基于ISO 362—1:2007對M1類車的試驗研究

郭 勇 謝東明 張志波 王 星 張相杰

（中國汽車技術(shù)研究中心）

1 前言

長期以來，國際標準化組織ISO一直致力于汽車標準的研究。ISO 362道路車輛噪聲標準已成為世界各國噪聲法規(guī)制定的主要參考依據(jù)，其對汽車降噪領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展具有重要的推動作用[1]。我國正在實行的車外加速噪聲標準為GB 1495—2002《汽車加速行駛車外噪聲限值及測量方法》[2]，該標準的測試方法是參照ISO 362:1998[3]制定的。

目前，我國按照GB 1495—2002標準進行的測試都是在ISO 10844規(guī)定的路面上進行的，汽車在第2擋和（或）第3擋全油門下行駛，在麥克風前10 m的入線速度為50 km/h，由此產(chǎn)生的聲壓級是用第2擋或第3擋進行測試得到的結(jié)果，或用第2擋和第3擋進行測試得到的聲壓級的平均值。按照這個方法，多年來GB 1495—2002的限值已經(jīng)從82 dB降到74 dB，雖然限值降低很多，但在相同時間、相同交通條件下，建筑物前的汽車噪聲卻沒有明顯降低。

出現(xiàn)這種情況的原因，一方面是因為GB 1495—2002不能很好地反映目前典型城市工況下的汽車噪聲；另一方面是由于允許使用花紋深度較低的輪胎，也使得測試結(jié)果進一步脫離了實際情況；再進一步分析是因為汽車發(fā)動機和變速器技術(shù)的發(fā)展使得GB 1495—2002中的技術(shù)設(shè)定不再滿足現(xiàn)有要求。該標準中的測試方法體現(xiàn)的是在車輛噪聲中動力總成占重要比重的情況，但是這種情況很少在城市工況中看到，并且輪胎產(chǎn)生的噪聲也已經(jīng)明顯的被抑制了，所以必須實施一種能測試真實噪聲水平的新方法，這將對于指導政府政策和汽車生產(chǎn)商優(yōu)化車輛噪聲起積極作用。因此，國際標準化組織于2007年推出了能反映真實城市交通噪聲狀況的ISO 362—1:2007[4]《M類和N類車外加速噪聲測量—工程方法》。

由于我國城市中M1類車所占比例很大，因此針對ISO 362—1:2007中對M1類車的規(guī)定進行了分析，并按照該標準的要求對M1類車進行了測試試驗。由于ISO 362—1:2007推出的時間較短，因此在測試過程中發(fā)現(xiàn)了一些模糊或需要說明的地方。為此，本文針對已發(fā)現(xiàn)的問題進行了列舉，并提出了完善該標準的建議。

2 加速行駛車外噪聲產(chǎn)生機理

加速行駛車外噪聲主要包括發(fā)動機、底盤、車身、汽車附件和電氣系統(tǒng)噪聲。當車輛低速行駛時，發(fā)動機噪聲是主要噪聲源，而隨著路面條件改善，車輛高速行駛時輪胎噪聲又成為了一個主要噪聲源[5]。

2.1 發(fā)動機噪聲

發(fā)動機噪聲按其機理可分為結(jié)構(gòu)振動噪聲和空氣動力性噪聲。

2.1.1 結(jié)構(gòu)振動噪聲

通過發(fā)動機外表面及與發(fā)動機外表面剛性連接件的振動向大氣輻射的噪聲稱為結(jié)構(gòu)振動噪聲。根據(jù)發(fā)動機表面噪聲產(chǎn)生機理，結(jié)構(gòu)振動噪聲又分為燃燒噪聲、機械噪聲和液體動力噪聲。燃燒噪聲是由于氣缸內(nèi)周期性變化的壓力作用而產(chǎn)生的，與發(fā)動機的燃燒方式和燃燒速度密切相關(guān)；機械噪聲是發(fā)動機工作時各運動件之間及運動件與固定件之間作用的周期力、沖擊力、撞擊力所引起的，它與激發(fā)力的大小和發(fā)動機結(jié)構(gòu)動態(tài)特性等因素有關(guān)；發(fā)動機中液體流動產(chǎn)生的力對發(fā)動機結(jié)構(gòu)激振產(chǎn)生的噪聲稱為液體動力噪聲。

