（环境工程专业论文）公路路面噪声降噪技术与防治方法研究.pdf

s t u d yo nr e d u c t i o nt e c h n o l o g ya n dp r e v e n t i o nm e t h o d o f t y r e - t o - - r o a dn o i s ef o rh i g h w a y ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e df o r t h ed e g r e eo fm a s t e r c a n d i d a t e ：w a n g c a i x i a s u p e r v i s o r ：p r o f c h e n gj i x i a c h a n g a nu n i v e r s i t y , x i a n ，c h i n a 论文独创性声明 ih y l u l l11llt i i i l l l l li ii ii l 1 73 0 0 6 2iy 1 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体己经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文储獬。蟛氟 乃辟孑月7 日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：丑多位 导师签名珞硬 i _ | d 月日 卅c ) 年钼7 日 摘要 交通噪声一直是困扰人类生活的一大严重问题，随着交通运输业的发展以及公路等 级的不断提高，路面噪声成为公路交通噪声的主要来源，在高速行驶时尤其如此。因此， 如何采取经济有效的措施降低路面噪声成为控制交通噪声的主要途径，同时对于改善人 们的生活质量有着重要的意义。 本文首先从路面噪声的构成和产生机理入手，分析探讨了路面噪声产生的原因，对 影响路面噪声的各种因素进行了系统的归纳；针对路面噪声产生的不同环节，从车辆、 路面，轮胎三方面着手，结合噪声传播的三个阶段，详细阐述了路面噪声控制的一般措 施以及各种措施的优劣性，着重讨论了低噪声路面的种类、降噪机理、降噪效果以及优 缺点，确定了铺筑低噪声路面是降低路面噪声的另一种有效措施；介绍了常用路面噪声 测试方法，以及每种方法的优缺点及其测试结果的主要用途，为在实际测试中选取测试 方案提供参考。 通过控制经过法对不同路面结构类型的路面噪声进行现场测试，对5 种路面的实际 降噪效果作了对比研究，验证了不同的路面类型对路面噪声有不同的衰减效果，实验结 果表明：与水泥混凝土路面相比，s m a - 1 3 路面噪声降低6 d b 左右，o g f c 1 3 路面噪声 降低7d b 左右；a c 路面能降低1 5d b 左右的路面噪声。与a c 路面相比，s m a 1 3 路 面噪声降低5 d b 左右，o g f c 1 3 路面噪声降低6 d b 左右。从降噪效果来看，铺筑o g f c 1 3 路面和s m a 1 3 路面是降低路面噪声的另种有效措施。 关键词：路面噪声、降噪措施、低噪声路面、测试方法 a b s t r a c t t r a f f i cn o i s ei so n ek i n do fs e r i o u sp r o b l e m sp u z z l i n gh u m a nl i f e ，a n dt y r e _ t o r o a do n e b e c o m e sm a i ns o u r c e ，w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft r a n s p o r t a t i o ni n d u s t r ya n di m p r o v e m e n to f r o a dq u a l i t yc l a s s i f i c a t i o ng r a d u a l l y , e s p e c i a l l ya tah i g h s p e e dc a s e t h e r e f o r e ，i ti st h ec h i e f a p p r o a c ho nh o wt oc u td o w nt y r e - t o - r o a dn o i s ei n a l le f f e c t i v ew a y , a sw e l la si m p o r t a n t m e a n i n gi ne n h a n c i n gp e o p l e sl i v i n gq u a l i t y t h i sp a p e rb e g i n sw i t hc o m p o s i t i o na n dm e c h a n i s mo ft y r e t o 。