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DE102008046111A1 - Method for continuous determination of acoustic quality of road from noise into toroidal area of smooth tire in flowing traffic area, involves determining outdistancing and texture levels as acoustic quality characteristics of road lining - Google Patents

Method for continuous determination of acoustic quality of road from noise into toroidal area of smooth tire in flowing traffic area, involves determining outdistancing and texture levels as acoustic quality characteristics of road lining Download PDF

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DE102008046111A1
DE102008046111A1 DE200810046111 DE102008046111A DE102008046111A1 DE 102008046111 A1 DE102008046111 A1 DE 102008046111A1 DE 200810046111 DE200810046111 DE 200810046111 DE 102008046111 A DE102008046111 A DE 102008046111A DE 102008046111 A1 DE102008046111 A1 DE 102008046111A1
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DE
Germany
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resonators
digital
noise
resonator
road
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE200810046111
Other languages
German (de)
Inventor
Oskar Dr. Bschorr
Kuni Richter
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Individual
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/14Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object using acoustic emission techniques

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Abstract

The method involves determining a 7.5 m outdistancing level and a texture level with a series of m-digital single mass-resonators with resonant frequency and a stage ratio as parallel resonators for a torus-noise, and with spectral transfer functions as acoustic quality characteristics of a road lining. A time discrete torus signal given as a road section is acted at a spring (C) of the single mass-resonators. A deflection, momentary resonant energy and a momentary power are determined by digital integration and assigned to spectral power density of the torus signal.

Description

Aufgabe ist die Bestimmung der akustischen Qualität von Straßen. Das Verfahren soll im fließenden Verkehr und auch in Wohngebieten anwendbar sein und die ISO-Norm 11819 „Acoustics: Method for measuring of road surface an traffic noise” erfüllen. Speziell geht es um die fortlaufende, kontinuierliche Bestimmung des 7,5m-Vorbeifahrtpegels und des dB(A)-gewichteten Texturpegels mit einer exakten Zuordnung von Messwert und Messort und um die Schwankungen dieser Bestimmungsgrößen. Damit soll die Lärmwirkung schwankender und impulshaltiger Geräusche mit erfasst werden.The task is to determine the acoustic quality of roads. The method should be applicable in flowing traffic and also in residential areas and the ISO standard 11819 "Acoustics: Method for measuring road surface on traffic noise". Specifically, it is about the continuous, continuous determination of the 7.5 m pass-by level and the dB (A) -weighted texture level with an exact assignment of measured value and measuring location and the fluctuations of these parameters. This is intended to detect the noise effect of fluctuating and impulsive noises.

Zur Bewertung des Rollgeräusches wird der international genormte 7,5m-Vorbeifahrt-Pegel benützt. Eine solche Messung ist vergleichsweise umständlich und zeitaufwendig, liefert nur punktuelle Werte und ist bei Straßen in Wohngebieten wegen reflektierender Häuserwände nicht anwendbar. Messanhänger nach der ISO-Norm 11819 (2) mit mehreren Mikrofonen in Reifennähe liefern zwar kontinuierliche Werte, problematisch sind hier die Umweltgeräusche, insbesondere durch Fahrtwind und Gegenverkehr. Trotz Normung sind die Ergebnisse der Messungen mit verschiedenen Messanhängern nur bedingt vergleichbar. Die Vermessung von Straßentexturen mit dem Laser-Profilometer liefert nur ein geometrisches, linienförmiges Abbild. Auch hat ein Reifen beim Abrollen lediglich einen Kontaktflächenanteil von nur 20–60% zur Straße, so dass die Lasermessung die akustisch wirksame Textur nur unvollständig wiedergibt.To evaluate the rolling noise, the internationally standardized 7.5m pass-by level is used. Such a measurement is relatively cumbersome and time consuming, provides only punctual values and is not applicable to streets in residential areas because of reflective house walls. Measuring pendant after the ISO standard 11819 (2) with several microphones near the tire provide continuous values, the environmental noise is problematic here, especially due to wind and oncoming traffic. Despite standardization, the results of measurements with different measuring pendants are only partially comparable. The measurement of road textures with the laser profilometer provides only a geometric, linear image. Also, a tire has only a contact surface portion of only 20-60% to the road when rolling, so that the laser measurement reproduces the acoustically effective texture only incomplete.