2.1.2 空氣動力性噪聲

空氣動力性噪聲直接向大氣輻射噪聲源，即由于空氣動力學的原因使空氣質(zhì)點振動產(chǎn)生的噪聲?？諝鈩恿π栽肼暟ㄟM、排氣噪聲和風扇或風機噪聲。排氣噪聲是發(fā)動機的最大噪聲源，進氣噪聲次之。排氣噪聲由周期性排氣、渦流和空氣柱共鳴噪聲組成。

2.2 底盤噪聲

汽車底盤結(jié)構(gòu)固體聲源產(chǎn)生的噪聲主要是傳動系噪聲和輪胎噪聲。傳動系噪聲頻率為400～2 000 Hz，其中齒輪傳動的機械噪聲是主要部分。齒輪噪聲以聲波向空間傳出的僅是一小部分，大部分則是變速器驅(qū)動橋的激振使各部分產(chǎn)生振動而變?yōu)樵肼暋?/p>

按聲源的激勵性質(zhì)不同，輪胎噪聲主要產(chǎn)生機理有以下幾類。

a. 氣流聲機理。隨著輪胎的滾動，在與路面接觸區(qū)，輪胎花紋溝內(nèi)空氣不斷被吸入與擠出，由此形成“空氣泵”噪聲，這是橫向花紋的一種主要噪聲機理。此聲源為起伏變化的氣體，屬氣流噪聲。

b. 機械聲機理。由輪胎胎面花紋塊撞擊路面、輪胎結(jié)構(gòu)的不均勻性及路面的不平性等因素激發(fā)機械噪聲，是光面胎及縱向花紋的主要噪聲源。

c. 濾波放大機理。輪胎與路面接觸處形成喇叭口幾何體，對上述噪聲起著濾波放大作用。

另外，輪胎胎面花紋溝與路面所圍管道內(nèi)的空氣共振及輪胎花紋塊離開路面處形成的赫姆霍茲共振效應(yīng)主要為袋狀溝的噪聲機理。

3 測試M1類車的標準要求

3.1 測試流程

噪聲測試流程見圖1。

3.2 測試前期準備

在進行測試前應(yīng)按照式（1）～式（4）確定車輛的功率質(zhì)量比PMR、目標加速度aurban和參考加速度awotref：

當PMR≥25時，

當PMR＜25時，

式中，Pn為發(fā)動機的額定功率；mt為測試質(zhì)量。

3.3 測試擋位確定

在正式測試前要根據(jù)車輛各擋位全油門加速度來確定測試擋位，ISO 362—1:2007將車輛分為可鎖定傳動比和不可鎖定傳動比2種，2種擋位確定方法如下。

3.3.1 可鎖定傳動比

對于裝有可鎖定傳動比變速器的車輛，根據(jù)式（5）來確定各擋位的全油門加速度。在各擋位的加速度確定后，需按照標準中要求的方法進行選擋，選擋流程見圖2，圖2中awoti表示i擋的全油門加速度。

式中，l為不同參考點對應(yīng)的車長。

3.3.2 不可鎖定傳動比

對于裝有不可鎖定傳動比變速器的車輛，如果用設(shè)備、裝置或某種方法可控制傳動比，則采用式（5）計算加速度；如果沒有用設(shè)備、裝置或某種方法來控制傳動比，則采用式（6）計算加速度。測試擋位采用常用的全自動擋。

3.4 記錄結(jié)果

在測試擋位確定后，就要確定車輛進線速度，以保證車輛在通過AA′線后10 m到達PP′線時速度為50±1 km/h。在擋位和進線速度都確定后即進行全油門加速和勻速測試。車輛每一側(cè)在各擋位至少測量4次，左、右兩側(cè)可同時或依次測量。記錄測試期間車輛每次通過AA′線和BB′線之間的最大“A”計權(quán)聲級。如果車輛同側(cè)連續(xù)4次測量結(jié)果差值不大于2 dB（A），4次測量結(jié)果將被用于車輛該側(cè)聲級最終結(jié)果的計算，允許去除無效結(jié)果。此外還要記錄 VAA′、VBB′、VPP′等數(shù)值。

