中歐汽車加速噪聲標準測量方法差異分析及測量結(jié)果對比

謝東明，李淑英，馮 屹，鄧國勇

（1.中國汽車技術(shù)研究中心有限公司，天津 300300；2.上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西，柳州 545007；3.天津大學內(nèi)燃機燃燒學國家重點實驗室，天津 300072）

2016年，聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟委員會頒布的汽車噪聲法規(guī)ECE R51/03開始執(zhí)行[1]，相應(yīng)的國內(nèi)噪聲標準GB 1495也正在同期修訂，并于2018年正式報批，預(yù)計將于2020年7月1日起正式執(zhí)行[2]。GB 1495新標準與ECE R51/03法規(guī)在測量方法上均以IsO 362-1：2007國際標準[3]為基礎(chǔ)并進行修訂，在此過程中，中國和歐洲均發(fā)現(xiàn)了IsO標準測量方法的缺陷與不足[4]，并以不同的技術(shù)途徑解決這些缺陷和不足[5-6]。中、歐汽車產(chǎn)品特征本身存在差異[7-9]，導(dǎo)致GB 1495新標準測量方法（附錄3）與ECE R51/03法規(guī)的測量方法（附件3）產(chǎn)生了較大差異。

目前國內(nèi)外均未對GB 1495新標準與ECE R51/03法規(guī)測量方法進行系統(tǒng)、深入的研究[10]。本文對以上標準法規(guī)中的術(shù)語定義、測量儀器、測量環(huán)境、測量車輛準備、測量擋位、測量工況和測量結(jié)果處理7個方面進行逐條比對分析，并進行了大量的試驗驗證，準確獲取了其主要差異，以及對測量結(jié)果的準確影響，為不同目的地市場的汽車加速噪聲認證試驗及相應(yīng)的技術(shù)開發(fā)提供參考。

1 GB 1495與ECE R51/03測量方法的差異

1.1 術(shù)語和定義的差異

如表1所示，GB 1495與ECE R51/03的“術(shù)語和定義”條目并未完全對應(yīng)。GB 1495無“車型”的概念，所以未對“車型”進行定義；對于“車長”、“車寬”、“R點”等常規(guī)概念并未定義；對標準中出現(xiàn)的符號未統(tǒng)一匯總；由于GB 1495并未對替換消聲器進行管理，所以也無“替換消聲器”定義。ECE R51/03法規(guī)由于具有明確且固定的“試驗加速度上限”——“2 m/s2”，所以不需要進行單獨定義，對于“試驗加速度”也未進行定義。

表1 GB 1495與ECE R51/03未對應(yīng)術(shù)語定義條目

GB 1495與ECE R51/03在部分術(shù)語定義上雖然條目相對應(yīng)，但存在不同的內(nèi)涵，見表2。對于“總功率”的定義，GB 1495的出發(fā)點為“汽車”，并將電機的功率準確定義為“峰值功率”[11]；而ECE R51/03法規(guī)仍將概念停留在“發(fā)動機”階段，對于電機等其它動力源未明確指出。對于“預(yù)加速”，GB 1495涵蓋了所有輕型汽車[M1，M2（GVM ≤ 3 500 kg），N1類]；而 ECE R51/03法規(guī)則只涵蓋了鎖定傳動比的輕型汽車，對于未鎖定傳動比的輕型汽車（如不能鎖定傳動比的CVT汽車）則未涵蓋。

表2 GB 1495與ECE R51/03不同內(nèi)涵的術(shù)語定義

1.2 測量儀器的差異

GB 1495與ECE R51/03在聲學測量儀器（聲級計及聲校準器）、氣象參數(shù)測量儀器（溫度、風速、大氣壓、濕度等）和發(fā)動機轉(zhuǎn)速測量儀器等三方面的要求均相同。

車速測量儀器的精度要求存在差異，GB 1495要求準確度必須優(yōu)于±0.5%，而ECE R51/03要求為±0.5 km/h。以輕型汽車為例，加速噪聲測量過程中最重要的車速參數(shù)為汽車參考點通過AA′線的車速（vAA′），通過傳聲器線PP′線時的車速（vPP′）和汽車最后端通過BB′線時的車速（vBB′）。由于GB 1495與ECE R51/03均要求vPP′必須在50±1 km/h范圍內(nèi)，且加速過程中的加速度應(yīng)控制在2.0 m/s2（GB 1495規(guī)定最大為2.2 m/s2）以內(nèi)，所以整個測量過程的車速vAA′、vPP′、vBB′均位于44～58 km/h的范圍內(nèi)[12]。GB 1495要求的±0.5%的準確度約為±0.22 km/h，略高于ECE R51/03對于車速測量儀器的精度要求。

