ECE R51多工況噪聲評(píng)價(jià)方法試驗(yàn)研究

彭偉強(qiáng) 曹麗娟 謝東明,2 鄧國(guó)勇 曾秀蓉

（1.中國(guó)汽車技術(shù)研究中心有限公司，天津 300300；2.天津大學(xué)，內(nèi)燃機(jī)燃燒學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300072；3.上汽通用五菱汽車股份有限公司，柳州 545007）

主題詞：ECE R51 多工況噪聲 測(cè)量方法 評(píng)價(jià)方法

1 前言

ECE R51/03 系列法規(guī)于2016 年正式實(shí)施，其中規(guī)定了多工況噪聲（Additional Sound Emission Provisions，ASEP）測(cè)量方法和限值要求，旨在通過(guò)測(cè)量和評(píng)價(jià)汽車在不同發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、車速和加速度條件下的噪聲水平，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)汽車噪聲控制水平的全面提升。該法規(guī)要求汽車制造商型式認(rèn)證時(shí)提供ASEP符合性聲明，這將使得中國(guó)汽車產(chǎn)品面臨的噪聲性能檢驗(yàn)更為嚴(yán)格，直接對(duì)國(guó)內(nèi)汽車產(chǎn)品出口認(rèn)證產(chǎn)生沖擊[1-2]。為進(jìn)一步完善ECE R51/03系列法規(guī)ASEP測(cè)量和評(píng)價(jià)方法，世界車輛法規(guī)協(xié)調(diào)論壇汽車噪聲和輪胎工作組（WP.29/GRBP）成立ASEP 非正式工作組展開(kāi)對(duì)ECE R51/03 系列法規(guī)ASEP相關(guān)內(nèi)容的起草和修訂工作[3-4]。

本文結(jié)合ASEP試驗(yàn)數(shù)據(jù)，重點(diǎn)分析ECE R51/03系列法規(guī)的ASEP 測(cè)量和評(píng)價(jià)方法對(duì)國(guó)內(nèi)汽車產(chǎn)品的影響，以便國(guó)內(nèi)汽車企業(yè)開(kāi)展針對(duì)性研究和研發(fā)工作，使國(guó)內(nèi)汽車產(chǎn)品更好地滿足ECE法規(guī)要求。

2 ASEP測(cè)量方法概述

ECE R51/03系列法規(guī)ASEP測(cè)量流程如下[5-6]：

a.基礎(chǔ)測(cè)量：首先采用ECE R51/03系列法規(guī)的方法B完成試驗(yàn)車輛50 km/h時(shí)的全油門(mén)加速和勻速噪聲測(cè)試，通過(guò)加權(quán)獲得方法B 最終噪聲測(cè)量結(jié)果，并將以上過(guò)程獲取的噪聲、車速、加速度、轉(zhuǎn)速等測(cè)量數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)測(cè)量結(jié)果。

b.選定ASEP測(cè)量擋位：ASEP測(cè)量工況的擋位選擇應(yīng)滿足入線速度VAA′,ASEP、出線速度VBB′,ASEP、出線發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、全油門(mén)加速度等限定條件，如表1 所示，其中PMR為汽車總功率與汽車測(cè)試質(zhì)量的比值，S為發(fā)動(dòng)機(jī)最大凈功率轉(zhuǎn)速。

表1 ASEP擋位選擇條件

c.ASEP 測(cè)量：依據(jù)選定的ASEP 測(cè)量擋位，并依據(jù)速度、轉(zhuǎn)速均布原則進(jìn)行多點(diǎn)噪聲測(cè)量（對(duì)應(yīng)P1～P4測(cè)量點(diǎn)）。

3 ASEP評(píng)價(jià)方法概述

ASEP 評(píng)價(jià)方法基本原理是：以基礎(chǔ)測(cè)量結(jié)果作為錨點(diǎn)（Anchor Point）數(shù)據(jù)，對(duì)ASEP 測(cè)量結(jié)果中的轉(zhuǎn)速、車速、噪聲、加速度對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行分析和最終評(píng)價(jià)。ECE R51/03 系列法規(guī)最初提供了3 種ASEP 評(píng)價(jià)方法，包括3、4 擋絕對(duì)限值法，直（折）線限值法（Slope 法）和最終結(jié)果變化偏離限值法（Urban 法），前2 種方法基于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與噪聲的對(duì)應(yīng)關(guān)系，最后一種方法基于車速、加速度與噪聲的對(duì)應(yīng)關(guān)系[6]。

