（动力机械及工程专业论文）发动机及车辆声品质主观评价及道路交通噪声预测与控制.pdf

中文摘要 “能源与环境”是2 1 世纪所面临的两大课题，随着人们生活节奏的加快和 社会流动的加剧以及对生活品质要求的提高，选购轿车的性能标准除节能、安全、 少污染之外，对乘坐舒适性的要求也越来越高。另外，车辆保有量和城市人口的 增加使得城市道路交通噪声污染也日益严重，尤其是道路两侧居住区。 文中分别针对三种车型在不同的行驶速度工况下的车内噪声进行测录，采用 成对比较的方法由受试者进行评价，得出最终的主观评价值。针对这些声音样本 提取出其客观的物理参量：响度、尖锐度、波动级、周期性和峭度，应用多元统 计的方法和理论分析客观的物理参量和主观评价得分值之间量化的影响关系，建 立起车辆声音品质的心理学评价模型。结果表明响度为影响声音品质的最重要因 素，其次是峭度和周期性。其中周期性和波动级的权重系数为负值，说明随着这 两者的增大车辆声音品质会得以适当的提高。该模型的建立过程和方法对于其它 车型声音品质的评价研究同样具有重要的借鉴意义和价值。 城市道路交通噪声受很多因素的影响，包括声源的产生以及传播的路径，噪 声源产生的最丰要影响因素为车流量、车速以及重型车的比例。文中采用等效车 流的简化模型对城市道路交通噪声进行了预测与环境影响分析，通过实测结果的 验证表明该预测模型的预测值与实测值的均值差分别为0 6 0 9 d b ( a ) ，最大差值为 1 3 2 1 d b ( a ) ，同时大大简化了预测的过程，简便易行。 道路交通噪声的控制更普遍采用的是声屏障和隔声门窗。文中针对这些措施 进行了数值计算、f e m b e m 计算，声屏障的传声损失主要取决于声程差以及声 音的频率。对于隔声窗传声损失的影响，除了入射角外，还有一个更为决定性的 因子：单位面积的声阻抗。对于厚板，声阻抗已经成为传声损失的主要影响因素。 同时进行了实验验证和分析，结果表明数值计算和实测结果存在一定的差异，但 基本能够满足工程需要，同时采用计算的方法在实际条件、费用、方案的变更等 方面是实验所不能比拟的。 道路交通噪声的预测、分析与评价目前国内还没有一套完善的系统，基本上 都是采用国外的系统。本课题在测试与分析的基础上开发了一套道路交通噪声的 预测、分析和评价系统，结合我国的实际情况对各种预测模型进行了修正，实测 结果表明修正的c r t n 模型以及r l s 9 0 模型相对而言能够更好地预测交通噪声。 关键词：声音品质主观评价烦恼度交通噪声预测模型 a b s t r a c t “e n e r g ya n de n v i r o m n e n t ”a r et 1 1 et w og 陀a tp r o b l e m so ft h ec e n t u r y w i t hm e s p e e d u po fp e o p l e s1 i f e ，d e v e l o p m e n to fs o c i 哟，m i 刚i o n ，柚dn e e d o fm o r e c o m f o r t a b l el i f eq u a l i 劬b e s i d eo ft h es t a l l d a r do fc n e r g ys a v i i l g ，s a f e 职a n dp o l l u t i o n r e d u c i n g ，t h ed e m a n do fr i d i n gc o m f o r tb e c o m e sm o r ea 芏l dm o r ei m p o r t a n t i n a d d i t i o 玛t l l ei n c r e 嬲eo fv e h i c l er e t a i n m e n tq u a n t i t y 粕dc i 够p o p u l a t i o nm a l ( e st l l e p r o b l e mo f 仃a 伍cn o i s ep o l l u t i o n ，w h i c hi se s p e c i a l l ys e v e r ei nm ei n h a b i t a t i o na r e a b e s i d eo f r o a d t h ep a p e ra i m sa tt l l f e ed i f f e r e i l tt y p e so fv e h i c l e a f t e rt h en o i s e sw e r em e a s u r e d a i l ds t o r e da tv 撕o u ss p e e dc o n d i t i o n s ，t l l e nw e r ee v a l u a t e db yl i s t e n e r sa d 叩t i l l gt h e m e t l l o do fp a i r e dc o m p 撕s o n ，m es c o r eo fe a c hn o i s es 锄p l ec a nb eo b t a i l l e df - m