VBOX3i RTK數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在多工況加速行駛車外噪聲測試中的應用與法規(guī)分析

陸文斌　李紅　周衍

摘 要：歐洲經(jīng)濟委員會在2016年發(fā)布的最新版ECE R51 Rev3中新增了多工況加速行駛車外噪聲（Additional Sound Emission Provisions）的測試要求和方法。其測試工況和評價方法相對于常規(guī)加速行駛車外噪聲要復雜和繁瑣很多。文章介紹了VBOX3i RTK數(shù)采系統(tǒng)的特點和優(yōu)勢以及如何使用該系統(tǒng)完成ASEP的測試。同時通過實例介紹ASEP法規(guī)的測試方法、評價原理和數(shù)據(jù)處理過程，為各汽車生產企業(yè)及檢測機構提供技術參考。

關鍵詞：多工況加速行駛車外噪聲 測試方法 VBOX3i RTK

1 引言

隨著汽車保有量越來越高，汽車噪聲已經(jīng)占到了城市噪聲的85%。為了降低和有效控制汽車行駛噪聲，歐洲經(jīng)濟委員會在2011年發(fā)布的ECE R51 Rev2中引入了新的測試方法B，相對于實行了數(shù)十年的方法A修改了測試車速的要求和檔位工況的選擇，并結合均速行駛工況和定置噪聲工況，更貼近車輛在城市中的行駛工況。但是經(jīng)過一段時間的測試后發(fā)現(xiàn)，不管是方法A還是方法B，在測試過程中均只測試汽車在特定工況下的行駛噪聲。使得部分車輛雖然可以滿足型式認證試驗的要求，但是在其它的發(fā)動機轉速和行駛車速工況下有明顯的噪聲排放。為了控制汽車在不同行駛工況下的噪聲排放值，2016年發(fā)布的ECE R51 Rev3中提出了多工況加速行駛車外噪聲的測試方法，以通過噪聲和轉速的關系，噪聲和車速、加速度的關系以及噪聲和方法A的關系來進行多工況加速行駛車外噪聲（ASEP）的評價。

目前ASEP測試雖然在歐盟法規(guī)認證時沒有要求強制進行，但是出口到南美、東南亞等一些地區(qū)則需要汽車生產企業(yè)提供相關文件證明車輛符合ASEP的要求。但是ASEP在測試時需要同時采集進線、中線、出線的車速和轉速，進線和出線過程中的最大噪聲值，同時行駛工況從低速覆蓋到高速，對設備的采樣方式、采樣精度、數(shù)據(jù)分析有較高的要求。本文通過介紹VBOX3i RTK數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)來進行ASEP試驗，并結合實際案例分析ASEP的測試和評價方法。

2 VBOX3i RTK數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)介紹

VBOX3i在汽車測試領域是使用率非常高的一款設備，通常應用于汽車制動性、動力性。燃油經(jīng)濟性、操作穩(wěn)定性、通過性等常規(guī)汽車性能測試。但是ASEP測試需要精確記錄車輛通過進線（AA）、中線（PP）、出線（BB）時的車速和發(fā)動機轉速，由于試驗車速相對于傳統(tǒng)噪聲試驗要高出30km/h，如果通過放置反光板的方法，會使采集的車速、轉速數(shù)據(jù)延遲;通過人工讀取噪聲數(shù)據(jù)再告知試驗人員則不能實時分析試驗數(shù)據(jù)，會大大增加試驗時間。VBOX3i RTK系統(tǒng)相比傳統(tǒng)VBOX增加了雙天線功能、和DGNSS RTK固定基站間的通訊功能;擴展遙測無線電通訊模塊的功能。其作用分別如下：

（1）雙GPS/GLONASS天線通過主天線接收速度、時間、距離和位置信息，副天線記錄車輛滑移角、俯仰角和橫擺角，從而可實現(xiàn)0.1km/h的速度精度。

（2）DGNSS RTK固定基站接收DGPS定位信號，經(jīng)過基站測算誤差并校正差分數(shù)據(jù)，通過傳輸天線發(fā)送至可變頻無線電再輸入至VBOX，可實現(xiàn)厘米級的位置精度。

（3）遙測無線電模塊分別連接在VBOX主機和聲級計上，聲級計數(shù)據(jù)通過RTK差分信號實時傳輸至VBOX主機上，實現(xiàn)車速、轉速和噪聲數(shù)據(jù)同時記錄并顯示。

3 ASEP測試設備和場地要求

測試所需的主要設備包括DGPS天線、DGNSS固定基站、傳輸天線、變頻無線電、VBOX3i RTK主機、RTM24遙測無線電通訊模塊、發(fā)動機轉速表、帶輸出功能的聲級計、mini輸入模塊。如圖1、圖2和圖3所示。

