謝東明,張志國,陸 春
(中國汽車技術(shù)研究中心有限公司,天津 300300)
歐洲經(jīng)濟(jì)委員會依據(jù)UN ECE R51法規(guī)測量方法[1]收集的1 000余組樣車加速行駛車外噪聲試驗(yàn)數(shù)據(jù)中,N2、N3類貨車的試驗(yàn)數(shù)據(jù)共有 194 組[2],UN ECE R51-03法規(guī)據(jù)此確定了貨車車外噪聲限值,并于2016年7月1日起正式執(zhí)行[3]。
通過分析UN ECE R51-03法規(guī)車外噪聲限值體系,以及《汽車加速行駛車外噪聲限值及測量方法(修訂GB 1495-2002)》項(xiàng)目組開展的驗(yàn)證試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),中國貨車產(chǎn)品,尤其是發(fā)動機(jī)最大凈功率較小的重型貨車極難符合相應(yīng)車外噪聲限值要求[4]。通過分析中、歐貨車產(chǎn)品特征差異,以及UN ECE R51-03法規(guī)車外噪聲限值體系對中國貨車產(chǎn)品的沖擊,本文提出了基于最大總質(zhì)量和軸數(shù)的車外噪聲限值亞分類方式以及中國貨車產(chǎn)品達(dá)到UN ECE R51-03車外噪聲限值要求的技術(shù)解決方案。
UN ECE R51-03系列法規(guī)的車外噪聲限值草案最早由德國于2011年9月提出[5],日本于2012年2月提出了日本對于ECE R51/03系列法規(guī)的車外噪聲限值意見[6]。在貨車車外噪聲限值領(lǐng)域,德、日雙方僅在N2類貨車的最大凈功率亞分類,以及N2和N3類貨車的具體車外噪聲限值上存在較小分歧,2013年9月德、日等多方初步達(dá)成了對于貨車車外噪聲限值的一致意見[7],并最終確定技術(shù)方案如表1所示,表中Pn為汽車最大凈功率。
表1 UN ECE R51-03車外噪聲限值草案,單位dB(A)
UN ECE R51-03第1階段車外噪聲限值已經(jīng)于2016年起執(zhí)行,第2階段車外噪聲限值將于2020年起執(zhí)行,第3階段車外噪聲限值將于2024年起執(zhí)行。
整個車外噪聲限值體系均以發(fā)動機(jī)最大凈功率作為亞分類依據(jù),即功率越大車外噪聲限值越大。但中國生產(chǎn)的N2類貨車最大凈功率均普遍較歐洲貨車產(chǎn)品小,這就意味著中國生產(chǎn)的同尺寸、同噸位的N2類貨車產(chǎn)品將因?yàn)楣β试驁?zhí)行更為苛刻的車外噪聲限值;中國生產(chǎn)的N3類貨車中,三軸、四軸貨車占有較高比例,從國內(nèi)、外驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果來看,多軸車噪聲試驗(yàn)結(jié)果較兩軸車偏高2 dB(A)左右[8],僅通過最大凈功率差異進(jìn)行車外噪聲限值亞分類劃分,將無法反映中國N3類貨車的噪聲水平實(shí)情,也不適合中國N3類貨車的特征。
依據(jù)對德國、日本2013年9月提交的車外噪聲限值草案的分析《,汽車加速行駛車外噪聲限值及測量方法(修訂GB 1495-2002)》項(xiàng)目組發(fā)現(xiàn)其草案與中國國內(nèi)情況并不適應(yīng),這源于中、歐貨車產(chǎn)品特征存在巨大差異,且中國貨車產(chǎn)品特征未被充分考慮[9]。
