СПОСОБ АКУСТИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ АВТОМОБИЛЯ НА ВНЕШНЕЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ ДОЖДЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к технике имитации атмосферных условий, в частности дождя, воздействующих на колесное транспортное средство и оказывающих влияние на виброакустический комфорт в салоне (кабине) транспортного средства, в частности легкового автомобиля, и конкретно имеет отношение к конструкциям акустических испытательных стендов, используемых в процессе исследовательских и доводочных работ по виброакустике колесных транспортных средств.

Решение проблемы уменьшения акустического загрязнения окружающей среды и улучшения акустического комфорта наземных колесных транспортных средств - важная актуальная задача разработчиков и исследователей транспортной техники, требующая больших материальных, временных и интеллектуальных затрат. Наиболее мобильными и продуктивными процессами исследований и доводки, в частности, колесных транспортных средств по шуму и виброкомфорту являются экспериментальные исследования, проводимые в стендовых условиях, с привлечением многообразной техники имитации скоростных и нагрузочных режимов, идентичных дорожным (полевым) условиям испытаний (например, динамических стендов с беговыми барабанами), стационарной измерительной и анализирующей аппаратуры. Постоянные, не зависящие от погоды и состояния дорожного покрытия условия испытаний, удобство фиксации и анализа измерительной информации способствуют, в связи с этим, все более широкому распространению стендовых исследований виброакустических процессов, протекающих в наземных колесных транспортных средствах.

Достаточно полную имитацию условий скоростных и нагрузочных режимов движения автомобиля в реальных дорожных условиях можно достичь на стендах с беговыми барабанами, практика использования которых нашла широкое распространение на предприятиях, производящих автотранспортную технику и в НИИ. С другой стороны - условия свободного звукового поля возможно реализовать, поместив этот динамометрический стенд с беговыми барабанами в специальное строительное сооружение - полубезэховую или безэховую акустическую камеру.

В связи с этим современные технологии исследования акустических процессов, реализующихся на транспортных средствах (автомобилях, тракторах, мотоциклах и прочих видах колесных транспортных средств), предусматривают, в частности, применение специальных низкошумных беговых барабанов, позволяющих имитировать различные скоростные и нагрузочные режимы работы энергетических и трансмиссионных агрегатов транспортных средств в условиях размещения их в специальных безэховых или полубезэховых акустических камерах, способствующих формированию свободного звукового поля в зонах измерений.

Безэховая (полностью заглушенная) или полубезэховая (заглушенная, с отражающим полом) испытательные камеры представляют собой помещение, установленное на отдельном, виброизолированном от основного здания фундаменте. В такой камере размещается динамический стенд с беговыми барабанами (или моторный тормозной стенд), виброизолированный от основного здания и корпуса камеры. Привод и тормозная установка размещаются в подвальном или находящемся на одном уровне с камерой, специальном машинном помещении. Для приближения акустических свойств камеры к свободному звуковому полю выполняется направленное согласование акустических импедансов (сопротивлений) воздушной среды в свободном пространстве камеры и в пористой структуре звукопоглощающего материала, облицовывающего (футерующего) звукоотражающие поверхности стен, потолка, пола. Именно поэтому конструкция звукопоглощающей облицовки стен (пола, потолка) камеры выполняется пористой и имеет структурную плотность (пористость), плавно изменяющуюся по глубине покрытия в направлении распространения звуковых волн к жесткой звукоотражающей поверхности стен (пола, потолка). Причем наибольшая плотность пористой звукопоглощающей облицовки реализуется непосредственно у стенок камеры, а наименьшая - на внешнем (приемном) поверхностном слое звукопоглощающей футеровки стен и потолка помещения испытательной камеры. Необходимые условия такого волнового согласования сред распространения и поглощения звука в зонах стен и потолка достигаются, в частности, применением различных объемных поглотителей звука клиновой формы (клинья, кулисы).

