.
Используемые средства измерений:
• Шумомер интегрирующий усредняющий ОКТАВА-121 1-го класса точности;
• Калибратор акустический АК-1000;
• Рулетка измерительная Р5УЗК (5м);
• Линейка измерительная металлическая, ГРСИ № 20048-05;
• Измеритель параметров микроклимата Метеоскоп-М.
Все используемые средства измерений поверены и могут быть использованы для проведения измерений согласно ГОСТ Р 51616-2000.
Используемый шумомер Октава 121 (рис.2) соответствует требованиям для шумомеров класса 1 по ГОСТ Р 53188.1-2008, ГОСТ 17187-2010, МЭК 61672-1, МЭК 61012. Шумомер оснащается микрофонным капсюлем ВМК 205.
- Внешний вид прибора Октава 121
Основные характеристики:
• Опорная частота: 1000 Гц;
• Погрешность измерения уровня звука для плоской волны частоты 1000 Гц, падающей в опорном направлении, не превышает 0,7 дБ для частотных характеристик A, AU, C, Z.
• Максимальные измеряемые уровни звука для применяемого микрофонного капсюля, дБ отн. 20 мкПа: 129
• Опорный уровень звукового давления: 94,0 дБ отн. 20 мкПа.
Испытания проводились при следующих метеорологических условиях:
• Отсутствие атмосферных осадков;
• атмосферном давлении 757 мм рт. ст.;
• Температура окружающего воздуха 4,3 °С;
• Скорости ветра 0,18 м/с.
Все данные о метеорологических условиях получены с помощью измерителя параметров микроклимата Метеоскоп-М (Рис.3).
- Прибор Метеоскоп – М
Звуковое поле в кабине автомобиля неоднородно. Согласно требованиям ГОСТ Р 51616-2000, измерения уровня шума в легковых автомобилях необходимо проводить в следующих точках:
У сиденья водителя (для всех категорий автотранспортных средств) - микрофон, расположенный у сиденья водителя, должен быть смещен от его оси симметрии на (0,20±0,02) м в направлении центра автотранспортного средства согласно точке Б, указанной на рисунке 4.
Над каждым рядом сидений - микрофон, расположенный у сидений пассажиров, устанавливают в точке А, указанной на рисунке 4.
- Положение микрофона относительно сиденья
- Рисунок 4.jpg (12.81 Кб) Просмотров: 10905
При проведении испытаний Шумомер с помощью штатива и был закреплен таким образом, что микрофон располагался в точке А (Рис.5).
- Установка шумомера
Следующим очень Важным этапом является калибровка Шумомера. Для калибровки используется калибратор акустический модели АК-1000, создающий звуковое давление 94,0±0,3 дБ на частоте 1000 Гц.
Акустическую калибровку шумомера проводят до и после проведения каждой серии измерений с применением стандартного источника звука с погрешностью ±0,3 дБ . Если результаты калибровки до и после испытаний отличаются более чем на 0,5 дБ, то испытание считают недействительным. Процесс калибровки шумомера до и после проведения испытаний показан на рисунке 6.
- Калибровка шумомера
Измерение шума на данном автомобиле состояло из 3 этапов.
При измерении шума вспомогательное оборудование (системы обмыва и очистки стекол, аудиоаппаратура и т.д.) должно быть выключено, вентиляционные установки, отопители, кондиционеры должны быть выключены, если это возможно. Если отсутствует возможность выключения этих систем, они должны работать в режиме наименьшей производительности. Если автотранспортное средство оборудовано жалюзи с ручным управлением, испытания проводят при полностью открытых жалюзи.
1. Измерение фонового шума.
Уровень фонового шума в кабине должен быть на 15 дБ ниже уровня звука при испытаниях. Фоновый шум измеряют внутри кабины автомобиля при остановленном транспортном средстве при всех выключенных системах и устройствах, являющихся источниками шума.
2. Измерение шума при работе двигателя на режиме холостого хода.
Измерение осуществляют на неподвижном автотранспортном средстве.
Измерение проводят при работе двигателя на холостом ходу с минимальной частоты холостого хода до частоты равной:
• 75% от частоты вращения на режиме максимальной мощности при ее величине менее 5000 мин-1;
• 3750 мин - при величине частоты вращения на режиме максимальной мощности от 5000 до 7500 мин-1;
• 50% от частоты вращения на режиме максимальной мощности при величине от 7500 мин-1.
Согласно данных из одобрения типа транспортного средства (ОТТС) представленного автомобиля частота вращения при замере внутреннего шума должна быть равной (n=2550 мин-1). По желанию заказчика число оборотов двигателя было выбрано равным (n=3000 мин-1)
Также для наглядности эксперимента шум измерялся на холостых оборотах двигателя равных (n=900 мин-1)
3. Измерение шума автомобиля во время движения.
Измерения проводят следующим образом.
Стабилизируют начальную скорость движения v0 автотранспортного средства и режим работы двигателя в соответствии с условиями испытаний.
При достижении стабильной начальной скорости v0 резко нажимают до упора на педаль управления дроссельной заслонкой или подачей топлива и удерживают ее в таком положении до достижения окончания разгона скорости vк. Не допускается переключение передач во время разгона.
Механическая коробка передач автомобиля TOYOTA HILUX имеет 5 передач, исходя из этого испытания проводились на 3й передаче.
Согласно ОТТС на данный автомобиль максимальная мощность 110 кВт достигается при частоте вращения n=3400 (мин-1). Исходя из этих данных были выбраны показания оборотов двигателя для достижения начальной скорости v0 (n=1530 мин-1) и скорости окончания разгона скорости vк (n=3060 мин-1).
За результат измерения принимаются максимальное значение уровня звука, зарегистрированное в процессе разгона автотранспортного средства от v0 до vк.
Согласно полученных данных была составлена таблица значений уровня внутреннего шума при различных условиях испытаний (Таблица 3).
Таблица 3. Внутренний шум автомобиля до и после ШВМ
- Внутренний шум автомобиля до и после ШВМ
Вывод: Основные выводы по снижению уровня внутреннего шума будут сделаны после 2го этапа проведения испытаний, на данный момент можно сказать о том, что представленный заказчиком испытаний автомобиль полностью удовлетворяет требованиям Технического регламента Таможенного союза ТР ТС 018/2011 «О безопасности колесных транспортных средств» касаемо требований к уровню внутреннего шума.
Также все измерения были записаны на видео, ссылка прилагается
Видеоролик измерения внутреннего шума автомобиля TOYOTA HILUX
https://www.youtube.com/watch?v=q5uFYlyMXoM