歐洲貨車產(chǎn)品類別較少,整個歐洲范圍內(nèi)主要有 MAN,SCANIA,VOLVO,IVECO,DAIMLER,DAF等6家制造商,除了少數(shù)專用貨車以外,其產(chǎn)品主要分為3類:與輕型客車同平臺的輕型貨車(最大總質(zhì)量GVM≤7.5 t,全部為N2類貨車);用于城區(qū)和郊區(qū)短途運(yùn)輸?shù)闹行拓涇嚕ㄗ畲罂傎|(zhì)量7.5 t≤GVM≤18.0 t,涵蓋部分由輕型客車平臺衍生的N2類,和功率較小的N3類貨車);用于長途運(yùn)輸?shù)闹匦拓涇嚕ㄗ畲罂傎|(zhì)量GVM>18.0 t,全部為N3類貨車)。其中輕型貨車主要采用兩軸布置,為普通貨車(具有敞開或封閉載貨空間)和多用途貨車(Van);中型貨車主要采用兩軸布置,為普通貨車(具有敞開或封閉載貨空間)和功率較小的牽引汽車;重型貨車主要為牽引汽車(采用兩軸布置,極少數(shù)采用三軸布置)。由于歐洲貨車產(chǎn)品的軸數(shù)主要為兩軸車,且重型貨車的多為牽引汽車,所以歐洲市場的貨車車長多小于8 m[10]。
從其最大凈功率上來看,與輕型客車同平臺的輕型貨車,其最大凈功率Pn均分布在100 kW~150 kW范圍內(nèi);中型貨車的最大凈功率Pn均分布在160 kW~250 kW范圍內(nèi);重型貨車的最大凈功率Pn均分布在220 kW~410 kW范圍內(nèi)。貨車的功率與最大總質(zhì)量呈現(xiàn)出比較高的相關(guān)性。
中國的貨車市場為高度本土化的市場,2016年全年共產(chǎn)銷貨車及底盤約248萬臺(不含N1類)[11],主要的貨車(不計改裝車廠)制造商有安徽江淮、中國重汽、北汽福田、陜汽、東風(fēng)、安徽華菱、一汽解放、北奔重型、上汽紅巖、大運(yùn)汽車、力帆汽車、四川現(xiàn)代、江鈴、長安、金杯、唐駿、南京依維柯、凱馬、慶鈴、南京徐工等二十余家,其產(chǎn)品特征體現(xiàn)出多樣化的特征。從產(chǎn)品特征上來看,普通貨車(兩軸、三軸布置為主,具有敞開或封閉載貨空間,N2類和N3類貨車均有)、自卸汽車(三軸、四軸布置為主,N3類貨車)、牽引汽車(三軸布置為主,部分小噸位牽引汽車為兩軸布置,均為N3類貨車)都是主力的產(chǎn)銷車型,而與輕型客車同平臺的產(chǎn)品較少(江鈴汽車等有相應(yīng)產(chǎn)品制造)。
中國貨車產(chǎn)品的尺寸,軸荷及最大總質(zhì)量常達(dá)到GB 1589標(biāo)準(zhǔn)許用的上限值,《汽車加速行駛車外噪聲限值及測量方法(修訂GB 1495-2002)》項(xiàng)目組通過對“中國加速行駛車外噪聲數(shù)據(jù)庫”的38款各型貨車產(chǎn)品分析發(fā)現(xiàn),其中的13款牽引汽車的最大總質(zhì)量均達(dá)到了18 (t兩軸牽引汽車最大允許總質(zhì)量)或25 (t三軸牽引汽車最大允許總質(zhì)量),具有雙轉(zhuǎn)向軸的四軸自卸車及貨車最大總質(zhì)量均達(dá)到了31 (t具有雙轉(zhuǎn)向軸的四軸貨車最大允許總質(zhì)量)。為了獲取更大的裝載空間,數(shù)據(jù)庫中的6款中國N3類普通貨車產(chǎn)品(包括廂式貨車)車長也都遠(yuǎn)超過歐洲普通貨車產(chǎn)品的8 m左右,達(dá)到或接近尺寸上限12 m。
“中國加速行駛車外噪聲數(shù)據(jù)庫”的38款各型N2、N3類貨車中,最大總質(zhì)量GVM≤7.5 t的N2類貨車的最大凈功率分布在66 kW~115 kW范圍內(nèi);最大總質(zhì)量GVM>7.5 t的N2類貨車的功率分布在95 kW~120 kW范圍內(nèi);GVM≤17.0 t的N3類貨車的功率分布在110 kW~180 kW范圍內(nèi);GVM>17.0 t的N3類貨車的功率分布在180 kW~350 kW范圍內(nèi)。與最大總質(zhì)量相近的歐洲貨車產(chǎn)品相比,中國貨車產(chǎn)品的最大凈功率明顯偏低。