a l l y f o rt h en o i s es a i n p l e st l l ep h y s i c a lp a r a m e t e r sw e r ed i s t i l l e d ：l o u d i l e s s ，s h a r p n e s s ， f l u 删i o n ，p 丽o d i c i 哆蠲dk 吣i s u s i n gt h em e t h o da n d 也e o d ，o f u l t i p l es t a t i s t i c s ， t h er e l a t i o n s h i pb e 魄e e no b j e c t j v ep h y s i c a lp a 舢e t e r s 锄ds u b j e c t i v ee v a l u a t i o n s c o r e sw 弱卸a l y z e d ，a 1 1 dt l l e nt h ep s y c h o l o g i c a le v a l u a t i o nm o d e lc 锄b eb u i l tu p t h er e s u l ts h o w st l l a tl o u d i l e s si st h ei n o s ti m p o n a i l tf k t o r ，i a l r t o s i sa n dp e d o d i c i t ) ， a r et h en e x t ，i nw h i c ht h ew e i 班i 1 1 9f a c t o r so fp 谢o d i c 时锄dn u c t u a t i o na r en e g a t i v e ， a n dt h i si n d i c a t e st h a tm ev e h i c l es o u i l d 舢a l 时w i l lb gi m 胛0 v e dw i 也t h ei n c r e a s eo f p e o d i c 毋锄dn u c t u a t i o n t h eb a s e dp r o c e s s 锄dm e t h o do ft h em o d e la r eu s ef o r r e f e r e n c ea n dv a l u a b l ef o rt 1 1 es t u d yo ft h es o u n dq u a i i 哆p r o b l e mo fo t h e fv e h i c l e 帅e s c i 哆f o a dt r a 伍cn o i s ei si n n u e i l c e db ym a n yf a c t o r s ，i 1 1 c l u d i l l gt 1 1 es o u r c ea n dt h e 臼a n s m i t t i n g p a t h ，i nw h i c ht h e 廿a 伍cv o h 蚰1 e ，v e h i c l es p e e da n dr a t i oo fh e a 、哆 v e h i c l ea r et 1 1 e d o m i n a t 地f a c t o r s 。1 1 1 ep 印e rp r e d i c t e dr o a d 仃a 伍cn o i s ea n d a 1 1 a l y z e de n v 的n m e n ti 1 1 n u e n c eu s i n gs i m p l i f i e de q u i v a l e n tv e h i c l ev o l u m em o d e l ， t h ee x p e r i m e n tr e s u l ts h o w sm a tt h em e a i lv a l u eb e t w e e nm ep r e d i c t i o nr e s u l t su s i n g t h em o d e 】a 1 1 dm e a s u r e dv a l u e si so 6 0 9 d b ( a ) ，她dt h e 搬x i m a ld i 恐1 e n c ev a l u ei s 1 3 2 1 d b ( a ) t h em o d e ls i m p l i f i e dt h ep r e d i c t i o np r o c e s sg r e a t l y 觚di ss i m p l ea n d c o n v e n i e n tt ou s e h e n c et h em o r eu s u a lc o n 仃o lm e a n so f 仃a 衔cn o i s ei st h ea d o p t i o no fs o u n d b a r r i e ra n ds o u l l di i l s u l a t i o nd o o ra i l dw m d o w t h ep 印e rc a 仃i