Исследование распределения плотности спектра наклона длины волны текстуры поверхности микропокрытий дорожного полотна в связи с шумом внутри автомобиля

Почему звук дороги имеет значение

Тот, кто ехал по только что обработанной дороге и заметил надоедливый «гул» в салоне, знаком с тем, как покрытие может влиять на повседневный комфорт. В этом исследовании рассматривается популярная технология ремонта дорог — микропокрытие, ценимая за быстроту, низкую стоимость и экологичность, но часто делающая автомобиль громче внутри. Авторы стремились понять, как именно крошечные неровности и канавки на таких покрытиях создают дополнительный шум в салоне и как инженеры могут переработать поверхность, чтобы поездки были тише, не жертвуя безопасностью.

От шершавой поверхности к шуму в салоне

Дорожные покрытия не являются гладкими; их текстура состоит из гребней и впадин разных размеров, или длин волн. Эти текстуры помогают шинам сцепляться с дорогой и отводить воду, но они также определяют, насколько громко звучит прокат шины. Микропокрытие наносится тонким слоем камня и битума поверх существующей поверхности. Поскольку его не уплотняют тяжёлым стальным катком, поверхность обычно получается более неровной по сравнению со стандартными асфальтовыми смесями, такими как SMA‑13. Водители часто отмечают, что такие дороги кажутся громче в салоне, но до настоящего времени было мало точной информации о том, какие именно составляющие текстуры отвечают за это.

Сканирование дороги в 3D

Чтобы ответить на этот вопрос, команда совмещала два типа измерений. Сначала они использовали высокоразрешающий трёхмерный лазерный сканер для картирования поверхности участков с микропокрытием, фиксируя высоту текстуры на очень мелких участках. Затем эти карты высот преобразовывали в «спектр наклонов», показывающий, насколько сильно поверхность поднимается и опускается на каждой длине волны текстуры. Эта мера, называемая плотностью спектра наклона (SSD), по сути количественно описывает шершавость дороги на разных масштабах. Во‑вторых, они проехали испытательный автомобиль со скоростью 100 км/ч по участкам с микропокрытием и соседним SMA‑13, используя чувствительный прибор для записи уровней звукового давления и детализированных частотных спектров внутри салона. Сопоставив каждую поездку с соответствующими данными по текстуре, исследователи искали прямые связи между тем, как выглядит дорога, и тем, что слышит водитель.

Выявление шумных паттернов текстуры

Анализы показали, что микропокрытие последовательно давало более высокий уровень шума в салоне по сравнению с SMA‑13 — в среднем примерно на 4 дБ(А). Разница была наиболее выражена в низко‑ и среднечастотном диапазоне примерно от 50 до 800 Гц, особенно около 100 Гц. Именно в этих частотах вибрации панелей кузова наиболее заметны пассажирам и воспринимаются как сильный, утомляющий «гул». При анализе кривых SSD выяснилось, что общая форма спектра текстуры очень хорошо описывается определённой колоколообразной математической функцией, то есть шершавость следовала регулярной закономерности. Важно, что отдельные участки этого спектра, в частности длины волн текстуры от 10 до 20 миллиметров, оказались сильно и линейно связаны с уровнем шума внутри салона.

Превращение измерений в правило проектирования

Авторы затем изучили, как эти знания можно использовать для создания более тихих дорог. Вместо того чтобы опираться только на простые показатели шероховатости, они проанализировали, какая часть «площади» кривой SSD приходится на разные полосы длин волн. Это соотношение площадей показывает инженерам, какая доля общей неровности поверхности связана с конкретным размером текстуры. Они обнаружили, что когда доля, вносимая длинами волн около 10 миллиметров, была высокой, уровень шума в салоне также был высоким; когда эта доля снижалась, шум падал. Исходя из этой зависимости, они предложили практическую цель проектирования: для распространённой смеси микропокрытия, известной как MS‑III, доля площади SSD от длин волн длиннее 10 миллиметров не должна превышать 50 процентов.

Проектирование и испытание более тихой смеси

Чтобы проверить работоспособность этого правила на практике, команда скорректировала состав смеси мелкого, среднего и крупного щебня в микропокрытии. Увеличив одни размеры и уменьшив другие, они создали несколько пробных смесей и отсканировали их текстуры. Одна оптимизированная смесь достигла отношения площади для 10‑миллиметровой длины волны чуть ниже порога в 50 процентов. Когда эту оптимизированную поверхность уложили на испытательной дороге и дали ей осесть под реальным движением, измерения шума в салоне показали, что она примерно на 2,8 дБ(А) тише по сравнению с типичной смесью микропокрытия на шоссейной скорости. Наибольшее улучшение вновь наблюдалось в низко‑ и среднечастотной полосе, которая доминирует в человеческом восприятии, то есть пассажиры скорее почувствуют поездку спокойнее и менее утомительной.

Что это значит для повседневных поездок

Для неспециалистов главный вывод в том, что комфорт поездки зависит не только от самого автомобиля, но и от тонкой «кожи» дороги. Исследование показывает, что, тщательно измеряя и контролируя мелкие длины волн в текстуре микропокрытия — особенно те, что около одного сантиметра — инженеры могут снизить гудение в салоне, не отказываясь от эффективной и устойчивой техники обслуживания. Работа предлагает ясное числовое руководство, которое дорожные службы могут использовать при проектировании будущих работ по микропокрытию, помогая городам строить улицы не только прочные и безопасные, но и заметно тише внутри автомобиля.

Цитирование: Lin, J., Liang, H., Wang, H. et al. Study of surface texture wavelength slope spectra density distribution of micro-surfacing pavement related to vehicle interior noise. Sci Rep 16, 6915 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38065-x

Ключевые слова: шум дорожного движения, микро-покрытие, текстура дорожного покрытия, шум внутри автомобиля, проектирование тихих дорог