UN ECE R51-03法規(guī)貨車車外噪聲限值主要考慮了歐洲市場特征,即按照不同的功率進(jìn)行車型的亞分類,功率越低則車外噪聲限值越嚴(yán)苛,功率越高則車外噪聲限值越寬松。由于中國貨車產(chǎn)品的最大凈功率明顯偏低,導(dǎo)致與歐洲貨車產(chǎn)品相近噸位的中國貨車產(chǎn)品需執(zhí)行更為苛刻的噪聲車外噪聲限值,對中國貨車產(chǎn)品的出口造成巨大的影響。
如表1所示的車外噪聲限值劃分方式,Pn≤135 kW的N2亞分類主要考慮了與輕型客車同平臺的多用途貨車,其第1階段車外噪聲限值為77 dB(A);Pn>135 kW的N2亞分類,以及Pn≤150 kW的N3亞分類主要考慮了由輕型客車平臺衍生的中型貨車,其第1階段車外噪聲限值分別為78 dB(A)和79 dB(A);150 kW<Pn≤250 kW的N3亞分類主要考慮了中型貨車中尺寸、噸位較大的產(chǎn)品及小功率的牽引汽車,第1階段車外噪聲限值提高到了81 dB(A);Pn>250 kW的N3亞分類主要考慮了最大凈功率較大的牽引汽車以及同平臺的重型專用車等,其第1階段車外噪聲限值為82 dB(A)。
由于中國貨車產(chǎn)品特征與歐洲貨車產(chǎn)品存在巨大差異,尤其是功率250 kW以下的中國貨車產(chǎn)品,其噸位大,軸數(shù)多,最大凈功率小。導(dǎo)致其噪聲試驗(yàn)結(jié)果較歐洲相近最大凈功率的貨車產(chǎn)品偏大。表1中的車外噪聲限值方案并不適合中國的貨車產(chǎn)品。
3.2.1 中國N2類貨車存在的問題
Pn≤135 kW的N2亞分類原本主要考慮的是衍生于M2類輕型客車平臺的多用途貨車(Van),但從圖1分析可得,“中國加速行駛車外噪聲數(shù)據(jù)庫”中所有12款N2類貨車產(chǎn)品的最大凈功率均小于135 kW,即均被劃入了該亞分類,執(zhí)行第1階段77 dB(A)的苛刻限值。從分析來看,僅2款產(chǎn)品能符合其要求,通過率僅為16.7%。
圖1 中國N2類貨車與UN法規(guī)噪聲車外噪聲限值符合性
以某款典型的N2類歐洲貨車產(chǎn)品與N2類中國貨車產(chǎn)品對比為例,如表2所示,中國貨車產(chǎn)品的最大總質(zhì)量大于歐洲貨車產(chǎn)品的2倍,發(fā)動機(jī)排量、扭矩也更大,試驗(yàn)結(jié)果較歐洲貨車產(chǎn)品高1.4 dB(A),但由于兩車的最大凈功率均小于135 kW,需執(zhí)行相同的車外噪聲限值77 dB(A),此種車外噪聲限值亞分類方式導(dǎo)致中國貨車產(chǎn)品不能滿足UN ECE R51-03法規(guī)的要求。
表2 中、歐N2類貨車產(chǎn)品特征及噪聲試驗(yàn)結(jié)果對比
3.2.2 中國N3類貨車存在的問題
通過分析“中國加速行駛車外噪聲數(shù)據(jù)庫”,如圖2所示,Pn≤150 kW的N3亞分類,其第1階段車外噪聲限值為79 dB(A),有4款產(chǎn)品在此亞分類中,但僅1款產(chǎn)品滿足UN噪聲法規(guī)車外噪聲限值要求;150 kW<Pn≤250 kW的N3亞分類,其第1階段車外噪聲限值為81 dB(A),有5款產(chǎn)品在此亞分類中,僅1款產(chǎn)品滿足UN噪聲法規(guī)車外噪聲限值要求;Pn>250 kW的N3亞分類,其第1階段車外噪聲限值為82 dB(A),有17款產(chǎn)品在此亞分類中,僅1款產(chǎn)品滿足UN噪聲法規(guī)車外噪聲限值要求。
以某款典型的N3類歐洲貨車產(chǎn)品與N3類中國貨車產(chǎn)品對比為例,如表3所示。
圖2 中國N3類貨車與UN法規(guī)噪聲車外噪聲限值符合性
表3 中、歐N3類貨車產(chǎn)品特征及噪聲試驗(yàn)結(jié)果對比
