彭偉強(qiáng) 曹麗娟 謝東明,2 鄧國(guó)勇 曾秀蓉

（1.中國(guó)汽車(chē)技術(shù)研究中心有限公司，天津 300300；2.天津大學(xué)，內(nèi)燃機(jī)燃燒學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300072；3.上汽通用五菱汽車(chē)股份有限公司，柳州 545007）

主題詞：ECE R51 多工況噪聲 測(cè)量方法 評(píng)價(jià)方法

1 前言

ECE R51/03 系列法規(guī)于2016 年正式實(shí)施，其中規(guī)定了多工況噪聲（Additional Sound Emission Provisions，ASEP）測(cè)量方法和限值要求，旨在通過(guò)測(cè)量和評(píng)價(jià)汽車(chē)在不同發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、車(chē)速和加速度條件下的噪聲水平，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)汽車(chē)噪聲控制水平的全面提升。該法規(guī)要求汽車(chē)制造商型式認(rèn)證時(shí)提供ASEP符合性聲明，這將使得中國(guó)汽車(chē)產(chǎn)品面臨的噪聲性能檢驗(yàn)更為嚴(yán)格，直接對(duì)國(guó)內(nèi)汽車(chē)產(chǎn)品出口認(rèn)證產(chǎn)生沖擊[1-2]。為進(jìn)一步完善ECE R51/03系列法規(guī)ASEP測(cè)量和評(píng)價(jià)方法，世界車(chē)輛法規(guī)協(xié)調(diào)論壇汽車(chē)噪聲和輪胎工作組（WP.29/GRBP）成立ASEP 非正式工作組展開(kāi)對(duì)ECE R51/03 系列法規(guī)ASEP相關(guān)內(nèi)容的起草和修訂工作[3-4]。

本文結(jié)合ASEP試驗(yàn)數(shù)據(jù)，重點(diǎn)分析ECE R51/03系列法規(guī)的ASEP 測(cè)量和評(píng)價(jià)方法對(duì)國(guó)內(nèi)汽車(chē)產(chǎn)品的影響，以便國(guó)內(nèi)汽車(chē)企業(yè)開(kāi)展針對(duì)性研究和研發(fā)工作，使國(guó)內(nèi)汽車(chē)產(chǎn)品更好地滿(mǎn)足ECE法規(guī)要求。

2 ASEP測(cè)量方法概述

ECE R51/03系列法規(guī)ASEP測(cè)量流程如下[5-6]：

a.基礎(chǔ)測(cè)量：首先采用ECE R51/03系列法規(guī)的方法B完成試驗(yàn)車(chē)輛50 km/h時(shí)的全油門(mén)加速和勻速噪聲測(cè)試，通過(guò)加權(quán)獲得方法B 最終噪聲測(cè)量結(jié)果，并將以上過(guò)程獲取的噪聲、車(chē)速、加速度、轉(zhuǎn)速等測(cè)量數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)測(cè)量結(jié)果。

b.選定ASEP測(cè)量擋位：ASEP測(cè)量工況的擋位選擇應(yīng)滿(mǎn)足入線(xiàn)速度VAA′,ASEP、出線(xiàn)速度VBB′,ASEP、出線(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、全油門(mén)加速度等限定條件，如表1 所示，其中PMR為汽車(chē)總功率與汽車(chē)測(cè)試質(zhì)量的比值，S為發(fā)動(dòng)機(jī)最大凈功率轉(zhuǎn)速。

表1 ASEP擋位選擇條件

c.ASEP 測(cè)量：依據(jù)選定的ASEP 測(cè)量擋位，并依據(jù)速度、轉(zhuǎn)速均布原則進(jìn)行多點(diǎn)噪聲測(cè)量（對(duì)應(yīng)P1～P4測(cè)量點(diǎn)）。

3 ASEP評(píng)價(jià)方法概述

ASEP 評(píng)價(jià)方法基本原理是：以基礎(chǔ)測(cè)量結(jié)果作為錨點(diǎn)（Anchor Point）數(shù)據(jù)，對(duì)ASEP 測(cè)量結(jié)果中的轉(zhuǎn)速、車(chē)速、噪聲、加速度對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行分析和最終評(píng)價(jià)。ECE R51/03 系列法規(guī)最初提供了3 種ASEP 評(píng)價(jià)方法，包括3、4 擋絕對(duì)限值法，直（折）線(xiàn)限值法（Slope 法）和最終結(jié)果變化偏離限值法（Urban 法），前2 種方法基于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與噪聲的對(duì)應(yīng)關(guān)系，最后一種方法基于車(chē)速、加速度與噪聲的對(duì)應(yīng)關(guān)系[6]。

