中欧汽车加速噪声标准测量方法差异分析及测量结果对比

2019-04-08谢东明李淑英邓国勇

汽车工程学报 2019年5期

谢东明，李淑英，冯屹，邓国勇

（1.中国汽车技术研究中心有限公司，天津 300300；2.上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西，柳州 545007；3.天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室，天津 300072）

2016年，联合国欧洲经济委员会颁布的汽车噪声法规ECE R51/03开始执行[1]，相应的国内噪声标准GB 1495也正在同期修订，并于2018年正式报批，预计将于2020年7月1日起正式执行[2]。GB 1495新标准与ECE R51/03法规在测量方法上均以IsO 362-1：2007国际标准[3]为基础并进行修订，在此过程中，中国和欧洲均发现了IsO标准测量方法的缺陷与不足[4]，并以不同的技术途径解决这些缺陷和不足[5-6]。中、欧汽车产品特征本身存在差异[7-9]，导致GB 1495新标准测量方法（附录3）与ECE R51/03法规的测量方法（附件3）产生了较大差异。

目前国内外均未对GB 1495新标准与ECE R51/03法规测量方法进行系统、深入的研究[10]。本文对以上标准法规中的术语定义、测量仪器、测量环境、测量车辆准备、测量挡位、测量工况和测量结果处理7个方面进行逐条比对分析，并进行了大量的试验验证，准确获取了其主要差异，以及对测量结果的准确影响，为不同目的地市场的汽车加速噪声认证试验及相应的技术开发提供参考。

1 GB 1495与ECE R51/03测量方法的差异

1.1 术语和定义的差异

如表1所示，GB 1495与ECE R51/03的“术语和定义”条目并未完全对应。GB 1495无“车型”的概念，所以未对“车型”进行定义；对于“车长”、“车宽”、“R点”等常规概念并未定义；对标准中出现的符号未统一汇总；由于GB 1495并未对替换消声器进行管理，所以也无“替换消声器”定义。ECE R51/03法规由于具有明确且固定的“试验加速度上限”——“2 m/s2”，所以不需要进行单独定义，对于“试验加速度”也未进行定义。

表1 GB 1495与ECE R51/03未对应术语定义条目

GB 1495与ECE R51/03在部分术语定义上虽然条目相对应，但存在不同的内涵，见表2。对于“总功率”的定义，GB 1495的出发点为“汽车”，并将电机的功率准确定义为“峰值功率”[11]；而ECE R51/03法规仍将概念停留在“发动机”阶段，对于电机等其它动力源未明确指出。对于“预加速”，GB 1495涵盖了所有轻型汽车[M1，M2（GVM ≤ 3 500 kg），N1类]；而 ECE R51/03法规则只涵盖了锁定传动比的轻型汽车，对于未锁定传动比的轻型汽车（如不能锁定传动比的CVT汽车）则未涵盖。

表2 GB 1495与ECE R51/03不同内涵的术语定义

1.2 测量仪器的差异

GB 1495与ECE R51/03在声学测量仪器（声级计及声校准器）、气象参数测量仪器（温度、风速、大气压、湿度等）和发动机转速测量仪器等三方面的要求均相同。

车速测量仪器的精度要求存在差异，GB 1495要求准确度必须优于±0.5%，而ECE R51/03要求为±0.5 km/h。以轻型汽车为例，加速噪声测量过程中最重要的车速参数为汽车参考点通过AA′线的车速（vAA′），通过传声器线PP′线时的车速（vPP′）和汽车最后端通过BB′线时的车速（vBB′）。由于GB 1495与ECE R51/03均要求vPP′必须在50±1 km/h范围内，且加速过程中的加速度应控制在2.0 m/s2（GB 1495规定最大为2.2 m/s2）以内，所以整个测量过程的车速vAA′、vPP′、vBB′均位于44～58 km/h的范围内[12]。GB 1495要求的±0.5%的准确度约为±0.22 km/h，略高于ECE R51/03对于车速测量仪器的精度要求。

1.3 测量环境的差异

在测量环境方面，GB 1495与ECE R51/03在测量场地上均要求满足IsO 10844：2014标准；对于风速的要求（包括阵风）为不超过5 m/s；对于环境噪声（背景噪声）的要求也一致，要求至少比被测汽车噪声低10 dB（A）。主要的差异存在于测量时的环境温度上，GB 1495与ECE R51/03法规均要求在5 ℃～40 ℃的范围内进行，但考虑国内部分进行认证试验的试验场（如交通部公路交通试验场、农安汽车试验场）位于北方，为了增加噪声场地年可用天数，进行了一定程度的环境温度条件放宽。GB 1495规定“如果汽车生产企业允许，可进行试验的最低环境温度为0 ℃”，即0 ℃～40 ℃的温度范围内均有开展噪声试验的可能性。