e dt l 邶u 曲n u m e r i c a l c a l c u l a t i o na n df e m b e ms i m u l a t i o n ，s o u l l db a 耐e rs o n i f e r o u sl o s si m i l l i yr e s tw 仙 d i s t a i l c ed i 毹r e n c ea n ds o u n d 仃e q u e n c y ，f o rs o u i l di n s u l a t i o nd o o ra i l dw i n d o wt l l e r e i sam o r ed e f _ m i t i v ef - a c t o r ：s o u n di l p e d a n c eo fp e ru n i ta r e ao t h e rt h 锄t l l ei n c i d e n c e 锄g l e f o rt l l i c kp l a t e ，s o u n di n l p e d a n c eh a sb e c o m et h em o s ti m p o r 胁c ef a c t o r a l s o 也ee x p e r i m e n ta n a l y s i sa i l dv a l i d a t i o ni sp r o c e e d e d ，t h e ，t h eo u t c o m es h o w st h a tt h e m 皿e r i c a lc o r n p u t a t i o nc a ns a t i s 匆t h ee n g i n e e 而1 9r e q u i r e m e n ti ns p i t co ft h e d i f i e r e n c eb e t w e e nn u l n e r i c a lc a l c u l a t i o n锄de x p e n m e n t ，a l s ol ec o n l p u t a t i o n m e t l l o di sf 打m o r ea d v a n t a g e dt h a ne x p e m e n ti np r a c t i c a lc o n d i t i o n ，e x p e i l d i t u r e a n da l t e r a t i o no fs c h e m ee t c t l h e r ei s n ta 向ni n t e g m t e ds y s t e mf o rp r e d i c t i o n ，蛆a l y s i s 锄de v a l 岫t i o no fr o a d 仃a 伍cn o i s e ，f o r e i 盟s o 胁a r ei sa d o p t e df o r 仃a 伍cn o i s e 1 h ep 印e rd e v e l o p e da 如1 1 i i l t e g r a t e ds y s t e mf o rp r e d i c t i o n ，a n a l y s i s 锄de v a l u a t i o no fr o a d 仃a f f i cn o i s eo nm e b a s i so ft e s t i n g 蛆d 锄a l y z i n g ，r e v i s e dt h ed i v e r s i f i e dp r e d i c t i o nm o d e l sc o m b i n e d w i t ho l l rp r a c t i c a lc o n d i t i o n t h em e a s u r e m tr e s u l t ss h o wm a tt 1 1 em o d i f i e dc r t n 锄dr l s 9 0m o d e la r em o r e 印p m p r i a t ei 1 1r o a d 仃a 伍cn o i s ep r e d i c t i o nr e l a t i v e l y k e yw o r d s ：s o u n dq u a l i 吼州e c t i v ee v a l u a t i 伽，锄0 y a n c e ，仃a 伍cn o i s e ， p r e d i c t i o nm o d e l 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得墨鲞盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：荟昔辛 签字日期：矽。