“通过噪声”新法规对NVH的挑战

董良 王晖

（华晨汽车工程研究院NVH 工程室）

统计资料显示，城市环境噪声的70%来源于机动车辆，汽车噪声已成为环境噪声的最大污染源。过高的汽车噪声严重影响着人们的生活、工作和健康。为了降低汽车噪声对城市噪声的污染程度，控制车辆的加速噪声是一种行之有效的措施，这也是国内外汽车行业逐步对车外加速噪声测量标准和限值加严的主要原因。为解读新版GB 1495—20××《汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法》征求意见稿，文章阐述了新旧法规测试方法的差异。

1 新旧法规测试方法差异

汽车加速行驶车外噪声法规是汽车产品上市时的强制性法规要求，道路上行驶的车辆基本都满足该项法规。2007年欧洲经济委员会（ECE）和国际标准化组织（ISO）在ECE R51.02 基础上增加了附录10，形成了车辆通过噪声试验新方法（ECE R51.03 和ISO 362—2007）。ECE R51.03 与 ECE R51.02 在试验条件、试验方法及结果处理等方面存在很大差别，这将直接对汽车厂商新产品的研发产生显著影响。为与国际接轨，我国按照ECER 51.03 在现行国标GB 1495—2002 基础上制定了新的车外加速噪声测试方法GB 1495—20××。

1.1 GB 1495—20××产生的背景

通过强制执行车辆通过噪声法规，车辆车外通过噪声有了很大降低，ECE 限值在20年内从82 dB（A）下降到74 dB（A），而且现行方法已经推广到全世界。但是从ECE 调查结果来看，城市交通引起的噪声并没有随着限值的下降而有同样明显的改善。

一个主要原因是现行方法中执行的试验工况与城市工况下噪声相似性很差。现行方法采用的工况是2 挡、3 挡油门或节气门全开加速，而城市运行的工况绝大部分都是油门或节气门部分开启加速，以及低速匀速行驶。另一个原因是随着发动机和变速器技术的发展，汽车的主要噪声源发生了变化，导致当初制定试验方法的一些假设条件也发生了变化。基于以上原因，根据现行方法所得到的结果不能反映目前实际城市工况中的汽车噪声，所以需要一个能反映实际噪声水平的新方法来进一步推进汽车噪声的改善。ECE 研究发现，同一轮胎在不同车速下噪声变化的范围可达到25 dB（A），不同路面情况下噪声又有10 dB（A）的变化。因此，对于车外通过噪声而言，轮胎路面噪声的影响更应该引起关注。因此，在GB 1495—20××中引入了匀速测试工况体现车辆轮胎路面噪声[1]。

1.2 测试车速的来源

GB 1495—20××规定被试汽车最前端通过 AA′ 线时车速为50 km/h，而GB 1495—20××修改为被试汽车的参考点通过PP′ 线时车速要达到50 km/h，这意味着进线速度下降了。ECE 在几个中型城市中对交通噪声恼人程度进行了调查，结果如表1所示，在限速50 km/h的主干道上，感到噪声恼人的受访者占比最高，达到73%，同时对该类型道路长度与道路总长度之比进行了统计，该类型道路占比达到67%。调查发现，在城市主干道和车辆加速的瞬时噪声最恼人[2]。

表1 城市中交通噪声最恼人路段

另一个调查发现，在限速50 km/h 的主干道上行驶时，平均速度达到50 km/h 时使受访者感到恼人发生的概率最高。基于这2 项研究，GB 1495—20××规定在试验时汽车经过PP′线时车速必须达到（50±1）km/h[3]。

1.3 测试方法及结果差别

GB 1495—20××与 GB 1495—2002 在场地条件方面相同，测量区均为最小的标准试验路面，传声器高1.2 m，如图 1所示。GB 1495—20××与 GB 1495—2002的主要差别，如图2所示。

