基于ISO 362—1:2007对M1类车的试验研究

2012-04-18谢东明张志波张相杰

汽车技术 2012年7期

郭勇谢东明张志波王星张相杰

（中国汽车技术研究中心）

1 前言

长期以来，国际标准化组织ISO一直致力于汽车标准的研究。ISO 362道路车辆噪声标准已成为世界各国噪声法规制定的主要参考依据，其对汽车降噪领域的技术发展具有重要的推动作用[1]。我国正在实行的车外加速噪声标准为GB 1495—2002《汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法》[2]，该标准的测试方法是参照ISO 362:1998[3]制定的。

目前，我国按照GB 1495—2002标准进行的测试都是在ISO 10844规定的路面上进行的，汽车在第2挡和（或）第3挡全油门下行驶，在麦克风前10 m的入线速度为50 km/h，由此产生的声压级是用第2挡或第3挡进行测试得到的结果，或用第2挡和第3挡进行测试得到的声压级的平均值。按照这个方法，多年来GB 1495—2002的限值已经从82 dB降到74 dB，虽然限值降低很多，但在相同时间、相同交通条件下，建筑物前的汽车噪声却没有明显降低。

出现这种情况的原因，一方面是因为GB 1495—2002不能很好地反映目前典型城市工况下的汽车噪声；另一方面是由于允许使用花纹深度较低的轮胎，也使得测试结果进一步脱离了实际情况；再进一步分析是因为汽车发动机和变速器技术的发展使得GB 1495—2002中的技术设定不再满足现有要求。该标准中的测试方法体现的是在车辆噪声中动力总成占重要比重的情况，但是这种情况很少在城市工况中看到，并且轮胎产生的噪声也已经明显的被抑制了，所以必须实施一种能测试真实噪声水平的新方法，这将对于指导政府政策和汽车生产商优化车辆噪声起积极作用。因此，国际标准化组织于2007年推出了能反映真实城市交通噪声状况的ISO 362—1:2007[4]《M类和N类车外加速噪声测量—工程方法》。

由于我国城市中M1类车所占比例很大，因此针对ISO 362—1:2007中对M1类车的规定进行了分析，并按照该标准的要求对M1类车进行了测试试验。由于ISO 362—1:2007推出的时间较短，因此在测试过程中发现了一些模糊或需要说明的地方。为此，本文针对已发现的问题进行了列举，并提出了完善该标准的建议。

2 加速行驶车外噪声产生机理

加速行驶车外噪声主要包括发动机、底盘、车身、汽车附件和电气系统噪声。当车辆低速行驶时，发动机噪声是主要噪声源，而随着路面条件改善，车辆高速行驶时轮胎噪声又成为了一个主要噪声源[5]。

2.1 发动机噪声

发动机噪声按其机理可分为结构振动噪声和空气动力性噪声。

2.1.1 结构振动噪声

通过发动机外表面及与发动机外表面刚性连接件的振动向大气辐射的噪声称为结构振动噪声。根据发动机表面噪声产生机理，结构振动噪声又分为燃烧噪声、机械噪声和液体动力噪声。燃烧噪声是由于气缸内周期性变化的压力作用而产生的，与发动机的燃烧方式和燃烧速度密切相关；机械噪声是发动机工作时各运动件之间及运动件与固定件之间作用的周期力、冲击力、撞击力所引起的，它与激发力的大小和发动机结构动态特性等因素有关；发动机中液体流动产生的力对发动机结构激振产生的噪声称为液体动力噪声。

2.1.2 空气动力性噪声

空气动力性噪声直接向大气辐射噪声源，即由于空气动力学的原因使空气质点振动产生的噪声。空气动力性噪声包括进、排气噪声和风扇或风机噪声。排气噪声是发动机的最大噪声源，进气噪声次之。排气噪声由周期性排气、涡流和空气柱共鸣噪声组成。