7 年3 月占日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盘鲞盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权苤鲞盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：；并串 签字日期：j9 0 7 年3 月，3 日 导师签名： 签字日期：1 年舻月i 日 天津大学博士学位论文 第一章绪论 在2 0 世纪8 0 年代，对于车辆和发动机的开发而言，设计的关注点在于降低 声压的能量，以使得用d b ( a ) 测量的声压级能够满足正在执行和将要执行的越来 越严格的噪声法规，而没有考虑更深入的声音特性。进入9 0 年代，在低噪声的 基础上，人们意识到不同的声音会产生犹如八音盒、多乐器音乐会般的效果。声 音品质改善的目标将是适应顾客需求的、易接受的、不令人厌的、动感的声音。 因为声音品质的判断最终要通过人来加以判断，而人对于声音的感受与所测的得 d b ( a ) 声级有所不同，经常会出现这种情况，用d b ( a ) 测量是达标的，但人感觉 是烦恼的；甚至用d b ( a ) 测量是大的声音，感觉上可能比声音小的更悦耳，这说 明人耳声音的主观感受还受到声音其它参数的影响。 随着我国城市经济建设的迅猛发展和城市人口的迅速增长，市政道路建设作 为城市的基础设施发展很快，道路拓宽、等级提高，使公众出行尤其是汽车通行 更加方便、快捷：同时城市汽车保有量的持续增长，使城市交通更加繁忙。但随 之而来的问题是城市道路交通噪声污染也日益严重，繁忙的城市交通，使行人， 尤其是居住在城市交通道路两侧的居民在不同程度上受到道路交通噪声的干扰。 自上世纪8 0 年代中期以来，中国的汽车保有量逐年增长，据统计，截止到 2 0 0 0 年，中国汽车保有量为1 5 7 2 万辆；2 0 0 4 年，中国汽车保有量为2 7 4 2 万辆， 近年来，一直保持1 0 一1 5 的增长率。据预测，到2 0 1 0 年，中国市场将成为 仅次于美国的全球第二大汽车市场，年销量将超过日本，达到5 0 0 6 0 0 万辆。 与此同时也造成了环境的污染，对人们的生活品质、身心健康造成了严重的影响 和危害，而且其影响范围广，难以消除，因而环境噪声自本世纪7 0 年代以来被 称为城市环境问题的四大公害之一。城市噪声污染中，7 0 是来自于交通运输产 生的噪声，据统计我国大中城市中，1 9 9 5 年交通干线两侧区域噪声超标的城市 达7 0 以上，全国有2 3 的城市居民生活在噪声超标的环境中。因而，对交通 噪声的分析、预测、评价和控制方法的研究成为可持续发展的城市交通系统的重 要研究内容。控制和降低交通噪声，创造良好的声环境质量，具有显著的经济效 益和环境效益，在解决好交通的同时也确保良好的生活环境。 城市环境噪声中对人干扰大、影响面广而又最难解决的就是交通噪声，城市 经济建设的迅速发展，各种机动车辆每年增长速度较快，城市道路交通噪声污染 较为突出，机动车辆行驶噪声沿线辐射是一种非稳态不连续的流动声源，已成为 第一章绪论 城市环境噪声的主要来源，同时也是环境噪声控制中的难点n 2 3 。 1 1 国内外车辆声音品质研究进展 随着汽车工业的迅猛发展，汽车的n 特性成为衡量车辆品质的重要指标。 车内噪声是影响乘员的舒适性、听觉损害程度、语言清晰度以及对车外各种音响 讯号识别能力的重要因素，车内声音的品质成为人们评价和选购汽车的重要因素 专一【3 】 “一 o 1 1 1 车辆声音品质的描述 当前，声音品质的研究在电器、音响和汽车行业等行业受到极其关注卜1 3 】， 国内外的研究者借助声音的物理参量进行了许多的统计学研究，旨在客观地描述 噪声的主观感受【1 引。 自8 0 年代早期以来，听闻记录和分析技术已被声学专家用来模拟人耳的听 觉进行声音的测量和分析【3 3 】。这种采用人工头记录声音、应用心理声学计算分析 的听闻测试技术对于完善声品质和进行良好的声设计是至关重要的。声音品质的 研究始于2 0 世纪8 0 年代中后期，德国6 岫s 研究了1 7 种钟声及1 7 种日常生活 中其它声音的品质【1 4 1 。b r e n i l e c k e 和r e i m e r s 对2 5 种有代表性的工业噪声的进 行了烦恼性的主观评价【1 5 】。z w i c k e r 提出了对噪声进行主观评价的方法，利用诸 如响度、尖税度、粗糙度等指标，对噪声的主观特性进行量化评价【l 6 | 。 在车辆及发动机声音品质主观评价技术的研究中，奥地利a v l 李斯特公司 的s c h i 肋a n k e r 和h u s s a i n 等作了开拓性的工作【1 7 】。通过对6 0 种有代表性的发动 机噪声的测量，按声学特征归纳为8 类评价指标，提炼出4 8 个物理特征量，对 3 0 0 个应试者作了噪声烦恼度的统计学分析，建立了完整的噪声族谱的测试方法 和以数理统计为基础的主观评价技术。声音品质的主观评价受多种因素的影响， 不同人种、对象对车辆和发动机声音品质的偏好和评价指标的确定也是有所不 同。如德国f e v 发动机技术公司对车辆和发动机声音品质划分为1 1 种评价指标 【1 8 】；日本学者则将车辆噪声提炼出1 4 类评价指标【1 9 】；而美国福特公司的研究人 员则把车辆的启动持续时间也作为一个评价车辆声音品质的指标【2 l j ；英国 黜c 鲫d o 的研究人员则将噪声的评价归类为5 种指标【2 2 乃j 。 