1.3 測量環(huán)境的差異

在測量環(huán)境方面，GB 1495與ECE R51/03在測量場地上均要求滿足IsO 10844：2014標準；對于風速的要求（包括陣風）為不超過5 m/s；對于環(huán)境噪聲（背景噪聲）的要求也一致，要求至少比被測汽車噪聲低10 dB（A）。主要的差異存在于測量時的環(huán)境溫度上，GB 1495與ECE R51/03法規(guī)均要求在5 ℃～40 ℃的范圍內(nèi)進行，但考慮國內(nèi)部分進行認證試驗的試驗場（如交通部公路交通試驗場、農(nóng)安汽車試驗場）位于北方，為了增加噪聲場地年可用天數(shù)，進行了一定程度的環(huán)境溫度條件放寬。GB 1495規(guī)定“如果汽車生產(chǎn)企業(yè)允許，可進行試驗的最低環(huán)境溫度為0 ℃”，即0 ℃～40 ℃的溫度范圍內(nèi)均有開展噪聲試驗的可能性。

1.4 測量車輛準備

測量車輛準備方面，GB 1495與ECE R51/03對于汽車發(fā)動機（電機）狀態(tài)、驅(qū)動模式、傳動系統(tǒng)、自動風扇等的要求基本一致。但在汽車技術(shù)狀況、測試質(zhì)量、輪胎類型、消聲系統(tǒng)纖維材料處理、增壓裝置、自動控制裝置等方面存在較大差異，詳見表3。

表3 GB 1495與ECE R51/03車輛準備的主要差異

其中，汽車技術(shù)狀況方面，GB 1495特別強調(diào)汽車的加速性能應(yīng)符合汽車生產(chǎn)企業(yè)設(shè)定的技術(shù)條件，防止汽車采用特殊的動力系統(tǒng)模式，進行加速噪聲試驗，以達到標準要求。ECE R51/03法規(guī)無此方面的要求。

重型商用車（N2，N3類）的測試質(zhì)量方面，GB 1495要求將多軸車（三軸及三軸以上）的測試質(zhì)量加至后軸（后軸組）設(shè)計軸荷的75%。ECE R51/03要求加載至該多軸車對應(yīng)的同系族兩軸車后軸設(shè)計載荷的75%，多軸車依據(jù)GB 1495進行測量時，測試質(zhì)量往往更大，獲得的噪聲結(jié)果也更大。

噪聲測量時選用的輪胎類型方面，GB 1495要求采用被測車輛實際選用的輪胎，僅可以排除工程機械輪胎等用于非鋪裝路面行駛的輪胎。ECE R51/03規(guī)定“牽引胎、雪地胎（含雪泥胎）、及特殊用途輪胎”[13]均可排除使用，并更換為“滾動胎”等花紋較小的常規(guī)輪胎進行噪聲測量[14]。這導(dǎo)致相同汽車選用ECE R51/03規(guī)定的輪胎類型時將獲得更小的測量結(jié)果。

消聲系統(tǒng)纖維材料的預(yù)處理方面，ECE R51/03要求行駛10 000 km或等效預(yù)處理方法；GB 1495則認為10 000 km的預(yù)處理行駛對測量結(jié)果影響不大，未設(shè)置相應(yīng)預(yù)處理要求，以降低型式檢驗時的工作量，但對所有降噪系統(tǒng)或部件提出了5年（80 000 km或160 000 km）的質(zhì)保期要求。

1.5 測量擋位選擇

GB 1495要求汽車可以鎖定傳動比時，都要盡可能采用鎖定傳動比的方式進行噪聲測量，對于不能鎖定傳動比的汽車再采用“自動”模式進行測量。ECE R51/03規(guī)定了鎖定傳動比與不鎖定傳動比的噪聲測量方法，可以依據(jù)加速度特性選擇測量模式。在具體的測量擋位選擇上，GB 1495與ECE R51/03也存在一定的差異。

1.5.1 輕型汽車測量擋位的選擇

GB 1495與ECE R51/03法規(guī)的測量擋位選擇邏輯基本相同，即采用汽車加速度最接近市區(qū)全油門加速時的參考加速度（awotref）的擋位進行測量，如式（1）所示，單位m/s2，以盡可能復(fù)現(xiàn)汽車在市區(qū)全油門加速行駛時的常用擋位。

式中：PMR（Power to Mass Ratio Index）是汽車總功率（kW）與測試質(zhì)量（kg）的比值乘以1 000，單位kW/t。

為了進一步促使輕型汽車測量擋位的選擇處于合理范圍，GB 1495與ECE R51/03均規(guī)定了不同的試驗加速度上限awotmax。其中GB 1495結(jié)合驗證試驗，確定了不同性能的輕型汽車應(yīng)具有不同的加速度上限并處于一定合理區(qū)間內(nèi)的原則[15]，如式（2）所示，單位m/s2。ECE R51/03規(guī)定所有輕型汽車測量擋位的加速度均需處于2.0 m/s2的上限以下。

