VBOX3i RTK数据采集系统在多工况加速行驶车外噪声测试中的应用与法规分析

陆文斌　李红　周衍

摘 要：欧洲经济委员会在2016年发布的最新版ECE R51 Rev3中新增了多工况加速行驶车外噪声（Additional Sound Emission Provisions）的测试要求和方法。其测试工况和评价方法相对于常规加速行驶车外噪声要复杂和繁琐很多。文章介绍了VBOX3i RTK数采系统的特点和优势以及如何使用该系统完成ASEP的测试。同时通过实例介绍ASEP法规的测试方法、评价原理和数据处理过程，为各汽车生产企业及检测机构提供技术参考。

关键词：多工况加速行驶车外噪声 测试方法 VBOX3i RTK

1 引言

随着汽车保有量越来越高，汽车噪声已经占到了城市噪声的85%。为了降低和有效控制汽车行驶噪声，欧洲经济委员会在2011年发布的ECE R51 Rev2中引入了新的测试方法B，相对于实行了数十年的方法A修改了测试车速的要求和档位工况的选择，并结合均速行驶工况和定置噪声工况，更贴近车辆在城市中的行驶工况。但是经过一段时间的测试后发现，不管是方法A还是方法B，在测试过程中均只测试汽车在特定工况下的行驶噪声。使得部分车辆虽然可以满足型式认证试验的要求，但是在其它的发动机转速和行驶车速工况下有明显的噪声排放。为了控制汽车在不同行驶工况下的噪声排放值，2016年发布的ECE R51 Rev3中提出了多工况加速行驶车外噪声的测试方法，以通过噪声和转速的关系，噪声和车速、加速度的关系以及噪声和方法A的关系来进行多工况加速行驶车外噪声（ASEP）的评价。

目前ASEP测试虽然在欧盟法规认证时没有要求强制进行，但是出口到南美、东南亚等一些地区则需要汽车生产企业提供相关文件证明车辆符合ASEP的要求。但是ASEP在测试时需要同时采集进线、中线、出线的车速和转速，进线和出线过程中的最大噪声值，同时行驶工况从低速覆盖到高速，对设备的采样方式、采样精度、数据分析有较高的要求。本文通过介绍VBOX3i RTK数据采集系统来进行ASEP试验，并结合实际案例分析ASEP的测试和评价方法。

2 VBOX3i RTK数据采集系统介绍

VBOX3i在汽车测试领域是使用率非常高的一款设备，通常应用于汽车制动性、动力性。燃油经济性、操作稳定性、通过性等常规汽车性能测试。但是ASEP测试需要精确记录车辆通过进线（AA）、中线（PP）、出线（BB）时的车速和发动机转速，由于试验车速相对于传统噪声试验要高出30km/h，如果通过放置反光板的方法，会使采集的车速、轉速数据延迟;通过人工读取噪声数据再告知试验人员则不能实时分析试验数据，会大大增加试验时间。VBOX3i RTK系统相比传统VBOX增加了双天线功能、和DGNSS RTK固定基站间的通讯功能;扩展遥测无线电通讯模块的功能。其作用分别如下：

（1）双GPS/GLONASS天线通过主天线接收速度、时间、距离和位置信息，副天线记录车辆滑移角、俯仰角和横摆角，从而可实现0.1km/h的速度精度。

（2）DGNSS RTK固定基站接收DGPS定位信号，经过基站测算误差并校正差分数据，通过传输天线发送至可变频无线电再输入至VBOX，可实现厘米级的位置精度。

（3）遥测无线电模块分别连接在VBOX主机和声级计上，声级计数据通过RTK差分信号实时传输至VBOX主机上，实现车速、转速和噪声数据同时记录并显示。

3 ASEP测试设备和场地要求

测试所需的主要设备包括DGPS天线、DGNSS固定基站、传输天线、变频无线电、VBOX3i RTK主机、RTM24遥测无线电通讯模块、发动机转速表、带输出功能的声级计、mini输入模块。如图1、图2和图3所示。

测试场地需要在满足ISO 10844：2014的测试道路上进行。路面上应标出AA、BB和PP线的位置，其中AA、BB相距20米表示车辆的进线和出线位置，PP在AA和BB的中间位置。声级计的布置要求和国内法规GB 1495-2002相同。