In DE 197 26 608 wurde ein Messverfahren vorgeschlagen, das Geräusch im Torusraum eines profillosen Reifens zur Bestimmung der akustischen Qualität einer Straße heranzuziehen. Beim Abrollen prägen sich Straßenunebenheiten in den Reifen ein und erzeugen im Reifentorus Schallpegel über 130 dB. Das Torusgeräusch kann kontinuierlich, auch im fließenden Verkehr störungsfrei und mit einer Wiederholbarkeit besser als 0,2 db(A) gemessen werden. Aus dem Torus-Spektrum in einem profillosen Reifen werden mittels linearer Übertragungsfunktionen direkt der zugeordnete 7,5m-Vorbeifahrtpegel und der Texturpegel bestimmt. Mit diesem Verfahren kann pro Stunde eine Straßenlänge von ca. 80 km vermessen werden. Dies ermöglicht eine einfache akustische Qualitätskontrolle sowohl nach dem Einbau als auch nach längerer Liegezeit einer Straßendecke. Ein solches Verfahren dient letztendlich dazu, das große, über 5 db(A) betragende Lärmminderungspotential bei Straßen auszuschöpfen.In DE 197 26 608 For example, a measurement method has been proposed to use the noise in the torus space of a profileless tire to determine the acoustic quality of a road. When unrolling, unevennesses in the tires are reflected and produce noise levels in the tire torus of more than 130 dB. The torus noise can be measured continuously, even in flowing traffic without interference and with a repeatability better than 0.2 db (A). From the torus spectrum in a profileless tire, the associated 7.5m pass-by level and texture level are directly determined by linear transfer functions. With this method, a road length of approximately 80 km per hour can be measured. This allows a simple acoustic quality control both after installation and after prolonged rest of a road surface. Such a process ultimately serves to exhaust the large noise reduction potential on roads over 5 db (A).

Ungelöst ist hier das Problem der (i) exakten Zuordnung einer Schallmessung zum Messort. Extrem sensibel sind Sol/Ist-Ablagen der Spur. Bei eingefahrenen Spurrillen macht eine Reifenbreite bis zu 3 db(A) aus. In Weiteren geht es (ii) um die Erfassung auch der zeitlichen Änderungen. Problem ist die natürliche, statistische Schwankung von Schmalbandspektren und die verfahrensbedingte Einebnung von realen Schwankungen durch den Taktbetrieb bei der FFT-Analyse.

  • (i) Die Ungenauigkeit der herkömmlichen satellitengestützen GPS-Navigation resultiert aus der bis heute ungeklärten sog. Pioneer-Anomalie. Dieses Phänomen ist offensichtlich entfernungsabhängig und wurde erst bei den extrasolaren, den Anziehungsbereich der Sonne verlassenden Pioneer-Sonden bemerkt. Innerhalb deren 15-jährigen Missionszeit und bei einem Abstand von 1010 km wuchs die Fehlerdifferenz von gemessener und gerechneter Position auf 1 Mill. km an. Andere Satellitenmissionen, insbesondere Flyby-Manöver zeigten ebenfalls Diskrepanzen. Bei den Navigations-Satelliten mit einer mittleren Entfernung von 20 000 km ist die Pioneer-Anomalie entsprechend geringer, beeinträchtigt aber die Triangulation.
Unresolved here is the problem of (i) exact assignment of a sound measurement to the measurement location. Sol / actual trays of the track are extremely sensitive. With retracted ruts a tire width is up to 3 db (A). Other (ii) deals with the recording of changes over time. The problem is the natural, statistical fluctuation of narrow-band spectra and the process-related leveling of real fluctuations by the cyclic operation in the FFT analysis.
  • (i) The inaccuracy of conventional satellite-based GPS navigation results from the so far unexplained so-called Pioneer anomaly. This phenomenon is obviously distance-dependent and was first noticed in the extrasolar Pioneer probes leaving the Sun's gravitational field. Within its 15-year mission period and at a distance of 10 10 km, the error difference between measured and calculated position increased to 1 million km. Other satellite missions, especially flyby maneuvers, also showed discrepancies. In the navigation satellites with an average distance of 20 000 km, the Pioneer anomaly is correspondingly lower, but affects the triangulation.

Die Pioneer-Anomalie wird hier auf eine Doppler-Disposition zurückgeführt. So kann beim Doppler-Effekt im allgemeinen Fall nicht mit einem konstanten Wellenträger gerechnet werden. Bei Luftschall ist vorrangig die Windgeschwindigkeit zu beachten. Eine zeitlich wechselnde Luftbewegung induziert neben der normalen, zusätzlich eine anomale Doppler-Verschiebung; insbesondere besteht bei einer Expansion der Luft ein ähnlicher Anomalie-Verlauf wie bei den Pioneer-Messungen. Zur Nachbildung einer solchen Anomalie wurde nach DE 10 2008 036 812.2 in die optische Doppler-Messung die kosmologische Expansion des Weltraumes eingeführt. Deren Kinematik ist durch den einzahligen Hubble-Parameter H gekennzeichnet, wonach im Abstand r eine Expansionsgeschwindigkeit u = Hr induziert wird. Die aus den Pioneer-Messungen ermittelte Hubble-Konstante H = 1,2·10–14 [1/s] bezieht sich auf die Dunkelmaterie als Träger der Doppler-Wellen und ist 104-mal größer als der für die sichtbaren Massen geltende, astronomische Hubble-Faktor H0. Eine Doppler-Messung bei einer Fluggeschwindigkeit v und mit der Frequenz f liefert in diesem Modell die Frequenzverschiebung ΔfMess = (–v/c + u/c)f. (c = Lichtgeschwindigkeit). Neben der regulären Doppler-Verschiebung ΔfNorm = –fv/c tritt zusätzlich eine anomale Frequenzverschiebung ΔfAnom = fu/c = fHr/c in Erscheinung. Mit der Korrekturvorschrift ΔfNorm = ΔfMess – ΔfAnom wird aus dem Rohwert ΔfMess der wahre Doppler-Wert ΔfNorm gebildet. Die einfachste Korrektur ΔfAnom = fH<r>/c besteht darin, für den Abstand von Satellit zur Erdoberfläche pauschal mit einer mittlere Entfernung <r> zu rechnen. In nächst bester Näherung ist im Mittelwert <r> die geografische Breite des Navigationsgerätes mit berücksichtigt. Bei der exakten Korrektur schließlich sind die Bahnen der Satelliten im Navigationsgerät gespeichert, so dass zusammen mit dem Messort die tatsächlichen Entfernungen r bekannt sind und gemäß ΔfAnom = fHr/c berücksichtigt werden können.