3.5 得出最后結(jié)果

3.5.1 1個擋位測試

如果只用1個擋位進行測試，那么將上述測得的目標加速度aurban、測試加速度awottest、全加速噪聲Lwotrep及勻速噪聲 Lcrsrep代入式（7）和式（8）就能得出最后的噪聲值Lurban。

3.5.2 2個擋位測試

如果采用i和i+1兩擋進行測試，那么需要將得到的目標加速度aurban、參考加速度awotref、各擋位加速度 awoti和 awoti+1、兩擋全加速噪聲 Lwoti和 Lwot（i+1）、勻速噪聲 Lcrsi和 Lcrs（i+1）代入式（9）～式（12）和式（8），得出最后的噪聲值Lurban。

4 能鎖擋和不能鎖擋測試方法選取

按照 ISO 362—1:2007的要求對某 M1類車（定為1號車）進行測試，車輛性能參數(shù)及測試參數(shù)見表1。通過對樣車進行預測試發(fā)現(xiàn)，當用D擋行駛時變速器不能鎖擋，而用M擋行駛時變速器可以鎖擋。但ISO 362—1:2007中沒有明確說明此2種情況下分別按照哪種方法進行測試，因此針對這2種情況進行了測試。

表1 1號車性能參數(shù)及測試參數(shù)

根據(jù)選擋原則及各擋位的加速度得出，能鎖擋的測試方法采用4擋進行測試；不能鎖擋的測試方法采用D擋進行測試。2種測試結(jié)果分別見表2和表3。從表2和表3可知，2種測試方法的最后結(jié)果分別為69.8 dB和70.4 dB，兩者之間相差0.6 dB。

作為一個標準，它的測試方法應(yīng)該具有唯一性，對于一輛樣車來說不能有2種測試方法及2種測試結(jié)果，因此標準中應(yīng)該對這一點有明確的規(guī)定或說明，這也是標準中必須要完善的內(nèi)容。

ISO 362—1:2007與ISO 362:1998相比最主要的區(qū)別是修訂后的標準更能體現(xiàn)城市工況下實際的駕駛情況，而ISO 362:1998只是反映全油門加速情況。

ISO 362—1:2007中M1類車的最后結(jié)果是通過將在參考加速度awotref下測得的結(jié)果和在勻速下測得的結(jié)果進行加權(quán)得到的，因此，遇到裝備有既能鎖擋也能不鎖擋變速器的車輛時應(yīng)選擇加速度最接近參考加速度的擋位進行試驗。由表3可知，M4擋的加速度最接近參考加速度，因此這臺樣車應(yīng)按照能鎖擋的測試方法進行測試，最后得出的結(jié)果為70.4 dB。

表2 1號車按不能鎖擋進行測試的結(jié)果

表3 1號車按能鎖擋進行測試的結(jié)果

按照上述原則對另一輛M1類車 （定為2號車）進行測試，車輛性能參數(shù)及測試參數(shù)見表4。由表4可知，M2擋的加速度最接近參考加速度，且根據(jù)選擋原則也應(yīng)該用M2擋進行測試，測試結(jié)果見表5。

表4 2號車性能參數(shù)及測試參數(shù)

表5 2號車按能鎖擋進行測試的結(jié)果

5 能鎖擋測試方法的擋位選擇

1號車對于能鎖擋的測試方法來說具有一定的典型性，也反映出了選擋的一些問題。在測試過程中，由于3擋的加速度大于2.0 m/s2，因此要選擇4擋作為測試擋位。從這點來看，只要加速度大于2.0 m/s2的擋位就不用進行測試。通常情況下，用高、低兩擋進行測試得到的最終結(jié)果應(yīng)該比只用高擋測試得到的結(jié)果要大，如果是這樣的話，生產(chǎn)廠商可能會利用這個規(guī)則通過某種措施降低車輛的噪聲結(jié)果，基于此就不應(yīng)考慮加速度上限的問題而單純按照選擋規(guī)則進行測試，那么1號車就應(yīng)采用3擋和4擋進行測試，測試結(jié)果見表6。