r o a dn o i s e ，d i s c u s s i n gt h e c a u s eo fn o i s e ，s u m m i n gu pe v e r yi n f l u e n c ef a c t o r i nt h em i d d l eo ft h ep a p e r , i ti n t r o d u c e s b a s i cm e t h o d sa b o u tt y r e t o r o a dn o i s ec o n t r o l l i n ga n da d v a n t a g e s d i s a d v a n t a g e so fd i f f e r e n t g o v e r n m e n tm e a s u r e s ，f r o mv e h i c l e s ，r o a da n dt y r e s ，c o m b i n i n gw i t ht h r e es t a g e so f n o i s e s p r e a d i n g ，a c c o r d i n gt od i f f e r e n tc y c l e st h a tr o a dn o i s e s a r i s e i t sm a i n l ya b o u tt y p e so f l o w - n o i s ep a v e m e n t ，n o i s er e d u c t i o nm e c h a n i s m sa n dt h e i re f f e c t ，i n c l u d i n gi t sa d v a n t a g e s a n dd i s a d v a n t a g e s ，a n dl o w - n o i s ep a v e m e n ti sa n o t h e re f f e c t i v em e t h o do ft y r e - t o - r o a dn o i s e r e d u c t i o n t h r o u g hc o m p a r i n gw i t ht e s tm e t h o d so f t h et y r e - t o r o a dn o i s ea l em a d eb o t ha t h o m ea n da b r o a d ，e v e r ym e t h o d sm a i na p p l i c a t i o no ft e s t i n gr e s u l ta n dt h e i ro d d sa r e d i s c u s s e d ，a n dt h er e f e r e n c ea r ep r o v i d e da b o u tc h o o s i n gt h ec o r r e c tt e s tp l a n i na c t u a l s i t u a t i o n w i t ht h et e s to nt y r e t o r o a dn o i s eo fd i v e r s ep a v e m e n ts t r u c t u r et y p e sb yt h ec o n t r o l l e d p a s s b ym e t h o d ，t h ea c t u a ln o i s er e d u c t i o ne f f e c t sa l e s t u d i e do f5d i f f e r e n tp a v e m e n t sa n dt h e d i f f e r e n t p a v e m e n tt y p e s h a v et h ed i f f e r e n ta t t e n u a t i o n e f f e c to ft y r e - t o 。