譚剛平，楊春暉，陳清爽，楊文鵬

（1.南昌大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，南昌330031；2.西悉尼大學(xué) 工程學(xué)院，澳大利亞 新南威爾士金斯伍德區(qū)2747；3.江西省汽車(chē)噪聲與振動(dòng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南昌330052）

交通噪聲包括機(jī)動(dòng)車(chē)噪聲、飛機(jī)噪聲、火車(chē)噪聲和船舶噪聲等，是指交通工具運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的妨害人們正常生活和工作的聲音。機(jī)動(dòng)車(chē)噪聲主要指機(jī)動(dòng)車(chē)輛在城市內(nèi)交通干線上行駛時(shí)產(chǎn)生的噪聲，這種噪聲是一種不穩(wěn)定的噪聲，聲壓級(jí)隨時(shí)間等因素變化。該噪聲主要由車(chē)輛在城市道路交通行駛時(shí)產(chǎn)生，其污染受眾人數(shù)多，程度與機(jī)動(dòng)車(chē)輛的種類(lèi)、數(shù)量、運(yùn)行狀態(tài)等多方面因素有關(guān)。機(jī)動(dòng)車(chē)噪聲危害面大，主要表現(xiàn)在：降低聽(tīng)力；影響人的休息和情緒甚至健康；干擾語(yǔ)言交談和通信聯(lián)絡(luò)等[1-2]。根據(jù)《中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)法》和《中華人民共和國(guó)環(huán)境噪聲污染防治法》要求，國(guó)家不斷加大環(huán)境噪聲污染防治力度，生態(tài)環(huán)境部每年向社會(huì)公布《環(huán)境噪聲污染防治報(bào)告》，內(nèi)容包含有全國(guó)地級(jí)及以上城市道路交通聲環(huán)境質(zhì)量（晝間/夜間）監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)[3]，如表1所示，道路交通噪聲環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)一級(jí)表示好，與此類(lèi)推，五級(jí)表示差。從近幾年監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以看出，晝間道路交通噪聲環(huán)境評(píng)價(jià)為一級(jí)的城市占比超過(guò)60%，其它評(píng)價(jià)等級(jí)總占比小于40%，表明未因機(jī)動(dòng)車(chē)保有量持續(xù)增加而導(dǎo)致評(píng)價(jià)為一級(jí)的城市占比縮小，在報(bào)告中提到這歸功于道路狀況、車(chē)輛運(yùn)行技術(shù)條件的持續(xù)改善以及良好駕駛行為的引導(dǎo)。降低汽車(chē)加速行駛時(shí)車(chē)外噪聲的限值，有利于提高評(píng)價(jià)等級(jí)為一級(jí)城市的占比，持續(xù)減小評(píng)價(jià)等級(jí)為三/四/五級(jí)城市的個(gè)數(shù)與占比。

因此，制定和頒布適應(yīng)當(dāng)前技術(shù)的汽車(chē)運(yùn)行工況噪聲限值非常重要，本文以某法規(guī)規(guī)定的汽車(chē)噪聲限值為例進(jìn)行噪聲限值分析，采用最小二乘法建立汽車(chē)噪聲限值預(yù)測(cè)模型，開(kāi)展汽車(chē)運(yùn)行噪聲限值預(yù)測(cè)研究。并將該噪聲預(yù)測(cè)模型用于GB 1495《汽車(chē)加速行駛車(chē)外噪聲限值及測(cè)量方法》中噪聲限值的預(yù)測(cè)，為我國(guó)汽車(chē)噪聲限值法規(guī)修訂提供參考。

1 汽車(chē)噪聲法規(guī)