3、4擋絕對(duì)限值法僅能考核特定擋位（3或4擋）、特定車速（61 km/h）條件下的噪聲水平，考核方法與Slope法基本相似，且其考核目標(biāo)可被Slope 法覆蓋，所以2017年ASEP測(cè)量方法修訂過(guò)程中刪除了3、4擋絕對(duì)限值法，僅保留現(xiàn)有的Slope法和Urban法。

3.1 直（折）線限值法

直（折）線限值法主要使用錨點(diǎn)和P1～P4測(cè)量點(diǎn)的對(duì)應(yīng)測(cè)量工況數(shù)據(jù)，利用發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與測(cè)量聲壓級(jí)的關(guān)系進(jìn)行評(píng)價(jià)。測(cè)量工況聲壓級(jí)與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速nj的對(duì)應(yīng)關(guān)系Slopek為：

若對(duì)應(yīng)測(cè)量工況的出線發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速nBBk,j均高于錨點(diǎn)的出線發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速nanchor,k，可直接采用式（2）擬合直線：

式中，LASEPk,j為對(duì)應(yīng)的直線擬合聲壓級(jí)限值；Lanchork為對(duì)應(yīng)錨點(diǎn)的聲壓級(jí)；Y=1為無(wú)量綱加權(quán)系數(shù)。

對(duì)應(yīng)的直線限值為：

對(duì)于不能鎖定傳動(dòng)比的自動(dòng)變速器車輛，x=3，對(duì)于手動(dòng)變速器車輛，x=2+Llimitvalue-Lurban，Llimitvalue為ECE R51/03系列規(guī)定的對(duì)應(yīng)車型聲壓級(jí)限值，Lurban為ECE R51/03系列（方法B）測(cè)量最終結(jié)果。

若對(duì)應(yīng)測(cè)量工況的出線發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速nBBk,j＜nanchor,k，可采用式（4）擬合直線：

若部分測(cè)點(diǎn)（如P1、P2點(diǎn)）的nBBk,j＜nanchor,k，部分測(cè)點(diǎn)（如P3、P4點(diǎn)）的nBBk,j＞nanchor,k，在直線擬合時(shí)，應(yīng)分為低于和高于nanchor,k的2段線，限值為折線。其中，P1、P2點(diǎn)和錨點(diǎn)擬合的直線采用式（4）計(jì)算，錨點(diǎn)和P3、P4點(diǎn)擬合的直線采用式（2）計(jì)算。通過(guò)式（3）可計(jì)算得到測(cè)試車輛的左、右兩側(cè)限值，最后在P1～P4之間選擇任意工況點(diǎn)作為檢查點(diǎn)進(jìn)行ASEP 測(cè)試，若聲壓級(jí)滿足限值要求，則該車輛符合直（折）線限值法要求。

3.2 最終結(jié)果變化偏離限值法

采用ASEP 測(cè)量獲取各工況下的加速度信息，計(jì)算獲取各工況條件下的ASEP部分功率加權(quán)系數(shù)kpASEP：

式中，aurban為目標(biāo)加速度；awottestASEP為全油門(mén)加速工況的測(cè)試加速度。

采用ASEP測(cè)量的聲壓級(jí)和方法B中勻速噪聲聲壓級(jí)計(jì)算各工況下最終測(cè)量結(jié)果LurbanMeasuredASEP：

式中，LwotASEP為全油門(mén)加速測(cè)量工況的測(cè)量聲壓級(jí)；Lcrs為方法B勻速測(cè)量工況的測(cè)量聲壓級(jí)。

計(jì)算各工況最終測(cè)量結(jié)果LurbanMeasuredASEP與ECE R51/03系列法規(guī)（方法B）最終結(jié)果Lurban的差值LurbanNormalized：

依據(jù)差值LurbanNormalized與該工況下的車速信息，可計(jì)算聲壓級(jí)變化量與車速變化量相關(guān)的偏離值LurbanASEP：

當(dāng)LurbanASEP＜3 dB(A)時(shí)，測(cè)試車輛滿足ASEP要求[6]。

4 試驗(yàn)驗(yàn)證分析

為深入探究ASEP的2種評(píng)價(jià)方法對(duì)國(guó)內(nèi)汽車產(chǎn)品的影響，本文選取國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的2 款典型車型，其參數(shù)如表2 所示，按照ASEP 測(cè)試流程進(jìn)行試驗(yàn)（見(jiàn)圖1），分別采用2種評(píng)價(jià)方法完成數(shù)據(jù)分析。

