S k te to m e n y nr 2-3 marzec-czerwiec 2000 r. TOM 4
J e r z y A . E js m o n t* , R y sz a r d W o ź n ia k *
Pojazdy do badania hałasu opon metodą CPX
Omówiono pojazdy badawcze przeznaczone do badań hałasu opon metodą p r z y czep ow ą (C PX). P o ró w n a n o c e ch y k o n s tr u k c y jn e p o s z c z e g ó ln y c h
rozwiązań oraz wynikające z nich szczególne cechy eksploatacyjne.
Słowa kluczowe: opona, badanie hałasu
Test vehicles for tyre/road noise measurements
Several test vehicles built fo r tyre/road noise measurements by the Close Proxim ity M ethod (CPX) are described. D esign details as well as particular futures o f each vehicle are commented.
Key words: tyre, tyre/road noise m easurem ents
1. W stęp
O pony sam o ch odo w e stan o w ią jed n o z g łó w nych źródeł hałasu we w spółczesnych sam ochodach osobow ych i ciężaro w y ch . W ciągu ostatnich k il
k u dziesięciu lat n astąp ił duży postęp w w yciszaniu układów napęd ow y ch, którem u niestety nie to w a
rzy szy ło po d o b n e z m n ie jsz a n ie em ito w an eg o do otoczenia h ałasu opon. H ałas ten je s t bardzo silnie zw iązany z p ręd k o ścią jaz d y (w zrasta p ro p o rc jo nalnie do jej logarytm u ). H ałas układu n apęd ow e
go zależy n ato m iast głów n ie od rozw ijanej przez silnik m ocy oraz p ręd k o ści obrotowej. W wyniku tego, hałas silnika jest dom inujący w stosunku do ha
łasu opon w przypadku m ałych prędkości jazdy oraz podczas przyspieszania. Przy pewnej prędkości (na
zywanej prędkością rozgraniczającą) następuje zrów nanie hałasu opon i hałasu układu napędowego. W ta
beli 1 przedstaw ione są prędkości rozgraniczające dla samochodów osobowych i ciężarowych, w warunkach jazdy z ustaloną prędkością i dla pełnego przyspiesze
nia. Prędkości te przytoczono dla pojazdów produko
wanych w różnym okresie.
* Politechnika Gdańska, Wydział Mechaniczny
Tabela 1. Prędkość rozgraniczająca dla różnych p o jazd ów i warunków ruchu
Typ pojazdu Jazda ze stałą prędkością, km/h
Pełne przyspie
szenie, km/h Samochody osobowe -
roczniki 1985-95 30-35 45-50
Samochody osobowe -
roczniki 1996-99 20-30 40-45
Samochody ciężarowe
roczniki 1985-95 40-50 50-55
Samochody ciężarowe
roczniki 1996-99 30-35 45-50
Jak widać z tabeli 1, w ostatnich latach prędkość rozgraniczająca uległa znacznemu obniżeniu, co ozna
cza, że w dom inującej ilości sytuacji drogowych ha
łas opon przew yższa hałas pochodzący od układu na
pędowego. W związku z tym prowadzone są liczne prace badawcze, zm ierzające do ograniczenia hałasu pow stającego podczas współpracy opony z jezdnią.
N iezbędnym w arunkiem prow adzenia takich prac jest posiadanie wiarygodnych i praktycznych metod ba
dawczych. Jedną z metod, które są stosowane od w ie
lu lat, jest m etoda przyczepowa. M etoda ta jest obec
TOM 4 marzec-czerwiec 2000 r. S faA tortt& U f nr 2-3
nie standaryzow ana przez ISO (projekt normy ISO/
CD 11819-2)) pod nazw ą „Close Proxim ity M ethod”
(CPX). Nazwa m etody odzw ierciedla fakt um ieszcze
nia mikrofonów pom iarow ych w niewielkiej odległo
ści od badanego koła.