試驗加速度上限的差異，可能導(dǎo)致部分輕型汽車依據(jù)GB 1495與ECE R51/03測量時，會選擇不同的相鄰測量擋位，并影響最終的測量結(jié)果。

1.5.2 重型汽車測量擋位的差異

GB 1495與ECE R51/03的重型汽車測量擋位選擇邏輯也基本相同，都根據(jù)重型汽車在市區(qū)加速行駛時的目標車速（35±5 km/h）和目標轉(zhuǎn)速條件（M2、N2類汽車為70%～74%最大凈功率轉(zhuǎn)速；M3、N3類汽車為85%～89%最大凈功率轉(zhuǎn)速），判定出重型汽車同時滿足目標車速和轉(zhuǎn)速條件的常用擋位或相鄰擋位i擋和（或）i+1擋作為測量擋位。

1.6 測量工況的差異

1.6.1 輕型汽車測量工況的差異

GB 1495與ECE R51/03在輕型汽車噪聲測量時，測量工況基本相同，都在采用全油門加速噪聲測量考核動力系統(tǒng)噪聲的基礎(chǔ)上，引入了勻速噪聲測量要求，加大對輪胎及行駛系統(tǒng)噪聲的考核與控制，最終的噪聲結(jié)果采用全油門加速噪聲和勻速噪聲測量結(jié)果的加權(quán)，獲取和復(fù)現(xiàn)汽車在道路正常行駛加速度條件下的噪聲值。

但由于對“預(yù)加速”的定義存在差異，不能鎖定傳動比的輕型汽車依據(jù)GB 1495進行加速噪聲測量可以采用預(yù)加速，而依據(jù)ECE R51/03則不能采用預(yù)加速。如圖1所示，不能鎖定傳動比的某型轎車未采用預(yù)加速進行加速噪聲試驗時，由于加速延遲的影響，出現(xiàn)了車輛實際加速階段與車輛加速度計算階段不對應(yīng)的狀況，依據(jù)vPP′和vBB′獲取的試驗加速度（awotref）小于樣車該工況下的實際穩(wěn)定加速度，由于試驗加速度將影響加速與勻速噪聲的部分功率加權(quán)系數(shù)（kp），進而會影響測量最終結(jié)果。所以GB 1495規(guī)定，對于不能鎖定傳動比的汽車也可以通過預(yù)加速保證車輛在PP′線到車輛最后端通過BB′線的范圍內(nèi)獲得穩(wěn)定的加速度，與加速度計算階段的距離保持一致[16]。

圖1 某乘用車加速階段與加速度計算階段不對應(yīng)情況

1.6.2 重型汽車測量工況的差異

根據(jù)GB 1495和ECE R51/03，如果擋位i同時滿足目標車速條件和目標轉(zhuǎn)速條件，則選用該擋位進行全油門加速噪聲測量，并確保在滿足目標轉(zhuǎn)速條件下，試驗車速（vtest）更接近目標車速條件中心速度點35 km/h。

但在無擋位同時滿足目標車速條件和目標轉(zhuǎn)速條件時，GB 1495要求優(yōu)先滿足目標轉(zhuǎn)速條件，可將車速條件放寬至0～50 km/h的范圍。而ECE R51/03法規(guī)則首先將目標車速條件適度放寬（從30～40 km/h放寬至25～45 km/h），并在此速度范圍內(nèi)，盡量靠近目標轉(zhuǎn)速條件。這將導(dǎo)致此種情況下，依據(jù)GB 1495測量的車速范圍較ECE R51/03更寬，發(fā)動機轉(zhuǎn)速也更高。

1.7 測量結(jié)果處理方法的差異

在測量結(jié)果的處理上，GB 1495與ECE R51/03存在最終結(jié)果獲取方式和修約方式兩大差異。

其中，采用多個擋位測量時，最終結(jié)果獲取方式，GB 1495對各擋位左、右兩側(cè)噪聲測量均值進行比較，以較大值作為有效值（中間結(jié)果），繼續(xù)進行加權(quán)計算，以獲得被測汽車最終測量結(jié)果。而ECE R51/03是將各擋位左、右側(cè)結(jié)果分別加權(quán)計算，以獲得被測汽車左、右側(cè)最終測量結(jié)果，以較大一側(cè)的測量結(jié)果作為最終結(jié)果。同一車型，依據(jù)GB 1495的測量結(jié)果處理方法獲得的最終結(jié)果可比ECE R51/03最終結(jié)果高出0.2～0.3 dB（A）左右。