3、4擋絕對(duì)限值法僅能考核特定擋位（3或4擋）、特定車(chē)速（61 km/h）條件下的噪聲水平，考核方法與Slope法基本相似，且其考核目標(biāo)可被Slope 法覆蓋，所以2017年ASEP測(cè)量方法修訂過(guò)程中刪除了3、4擋絕對(duì)限值法，僅保留現(xiàn)有的Slope法和Urban法。

3.1 直（折）線(xiàn)限值法

直（折）線(xiàn)限值法主要使用錨點(diǎn)和P1～P4測(cè)量點(diǎn)的對(duì)應(yīng)測(cè)量工況數(shù)據(jù)，利用發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與測(cè)量聲壓級(jí)的關(guān)系進(jìn)行評(píng)價(jià)。測(cè)量工況聲壓級(jí)與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速nj的對(duì)應(yīng)關(guān)系Slopek為：

若對(duì)應(yīng)測(cè)量工況的出線(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速nBBk,j均高于錨點(diǎn)的出線(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速nanchor,k，可直接采用式（2）擬合直線(xiàn)：

式中，LASEPk,j為對(duì)應(yīng)的直線(xiàn)擬合聲壓級(jí)限值；Lanchork為對(duì)應(yīng)錨點(diǎn)的聲壓級(jí)；Y=1為無(wú)量綱加權(quán)系數(shù)。

對(duì)應(yīng)的直線(xiàn)限值為：

對(duì)于不能鎖定傳動(dòng)比的自動(dòng)變速器車(chē)輛，x=3，對(duì)于手動(dòng)變速器車(chē)輛，x=2+Llimitvalue-Lurban，Llimitvalue為ECE R51/03系列規(guī)定的對(duì)應(yīng)車(chē)型聲壓級(jí)限值，Lurban為ECE R51/03系列（方法B）測(cè)量最終結(jié)果。

若對(duì)應(yīng)測(cè)量工況的出線(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速nBBk,j＜nanchor,k，可采用式（4）擬合直線(xiàn)：

若部分測(cè)點(diǎn)（如P1、P2點(diǎn)）的nBBk,j＜nanchor,k，部分測(cè)點(diǎn)（如P3、P4點(diǎn)）的nBBk,j＞nanchor,k，在直線(xiàn)擬合時(shí)，應(yīng)分為低于和高于nanchor,k的2段線(xiàn)，限值為折線(xiàn)。其中，P1、P2點(diǎn)和錨點(diǎn)擬合的直線(xiàn)采用式（4）計(jì)算，錨點(diǎn)和P3、P4點(diǎn)擬合的直線(xiàn)采用式（2）計(jì)算。通過(guò)式（3）可計(jì)算得到測(cè)試車(chē)輛的左、右兩側(cè)限值，最后在P1～P4之間選擇任意工況點(diǎn)作為檢查點(diǎn)進(jìn)行ASEP 測(cè)試，若聲壓級(jí)滿(mǎn)足限值要求，則該車(chē)輛符合直（折）線(xiàn)限值法要求。

3.2 最終結(jié)果變化偏離限值法

采用ASEP 測(cè)量獲取各工況下的加速度信息，計(jì)算獲取各工況條件下的ASEP部分功率加權(quán)系數(shù)kpASEP：

式中，aurban為目標(biāo)加速度；awottestASEP為全油門(mén)加速工況的測(cè)試加速度。

采用ASEP測(cè)量的聲壓級(jí)和方法B中勻速噪聲聲壓級(jí)計(jì)算各工況下最終測(cè)量結(jié)果LurbanMeasuredASEP：

式中，LwotASEP為全油門(mén)加速測(cè)量工況的測(cè)量聲壓級(jí)；Lcrs為方法B勻速測(cè)量工況的測(cè)量聲壓級(jí)。

計(jì)算各工況最終測(cè)量結(jié)果LurbanMeasuredASEP與ECE R51/03系列法規(guī)（方法B）最終結(jié)果Lurban的差值LurbanNormalized：

依據(jù)差值LurbanNormalized與該工況下的車(chē)速信息，可計(jì)算聲壓級(jí)變化量與車(chē)速變化量相關(guān)的偏離值LurbanASEP：

當(dāng)LurbanASEP＜3 dB(A)時(shí)，測(cè)試車(chē)輛滿(mǎn)足ASEP要求[6]。

4 試驗(yàn)驗(yàn)證分析

為深入探究ASEP的2種評(píng)價(jià)方法對(duì)國(guó)內(nèi)汽車(chē)產(chǎn)品的影響，本文選取國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的2 款典型車(chē)型，其參數(shù)如表2 所示，按照ASEP 測(cè)試流程進(jìn)行試驗(yàn)（見(jiàn)圖1），分別采用2種評(píng)價(jià)方法完成數(shù)據(jù)分析。

表2 測(cè)試樣車(chē)車(chē)型參數(shù)