r o a dn o i s e e x p e r i m e n tr e s u l t si n d i c a t et h a t ：i tc a nc u t6 d b ，7 d ba n d1 5 d b o ns m a 一13p a v e m e n t ， o g f c 13p a v e m e n ta n da cp a v e m e n tr e s p e c t i v e l y , c o m p a r i n gw i t hp c cp a v e m e n t ，w h e r e a s ， w i t h5 d br e d u c t i o no ns m a 13p a v e m e n t ，6 d bo no g f c - 1 3p a v e m e n t ，c o n t r a s t i n gw i t ha c p a v e m e n t o nn o i s er e d u c t i o ne f f e c t ，i ti sa n o t h e re f f e c t i v er e d u c t i o nm e t h o do ft y r e t o r o a d n o i s ew i t ho g f c 13p a v e m e n ta n ds m a - 1 3p a v e m e n t k e yw o r d s ：t y r e t o - r o a dn o i s e ；n o i s er e d u c t i o nm e a s u r e ；l o w n o i s ep a v e m e n t ； t e s tm e t h o d i i 目录 第一章绪论1 1 1 问题的提出l 1 1 1 环境噪声主要污染源道路交通噪声l 1 1 2 道路交通噪声产生的危害一2 1 1 3 降低路面噪声的重要性3 1 2 国内外研究概况3 1 2 1 国外研究概况3 1 2 2 国内研究概况5 1 3 研究内容6 第二章路面噪声产生的机理及影响因素7 2 1 车辆噪声源分析7 2 2 路面噪声的主要构成7 2 3 路面噪声产生机理8 2 4 影响路面噪声的因素一l o 2 4 1 轮胎状况1 l 2 4 2 车辆行驶速度1 2 2 4 3 路面状况12 2 4 4 环境对路面噪声的影响1 3 2 5 本章小结1 4 第三章公路路面噪声的降噪措施综述1 5 3 1 控制路面噪声的基本原则1 5 3 2 公路路线设计与路面噪声防治1 7 3 3 汽车制造行业与路面噪声防治1 8 3 3 1 低噪声车辆1 8 3 3 2 低噪声轮胎l8 3 4 路面噪声的传统工程降噪措施1 9 3 4 1 绿化带1 9 3 4 2 声屏障2 0 3 5 新型路面噪声降噪措施低噪声路面2 2 3 5 1 低噪声水泥混凝土路面一2 3 3 5 2 低噪声沥青混凝土路面2 7 3 5 3 低噪声路面与声屏障的比较3 1 3 6 本章小结3 2 i i i 第四章不同路面结构类型的降噪效果研究3 3 4 1 路面噪声测试方法3 3 4 1 1 路面噪声测试方法简介3 3 4 1 2 路面噪声测试方法比较3 5 4 2 不同路面结构类型实际降噪效果试验的实施方法3 7 4 2 1 试验的主要目标3 7 4 2 2 试验方案3 8 4 2 3 主要测试设备。3 8 4 2 4 试验环境3 9 4 2 5 试验场地3 9 4 2 6 路面噪声控制经过法测试试验实施。3 9 4 2 7 试验数据处理及分析4 2 4 3 本章小结4 5 结论及建议4 7 主要结论4 7 进一步研究建议4 7 参考文献4 9 致 射5 2 i v 长安大学硕士学位论文 1 1 问题的提出 第一章绪论弟一早三百下匕 现代科学技术、现代工业和交通运输业的发展，提高了人民生活水平的同时也带来 了环境污染的负面影响，环境噪声就是其中之一。随着社会经济的飞速前进和人们对高 质量生活的不断追求，噪声污染问题更为突出，尤其是市区，人们几乎日夜都要饱受噪 声之苦。联合国早在1 9 7 9 年世界环境保护工作会议上，就将噪声列为当代人类最不可 容忍的灾难之一。 1 1 1 环境噪声主要污染源一道路交通噪声 随着城市化进程的加快和人民生活水平的提高，汽车已从专属象征的奢侈品跨入大 众消费时代，城市高速道路系统正在向高等级、高速度、高架立体等现代化方向发展， 各种交通工具迅速增加，功率越来越大，速度越来越快。近年来道路交通噪声问题日趋 严重，对环境造成严重威胁，交通噪声污染的干扰程度和范围随之加剧和扩大，已成为 环境噪声污染主要源头。 据有关部门统计，2 0 0 1 年交通噪声污染占整个环境噪声总量的2 0 1 ，2 0 0 4 年超 过3 0 【l 】。目前，因交通运输业的快速发展，交通噪声污染远大于此，我国部分城市的 交通噪声甚至占城市噪声的7 5 。 据有关调查数据表明，市民公认目前噪声的主要来源是交通产生的噪声，其次是施 工产生的噪声和邻居产生的噪声，另外商业经营产生的噪声也是环境噪声污染的一大来 源，如图1 1 所示【2 1 。 施工噪声 1 6 9 邻居产生的噪 声1 5 9 声 交通噪声 5 4 图1 1 市民公认的噪声源统计 目前，全国有1 6 的居民住在道路两边，有约3 4 0 0 万人受到影响；其中8 0 的人， 第一章绪论 约2 7 0 0 万人，日夜在噪声超标的环境中生活。