Istnieją dwa zasadnicze warianty realizacji po
miarów m etodą CPX. Pierw sza m etoda opiera się na wykorzystaniu specjalnie dostosow anego samochodu osobowego lub ciężarowego i pom iarze hałasu powsta
jącego przy toczeniu jednego z jego kół [1]. N iew ąt
pliwą zaletą takiego rozw iązania jest niski koszt po
czątkowej adaptacji samochodu. O granicza się on do rozw iązania problem u m ocow ania m ikrofonów (patrz rys. 1) i ew entualnego dodatkow ego w yciszenia pod
zespołów pojazdu. Niestety, opływ pow ietrza wokół m ikrofonów przyczynia się do pow staw ania hałasu zakłócającego, a obecność elem entów zaw ieszenia i nadwozia wprow adza zakłócenia związane z odbi
ciami dźwięku.
Rys. 1. S a m o c h ó d s ta n o w i ą c y w ł a s n o ś ć T R L ( T r a n s p o r t R e s e a r c h L a b o r a to r y , W ie lk a B r y ta n ia ) w tr a k c ie b a d a ń h a ła s u o p o n m e to d ą C P X p r o w a d z o n y c h n a te r e n ie N ie m ie c i H o la n d ii w ro k u 1 9 9 8 . W id o c z n e s ą m ik r o fo n y u m ie s z c z o n e w o k o lic y ty ln e g o k o ła
D ruga m etoda w ykorzystuje specjalnie zbudo
wany pojazd (zwykle przyczepę), w którym m ocow a
ne jest badane koło. Koszt budowy takiego pojazdu jest zwykle bardzo wysoki, jednak warunki prow adze
nia pomiarów są znacznie korzystniejsze. Badane koło m oże być obudow ane stosunkow o dużą „kom orą” , która zm niejsza odbicia dźwięku i izoluje od hałasów zewnętrznych.
W dalszej części om ów ione zo stan ą p rzy k ła dow e ro zw iązan ia k o n stru k cy jn e p ojazdów b ad aw czych, d o sto so w anych do b ad an ia h ałasu opon m e
todą CPX.
2. Pojazdy do badania hałasu opon do samochodów osobowych
Przyczepa „ Tiresonic” zbudowana w Po
litechnice Gdańskiej
P rzyczep ę b adaw czą zap ro jek to w an o i w y k o
nano w K atedrze Pojazdów i M aszyn R oboczych W ydziału M echan iczn ego P o lite c h n ik i G d a ń sk iej w ro k u 1979. P rz y c z e p a z o s ta ła z m o d e rn iz o w a na w 1989 ro k u . Jej obecny w ygląd p rzed staw iają rys. 2 i rys. 3.
Przyczepa badawcza posiada trzy koła, ułożone na planie trójkąta, co powoduje, że pojazd ciągnący nie jest niezbędny do uzyskania jej stabilności (ta ce
cha stanowi rzadkość wśród stosowanych przyczep ba
daw czych). Dwa przednie, niezależnie zaw ieszone koła są sam osterujące. P ozw ala to na praw idłow e utrzym yw anie przyczepy za pojazdem ciągnącym zarówno w ruchu prostoliniowym , jak i na zakręcie, chociaż w tym ostatnim przypadku, jak i podczas ja z dy po drogach o złych nawierzchniach, konieczna jest szczególnie ostrożna j azda.
Koło z badaną oponą zam ocow ane je s t sztyw no do ram y przyczepy. E lim in u je to p o ten c jaln e źródło hałasu zakłócającego, m ogącego pochodzić od zaw ieszenia koła badanego. K oło to zam knięte je s t w w ytłum ionej akusty cznie (b ezechow ej) k o m orze osłonow ej. Istnieje m ożliw ość regulacji prze
św itu pom ięd zy k om o rą a n a w ie rz c h n ią drogi w gran icach od 20 do 50 mm. Po p o d niesieniu k om o
ry m ożna zm ienić koło badane z ogum ieniem oraz pozycję m ikrofonów . O bciążenie opony badanej jest re g u lo w a n e za p o m o cą sta lo w y c h o b ciążn ik ó w , m ontow anych na zew nątrz kom ory bezecho w ej, w
Rys. 2. P r z y c z e p a d o b a d a n ia h a ła s u o p o n „ T ir e s o m e ” z b u d o w a n a w P o lit e c h n ic e G d a ń s k ie j
S fa A tw t& U f nr 2-3 marzec-czerwiec 2000 r. TOM 4
Rys. 3. W n ę tr z e p r z y c z e p y „ T i r e s o m e ” p o o tw a r c iu k o m o r y o s ło n o w e j
koszach zaw ieszo n y ch niezależn ie w stosunku do ram y przyczepy. D zięki tem u m ożliw e je s t zm n iej
szen ie d y n a m ic zn y c h sił d z ia ła ją c y c h na oponę.
