李國(guó)強(qiáng) 路志英
(安徽江淮汽車股份有限公司,合肥 230000)
車外附加噪聲排放法規(guī)ASEP的研究
李國(guó)強(qiáng) 路志英
(安徽江淮汽車股份有限公司,合肥 230000)
歐盟關(guān)于附加噪聲排放條款(ASEP)的法規(guī)已經(jīng)生效,該法規(guī)測(cè)試車速最高可達(dá)80 km/h,其評(píng)價(jià)工況范圍廣且測(cè)試方法及數(shù)據(jù)處理較為復(fù)雜。通過研究歐盟車外噪聲法規(guī)EU540/2014,解讀了ASEP的制定依據(jù)、技術(shù)要求及符合性評(píng)定方法,并通過與ECE R51—03法規(guī)進(jìn)行比較,介紹了二者關(guān)于ASEP法規(guī)規(guī)定的差異及處理意見。同時(shí),通過實(shí)例應(yīng)用進(jìn)一步闡述了ASEP評(píng)價(jià)原理及數(shù)據(jù)處理過程。
歐盟車外噪聲法規(guī)EU540/2014[1]第一階段噪聲限值于2016年7月生效,該法規(guī)采用了新的車外通過噪聲測(cè)試方法(法規(guī)附件II,下稱方法B)及結(jié)果評(píng)定流程。車外通過噪聲法規(guī)旨在限制城市工況下車輛噪聲排放,方法B可覆蓋90%實(shí)際城市工況,對(duì)于未被覆蓋的部分城市工況,理論上其噪聲排放應(yīng)基于方法B測(cè)試結(jié)果線性變化(下稱理論噪聲排放)。然而,部分車輛在型式認(rèn)證時(shí)可以滿足法規(guī)要求,但在實(shí)際城市道路行駛時(shí)卻產(chǎn)生明顯的噪聲排放[2]。圖1為部分車輛的噪聲排放特性,理論上噪聲排放值與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)呈線性關(guān)系,而其實(shí)際噪聲值僅在方法B考察點(diǎn)(以方法B限值73 dB(A)為例)附近滿足法規(guī),其它轉(zhuǎn)速區(qū)域則產(chǎn)生顯著的噪聲排放。
為了避免符合圖1性能的車輛進(jìn)入市場(chǎng),或防止制造商故意采取措施以使車輛僅在方法B考察區(qū)域滿足噪聲要求,法規(guī)EU540/2014提出了附加噪聲排放條款(Additional sound emission provisions,ASEP)的要求,ASEP規(guī)定了方法B駕駛工況以外的車輛噪聲排放隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化的限值。
圖1 車輛噪聲排放顯著偏離方法B考察點(diǎn)
2.1 試驗(yàn)設(shè)備及場(chǎng)地
試驗(yàn)設(shè)備主要包括聲級(jí)計(jì)、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及車速測(cè)量設(shè)備。聲級(jí)計(jì)用于測(cè)試試驗(yàn)過程中的最大噪聲,應(yīng)滿足IEC 61672—1:2002法規(guī)1級(jí)設(shè)備要求;連續(xù)車速測(cè)量設(shè)備用于測(cè)量車輛進(jìn)、出試驗(yàn)路面的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及車速,其測(cè)量精度為±0.5 km/h,若選用獨(dú)立車速測(cè)量設(shè)備,則測(cè)量精度為±0.2 km/h;發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量設(shè)備精度為±2%。
試驗(yàn)路面及尺寸應(yīng)滿足ISO 10844:2011法規(guī)要求,應(yīng)標(biāo)志出AA′、BB′及PP′線位置,其中PP′線為中間線,AA′線及BB′線分別位于PP′線向后、向前10 m處,聲級(jí)計(jì)位于距離路面中線7.5±0.05 m且距地面高度為1.2± 0.02 m處。GB1495—2002標(biāo)準(zhǔn)[3]有關(guān)聲級(jí)計(jì)布置要求等同于ISO 10844:2011法規(guī)的要求,實(shí)際應(yīng)用中也可參考該標(biāo)準(zhǔn)布置聲級(jí)計(jì)。
2.2 方法B簡(jiǎn)介
方法B分為加速通過噪聲測(cè)試和勻速通過噪聲測(cè)試兩部分。加速通過噪聲測(cè)試要求車輛參考點(diǎn)通過PP′線時(shí)車速為50 km/h,以一定的加速度全油門通過加速區(qū)域;勻速通過噪聲要求車輛以50 km/h速度勻速通過AA′到BB′區(qū)域。最終噪聲值Lurban由加速噪聲中間結(jié)果Lwoti和勻速噪聲中間結(jié)果Lcrsi加權(quán)計(jì)算而得。
2.3 ASEP測(cè)試方法
2.3.1 ASEP控制區(qū)