測試場地需要在滿足ISO 10844：2014的測試道路上進行。路面上應標出AA、BB和PP線的位置，其中AA、BB相距20米表示車輛的進線和出線位置，PP在AA和BB的中間位置。聲級計的布置要求和國內法規(guī)GB 1495-2002相同。

4 ASEP測試方法

4.1 車輛參數(shù)及測試控制條件

選用車型為某品牌M1類手動檔多用途乘用車，車輛參數(shù)見表1。

測試控制范圍規(guī)定了車輛的最低車速和最高車速、加速度、檔位選用原則和發(fā)動機轉速的要求，具體要求和說明見表2。

4.2 方法B測試結果

ASEP的測試方法是在方法B的測試結果基礎上演變而來，首先按照方法B進行噪聲測試。按方法B的測試要求測得二檔加速度awot為2.48m/s2，三檔加速度awot為1.40m/s2，按法規(guī)要求測試檔位為二檔和三檔，加速度和各位置點的車速、轉速均值見表3。

通過四次合格的加速噪聲測得二檔噪聲中間結果值為71.8dB（A），三檔噪聲中間結果值為67.3dB（A），二檔勻速噪聲中間結果值為67.5dB（A），三檔勻速噪聲中間結果值為65.7dB（A）。根據(jù)法規(guī)公式計算得出加速噪聲中間結果值Lwot rep=68.0 dB（A），勻速噪聲中間結果值Lcrs rep=66.0 dB（A），局部功率因數(shù)kp=0.308，根據(jù)公式：Lurban=Lwot rep-kP*（Lwot rep-Lcrs rep）得出最終噪聲結果值Lurban=67.4dB（A）。

4.3 ASEP的測試過程

將固定基站、GNSS天線、傳輸天線相連接，VBOX主機和轉速表、顯示器、遙測無線電模塊、變頻無線電相連接，聲級計和mini模塊、遙測無線電模塊相連接。實現(xiàn)了車速和車輛位置精準定位，噪聲結果無線傳輸，測試結果實時顯示。

車輛在到達AA線時盡快地全開油門，直至保持至BB線松開油門為一次測試完成。查看AA、PP、BB線的車速以及加速度awot和出現(xiàn)轉速nBB是否符合測試要求，同時獲取兩側的噪聲值。測試界面見圖4。

4.4 ASEP測試檔位和測試點的選擇

按照表3測試控制范圍檔位k的要求，ASEP的測試檔位為一檔和二檔。首先采用一檔20km/h的速度進線，出線轉速nBB=5342r/min，超過nBB_ASEP上限值4276r/min，因此一檔不符合測試要求，測試采用二檔進行。

二檔以20 km/h進線，出線車速為40.4 km/h并能獲得穩(wěn)定的加速度，將該工況作為P1點。逐漸提高進線車速，以49.7 km/h進線時出線轉速為4312 r/min，達到nBB_ASEP的要求，將該工況作為P4點。P2和P3點的出線車速通過公式（1）計算得出。通過測試后獲取P2和P3點的數(shù)據(jù)。錨點為方法B測試中第i檔所測得數(shù)據(jù)的平均值。四個測試點和錨點的數(shù)據(jù)見表4。

vBB_j=vBB_1+（（j-1）/3）*（vBB_4-vBB_1）（1）

式中j=2，3。實際測試的出線車速vBB和選定車速之間的誤差在±3 km/h。

5 ASEP結果分析

5.1 回歸斜率法

回歸斜率法利用噪聲隨轉速變化的過程來擬合一條限值曲線。由先四個測試點和錨點通過公式（2）計算得出斜率Slopek，最大不超過5dB（A）/1000 min-1

（in dB（A）/1，000 min-1） （2）

式中：，，nj和Lj代表四個測試點和錨點的轉速值和噪聲值，

n_和L_代表5個測試點的均值，經(jīng)過計算得出左側Slopek=3.91，右側Slopek=4.27。各測試點的預期線性噪聲值LASEP_κ，j是通過各點發(fā)動機出線轉速、錨點轉速和Slopek進行計算，見公式（3）和（4）。