B adaniom m ożna po ddaw ać opony o rozm iarze od 135R12 do 225R 15. P rędk o ść m aksym alna p rzy czepy w ynosi 130 km /h.
Przyczepa zbudowana przez firmę Arse
nał w Austrii
N a rys. 4 przedstawiono przyczepę zbudowaną przez firmę Arsenał w Austrii [2]. Koło z badaną oponą umieszczone jest wewnątrz komory bezechowej, która może być podniesiona do góry, celem zmiany koła oraz pozycji mikrofonów (rys. 5). Z powodu braku dodatko
wych kół podporowych przyczepa musi być stabilizo
wana przed kołysaniem podłużnym i poprzecznym za pośrednictwem samochodu ciągnącego (poprzez dyszel holowniczy ze specjalnym przegubem). W konsekwen
cji położenie przyczepy w zględem nawierzchni zależ
ne jest od pojazdu holującego przyczepę.
Rys. 4. P r z y c z e p a z b u d o w a n a w f i r m i e A r s e n a ł w
A u s t r i i
Rys. 5. W n ę tr z e p r z y c z e p y f i r m y A r s e n a ł w id o c z n e p o p o d n ie s i e n iu k o m o r y o s ło n o w e j
Przyczepa zbudowana w FIGĘ (obecnie TUV Automotive) w Niemczech
Ta unikatowa przyczepa posiada cztery koła po
m iarowe. Badane opony um ieszcza się po dwie na dwóch osiach znajdujących się wewnątrz komory be
zechowej (patrz rys. 6). Przesuw any wewnątrz kom o
ry balast pozw ala na obciążenia przedniej lub tylnej osi przyczepy. M ikrofony pom iarowe rozm ieszczone są pom iędzy kołam i. Przyczepa badawcza musi być stabilizow ana w płaszczyźnie pionowej, wzdłużnej, przez samochód holujący.
Do badań m ożna wybierać jedną z osi: przednią lub tylną. Wybór odbyw a się poprzez opuszczenie kół i przesunięcie obciążników. Każde z kół zawieszone jest hydraulicznie. Dzięki temu m ożliwe jest pozio
m owanie przyczepy i ustalanie odległości komory od nawierzchni, w zależności od rozm iarów użytych do badań opon i ich obciążenia.
TOM 4 marzec-czerwiec 2000 r. Z fa A tw t& tty nr 2-3
Rys. 6. Wnętrze przyczepy pomiarowej FIGĘ. Oś przed
nia przyczepy je st obciążona a tylna podniesiona [2]
Przyczepa Rijkswaterstaat (DWW) z Ho
landii
Rys. 7 ukazuje bardzo zaaw ansow aną technicz
nie przyczepę z DW W z Holandii. Jest ona w pełni stabilizow ana dzięki czterem kołom podporow ym , um ieszczonym w narożach przyczepy. Koło z oponą badaną jest m ontow ane w ogromnej kom orze beze-
Rys. 7. Przyczepa D W W z H olandii [2]
Ryś. 8. Wnętrze komory bezechowej z widokiem na koło z oponą badaną i mikrofony pomiarowe przyczepy D W W
chowej (jej wnętrze ukazuje rys. 8). Dzięki temu m oż
liwe są pom iary hałasu opony w polu dalekim oraz różne, nietypowe a interesujące z badawczego punktu w idzenia pozycje m ikrofonów czy sond intensyw no
ści. Część środkowa kom ory bezechowej jest opusz
czana i podnoszona, co pozw ala na regulację prześw i
tu pom iędzy kom orą a nawierzchnią drogi. Przyczepa z racji swoich wymiarów jest ciężka i trudna w m a
newrowaniu, a co jest z tym związane, w prow adze
niu badań, zapew nia jednak niemal idealne warunki akustyczne.