ASEP控制區(qū)指ASEP控制車輛噪聲排放的工況范圍,包括城市道路常用的車輛駕駛工況,較方法B評(píng)估范圍更廣??刂茀^(qū)包括的指標(biāo)及相應(yīng)邊界條件見表1。
表1 ASEP控制區(qū)指標(biāo)與邊界條件
試驗(yàn)車輛需在ASEP控制區(qū)內(nèi)選定用于測(cè)試的擋位、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及車速,滿足控制區(qū)條件的所有擋位均需進(jìn)行測(cè)試。對(duì)于不可鎖定速比車輛,試驗(yàn)過程中允許降速比提高加速度。功質(zhì)比PMR計(jì)算式為:
式中,Pn為發(fā)動(dòng)機(jī)最大凈功率;mro為整備質(zhì)量+駕駛員質(zhì)量。
2.3.2 測(cè)試點(diǎn)的選取
測(cè)試點(diǎn)指在ASEP控制區(qū)內(nèi)選定的用于進(jìn)行ASEP測(cè)試的車輛工況。當(dāng)擋位為k擋時(shí),第1個(gè)測(cè)試點(diǎn)P1由AA′線進(jìn)線速度為20 km/h確定,車輛到達(dá)BB′線時(shí)的車速記錄為vBBk1;如果以20 km/h的車速進(jìn)線時(shí)不能獲取穩(wěn)定加速度,則車速應(yīng)以5 km/h速度增加,測(cè)試點(diǎn)P1由首次可獲取穩(wěn)定加速度的進(jìn)線速度確定,相應(yīng)的BB′線車速記錄為vBBk1。在表1確定的邊界條件內(nèi),車輛在BB′線處所能達(dá)到的最高車速記錄為P4點(diǎn)車速vBBk4。第2測(cè)試點(diǎn)和第3個(gè)測(cè)試點(diǎn)由式(2)計(jì)算確定:
式中,vBBkj為k擋Pj點(diǎn)BB′線處車速,j=2,3。
實(shí)際噪聲測(cè)試時(shí),AA′線及BB′線處的實(shí)際車速與選定車速之間公差不能超過±3 km/h。
2.3.3 試驗(yàn)過程
試驗(yàn)過程為:車輛到達(dá)AA′線時(shí)迅速全開油門,一直保持到車輛后端到達(dá)BB′線。為了獲取穩(wěn)定的加速度,允許在AA′線前預(yù)加速。每個(gè)Pj點(diǎn)至少進(jìn)行1次測(cè)試。
2.4 符合性分析
各k擋每個(gè)測(cè)試點(diǎn)Pj工況下測(cè)得的車輛左側(cè)和右側(cè)的最大噪聲值均應(yīng)進(jìn)行符合性分析。
2.4.1 定位點(diǎn)的確定
定位點(diǎn)指的是車輛理論噪聲排放隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速線性變化的基點(diǎn)。EU 540/2014法規(guī)對(duì)定位點(diǎn)的定義見表2,表2中間一列為ECE R51—03[4]法規(guī)對(duì)定位點(diǎn)的定義,即各k擋定位點(diǎn)均為方法B中i擋的測(cè)試結(jié)果。考慮到ASEP控制區(qū)的限定,建議i+1擋不進(jìn)行評(píng)估。
表2 EU 540/2014法規(guī)定位點(diǎn)
表2中Lanchor、nanchor及vanchor為相應(yīng)擋位的定位點(diǎn),分別表示定位點(diǎn)的噪聲排放值、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及車速,Lwoti,Annex3、nBB,woti,Annex3及vBB,woti,Annex3分別為方法B采用較低擋時(shí)對(duì)應(yīng)的噪聲值、BB′線發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及車速。
2.4.2 線性回歸斜率
線性回歸斜率Slopek體現(xiàn)了一定速比時(shí)噪聲隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化程度,由定位點(diǎn)及4個(gè)測(cè)試點(diǎn)按式(3)計(jì)算而得,但是不能超過5 dB(A)/1 000(r/min):
式中,Lkj為k擋定位點(diǎn)及4個(gè)測(cè)試點(diǎn)對(duì)應(yīng)的噪聲值;nBBkj為BB′線處發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。
2.4.3 基于理論噪聲排放的符合性評(píng)定
k擋Pj點(diǎn)理論噪聲值LASEP_κ,j是隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化的理想噪聲值,計(jì)算式為:
式中,Y=1為常數(shù);nBBκj為k擋4個(gè)Pj點(diǎn)BB′線處發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速;Lanchor,κ及nanchor,κ分別為k擋定位點(diǎn)的噪聲值及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。
ASEP限值由理論噪聲值LASEP_κ,j及適當(dāng)?shù)墓顦?gòu)成,即k擋Pj點(diǎn)測(cè)量的噪聲值Lκj不應(yīng)超過(LASEP_κ.j+x),對(duì)于不可鎖定速比的變速器,x=3;其它變速器,x=2 dB(A)+limit value-Lurban,limit value為方法B的噪聲限值。
如果某點(diǎn)Lκj>(LASEP_κ.j+x),則可以再進(jìn)行兩次測(cè)試,該點(diǎn)3次有效測(cè)量值的平均值不應(yīng)超過(LASEP_κ.j+x)。
2.4.4 參考噪聲評(píng)估
方法B規(guī)定車輛到達(dá)PP′線的速度為50 km/h,而GB1495—2002采用的加速噪聲測(cè)試方法(方法A)則將50 km/h作為車輛到達(dá)AA′線的衡量指標(biāo)之一[5],所以方法B工況的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速一般較方法A小。為了衡量車輛在接近方法A工況時(shí)的噪聲排放,ASEP規(guī)定了參考噪聲評(píng)估方法。
ASEP參考噪聲評(píng)估方法為,基于定位點(diǎn)Lanchor,κ、nanchor,κ及線性回歸斜率Slopeκ計(jì)算參考噪聲Lref:
式中,nref,κ為模擬車輛到達(dá)BB′線處、車速為61 km/h時(shí)對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,可由速比ik計(jì)算而得。
速比ik的確定方法為:所有手動(dòng)變速器及不多于5個(gè)擋位的自動(dòng)變速器,車輛評(píng)估擋位為3擋;多于5個(gè)擋位的自動(dòng)變速器,評(píng)估擋位為4擋;對(duì)于不可鎖定速比的變速器,其速比應(yīng)根據(jù)方法B在BB′線的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和車速計(jì)算。
參考噪聲評(píng)估結(jié)果Lref應(yīng)不超過76 dB(A);對(duì)于功率最大質(zhì)量比大于75 kW/t、最大凈功率大于140 kW且配備多于4個(gè)前進(jìn)擋的手動(dòng)變速器車輛,該限值為79 dB(A);對(duì)于功率最大質(zhì)量比大于75 kW/t、最大凈功率大于140 kW且配備多于4個(gè)前進(jìn)速比的自動(dòng)變速器車輛,該限值為78 dB(A);
2.4.5 ASEP評(píng)定方法
ASEP評(píng)定方法分為基于理論噪聲排放的評(píng)定方法和基于Lurban的評(píng)定方法,制造商可選擇二者之一進(jìn)行符合性評(píng)定。
基于k擋各Pj點(diǎn)噪聲值Lkj,計(jì)算并評(píng)定Pj點(diǎn)ASEP噪聲值Lurban_ASEP,基于Lurban的評(píng)定過程如下:
a.計(jì)算ASEP工況下全油門急加速產(chǎn)生的加速度awot_test_ASEP,對(duì)于不可鎖定速比車輛計(jì)算式為:
或
式中,l為常數(shù),對(duì)于前置發(fā)動(dòng)機(jī)車輛,l等于車輛長(zhǎng)度,對(duì)于中置發(fā)動(dòng)機(jī)車輛l為1/2車長(zhǎng),對(duì)于后置發(fā)動(dòng)機(jī)車輛l為0。
b.計(jì)算ASEP工況加權(quán)系數(shù)kP_ASEP:
式中,aurban為典型城市工況下車輛加速度。
c.計(jì)算Lurban_ASEP:
式中,Lurban_measured_ASEP為L(zhǎng)kj的校正值;Lcrs為方法B勻速噪聲測(cè)量值;Lurban_normalized為校準(zhǔn)后的Lkj相對(duì)典型城市工況的變化量;Lurban為方法B的最終噪聲值。
d.結(jié)果評(píng)定:如果Lurban_ASEP不超過3 dB(A),則視為符合ASEP要求。
2.5 國(guó)內(nèi)相關(guān)法規(guī)情況
我國(guó)現(xiàn)行車外噪聲的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)為GB1495—2002,其車外加速噪聲采用方法A的技術(shù)要求,該標(biāo)準(zhǔn)2015版草案將車外加速噪聲測(cè)試程序修訂為方法B,且規(guī)定了較為嚴(yán)格的排放限值。但是,該標(biāo)準(zhǔn)及其修訂草案均未對(duì)附加噪聲排放ASEP作出要求,鑒于國(guó)我城市道路車輛“加速轟鳴”現(xiàn)象較為突出,建議后期修訂時(shí)應(yīng)參考ECE R51—03法規(guī)對(duì)附加噪聲排放進(jìn)行約束。