圖1 試驗(yàn)照片

2 款車(chē)型ECE R51/03 系列法規(guī)（方法B）的測(cè)試結(jié)果如表3所示。

表3 ECE R51/03系列法規(guī)（方法B）測(cè)試結(jié)果

4.1 Slope法評(píng)價(jià)結(jié)果

利用Slope 法評(píng)價(jià)車(chē)型1 和車(chē)型2 的測(cè)量結(jié)果。結(jié)合Slope法計(jì)算公式，可獲得車(chē)型1和車(chē)型2的直線(xiàn)擬合聲壓級(jí)限值LASEPk以及對(duì)應(yīng)的限值直線(xiàn)，如圖2、圖3 所示。在P1～P4工況范圍內(nèi)選擇2個(gè)檢查點(diǎn)進(jìn)行全油門(mén)加速行駛，獲得對(duì)應(yīng)的噪聲測(cè)量聲壓級(jí)，由圖2、圖3可知，檢查點(diǎn)的噪聲測(cè)量聲壓級(jí)均小于限值直線(xiàn)對(duì)應(yīng)的聲壓級(jí)，故初步判定該2款車(chē)型符合Slope法要求。

圖2 車(chē)型1 Slope法測(cè)試結(jié)果

圖3 車(chē)型2 Slope法測(cè)試結(jié)果

根據(jù)圖2、圖3，比較Slope 法對(duì)2 款車(chē)型的數(shù)據(jù)擬合曲線(xiàn)可知，Slope法基本可以擬合2款車(chē)型的ASEP測(cè)量數(shù)據(jù)。由圖2a 和圖3a 可知，2 款車(chē)型2 擋測(cè)量時(shí)，擬合直線(xiàn)LASEPk斜率均略大于回歸線(xiàn)斜率；由圖2b和圖3b可知，2 款車(chē)型3 擋測(cè)量時(shí)，低于錨點(diǎn)轉(zhuǎn)速的擬合直線(xiàn)LASEPk斜率均小于回歸線(xiàn)斜率，高于錨點(diǎn)轉(zhuǎn)速的擬合直線(xiàn)LASEPk斜率均大于回歸線(xiàn)斜率，可見(jiàn)Slope法對(duì)低轉(zhuǎn)速（2 800 r/min 以下）的測(cè)量結(jié)果擬合效果不佳。結(jié)合Slope 法分析，擬合效果的差異可能是由于該方法要降低輪胎路面噪聲及不同汽車(chē)產(chǎn)品噪聲性能差異等因素對(duì)車(chē)型評(píng)價(jià)的影響，而在錨點(diǎn)附近以不同折線(xiàn)擬合形式進(jìn)行評(píng)價(jià)，但此種差異對(duì)國(guó)內(nèi)汽車(chē)產(chǎn)品的影響程度還有待進(jìn)一步研究和評(píng)估。

4.2 Urban法評(píng)價(jià)結(jié)果分析

利用Urban 法評(píng)價(jià)車(chē)型1 和車(chē)型2，數(shù)據(jù)分析結(jié)果如圖4、圖5 所示。利用方法B 得到2 款車(chē)型基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，車(chē)型1 的aurban=1.03 m/s2、Lurban=72.2 dB(A)，車(chē)型2 的aurban=1.00 m/s2、Lurban=70.2 dB(A)。利用Urban 法的式（5）～式（8），選取2 款車(chē)型2 擋、3 擋最高車(chē)速測(cè)試工況（P4工況），計(jì)算得到車(chē)型1 和車(chē)型2 在2 擋、3 擋的LurbanASEP計(jì)算結(jié)果，如表4 所示。由表4 可知，車(chē)型1 和車(chē)型2的2 擋、3 擋LurbanASEP均小于3 dB(A)，初步判定2 款車(chē)型符合ASEP 的限值要求。

圖4 車(chē)型1 Urban法測(cè)試結(jié)果

圖5 車(chē)型2 Urban法測(cè)試結(jié)果

表4 車(chē)型1和車(chē)型2的Urban法評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)圖4、圖5比較Urban法對(duì)2款車(chē)型的數(shù)據(jù)擬合曲線(xiàn)，圖4a 與圖5a 中LwotASEP與LurbanmeasuredASEP折線(xiàn)具有相似趨勢(shì)，圖4b 與圖5b 中LwotASEP與LurbanmeasuredASEP折線(xiàn)擬合趨勢(shì)存在明顯差異，可見(jiàn)Urban法對(duì)于不同車(chē)型和不同擋位的ASEP測(cè)量數(shù)據(jù)擬合效果不同，原因可能是相同車(chē)型全油門(mén)加速與勻速工況下噪聲性能的不同以及不同車(chē)型在相同速度區(qū)間內(nèi)噪聲性能的差異。從Urban法的評(píng)價(jià)結(jié)果可以看出，2款車(chē)型的2、3擋LurbanASEP值均小于3 dB(A)，基本滿(mǎn)足ASEP 的限值要求，但該方法的數(shù)據(jù)擬合效果存在差異。