表6 1號車用3擋和4擋進行測試的結(jié)果

由表6可知，最后的測試結(jié)果為70.1 dB，這與只用4擋進行測試的最后結(jié)果只相差0.3 dB，可以說基本一致，這與上述通常情況不相符，但這樣的結(jié)果也說明了ISO 362—1:2007標準測試方法的合理性，即不會只因選擋時的差別而影響最后的結(jié)果。對于質(zhì)量和發(fā)動機參數(shù)都確定的車輛，無論用哪個擋位進行測試最后的結(jié)果都基本相同，這是由測試方法和結(jié)果處理方法決定的。下面分別針對1個擋位測試和2個擋拉測試來說明原因。

圖3中的2條曲線與式（2）和式（4）相對應(yīng)，而2個加速度均由PMR決定。由于每輛車的PMR是固定值，因此2個加速度也是固定的。aurban為車輛在城市工況部分負荷下行駛的加速度，awotref為全油門參考加速度，它不一定是某一個固定擋位的加速度。

當只用1個擋位進行測試時，只需要將全油門加速測得的聲壓級Lwotrep和勻速測得的聲壓級Lcrsrep通過式（7）和式（8）進行一次加權(quán)就可得出最后的噪聲結(jié)果，這個結(jié)果相當于用目標加速度aurban進行測試得到的結(jié)果，見圖4。

當用2個擋位進行測試時，先通過式（9）～式（12）將在i擋和i+1擋下測得的全加速聲壓級和勻速聲壓級進行加權(quán)分別得到Lwotrep和Lcrsrep，然后將這2個結(jié)果再通過式（8）和式（10）進行第2次加權(quán)，最后得到噪聲結(jié)果，這個結(jié)果相當于用目標加速度aurban進行測試得到的結(jié)果，見圖5。

由上述可知，無論用1個擋位還是用2個擋位進行測試，最后得到的結(jié)果都相當于用目標加速度進行測試的結(jié)果，由于1個樣車只有1個目標加速度，所以最后得到的結(jié)果肯定是一致的。

再以2號車為例，對采用M2擋和采用M2、M3擋進行測試的結(jié)果進行比較，采用M2和M3擋的測試結(jié)果見表7。對比表5和表7可知，2種測試的最后結(jié)果均為72.6 dB，這進一步驗證了ISO 362—1:2007測試方法的合理性。

表7 2號車用2擋和3擋進行測試的結(jié)果

6 M1類混合動力車輛的測試方法

ISO 362—1:2007中沒有單獨對混合動力車輛規(guī)定測試方法，標準中只提到取在測試區(qū)域內(nèi)的最大聲壓級作為記錄的聲壓級，這表明該標準適用于混合動力車輛且測試方法沒有不同，但也沒有提到如何確定比功率中的額定功率，這對車輛的測試產(chǎn)生了不確定性。為確定比功率，參考了2011年2月ECE的GRB噪聲工作組會議上ISO的工程師提交的《對于ISO 362—1:2007標準的三年回顧》[6]文件中關(guān)于帶有2種或多種動力源汽車的附加技術(shù)說明。說明中明確提出，對于混合動力車輛，用于計算比功率的車輛功率是由電能和發(fā)動機的有效功率之和決定的。根據(jù)此確定車輛功率的技術(shù)方法，按照ISO 362—1:2007的要求對某混合動力車輛進行測試，車輛性能參數(shù)和測試參數(shù)見表8。

表8 某混合動力車輛性能參數(shù)及測試參數(shù)

由表8可知，雖然發(fā)動機和電機的功率分別為73 kW和51.5 kW，但廠家經(jīng)測試得到的驅(qū)動系統(tǒng)最大功率為100 kW，而不是發(fā)動機功率和電機功率之和124.5 kW。按照上述技術(shù)說明，100 kW是電機和發(fā)動機的有效功率之和，因此計算比功率時就應(yīng)該按功率為100 kW計算，得出比功率為63.3 kW/t，根據(jù)選擋原則用D擋進行測試，測試結(jié)果見表9。