ASEP技術(shù)要求規(guī)定了ASEP適用范圍、型式認(rèn)證方式及豁免條款。EU540/2014與ECE R51—03法規(guī)在ASEP技術(shù)要求方面存在一定差異,見表3。
表3 ASEP技術(shù)要求及對(duì)比
關(guān)于免測(cè)條款的提出是基于不可鎖定速比的CVT車型,該類車輛速比不定[6],各測(cè)試點(diǎn)Pj的噪聲排放可能來自不同速比,導(dǎo)致各Pj點(diǎn)間離散程度較大,加之Pj點(diǎn)間轉(zhuǎn)速差較小時(shí)車輛噪聲變化有限。該免測(cè)條款可解釋為,任何情況下,用于計(jì)算線性回歸斜率的定位點(diǎn)和4個(gè)測(cè)試點(diǎn)中的最大和最小發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速差值若均不超過0.15S,則認(rèn)為該車輛可滿足ASEP技術(shù)要求,且不需要進(jìn)行測(cè)試。
以某乘用車數(shù)據(jù)[7]為例,說明ASEP評(píng)價(jià)過程及意義。該車Pn=155 kW,mro=1 712 kg,S=6 000 r/min,計(jì)算得PMR=90.5 kg/kW。
4.1 方法B測(cè)試數(shù)據(jù)
方法B測(cè)試擋位i為3擋,測(cè)試結(jié)果為:全負(fù)荷急加速噪聲Lwoti=73(A);BB′線發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速nBB,woti=2 632 r/min;BB′線車速vBB,woti=56.3 km/h;方法B限值Limitvalue=72 dB,Lurba=71 dB。
4.2 ASEP測(cè)試點(diǎn)確定
選定測(cè)試點(diǎn)P1:當(dāng)2擋時(shí)該車以20.2 km/h車速進(jìn)AA′線時(shí)可獲得穩(wěn)定的加速度,故將該工況作為2擋P1點(diǎn);當(dāng)3擋時(shí)該車以30.7 km/h的車速進(jìn)AA′線可獲得穩(wěn)定加速度,故將該工況作為3擋P1點(diǎn)。
選定測(cè)試點(diǎn)P4:根據(jù)表1可得nBB_ASEP=4 414 r/min。當(dāng)2擋時(shí)該車在BB′線處的車速為65.2 km/h時(shí),相應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為4 553 r/min,達(dá)到nBB_ASEP,則該工況作為2擋P4點(diǎn)且選定VBB_ASEP為70 km/h。3擋時(shí)該車車速為68.3 km/h時(shí)滿足VBB_ASEP公差要求,相應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為3 193 r/min,則該工況作為3擋P4點(diǎn)。
測(cè)試點(diǎn)P2和P3根據(jù)式(2)計(jì)算確定,最終用于噪聲排放試驗(yàn)的測(cè)試點(diǎn)工況見表4。
表4 測(cè)試點(diǎn)工況
4.3 測(cè)試值符合性分析
以2擋左側(cè)為例進(jìn)行符合性分析。定位點(diǎn)為方法B的i擋測(cè)試結(jié)果Lwoti及相應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、車速;按照表5測(cè)試值L2j及式(3)計(jì)算得Slope2=1.94 dB(A)/ 1 000(r/min);按式(7)計(jì)算2擋Pj點(diǎn)LASEP_k.j;按照基于理論噪聲排放的符合性評(píng)定方法可知,x=3 dB,ASEP限值LASEP_2.j+x見表5。由表5可知,各測(cè)試點(diǎn)測(cè)試值L2j均小于相應(yīng)的LASEP_2j+x,故滿足ASEP要求。
表5 2擋左側(cè)測(cè)試值符合性分析結(jié)果
4.4 ASEP評(píng)價(jià)圖
基于表5數(shù)據(jù)可繪制ASEP評(píng)價(jià)圖,理論噪聲排放值、ASEP限值及實(shí)際噪聲值的相對(duì)位置如圖2。由圖2可看出,各轉(zhuǎn)速點(diǎn)實(shí)際噪聲值均位于ASEP限值下方,可判定該車輛可以滿足ASEP要求。
圖2 車輛2擋左側(cè)噪聲值分析結(jié)果
ASEP旨在控制車輛在方法B工況以外的常用城市道路噪聲排放。即基于方法B測(cè)試工況,將車輛噪聲符合性評(píng)價(jià)范圍延伸至整個(gè)ASEP控制區(qū),可有效防止部分車輛或由于制造商主觀意圖而僅滿足方法B的情況。