但是，由于种族、性别、年龄等的差异，车辆声音品质的描述和评价是各具 特色，因而有必要对中国人对车辆声音的主观感受加以研究和分析。 天津大学博士学位论文 1 1 2 车辆声音品质的研究 a v l 李斯特公司的hs c h i 肋a 1 1 l 【e r 和ms c l l i l e i d e r 等在研究中对发动机噪声 采用了成对比较法和理论推导中的分段选择法【8 1 ，应用这些方法挑选出能够最 准确描述发动机噪声主观感受的物理量，结果表明：声音品质烦恼度是和声音的 响度、重复率、粗糙度和尖锐度及脉动性相关的。 福特汽车公司对车辆启动噪声声音品质进行了研究，结果发现起动持续时间 和声学特性在主观评价中有同等的重要作用，而响度与它们相比反而是次要因 素。 德国f e v 发动机技术公司对声音品质也进行了相应的研究，根据主观烦恼 度值，给出了极性分布和心理反映图【1 引。研究人员分析了主观判定与客观特征的 关系。研究者发现，影响声音品质的主要因素是饱满性( p o w e 雨u ) 、阶跃激励和 脉冲激励因素。同时发现德国人对声音的愉悦感是和声音饱满性( p o w e 向1 1 ) 成正 比的。 日本人在对声音品质的丰观评价研究中则发现，对声音主观评价的主要依据 是响度、脉动性和频率特性，并且日本人对声音的清脆音( m e t a l i c ) 较为喜欢【1 9 】； 日本的田佃研究了日本人和德国人对发动机声音品质的主观感受的比较【2 们， 在6 项指标中，4 项差异较大，其中2 项出现了完全相反的判断。 由于摩托车发动机无遮盖且离骑车人近，所以改善声学品质对摩托车更迫 切。y a m a h a 是摩托车厂商中较早开始研究噪声的主观评价问题。该公司的 m a e d a 、m a e k a w a 和n o m u r a 等的研究工作集中在怠速噪纠2 们，选择了三个参量 来描述怠速噪声的主观特性，即响度、脉动性和频率特性，分别用a 加权声压 级、波动级和高频级来表达。结果表明用上述三个物理量的线形组合得到评估值 与主观评价值之间有很高的相关性。并且开发了发动机噪声评估仪，通过噪声的 客观测量量对声品质进行主观评价。 1 1 3 车辆声音品质的设计与开发 f e v 发动机技术公司长期致力于系统地应用声音品质( 尤其是内部噪声的声 音品质) 特性优化内燃机设计的研究。其总体设计思想是通过研究内部噪声的主 观评价，分析造成发动机噪声骚扰性的主要原因，并估计改进的潜力，确定目标 噪声值，优化内燃机设计。其研究步骤为：( 1 ) 发动机噪声的实时状态分析；( 2 ) 声音 品质目标值的确定；( 3 ) 零部件的声学设计。 f e v 的应用研究主要在三个方面。 ( 1 ) 进气系统的声学设计。该设计应同发动机的最高扭矩、功率特性结合起 第。章绪论 来，因而，声学模型的建立与容积效率的计算应同时进行。 ( 2 ) 发动机机体结构设计。这部分的声学设计应集中于机体裙部，大部分隆 隆声和声音的粗糙度可通过这部分的优化设计而得到降低。 ( 3 ) 活塞的声学设计。活塞与气缸内壁的拍击激起了气缸和机体的振动，从 而导致了噪声。活塞外形、活塞头部直径、活塞间隙和活塞销的偏心距都是容易 引起噪声的参数。 日本尼桑汽车公司在改善发动机及整车的声音品质方面做了大量的工作【2 n 2 引。他们认为，良好的声音品质应满足：( 1 ) 声压级与转速的线性关系；( 2 ) 声音 的基础分量的声压级应远大于其它分量的声压级。尼桑汽车公司开展了对4 5 l v 8 发动机声音品质和柔性飞轮研究。 研究者认为，对于v 8 发动机，除了要满足上述两点特性以外，还必须保证 气缸裙部较高的刚性。因为燃烧压力是在对角线方向上施加在气缸体上的，所以 容易造成扭转和弯曲振动。采取的措施有：( 1 ) 曲轴材料采用锻钢，且曲轴销和 曲轴颈的直径足够大，保证较高的曲柄刚度；( 2 ) 在曲轴前段皮带轮上加扭弯减 振器来减少弯曲振动；( 3 ) 使用轴承梁提高曲轴的支撑刚度，采用侧向加强气缸 刚度来抑制v 型机刚休的对角变形和弯曲变形；( 4 ) 利用主谐次法降低旋转方向 的不平衡量，使不平衡量降低到了原来的l 4 ；( 5 ) 通过使用扩张式谐振器、霍尔 姆兹谐振器及管式谐振器降低了进气噪声。以上措施的采用使得v h 4 5 d 发动机 从怠速到极限转速皆能保持良好的音质特性。 尼桑汽车公司的研究人员发现，试验机第四缸由燃烧产生的激励力容易造成 曲轴飞轮系统的隆隆噪声。而由于高转速下曲轴飞轮系统的共振，引起线性关 系遭到破坏，也会出现噪声。为解决这些问题，开发了柔性飞轮，即飞轮通过一 个柔性盘联结在曲轴上。该柔性盘可以调整曲轴飞轮系统的共振频率，使其落 在产生加速噪声的频率之外。试验结果表明，此改进不仅降低了振动幅值，防止 了线性恶化，而且由于降低了飞轮盘的应力集中，使之更加可靠。 f o r d 汽车公司也对发动机的声音品质做了大量的研究工作，其主要针对动 力系、进排气系统以及车辆配件进行了研究，研究方法和上述的大致相同。认为 声音品质设计主要考虑响度、发火阶次、线性度以及高频噪声，其中发火阶次对 于对于舒适性车辆应该处于主导地位；而半阶发火阶次的增加有利于提高车辆的 运动感。