表2 GB 1495—20××与 GB 1495—2002 的主要差别

由于GB 1495—20××目前还处于征求意见阶段，测试数据较少，而从2007年7月开始，在欧洲、日本和美国开始同时运用ECE R51.02 和ECE R51.03 进行车外通过噪声认证，对ECE R51.03 测得的数据进行积累，为下一阶段提出合适的限值做准备。从所收集的数据进行分析[4]，图2 示出27 辆装有不同形式动力总成M1 类汽车运用ECE R51.02 和ECE R51.03 方法后噪声测试结果的对比[4]。从图2 可以看到，2 种方法测试结果之间没有必然的联系。从手动挡的结果看，ECE R51.03 结果普遍小于ECE R51.02。这主要是由于2 种方法测试时发动机运行的状态是有明显区别的。ECE R51.02 测试时的发动机转速高，扭矩大，反映了在全负荷下的发动机噪声；ECE R51.03 测试时的发动机转速低，扭矩小，反映了部分负荷下的发动机噪声。ECE R51.03 需要更加关注轮胎噪声对车外通过噪声的影响。

2 影响因素分析

要想有效控制轿车的车外加速噪声，首先必须对噪声源进行研究，即分析其影响因素，并且掌握噪声的产生机理，进而采取有效的控制措施，达到降低噪声的目的。

2.1 主要影响因素

轿车是一种由动力机驱动并且行驶于多种路面的交通工具，因而受动力机影响和路面激励，使构成汽车3 大部件（即发动机、底盘和电气系统）的所有部件都会产生噪声和振动，只是对汽车总噪声贡献大小不同而异。影响汽车车外加速噪声的主要声源包括：发动机噪声、进气噪声、排气噪声、冷却系统噪声及轮胎噪声等。这些噪声源互相关联并互相作用，各声源的产生机理和传递途径也错综复杂。在整车噪声控制中，不仅要考虑噪声辐射的大小，而且还要考虑各噪声源分布特点和传播方向，做到以高声源方向为重点，以噪声最大衰减量为目标。

2.2 发动机噪声

发动机噪声是主要的噪声源之一，是首先应当开展噪声控制的因素。在我国，小型轿车车外加速噪声中，发动机噪声约占55%。

发动机噪声主要包括燃烧噪声、机械噪声和空气动力噪声。机械噪声和燃烧噪声是通过内燃机的外表面向外辐射，而空气动力噪声主要是在进气和排气过程产生，它直接向大气辐射。燃烧噪声声强与压力升高率的平方成正比，噪声声压级与放热率的对数成正比，燃烧噪声还与滞燃期及转速负荷等有关。机械噪声主要是活塞敲击、配气机构的摩擦、冲击、齿轮啮合、皮带打滑、轴承工作、正时系统、辅机系统及供油系统噪声等。

2.3 排气噪声

排气噪声是汽车及发动机中能量最大最主要的噪声源，一般要比发动机本体噪声高出10～15 dB（A）。排气噪声主要包括空气噪声、冲击噪声、辐射噪声和气流摩擦噪声。

发动机在运动时产生的压力波在排气管道中传播从而形成空气噪声；排气管道中不稳定的气流会对管道产生冲击，从而形成冲击噪声；排气系统的管道和消声元件被机械振动激励或者受内部流体压力波动引起振动，这些被激励的结构对外将声辐射出去，形成辐射噪声；当管道中气体流动速度非常高时，流体与管壁之间产生摩擦，一方面形成紊流，扰动板振动并产生辐射噪声，另一方面当气流传到尾管时对外发出巨大的噪声，即气流摩擦噪声。

2.4 进气噪声

进气门周期性开闭引起进气系统管道内压力起伏变化，从而形成空气动力性噪声，称之为进气噪声。进气系统噪声主要是指进气口处的噪声及空气滤清器和消声元件、管道由于刚度不足而引起的辐射噪声。进气噪声是车外加速噪声的主要噪声源之一，同时对于驾驶室内噪声的贡献也非常大。

2.5 风扇噪声

风扇噪声在空气动力噪声中一般小于进排气噪声，但在风冷发动机中，风扇噪声往往是主要的噪声源之一。近些年来，由于安装隔声装置和装设车内空调系统及排气净化装置等原因，使发动机罩内温度上升，风扇负荷加大，噪声所占百分比也逐渐升高。

