On the right track

走上正轨

高速列车制造商CAF凭借世界级的波束成形技术降低列车产生的噪声—使高速列车成为旅行者和运营商更加实用性的选择。

由于其相对较低的二氧化碳排放量水平,乘坐火车出行被视为一种最环保的交通运输方式。事实上,根据联合国环境计划署(UNEP)的绿色岗位计划(Green Jobs Initiative),铁路是实现可持续的社会和经济增长目标的重要环节之一,而且与倡导的绿色环保以保持气候稳定的理念一致。

Hi高速列车是最生态友好的出行方式之一,因为其载客量和效率极高。高速列车还为旅客提供舒适性和安全性,并为铁路运营商提供了寻找有竞争力的服务以增加产品类别的良好契机。

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出自CAF的Oaris高速列车。

高速的挑战
高速列车的一个缺点是运行时噪声非常大。 CAF(铁路建设和辅助器材有限公司)是高科技机车车辆制造与供应的全球领导者,总部设在西班牙的贝亚赛恩(Beasain)。他们开发的OARIS解决方案是一个350公里时速的高速列车系列。CAF的研发工程师Isaac Gutierrez解释说:“欧洲TSI(互操作性技术规范)已经设定了高速列车的最大通过噪声级,确保居住在沿途社区内的居民不会受到一些难以忍受的噪声影响。因此,规定高速列车是不允许在夜间运行的。我们正在不断努力降低列车产生的滚动和气动噪声,帮助运营商延长每天的运行时间,优化服务。”

噪声云图的艺术
CAF绘制了噪声云图,以识别和专注火车的各种噪声源。滚动噪声是由车轮、铁轨和轨枕产生的噪声,由轮轨接触引发。气动噪声是由空气掠过列车的外形和不规则处时(如前鼻、第一转向架、车厢间的过道和受电弓)产生的噪声。

“气动噪声是车外加速噪声级最重要的贡献噪声源。测量和分析过程具有很大的挑战性。我们一直在寻找最准确实施方式,以便对我们的列车设计进行相应的调整,使其符合欧洲TSI要求,”Isaac说。

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用于测量的传声器阵列。

引用波束成形技术
Isaac在Brüel & Kjær的业内同行Mario Menendez说,CAF的挑战非常明确。“驶过的高速列车的声音动态范围非常大。在短短几秒钟时间内,你会从几乎完全寂静的状态进入到具有非常高的噪音水平的环境中。要测量出这种噪声,需要具有大动态范围的采集系统,确保以同样精度和非常高的采样频率记录下高幅值和低幅值的噪声。我们的波束成形技术就可以做到这一点。”

“我们已经与Brüel & Kjær合作了20年,我们知道他们的波束成形技术,”Isaac说,“但我们以前从来没有用过。当Mario建议我们使用时,我们就确信这是最好的选择,因为我们相信这种设备,相信Mario和他的团队。”

开始测量
在Brüel & Kjær应用工程师Vincent Raisseix的现场支持下, Isaac和Mario在西班牙农村的经停站搭建了波束成形系统。“我们的轨道车辆移动声源波束成形系统基于PULSETM平台,”Mario说,“该系统遵循平行于平面传声器阵列的线性运动,支持通过速度脉冲信号或感光器进行速度-位置计算。”

传声器阵列有九个臂——每个臂上有六个装有防风罩的传声器,以尽量减少空气湍流对驶过列车的影响。来自所有54个传声器的信号被发送到多通道PULSE LAN-XI系统,该系统能以每通道65千赫以上的采样率同时记录原始信号。“在这种高采样率下,你可进行任何类型的信号处理,或听到非常高音质的传声器信号,”Mario说。

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在Brüel & Kjær轨道车辆移动声源波束成形系统帮助下生成的噪声云图样板。

精心策划和准备
虽然设备和方法都是一流的,但该项目并非没有挑战。“这些类型的车外加速噪声测试需要在夜间没有高铁运输时进行,”Isaac说。“然而,仪器却需要在白天铁路活跃期间进行部署、校准和测试。你可以想象,这就提出了一些安全性方面的挑战和需要满足的要求。” “还有一些其他方面的挑战,如时间有限和预算问题,”Mario补充说,“所有的测量和记录必须在第一时间进行—根本没有过载、系统故障或丢失或损坏物品的余地。”为了确保应对这些挑战,CAF和Brüel & Kjær对项目进行了精心策划,并提前测试了所有仪器。

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CAF工程师Isaac Gutiérrez和OARIS高速列车。

结果:更安静的列车
该项目生成了能指示列车整体以及每个部件的声压、声压贡献密度和声音强度的噪声云图。“通过研究噪声云图,我们已断定,我们可以通过改造车厢外形改变空气通过车厢间空隙的方向,从而将外部噪声降低3至5dB(A)。我们确信,没有其他噪声测量系统可以帮助我们做到这一点。”这正是让CAF在高速列车制造业具有竞争力所需要的数据。“如果我们能够让高速列车更安静,列车就可以在夜间运行,满足旅客的实际出行需求,同时成为运营商更有利可图的服务项目,”Isaac 说,“这就是高速降噪成为CAF战略需求的原因——同时说明了我们与Brüel & Kjær合作的重要意义。