  • (ii) Um aus der aktuellen Messung des Torus-Geräusches die maßgebenden, gewichteten Kennwerte einer Straße, z. B. den Vorbeifahrt- oder den Texturpegel zu bestimmen, sind jeweils Spektralanalysen notwendig. Mit der Fast-Fourier-Analyse steht zwar ein ausreichend schnelles Verfahren zur Verfügung, dieses arbeitet aber nicht unmittelbar zeitgleich, sondern im Taktbetrieb. Gerade beim Fourier-Verfahren ist ein Signalimpuls innerhalb eines Taktes nicht lokalisiert. Einer Verkleinerung der Taktlänge zur besseren Ortsauflösung steht aber eine höhere Streuung gegenüber. In der Quantenphysik wird diese Abwägung als grundsätzliches physikalisches Phänomen, als Unschärferelation behandelt. – Auch der Übergang zur Wavelet-Analyse erscheint wenig Erfolg versprechend, so verhält sich das gebräuchliche Haar-Wavelet komplementär zu Fourier, es ist zwar ausreichend ortsgenau, ist dafür aber im Frequenzbereich schlecht lokalisiert.
The Pioneer anomaly is attributed here to a Doppler disposition. Thus, the Doppler effect in the general case can not be expected with a constant wave carrier. In the case of airborne noise, the wind speed must be considered as a priority. A temporally changing air movement induces besides the normal, in addition an abnormal Doppler shift; in particular, an expansion of the air has a similar anomaly pattern to the Pioneer measurements. To simulate such anomaly was after DE 10 2008 036 812.2 introduced in the optical Doppler measurement the cosmological expansion of space. Their kinematics is characterized by the single Hubble parameter H, after which an expansion speed u = Hr is induced at a distance r. The Hubble constant H = 1.2 · 10 -14 [1 / s] determined from the Pioneer measurements refers to the dark matter as a carrier of the Doppler waves and is 10 4 times larger than that for the visible masses, astronomical Hubble factor H 0 . A Doppler measurement at an airspeed v and with the frequency f provides the frequency shift Δf meas = (-v / c + u / c) f in this model. (c = speed of light). In addition to the regular Doppler shift Δf Norm = -fv / c, an anomalous frequency shift Δf Anom = fu / c = fHr / c occurs in addition. With the correction rule Δf standard = Δf measuring Δf Anom , the true Doppler value Δf norm is formed from the raw value Δf measurement . The simplest correction Δf Anom = fH <r> / c consists of calculating the distance from the satellite to the earth's surface flat with a mean distance <r>. In the nearest best approximation, the average latitude <r> takes into account the geographical latitude of the navigation device. Finally, in the case of exact correction, the orbits of the satellites are stored in the navigation device chert, so that the actual distances r are known together with the measuring location and can be taken into account according to Δf Anom = fHr / c.
  • (ii) To obtain from the current measurement of the torus noise the authoritative, weighted characteristics of a road, e.g. For example, to determine the pass or texture level, spectral analyzes are necessary. Although fast-Fourier analysis provides a sufficiently fast method, it does not work immediately at the same time, but rather in clock mode. Especially in the Fourier method, a signal pulse is not localized within a clock. A reduction of the cycle length for a better spatial resolution is contrasted with a higher dispersion. In quantum physics this consideration is treated as a fundamental physical phenomenon, as a uncertainty principle. - The transition to the wavelet analysis appears to be less promising, so behaves the common hair wavelet complementary to Fourier, although it is sufficiently accurate, but it is badly localized in the frequency domain.

