汽車加速行駛車外噪聲限值測(cè)量不確定度分析

張春穎，董曉明，杜書榮

（中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司，北京 100083）

由于汽車加速行駛車外噪聲測(cè)量是汽車噪聲控制評(píng)價(jià)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，為嚴(yán)格執(zhí)行GB 1495—2002《汽車加速行駛車外噪聲限值及測(cè)量方法》，下文就對(duì)能夠影響汽車加速行駛車外噪聲測(cè)定值的因素進(jìn)行簡要分析和探討。

1 依據(jù)文件

（1）GB 1495—2002《汽車加速行駛車外噪聲限值及測(cè)量方法》。

（2）JJF 1059.1—2012《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》。

2 檢測(cè)儀器、設(shè)備

（1）聲級(jí)計(jì)（型號(hào)HS5661）I型，允差：±0.7 dB（A）。

（2）聲級(jí)校準(zhǔn)器（型號(hào)4231）I級(jí)，允差：±0.2 dB（A）。

（3）綜合氣象儀（型號(hào)LM-8000），允差：±0.3 m/s。

（4）GPS非接觸速度計(jì)（型號(hào)VB3i），允差：±0.5 km/h。

（5）噪聲廣場(chǎng)（山東玲瓏輪胎試驗(yàn)場(chǎng)），符合GB 1495—2002《汽車加速行駛車外噪聲限值及測(cè)量方法》標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 檢測(cè)程序

按GB 1495—2002《汽車加速行駛車外噪聲限值及測(cè)量方法》附錄A規(guī)定的測(cè)量方法進(jìn)行。在初次進(jìn)行不確定度評(píng)估時(shí)，按標(biāo)準(zhǔn)要求每側(cè)測(cè)量4次取其平均值作為單次測(cè)量值，共重復(fù)10次。

4 數(shù)學(xué)模型

汽車加速行駛車外噪聲測(cè)量值為

式中：Nmax為車外最大加速噪聲，dB（A）；N1為左側(cè)第1次最大車外加速噪聲實(shí)測(cè)值，dB（A）；N2為左側(cè)第2次最大車外加速噪聲實(shí)測(cè)值，dB（A）；N3為左側(cè)第3次最大車外加速噪聲實(shí)測(cè)值，dB（A）；N4為左側(cè)第4次最大車外加速噪聲實(shí)測(cè)值，dB（A）。

5 出現(xiàn)不確定度的原因

能夠?qū)ζ囆旭傔^程中車外噪聲測(cè)定結(jié)果產(chǎn)生影響的因素如圖1所示。

圖1 影響汽車加速行駛車外噪聲測(cè)量結(jié)果的不確定度因素

A類評(píng)估，因多次測(cè)量造成測(cè)量不確定度U1（X）。

5.1 風(fēng)速帶來的影響

在測(cè)量過程中，聲級(jí)計(jì)較高處所測(cè)定的風(fēng)速不應(yīng)當(dāng)大于5 m/s，這是因?yàn)槿绻L(fēng)速較大，很可能會(huì)產(chǎn)生附加哨聲，并且還會(huì)對(duì)聲場(chǎng)的分布造成一定影響。針對(duì)此種情況，應(yīng)當(dāng)在聲級(jí)計(jì)較高處設(shè)置特殊材質(zhì)的防風(fēng)罩。另外，還應(yīng)當(dāng)著重注意測(cè)量環(huán)境中的陣風(fēng)，當(dāng)外部環(huán)境中存在陣風(fēng)時(shí)，應(yīng)當(dāng)暫停測(cè)量，以此種方式降低陣風(fēng)或者較高風(fēng)速對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生的影響。該因素屬標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測(cè)量條件，故在A類不確定度中考慮。