Технология эффективных и экономически оправданных приемов исследований и доводки автомобиля по виброакустике предусматривает выбор наиболее рациональных путей снижения внутреннего шума (шума внутри кабины или пассажирского салона), связанных как с доработкой конструкции конкретных виброшумоактивных агрегатов, ответственных за генерирование этой виброакустической энергии, так и всех передающих звеньев и путей их передачи в процессах формирования виброакустических полей автомобиля. Известно, что шум и вибрации в салоне автомобиля определяются, в основном, следующими составляющими: структурной составляющей, передающейся от источников шума и вибрации через твердые элементные связи конструкций, агрегатов и систем с кузовом автомобиля, в частности через опорные механические связи силового агрегата, его системы выпуска и агрегатов трансмиссии в виде упруго-демпфирующих виброизоляторов (опор подвески), на элементы силового каркаса и панели кузова, а также воздушной составляющей звуковой энергии, проникающей в салон автомобиля от источников излучения через открытые коммуникационные каналы или панели со слабой зкукоизоляцией в воздушное пространство салона автомобиля. Источниками структурной и воздушной составляющей шумовой энергии, передающейся в салон легкового автомобиля, помимо работающих узлов и агрегатов самого автомобиля, могут являться внешние воздействия атмосферных условий, например, скорость и направление ветра, дождь, град и т.д. В условиях возрастающей конкуренции среди производителей легковых автомобилей, для улучшения потребительских свойств в области виброакустического комфорта, кроме стандартных, регламентируемых отраслевыми ГОСТами и правилами, видов испытаний, важно проводить исследовательские и доводочные работы по оценке влияния внешнего воздействия атмосферных условий, в частности дождя, на виброакустику автомобиля с целью последующей оптимизации, например, элементов экстерьера автомобиля, оказывающих влияние на акустический комфорт в пассажирском салоне. Как правило, такие виды испытаний проводятся в дорожных условиях при наличии свободного звукового поля и соответствующих атмосферных влияний. Это приводит к зависимости от погодных условий (например, невозможно оценивать влияние дождя в зимнее время или в засушливую погоду летом), что, несомненно, приводит к увеличению сроков исследовательских и доводочных работ в области виброакустики автомобиля.

Из описания патента на изобретение Российской Федерации №2294785, МПК⁶ A63J 5/00, опубл. 20.06.2005 г., известна воздуходувная установка для создания локальных погодных условий или для их имитации. Установка содержит платформу, выполненную в виде жесткой сварной рамы, на которой расположена опора для установки поворотной турели с карданным подвесом на подшипник, моторамой с двигателем, воздушным винтом, компрессором сжатого воздуха, защитным кожухом и аккумулятором. На платформе с нижней стороны расположены ролики, откидывающиеся рычаги с колесами, фиксаторы этих рычагов, цилиндры-подъемники, винтовая опора с башмаком по центру платформы с одной стороны; а с другой стороны платформы расположена откидная поворотная вилка с водилом, цилиндром-подъемником и колесами, слева и справа платформы установлены на кронштейнах откидные сошники с башмаками, выдвижной сошник, расположенный со стороны откидной поворотной вилки, прямо под ней, кресло оператора, аккумулятор и электропривод, генераторы дыма с форсункой, генераторы дождя и тумана с насосом, емкости с распыляемой жидкостью или суспензией и с кнопкой управления, генератор запаха с форсункой и кнопкой управления; на карданном подвесе расположены рычаги управления двигателем, рычаг разворота двигателя, приборная доска контроля режимов работы двигателя и фиксаторы пространственного положения двигателя. Недостатком известной воздуходувной установки является сложность изготовления, а также наличие крупногабаритных звукоотражающих поверхностей, существенно искажающих условия свободного звукового поля вне пространства испытательного помещения или приближенные условия к свободному звуковому полю в полубезэховой акустической камере в случае использования вышеуказанной воздуходувной установки в процессе виброакустических испытаний автомобиля. В этом случае возникнет так называемое диффузное звуковое поле в результате переотражения звуковых волн, генерируемых испытуемым автомобилем, от жестких поверхностей воздуходувной установки, что вызовет дополнительное, «паразитное» излучение звуковой энергии на поверхности элементов экстерьера автомобиля и не позволит выполнить качественную, достоверную оценку влияния дождя на виброакустические показатели автомобиля. Кроме этого, конструкция известной воздуходувной установки содержит устройство распыления жидкости, при использовании которого необходимо дополнительное оснащение измерительных приборов и испытательного оборудования средствами защиты от повышенной влажности.