Die analoge Datenverarbeitung dagegen bietet einfache Lösungen zur zeitgleichen Wiedergabe von frequenzgewichteten Kennwerten. Wird z. B. ein Resonator mit der Resonanzfrequenz f0 und einem Verlustfaktor η mit dem zu analysierenden Signal beaufschlagt, registriert dieser synchron die im Frequenzbereich Δf = ηf0 liegenden Signalenergie. Vorteilig ist weiterhin, dass der Resonator gegenüber der arithmetischen Frequenzstufung bei Fourier direkt eine geometrische Stufung entsprechend der in der Praxis benützten Terz- oder Oktavanalyse liefert. Um trotzdem Vorteil und Vielseitigkeit der digitalen Datenverarbeitung beibehalten zu können, werden hier digitale Resonatoren eingeführt. Diese Resonatoren können sehr engmaschig f0 = {foi} und mit verschiedenen Verlustfaktoren η = {ηk} realisiert werden, so dass bei der Bildung eines stabilen Mittelwertes nicht nur über Zeit, sondern auch über die benachbarten Frequenzen {foi}, Verlustfaktoren {ηk}, verschiedene Resonatortypen und verschiedene Anregungsarten gemittelt werden kann.In contrast, analogue data processing offers simple solutions for simultaneous playback of frequency-weighted characteristic values. If z. B. a resonator with the resonant frequency f 0 and a loss factor η acted upon by the signal to be analyzed, this synchronously registers the lying in the frequency range .DELTA.f = ηf 0 signal energy. A further advantage is that the resonator with respect to the arithmetic frequency gradation in Fourier directly provides a geometric gradation according to the third-octave analysis used in practice. Nevertheless, in order to be able to retain the advantage and versatility of digital data processing, digital resonators are introduced here. These resonators can be realized very closely f 0 = {f oi } and with different loss factors η = {η k }, so that in forming a stable average not only over time, but also over the neighboring frequencies {f oi }, loss factors {η k }, different types of resonators and different types of excitations can be averaged.

Der Modell-Resonator in 1 stellt einen Zusammenhang zwischen Analyse- und Resonator-Signal her und vermag aus einem als Streckenzug gegebenen Signal ein geometrisch gestuftes, kontinuierliches Frequenzspektrum zu liefern. In 2 liegt das zu analysierende Signal als Treppenkurve – als stückweise konstante Funktion – vor. In beiden Fällen wurde der Anschaulichkeit wegen das Signal s = s(t) als Wegerregung abgebildet. In beiden Fällen erfolgt die Eichung über definiertes Rauschen.The model resonator in 1 establishes a relationship between the analysis signal and the resonator signal and is able to supply a geometrically stepped, continuous frequency spectrum from a signal given as a train train. In 2 is the signal to be analyzed as a staircase curve - as a piecewise constant function - before. In both cases, for the sake of clarity, the signal s = s (t) was mapped as path excitation. In both cases the calibration is done via defined noise.

1: Vorgegeben ist ein Resonator mit der Masse M, der Feder C und der Dämpfung D und habe die komplexe Eigenfrequenz f0(1 + iη). Dieser Resonator erfährt eine Wegerregung s(t) = (sn} gegeben durch eine Zeitreihe mit den Signalwerten sn im zeitlichen Abstand Δt. Die Berechnung des zeitlichen Schwingungsverlaufes y(t) = {yn} der Resonatormasse M bei vorgegebenem Wegverlauf s(t) ist eine klassische Grundaufgabe, für die es eine Reihe von Programmen gibt. Bei einer zeitverzögerten Berechnung sind zum aktuellen Zeitpunkt tn = nΔt mit dem Ausschlag yn nicht nur die Wegstörung sn sondern bereits die folgenden Störungen sn+1, sn+2 ... bekannt. Damit sind schneller konvergierende Algorithmen einsetzbar mit denen sich der hier interessierende Verlauf der Schwingungsenergie A = A(t) des Resonators in Abhängigkeit der Wegerregung s im Zeitbereich t berechnet werden kann. 1 : Given is a resonator with the mass M, the spring C and the damping D and have the complex natural frequency f 0 (1 + iη). This resonator experiences a path excitation s (t) = (s n ) given by a time series with the signal values s n at the time interval Δt. The calculation of the temporal oscillation profile y (t) = {y n } of the resonator mass M for a given path profile s (FIG. t) is a classical basic task for which there are a number of programs In a time-delayed calculation, at the current time t n = nΔt with the deflection y n not only the path disturbance s n but already the following disturbances s n + 1 , s n + 2 ... Thus, faster convergent algorithms can be used with which the course of the oscillation energy A = A (t) of the resonator of interest as a function of the path excitation s in the time domain t can be calculated.

In Frequenzbereich f hat der Resonator die Resistanz R = R(f) und nimmt die Leistung W auf R(f) = 2πηMf0f2/[(1 + f0/f)2(f – f0)2 + η2f2 dW = w(f)R(f)df In frequency range f, the resonator has the resistance R = R (f) and absorbs the power W. R (f) = 2πηMf 0 f 2 / [(1 + f 0 / F) 2 (f - f 0 ) 2 + η 2 f 2 dW = w (f) R (f) df