5.2 環(huán)境溫度的影響

測(cè)試前車輛均經(jīng)過正常預(yù)熱行駛，測(cè)試時(shí)動(dòng)力總成及主要傳動(dòng)系總成處于正常工作溫度并遠(yuǎn)高于環(huán)境溫度，因此，可以認(rèn)為環(huán)境溫度在7～35℃范圍內(nèi)變化，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響很?。ū粶y(cè)量隨機(jī)誤差所掩蓋），在計(jì)算該項(xiàng)試驗(yàn)不確定度時(shí)可以忽略不計(jì)，各環(huán)境溫度下的試驗(yàn)結(jié)果差異主要由測(cè)試隨機(jī)誤差引起。而GB 1495—2002《汽車加速行駛車外噪聲限值及測(cè)量方法》中規(guī)定“測(cè)量應(yīng)在良好天氣中進(jìn)行”，由于溫度范圍的差異性對(duì)測(cè)量結(jié)果影響較小，所以可以將溫度的影響歸到A類評(píng)估中進(jìn)行考量。

5.3 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速及車速的影響

通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速或車速的影響在A類評(píng)估中考慮。

根據(jù)上文中提到的國家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)GB 1495—2002《汽車加速行駛車外噪聲限值及測(cè)量方法》可以得知，汽車在進(jìn)線時(shí)，其發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)給噪聲測(cè)定結(jié)果帶來較大影響。根據(jù)相關(guān)研究表明，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在100 r/min上下變化時(shí)，其噪聲測(cè)定結(jié)果會(huì)在0~0.7 dB左右變化。為盡可能將噪聲測(cè)定結(jié)果誤差范圍控制在0.5 dB（A）以下，應(yīng)當(dāng)將汽車發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表精度控制在35 r/min之內(nèi)。本文試驗(yàn)中所使用的轉(zhuǎn)速表精度小于10 r/min，所以滿足試驗(yàn)要求。由于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和汽車車速之間存在很大關(guān)聯(lián)性，所以對(duì)噪聲測(cè)定結(jié)果產(chǎn)生影響的還有車速表精度。根據(jù)GB 1495—2002《汽車加速行駛車外噪聲限值及測(cè)量方法》中的規(guī)定，汽車應(yīng)當(dāng)在指定檔位和車速穩(wěn)定的狀態(tài)下接近AA'線，所以在測(cè)量過程中，汽車速度的變化應(yīng)當(dāng)合理控制在1 km/h之內(nèi)。如果在試驗(yàn)中選擇控制汽車發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，應(yīng)當(dāng)將其變化控制在±50 r/min之內(nèi)或者控制在±2%之內(nèi)。

5.4 汽車加速位置帶來的影響

如果汽車提前進(jìn)行加速或者滯后進(jìn)行加速都會(huì)給噪聲測(cè)定結(jié)果帶來較大影響，提前加速就意味著提高了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行加速時(shí)的轉(zhuǎn)速，而滯后就意味著降低了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行加速時(shí)的轉(zhuǎn)速。根據(jù)試驗(yàn)分析統(tǒng)計(jì)，最大起始點(diǎn)誤差為1.5 m，將其考慮在A類評(píng)估中。

5.5 汽車行駛過程中偏移中心線帶來的影響

在汽車進(jìn)行加速行駛過程中時(shí)，不但要考慮上文中所提到的影響因素，還應(yīng)當(dāng)著重考慮汽車行駛過程中偏移中心線所帶來的影響。根據(jù)多次試驗(yàn)結(jié)果表明，如果汽車駕駛員的專業(yè)水平較高，就可以將試驗(yàn)車輛控制在中心線處±10 cm，這便使得最大噪聲測(cè)定位置和汽車自身發(fā)動(dòng)機(jī)中心位置的距離始終在10 m左右，這便代表著測(cè)定位置始終和中心線相互垂直。如圖2所示。

圖2 試驗(yàn)場(chǎng)地示意圖

根據(jù)聲壓自由場(chǎng)衰減反比定律，可得出汽車偏移中心線±10 cm時(shí)所產(chǎn)生的誤差

因此，在進(jìn)行試驗(yàn)過程中應(yīng)當(dāng)盡可能減少汽車偏移中心線的距離，并且還可以通過多次試驗(yàn)來降低汽車偏移中心線產(chǎn)生的誤差對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響程度。將其考慮在A類評(píng)估中。