表2 測(cè)試樣車車型參數(shù)

圖1 試驗(yàn)照片

2 款車型ECE R51/03 系列法規(guī)（方法B）的測(cè)試結(jié)果如表3所示。

表3 ECE R51/03系列法規(guī)（方法B）測(cè)試結(jié)果

4.1 Slope法評(píng)價(jià)結(jié)果

利用Slope 法評(píng)價(jià)車型1 和車型2 的測(cè)量結(jié)果。結(jié)合Slope法計(jì)算公式，可獲得車型1和車型2的直線擬合聲壓級(jí)限值LASEPk以及對(duì)應(yīng)的限值直線，如圖2、圖3 所示。在P1～P4工況范圍內(nèi)選擇2個(gè)檢查點(diǎn)進(jìn)行全油門(mén)加速行駛，獲得對(duì)應(yīng)的噪聲測(cè)量聲壓級(jí)，由圖2、圖3可知，檢查點(diǎn)的噪聲測(cè)量聲壓級(jí)均小于限值直線對(duì)應(yīng)的聲壓級(jí)，故初步判定該2款車型符合Slope法要求。

圖2 車型1 Slope法測(cè)試結(jié)果

圖3 車型2 Slope法測(cè)試結(jié)果

根據(jù)圖2、圖3，比較Slope 法對(duì)2 款車型的數(shù)據(jù)擬合曲線可知，Slope法基本可以擬合2款車型的ASEP測(cè)量數(shù)據(jù)。由圖2a 和圖3a 可知，2 款車型2 擋測(cè)量時(shí)，擬合直線LASEPk斜率均略大于回歸線斜率；由圖2b和圖3b可知，2 款車型3 擋測(cè)量時(shí)，低于錨點(diǎn)轉(zhuǎn)速的擬合直線LASEPk斜率均小于回歸線斜率，高于錨點(diǎn)轉(zhuǎn)速的擬合直線LASEPk斜率均大于回歸線斜率，可見(jiàn)Slope法對(duì)低轉(zhuǎn)速（2 800 r/min 以下）的測(cè)量結(jié)果擬合效果不佳。結(jié)合Slope 法分析，擬合效果的差異可能是由于該方法要降低輪胎路面噪聲及不同汽車產(chǎn)品噪聲性能差異等因素對(duì)車型評(píng)價(jià)的影響，而在錨點(diǎn)附近以不同折線擬合形式進(jìn)行評(píng)價(jià)，但此種差異對(duì)國(guó)內(nèi)汽車產(chǎn)品的影響程度還有待進(jìn)一步研究和評(píng)估。

4.2 Urban法評(píng)價(jià)結(jié)果分析

利用Urban 法評(píng)價(jià)車型1 和車型2，數(shù)據(jù)分析結(jié)果如圖4、圖5 所示。利用方法B 得到2 款車型基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，車型1 的aurban=1.03 m/s2、Lurban=72.2 dB(A)，車型2 的aurban=1.00 m/s2、Lurban=70.2 dB(A)。利用Urban 法的式（5）～式（8），選取2 款車型2 擋、3 擋最高車速測(cè)試工況（P4工況），計(jì)算得到車型1 和車型2 在2 擋、3 擋的LurbanASEP計(jì)算結(jié)果，如表4 所示。由表4 可知，車型1 和車型2的2 擋、3 擋LurbanASEP均小于3 dB(A)，初步判定2 款車型符合ASEP 的限值要求。

圖4 車型1 Urban法測(cè)試結(jié)果

圖5 車型2 Urban法測(cè)試結(jié)果

表4 車型1和車型2的Urban法評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)圖4、圖5比較Urban法對(duì)2款車型的數(shù)據(jù)擬合曲線，圖4a 與圖5a 中LwotASEP與LurbanmeasuredASEP折線具有相似趨勢(shì)，圖4b 與圖5b 中LwotASEP與LurbanmeasuredASEP折線擬合趨勢(shì)存在明顯差異，可見(jiàn)Urban法對(duì)于不同車型和不同擋位的ASEP測(cè)量數(shù)據(jù)擬合效果不同，原因可能是相同車型全油門(mén)加速與勻速工況下噪聲性能的不同以及不同車型在相同速度區(qū)間內(nèi)噪聲性能的差異。從Urban法的評(píng)價(jià)結(jié)果可以看出，2款車型的2、3擋LurbanASEP值均小于3 dB(A)，基本滿足ASEP 的限值要求，但該方法的數(shù)據(jù)擬合效果存在差異。