表9 某混合動力車輛測試結(jié)果

7 M1和M2類跨類車的測試

目前我國許多生產(chǎn)廠都在生產(chǎn)M1和M2類跨類車，這類車的特點是除座位不同外其它如發(fā)動機、變速器等均相同，而且這類車的最大總質(zhì)量均未超過3.5 t。對此類車進行測試可進一步了解其特點。

以我國生產(chǎn)的某跨類車為例進行測試。M1類樣車和M2類樣車的車輛性能參數(shù)及測試參數(shù)分別見表10和表11。從表10和表11可看出，2臺樣車除乘員數(shù)有差別外其它基本一致，而且按照ISO 362—1:2007的要求都是依據(jù)M1、N1及最大總質(zhì)量小于3.5 t的M2類車中變速器能鎖擋的測試方法進行測試。根據(jù)選擋原則，M1類樣車用3擋進行測試，M2類樣車用3擋和4擋進行測試，測試結(jié)果分別見表12和表13。

表10 M1類樣車性能參數(shù)及測試參數(shù)

表11 M2類樣車性能參數(shù)及測試參數(shù)

表12 M1類樣車的測試結(jié)果

表13 M2類樣車的測試結(jié)果

從表12和表13可知，M1類樣車的最后測試結(jié)果為74.2 dB，而M2類樣車的最后測試結(jié)果為72.5 dB。由于這2臺車的額定功率是一樣的，而M2類樣車的測試質(zhì)量比M1類樣車的大，因此M2類樣車的比功率比M1類樣車的小，與比功率相對應(yīng)的目標加速度也比M1類樣車的小。在進行試驗時，質(zhì)量相近且發(fā)動機和變速器等主要參數(shù)相同車輛的目標加速度越小得到的噪聲就越小。因此，目標加速度小的M2類車最后的噪聲要比M1類車的小，這個分析結(jié)果與測試結(jié)果相一致，再次證明了前述分析的正確性。通過該測試可得出，對于M1和M2類的跨類車，M1類車的最后噪聲結(jié)果比M2類車要大。

8 結(jié)束語

a. 對配備了既能鎖擋也能不鎖擋的變速器的M1類車，因ISO 362—1:2007中并沒有明確說明按哪種方法測試，此時應(yīng)采用最接近參考加速度的擋位進行測試。

b. 對于能鎖擋的M1類車，按照ISO 362—1:2007中M1類車的試驗方法，一臺樣車最后得出的測試結(jié)果相當于用目標加速度進行測試得到的結(jié)果。

c.對于M1類混合動力車輛，應(yīng)依據(jù)ISO在2011年提出的關(guān)于該標準的附加說明確定功率。

d. 對M1和M2類跨類車的測試發(fā)現(xiàn)，M1類車的噪聲最后測試結(jié)果一般均比M2類車的大，這也與對ISO 362—1:2007的分析結(jié)果相一致。

1 邱彬，謝東明，靳旗，等.ISO 362—1:2007與ISO 362:1998標準的差異分析及測試結(jié)果對比.汽車工程，2010，32（4）:363～368.

2 國家環(huán)境保護總局，國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB 1495—2002汽車加速行駛車外噪聲限值及測量方法.北京：中國環(huán)境科學出版社，2002.

3 國際標準化組織技術(shù)委員會.ISO 362：1998 Measurement of Noise Emitted by Accelerating Road Vehicles——Engineering Method.1998.

4 國際標準化組織技術(shù)委員會.ISO 362—1：2007 Measurement of Noise Emitted by Accelerating Road Vehicles——Engineering Method–Part 1:M and N categories.2007.

5 魯春艷.車外噪聲控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢.上海汽車，2007（1）:40～43.

6 Information for GRB Regarding the ISO 3－year Review of ISO 362—1:2007.GRB－53－03，2011.