4 ASEP测试方法

4.1 车辆参数及测试控制条件

选用车型为某品牌M1类手动档多用途乘用车，车辆参数见表1。

测试控制范围规定了车辆的最低车速和最高车速、加速度、档位选用原则和发动机转速的要求，具体要求和说明见表2。

4.2 方法B测试结果

ASEP的测试方法是在方法B的测试结果基础上演变而来，首先按照方法B进行噪声测试。按方法B的测试要求测得二档加速度awot为2.48m/s2，三档加速度awot为1.40m/s2，按法规要求测试档位为二档和三档，加速度和各位置点的车速、转速均值见表3。

通过四次合格的加速噪声测得二档噪声中间结果值为71.8dB（A），三档噪声中间结果值为67.3dB（A），二档匀速噪声中间结果值为67.5dB（A），三档匀速噪声中间结果值为65.7dB（A）。根据法规公式计算得出加速噪声中间结果值Lwot rep=68.0 dB（A），匀速噪声中间结果值Lcrs rep=66.0 dB（A），局部功率因数kp=0.308，根据公式：Lurban=Lwot rep-kP*（Lwot rep-Lcrs rep）得出最终噪声结果值Lurban=67.4dB（A）。

4.3 ASEP的测试过程

将固定基站、GNSS天线、传输天线相连接，VBOX主机和转速表、显示器、遥测无线电模块、变频无线电相连接，声级计和mini模块、遥测无线电模块相连接。实现了车速和车辆位置精准定位，噪声结果无线传输，测试结果实时显示。

车辆在到达AA线时尽快地全开油门，直至保持至BB线松开油门为一次测试完成。查看AA、PP、BB线的车速以及加速度awot和出现转速nBB是否符合测试要求，同时获取两侧的噪声值。测试界面见图4。

4.4 ASEP测试档位和测试点的选择

按照表3测试控制范围档位k的要求，ASEP的测试档位为一档和二档。首先采用一档20km/h的速度进线，出线转速nBB=5342r/min，超过nBB_ASEP上限值4276r/min，因此一档不符合测试要求，测试采用二档进行。

二档以20 km/h进线，出线车速为40.4 km/h并能获得稳定的加速度，将该工况作为P1点。逐渐提高进线车速，以49.7 km/h进线时出线转速为4312 r/min，达到nBB_ASEP的要求，将该工况作为P4点。P2和P3点的出线车速通过公式（1）计算得出。通过测试后获取P2和P3点的数据。锚点为方法B测试中第i档所测得数据的平均值。四个测试点和锚点的数据见表4。

vBB_j=vBB_1+（（j-1）/3）*（vBB_4-vBB_1）（1）

式中j=2，3。实际测试的出线车速vBB和选定车速之间的误差在±3 km/h。

5 ASEP结果分析

5.1 回归斜率法

回归斜率法利用噪声随转速变化的过程来拟合一条限值曲线。由先四个测试点和锚点通过公式（2）计算得出斜率Slopek，最大不超过5dB（A）/1000 min-1

（in dB（A）/1，000 min-1） （2）

式中：，，nj和Lj代表四个测试点和锚点的转速值和噪声值，

n_和L_代表5个测试点的均值，经过计算得出左侧Slopek=3.91，右侧Slopek=4.27。各测试点的预期线性噪声值LASEP_κ，j是通过各点发动机出线转速、锚点转速和Slopek进行计算，见公式（3）和（4）。

如果nBB≤nanchor时：

LASEP_κ，j=Lanchor_κ+（Slopeκ-Y）×（nBB_κ，j-nanchor，κ）/1000 （3）

如果nBB≥nanchor时：

LASEP_κ，j=Lanchor_κ+（Slopeκ+Y）×（nBB_κ，j-nanchor，κ）/1000 （4）

式中Y=1。根据测试结果P1、P2、P3点的出线转速小于锚点转速，采用公式（3）;P4点的出线转速大于锚点转速，采用公式（4）。

回归斜率法的限值由预期线性噪声值和规定的公差相加组成，见公式（5）。

Lκj≤LASEP_κ.j+x （5）

对于不能锁定传动比的自动变速箱车辆x=3;对于其它变速器xj≤2+方法B限值-Lurban。该车方法B的限值为72dB（A）。在P1和P4点的工况范围之间，随机再插入两个全油门加速工况并得到转速和噪声值，任意点的噪声值均不得超过限值，分析结果见图5和图6。