汽車(chē)噪聲法規(guī)通常有國(guó)際（International Organization for Standardization，ISO）標(biāo)準(zhǔn)，美國(guó)汽車(chē)工程學(xué)會(huì)（Society of Automotive Engineers，SAE）標(biāo)準(zhǔn)，日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（Japanese Industrial Standards,JIS）法規(guī)，聯(lián)合國(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)（United Nations Economic Commission for Europe，ECE）法規(guī)等。本文主要以ECE 法規(guī)為例進(jìn)行噪聲分析與研究。ECE 法規(guī)是基于UN/ECE/WP29的《1958年協(xié)定書(shū)》框架制定的，通過(guò)ECE 法規(guī)形式批準(zhǔn)的汽車(chē)產(chǎn)品在《1958年協(xié)定書(shū)》的締約方之間被相互承認(rèn)。ECE 法規(guī)是現(xiàn)今國(guó)際范圍內(nèi)最具影響力的汽車(chē)技術(shù)法規(guī)體系和認(rèn)證制度之一[4]。其涉及汽車(chē)噪聲的法規(guī)是ECE R51/03《關(guān)于在噪聲方面汽車(chē)型式認(rèn)證的統(tǒng)一規(guī)定》[5]，于1995年10月16日生效，最新修訂版本于2016年2月5日生效實(shí)施?，F(xiàn)行的版本規(guī)定了汽車(chē)加速行駛時(shí)車(chē)外噪聲和定置噪聲的測(cè)量方法，并且規(guī)定了汽車(chē)加速行駛時(shí)車(chē)外噪聲限值，如表2所示。Minck等研究了多家汽車(chē)制造商如何采取措施降低汽車(chē)的通過(guò)噪聲水平，如降低發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲，從而適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)條例(ECE R51/03)對(duì)汽車(chē)噪聲的新要求[6]。楊安杰[7]研究了中歐汽車(chē)噪聲標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展，詳述了中歐汽車(chē)加速行駛時(shí)車(chē)外噪聲測(cè)量方法的差異與注意事項(xiàng)。謝東明等[8]對(duì)汽車(chē)加速行駛時(shí)車(chē)外噪聲法規(guī)ECE R51/03系列的限值進(jìn)行了詳細(xì)分析,針對(duì)中國(guó)與歐洲輕型車(chē)輛存在的差異，基于國(guó)內(nèi)車(chē)輛大量的數(shù)據(jù)驗(yàn)證試驗(yàn)，提出了適合中國(guó)國(guó)情的限值劃分方案。連玉蓉[9]從加速行駛時(shí)車(chē)外噪聲、定置噪聲、排氣噪聲3個(gè)方面對(duì)GB 1495－2002 和ECE R51/03 系列標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)規(guī)定的測(cè)量方法進(jìn)行了對(duì)比研究，相關(guān)研究數(shù)據(jù)有利于我國(guó)客車(chē)噪聲標(biāo)準(zhǔn)制定。文獻(xiàn)[10]中研究了ECE R51/03法規(guī)中更新的通過(guò)噪聲測(cè)量方法，采用計(jì)算所得到的最終的“通過(guò)噪聲水平”，作為車(chē)輛在滿(mǎn)載條件下加速和勻速行駛工況下運(yùn)行噪聲的加權(quán)平均值，從而衡量城市駕駛習(xí)慣下汽車(chē)技術(shù)條件與噪聲水平。

表1 道路交通聲環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)

表2 ECE法規(guī)中汽車(chē)加速行駛時(shí)車(chē)外噪聲限值

2 汽車(chē)加速行駛時(shí)車(chē)外噪聲限值預(yù)測(cè)

2.1 預(yù)測(cè)模型

每次修訂ECE 法規(guī)時(shí)將對(duì)關(guān)于汽車(chē)噪聲限值進(jìn)行廣泛討論與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，最終通過(guò)文本方式頒布所確定的多種工況的汽車(chē)噪聲限值與測(cè)量要求。目前關(guān)于汽車(chē)噪聲限值的預(yù)測(cè)模型文獻(xiàn)較少，本文將對(duì)汽車(chē)加速行駛時(shí)車(chē)外噪聲限值進(jìn)行建模研究，分析汽車(chē)噪聲限值的下一步發(fā)展趨勢(shì)。

本文假定新修訂的限值規(guī)定與即將或已失效的限值規(guī)定存在某一關(guān)系，定義ECE法規(guī)限值實(shí)施年份1969年、1982年、1988年、1995年、2016年、2020年、2024年分別為第1次、第2次、第3次、第4次、第5次、第6次、第7次汽車(chē)噪聲限值的修訂，采用最小二乘法分別建立汽車(chē)噪聲限值線性回歸、二次回歸預(yù)測(cè)模型。根據(jù)預(yù)測(cè)模型進(jìn)行下一次修訂噪聲限值的預(yù)測(cè)，得出預(yù)測(cè)值，同時(shí)對(duì)比不同預(yù)測(cè)模型的優(yōu)劣。