在白天，我国城市道路交通噪声几乎全 超标5 分贝左右【3 j ，公路交通噪声污染已经逐渐变成沿线居民最为关注的环境污染问题， 已经到了非治理不可的地步。 1 1 2 道路交通噪声产生的危害 交通噪声作为噪声污染的主要来源，与大气污染、水污染一样，已经逐渐成为一种 危害人类环境的公害。噪声污染，是指所产生的环境污染超过国家规定的环境噪声排放 标准，并干扰他人正常生活、工作、学习的现象。它的危害主要体现在以下几个方面【4 】： ( 1 ) 道路交通噪声对人的危害 从物理学观点来看，噪声是指声强和频率的变化都杂乱无章的声音；而从心理学观 点来讲，一切不需要的、感到干扰的声音，都可以称为噪声。判断个声音是否属于 噪声，仅从物理学角度判断是不够的，主观上的因素往往起着决定性的作用，所以 噪声对人的危害即包括生理方面的也包括心理方面的。 高分贝的、长时间的道路交通噪声会影响睡眠、休息，谈话质量，损伤人的听力， 导致人体循环系统异常，内分泌失调，可引起心脏病、脑血管疾病、消化系统疾病、神 经系统疾病等多种疾病。同时，高分贝的、长时间的道路交通噪声容易导致人们心情紧 张、激动、情绪变坏、丧失理智，影响人精力集中。 ( 2 ) 道路交通噪声对建筑物的损害 据有关资料显示，道路交通噪声对建筑物有一定的损害作用。当建筑物的固有频率 与噪声频率一致时，就会引起共振，使建筑物的结构受到破坏，抗震能力下降，甚至倒 塌。 ( 3 ) 道路交通噪声对社会经济的影响 道路交通噪声引起社会成本的增加，表现在：住宅价格的降低、消除噪音费用的增 加、为分配有限的资源重新安排空间使用费用的增加等方面。 受噪声影响严重的房地产、工厂、商厦等的经济效益和生产效益都有不同程度的下 降，噪声还直接影响到公路周围的土地价值。与此同时，随着人们生活水平的提高，用 于改善居住环境噪声的费用越来越高。 ( 4 ) 道路交通噪声容易引发交通事故 司机在长时间的噪声环境中开车，容易产生疲劳现象，思维发生紊乱，分散注意力， 从而引发交通事故。行人在穿越马路时，如果背景噪声过高，就会影响判断力，也会引 2 长安人学硕士学位论文 发交通事故。 1 1 3 降低路面噪声的重要性 道路交通噪声是环境噪声污染的最主要来源，交通噪声的声源构成主要有：来自于 车辆的传动系统噪声、动力系统噪声和轮胎与路面相互作用而产生的路面噪声5 1 。随着 车辆速度的变化，三类声源的贡献会有不同。对于低速行驶的车辆，车辆动力噪声的作 用是显著的；随着车速的提高，路面噪声的影响逐渐明显，它的大小与车速有关，其强 度随车速的增大而增大。 随着环境革命和高速运输时代的到来，车辆噪声法规越来越严，汽车动力与传动系 统的噪声降到了相当的程度，路面噪声己成为众矢之的，占车辆行驶总噪声的比重越来 越大。 研究表明：路面噪声是构成汽车行驶噪声的主要因素之一，当汽车行驶速度大于 5 0 k m h 时，路面噪声就成为小客车与轻型载重车噪声的主要部分；当车速超过8 0 k m h 时，路面噪声会超过其它噪声源，成为汽车行驶噪声的主要声源1 6 1 。 可见，控制环境噪声污染，就必须降低交通噪声，治理交通噪声，路面噪声是重中 之重。 随着我国汽车工业的迅猛发展，人们对于汽车的舒适性和振动噪声控制的要求越来 越严格。从传统习惯来讲，人们更多的把注意力集中在降低传动系统和发动机系统等机 械噪声上。世界汽车工业经过近百年的技术与工艺发展，汽车的整体质量和各零部件性 能不断改善，车体结构振动产生的噪声已经被汽车制造工程界到极大的控制，随着车辆 发动机性能的改进，汽车( 尤其是轿车) 的发动机噪声在交通噪声中己占很少比例，车辆 动力部分噪声强度已得到了有效控制。因此，降低路面噪声的意义更为明显。 鉴于以上诸多因素，如何降低路面噪声越来越受到关注，路面噪声的防治已成为交 通，环保部门当前急待解决的问题。从噪声源，传播途径，受声点三个方面着手，针对 不同实际情况，开展路面噪声降噪技术与防治方法研究、找到经济、合理、有效的路面 噪声控制方法是非常必要的，将在在环境保护综合治理中产生深远的影响。 1 2 国内外研究概况 1 2 1 国外研究概况 2 0 世纪初期，路面噪声的研究只停留在单纯测试阶段，缺乏对噪声机理的理论分析。 第一章绪论 2 0 世纪7 0 年代后，人们才开始从理论上对路面噪声进行研究，并提出模拟计算的 理念【7 1 。对于路面噪声产生机理的研究，起步最早的是欧洲国家如瑞典、德国等，特别 是在路面噪声的理论、预测模型以及道路与轮胎噪音的标准等方面，取得了丰硕的成果。 1 9 7 1 年，h a y d e n 首次提出空气泵( a i rp u m p i n g ) 原理，认为路面噪声的产生源于轮胎挤 压地面和花纹槽抽吸空气【引。