ECE R51多工况噪声评价方法试验研究

彭伟强 曹丽娟 谢东明,2 邓国勇 曾秀蓉

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

主题词：ECE R51 多工况噪声 测量方法 评价方法

1 前言

ECE R51/03 系列法规于2016 年正式实施，其中规定了多工况噪声（Additional Sound Emission Provisions，ASEP）测量方法和限值要求，旨在通过测量和评价汽车在不同发动机转速、车速和加速度条件下的噪声水平，推动实现汽车噪声控制水平的全面提升。该法规要求汽车制造商型式认证时提供ASEP符合性声明，这将使得中国汽车产品面临的噪声性能检验更为严格，直接对国内汽车产品出口认证产生冲击[1-2]。为进一步完善ECE R51/03系列法规ASEP测量和评价方法，世界车辆法规协调论坛汽车噪声和轮胎工作组（WP.29/GRBP）成立ASEP 非正式工作组展开对ECE R51/03 系列法规ASEP相关内容的起草和修订工作[3-4]。

本文结合ASEP试验数据，重点分析ECE R51/03系列法规的ASEP 测量和评价方法对国内汽车产品的影响，以便国内汽车企业开展针对性研究和研发工作，使国内汽车产品更好地满足ECE法规要求。

2 ASEP测量方法概述

ECE R51/03系列法规ASEP测量流程如下[5-6]：

a.基础测量：首先采用ECE R51/03系列法规的方法B完成试验车辆50 km/h时的全油门加速和匀速噪声测试，通过加权获得方法B 最终噪声测量结果，并将以上过程获取的噪声、车速、加速度、转速等测量数据作为基础测量结果。

b.选定ASEP测量挡位：ASEP测量工况的挡位选择应满足入线速度VAA′,ASEP、出线速度VBB′,ASEP、出线发动机转速、全油门加速度等限定条件，如表1 所示，其中PMR为汽车总功率与汽车测试质量的比值，S为发动机最大净功率转速。

表1 ASEP挡位选择条件

c.ASEP 测量：依据选定的ASEP 测量挡位，并依据速度、转速均布原则进行多点噪声测量（对应P1～P4测量点）。

3 ASEP评价方法概述

ASEP 评价方法基本原理是：以基础测量结果作为锚点（Anchor Point）数据，对ASEP 测量结果中的转速、车速、噪声、加速度对应关系进行分析和最终评价。ECE R51/03 系列法规最初提供了3 种ASEP 评价方法，包括3、4 挡绝对限值法，直（折）线限值法（Slope 法）和最终结果变化偏离限值法（Urban 法），前2 种方法基于发动机转速与噪声的对应关系，最后一种方法基于车速、加速度与噪声的对应关系[6]。

3、4挡绝对限值法仅能考核特定挡位（3或4挡）、特定车速（61 km/h）条件下的噪声水平，考核方法与Slope法基本相似，且其考核目标可被Slope 法覆盖，所以2017年ASEP测量方法修订过程中删除了3、4挡绝对限值法，仅保留现有的Slope法和Urban法。

3.1 直（折）线限值法

直（折）线限值法主要使用锚点和P1～P4测量点的对应测量工况数据，利用发动机转速与测量声压级的关系进行评价。测量工况声压级与发动机转速nj的对应关系Slopek为：

若对应测量工况的出线发动机转速nBBk,j均高于锚点的出线发动机转速nanchor,k，可直接采用式（2）拟合直线：

式中，LASEPk,j为对应的直线拟合声压级限值；Lanchork为对应锚点的声压级；Y=1为无量纲加权系数。

对应的直线限值为：

对于不能锁定传动比的自动变速器车辆，x=3，对于手动变速器车辆，x=2+Llimitvalue-Lurban，Llimitvalue为ECE R51/03系列规定的对应车型声压级限值，Lurban为ECE R51/03系列（方法B）测量最终结果。

若对应测量工况的出线发动机转速nBBk,j＜nanchor,k，可采用式（4）拟合直线：

若部分测点（如P1、P2点）的nBBk,j＜nanchor,k，部分测点（如P3、P4点）的nBBk,j＞nanchor,k，在直线拟合时，应分为低于和高于nanchor,k的2段线，限值为折线。其中，P1、P2点和锚点拟合的直线采用式（4）计算，锚点和P3、P4点拟合的直线采用式（2）计算。通过式（3）可计算得到测试车辆的左、右两侧限值，最后在P1～P4之间选择任意工况点作为检查点进行ASEP 测试，若声压级满足限值要求，则该车辆符合直（折）线限值法要求。

3.2 最终结果变化偏离限值法

采用ASEP 测量获取各工况下的加速度信息，计算获取各工况条件下的ASEP部分功率加权系数kpASEP：

式中，aurban为目标加速度；awottestASEP为全油门加速工况的测试加速度。

采用ASEP测量的声压级和方法B中匀速噪声声压级计算各工况下最终测量结果LurbanMeasuredASEP：

式中，LwotASEP为全油门加速测量工况的测量声压级；Lcrs为方法B匀速测量工况的测量声压级。

计算各工况最终测量结果LurbanMeasuredASEP与ECE R51/03系列法规（方法B）最终结果Lurban的差值LurbanNormalized：

依据差值LurbanNormalized与该工况下的车速信息，可计算声压级变化量与车速变化量相关的偏离值LurbanASEP：

当LurbanASEP＜3 dB(A)时，测试车辆满足ASEP要求[6]。

4 试验验证分析

为深入探究ASEP的2种评价方法对国内汽车产品的影响，本文选取国内常见的2 款典型车型，其参数如表2 所示，按照ASEP 测试流程进行试验（见图1），分别采用2种评价方法完成数据分析。