Die Schnelleintensität w = w(f) lässt sich auf das Fourier-Spektrum s(f) des Signals s(t) zurückführen, w = [2πfs(f)]2. Zur Integration wird die Variable z = f – f0 eingeführt, die bei z = 0, d. h. im Resonanzfall f = f0 ein ausgeprägtes, eng begrenztes Maximum hat. Mit guter Näherung können in diesem Bereich die Intensität w(f) → w(f0) und die Frequenz f → f0 als langsam veränderliche Größen als konstant angenommen werden. Damit erhält man die Leistung W und die gespeicherte Energie A des Resonators. W → π2w(f0)f0 2M[W] A → W/2πf0η[Ws] The fast intensity w = w (f) can be attributed to the Fourier spectrum s (f) of the signal s (t), w = [2πfs (f)] 2 . For integration, the variable z = f - f 0 is introduced, which has a pronounced, finely limited maximum at z = 0, ie in the case of resonance f = f 0 . With good approximation, the intensity w (f) → w (f 0 ) and the frequency f → f 0 can be assumed to be constant as slowly changing quantities in this range. This gives the power W and the stored energy A of the resonator. W → π 2 w (f 0 ) f 0 2 M [W] A → W / 2πf 0 η [Ws]

Das hier mit der Resonanzfrequenz f0 exemplifizierte Verfahren kann mit f0 – f0m auf andere Resonanzfrequenzen f0m erweitert werden. Eine geometrische Frequenzstufung f0m = f0qm liefert mit q = 2 eine Oktav- und mit q = 21/3 eine Terzanalyse. (m = 1, 2, 3 ...). Stufung q und Verlustfaktor η sind unabhängig voneinander frei wählbar.The method exemplified here with the resonance frequency f 0 can be expanded with f 0 -f 0m to other resonance frequencies f 0m . A geometric frequency gradation f 0m = f 0 q m yields an octave analysis with q = 2 and a third octave analysis with q = 2 1/3 . (m = 1, 2, 3 ...). Grading q and loss factor η are independently selectable.

Der zeitliche Mittelwert A = <An>T aus den An-Werten steht wie oben gezeigt, in direktem Zusammenhang mit der spektralen Intensität w(f0) bei der Resonanzfrequenz f0 und kann mit einem definierten Rauschen geeicht werden. Eine Mittelungszeit T = 25 μs liefert die Impuls- und T = 125 μs eine Fast-BewertungThe time average A = <A n> T from the A n values is as shown above, is directly related to the spectral intensity, w (f 0) at the resonance frequency f 0 and can be calibrated with a defined noise. Averaging time T = 25 μs gives the pulse and T = 125 μs a fast rating

2: Wieder ist ein Resonator der Masse M, der Feder C und der Dämpfung D vorgegeben und wird hier durch eine als Treppenfunktion s = {sn} mit den Stufen Δsn+1 = {sn+1 – sn} angeregt. Mit Ausnahme der Sprungstellen führt der Resonator eine kräftefreie Schwingung mit der komplexen Resonanzfrequenz ω0 = ω' + iω'' und der reellen Amplitude a = a(t) aus. Es ist zweckmäßig die Amplitude a durch die gesamte Schwingungsenergie A = Akin + Apot = 2Apot des Resonator zu ersetzen. Mit Apot = ½a2 C wird die Amplitude a = √(A/C) und man erhält für den Ausschlag y = y(t) und die Schnelle y° = y°(t) y = √(A/C)sin(ω0t + φ) y° = ω0√(A/C)cos(ω0t + φ) 2 : Again, a resonator of the mass M, the spring C and the damping D is given and is here stimulated by a step function s = {s n } with the steps Δs n + 1 = {s n + 1 - s n }. With the exception of the discontinuities, the resonator performs a force-free oscillation with the complex resonance frequency ω 0 = ω '+ iω''and the real amplitude a = a (t). It is expedient to replace the amplitude a by the total oscillation energy A = A kin + A pot = 2A pot of the resonator. With A pot = ½a 2 C the amplitude becomes a = √ (A / C) and we get y = y (t) and the fast y ° = y ° (t) for the rash y = √ (A / C) sin (ω 0 t + φ) y ° = ω 0 (√ (A / C) cos ω 0 t + φ)

Ohne Einschränkung der Allgemeinheit erfolge zum Zeitpunkt t = 0 auf Grund der treppenförmigen Wegerregung Δs ein Sprung des Ausschlages y um Δy = Δs. Die Schnelle bleibt mit Δy° = 0 erhal ten, deshalb ebenso die kinetische Energie, ΔAkin = 0. Damit erfährt in linearer Näherung die gesamte Schwingungsenergie A eine Änderung ΔA und die Phase φ eine Änderung Δφ ΔA = 2√(AC)sinφΔs Δφ = √(C/A)cosφΔs Without limiting the generality, at the time t = 0, due to the step-shaped path excitation Δs, a jump of the deflection y takes place by Δy = Δs. The fast remains with Δy ° = 0 erhal th, therefore also the kinetic energy, ΔA kin = 0. Thus, in a linear approximation, the total vibration energy A undergoes a change ΔA and the phase φ a change Δφ ΔA = 2√ (AC) sinφΔs Δφ = √ (C / A) cosφΔs