对于线性度，在整个转速范罔内声品质应该保持一致。对于进排气系统 的声音品质设计主要通过改变支管长度来达到设计要求。对于车门声，良好的声 音品质应该是：安静、较低的频率、纯的、没有多余的吱喳声。 天津火学博士学位论文 1 2 交通噪声研究的紧迫性及意义 道路交通噪声是我国城市环境中最主要的噪声源，其强度高、覆盖面大、对 城市中各类区域的声环境质量影响很大b 毛3 别。一项调查表明，北京、上海、广州 等大城市，有8 0 的住户每天为生活中的噪声所困扰。 据测试，我国城市交通干道两侧的噪声级( 三j 可达( 6 5 7 5 ) d b ( a ) ，汽车鸣笛 较多的地方可超过8 0 d b ( a ) 。在我国，一方面交通干道噪声级高，8 0 的交通干道 噪声超过标准限值7 0 d b ( a ) m 1 ；另一方面在交通干道两侧盖住宅，尤其是高层住 宅，具有相当的普遍性，全国城镇人口约有1 6 居住在交通干道两侧。道路交通 噪声主要与车流量、车速和车种比( 不同种类车辆如卡车、轿车等的比率) 有关， 也和道路状况如道路形式、宽度、坡度、路面条件等以及周闱建筑物、绿化和地 形状况等有关7 1 。 1 2 1 噪声的危害 噪声的危害是多方面的。噪声可以使人听力衰退，引起多种疾病；同时，还 影响人们正常的工作与生活，降低劳动生产率m 3 。在交通干道沿线的住宅小区居 住的人们，长期受到噪声的干扰，尤其在大城市，白天限制通行的卡车夜问允许 进城，在夜深人静的街道上高速行驶，往往导致两侧住区的居民难以入眠，身心 憔悴。使人体血压增高，心跳加快，心血管病是目前死亡率最高的一种疾病，而 噪声又是引发心血管病的原因之一，对年老体弱的人更是如此。 1 影响人们的正常生活和休息 交通噪声严重影响交通干道两侧居民区内人们的正常生活和休息，长期生活 在噪声环境中，可使人烦躁、恶心、头痛和失眠。7 0 d b ( a ) 的噪声可使5 0 人的 睡眠受到影响，突发性的6 0 d b ( a ) 噪声可使7 0 的人从睡梦中惊醒。 2 引发交通事故 研究资料表明，高振动和高噪声易使司机疲劳，思维发生紊乱和注意力分散， 从而引发各种交通事故。 3 导致临街房地产使用价值以及机动车辆商品价值的下降 临街房地产价值下降主要是由于道路交通噪声对居民的生理和心理影响造 成的。据资料记载，我国目前位于噪声高于7 0 d b ( a ) 的交通干线两侧的临街住房 总共约有1 亿m 2 ，近期内每年还将增加5 0 0 万m 2 临街住房。由于噪声高于7 0 d b ( a ) 的交通干线两侧的临街住房售价下降而造成的损失将达3 0 亿元左右。另外每年还 将增加损失1 5 亿元左右。 据有关部门调查，全国大中城市有三分之二普遍存在噪声超标问题。北京 第一章绪论 2 0 0 0 年关于噪声的投诉案件就有1 0 0 多起；天津市2 0 0 0 年所有与环境有关的公民 投诉中，6 0 的投诉与噪声有关，在全国的其他各地关于噪声的投诉案件也有增 加的趋势h 0 | 。上海市城市道路连续5 年监测资料表明，城市交通噪音占市区环境 噪音声源的4 1 7 。可以说由于汽车保有量的大幅度增加，汽车噪声成为危害人 们生活健康的一个重要污染源n 卜川。 1 2 2车辆噪声标准和法规的发展 2 0 世纪6 0 年代，车辆噪声已经被认为是一种重要的公害，各个国家和地区 相继着手制定车辆噪声法规和噪声测量方法和标准h 5 拍1 ，以降低噪声对环境的污 染。车辆噪声测量标准一方面反映了一个国家在噪声控制领域达到的水平，另一 方面也对该国的车辆噪声控制技术起到促进提高的作用。 l 、通过噪声限值的发展 日本早在1 9 5 1 年对车辆等加速行驶噪声和排气噪声就规定在8 5 d b ( a ) 以下， 为进一步限制市区街道的汽车行驶噪声，1 9 7 1 年开始限制加速行驶噪声，1 9 7 6 年进一步强化，大型车、轿车及摩托车等全部车种的加速行驶噪声限值降低了 l 3 d b ( a ) 。欧盟从1 9 6 9 年、美国基本从1 9 6 7 年就开始控制机动车辆的噪声排放， 制定噪声法规。并且每隔3 5 年修订一次汽车噪声法规，每次修订一般降低噪声 2 3 d b ( a ) 。 我国在1 9 7 9 年首次公布了g b l 4 9 5 7 9 机动车辆允许噪声，规定从1 9 8 5 年1 月1 日起生产的车辆加速行驶噪声限值为轿车：8 2 ( m ( a ) ；轻型客车： 8 2 d b ( a ) ；客车：8 6 d b ( a ) ；中型载货车、重型载货车：8 9 d b ( a ) ；摩托车和轻型 载货车：8 4 d b ( a ) ，该标准一直沿用到2 0 0 2 年底。与欧洲旧本、韩国等国的加速 行驶噪声限值比较，我国的汽车噪声限值( 标准) 比国外先进国家落后2 0 年，但 实际生产的汽车，可能是1 0 2 0 年不等。 现行标准是2 0 0 2 年新公布的g b l 4 9 5 2 0 0 2 ，新的噪声标准对从2 0 0 2 年1 2 月3 0 日到2 0 0 4 年1 2 月3 0 日和2 0 0 5 年1 月1 日后规定了不同的噪声限值。