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高速动车组噪声主动控制技术研究

胡士华  
【摘要】:动车组作为新时代的陆用交通工具,已经融入了人们的生活,高速动车组由于行驶速度高,带来的车内外噪声问题不可忽视,噪声过大不利于乘客的乘坐舒适性,且对车上工作人员及乘客的身体和心理健康都会造成一定损害,严重时甚至危及列车运行安全,寻得一个好的降噪技术来解决高速动车组车内噪声问题变得越来越重要。目前国内动车组噪声控制技术主要以传统方法为主,主要是从车体结构入手,采用吸声、阻尼等无源控制手段,这种方法对中高频噪声效果不错,对低频却难以凑效,因此需要找到一种合适的控噪方法对传统降噪进行补充。论文针对高速动车组噪声控制问题,提出了利用主动降噪法对高速动车组车内噪声进行控制。动车组噪声主动控制技术,并不是有源噪声控制技术在动车组上的简单复制,由于高速动车组噪声系统复杂,需要对国内既有典型高速动车组声源与控制点关联特性进行很深的了解,此外控制系统需具备较强的可靠性及鲁棒性,主动降噪技术已得到许多国家重视,在我国也发展为重要项目。首先对既有高速动车组噪声特性进行分析,选取国内典型的I型、II型高速动车组为研究对象,结合传统被动降噪方式的典型特点和既有降噪效果,确定主动降噪系统应以低于1000Hz的主要频段为主,并明确了中低频段噪声以结构振动辐射和空气声透射相互作用对车内形成影响。然后基于Filtered-X LMS算法、运用Labview图形化软件设计和NI系统硬件,搭建主动控制原理样机,系统中NI平台具有融合自身软件与硬件驱动和兼容的特点,指标参数达到控制系统要求,另外模块化设计使得控制系统具有可扩展性能,能给系统后续的升级维护提供充足的空间。其次对主动降噪系统原理样机分别在实验室内和动车组商务座上进行了对比试验。在实验室内,单频信号作为噪声信号时,降噪效果约为17dB,效果非常明显,当输入动车组采集的信号时降噪效果为10dB,效果依旧明显。动车组商务座降噪试验中,高速动车组行驶速度快,且车内噪声环境具有时变性和复杂性,控制点与参考点它们之间的信号关联性不强,控制前后降噪效果约2.5dB,相比实验室效果较差。最后利用国内某型动车组模拟300km/h和350km/h运行条件下主动控制系统对人头部区域的降噪范围进行了预估,结果显示离降噪目标点越近的区域,降噪效果越好,离目标点越远的区域,降噪效果越差;针对350km/h的噪声信号,接近人工头耳部1cm附近降噪量最高可达约10.4dB,离人工头耳部斜上方12cm处降噪效果几乎消失;针对300km/h的噪声信号,接近人工头耳部1cm附近降噪量最高可达约4.4dB,离人工头耳部斜上方5cm处降噪效果完全消失。


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