Nach der Sprungstelle n habe der Resonator die Schwingungsenergie An und die Phase φn. Während der Zeit Δtn führt der Resonator eine gedämpfte Schwingung aus wobei die Energie An entsprechend der Dämpfung ω'' exponentiell abnimmt und die Phase um Δφn anwächst. Der neue Zustand vor dem nächsten Sprung ist An' und φn'. An' = Anexp(–ω''Δtn) φn' = φn + ω'Δtn After the discontinuity n the resonator has the oscillation energy A n and the phase φ n . During the time .DELTA.t n performs a damped oscillation, the resonator of the energy corresponding to the damping A n ω 'decreases exponentially and the phase increases by Δφ n. The new state before the next jump is A n 'and φ n '. A n '= A n exp (-ω''Δt n ) φ n '= φ n + ω'Δt n

Nach dem Sprung Δyn+1 = Δsn+1 = sn+1 – sn ist der Zustand An+1 und φn+1 An+1 = An' + 2√(An'C)sinφn'Δsn+1 φn+1 = φn' + √(C/An')cosφn'Δsn+1 After the jump Dy n + 1 = .DELTA.s n + 1 = s n + 1 - s n is the state of A n + 1 and φ n + 1 A n + 1 = A n '+ 2√ (A n 'C) sinφ n '.DELTA.s n + 1 φ n + 1 = φ n '+ √ (C / A n ') Cos n '.DELTA.s n + 1

Die sprunghafte Energieänderung ΔAn auf das Zeitintervall Δtn umgelegt ergibt die zu 1 analoge, vom Einmassen-Resonator aufgenommene Schwingungsleistung Wn = ΔAn/Δtn und steht im Gleichgewicht mit dem Dämpfungsverlust (An – An')/Δtn.The sudden energy change ΔA n applied to the time interval Δt n results in the 1 analog, absorbed by the single-mass resonator oscillation output W n = .DELTA.A n / n and .DELTA.t is in equilibrium with the attenuation loss (A n - A n ') / n .DELTA.t.

Damit ist ein Zyklus geschlossen und das Verfahren wiederholt sich. Die Sprungwerte ΔA und Δφ lassen ohne zeitaufwendige Iterations-Rechnung direkt aus einer zweidimensionalen Tabelle mit den Parametern Δs/a und φ ablesen. Da während einer Analyse die Resonanzfrequenz ω0 und der Zeitschritt Δt konstant bleibt, kann auch die Änderung während der ungestörten Schwingung im Zeitintervall Δtn mit in die Tabelle integriert werden. Der Hauptvorteil ist jedoch, dass anstelle der linearen Rechnung die Tabelle mit den exakten Werten belegt und so Rechenzeit gespart wird.This completes one cycle and repeats the process. The jump values ΔA and Δφ can be read directly from a two-dimensional table with the parameters Δs / a and φ without time-consuming iteration calculation. Since the resonance frequency ω 0 and the time step Δt remain constant during an analysis, the change during the undisturbed oscillation in the time interval Δt n can also be integrated into the table. The main advantage, however, is that instead of the linear calculation, the table is filled with the exact values, thus saving computation time.

In den 1 und 2 war das zu analysierende Signal s = {sn} als Weg interpretiert. In derselben Weise kann s als Kraft bei einem digitalen Resonator mit Kraftanregung an der Masse M realisiert werden. Ebenso sind auch Schwinger mit komplexer Masse M = M' + iM'' und/oder komplexer Feder C = C' + iC'' als Frequenzanalysator einsetzbar. Um gewichtete Frequenzgänge nachzubilden kann anstelle eines Einmassen-Resonators auf Zwei- und Mehrmassen-Schwinger erweitert werden. Die Eigenschaft eines Bandpassfilters haben die sog. Tuned-mass-damper mit zusammenfallenden Resonanzfrequenzen. Hoch- und Tiefpass-Charakteristik haben aus Dämpfern D und Federn C bestehende Aggregate und Schwingungsabsorber mit Cut-off-Frequenzen. Da jeweils ein kausaler Zusammenhang zwischen Resonatorenergie A und dem spektralen Erregersignal s = s(f) besteht, können auch diese Anordnungen zur Frequenzanalyse eingesetzt werden.In the 1 and 2 the signal to be analyzed s = {s n } was interpreted as a path. In the same way s can be realized as a force in a digital resonator with force excitation at the mass M. Similarly, oscillators with complex mass M = M '+ iM''and / or complex spring C = C' + iC '' can be used as a frequency analyzer. To replicate weighted frequency responses, it is possible to expand to two-mass and multi-mass oscillators instead of a one-dimensional resonator. The characteristic of a bandpass filter are the so-called tuned mass damper with coinciding resonance frequencies. High- and low-pass characteristics are made up of dampers D and springs C and aggregates and vibration absorbers with cut-off frequencies. Since there is a causal relationship between resonator energy A and the spectral exciter signal s = s (f), these arrangements can also be used for frequency analysis.