2.2 計(jì)算分析

以M1車(chē)型為例，噪聲限值前6次數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)點(diǎn)集合，建立其線性回歸、二次回歸模型，如圖1所示。

圖1(a)表示根據(jù)ECE 法規(guī)規(guī)定的M1（PMR≤120）類(lèi)汽車(chē)噪聲限值前6次變化數(shù)據(jù)擬合的線性回歸和二次回歸模型。其中線性回歸模型是y=-2.485 7x+84.533，R2=0.9935，采用該模型預(yù)測(cè)下一次汽車(chē)噪聲限值，即代入x=7，得到y(tǒng)=67.1331。二次線性回歸模型是y=0.0714x2-2.985 7x+85.2,R2=0.995 3，采用該模型預(yù)測(cè)下一次汽車(chē)噪聲限值，即代入x=7,y=67.798 7。

圖1(b)表示根據(jù)ECE法規(guī)規(guī)定的M1（120＜PMR≤160）類(lèi)汽車(chē)噪聲限值前6次變化數(shù)據(jù)擬合的線性回歸和二次回歸模型。其中線性回歸模型是y=-2.257 1x+84.067,R2=0.9815，采用該模型預(yù)測(cè)下一次汽車(chē)噪聲限值，即代入x=7，得到y(tǒng)=68.267 3。二次線性回歸模型是y=0.142 9x2-3.257 1x+85.4,R2=0.989 9，采用該模型預(yù)測(cè)下一次汽車(chē)噪聲限值，即代入x=7,y=69.592 6。

圖1(c)表示根據(jù)ECE 法規(guī)規(guī)定的M1（PMR＞160）類(lèi)汽車(chē)噪聲限值前6次變化數(shù)據(jù)擬合的線性回歸和二次回歸模型。其中線性回歸模型是y=-1.800 0x+83.133，R2=0.902 4，采用該模型預(yù)測(cè)下一次汽車(chē)噪聲限值，即代入x=7，得到y(tǒng)=70.5330。二次線性回歸模型是y=0.285 7x2-3.8x+85.8,R2=0.950 9，采用該模型預(yù)測(cè)下一次汽車(chē)噪聲限值，即代入x=7,y=73.199 3。

圖1 ECE法規(guī)關(guān)于汽車(chē)加速行駛時(shí)車(chē)外噪聲限值模型

M1類(lèi)汽車(chē)噪聲限值模型及其預(yù)測(cè)值如表3所示。從預(yù)測(cè)模型與結(jié)果來(lái)看：以汽車(chē)噪聲限值誤差率為指標(biāo)，線性回歸模型對(duì)于M1 前兩類(lèi)車(chē)型噪聲限值預(yù)測(cè)精度明顯低于二次線性回歸模型，而對(duì)于M1第三類(lèi)車(chē)型預(yù)測(cè)精度則相反?？傮w來(lái)說(shuō)，在汽車(chē)噪聲限值預(yù)測(cè)中二次回歸模型預(yù)測(cè)結(jié)果優(yōu)于線性回歸模型的結(jié)果。

同理，根據(jù)上述方法，M類(lèi)其它車(chē)型、N類(lèi)車(chē)型的線性回歸和二次回歸模型及其預(yù)測(cè)值也在表3中列出。根據(jù)預(yù)測(cè)模型和預(yù)測(cè)值數(shù)據(jù)可以看出：線性回歸模型的下降斜率集中在區(qū)域(2，3)之間，二次回歸模型的斜率與自變量有關(guān)；二次回歸預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)值的誤差率小于線性模型的，其只能預(yù)測(cè)汽車(chē)噪聲限值下一次修改值，不能連續(xù)用于汽車(chē)噪聲限值預(yù)測(cè)，因?yàn)檎`差率出現(xiàn)了負(fù)偏差。