Из описания к патенту на изобретение Российской Федерации №2207536, МПК⁶ G01M 15/00, опубл. 27.06.2003 г., известны климатические камеры для испытания машин. Климатические камеры содержат, как правило, теплоизоляционные помещения, в которых установлены стенды для ускоренных имитационных испытаний машин в разных экстремальных температурных режимах. Камеры снабжены холодильными и нагревательными устройствами, смотровыми стеклами, осветительными лампами, световой и звуковой сигнализацией, а также устройствами для увлажнения, запыления, создания ветра, изменения атмосферного барометрического давления и выполнены с возможностью создания имитации климатических условий с разными параметрами. Обладая многофункциональными свойствами, тем не менее такие климатические камеры не предназначены для проведения виброакустических испытаний автомобиля ввиду отсутствия условий, приближенных к условиям свободного звукового поля, наличия жестких присоединительных связей строительных конструкций и технологического оборудования камеры, что создает дополнительное, не связанное с эксплуатацией автомобиля в реальных дорожных условиях, вибровозбуждение узлов, агрегатов, а также оцениваемых элементов экстерьера исследуемого автомобиля. Применяемое в указанных камерах устройство для увлажнения также предусматривает использование жидкости и соответственно, требует применения дополнительных средств защиты измерительных приборов и испытательного оборудования от повышенной влажности.

Из описания к патенту Японии JPS57184943, МПК³ G01M 17/00, опубл. 13.11.1982 известна установка для испытаний транспортного средства в условиях ветра и дождя, в которой воздух циркулирует по воздуховоду, который открыт в передней и задней частях испытательного отсека. Поток воздуха формируется в продувочной части воздуховода с помощью вентилятора и обтекателей. Дождевой распылитель установлен перед исследуемым транспортным средством по ходу нисходящего из воздуховода потока воздуха. Струи воды, имитирующие дождь упоминавшегося дождевого распылителя, поступают из емкости, снабженной водяным насосом, и попадают на транспортное средство с воздушным потоком, поступающим из продувочной части воздуховода. Таким образом воспроизводятся условия ветра и дождя, имитирующие движение автомобиля под дождем, что позволяет проводить различные виды дождевых тестов. К недостаткам упомянутой установки следует отнести отсутствие возможности проведения испытаний в условия свободного звукового поля внешней среды, необходимость строительства специального помещения, монтажа дополнительного оборудования предназначенного для обеспечения воздуходувного комплекса, применения дополнительных средств защиты измерительных приборов и испытательного оборудования от повышенной влажности.

Таким образом, все известные способы проведения вышеуказанных испытаний предусматривают применение установок имитации дождя, оборудованных системами подачи и отвода воды. Размещение указанных систем в местах проведения испытаний связано с дополнительными монтажными работами, оснащением помещения водопроводными коммуникациями, увеличением пропускной способности вытяжной вентиляционной системы и средствами защиты от повышенной влажности измерительных приборов и испытательного оборудования.

Предлагаемый способ и устройство для его осуществления позволяют расширить область применения и функциональность существующих методов испытаний за счет их проведения в сухих условиях.

Технический результат достигается тем, что предлагаемый способ акустических испытаний автомобиля позволяет имитировать внешнее воздействие дождя на виброакустику автомобиля, заключающийся в том, что внешнее воздействие обеспечивается посредством механического устройства, а степень интенсивности имитирующего воздействия выбирают по наперед заданным опытным путем величинам, соответствующим относительным значениям соотношения - шум/количество осадков.

В результате перемещений крупных воздушных масс различной температуры в атмосфере могут наблюдаться образования сгустившихся водяных паров в виде массивного плотного тумана, скапливающегося на значительной высоте относительно поверхности Земли. При изменении температуры из смешанных воздушных масс выпадают атмосферные осадки, представляющие собой множество падающих капель воды. При падении на горизонтальные поверхности капли воды производят периодическое воздействие, которое вызывает возникновение ударного шума и резонансные колебания упомянутых поверхностей. Частота возникающего ударного шума относится к диапазону наибольшей спектральной чувствительности слухового аппарата человека. При эксплуатации автомобиля, крыша которого представляет собой, в основном, плоскую горизонтальную поверхность, воздействие ударного шума оказывает прямое влияние на уровень акустического комфорта водителя и пассажиров, находящихся в салоне автомобиля, от которого зависит, в том числе, утомляемость водителя, и, как следствие, безопасность участников дорожного движения.