s a n d b e r g 撰写的轮胎一路面标准参考书是欧盟国家在 路面噪声理论研究成果的结晶。 上世纪末，人们开始把轮胎和路面看成一个系统加以研究。日本学者研究了路面不 平整度导致的轮胎振动对轮胎噪声的影响，认为路面不平导致的胎面振动是轮胎噪声产 生的主要因素之一，并提出轮胎一路面接触模型( t i r e r o a dc o n t a c tm o d e l ) 来计算路面不 平对轮胎振动的激励。 中国汽车报刊登题为欧盟研究降低轮胎噪声的文章，文章说：“欧盟委员 会投资2 1 9 万美元，启动有关路面和轮胎相互作用的研究项目，目的是在不妨碍安全性 的前提下将噪声最小化。基于研究成果，欧盟委员会将制定新的噪声标准。自1 9 8 0 年 以来，欧洲几次降低新车的可允许噪声水平。在新的噪声标准及相关改革采纳前，欧盟 还将进行成本和利益方面的分析。 由此，充分说明了欧洲对于降低路面噪声的重视。 为了降低路面噪声，人们进行了大量尝试：采用声屏障，绿化带等工程降噪措施； 使用低噪声轮胎；间断使用不同材质的组合路面；使用吸声材料，如粉尘路面；采用低 噪声路面，例如低噪声路面纹理，多空隙路面，加厚道路基层等。但是，目前降低路面 噪声主要途径是低噪声轮胎设计和低噪声路面设计。 低噪声路面目前是国内外的研究热点，在国外己有大量研究，但大都是定性分析， 没有定量指标。欧洲、日本、澳大利亚等地区和国家较早就开始重视低噪声路面的研究， 已经把建设低噪声路面来降低路面噪声作为一项国家战略。 s m a 路面是2 0 世纪6 0 年代中期前联邦德国开发的新型沥青混合料，9 0 年代由美 国路面专家带到美国把s m a 路面技术提高到一个新的水平。欧美许多国家，如荷兰、 瑞典、挪威、捷克、美国等铺筑了相当数量的s m a 路面。2 0 世纪7 0 年代，欧美国家 发现多孔排水沥青路面能降低路面噪声，并继而得到了许多国家的研究和应用。在这种 路面上行驶的小汽车可以降低6 - - 一8 d b ，载重车的路面噪声降低3 d b t 9 1 。排水性沥青混合 料起源于欧洲，1 9 6 0 年德国首次使用此种路面。8 0 年代在法国、英国、意大利等国家 得以较大面积推广。欧洲通常使用的厚度为4 0 - - - 5 0 m m ，主要是为了减少噪音，减轻雨 天的溅水，提高抗滑能力。在美国，该种面层称为o g f c ，是由2 0 世纪6 0 年代美国西 4 长安大学硕士学位论文 部几个洲的混合料封层发展而来的。关于多孑l 水泥混凝土路面的研究，自2 0 世纪7 0 年 代以来，世界许多国家的学者开展了多方面的研究。 在低噪声轮胎方面，国外进行了长期的研究，研究结论己用到生产实践当中。国外 轮胎公司诸如米其林、固特异、德国大陆等公司推出的客车及城市公交配套轮胎开始广 泛采用低噪声设计。 1 2 2 国内研究概况 我国早在1 9 6 5 年就已经开始了交通噪声的研究，但是对于路面噪声这方面的研究 起步较晚，基本是以工程实际经验为指导，没有具体的理论基础。 随着高速公路建设的发展，对公路路面噪声控制的方法与措施的研究正在逐步开 展，在很长的一段时间内，通常采用传统的工程降噪措施如声屏障，绿化带等。 自1 9 9 3 年以来，我们对低噪声沥青路面进行了较全面的探索研究，铺筑了试验路 段，取得了某些成果。对于这种路面的设计方法和特性国内尚不了解，与世界许多国家 相比有明显的差距。 我国于1 9 9 3 年在首都机场高速公路上首次铺1 8 k m s m a 路面。我国第一次采用s m a 路面的高速公路是广佛高速公路，并且采用了p e 改性沥青，但没有使用纤维材料。1 9 9 7 年，在杭州一金华铺筑了长度1 0 0 0 m ，宽1 2 m 的多孔性低噪声沥青路面。2 0 0 4 年上半 年在陕西省的隧道中，又成功铺筑了4 0 0 m 抗滑低噪声隧道露石水泥混凝土路面，现场 噪声测试表明，与普通水泥混凝土路面相比降噪幅度可达3 - 4 d b t l 0 】。2 0 0 4 年，交通部 降低噪声水泥混凝土路面的研究列入西部建设重点科技攻关项目。在2 0 0 3 年，陕西与 日本公司合作在西安至咸阳机场高速修了约1 8 k m 的排水性沥青路面，这是我国第一个 大规模使用排水性沥青路面的工程，2 0 0 9 年7 月建成通车，取得了很好的工程应用效果。 2 0 0 8 年，江苏省又在宁杭高速公路二期修筑了全长2 0 9 k m 的排水沥青路面。宁杭高速 公路二期为双幅六车道，单幅宽度1 4 5 m ，全部铺装面积约3 0 3 万平米，为目前国内最 大的排水沥青路面铺装工程。 国内最近几年才逐渐意识到低噪声轮胎设计的重大意义，长期以来由于国外对此技 术的保密性，增加了研究轮胎花纹噪声的困难。己有一些轮胎厂家和研究机构开始低噪 声轮胎的研究，但是还不够成熟。 