在測量最終結(jié)果的修約方式上，GB 1495為四舍五入并保留到小數(shù)點后一位，進行限值符合性判定。而ECE R51/03選擇圓整到整數(shù)位，再進行限值符合性判定。以測量結(jié)果為72.4 dB（A）為例，如依據(jù)GB 1495標準，則最終結(jié)果即為72.4 dB（A），而依據(jù)ECE R51/03法規(guī)，則最終結(jié)果為72 dB（A）。

2 例證

為了驗證GB 1495與ECE R51/03測量方法的差異對不同汽車的影響，選用不可鎖定傳動比的CVT乘用車和可鎖定傳動比的手動擋N3類貨車，進行驗證試驗。

2.1 輕型汽車例證

選用不可鎖定傳動比的某M1類CVT輕型汽車進行驗證，車型參數(shù)及測量結(jié)果見表4。

表4 某輕型汽車樣車參數(shù)及測量結(jié)果對比

GB 1495在試驗加速度上限、是否預(yù)加速、測量結(jié)果處理方法上與ECE R51/03的差異，直接影響了該樣車的測量過程。依據(jù)GB 1495測量時，預(yù)加速了3 m以獲得更穩(wěn)定的加速度，其獲取的試驗加速度為2.15 m/s2，較依據(jù)ECE R51/03時的1.94 m/s2高10.8%；出線車速、轉(zhuǎn)速也分別高0.6 km/h和140 r/min；相應(yīng)的加速噪聲也偏高1.6 dB（A），依據(jù)GB 1495獲得的部分功率加權(quán)系數(shù)為0.47，較ECE R51/03高0.05，勻速噪聲所占權(quán)重更大，依據(jù)GB 1495加權(quán)后的噪聲最終結(jié)果較ECE R51/03偏高0.7 dB（A）。依據(jù)GB 1495與ECE R51/03的噪聲限值，該樣車滿足ECE R51/03法規(guī)要求但不滿足GB 1495標準要求。

2.2 重型汽車例證

選用可鎖定傳動比的某N3類手動擋重型汽車系列產(chǎn)品進行驗證，該系列車型采用同一發(fā)動機系統(tǒng)，包含8×4（自卸汽車）、4×2（牽引汽車）兩種具體車型，依據(jù)ECE R51/03可僅選用4×2（牽引汽車）進行型式認證試驗，而依據(jù)GB 1495則需要分別對兩種具體車型進行型式檢驗。其車型參數(shù)及測量結(jié)果對比見表5。

表5 某重型汽車樣車參數(shù)及測量結(jié)果對比

由于依據(jù)GB 1495測量時的車型為8×4（自卸汽車），其試驗質(zhì)量較依據(jù)ECE R51/03的4×2（牽引汽車）高3 850 kg；試驗所用輪胎為正常裝用的輪胎（牽引胎），而4×2（牽引汽車）依據(jù)ECE R51/03換裝了花紋較小的滾動胎進行測量；在擋位選擇上，8×4（自卸汽車）依據(jù)GB 1495選用了4擋和5擋，而4×2（牽引汽車）依據(jù)ECE R51/03進行選擋時由于5擋試驗車速超過了45 km/h被舍棄，僅保留了4擋；同時由于修約方式的差異8×4（自卸汽車）獲得的最終測量結(jié)果為84.9 dB（A），而4×2（牽引汽車）的最終結(jié)果僅為82 dB（A）。雖然ECE R51/03法規(guī)設(shè)定的限值82 dB（A）比GB 1495的限值84 dB（A）小2 dB（A），但由于測量方法引起的測量結(jié)果差異，該樣車車型可滿足ECE R51/03法規(guī)要求但不滿足GB 1495標準要求。

3 結(jié)論

通過對GB 1495與ECE R51/03的測量方法和測量結(jié)果差異進行對比后發(fā)現(xiàn)：

（1）GB 1495與ECE R51/03在測量車輛準備、測量擋位、測量工況和測量結(jié)果處理4個方面的差異對測量結(jié)果影響較大。

（2）GB 1495與ECE R51/03測量方法的差異對于輕型汽車和重型汽車及具體車型的影響不同，需要結(jié)合具體車型情況進行對比分析。

（3）GB 1495與ECE R51/03的限值存在差異，尤其在重型汽車限值上，GB 1495比ECE R51/03大，但由于測量方法及相應(yīng)測量結(jié)果的差異，GB 1495并不比ECE R51/03的限值要求低。

（4）GB 1495的測量方法目前已基本確定，但ECE R51/03的測量方法從2016年至今還在逐步進行完善和修訂[17]，其最新修訂的技術(shù)內(nèi)容可能帶來的新差異及新影響還需要進一步研究。