中國貨車產(chǎn)品的最大總質(zhì)量大于歐洲貨車產(chǎn)品約17 t,軸數(shù)多于歐洲貨車產(chǎn)品2軸,發(fā)動機(jī)排量、扭矩也更大,試驗(yàn)結(jié)果較歐洲貨車產(chǎn)品高4.8 dB(A),但由于兩車的最大凈功率均小于250 kW,需執(zhí)行相同的車外噪聲限值81 dB(A),此種車外噪聲限值亞分類方式導(dǎo)致中國貨車產(chǎn)品不能滿足UN ECE R51-03法規(guī)的要求。
《汽車加速行駛車外噪聲限值及測量方法(修訂GB 1495-2002)》項(xiàng)目組通過對數(shù)據(jù)庫的分析發(fā)現(xiàn),UN ECE R51-03依據(jù)發(fā)動機(jī)最大凈功率進(jìn)行貨車亞分類的方式并不適合中國貨車產(chǎn)品特征,如圖1、圖2所示的最大總質(zhì)量較大的重型車被劃為了輕、中型貨車類別管理,導(dǎo)致該類車型無法通過法規(guī)要求。中國就此開始研究可以作為中國貨車產(chǎn)品車外噪聲限值分類方式的車輛參數(shù),研究發(fā)現(xiàn)貨車最穩(wěn)定的車輛參數(shù)為最大總質(zhì)量和軸數(shù)。
《汽車加速行駛車外噪聲限值及測量方法(修訂GB 1495-2002)》項(xiàng)目組于2012年2月代表中國政府向聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟(jì)委員會提交了非正式文件[12],提出不同的最大凈功率亞分類方式。2012年9月,項(xiàng)目組代表中國政府初步闡明發(fā)動機(jī)最大凈功率只是汽車的眾多參數(shù)之一,不應(yīng)作為汽車亞分類的唯一依據(jù),應(yīng)綜合考慮汽車用途、整車特征、以及噪聲來源等多種因素。并建議將整車最大總質(zhì)量作為車輛亞分類的基本依據(jù),由于汽車的行駛系統(tǒng)(主要指輪胎)也是重要聲源,整車軸數(shù)、驅(qū)動軸軸數(shù)也應(yīng)作為亞分類的重要補(bǔ)充。自此,中國對于貨車產(chǎn)品噪聲車外噪聲限值亞分類的技術(shù)路線得以確定[13]。
由于歐洲國家一直拒絕采用中國依據(jù)汽車最大總質(zhì)量進(jìn)行亞分類的方式,導(dǎo)致中、歐噪聲標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)在貨車產(chǎn)品的車外噪聲限值亞分類上朝著不同的技術(shù)方向繼續(xù)發(fā)展,最終中國獨(dú)立建立了以最大總質(zhì)量為依據(jù)的車外噪聲限值亞分類體系[14]。
表4 中國貨車車外噪聲限值亞分類體系,單位dB(A)
如表4所示,為GB1495-20XX《汽車加速行駛車外噪聲車外噪聲限值及測量方法》征求意見稿中確定的貨車產(chǎn)品車外噪聲限值亞分類及附加條款。
采用此種車外噪聲限值分類方式,能夠?qū)⑴c輕型客車同平臺的輕型貨車列入GVM≤7 500 kg的N2類貨車;傳統(tǒng)的貨車底盤及中型貨車,將列入GVM>7 500 kg的N2類貨車;與中型貨車同平臺的兩軸N3類貨車產(chǎn)品,被列入了GVM≤17 000 kg的N3類貨車亞分類中;大功率的兩軸牽引汽車、三軸及三軸以上的重型貨車被列入了GVM>17 000 kg的N3類貨車亞分類中。