上海轮胎公司建立起国内最早的轮胎噪声实验室，配备了当时较先进的实验设施， 积累了丰富的经验，目前已开发出多个规格的低噪声轮胎。 5 第一章绪论 1 3 研究内容 降低声源噪声是噪声控制的最根本、最直接和最有效的途径。为了降低当前道路交 通的主要噪声源一轮胎与路面相互作用产生的路面噪声，首先必须识别出噪声源，弄清 声源产生噪声的机理影响因素。 本文首先分析研究路面噪声的构成和产生机理以及影响路面噪声的各种因素；针对 路面噪声产生的不同环节，从车辆、路面，轮胎三方面着手，结合噪声传播的三个阶段， 详细阐述路面噪声控制的一般措施以及各种措施的优劣性，着重讨论低噪声路面的种 类、降噪机理以及降噪效果；然后，介绍路面噪声的各种测试方法并且分析各种方法所 得测试结果的主要用途；最后，通过控制进过法测试路面噪声，对比研究不同的路面材 质对路面噪声的衰减效果，以及低噪声沥青路面实际降噪效果。 6 长安大学硕士学位论文 第二章路面噪声产生的机理及影响因素 2 1 车辆噪声源分析 道路交通噪声是指各种机动车辆在道路行驶过程中产生的整体综合噪声，车辆在道 路上行驶达到一定车流量时形成随机移动的噪声源。道路上行驶的机动车辆是产生道路 交通噪声的根本原因。 对于对单个车辆而言，道路交通噪声主要由车辆的动力装置及其相关部件引起的动 力系统噪声、传动系统噪声以及路面噪声三部分构成【5 】。其中动力系统噪声包括进排气 噪声、冷却风扇噪声、发动机表面辐射的噪声；传动系统噪声的主要部分是齿轮传动产 生的机械噪声，车辆噪声的主要组成如图2 1 。 图2 1 车辆主要噪声源 随着车辆速度的变化，三类声源的贡献会有不同。对于低速行驶的车辆，车辆动力 噪声的作用是显著的。随着车辆发动机性能的改进和城市道路路况的不断改善以及车速 的不断提高，路面噪声占车辆行驶噪声的比重越来越大。当车速达到5 0 k m h 以上时， 路面噪声就显得突出了，当车速超过8 0 k m h 时，路面噪声会超过其它噪声源，成为汽 车行驶噪声的主要声源【6 1 。 2 2 路面噪声的主要构成 轮胎与路面相互作用产生的噪声称之为路面噪声，路面噪声是道路交通噪声的主要 第二章路面噪声产生的机理及影响因素 声源之一，在高速行驶时尤其如此。因此，探讨路面噪声的产生机理从而找出控制路面 噪声的有效途径是十分必要的。 路面噪声一般分为两方面，一方面是由于轮胎与路面相互作用而产生的直接噪声； 另一方面是轮胎激振车体而产生的间接辐射噪声。路面噪声主要由以下部分构成1 1 】，如 图2 2 ： 一v 图2 2 路面噪声的构成 ( 1 ) 振动噪声：由轮胎的不均匀性、路面的不平整和粗糙性，轮胎花纹块等因素引 起轮胎振动、路面振动而产生的噪声以及轮胎激振车体而间接振动产生的噪声。 ( 2 ) 摩擦噪声( f r i c t i o nn o i s e ) ：由于轮胎与路面的滑脱和粘着，轮胎被压缩的表面与 地面之间的摩擦而产生噪声。 ( 3 ) 空气泵( a i rp u m p i n g ) 噪声：轮胎花纹与路面接触点前方和后方的空气抽吸或气 泡的共鸣作用。 ( 4 ) 空气动力性噪声( a e r o d y n a m i c ) ：轮胎转动和直线运动产生的空气湍流振动。 ( 5 ) 雨天轮胎下水膜的滑动和飞溅。 路面噪声主要是由轮胎与道路相互作用而产生的“空气泵效应和振动所产生的噪 声构成【1 2 】。 2 3 路面噪声产生机理 不同性质的路面噪声，其产生的机理各不相同，在大多数情况下，这些机理是同时 存在的，只是形成噪声能量的大小和对路面总噪声的贡献主次不同。 8 长安大学硕士学位论文 ( 1 ) 振动 当转动的轮胎与路面接触，产生振动噪声，主要有三方面：第一，由于不连续的胎 面花纹块撞击路面引起轮胎弹性形变、外胎质量和刚度的不均匀性、以及路面凹凸不平 等原因，可以激发轮胎本身振动而产生噪声；第二，路面振动而产生的噪声，引起路面 振动的原因有车辆行驶使路面振动以及轮胎打击路面使路面振动；第三，轮胎本身发生 振动，通过悬挂装置和车架传给车体，激振车体而产生的间接振动噪声。 ( 2 ) 空气泵效应 胎面或道路的空腔形成“空气泵效应 ：即当轮胎接触地面时，胎面或道路空腔里 聚集的空气突然外流，而轮胎离开道路接触面时空气又突然流入。空气发生置换，空气 体积流的往返运动产生噪声。 当胎面与地面接触时，它在径向、纵向和横向将产生压缩变形，使接触区前缘的胎 面花纹沟的容积缩小，花纹沟里的空气被挤压排出。同时，当轮胎压入路面的封闭洞穴 时，空气也会被挤压出洞穴。而当轮胎离开接触面时，空气又会迅速回填充轮胎的花纹 沟和道路的洞穴( 如图2 3 ) 。这样，空气在接地前缘处被排出，在后缘处被吸入，形成 局部不稳定的空气体积流，这种空气的往返运动产生噪声，这种现象与人们拍手产生声 音的过程类似。当路面非常光滑和密实时，空气泵效应引起的路面噪声非常显著。 