通过四个测试点和两个插入点的结果分析，其噪声值均低于回归斜率法的限值，因此满足要求。

5.2 参考噪声评定法

参考噪声评定法是用方法B的结果作基礎，通过回归斜率法的斜率和61km/h的速度出线时的发动机转速进行修正，模拟车辆在方法A的工况下噪声值是否符合ASEP的限值，见公式（6）。

Lref=Lanchor_κ+Slopeκ×（nref_κ-nanchor_κ）/1000 （6）

式中nref_κ为档位k时以61km/h行驶时对应的发动机转速。k的选定原装为手动变速器和5档及以下的自动变速器k=3;6档及以上的自动变速器k=4。参考噪声评定法的限值应小于等于76dB（A）;对于装有四个以上档位的手动变速器，发动机最大净功率大于140kw且最大净功率/最大总质量比大于75的车辆，限值为79dB（A）;对于装有四个以上档位的自动变速器，发动机最大净功率大于140kw且最大净功率/最大总质量比大于75的车辆，限值为78dB（A）。通过计算该车辆左侧Lref=66.6dB（A）;右侧Lref =66.3dB（A）均小于限值要求，因此符合参考噪声评定法的要求。

5.3 Lurban原理评定法

该方法是利用ASEP测试时各测试点的加速度和噪声值与方法B时测得的加速度和匀速噪声值进行加权，然后将加权结果和方法B的最终噪声结果进行差值分析，将差值结果和非线性车速计算得到最终结果Lurban_ASEP。

通过ASEP各测试点的加速度和计算ASEP局部功率因数。

kP_ASEP=1-（aurban/awot_test_ASEP）（7）

根据ASEP各测试点的噪声值和方法B的匀速噪声结果进行加权计算出最终工况结果。

Lurban_measured_ ASEP=Lwot_ASEP-kP_ASEP*（Lwot_ASEP-L_crs） （8）

将ASEP最终工况结果和方法B最终结果进行差值计算。

Lurban_normalized=Lurban_measured_ASEP-Lurban（9）

将Lurban_normalized差值与该工况下的出线车速的变化量计算Lurban_ASEP。如果Lurban_ASEP≤3.0dB（A），则认为符合Lurban原理评定法的要求。

Lurban_ASEP=Lurban_normalized-（0.15×（V_BB_ASEP-50））（10）

根据表4的测试数据，该车Lurban原理评定法的分析结果见表5。两档左侧和右侧的Lurban_ASEP均小于3.0dB（A），所以满足Lurban原理评定法。

6 结语

通过对ASEP测试流程的介绍，可以发现ASEP相比传统车外加速行驶噪声测试方法还是存在一些问题，比如测试方法过于复杂，需要反复尝试不同的车速;对于配置了CVT变速器的车型，由于没有固定的传动比，在测试时的车速和转速的关系呈非线性变化，无法验证多工况下的噪声;同时ASEP具有三种评价方法，企业在开发时需要对三种方法都要进行验证，但是这三种方法之间并没有相互联系。希望在未来的标准修订中能够改进试验方法、评价方法和限值水平，能更有效的控制汽车车外加速行驶噪声和改善环境质量。

文本通过对VBOX3i RTK数据采集系统的应用介绍和ASEP测试流程和评价方法的介绍，形成了一套比较完善的测试评价系统。希望能对汽车生产企业和相关检测研究人员提供技术参考。

参考文献：

[1]GB 1495-2002，汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法[S]，国家环境保护总局，2002.

[2]ECE Regulation No. 51 Rev.3 Uniform provisions concerning the approval of motor vehicles having at least four wheels with regard to their sound emissions[S].2016.

[3]谢东明，张振鼎，郭勇.多工况加速行驶车外噪声测量评价方法[J].噪声与振动控制，2015，35（4）：183-188.