2.3 GB1495汽車(chē)加速行駛時(shí)車(chē)外噪聲預(yù)測(cè)

2002年發(fā)布實(shí)施的GB 1495－2002《汽車(chē)加速行駛車(chē)外噪聲限值及測(cè)量方法》詳細(xì)介紹了汽車(chē)噪聲測(cè)量方法與要求，技術(shù)內(nèi)容是參考?xì)W洲的ECE R51 法規(guī)并結(jié)合我國(guó)的實(shí)際情況制定的，是汽車(chē)噪聲法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)GB 1495－1979的新修訂版本。在GB 1495－1979 中轎車(chē)的兩個(gè)階段限值分別是84 dB(A)、82 dB(A)，而標(biāo)準(zhǔn)GB 1495－2002 中對(duì)于M1類(lèi)汽車(chē)分別是77 dB(A)、74 dB(A)。N1類(lèi)汽車(chē)在加速行駛時(shí)車(chē)外噪聲限值也有明顯變化，其具體數(shù)值如表4所示。根據(jù)GB1495法規(guī)規(guī)定汽車(chē)噪聲限值，建立基于最小二乘法的二次回歸汽車(chē)噪聲限值預(yù)測(cè)模型，如表5所示。從中可以看出，針對(duì)M1類(lèi)車(chē)型汽車(chē)噪聲限值進(jìn)一步明顯下降，可預(yù)測(cè)汽車(chē)工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)將明顯進(jìn)步，汽車(chē)減振降噪技術(shù)措施將進(jìn)一步完善和富有實(shí)效。N1類(lèi)車(chē)型噪聲限值也有下降。M1類(lèi)車(chē)型噪聲限值下降幅度明顯大于N1類(lèi)，說(shuō)明M1類(lèi)車(chē)型技術(shù)進(jìn)步明顯優(yōu)于N1類(lèi)車(chē)型。

表3 ECE法規(guī)汽車(chē)噪聲限值預(yù)測(cè)模型

表4 GB1495 汽車(chē)加速行駛時(shí)車(chē)外噪聲限值

表5 GB1495汽車(chē)噪聲限值預(yù)測(cè)

3 結(jié)論

本文研究了ECE R51法規(guī)對(duì)汽車(chē)噪聲限值的具體要求，采用最小二乘法建立了汽車(chē)噪聲限值的預(yù)測(cè)模型。模型預(yù)測(cè)值與法規(guī)當(dāng)前限定值相比，二次回歸預(yù)測(cè)模型誤差率較小，能較好地預(yù)測(cè)汽車(chē)限值發(fā)展規(guī)律，為噪聲限值修訂和實(shí)施提供參考。采用同樣方法，直接建立了GB1495 法規(guī)汽車(chē)加速行駛時(shí)車(chē)外噪聲限值模型，并對(duì)下一次噪聲限值進(jìn)行了預(yù)測(cè)。預(yù)測(cè)模型得到的汽車(chē)噪聲限值預(yù)測(cè)值進(jìn)一步降低，一方面表明汽車(chē)噪聲控制技術(shù)提升，反映汽車(chē)生產(chǎn)技術(shù)的提高與汽車(chē)減振降噪措施的成效；另一方面減少了道路交通噪聲源頭車(chē)輛的聲壓級(jí)，有利于提高道路交通聲環(huán)境質(zhì)量。

盡管該汽車(chē)噪聲限值預(yù)測(cè)模型為標(biāo)準(zhǔn)制定中噪聲測(cè)試方法和限值的修改提供了參考，但是具體實(shí)施時(shí)還需要依賴(lài)于城市車(chē)輛運(yùn)行工況的統(tǒng)計(jì)研究、各工況下車(chē)輛噪聲源（包括發(fā)動(dòng)機(jī)、輪胎路面噪聲等）的構(gòu)成分析、道路交通聲環(huán)境測(cè)試點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)分析等。修訂GB1495 汽車(chē)噪聲限值時(shí)應(yīng)該重視加強(qiáng)新試驗(yàn)方法的研究、國(guó)內(nèi)車(chē)輛道路試驗(yàn)驗(yàn)證，充分收集各類(lèi)車(chē)輛的噪聲數(shù)據(jù)，及時(shí)有效更新汽車(chē)噪聲測(cè)量方法、技術(shù)要求及其限值，實(shí)現(xiàn)在汽車(chē)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)修訂上發(fā)出自己的聲音，避免盲目緊跟國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)，使新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)國(guó)內(nèi)汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)生積極影響，使我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)起到推動(dòng)汽車(chē)降噪的技術(shù)創(chuàng)新與運(yùn)用的作用，服務(wù)汽車(chē)工業(yè)與產(chǎn)業(yè)。