图2 3 轮胎的空气泵效应 ( 3 ) 轮胎与路面滑一粘作用 由于轮胎与路面的粘着和滑脱，轮胎被压缩的表面与地面之间的摩擦而产生噪声。 当轮胎与路面接触时，由于轮胎径向不断变形，在轮胎和路面的接触区产生切向力， 部分切向力导致轮胎在路面上产生滑移，引起轮胎外胎形变的摩擦粘滞力，从而产生可 听声。当切向力超过摩擦力时，花纹块将出现轻微的滑动，然后又重新粘在路面上。胎 第二章路面噪声产生的机理及影响因素 面和路面间的摩擦力由滞后力和粘附力两部分控制。粘附力是一种分子引力，它主要取 决于路面的微观构造，而滞后力是一种宏观现象，它主要取决于路面的宏观构造。粘滑 现象实际上是由于胎面单元的滑动造成粘附的丧失和胎面变形引起滞后摩擦力的增加 而产生的，如图2 4 。 图2 4 轮胎与路面的粘着与滑脱 ( 4 ) 空气动力性噪声 当轮胎滚动向前时，轮胎周围的气流受到扰动，在轮胎后部和路面之间产生涡流， 引起空气压力的变化，从而产生空气动力噪声。空气动力性噪声对路面噪声的贡献较弱 【1 3 1 。只有在汽车高速行驶( 速度超过2 0 0 k m h ) 时，这种现象才比较明显【1 4 】。 ( 5 ) 另外，遇到路面上有积水时，轮胎突然碾压使外胎花纹沟槽内的积水形成高压 水流喷出，水珠被甩出时或水珠撞击地面及车身，产生高频噪声。 2 4 影响路面噪声的因素 路面噪声的发声机理相当复杂，如轮胎状况、车辆速度、路面状况等都可能影响路 面噪声的产生，如表2 1 所示： 表2 1 影响路面噪声的因素 影响因素影响因素描述 轮胎状况轮胎荷载、充气压力、轮胎结构、花纹类型、轮胎磨损 路面状况道路形式、路面材料、道路表面构造、排水性能 汽车行驶状态车速大小、车辆载重 环境 温度、降雨 1 0 长安大学硕士学位论文 2 4 1 轮胎状况 路面噪声主要由花纹块撞击路面产生的撞击噪声、花纹间槽腔体中空气被挤压或释 放而产生的气泵噪声、轮胎的振动噪声、轮胎滚动时对空气扰动造成的空气动力性噪声 等组成。可见，轮胎与路面噪声有密切的关系，主要影响因素有以下几个方面： ( 1 ) 轮胎负荷和充气压力 一般的，车轮上的负荷增加会引起路面噪声的增加，具体影响程度因轮胎的种类不 同而不刚1 5 】。当车辆的负荷不同时，对轮胎花纹的挤压作用也不同，随着荷载增加或充 气压力增加，胎面花纹的变形增大，轮胎的胎肩部的接地压力增加。对于横向花纹轮胎， 容易造成“空腔”的封闭进而导致路面噪声增大，而对纵向花纹轮胎几乎没有什么影响。 轮胎充气量越小，轮胎与路面接触形变越大。当气压高时，路面噪声小，而气压低 时，路面噪声大，从而得到与降低轮胎载荷相同的效果。 ( 2 ) 胎面花纹类型 轮胎花纹由花纹块和花纹沟组成，不同形状的花纹块与花纹沟组成不同的花纹样 式，轮胎花纹的样式大致有：纵向花纹、横向花纹、纵横向花纹、雪地花纹，越野花纹。 研究表明，胎面花纹类型会影响路面噪声的大小。花纹块和花纹槽的面积，花纹块 的有效质量，花纹沟槽的深度，相邻花纹块( 槽) 之间的节距比例等都与路面噪声的大小 有着密切的关系1 5 】。此外，花纹块的高度，花纹与轮胎轴线夹角等都会对路面噪声产生 影响。 由于不同的轮胎花纹样式与路面的接触面积不同，接触时产生不同程度的形变；行 驶中滚动阻力和地面摩擦力的不同；接触时产生不同强度的空气泵吸效应；且在湿滑路 面上行驶时有不同的排水性能，所以不同的轮胎产生的噪声大小不同。胎面花纹对轮胎 噪声的影响是多方面的，有时甚至是互相影响、彼此矛盾的。 各种轮胎产生噪声的大小顺序为：光面= 纵向直线花纹 纵向普通花纹 双向混合花 纹 l 受声点 l i 图3 2 噪声传播路径 只有当噪声源、声音传播的途径和接受者同时存在，才能产生噪声污染。因此控制 噪声必须从声源、传播途径和受声点这三方面去考虑。即研究噪声发生机理，从声源上 根治噪声；在噪声传播途径上采取措施，控制噪声传播；在受声点采取防护措施防止噪 声的危害。 噪声防治的基本原则：针对噪声传播的3 个阶段，依靠技术手段，在声源处、声波 传播途径中和声音接收点采取控制措施使噪声在到达接受者之前的声学效果得到改善。 显然，如条件允许，首先在声源处降低噪声是最根本的措施。 针对声源的具体噪声控制有两条途径：一是改进声源结构，优化零部件的性能及装 配的质量和精度，尽量减弱或降低声源的振动。二是采取吸声、隔声、阻尼减振等技术 措施，控制声源的噪声辐射。 在传播途径中的控制：声音在传播的过程中，能量是随着距离的增加而衰减的， 使受声点与噪声源之间有一定的距离，可以起到降噪的效果。声的辐射具有指向性， 处在与声源距离相等而方向不同的地方，接受到的声音强度也就不同。因此，控制噪声 的传播方向( 包括改变声源的发射方向) 可以降低噪声。利用隔声材料和隔声结构阻挡 噪声的传播。利用吸声材料和吸声结构，削弱噪声能量。 在受声点，可以采取的措施包括使用耳塞、耳罩、防声头盔等以及减少在噪声中暴 露的时间，防止噪声对人的危害。 