Для проведения акустических испытаний автомобиля на внешнее воздействие дождя используют устройство, состоящее из акустической камеры с беговыми барабанами, установленными в камере испытуемого автомобиля и установки, осуществляющей внешнее воздействие и состоящей, в свою очередь, из двух регулируемых по высоте телескопических стоек, соединенных по вершинам горизонтальной балкой, на основании которой, с возможностью перемещения вдоль балки, установлен П-образный кронштейн, внутри которого, с возможностью вращения, закреплен, по меньшей мере, один валик, наружная поверхность которого снабжена рядами свободно навешенных полипропиленовых нитей с шарообразными утолщениями на концах. При этом шарообразные утолщения могут быть выполнены с размером в поперечнике соответствующим величине из диапазона от 3 до 10 мм.

Предлагаемое устройство поясняется чертежами, где на фиг. 1 показаны акустическая камера 1, стенд 2 с беговыми барабанами 3, установленный в камере 1 испытуемый автомобиль 4 и установка 5, осуществляющая внешнее воздействие. Установка 5, в свою очередь (см. фиг. 2), состоит из двух регулируемых по высоте телескопических стоек 6, соединенных по вершинам 7 горизонтальной балкой 8, на основании 9 которой, с возможностью перемещения вдоль балки 8, установлен П-образный кронштейн 10, внутри которого, с возможностью вращения, закреплен, по меньшей мере, один валик 11, наружная поверхность 12 которого снабжена рядами свободно навешенных полипропиленовых нитей 13 с шарообразными утолщениями 14 на концах. При этом шарообразные утолщения 14 могут быть выполнены с размером в поперечнике, соответствующем величине из диапазона от 3 до 10 мм.

Предлагаемый способ акустических испытаний автомобиля предусматривает следующую последовательность.

В акустическую камеру 1, на стенд 2 с беговыми барабанами 3, в пространство между двумя регулируемыми по высоте телескопическими стойками 6, соединенными по вершинам 7 горизонтальной балкой 8, помещают испытуемый автомобиль 4 с установленной в салоне измерительной виброакустической аппаратурой (не показана). Путем перемещения вдоль горизонтальной балки 8 П-образного кронштейна 10, а также регулируя высоту стоек 6, выбирают такое положение валика 11 относительно пола 15 акустической камеры 1, при котором шарообразные утолщения 14 свободно навешенных полипропиленовых нитей 13 касаются поверхности крыши 16 испытуемого автомобиля 4. Ось валика 11 приводят во вращение, например, электродвигателем 17 с заданной частотой вращения, регулируемой, например, посредством изменения величины реостатного сопротивления, включенного в цепь питания упомянутого электродвигателя 17. Частоту вращения электродвигателя 17 и, соответственно, скорость вращения валика 11, выбирают по наперед заданным опытным путем значениям, соответствующим, по своим шумовым характеристикам, степени интенсивности имитируемого дождя из диапазона от 0,25 до 100 мм/ч, соответственно, от "слабые осадки в виде мороси" до "сильный дождь в виде ливня". Например, шум, возникающий на горизонтальной поверхности под воздействием слабых осадков в виде мороси, объем которых составляет 0,25 мм/ч, может соответствовать шуму, вызванному ударным воздействием на поверхность автомобиля 4 шарообразных утолщений 14 свободно навешенных на валик 11 полипропиленовых нитей 13, при частоте вращения валика 11, например, равной 250 об/мин. Общий диапазон ударного воздействия во время проведения испытаний, который может находится в пределах от самого малого, имитирующего слабые осадки в виде мороси, соответствующие интенсивности 0,25 мм/ч, до наиболее высокого уровня, имитирующего сильный дождь в виде ливня, соответствующий интенсивности 100 мм/ч, определяют в зависимости от запланированной программы испытаний. С помощью измерительной виброакустической аппаратуры снимают значения шумовых характеристик внутри салона автомобиля. Записывают полученные значения на запоминающие устройства для дальнейшей оценки и анализа. Конструкцией устройства предусмотрено одновременное размещение и использование нескольких установок 5, например, для проведения акустических испытаний длинномерных автомобилей.

Предлагаемый способ и устройство для его осуществления позволяют, с одной стороны, проводить виброакустические исследования при различных имитационных, приближенных к реальным, дорожных условиях и режимах испытаний, а с другой стороны, обеспечить условия свободного звукового поля, необходимые для проведения качественных и объективных виброакустических измерений.