5 ASEP評(píng)價(jià)方法發(fā)展趨勢(shì)

為解決現(xiàn)有ASEP 評(píng)價(jià)方法復(fù)雜、計(jì)算量大、數(shù)據(jù)擬合效果不佳等問(wèn)題，在ASEP IWG第4次會(huì)議上，基于歐洲（主要是德國(guó)）、日本、中國(guó)等國(guó)的部分車型噪聲數(shù)據(jù)，世界汽車制造商組織（Organisation Internationale des Constructeurs d′Automobiles，OICA）提出了ASEP 多工況噪聲期望值評(píng)價(jià)模型，將噪聲分解為輪胎、基礎(chǔ)機(jī)械和動(dòng)態(tài)噪聲3個(gè)部分，涵蓋了車速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、車輛加速度等評(píng)價(jià)參數(shù)：

式中，LEXP為噪聲期望參考值；LTR為車輛熄火滑行時(shí)所測(cè)得的輪胎滾動(dòng)噪聲，與車速相關(guān)；LPT為與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速相關(guān)的動(dòng)力總成基礎(chǔ)噪聲；LDYN為與節(jié)氣門(mén)開(kāi)度、加速度等相關(guān)的由動(dòng)力加載時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)噪聲。

經(jīng)過(guò)數(shù)次ASEP 會(huì)議討論，ASEP 多工況噪聲期望值評(píng)價(jià)模型未來(lái)有可能成為ECE R51/04系列法規(guī)的噪聲評(píng)價(jià)方法。OICA 提出多工況噪聲期望值評(píng)價(jià)模型，目的是基于方法B 的基礎(chǔ)測(cè)量數(shù)據(jù)建立數(shù)學(xué)期望評(píng)價(jià)模型，以此獲得對(duì)應(yīng)車輛在各種工況下的噪聲動(dòng)態(tài)限值，作為噪聲期望參考值，并通過(guò)若干次ASEP測(cè)量，利用測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算得到噪聲模型實(shí)際測(cè)量值，最終，將噪聲期望參考值與噪聲模型實(shí)際測(cè)量值進(jìn)行比較，判定是否通過(guò)ASEP試驗(yàn)[7-8]。

ASEP非正式工作組后期也將繼續(xù)研究并完善該評(píng)價(jià)模型，對(duì)應(yīng)參數(shù)的修正、特殊車型的豁免等問(wèn)題還在繼續(xù)討論，希望進(jìn)一步簡(jiǎn)化限值模型，高效及時(shí)地評(píng)價(jià)實(shí)車在任意工況下的噪聲測(cè)量結(jié)果。為降低ASEP 測(cè)試及評(píng)價(jià)方法對(duì)中國(guó)汽車產(chǎn)品的影響，國(guó)內(nèi)汽車企業(yè)應(yīng)重視ECE R51法規(guī)的修訂進(jìn)展，主動(dòng)開(kāi)展相應(yīng)工況驗(yàn)證試驗(yàn)，積極參與國(guó)際法規(guī)協(xié)調(diào)，做好充足的技術(shù)儲(chǔ)備，在國(guó)際法規(guī)的制、修訂方面及時(shí)發(fā)出中國(guó)聲音，使中國(guó)汽車產(chǎn)品在復(fù)雜和激烈的國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)有利位置。

6 結(jié)論

本文采用國(guó)內(nèi)典型的2 款車型進(jìn)行ASEP 試驗(yàn)，并使用ECE R51/03 系列法規(guī)的ASEP 評(píng)價(jià)方法對(duì)2 款車型的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。結(jié)果表明：2款車型雖基本滿足ASEP 的限值要求，但不同的ASEP 評(píng)價(jià)方法的關(guān)注內(nèi)容和評(píng)價(jià)結(jié)果存在差異，而且對(duì)不同車型和不同擋位的擬合效果不同。

此外，ASEP非正式工作組正全面研究OICA提出的多工況噪聲（ASEP）期望值評(píng)價(jià)模型，未來(lái)該模型將有可能替代現(xiàn)有ASEP評(píng)價(jià)方法，建議國(guó)內(nèi)汽車企業(yè)予以重視，深入開(kāi)展ASEP相應(yīng)研究，做好相應(yīng)的技術(shù)準(zhǔn)備，并積極參加國(guó)際法規(guī)協(xié)調(diào)工作。