通 过和国外的现行标准对比可以看出，我国的噪声限值标准基本上做到了与国际同 步，体现了我国的噪声控制技术的发展与进步，以及国家和政府对于环境保护的 重视和关注。表1 1 为我国和发达国家的加速行驶噪声限值的对比。 天津大学博士学位论文 表1 1 各国加速行驶噪声限值对照表d b ( a ) 载货车( 车辆总质量) 轻便摩托车摩托车( 排量) 3 5 t 轿车 3 5 t 发动耖额定功率 0 0 8 lo 0 8 加1 7 5 l 0 1 7 5 l o 1 2 5 l 韩国7 3 7 67 77 9 8 38 4 1 9 9 6 年以后 7 17 47 57 78 l8 2 3 5 8 t 8 t 8 48 28 4 8 68 9 中国 7 5 k w7 5 1 5 0 k w1 5 0 k w 2 0 0 2 2 0 0 4 7 78 0 8 27 77 9 8 38 68 8 2 0 0 5 年以后7 57 78 0 7 4 7 78 18 38 4 2 、车辆噪声测量方法 国际上加速行驶噪声测量方法有两种基本方法：i s o 方式和s a e 方式。除美 国采用s a e 方式外，其余国家均采用i s o 方式。美国s a e 标准和国际i s o 标准 有很大差别，如：s a ej 9 8 6 标准，其测试区为4 5 5 m ，而i s o 标准为2 0 m ；s a e j 9 8 6 其传声器距离汽车行驶中心线距离为1 5 m ，而i s o 标准为7 5 m 。因此用s a e 标准测得的噪声值要比用i s o 标准测得的噪声值小5 6 d b ( a ) 。 欧洲噪声法规和日本噪声法规都等同采用了国际标准i s 0 3 6 2 道路车辆汽车 加速行驶噪声测量( 工程法) ，欧洲和日本法规的测试方法差别不大，在测量结 果上有一定的可比性。 国外对车辆噪声法规的贯彻很严格，不仅规定了汽车噪声限值和相应的测量 规范，同时还制定了大量的包括发动机等在内的总成噪声试验标准。如：联合国 欧洲经济委员会法规e c er e g n o 5 i 0 2 ( 1 9 9 7 ) 关于在噪声方面汽车( 至少 有四个车轮) 型式认证的统一规定和国际标准i s o3 6 2 ：1 9 9 8 ( 声学道路车辆加 速行驶噪声测量方法工程法；i s o5 1 2 8 ：1 9 8 0 声学汽车车内噪声测量方法； 美国汽车工程师学会的s a e j l 4 7 0 车辆加速行驶噪声测量、s a ej 1 0 3 0 轿车 和轻型载货汽车的最大噪声级、s a ej 9 8 6 轿车和轻型载货汽车的噪声级及 第一章绪论 s a ej 3 6 6 ( ( 重型载货汽车和公共汽车外部噪声级和s a ej 1 4 7 7 轻型汽车内部 噪声测量；日本工业标准的儿sd 1 0 2 4 ( 汽车车外噪声试验方法和日本汽车标 准j a s oz 1 0 l ( ( 车外噪声试验方法以及j a s oz l l l 车内噪声试验方法；德国 标准的d i n i s o3 6 2 道路车辆加速行驶噪声测量和d 斟i s 0 5 1 2 8 ( 车内噪声测 量等。 在上述测量方法中以加速行驶噪声测量为主。加速噪声测量是目前大部分工 业国家进行汽车型式试验时的必做项目，由于能反映出汽车在常用工况下的最大 噪声特别是在市区行驶时的最大噪声，因而是考核汽车整车噪声的主要指标。 车内噪声是影响乘员的舒适性、听觉损害程度、语言清晰度以及对车外各种 音响讯号识别能力的重要因素，i s o 、欧美日等国除制定了匀速行驶车内噪声试 验方法外，还制定了车辆加速行驶和车辆静止状态下发动机怠速工况和加速工况 对车内各个区域位置影响的测量方法。 最近几年，随着高等级公路的建设以及车速的提高，对车辆噪声测量方法的 研究更倾向于以评价轮胎噪声为目的的高速行驶噪声试验。国际标准化组织新发 布了i s o1 3 3 2 5 ：2 0 0 3 轮胎一滑行一轮胎对道路噪声的测量方法。更深入的研 究是人的主观因素的介入，因为车辆及发动机噪声的最终体现是通过人用感官来 感受，故人们更关心车辆内部噪声，所以内部噪声日益成为主要研究对象。 我国在1 9 7 9 年发布了与g b l 4 9 5 7 9 机动车辆允许噪声限值标准相配套 的g b l 4 9 6 7 9 机动车辆允许噪声测量方法。于1 9 9 3 年发布了q c 厂r 5 8 9 3 汽 车加速行驶车外噪声测量方法。加入、7 仃o 以后，重新修订了g b1 4 9 5 2 0 0 2 汽 车加速行驶车外噪声限值及测量方法，完全替代g b1 4 9 5 7 9 并部分替代g b 1 4 9 6 7 9 ，在技术内容上参照了e c er e g n o 5 i 0 2 和i s o3 6 2 ：1 9 9 8 的相应 内容。g b1 4 9 5 2 0 0 2 在测量方法上弥补了g b1 4 9 6 7 9 的缺陷，对测量场地应达 到的声学条件要求加以具体规定，如以测量场地中心为基点、半径为5 0 m 的范 围内应无围栏、岩石、桥梁或建筑物等大的声反射物等；增加了手动及自动变速 器档位选择条件；明确了加速行驶操作条件等。该标准对汽车加速行驶车外噪声 测量方法做了详尽规范的要求。 