同時,對于6×2、6×4、8×4等多軸(多驅(qū)動軸)重型牽引汽車、貨車和自卸車等,驗(yàn)證試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在同一個亞分類中三軸貨車較兩軸貨車試驗(yàn)結(jié)果偏高2 dB(A),四軸貨車較兩軸貨車試驗(yàn)結(jié)果偏高3 dB(A),應(yīng)當(dāng)予以2 dB(A)~3 dB(A)的車外噪聲限值寬松。具體的處理辦法為:噪聲測量時采用多于兩軸行駛,其車外噪聲限值增加1 dB(A);如噪聲測量時采用多軸驅(qū)動,其車外噪聲限值再增加1 dB(A);對于重型的越野貨車,其車外噪聲限值再增加1 dB(A)[15]。此驗(yàn)證試驗(yàn)技術(shù)結(jié)論也與法國、德國等國技術(shù)機(jī)構(gòu)的驗(yàn)證試驗(yàn)分析結(jié)論吻合。
由于中國與歐洲未在貨車領(lǐng)域達(dá)成車外噪聲限值方案的一致意見,中國貨車產(chǎn)品出口將面臨車外噪聲限值壁壘。需要從發(fā)動機(jī)最大凈功率、輪胎使用、試驗(yàn)樣車等方面尋求短期解決方案;從長遠(yuǎn)角度還應(yīng)協(xié)調(diào)中、歐貨車車外噪聲限值亞分類辦法,并提高中國貨車產(chǎn)品的聲學(xué)水平,降低噪聲。
目前國內(nèi)貨車產(chǎn)品在相同底盤上往往選裝多種功率的發(fā)動機(jī),以某重型貨車制造商XX 5317XXXX型N3類廂式貨車為例,其選裝的有上柴SC9DF310型柴油機(jī),濰柴WP12.375型柴油機(jī);如選裝SC9DF310型柴油機(jī)時,其最大凈功率Pn≤250 kW,將執(zhí)行81 dB(A)的車外噪聲限值;如選裝另外一款發(fā)動機(jī)時,由于最大凈功率Pn>250 kW,將可以執(zhí)行82 dB(A)的車外噪聲限值,能獲得1 dB(A)的車外噪聲限值寬松。
但選裝功率較大的發(fā)動機(jī)則只適用于選裝發(fā)動機(jī)功率在135 kW附近的N2類貨車,150 kW或250 kW附近的N3類貨車,且需要因?yàn)檐囃庠肼曄拗涤绊懚蕴β瘦^小的發(fā)動機(jī),這將導(dǎo)致部分采用單一發(fā)動機(jī)型號的貨車制造商以及相應(yīng)的發(fā)動機(jī)制造商面臨絕境。
UN ECE R51-03法規(guī)規(guī)定雪地胎、牽引胎等容易引起額外噪聲的輪胎被禁止使用,而要求使用滾動胎等正常輪胎進(jìn)行試驗(yàn)。國內(nèi)貨車產(chǎn)品實(shí)際使用的輪胎并未對以上輪胎花紋進(jìn)行區(qū)分,且國內(nèi)目前無滾動胎等相應(yīng)概念的準(zhǔn)確描述。如表5所示,為了驗(yàn)證輪胎對貨車產(chǎn)品車外噪聲水平的影響,《汽車加速行駛車外噪聲限值及測量方法(修訂GB 1495-2002)》項(xiàng)目組選用了歐洲某品牌重型牽引汽車分別裝用牽引胎與滾動胎進(jìn)行噪聲比對試驗(yàn),試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)裝用牽引胎時,該品牌重型牽引汽車不能滿足UN ECE R51-03法規(guī)車外噪聲限值要求的82 dB(A),而裝用滾動胎之后,其試驗(yàn)結(jié)果減小了1.1 dB(A),可以滿足UN ECE R51-03法規(guī)車外噪聲限值要求。
表5 輪胎對貨車產(chǎn)品噪聲試驗(yàn)結(jié)果的影響
世界汽車制造商聯(lián)合會OICA的研究顯示,采用滾動胎將使得UN ECE R51-03法規(guī)試驗(yàn)結(jié)果平均減小1~2 dB(A)左右[16]?!爸袊铀傩旭傑囃庠肼晹?shù)據(jù)庫”顯示,即使是將GVM>17 000 kg的中國N3類貨車產(chǎn)品全部劃入最寬松的UN ECE R51-03法規(guī)亞分類(Pn>250 kW),第1階段執(zhí)行82 dB(A)的車外噪聲限值,中國貨車產(chǎn)品(全部未采用滾動胎進(jìn)行試驗(yàn))仍難以滿足其車外噪聲限值要求,應(yīng)考慮在出口認(rèn)證時,采用UN ECE R51-03法規(guī)要求的滾動胎進(jìn)行試驗(yàn),以獲取更好的試驗(yàn)結(jié)果。
