一种轨道辐射噪声预测系统及方法与流程

1.本发明涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种轨道辐射噪声预测系统及方法。


背景技术：

2.随着人们对轨道交通车辆车内噪声和轨道运行环境噪声的要求越来越高。轮轨噪声作为主要噪声源，成为人们关注的焦点。由于车辆和轮轨噪声的耦合作用，目前现有方法很难分离出轨道的辐射噪声。
3.现有技术中的一种机车司机室噪声控制系统(公告号：cn 206475875u)，该系统能够基于司机室噪声环境的变化进行实时噪声数据分析处理，自适应生成与噪声相位相反的抵消信号，实现自适应式司机室噪声控制，解决机车司机室由于结构振动引起的低频噪声问题，但该系统没有对噪声来源进行分析，没有分离出车辆和轨道的噪声。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种轨道辐射噪声预测系统及方法，以分离出轨道与车辆的噪声，从而为后续快速有效进行优化提供帮助。
5.基于上述目的，本发明提供的技术方案如下：
6.一种轨道辐射噪声预测系统，用于轨道交通系统，所述轨道交通系统包括轨道和车辆，所述轨道包括轨枕、及两条平行设置并支撑在所述轨枕上的钢轨，
7.所述轨道辐射噪声预测系统包括数据采集模块、数据处理模块、数据分析模块；
8.所述数据采集模块包括加速度传感器、传声器，所述加速度传感器包括若干第一加速度传感器和若干第二加速度传感器，若干所述第一加速度传感器间隔设在所述钢轨上、并沿行车方向布置以采集第一振动信号，若干所述第二加速度传感器间隔设在所述轨枕上、并沿行车方向布置以采集第二振动信号，所述传声器包括第一传声器，所述第一传声器设置于所述钢轨外侧的第一位置以采集第一声压信号；
9.所述第一加速度传感器、所述第二加速度传感器、所述第一传声器均连接所述数据处理模块，所述数据处理模块处理用于接收处理所述第一振动信号、所述第二振动信号及所述第一声压信号并将其一同发送至所述数据分析模块，所述数据分析模块用于接收所述数据处理模块发送的数据并进行分析计算得到辐射噪声值。
10.车辆静置于轨道上时，用力锤敲击每个加速度传感器(包括第一加速度传感器和第二加速度传感器)附件，采集加速度传感器的数据，获取每个加速度传感器所在位置与第一传声器的振动声传递函数，再测量出车辆以不同速度通过轨道时的每个加速度传感器数据、及结合静置时获得的振动声传递函数预测出车辆通过时的轨道辐射噪声值，从总噪声中分离出轨道辐射噪声，总噪声就是轨道辐射噪声和车辆辐射噪声的结合，分离出轨道辐射噪声也就相当于分离出轨道与车辆的辐射噪声。
11.作为进一步的方式，所述传声器还包括第二传声器，所述第二传声器设置于所述钢轨外侧的第二位置以采集第二声压信号，所述第二传声器电连接所述数据处理模块，所
述数据处理模块处理用于接收处理所述第二声压信号并将其一同发送至所述数据分析模块。
12.通过第二传声器采集噪声值，再以声学计算方式减去轨道辐射噪声预测值，获得车辆的辐射噪声值，声学计算方式采用现有技术中的声压计算方式，具体计算公式如下：
[0013][0014]
其中p
车辆
为车辆运行时的车辆辐射噪声声压级，p
总
为车辆运行时的总体辐射噪声声压级，p
轨道
为车辆运行时的轨道辐射噪声声压级。
[0015]
作为进一步的方式，所述数据处理模块是根据每个所述加速度传感器所在位置生产的加速度激励载荷与所述传声器的接收声压值之间的声传递函数进行处理的，其中，所述加速度激励载荷为所述加速度传感器在车辆静置或运动时采集的振动信号，所述接收声压值为所述传声器在车辆静置或运动时采集的噪声信号，所述声传递函数是采用高级传递路径分析方法获得的；
[0016]
每个加速度位置敲击时振动到传声器位置的直接传递函数
[0017]
其中i＝1、2、
…
、n，j表示传声器序号，j＝1时为远场传声器，j＝2时为近程传声器；
[0018]
为每个加速度位置发生敲击时，各个加速度测试值与该敲击位置加速度值的比值；为各加速度位置发生敲击时，传声器声压级与该加速度测试值的比值；n＝n1 n2 m，n1为第一根钢轨上的加速度传感器数量，n2为第二根钢轨上的加速度传感器数量，m为轨枕上的加速度传感器数量，n1、n2、m均为大于或等于1的自然数。
[0019]
作为进一步的方式，所述第一位置为所述钢轨外侧的3米远、1.2米高处，所述第二位置为所述钢轨外侧的7.5米远、1.2米高处。第一位置为3米远、1.2米高处，第二位置为7.5米远、1.2米高处，都是一种优选的方式。