随后发布的g b t1 8 6 9 7 2 0 0 2 ( 汽车车内噪声测量方法完善了g b1 4 9 6 7 9 中关于车内噪声的测量方法，对于车辆运行条件则不再局限于匀速行驶，而是给 出三种运行条件( 匀速、全油门加速、车辆定置) 供选择，同时分别规定了三种条 件下的测量方法；传声器的布置更为合理，增加了站立和卧姿位置要求等。总体 上g b t1 8 6 9 7 2 0 0 2 等效采用i s o5 1 2 8 ：1 9 8 0 ，并在技术内容上保持一致。g b 1 4 9 5 2 0 0 2 和g b t1 8 6 9 7 2 0 0 2 的发布实施，基本健全了我国目前汽车噪声标 准体系，做到了和国际接轨。 天津大学博： = 学位论文 但是，与工业发达国家在噪声性能指标和技术上相比，仍存在着一定的差距。 表1 2 表明我国各阶段的车辆噪声达标情况。在实际测量方法与效果上，并未周 全考虑乘员的舒适性以及国内外汽车品质的差别。因为简单采用单一传声器来描 述噪声是不够的，即使在低频范围内，两个距离很近的测点在声级上也可能存在 差异。另外，相同的噪声级给人的感觉也是不一样的。 车辆噪声限值和测量方法法规的制定与实施对于汽车行业以及相关行业都 产生巨大的影响，体现了国家和政府的对于可持续发展战略的实施以及人民的生 活质量提高的要求。 表1 2 我国汽车噪声的达标情况表中为百分比 1 9 9 9总体m lm 2 n 1m 2 n lm 2 1 5 0m 3 1 5 0n 2 7 5n 2 1 5 0 n 3 1 5 0 符合 5 1001 4 37 73 81 2 501 5 405 3 2 阶段 2 2 63 2 71 4 303 8 53 81 2 55 33 8 52 8 63 1 6 不符合 现阶段 7 2 3 6 7 3 8 5 78 5 7 5 3 8 9 2 3 7 59 4 74 6 2 7 1 4 6 3 2 不符合 2 0 0 1总体m lm 2 n lm 2 n lm 2 1 5 0 m 3 1 5 0n 2 7 5n 2 1 5 0 n 3 1 5 0 符合2 3 42 9 63 0 83 6 o1 2 54 74 0 96 1 52 5 o0 06 3 2 阶段 4 6 36 3 o 2 3 13 2 0 3 7 53 0 22 7 33 8 56 5 07 8 68 7 5 不符合 现阶段 3 0 37 44 6 23 2 o5 0 06 5 13 1 8o o1 0 02 1 46 3 不符合 1 3 国内外交通噪声预测的研究进展 当前，交通噪声的预测与评价方面的工作日益受到各个国家和地方的重视。 发达国家在2 0 世纪五六十年代就已经开始了这方面的研究工作，并取得一系列 的进展。研究的对象从普通的城市道路逐步发展到了高速、高架公路以及轨道交 通，从最初的仅仅针对单车道自由车流的预测发展到了适用于多车道任意车流的 预测；研究的方法也日趋多样化，从最初的图解法、简单公式法发展到了目前的 预测精度较高的模型法、计算机模拟等。 1 3 1预测模型的研究进展 十九世纪5 0 6 0 年代建立的交通噪声预测模型是用来预测路边单车声压级， 第一章绪论 模型的建立基于常速实验，预测的声级被表示为无加速度的速度的函数表达式。 后期的模型则是预测在所选时间段的等效连续声级，更近期的模型则预测问断以 及变化的车流情况下的等效连续声级，早期模型预测线性模型，近期则预测a 计权声级。一些近期模型可以预测l 3 倍频段频谱。早期模型假设单点声源，一 些认为短线声源。近期的则加倍点声源，甚至可以达到3 2 个点声源。 最早的模型出现于1 9 5 2 年的h 锄d b o o ko f a c o u s t i cn o i s ec o n t r o l ，它被用 来预测车速为3 5 4 5 m p h 且距离大于2 0 英尺的情况。1 9 6 5 年，n i c k s o n 和l a m l 】r e 对该模型进行了改进。车速作为一个相关因子由j o l l n s o n 引进该模型中 近期的预测模型的出现代表着国家对噪声污染问题的重视。随着2 战后机动 车拥有量的增加，以及环境问题日益引起人们的重视。f h w at n m l 0 是早期 f h w a 预测模型的发展，随着理论研究的深入，预测模型也在并行独立发展。 当前大部分模型假定点声源，尽管有些认为是线声源。曲e 提出了对于给 定间距和视角的在一条直线上的不连贯点声源的解析方法，日本模型( a s j m o d e l 1 9 9 3 ) 采用这种形式。s t e e l e 给出了更一般的方法，该方法允许任何形状 的道路，无论是线声源或者是多点声源。该模型可以用来模拟加速或者刹车以及 稳态车流。 当前的模型进一步考虑了噪声的传播区域，甚至有一个计算户外声音衰减的 国际标准，噪声传播方程基本上与m a e k a w a 相似。噪声源和接收点之间的区域 在一个模型中假定是均匀一致的。一般的解决方法是在反射和扩散表面允许随机 粗糙以及随机表面，m o r s e 给出了点声源的解决方法。 当前应用比较多的公路交通噪声预测模型包括美国的f h w a 模型、英国的 c r l n