2.2 底盘噪声

汽车底盘结构固体声源产生的噪声主要是传动系噪声和轮胎噪声。传动系噪声频率为400～2 000 Hz，其中齿轮传动的机械噪声是主要部分。齿轮噪声以声波向空间传出的仅是一小部分，大部分则是变速器驱动桥的激振使各部分产生振动而变为噪声。

按声源的激励性质不同，轮胎噪声主要产生机理有以下几类。

a. 气流声机理。随着轮胎的滚动，在与路面接触区，轮胎花纹沟内空气不断被吸入与挤出，由此形成“空气泵”噪声，这是横向花纹的一种主要噪声机理。此声源为起伏变化的气体，属气流噪声。

b. 机械声机理。由轮胎胎面花纹块撞击路面、轮胎结构的不均匀性及路面的不平性等因素激发机械噪声，是光面胎及纵向花纹的主要噪声源。

c. 滤波放大机理。轮胎与路面接触处形成喇叭口几何体，对上述噪声起着滤波放大作用。

另外，轮胎胎面花纹沟与路面所围管道内的空气共振及轮胎花纹块离开路面处形成的赫姆霍兹共振效应主要为袋状沟的噪声机理。

3 测试M1类车的标准要求

3.1 测试流程

噪声测试流程见图1。

3.2 测试前期准备

在进行测试前应按照式（1）～式（4）确定车辆的功率质量比PMR、目标加速度aurban和参考加速度awotref：

当PMR≥25时，

当PMR＜25时，

式中，Pn为发动机的额定功率；mt为测试质量。

3.3 测试挡位确定

在正式测试前要根据车辆各挡位全油门加速度来确定测试挡位，ISO 362—1:2007将车辆分为可锁定传动比和不可锁定传动比2种，2种挡位确定方法如下。

3.3.1 可锁定传动比

对于装有可锁定传动比变速器的车辆，根据式（5）来确定各挡位的全油门加速度。在各挡位的加速度确定后，需按照标准中要求的方法进行选挡，选挡流程见图2，图2中awoti表示i挡的全油门加速度。

式中，l为不同参考点对应的车长。

3.3.2 不可锁定传动比

对于装有不可锁定传动比变速器的车辆，如果用设备、装置或某种方法可控制传动比，则采用式（5）计算加速度；如果没有用设备、装置或某种方法来控制传动比，则采用式（6）计算加速度。测试挡位采用常用的全自动挡。

3.4 记录结果

在测试挡位确定后，就要确定车辆进线速度，以保证车辆在通过AA′线后10 m到达PP′线时速度为50±1 km/h。在挡位和进线速度都确定后即进行全油门加速和匀速测试。车辆每一侧在各挡位至少测量4次，左、右两侧可同时或依次测量。记录测试期间车辆每次通过AA′线和BB′线之间的最大“A”计权声级。如果车辆同侧连续4次测量结果差值不大于2 dB（A），4次测量结果将被用于车辆该侧声级最终结果的计算，允许去除无效结果。此外还要记录 VAA′、VBB′、VPP′等数值。

3.5 得出最后结果

3.5.1 1个挡位测试

如果只用1个挡位进行测试，那么将上述测得的目标加速度aurban、测试加速度awottest、全加速噪声Lwotrep及匀速噪声 Lcrsrep代入式（7）和式（8）就能得出最后的噪声值Lurban。

3.5.2 2个挡位测试

如果采用i和i+1两挡进行测试，那么需要将得到的目标加速度aurban、参考加速度awotref、各挡位加速度 awoti和 awoti+1、两挡全加速噪声 Lwoti和 Lwot（i+1）、匀速噪声 Lcrsi和 Lcrs（i+1）代入式（9）～式（12）和式（8），得出最后的噪声值Lurban。