1.4 测量车辆准备

测量车辆准备方面，GB 1495与ECE R51/03对于汽车发动机（电机）状态、驱动模式、传动系统、自动风扇等的要求基本一致。但在汽车技术状况、测试质量、轮胎类型、消声系统纤维材料处理、增压装置、自动控制装置等方面存在较大差异，详见表3。

表3 GB 1495与ECE R51/03车辆准备的主要差异

其中，汽车技术状况方面，GB 1495特别强调汽车的加速性能应符合汽车生产企业设定的技术条件，防止汽车采用特殊的动力系统模式，进行加速噪声试验，以达到标准要求。ECE R51/03法规无此方面的要求。

重型商用车（N2，N3类）的测试质量方面，GB 1495要求将多轴车（三轴及三轴以上）的测试质量加至后轴（后轴组）设计轴荷的75%。ECE R51/03要求加载至该多轴车对应的同系族两轴车后轴设计载荷的75%，多轴车依据GB 1495进行测量时，测试质量往往更大，获得的噪声结果也更大。

噪声测量时选用的轮胎类型方面，GB 1495要求采用被测车辆实际选用的轮胎，仅可以排除工程机械轮胎等用于非铺装路面行驶的轮胎。ECE R51/03规定“牵引胎、雪地胎（含雪泥胎）、及特殊用途轮胎”[13]均可排除使用，并更换为“滚动胎”等花纹较小的常规轮胎进行噪声测量[14]。这导致相同汽车选用ECE R51/03规定的轮胎类型时将获得更小的测量结果。

消声系统纤维材料的预处理方面，ECE R51/03要求行驶10 000 km或等效预处理方法；GB 1495则认为10 000 km的预处理行驶对测量结果影响不大，未设置相应预处理要求，以降低型式检验时的工作量，但对所有降噪系统或部件提出了5年（80 000 km或160 000 km）的质保期要求。

1.5 测量挡位选择

GB 1495要求汽车可以锁定传动比时，都要尽可能采用锁定传动比的方式进行噪声测量，对于不能锁定传动比的汽车再采用“自动”模式进行测量。ECE R51/03规定了锁定传动比与不锁定传动比的噪声测量方法，可以依据加速度特性选择测量模式。在具体的测量挡位选择上，GB 1495与ECE R51/03也存在一定的差异。

1.5.1 轻型汽车测量挡位的选择

GB 1495与ECE R51/03法规的测量挡位选择逻辑基本相同，即采用汽车加速度最接近市区全油门加速时的参考加速度（awotref）的挡位进行测量，如式（1）所示，单位m/s2，以尽可能复现汽车在市区全油门加速行驶时的常用挡位。

式中：PMR（Power to Mass Ratio Index）是汽车总功率（kW）与测试质量（kg）的比值乘以1 000，单位kW/t。

为了进一步促使轻型汽车测量挡位的选择处于合理范围，GB 1495与ECE R51/03均规定了不同的试验加速度上限awotmax。其中GB 1495结合验证试验，确定了不同性能的轻型汽车应具有不同的加速度上限并处于一定合理区间内的原则[15]，如式（2）所示，单位m/s2。ECE R51/03规定所有轻型汽车测量挡位的加速度均需处于2.0 m/s2的上限以下。

试验加速度上限的差异，可能导致部分轻型汽车依据GB 1495与ECE R51/03测量时，会选择不同的相邻测量挡位，并影响最终的测量结果。

1.5.2 重型汽车测量挡位的差异

GB 1495与ECE R51/03的重型汽车测量挡位选择逻辑也基本相同，都根据重型汽车在市区加速行驶时的目标车速（35±5 km/h）和目标转速条件（M2、N2类汽车为70%～74%最大净功率转速；M3、N3类汽车为85%～89%最大净功率转速），判定出重型汽车同时满足目标车速和转速条件的常用挡位或相邻挡位i挡和（或）i+1挡作为测量挡位。

1.6 测量工况的差异

1.6.1 轻型汽车测量工况的差异

GB 1495与ECE R51/03在轻型汽车噪声测量时，测量工况基本相同，都在采用全油门加速噪声测量考核动力系统噪声的基础上，引入了匀速噪声测量要求，加大对轮胎及行驶系统噪声的考核与控制，最终的噪声结果采用全油门加速噪声和匀速噪声测量结果的加权，获取和复现汽车在道路正常行驶加速度条件下的噪声值。

但由于对“预加速”的定义存在差异，不能锁定传动比的轻型汽车依据GB 1495进行加速噪声测量可以采用预加速，而依据ECE R51/03则不能采用预加速。如图1所示，不能锁定传动比的某型轿车未采用预加速进行加速噪声试验时，由于加速延迟的影响，出现了车辆实际加速阶段与车辆加速度计算阶段不对应的状况，依据vPP′和vBB′获取的试验加速度（awotref）小于样车该工况下的实际稳定加速度，由于试验加速度将影响加速与匀速噪声的部分功率加权系数（kp），进而会影响测量最终结果。所以GB 1495规定，对于不能锁定传动比的汽车也可以通过预加速保证车辆在PP′线到车辆最后端通过BB′线的范围内获得稳定的加速度，与加速度计算阶段的距离保持一致[16]。