UN ECE R51-03法規(guī)只將發(fā)動機(jī)艙形狀、材質(zhì),發(fā)動機(jī)型式兩個條件作為車型差異判定條件,而對于不同軸數(shù)帶來的差異,UN ECE R51-03法規(guī)認(rèn)為可以通過選裝滾動胎加以抵消。即采用相同的發(fā)動機(jī)及動力系統(tǒng)的車型,如最大總質(zhì)量、軸數(shù)、長度等不同,則可視為同一車型,只需要選用一臺樣車進(jìn)行該車系的認(rèn)證[17],從目前驗(yàn)證試驗(yàn)的情況來看,采用軸數(shù)較少的樣車,將有利于試驗(yàn)準(zhǔn)備(試驗(yàn)載荷增加較為容易),同時試驗(yàn)結(jié)果也更小。
目前長期可行的辦法是重新在聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟(jì)委員會世界車輛法規(guī)協(xié)調(diào)論壇噪聲專家工作組(WP29/GRB)框架下,與歐盟及歐洲國家展開貨車車外噪聲限值分類方式的合作研究與協(xié)調(diào),逐步影響UN ECE R51-03法規(guī),促使其采用與中國一致或能覆蓋中國貨車產(chǎn)品的車外噪聲限值亞分類方式。同時,發(fā)動機(jī)制造企業(yè)應(yīng)積極提升發(fā)動機(jī)技術(shù),提高相應(yīng)發(fā)動機(jī)型號的效率及最大凈功率,從根本上縮小中、歐貨車產(chǎn)品裝用發(fā)動機(jī)的最大凈功率差距,以減小與歐洲國家進(jìn)行法規(guī)協(xié)調(diào)的技術(shù)難度。
通過對“中國加速行駛車外噪聲數(shù)據(jù)庫”重型貨車的數(shù)據(jù)分析以及與典型歐洲貨車產(chǎn)品的對比來看,中國重型貨車噪聲平均水平較歐洲貨車產(chǎn)品仍偏高1 dB(A)~3 dB(A),需要采取增加發(fā)動機(jī)罩,優(yōu)化進(jìn)排氣系統(tǒng)、對傳動系統(tǒng)材料進(jìn)行重新設(shè)計、并選用滾動胎等措施[18],切實(shí)降低貨車產(chǎn)品噪聲試驗(yàn)結(jié)果。
通過研究中國貨車產(chǎn)品特征的及依據(jù)UN ECE R51-03系列開展的驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果得到以下結(jié)論:
(1)中國貨車產(chǎn)品特征不同于歐洲,采用的發(fā)動機(jī)最大凈功率普遍低于歐洲;
(2)現(xiàn)行UN ECE R51-03法規(guī)采用了最大凈功率進(jìn)行貨車產(chǎn)品的車外噪聲限值亞分類,中國貨車產(chǎn)品噪聲出口認(rèn)證的技術(shù)風(fēng)險已經(jīng)形成;
(3)亟需中國貨車行業(yè)積極與歐洲主要國家和地區(qū)積極協(xié)調(diào),爭取重新確立貨車車外噪聲限值亞分類方式,同時提升發(fā)動機(jī)最大凈功率,從根本上消除中國貨車產(chǎn)品出口海外的噪聲法規(guī)技術(shù)壁壘;
(4)滾動胎等技術(shù)概念在中國尚不明確,需要輪胎技術(shù)領(lǐng)域制修訂相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn),中國汽車行業(yè)也需要進(jìn)一步研究其對噪聲試驗(yàn)結(jié)果的具體影響。