Im Beispiel der 1 wurden die zeitdiskreten An- bzw. Wn-Werte den genormten Impuls-, Fast- bzw. Slow-Bewertungen entsprechend gemittelt. Je kleiner die Mittelungszeit ist desto störender sind die statistischen Pegelschwankungen und je größer desto mehr werden kurzzeitige Schallereignisse eingeebnet. Die schnelle Tabellenablesung nach 2 erlaubt Mittelungsverfahren, um auch kurzzeitige Signale mit beliebiger Genauigkeit und Zeitauflösung zu detektieren. Dazu werden parallel zum Resonator mit der Resonanzfrequenz ω0 = ω' + iω'' zusätzliche Resonatoren im – kleinen – Abstand Δω0 = Δωi' + iΔωk'' betrieben. Je größer die Zahl der verwendeten Parallel-Resonatoren desto genauer und unverrauschter ist deren Mittelwert.In the example of 1 the time-discrete A n and W n values were averaged according to the standardized pulse, fast or slow evaluations. The smaller the averaging time, the more disturbing are the statistical level fluctuations and the greater the more short-term sound events are leveled. The quick table reading after 2 allows averaging process to detect even short-term signals with arbitrary accuracy and time resolution. For this purpose, parallel to the resonator with the resonant frequency ω 0 = ω '+ iω''additional resonators in the - small - distance Δω 0 = Δω i ' + iΔω k '' operated. The greater the number of parallel resonators used, the more accurate and unobtrusive is their mean value.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 19726608 [0003] - DE 19726608 [0003]
  • - DE 102008036812 [0005] - DE 102008036812 [0005]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • - ISO-Norm 11819 [0001] - ISO standard 11819 [0001]
  • - ISO-Norm 11819 [0002] - ISO standard 11819 [0002]

Claims (13)