控制路面噪声就是在噪声到达耳膜之前，采取技术措施，尽量减弱或降低声源的振 动，或在传播途径中将声能吸收掉，或设置障碍阻挡噪声的传播，以达到控制噪声的目 的。在声源处采取措施主要包括低噪声车辆、低噪声轮胎，低噪声路面的使用；控制路 面噪声的传播，主要是设置声屏障以及在道路两侧设置绿化带阻挡并削弱噪声。路面噪 声控制的一般方案如图3 3 。 1 6 长安大学硕士学位论文 图3 3路面噪声治理方案 对于噪声的控制，应该把声源、传播途径和接受者这三方面作为一个整体来研究。 路面噪声的治理方案是一个涉及到城市规划建设、噪声控制技术、行政管理等多方面的 综合性问题，必须采取综合治理的方法才能取得显著效果。 3 2 公路路线设计与路面噪声防治 在公路路线设计时，转变设计理念，环保部门应尽早参与交通干线的选线，在选线 阶段充分考虑公路建成后的噪声问题，改变以往的被动降噪为主动降噪理念。避免在既 成事实面前尽可能采取一些补救措施，在工程设计阶段就尽可能考虑可能出现的问题， 对各方面的条件统筹兼顾，适当安排，采取经济有效的噪声控制措施。 为了有效的防治路面噪声污染环境，公路路线选线除应保证行车安全、舒适、迅速， 工程量小等原则外，还应根据环境噪声允许值控制好路线与环境敏感点( 特别是较大规 模敏感点) 之间的距离，路线选线应尽量避免穿越城镇和环境敏感目标。及时调整线路， 合理利用障碍物对噪声传播的附加衰减因地制宜地利用已有的土岗、小山丘、构筑物、 林带等降低噪声。 1 7 第三章公路路面噪声的降噪措施综述 3 3 汽车制造行业与路面噪声防治 汽车的噪声源主要包括发动机噪声、传动系噪声和轮胎噪声，此外，还有车体振动 噪声、排气噪声、进气噪声和鸣笛噪声。但是主要只有两个方面：一是发动机噪声，二 是轮胎与路面之间的噪声【2 5 】。这两种来源的噪声都是被动产生的，只要汽车行驶就会产 生。 为了促进汽车工业的发展和对噪声污染治理研究的重视，汽车出厂和年审必须经过 严格的噪声检测，以国家标准g b l 4 9 5 7 9 中华人民共和国机动车辆允许噪声标准为 依据，按国家标准g b l 4 9 6 - 7 9 机动车辆噪声测量方法进行检测，达标后方准出厂和 验收。同时政府应该制定用车更新和淘汰的法规和技术标准，根据中国汽车工业的发展 趋势和经济发展水平，制定更加严格的机动车辆噪声标准。 3 3 1 f 氏噪声车辆 路面噪声受车身结构、造型及附件的安装不合理、发动机安装方式、各激振源特性 等多种因素影响，所以低噪声车辆降低噪声最根本方法是从汽车机械原理出发的噪声控 制和从声学原理出发的噪声控制。前者是通过采用新技术、改进机械设备结构、提高零 部件的加工精度和装配质量，选用振动小、噪声低的新材料尽量减弱或降低声源的震动。 后者主要通过采取吸声、隔声、阻尼减振，密封等技术措施，控制声源的噪声辐射。 新型低噪声车辆为避免路面噪声，轮口内侧和底盘上添加了充满横向及纵向填充物 的夹层特殊隔音垫，在设计上使用优化方法和零件的优化选用，来降低由于车辆而引起 的路面噪声。 3 3 2 低噪声轮胎 如图3 1 所示，轮胎是路面噪声主要声源之一，控制路面噪声最直接的措施是从轮 胎入手，这是治标又治本的方法。低噪声轮胎是针对声源采取控制措施，改进优化轮胎 花纹以及轮胎结构、轮胎质量等来降低路面噪声。 3 3 2 1 f 氐噪声轮胎的设计 ( 1 ) 轮胎花纹的优化 对于轮胎花纹来说，光面轮胎的噪声最小【2 6 1 。但是光面轮胎的不能满足车辆的驱动 和制动等力学性能并且排水性能也不好，因此，汽车通常使用的都是有花纹的轮胎。但 胎面花纹的存在增加了路面的噪声，根据轮胎有关噪声源和实测结果分析，路面噪声主 1 8 长安大学硕士学位论文 要是花纹沟的气泵噪声和花纹块撞击路面的噪声【2 刀，所以花纹块和花纹沟是轮胎花纹噪 声的两大主要噪声源，如图3 4 所示。 花纹块振动噪声 空气泵噪声 图3 4 花纹块和花纹沟噪声 低噪声轮胎花纹的优化设计主要包括花纹块的设计、花纹沟槽的设计、花纹条数的 设计、节距的选择以及错位的调整等【2 7 1 。 低噪声轮胎改进了花纹形状及其花纹块和花纹沟的结构与排列，降低了由胎面振动 产生的噪音以及花纹块撞击地面引起振动噪声；对花纹块和花纹沟进行合理配置，达到 降低空气泵噪声的目的以及减少轮胎与路面粘着与滑脱产生的噪声。 ( 2 ) 轮胎其它方面的改进设计 改变轮胎的结构尺寸，提高轮胎均匀性调整好轮胎的动平衡可以有效减少轮胎自激 振动，达到降低路面噪声的目的。 轮胎振动与轮胎的刚度和阻尼有关，刚度增大，阻尼减小，轮胎的振动就会增大， 路面噪声也就增大了。低噪声轮胎采用高阻尼橡胶材料，增加帘布层数目，采用适当的 结构材料使轮胎结构刚度减小，阻尼增大，减少轮胎的振动。 3 3 2 2 低噪声轮胎的应用前景 低噪声轮胎目前是降低路面