表2 测试样车车型参数

图1 试验照片

2 款车型ECE R51/03 系列法规（方法B）的测试结果如表3所示。

表3 ECE R51/03系列法规（方法B）测试结果

4.1 Slope法评价结果

利用Slope 法评价车型1 和车型2 的测量结果。结合Slope法计算公式，可获得车型1和车型2的直线拟合声压级限值LASEPk以及对应的限值直线，如图2、图3 所示。在P1～P4工况范围内选择2个检查点进行全油门加速行驶，获得对应的噪声测量声压级，由图2、图3可知，检查点的噪声测量声压级均小于限值直线对应的声压级，故初步判定该2款车型符合Slope法要求。

图2 车型1 Slope法测试结果

图3 车型2 Slope法测试结果

根据图2、图3，比较Slope 法对2 款车型的数据拟合曲线可知，Slope法基本可以拟合2款车型的ASEP测量数据。由图2a 和图3a 可知，2 款车型2 挡测量时，拟合直线LASEPk斜率均略大于回归线斜率；由图2b和图3b可知，2 款车型3 挡测量时，低于锚点转速的拟合直线LASEPk斜率均小于回归线斜率，高于锚点转速的拟合直线LASEPk斜率均大于回归线斜率，可见Slope法对低转速（2 800 r/min 以下）的测量结果拟合效果不佳。结合Slope 法分析，拟合效果的差异可能是由于该方法要降低轮胎路面噪声及不同汽车产品噪声性能差异等因素对车型评价的影响，而在锚点附近以不同折线拟合形式进行评价，但此种差异对国内汽车产品的影响程度还有待进一步研究和评估。

4.2 Urban法评价结果分析

利用Urban 法评价车型1 和车型2，数据分析结果如图4、图5 所示。利用方法B 得到2 款车型基础数据，车型1 的aurban=1.03 m/s2、Lurban=72.2 dB(A)，车型2 的aurban=1.00 m/s2、Lurban=70.2 dB(A)。利用Urban 法的式（5）～式（8），选取2 款车型2 挡、3 挡最高车速测试工况（P4工况），计算得到车型1 和车型2 在2 挡、3 挡的LurbanASEP计算结果，如表4 所示。由表4 可知，车型1 和车型2的2 挡、3 挡LurbanASEP均小于3 dB(A)，初步判定2 款车型符合ASEP 的限值要求。

图4 车型1 Urban法测试结果

图5 车型2 Urban法测试结果

表4 车型1和车型2的Urban法评价结果

根据图4、图5比较Urban法对2款车型的数据拟合曲线，图4a 与图5a 中LwotASEP与LurbanmeasuredASEP折线具有相似趋势，图4b 与图5b 中LwotASEP与LurbanmeasuredASEP折线拟合趋势存在明显差异，可见Urban法对于不同车型和不同挡位的ASEP测量数据拟合效果不同，原因可能是相同车型全油门加速与匀速工况下噪声性能的不同以及不同车型在相同速度区间内噪声性能的差异。从Urban法的评价结果可以看出，2款车型的2、3挡LurbanASEP值均小于3 dB(A)，基本满足ASEP 的限值要求，但该方法的数据拟合效果存在差异。

5 ASEP评价方法发展趋势

为解决现有ASEP 评价方法复杂、计算量大、数据拟合效果不佳等问题，在ASEP IWG第4次会议上，基于欧洲（主要是德国）、日本、中国等国的部分车型噪声数据，世界汽车制造商组织（Organisation Internationale des Constructeurs d′Automobiles，OICA）提出了ASEP 多工况噪声期望值评价模型，将噪声分解为轮胎、基础机械和动态噪声3个部分，涵盖了车速、发动机转速、车辆加速度等评价参数：

式中，LEXP为噪声期望参考值；LTR为车辆熄火滑行时所测得的轮胎滚动噪声，与车速相关；LPT为与发动机转速相关的动力总成基础噪声；LDYN为与节气门开度、加速度等相关的由动力加载时产生的动态噪声。

经过数次ASEP 会议讨论，ASEP 多工况噪声期望值评价模型未来有可能成为ECE R51/04系列法规的噪声评价方法。OICA 提出多工况噪声期望值评价模型，目的是基于方法B 的基础测量数据建立数学期望评价模型，以此获得对应车辆在各种工况下的噪声动态限值，作为噪声期望参考值，并通过若干次ASEP测量，利用测量数据计算得到噪声模型实际测量值，最终，将噪声期望参考值与噪声模型实际测量值进行比较，判定是否通过ASEP试验[7-8]。

ASEP非正式工作组后期也将继续研究并完善该评价模型，对应参数的修正、特殊车型的豁免等问题还在继续讨论，希望进一步简化限值模型，高效及时地评价实车在任意工况下的噪声测量结果。为降低ASEP 测试及评价方法对中国汽车产品的影响，国内汽车企业应重视ECE R51法规的修订进展，主动开展相应工况验证试验，积极参与国际法规协调，做好充足的技术储备，在国际法规的制、修订方面及时发出中国声音，使中国汽车产品在复杂和激烈的国际市场竞争中占据有利位置。

6 结论

本文采用国内典型的2 款车型进行ASEP 试验，并使用ECE R51/03 系列法规的ASEP 评价方法对2 款车型的测量数据进行分析。结果表明：2款车型虽基本满足ASEP 的限值要求，但不同的ASEP 评价方法的关注内容和评价结果存在差异，而且对不同车型和不同挡位的拟合效果不同。

此外，ASEP非正式工作组正全面研究OICA提出的多工况噪声（ASEP）期望值评价模型，未来该模型将有可能替代现有ASEP评价方法，建议国内汽车企业予以重视，深入开展ASEP相应研究，做好相应的技术准备，并积极参加国际法规协调工作。