5 ASEP評(píng)價(jià)方法發(fā)展趨勢(shì)

為解決現(xiàn)有ASEP 評(píng)價(jià)方法復(fù)雜、計(jì)算量大、數(shù)據(jù)擬合效果不佳等問(wèn)題，在ASEP IWG第4次會(huì)議上，基于歐洲（主要是德國(guó)）、日本、中國(guó)等國(guó)的部分車(chē)型噪聲數(shù)據(jù)，世界汽車(chē)制造商組織（Organisation Internationale des Constructeurs d′Automobiles，OICA）提出了ASEP 多工況噪聲期望值評(píng)價(jià)模型，將噪聲分解為輪胎、基礎(chǔ)機(jī)械和動(dòng)態(tài)噪聲3個(gè)部分，涵蓋了車(chē)速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、車(chē)輛加速度等評(píng)價(jià)參數(shù)：

式中，LEXP為噪聲期望參考值；LTR為車(chē)輛熄火滑行時(shí)所測(cè)得的輪胎滾動(dòng)噪聲，與車(chē)速相關(guān)；LPT為與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速相關(guān)的動(dòng)力總成基礎(chǔ)噪聲；LDYN為與節(jié)氣門(mén)開(kāi)度、加速度等相關(guān)的由動(dòng)力加載時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)噪聲。

經(jīng)過(guò)數(shù)次ASEP 會(huì)議討論，ASEP 多工況噪聲期望值評(píng)價(jià)模型未來(lái)有可能成為ECE R51/04系列法規(guī)的噪聲評(píng)價(jià)方法。OICA 提出多工況噪聲期望值評(píng)價(jià)模型，目的是基于方法B 的基礎(chǔ)測(cè)量數(shù)據(jù)建立數(shù)學(xué)期望評(píng)價(jià)模型，以此獲得對(duì)應(yīng)車(chē)輛在各種工況下的噪聲動(dòng)態(tài)限值，作為噪聲期望參考值，并通過(guò)若干次ASEP測(cè)量，利用測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算得到噪聲模型實(shí)際測(cè)量值，最終，將噪聲期望參考值與噪聲模型實(shí)際測(cè)量值進(jìn)行比較，判定是否通過(guò)ASEP試驗(yàn)[7-8]。

ASEP非正式工作組后期也將繼續(xù)研究并完善該評(píng)價(jià)模型，對(duì)應(yīng)參數(shù)的修正、特殊車(chē)型的豁免等問(wèn)題還在繼續(xù)討論，希望進(jìn)一步簡(jiǎn)化限值模型，高效及時(shí)地評(píng)價(jià)實(shí)車(chē)在任意工況下的噪聲測(cè)量結(jié)果。為降低ASEP 測(cè)試及評(píng)價(jià)方法對(duì)中國(guó)汽車(chē)產(chǎn)品的影響，國(guó)內(nèi)汽車(chē)企業(yè)應(yīng)重視ECE R51法規(guī)的修訂進(jìn)展，主動(dòng)開(kāi)展相應(yīng)工況驗(yàn)證試驗(yàn)，積極參與國(guó)際法規(guī)協(xié)調(diào)，做好充足的技術(shù)儲(chǔ)備，在國(guó)際法規(guī)的制、修訂方面及時(shí)發(fā)出中國(guó)聲音，使中國(guó)汽車(chē)產(chǎn)品在復(fù)雜和激烈的國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)有利位置。

6 結(jié)論

本文采用國(guó)內(nèi)典型的2 款車(chē)型進(jìn)行ASEP 試驗(yàn)，并使用ECE R51/03 系列法規(guī)的ASEP 評(píng)價(jià)方法對(duì)2 款車(chē)型的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。結(jié)果表明：2款車(chē)型雖基本滿(mǎn)足ASEP 的限值要求，但不同的ASEP 評(píng)價(jià)方法的關(guān)注內(nèi)容和評(píng)價(jià)結(jié)果存在差異，而且對(duì)不同車(chē)型和不同擋位的擬合效果不同。

此外，ASEP非正式工作組正全面研究OICA提出的多工況噪聲（ASEP）期望值評(píng)價(jià)模型，未來(lái)該模型將有可能替代現(xiàn)有ASEP評(píng)價(jià)方法，建議國(guó)內(nèi)汽車(chē)企業(yè)予以重視，深入開(kāi)展ASEP相應(yīng)研究，做好相應(yīng)的技術(shù)準(zhǔn)備，并積極參加國(guó)際法規(guī)協(xié)調(diào)工作。