4 能锁挡和不能锁挡测试方法选取

按照 ISO 362—1:2007的要求对某 M1类车（定为1号车）进行测试，车辆性能参数及测试参数见表1。通过对样车进行预测试发现，当用D挡行驶时变速器不能锁挡，而用M挡行驶时变速器可以锁挡。但ISO 362—1:2007中没有明确说明此2种情况下分别按照哪种方法进行测试，因此针对这2种情况进行了测试。

表1 1号车性能参数及测试参数

根据选挡原则及各挡位的加速度得出，能锁挡的测试方法采用4挡进行测试；不能锁挡的测试方法采用D挡进行测试。2种测试结果分别见表2和表3。从表2和表3可知，2种测试方法的最后结果分别为69.8 dB和70.4 dB，两者之间相差0.6 dB。

作为一个标准，它的测试方法应该具有唯一性，对于一辆样车来说不能有2种测试方法及2种测试结果，因此标准中应该对这一点有明确的规定或说明，这也是标准中必须要完善的内容。

ISO 362—1:2007与ISO 362:1998相比最主要的区别是修订后的标准更能体现城市工况下实际的驾驶情况，而ISO 362:1998只是反映全油门加速情况。

ISO 362—1:2007中M1类车的最后结果是通过将在参考加速度awotref下测得的结果和在匀速下测得的结果进行加权得到的，因此，遇到装备有既能锁挡也能不锁挡变速器的车辆时应选择加速度最接近参考加速度的挡位进行试验。由表3可知，M4挡的加速度最接近参考加速度，因此这台样车应按照能锁挡的测试方法进行测试，最后得出的结果为70.4 dB。

表2 1号车按不能锁挡进行测试的结果

表3 1号车按能锁挡进行测试的结果

按照上述原则对另一辆M1类车（定为2号车）进行测试，车辆性能参数及测试参数见表4。由表4可知，M2挡的加速度最接近参考加速度，且根据选挡原则也应该用M2挡进行测试，测试结果见表5。

表4 2号车性能参数及测试参数

表5 2号车按能锁挡进行测试的结果

5 能锁挡测试方法的挡位选择

1号车对于能锁挡的测试方法来说具有一定的典型性，也反映出了选挡的一些问题。在测试过程中，由于3挡的加速度大于2.0 m/s2，因此要选择4挡作为测试挡位。从这点来看，只要加速度大于2.0 m/s2的挡位就不用进行测试。通常情况下，用高、低两挡进行测试得到的最终结果应该比只用高挡测试得到的结果要大，如果是这样的话，生产厂商可能会利用这个规则通过某种措施降低车辆的噪声结果，基于此就不应考虑加速度上限的问题而单纯按照选挡规则进行测试，那么1号车就应采用3挡和4挡进行测试，测试结果见表6。

表6 1号车用3挡和4挡进行测试的结果

由表6可知，最后的测试结果为70.1 dB，这与只用4挡进行测试的最后结果只相差0.3 dB，可以说基本一致，这与上述通常情况不相符，但这样的结果也说明了ISO 362—1:2007标准测试方法的合理性，即不会只因选挡时的差别而影响最后的结果。对于质量和发动机参数都确定的车辆，无论用哪个挡位进行测试最后的结果都基本相同，这是由测试方法和结果处理方法决定的。下面分别针对1个挡位测试和2个挡拉测试来说明原因。

图3中的2条曲线与式（2）和式（4）相对应，而2个加速度均由PMR决定。由于每辆车的PMR是固定值，因此2个加速度也是固定的。aurban为车辆在城市工况部分负荷下行驶的加速度，awotref为全油门参考加速度，它不一定是某一个固定挡位的加速度。

当只用1个挡位进行测试时，只需要将全油门加速测得的声压级Lwotrep和匀速测得的声压级Lcrsrep通过式（7）和式（8）进行一次加权就可得出最后的噪声结果，这个结果相当于用目标加速度aurban进行测试得到的结果，见图4。