Verfahren zur kontinuierlichen Bestimmung der akustischen Qualität von Straßen aus dem Geräusch im Torusraumes eines Glattreifen dadurch gekennzeichnet, dass mit einer Reihe von m digitalen Einmassen-Resonatoren mit Resonanzfrequenzen f0m = f0·qm und dem Stufenverhältnis q als, parallele Spektralanalysatoren für das Torus-Geräusch und mit spektralen Übertragungsfunktionen der 7,5m-Vorbeifahrtpegel und der Texturpegel als akustische Qualitätsmerkmale eines Straßenbelages ermittelt werden.A method for continuously determining the acoustic quality of roads from the noise in the torus space of a flat tire, characterized in that with a series of m single-mass digital resonators with resonant frequencies f 0m = f 0 · q m and the step ratio q as, parallel spectral analyzers for the torus Noise and with spectral transmission functions of the 7.5m pass-by levels and the texture levels as acoustic quality features of a road surface. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das als Streckenzug gegebene zeitdiskrete Torus-Signal s = {sn} als Wegerregung an der Feder eines Einmassen-Resonators der Resonanzfrequenz fm wirkt, daraus die Auslenkung und die momentane Resonatorenergie A = {An} und die momentan umgesetzte Leistung W = {Wn} mittels digitaler Integration bestimmt und der spektralen Leistungsdichte des Torus-Signals zugeordnet wird.Method according to Claim 1, characterized in that the time-discrete torus signal s = {s n }, which is given as a path train, acts as path excitation on the spring of a single-resonator of the resonant frequency f m , from which the deflection and the instantaneous resonator energy A = {A n } and the currently converted power W = {W n } is determined by means of digital integration and assigned to the spectral power density of the torus signal. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das als Treppenkurve gegebene digitale Torus-Signal s = {sn} als Wegerregung an der Feder eines Einmassen-Resonators der Resonanzfrequenz fm wirkt, daraus die Auslenkung und die momentane Resonatorenergie A = {An} aus den Wegsprüngen Δsn+1 = {sn+1 – sn} bestimmt nach der Vorschrift A'n = Anexp – (ω''Δtn) φ'n+1 = φn + ω'Δtn An+1 = A'n + 2√(AnC)sinφ'nΔsn+1 φn+1 = φ'n + √(C/A'n)sinφ'nΔsn+1 und die an der n.-ten Sprungstelle umgesetzte Leistung W = {Wn} Wn = 2√(An-1C)sinφn-1/Δtist der spektralen Leistungsdichte des Analyse-Signals zugeordnet.Method according to Claim 1, characterized in that the digital torus signal s = {s n } given as a staircase curve acts as path excitation on the spring of a single-resonator of the resonant frequency f m , from which the deflection and the instantaneous resonator energy A = {A n } from the jumps Δs n + 1 = {s n + 1 - s n } determined according to the rule A ' n = A n exp - (ω''Δt n ) φ ' n + 1 = φ n + ω'Δt n A n + 1 = A ' n + 2√ (A n C) sinφ ' n .DELTA.s n + 1 φ n + 1 = φ ' n + √ (C / A ' n ) Sinφ ' n .DELTA.s n + 1 and the power converted at the nth jump point W = {W n } W n = 2√ (A n-1 C) sinφ n-1 / .DELTA.t is assigned to the spectral power density of the analysis signal. Verfahren nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass aus einer zweidimensionalen Tabelle mit den Parametern Δs/a und φ der Zustand ΔA, Δφ nach einer Sprungstelle Δs abgelesen wird.Method according to claim 3, characterized that from a two-dimensional table with the parameters Δs / a and φ the state ΔA, Δφ after a jump Δs is read. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass zur Verbesserung der Zeitauflösung parallel zu einem Resonator mit der Frequenz ω0 = ω' + iω'' weitere Resonatoren im Abstand Δω0m = Δωi' + iΔωk'' betrieben werden und deren Signale über i, k, m = 1, 2, 3 ... gemittelt werden.Method according to claims 1 to 4, characterized in that to improve the time resolution parallel to a resonator with the frequency ω 0 = ω '+ iω''further resonators at a distance Δω 0m = Δω i ' + iΔω k '' are operated and their Signals over i, k, m = 1, 2, 3 ... are averaged. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass zur Verbesserung der Zeitauflösung parallel zu wegerregten Resonatoren mit den Frequenzen ω0m = ωi' + iωk'' krafterregte Resonatoren mit dem Abstand Δω0m* = Δωi*' + iΔωk*'' betrieben und über i*, k*, m* = 1, 2, 3 ... gemittelt werden.Method according to claims 1 to 5, characterized in that in order to improve the time resolution in parallel with excitation-excited resonators with the frequencies ω 0m = ω i '+ iω k ''force-excited resonators with the distance Δω 0m * = Δω i * ' + iΔω k * '' and be averaged over i *, k *, m * = 1, 2, 3 .... Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Nachbildung von Frequenzgängen digitale Zwei- und Mehrmassen-Resonatoren eingesetzt werden.Process according to claims 1 to 6, characterized characterized in that for the reproduction of frequency responses digital two- and multi-mass resonators are used. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Realisierung von Bandpassfiltern digitale Tuned mass damper mit zusammenfallenden Eigenfrequenzen eingesetzt werden.Process according to claims 1 to 7, characterized characterized in that for the realization of bandpass filters digital Tuned mass damper used with coincident natural frequencies become. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Nachbildung von Hoch- und/oder Tiefpassfiltern digitale Aggregate bestehend aus Federn C und Dämpfern D eingesetzt werden.Process according to claims 1 to 4, characterized characterized in that for the reproduction of high and / or low-pass filters digital units consisting of springs C and dampers D are used. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Nachbildung von Hoch- und/oder Tiefpassfiltern digitale Schwingungsabsorber mit Cut-off-Frequenzen eingesetzt werden.Process according to claims 1 to 4, characterized in that for the reproduction of high and / or Low pass filters digital vibration absorbers with cut-off frequencies be used. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die digitalen Resonatoren, Aggregate und Schwingungsabsorber mit definierten Ton- und/der Rauschsignalen geeicht werden.Process according to claims 1 to 10, characterized in that the digital resonators, aggregates and vibration absorber with defined sound and / or noise signals be calibrated. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass zur Verbesserung der GPS-Ortung die wahre Doppler-Frequenzverschiebung ΔfNorm aus der gemessenen Doppler-Frequenzverschiebung ΔfMess bestimmt wird nach ΔfNorm = ΔfMess – ΔfAnom wobei der Korrekturbetrag ΔfAnom = fu/c = fHr/c die von der Doppler-Frequenz f, vom Abstand r zwischen Satellit und Navigationsgerät, der Lichtgeschwindigkeit c und dem Hubble-Expansionsfaktor H = 1,2·10–14 [1/s] abhängig ist.Method according to claims 1 to 5, characterized in that for the purpose of improving the GPS localization, the true Doppler frequency shift Δf norm is determined from the measured Doppler frequency shift Δf measurement according to Δf Norm = Δf measurement -Δf Anom wherein the correction amount Δf Anom = fu / c = fHr / c, which depends on the Doppler frequency f, on the distance r between the satellite and the navigation device, the speed of light c and the Hubble expansion factor H = 1,2 · 10 -14 [1 / s]. Verfahren nach dem Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Korrekturbetrag ΔfAnom = fHr/c näherungsweise der Mittelwert <r> der Satellitenabstände verwendet wird.A method according to claim 11, characterized in that the correction amount Δf Anom = fHr / c approximately the average value <r> of the satellite distances is used.
DE200810046111 2008-09-05 2008-09-05 Method for continuous determination of acoustic quality of road from noise into toroidal area of smooth tire in flowing traffic area, involves determining outdistancing and texture levels as acoustic quality characteristics of road lining Withdrawn DE102008046111A1 (en)

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19726608A1 (en) 1997-06-23 1998-12-24 Oskar Dr Bschorr Noise determination method for road or railway
DE102008036812A1 (en) 2008-08-07 2010-02-11 Siemens Aktiengesellschaft Method for segmenting object from image data set, involves providing implicit form model for segmenting object from training data records

Patent Citations (2)

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DE19726608A1 (en) 1997-06-23 1998-12-24 Oskar Dr Bschorr Noise determination method for road or railway
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Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ISO-Norm 11819

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