[0020]
作为进一步的方式，所述数据处理模块是根据每个所述加速度传感器所在位置生产的加速度激励载荷与所述传声器的接收声压值之间的声传递函数进行处理的，其中，所述加速度激励载荷为所述加速度传感器在车辆静置或运动时采集的振动信号，所述接收声压值为所述传声器在车辆静置或运动时采集的噪声信号，所述声传递函数是采用高级传递路径分析方法获得的。
[0021]
声传递函数(noise transfer function，简称ntf)是指所述加速度传感器输入的激励载荷与所述传声器输出的噪声之间的对应函数关系，根据噪声传递理论，噪声预测值的目标点声压响应是根据传递函数和激励力而得到的，具体为：
[0022]
p(w)＝h
p
(w)*f(w)
[0023]
式中：p(w)为目标点声压响应，h
p
(w)为激励点到目标点的传递函数，f(w)为激励力的频谱。
[0024]
tpa(传递路径分析)及atpa(高级传递路径分析)都是现有技术，atpa是mgrans,j.s.v等人为了解决传统tpa测试过程繁琐和otpa精度偏低的缺陷提出的高级传递路径方法，该方法从理论上实现了各传递路径的解耦，提高了测试精度；同时免除了激励源的拆
卸，避免了因拆卸激励源导致所测频响函数的真实性问题，是一种兼具精度与效率的传递路径分析方法。
[0025]
与上述一种轨道辐射噪声预测系统相对应的是一种轨道辐射噪声预测方法，所述方法还包括具体步骤如下：
[0026]
s1:在两侧钢轨上沿行车方向分别布置n1个和n2个加速度传感器，在轨枕上沿行车方向布置m个加速度传感器，加速度传感器均连接数据处理模块，其中n1、n2、m均为大于或等于1的自然数；
[0027]
s2:车辆静置于轨道上，在布置有加速度传感器的位置利用敲击物敲击所述钢轨或所述轨枕，通过高级传递路径分析获取每个所述加速度传感器所在位置与传声器的声传递函数；所述传声器设置于所述钢轨外侧以采集声压信号；
[0028][0029]
其中i＝1、2、
…
、n，j表示传声器序号，j＝1时为远场传声器，j＝2时为近程传声器；
[0030]
为每个加速度位置敲击时振动到传声器位置的直接传递函数；为每个加速度位置发生敲击时，各个加速度测试值与该敲击位置加速度值的比值；为各加速度位置发生敲击时，传声器声压级与该加速度测试值的比值；n＝n1 n2 m；
[0031]
s3:车辆以不同速度通过测试位置轨道时，测量加速度传感器的数据；
[0032]
s4:在数据分析模块中，用车辆通过时加速度传感器测试的数据和车辆静压时的声传递函数，计算出车辆通过时的轨道辐射噪声预测值。
[0033]
作为进一步的方式，所述传声器包括第一传声器和第二传声器，所述第一传声器设置于所述钢轨外侧的第一位置以采集第一声压信号，所述第二传声器设置于所述钢轨外侧的第二位置以采集第二声压信号，还包括步骤：
[0034]
s5:通过高级传递路径分析获取车辆通过时第二传声器的噪声值，根据第二传声器到第一传声器之间的传递函数计算出第一传声器的噪声值，第一传声器的噪声值以声学计算方式减去轨道辐射噪声预测值得到车辆的辐射噪声值；
[0035]
所述第二传声器到第一传声器之间的传递函数为：
[0036]
t
kl
＝l
pl
/l
pk
[0037]
其中，k＝1时，l＝2；k＝2时，l＝3；以此类推；
[0038]
l
pl
为位置l处的传声器测得的声压级，l
pk
为位置k处的传声器测得的声压级。
[0039]
作为一种优选的方式，在每侧钢轨上沿行车方向、及在轨枕上沿行车方向布置的加速度传感器数量均为6～10个。
[0040]
本发明所实现的有益效果：
[0041]
本发明提供了一种轨道辐射噪声预测系统及方法，分离出轨道与车辆的噪声，从而为后续快速有效进行优化(比如噪声峰值优化、结构优化等)提供帮助。
附图说明
[0042]
图1为本发明实施例的轨道辐射噪声预测系统示意图；
[0043]
图2为本发明实施例的轨道辐射噪声预测系统的路径分析图。
[0044]
其中：1、钢轨，2、轨枕，3、扣件，4、车轮，10、数据采集模块，11、第一加速度传感器，12、第二加速度传感器，13、第一传声器，14、第二传声器，20、数据处理模块，30、数据分析模块。
具体实施方式
[0045]