如果nBB≤nanchor時：

LASEP_κ，j=Lanchor_κ+（Slopeκ-Y）×（nBB_κ，j-nanchor，κ）/1000 （3）

如果nBB≥nanchor時：

LASEP_κ，j=Lanchor_κ+（Slopeκ+Y）×（nBB_κ，j-nanchor，κ）/1000 （4）

式中Y=1。根據(jù)測試結果P1、P2、P3點的出線轉速小于錨點轉速，采用公式（3）;P4點的出線轉速大于錨點轉速，采用公式（4）。

回歸斜率法的限值由預期線性噪聲值和規(guī)定的公差相加組成，見公式（5）。

Lκj≤LASEP_κ.j+x （5）

對于不能鎖定傳動比的自動變速箱車輛x=3;對于其它變速器xj≤2+方法B限值-Lurban。該車方法B的限值為72dB（A）。在P1和P4點的工況范圍之間，隨機再插入兩個全油門加速工況并得到轉速和噪聲值，任意點的噪聲值均不得超過限值，分析結果見圖5和圖6。

通過四個測試點和兩個插入點的結果分析，其噪聲值均低于回歸斜率法的限值，因此滿足要求。

5.2 參考噪聲評定法

參考噪聲評定法是用方法B的結果作基礎，通過回歸斜率法的斜率和61km/h的速度出線時的發(fā)動機轉速進行修正，模擬車輛在方法A的工況下噪聲值是否符合ASEP的限值，見公式（6）。

Lref=Lanchor_κ+Slopeκ×（nref_κ-nanchor_κ）/1000 （6）

式中nref_κ為檔位k時以61km/h行駛時對應的發(fā)動機轉速。k的選定原裝為手動變速器和5檔及以下的自動變速器k=3;6檔及以上的自動變速器k=4。參考噪聲評定法的限值應小于等于76dB（A）;對于裝有四個以上檔位的手動變速器，發(fā)動機最大凈功率大于140kw且最大凈功率/最大總質量比大于75的車輛，限值為79dB（A）;對于裝有四個以上檔位的自動變速器，發(fā)動機最大凈功率大于140kw且最大凈功率/最大總質量比大于75的車輛，限值為78dB（A）。通過計算該車輛左側Lref=66.6dB（A）;右側Lref =66.3dB（A）均小于限值要求，因此符合參考噪聲評定法的要求。

5.3 Lurban原理評定法

該方法是利用ASEP測試時各測試點的加速度和噪聲值與方法B時測得的加速度和勻速噪聲值進行加權，然后將加權結果和方法B的最終噪聲結果進行差值分析，將差值結果和非線性車速計算得到最終結果Lurban_ASEP。

通過ASEP各測試點的加速度和計算ASEP局部功率因數(shù)。

kP_ASEP=1-（aurban/awot_test_ASEP）（7）

根據(jù)ASEP各測試點的噪聲值和方法B的勻速噪聲結果進行加權計算出最終工況結果。

Lurban_measured_ ASEP=Lwot_ASEP-kP_ASEP*（Lwot_ASEP-L_crs） （8）

將ASEP最終工況結果和方法B最終結果進行差值計算。

Lurban_normalized=Lurban_measured_ASEP-Lurban（9）

將Lurban_normalized差值與該工況下的出線車速的變化量計算Lurban_ASEP。如果Lurban_ASEP≤3.0dB（A），則認為符合Lurban原理評定法的要求。

Lurban_ASEP=Lurban_normalized-（0.15×（V_BB_ASEP-50））（10）

根據(jù)表4的測試數(shù)據(jù)，該車Lurban原理評定法的分析結果見表5。兩檔左側和右側的Lurban_ASEP均小于3.0dB（A），所以滿足Lurban原理評定法。

6 結語

通過對ASEP測試流程的介紹，可以發(fā)現(xiàn)ASEP相比傳統(tǒng)車外加速行駛噪聲測試方法還是存在一些問題，比如測試方法過于復雜，需要反復嘗試不同的車速;對于配置了CVT變速器的車型，由于沒有固定的傳動比，在測試時的車速和轉速的關系呈非線性變化，無法驗證多工況下的噪聲;同時ASEP具有三種評價方法，企業(yè)在開發(fā)時需要對三種方法都要進行驗證，但是這三種方法之間并沒有相互聯(lián)系。希望在未來的標準修訂中能夠改進試驗方法、評價方法和限值水平，能更有效的控制汽車車外加速行駛噪聲和改善環(huán)境質量。

文本通過對VBOX3i RTK數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的應用介紹和ASEP測試流程和評價方法的介紹，形成了一套比較完善的測試評價系統(tǒng)。希望能對汽車生產企業(yè)和相關檢測研究人員提供技術參考。

參考文獻：

[1]GB 1495-2002，汽車加速行駛車外噪聲限值及測量方法[S]，國家環(huán)境保護總局，2002.

[2]ECE Regulation No. 51 Rev.3 Uniform provisions concerning the approval of motor vehicles having at least four wheels with regard to their sound emissions[S].2016.

[3]謝東明，張振鼎，郭勇.多工況加速行駛車外噪聲測量評價方法[J].噪聲與振動控制，2015，35（4）：183-188.