图1 某乘用车加速阶段与加速度计算阶段不对应情况

1.6.2 重型汽车测量工况的差异

根据GB 1495和ECE R51/03，如果挡位i同时满足目标车速条件和目标转速条件，则选用该挡位进行全油门加速噪声测量，并确保在满足目标转速条件下，试验车速（vtest）更接近目标车速条件中心速度点35 km/h。

但在无挡位同时满足目标车速条件和目标转速条件时，GB 1495要求优先满足目标转速条件，可将车速条件放宽至0～50 km/h的范围。而ECE R51/03法规则首先将目标车速条件适度放宽（从30～40 km/h放宽至25～45 km/h），并在此速度范围内，尽量靠近目标转速条件。这将导致此种情况下，依据GB 1495测量的车速范围较ECE R51/03更宽，发动机转速也更高。

1.7 测量结果处理方法的差异

在测量结果的处理上，GB 1495与ECE R51/03存在最终结果获取方式和修约方式两大差异。

其中，采用多个挡位测量时，最终结果获取方式，GB 1495对各挡位左、右两侧噪声测量均值进行比较，以较大值作为有效值（中间结果），继续进行加权计算，以获得被测汽车最终测量结果。而ECE R51/03是将各挡位左、右侧结果分别加权计算，以获得被测汽车左、右侧最终测量结果，以较大一侧的测量结果作为最终结果。同一车型，依据GB 1495的测量结果处理方法获得的最终结果可比ECE R51/03最终结果高出0.2～0.3 dB（A）左右。

在测量最终结果的修约方式上，GB 1495为四舍五入并保留到小数点后一位，进行限值符合性判定。而ECE R51/03选择圆整到整数位，再进行限值符合性判定。以测量结果为72.4 dB（A）为例，如依据GB 1495标准，则最终结果即为72.4 dB（A），而依据ECE R51/03法规，则最终结果为72 dB（A）。

2 例证

为了验证GB 1495与ECE R51/03测量方法的差异对不同汽车的影响，选用不可锁定传动比的CVT乘用车和可锁定传动比的手动挡N3类货车，进行验证试验。

2.1 轻型汽车例证

选用不可锁定传动比的某M1类CVT轻型汽车进行验证，车型参数及测量结果见表4。

表4 某轻型汽车样车参数及测量结果对比

GB 1495在试验加速度上限、是否预加速、测量结果处理方法上与ECE R51/03的差异，直接影响了该样车的测量过程。依据GB 1495测量时，预加速了3 m以获得更稳定的加速度，其获取的试验加速度为2.15 m/s2，较依据ECE R51/03时的1.94 m/s2高10.8%；出线车速、转速也分别高0.6 km/h和140 r/min；相应的加速噪声也偏高1.6 dB（A），依据GB 1495获得的部分功率加权系数为0.47，较ECE R51/03高0.05，匀速噪声所占权重更大，依据GB 1495加权后的噪声最终结果较ECE R51/03偏高0.7 dB（A）。依据GB 1495与ECE R51/03的噪声限值，该样车满足ECE R51/03法规要求但不满足GB 1495标准要求。

2.2 重型汽车例证

选用可锁定传动比的某N3类手动挡重型汽车系列产品进行验证，该系列车型采用同一发动机系统，包含8×4（自卸汽车）、4×2（牵引汽车）两种具体车型，依据ECE R51/03可仅选用4×2（牵引汽车）进行型式认证试验，而依据GB 1495则需要分别对两种具体车型进行型式检验。其车型参数及测量结果对比见表5。

表5 某重型汽车样车参数及测量结果对比

由于依据GB 1495测量时的车型为8×4（自卸汽车），其试验质量较依据ECE R51/03的4×2（牵引汽车）高3 850 kg；试验所用轮胎为正常装用的轮胎（牵引胎），而4×2（牵引汽车）依据ECE R51/03换装了花纹较小的滚动胎进行测量；在挡位选择上，8×4（自卸汽车）依据GB 1495选用了4挡和5挡，而4×2（牵引汽车）依据ECE R51/03进行选挡时由于5挡试验车速超过了45 km/h被舍弃，仅保留了4挡；同时由于修约方式的差异8×4（自卸汽车）获得的最终测量结果为84.9 dB（A），而4×2（牵引汽车）的最终结果仅为82 dB（A）。虽然ECE R51/03法规设定的限值82 dB（A）比GB 1495的限值84 dB（A）小2 dB（A），但由于测量方法引起的测量结果差异，该样车车型可满足ECE R51/03法规要求但不满足GB 1495标准要求。