3 影响因素所占百分比分析

研究影响因素对车外加速噪声的实际贡献是开展下一步分析和控制工作的重要前提。文章运用排除法对各个系统贡献量进行分析。排除法就是分别测试单一系统噪声存在和不存在2 种情况下测试点的噪声，从而通过计算将单一系统的噪声从整体噪声中分离出来。假设单一系统噪声存在时，给定测点测量的声压级为Lp1，将单一噪声近似消除后在同一测点测量的声压级为Lp2，那么根据声学能量迭加原理，可以计算出单一系统在单独正常工作时辐射的噪声在测试点的声压级 Lp1，2为：

通过上述方法及式（1）可以将各个系统单独工作时对于测试点的辐射噪声测试出来，进而可以进行所占百分比的计算。

3.1 各系统贡献量测试方法

3.1.1 原始基础状态测试

汽车在原始的正常工作状态下，根据新的测试方法分别进行加速和匀速测试，记录测试结果。

3.1.2 排气噪声排除测试

将特制的较大容积消声器安装到排气尾口，并运用铅板将汽车自带消声器进行包裹处理，使得排气尾口及消声器辐射噪声大幅度降低，即排除排气噪声对于车外加速噪声的影响。在这种条件下进行测试，将测试结果与基础测试结果按照式（1）进行计算，可得到排气噪声的影响。

3.1.3 进气噪声排除测试

与排气噪声的处理方法类似，在进气口安装足够大容积的消声器，排除进气口噪声的影响，同样进行测试和计算，得到进气口噪声的影响结果。

3.1.4 冷却风扇噪声排除测试

将冷却风扇控制继电器拆除，保证在测试过程中冷却风扇处于关闭状态，进而排除冷却风扇噪声的影响。按照标准进行测试及公式计算。

3.1.5 发动机噪声排除测试

采用铅皮将发动机底部及侧面可以进行包裹的地方进行包裹处理，尽可能保证无噪声向外辐射。

3.1.6 其他噪声排除测试

切断发动机的燃油供给，并且保持离合器分离，即消除发动机的燃烧噪声和机械噪声，以及进排气噪声和冷却风扇噪声。利用牵引车牵引试验车进行测试，注意要使牵引车和测试车保持足够距离，排除牵引车的影响。该条件下测试出的结果即为其他噪声对于车外加速噪声的影响，无需再按照公式进行计算。

3.2 某款车型测试及结果分析

对某款轿车进行了加速行驶车外噪声的排除法测试，由于该车型的3 挡测试加速度在参考加速度的±5%范围内，因此只采用了3 挡加速测试和50 km/h的匀速测试，测试结果，如表3所示。

表3 某款轿车车外噪声排除法测试结果dB（A）

通过声压级的百分比计算，可将表3 中的数据转换为更加直观的柱状图，如图3所示。从图3 中可以看出，在加速噪声中发动机噪声贡献量最大，其次是排气噪声，其他噪声源影响较小；匀速噪声中其他噪声贡献量最大，分析主要是轮胎噪声成分最大，其次是发动机噪声。从测试结果可以看出，匀速噪声总体较低，所占百分比较小。因此，如果要降低车外加速噪声就应该从加速噪声中所占百分比较大的发动机和排气噪声入手。对于发动机本体无法进行优化工作，可以增加一些隔声降噪的材料，如下护板和隔热罩等。对于排气系统可以进行排气的专项测试并进行优化，从而降低总体的车外噪声。

4 结论

通过排除法可以判定该车型的车外加速噪声的主要因素依次为：发动机噪声、排气噪声、进气噪声、其他噪声及冷却风扇噪声。因此，利用排除法可以有效判定汽车各个噪声源对于车外加速噪声的贡献量，从而对各个噪声源按照贡献量的大小，进行问题原因分析，对于贡献量较大的噪声源进行优化，进而更加有效地控制汽车的车外加速噪声，降低城市的噪声污染，同时也能够满足日趋严格的法规。