本文通過對(duì)EU540/2014與ECE R51—03法規(guī)的對(duì)比研究及應(yīng)用,形成了一套較為完善的ASEP評(píng)價(jià)及數(shù)據(jù)處理方法,可作為車外噪聲設(shè)計(jì)及驗(yàn)證的技術(shù)規(guī)范,同時(shí)利用ASEP評(píng)價(jià)圖可進(jìn)行車輛外部通過噪聲變化趨勢(shì)的預(yù)判分析。
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(責(zé)任編輯文 楫)
修改稿收到日期為2016年8月3日。
尾門開啟條件式(9)的極限修正為:
在尾門鎖與尾門系統(tǒng)的設(shè)計(jì)匹配過程中,鎖機(jī)構(gòu)通常沿用平臺(tái)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu),因此棘輪回位彈簧力FL通常不宜調(diào)整,而L2的大小主要由尾門鎖與鉸鏈的相對(duì)布置位置決定,因此FLL2的大小為定值。對(duì)式(13)左側(cè)部分分析可知,要實(shí)現(xiàn)尾門在各種工況條件下的開啟,可通過增大尾門緩沖塊干涉量的方式對(duì)M3進(jìn)行調(diào)整,也可通過增大密封條硬度的方式對(duì)M6進(jìn)行調(diào)整,確保在支撐力矩FLL2最小的情況下式(13)仍可滿足,從而在任何工況下尾門電動(dòng)解鎖后均可開啟。
在式(13)滿足的情況下,按照式(12)對(duì)尾門進(jìn)行可解鎖條件的計(jì)算驗(yàn)證,在鎖機(jī)構(gòu)完全借用的情況下,參數(shù)A與k均為定值,因此只能通過增大尾門鎖電機(jī)輸出力F7的方式實(shí)現(xiàn)尾門鎖在各種工況下的電動(dòng)解鎖。設(shè)計(jì)時(shí)可適當(dāng)增大F7的值,以預(yù)留一定的解鎖可靠系數(shù),但F7不可過大,因?yàn)檫^大的電機(jī)輸出扭矩會(huì)帶來解鎖聲音品質(zhì)差的問題,設(shè)計(jì)時(shí)需綜合平衡。
本文通過理論分析,提供了一種精細(xì)化的尾門系統(tǒng)約束力與尾門鎖電機(jī)參數(shù)的匹配方法,可有效避免系統(tǒng)環(huán)境改變導(dǎo)致的尾門鎖解鎖失效問題。同時(shí),在實(shí)際應(yīng)用過程中,需要充分考慮外界條件的影響,對(duì)尾門系統(tǒng)約束力進(jìn)行極限修正,通過匹配結(jié)果調(diào)整密封條硬度、緩沖塊干涉量以及鎖機(jī)構(gòu)電機(jī)輸出扭矩等參數(shù),以滿足各種工況下車輛的解鎖穩(wěn)定性。
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6 汪家利.后背門氣彈簧布置與撐力計(jì)算.汽車工程師,2010(7):30~31.
(責(zé)任編輯斛 畔)
修改稿收到日期為2016年7月26日。
Research on Exterior Additional Sound Emission Provisions ASEP
Li Guoqiang,Lu Zhiying
(JAC Motors Co.,Ltd,Hefei 230000)
The additional sound emission provision(ASEP)has become effective in the European Union,under this provision,the maximum vehicle test speed can be up to 80km/h,its evaluation conditions are wide,and the test method and data processing are complex.By studying the exterior noise regulation EU540/2014,we have interpreted the basis,technical requirement and conformity evaluation method for establishment of ASEP,and through comparison with ECE R51-03 regulation,the discrepancy between those two regulations and ASEP regulations are introduced.In addition,the principle of evaluation and data processing of ASEP are explained further with application example.
Exterior passing noise,ASEP provision
車外通過噪聲 ASEP法規(guī)
U467.4+93
A
1000-3703(2016)12-0050-04