5.6 測(cè)試環(huán)境帶來的影響

測(cè)試環(huán)境應(yīng)當(dāng)保證半徑50 m內(nèi)不存在任何反射物，因此，應(yīng)當(dāng)選擇在專業(yè)的噪聲試驗(yàn)跑道進(jìn)行試驗(yàn)。如果噪聲試驗(yàn)跑道的材質(zhì)為混凝土，其測(cè)定結(jié)果會(huì)比在柏油路上的測(cè)定高出0~2 dB（A）左右，這是因?yàn)橛苫炷敛牧现瞥傻牡缆繁砻孑^為堅(jiān)硬且粗糙，還存在一定接縫。因此，在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)當(dāng)選用符合ISO 10844—1994《聲學(xué) 測(cè)量道路車輛噪聲用試驗(yàn)路面的規(guī)定》要求的路面。

本試驗(yàn)是在安徽定遠(yuǎn)汽車試驗(yàn)場(chǎng)瀝青鋪設(shè)的無接縫特殊噪聲專用路面進(jìn)行的。

5.7 聲級(jí)計(jì)誤差的影響

本方法使用的是I型聲級(jí)計(jì)，其最大測(cè)量誤差為±0.7 dB（A），將其考慮在B類評(píng)估中。

5.8 聲級(jí)校準(zhǔn)器誤差的影響

聲級(jí)校準(zhǔn)器是用于每次測(cè)量前后對(duì)聲級(jí)計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)的儀器，其準(zhǔn)確度直接影響測(cè)量結(jié)果，本次使用的是4231型，其最大測(cè)量誤差為±0.2 dB（A），在B類評(píng)估中考慮。

6 標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)估

6.1 標(biāo)準(zhǔn)不確定度A類評(píng)估

標(biāo)準(zhǔn)不確定度的A類評(píng)估按表1分別采集數(shù)據(jù)（試驗(yàn)重復(fù)進(jìn)行10次，每次需要重新安裝儀器，讀取測(cè)量值）。

表1 加速噪聲測(cè)定值

10次獨(dú)立觀測(cè)結(jié)果的算術(shù)平均值X（取右側(cè)測(cè)量結(jié)果）

式中:Xi為右側(cè)單次測(cè)量結(jié)果。

由貝塞爾公式得到的平均值的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差為s（x）

式中:xi為右側(cè)單次測(cè)量結(jié)果，為10次獨(dú)立觀測(cè)結(jié)果的算術(shù)平均值（取右側(cè)測(cè)量結(jié)果）。

在實(shí)際試驗(yàn)過程中，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照規(guī)定測(cè)量4次，取4次測(cè)量結(jié)果的算術(shù)平均值作為最終測(cè)定結(jié)果，所以標(biāo)準(zhǔn)不確定度s（）為

所以，測(cè)量結(jié)果A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度U1s（x）為

自由度v=n-1=9，

式中:n為試驗(yàn)次數(shù)。

6.2 不確定度B類評(píng)估

6.2.1 聲級(jí)計(jì)的允許誤差產(chǎn)生的不確定度

聲級(jí)計(jì)允許誤差為±0.7 dB（A），為均勻分布，包含因子由此得到聲級(jí)計(jì)不確定度

式中：a1為聲級(jí)計(jì)允許誤差的絕對(duì)值。

聲級(jí)計(jì)允差所帶來的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量為

6.2.2 聲級(jí)校準(zhǔn)器允許誤差引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

式中：a2為聲級(jí)校準(zhǔn)器允許誤差的絕對(duì)值。

聲級(jí)校準(zhǔn)器對(duì)測(cè)量噪聲的不確定度貢獻(xiàn)為

7 將標(biāo)準(zhǔn)不確定度進(jìn)行合成

根據(jù)上述數(shù)據(jù)，計(jì)算并帶入表2。

根據(jù)表2，考慮到各分量相互獨(dú)立，得到合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

表2 不確定度匯總

8 擴(kuò)展不確定度

（1）取包含因子k=2，其擴(kuò)展不確定度為U=2uc=0.9 dB（A）。

（2）測(cè)量所得不確定度為80.5 dB（A），U=0.9 dB（A），k=2或80.5 dB（A）±0.9 dB（A），k=2。