如图1所示，一种轨道辐射噪声预测系统，用于轨道交通系统，所述轨道交通系统包括轨道和车辆，所述轨道包括轨枕2、及两条平行设置并支撑在所述轨枕上的钢轨1，钢轨1与轨枕2通过扣件3连接，在每侧钢轨1上沿行车方向(轨道上静置车辆的车轮4避开直接压在钢轨加速度布置位置)布置6个第一加速度传感器11(钢轨的位于相邻两轨枕的中间位置)，在轨枕2上沿行车方向布置6个第二加速度传感器12，在轨道一侧3m(1.5米～4.5米，3米是一种优选的方式)和7.5m远1.2m高的位置分别布置两个传声器(13、14)。
[0046]
如图2所示，轨道辐射噪声预测系统包括数据采集模块10、数据处理模块20、数据分析模块30，数据采集模块10包括第一加速度传感器11、第二加速度传感器12、第一传声器13、第二传声器14，若干第一加速度传感器11间隔设在钢轨1上、并沿行车方向布置以采集第一振动信号，若干第二加速度传感器12间隔设在轨枕2上、并沿行车方向布置以采集第二振动信号，传声器包括第一传声器13和第二传声器14，第一传声器13设置于钢轨1外侧的第一位置以采集第一声压信号(远场，如7.5m，车外通过噪声测试标准iso3095的要求)，第二传声器14设置于钢轨1外侧的第二位置以采集第二声压信号(近场，如1.5m～3.75m)；第一加速度传感器11、第二加速度传感器12、第一传声器13和第二传声器14均连接数据处理模块20，数据处理模块20处理用于接收处理第一振动信号、第二振动信号及第一声压信号和第二声压信号并将其一同发送至数据分析模块30，数据分析模块30用于接收数据处理模块20发送的数据并进行分析计算得到辐射噪声值。
[0047]
车辆静置于轨道上时，用力锤敲击每个加速度传感器(包括第一加速度传感器11和第二加速度传感器12)附近，采集加速度传感器的数据，获取每个加速度传感器所在位置与第一传声器的振动声传递函数，以及第一传声器13与第二传声器14之间的传递函数，(说明，之所以要设立近场传声器，是因为当背景噪声较大时，在建立轨道atpa传递函数时，敲击轨枕或轨道的声音较小，传递到远程时(如7.5米)噪声更小，容易受背景噪声干扰，而用近场传声器能有效解决该问题；而在背景较低且离远程传声器最近的钢轨位置敲击钢轨时，可建立近场传声器和远程传声器之间的传递函数)，再测量出车辆以不同速度通过轨道时的每个加速度传感器数据、及结合静置时获得的振动声传递函数预测出车辆通过时的轨道辐射噪声值，从总噪声中分离出轨道辐射噪声，总噪声就是轨道辐射噪声和车辆辐射噪声的结合，分离出轨道辐射噪声也就相当于分离出轨道与车辆的辐射噪声。具体的，轨道辐射噪声预测系统的构建方法如下：
[0048]
第一、车辆静置于轨道上，用力锤敲击每个加速度传感器附近，采集上述加速度传感器(包括第一加速度传感器11和第二加速度传感器12)的数据，获取每个加速度传感器所在位置与第一传声器13(第一传声器13和第二传声器14都可以是麦克风)的声传递函数。第一传声器的位置是在轨道一侧的3米远1.2米高处。
[0049]
所述每个加速度计所在位置与麦克风之间的“振动-声”声传递函数是采用高级传
递路径分析(atpa)方法获得传递函数。
[0050]
传递路径分析(transfer path analysis，tpa)是一种解决噪声振动与不平顺性(noise vibration harshness，nvh)问题的研究方法。经过20多年的发展，在国内外该方法已被广泛应用于噪声与振动源的定位，并获得了nvh领域的广泛认可。在实际应用中，传递路径分析方法已经衍生出很多种方法，其中传统tpa方法是目前运用较为广泛的方法。tpa及atpa都是现有技术，atpa是mgrans,j.s.v等人为了解决传统tpa测试过程繁琐和otpa精度偏低的缺陷提出的高级传递路径方法，该方法从理论上实现了各传递路径的解耦，提高了测试精度；同时免除了激励源的拆卸，避免了因拆卸激励源导致所测频响函数的真实性问题，是一种兼具精度与效率的传递路径分析方法。
[0051]
第二、车辆以不同速度通过测试位置轨道时，测量上述传感器的数据，用车辆通过时加速度计测试的数据和车辆静压时获得的“振动-声”传递函数，预测出车辆通过时的轨道辐射噪声。
[0052]
第三、增加第二传声器14，第二传声器的位置是在轨道一侧的7米远1.2米高处，车通通过时采集的传声器噪声以声学计算方式减去轨道辐射噪声预测值，可获得车辆的辐射噪声。
[0053]
通过上述方法可分离出轨道与车辆的辐射噪声，并有效预测出轨道辐射噪声预测值，其预测精度在1db以内。
[0054]
最后需要说明的是，上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本技术所附权利要求所限定的范围。