Przyczepa MARGA-Darmstadt, Niemcy
W 1999 roku wybudowana została bardzo skom
plikow ana przyczepa, przedstaw iona na rys. 9. Służy ona do badania hałasu opon, które toczą się ze znacz
nym poślizgiem i pewnym kątem znoszenia (opona badana m oże być obciążona m omentem i/lub siłami bocznymi). Koło z oponą badaną zam knięte jest w ko
m orze bezechowej. M om ent na oponę przekazywany jest przez system hydrauliczny. Przyczepa posiada cztery koła podporowe, um ieszczone na zewnątrz ko
mory bezechowej, ma duże wymiary i jest ciężka. Ze w zględu na stw arzane przez nią duże opory ruchu (i dużą masę własną) wym aga pojazdu holującego tak
że o dużej masie własnej i dużej mocy silnika.
Rys . 9. Przyczepa M ARG A-D arm stadt [3]
Przyczepa TS-1 wybudowana w Politech
nice Gdańskiej
W 1999 r. w Katedrze Pojazdów i Maszyn Robo
czych Wydziału Mechanicznego Politechniki Gdańskiej zakończono budowę przyczepy badawczej TS-1, służą
cej do badania hałasu opon obciążonych m omentem napędowym lub hamującym . Przyczepę przedstaw io
no na rys. 10. Układ jezdny przyczepy złożony jest z trzech kół: dwa koła kierowane z przodu, jedno koło z badaną oponą z tyłu. Zapewnia on wym aganą statecz
S to A tw ie n y nr 2-3 marzec-czerwiec 2000 r. TOM 4
ność podłużną, poprzeczną oraz kierunkową. N ajw aż
niejszym układem przyczepy jest układ napędowy koła z badaną oponą, wykorzystujący moc krążącą* w ukła
dzie. Przednie koła „zbierają napęd” i przekazują go na tylne koło z badaną oponą. W przeniesieniu napędu pośredniczy przekładnia o zmiennym przełożeniu - wa- riator. Pozwala to na płynną zmianę poślizgu koła bada
nego w zakresie ± 20%.
Rys. 10. Przyczepa TS-1 wybudowana w Politechnice Gdańskiej (zdjęta komora osłonowa)
Pojazd badawczy TRL Wielka Brytania
Zupełnie inną koncepcję urządzenia przystoso
wanego do prow adzenia badań m etodą CPX prezen
tuje samochód doświadczalny, który wybudowano w
Rys. 11. Sam ochód badawczy TRL [5], [6]
* Moc krążąca to zjawisko polegające na tym, żc na skutek występowania nicpoprawności kinematycznej w układzie, jedno koło jest napędzane i przekazuje moc do jezdni, a drugie koło jest hamowane i pobiera moc od jezdni, a następnie przekazuje ją poprzez wał i przekładnię do koła napędzanego. Typowym przykładem występowania mocy krążącej jest jazda samochodu ze zblokowanym mechanizmem różnicowym [4]
TRL (rys. 11). W urządzeniu tym badane koło um iesz
czone jest pod podw oziem lekkiego samochodu cię
żarow ego. Koło osłonięte je st kom orą bezechow ą.
W samochodzie znajduje się również kom fortowo wy
posażone stanow isko operatora.