当用2个挡位进行测试时，先通过式（9）～式（12）将在i挡和i+1挡下测得的全加速声压级和匀速声压级进行加权分别得到Lwotrep和Lcrsrep，然后将这2个结果再通过式（8）和式（10）进行第2次加权，最后得到噪声结果，这个结果相当于用目标加速度aurban进行测试得到的结果，见图5。

由上述可知，无论用1个挡位还是用2个挡位进行测试，最后得到的结果都相当于用目标加速度进行测试的结果，由于1个样车只有1个目标加速度，所以最后得到的结果肯定是一致的。

再以2号车为例，对采用M2挡和采用M2、M3挡进行测试的结果进行比较，采用M2和M3挡的测试结果见表7。对比表5和表7可知，2种测试的最后结果均为72.6 dB，这进一步验证了ISO 362—1:2007测试方法的合理性。

表7 2号车用2挡和3挡进行测试的结果

6 M1类混合动力车辆的测试方法

ISO 362—1:2007中没有单独对混合动力车辆规定测试方法，标准中只提到取在测试区域内的最大声压级作为记录的声压级，这表明该标准适用于混合动力车辆且测试方法没有不同，但也没有提到如何确定比功率中的额定功率，这对车辆的测试产生了不确定性。为确定比功率，参考了2011年2月ECE的GRB噪声工作组会议上ISO的工程师提交的《对于ISO 362—1:2007标准的三年回顾》[6]文件中关于带有2种或多种动力源汽车的附加技术说明。说明中明确提出，对于混合动力车辆，用于计算比功率的车辆功率是由电能和发动机的有效功率之和决定的。根据此确定车辆功率的技术方法，按照ISO 362—1:2007的要求对某混合动力车辆进行测试，车辆性能参数和测试参数见表8。

表8 某混合动力车辆性能参数及测试参数

由表8可知，虽然发动机和电机的功率分别为73 kW和51.5 kW，但厂家经测试得到的驱动系统最大功率为100 kW，而不是发动机功率和电机功率之和124.5 kW。按照上述技术说明，100 kW是电机和发动机的有效功率之和，因此计算比功率时就应该按功率为100 kW计算，得出比功率为63.3 kW/t，根据选挡原则用D挡进行测试，测试结果见表9。

表9 某混合动力车辆测试结果

7 M1和M2类跨类车的测试

目前我国许多生产厂都在生产M1和M2类跨类车，这类车的特点是除座位不同外其它如发动机、变速器等均相同，而且这类车的最大总质量均未超过3.5 t。对此类车进行测试可进一步了解其特点。

以我国生产的某跨类车为例进行测试。M1类样车和M2类样车的车辆性能参数及测试参数分别见表10和表11。从表10和表11可看出，2台样车除乘员数有差别外其它基本一致，而且按照ISO 362—1:2007的要求都是依据M1、N1及最大总质量小于3.5 t的M2类车中变速器能锁挡的测试方法进行测试。根据选挡原则，M1类样车用3挡进行测试，M2类样车用3挡和4挡进行测试，测试结果分别见表12和表13。

表10 M1类样车性能参数及测试参数

表11 M2类样车性能参数及测试参数

表12 M1类样车的测试结果

表13 M2类样车的测试结果

从表12和表13可知，M1类样车的最后测试结果为74.2 dB，而M2类样车的最后测试结果为72.5 dB。由于这2台车的额定功率是一样的，而M2类样车的测试质量比M1类样车的大，因此M2类样车的比功率比M1类样车的小，与比功率相对应的目标加速度也比M1类样车的小。在进行试验时，质量相近且发动机和变速器等主要参数相同车辆的目标加速度越小得到的噪声就越小。因此，目标加速度小的M2类车最后的噪声要比M1类车的小，这个分析结果与测试结果相一致，再次证明了前述分析的正确性。通过该测试可得出，对于M1和M2类的跨类车，M1类车的最后噪声结果比M2类车要大。