3. Przyczepy do badania hała
su opon do sam ochodów cięża
rowych
Przyczepa zbudowana w General Mo
tors (GM)
We w czesnych latach siedem dziesiątych w Ge
neral M otors pow stała pierw sza na świecie przyczepa do badania hałasu opon do samochodów ciężarowych (rys. 12). Z powodu braku kom ory osłonowej, w celu zm inim alizow ania hałasu zakłócającego pochodzące
go od sam ochodu ciągnącego, w pojeździe ciągnącym z tylnej osi zdjęte były zewnętrzne koła, a pozosta
wione w ew nętrzne zam knięto w dźwiękoszczelnych osłonach. To samo uczyniono z przekładnią główną sam ochodu wraz z m echanizm em różnicowym.
Rys. 12. Przyczepa do badań hałasu opon do samocho
dów ciężarowych zbudowana w General Motors [7]
Przyczepa zbudowana w Szwedzkim Na
rodowym Instytucie Badawczym Dróg i Ruchu Drogowego (VTI)
Przyczepa ta (rys. 13) została zbudowana na po
czątku lat osiem dziesiątych. Przyczepa posiada jedną oś, na której znajdują się dwa koła: jedno z badaną
TOM 4 marzec-czerwiec 2000 r. £Ca& ta*K& iy nr 2-3
oponą i drugie pełniące funkcję podpory z oponą „o ni
skim poziomie hałasu” (stanowi ona jednak potencjalne źródło hałasu zakłócającego). Oś zam ontow ana jest sztywno do końca długiej (10 m) belki. Drugi koniec belki zaczepiany jest w siodle pojazdu ciągnącego - ciągnika siodłowego. Ze w zględu na wymiary przy
czepa jest trudna w m anewrowaniu. M oże być stoso
wana zarówno w metodzie CPX, jak i w metodzie przy
czepo wo-wybiegowej, w której m ikrofony um ieszczo
ne są na poboczu drogi.
Rys. 13. Przyczepa do badań hałasu opon do sam o
chodów ciężarowych zbudowana w VTI
4. Podsum owanie
Powyżej przedstawiono wybrane pojazdy badaw
cze do badań hałasu opon m etodą CPX. Oprócz om ó
wionych pojazdów , obecnie eksploatow anych, jest jeszcze na świecie kilka innych, lecz ich konstrukcje są zbliżone do om ów ionych rozw iązań. N iektóre z przyczep pom inięty ch w niniejszym opracow aniu omówione są w [8]. W roku 1998 na drogach Niemiec
i Holandii doszło do spotkania ośmiu pojazdów ba
dawczych, które w tym samym czasie i m iejscach pro
wadziły badania takich samych opon. Eksperym ent stanowił ostateczną weryfikację projektu normy ISO 11819-2, która będzie określać warunki prowadzenia badań hałasu opon m etodą CPX.
5. Literatura
1. Sandberg U., Ejsm ont J.A. „ Tyre/Road N o is e ” - książka w przygotowaniu
2. Praca zbiorowa: „International CPX Validation Test ISO TC43/SC1AVG33 1998-2000” stanowiącego raport podsumowujący wyniki eksperymentu prowa
dzonego w Niemczech i Holandii przez Grupę Robo
czą WG 33 opracowującą projekt normy ISO 11819-2.
3. Olms H., B reuerB .: „Tyre/Road Noise Trailer M e
asurements with the Close-Proximity M ethod un
der Variation o f Pavement, Tyre, Wheel and Su
spension Characteristics ”, EAEC European A uto
motive Congress, Barcelona, 30 VI - 2 V I I 1999.
4. M. D ębicki „Teoria samochodu - teoria n a p ęd u ”, WNT, Warszawa, 1971
5. Phillips S.: „Nuisance N o ise ”, Tire Technology In ternational, Sept. 1998
6. Philips S.: „Triton U nveiled”, TRLNews, Sept. 1999 7. Wilke I.D., Hickling R.: „M easurement o f Truck Tire
Noise Using a Single-W heel Trailer”, SAE H igh
way Tire Noise Symposium, P70, Nov. 10-12, 1976 8. Ejsm ont J.A .: „Classification o f road surfaces with respect to traffic noise by using the trailer m ethod”, VTI M eddelande 669A (1992), VTI Linkoeping, Szwecja
