中歐輕型汽車多工況行駛車外噪聲測量方法差異分析

謝東明，劉昱，彭偉強，曹麗娟，胡熙

摘? 要：概述了推薦性國家標準《輕型汽車多工況行駛車外噪聲測量方法》（報批稿）與聯合國歐洲經濟委員會UN Regulation No. 51噪聲法規附錄7附加噪聲排放規定（最新草案）的技術背景，分析了在適用范圍、術語定義、測量儀器設施、環境條件、車輛準備、測量邊界條件、測量擋位、車輛操作、測量結果處理等方面存在的主要差異及存在這些差異的技術原因。結合輕型汽車車外噪聲相關新技術分析了以上標準法規的發展趨勢。

關鍵詞：多工況噪聲;測量方法;ECE R51;差異分析

中圖分類號：U467.4? ? 文獻標識碼：A? ? ?文章編號：1005-2550（2021）04-0015-05

Discrepancy Analysis Between Chinese and European Measurements for Noise Emitted by Light-duty Vehicles in Multiple Driving Mode Conditions

XIE Dong-ming1，2， LIU Yu1， PENG Wei-qiang1， CAO Li-juan1， HU Xi1

（ 1. China Automotive Technology and Research Center Co.， Ltd.， Tianjin 300300， China; 2. State key laboratory of engines， Tianjin University， Tianjin 300072， China）

Abstract： This paper summarizes the technical background and analyzes the differences including scope， terms and definitions， test equipment and facilities， test conditions， vehicle preparing， control ranges， test gears， vehicle driving and test data processing between GB/T standard （ to be approved ） and UN Regulation No. 51 Annex 7 < Additional Sound Emission Provisions> （ latest draft ）. The technical reasons for such differences are also concluded briefly. Combined with the new technologies on pass-by noise， the developing trend of the up mentioned standard and regulation is also expected.

1? ? 前言

汽車車外噪聲是汽車行駛過程中對外發出的強弱、頻率無一定規律的聲音，其作為一種環境污染，主要由空氣中的物理變化產生，具有局部性、多發性，且消失后無物質殘留的特征[1]，中外各國從70年代開始全面制定車外噪聲測量方法及限值進行嚴格管控[2]，但對汽車實際道路行駛條件下噪聲的精準復現一直也是世界范圍內的技術難題[3]。20世紀末，國際標準化組織、歐洲經濟委員會等開始基于道路行駛工況，開始了噪聲測量方法的修訂，輕型汽車成為了新的研究重點，其測量方法于2007年正式確定[4]，并在車速、加速度等方面都具有一定典型性，但也一直被指責存在目標車速、發動機轉速及測量擋位單一，發動機工作負荷較低等問題[5]。

為了解決和完善以上問題，2005年開始，歐洲經濟委員會世界車輛法規協調論壇（UNECE WP.29）噪聲專家工作組（GRB）成立了專門的非正式工作組，制定UN Regulation No. 51噪聲法規附錄7的多工況噪聲測評方法（下文簡稱UN ASEP），以反映輕型汽車在更多擋位、轉速、車速條件下的車外噪聲水平[6]，但其測量及評價方法均較為繁瑣，2015年發布以來，一直難以得到全面實施和強制執行，ASEP的新一輪修訂于2016年正式啟動[7]，并于2021年初形成了最新的草案[8]。

中國2012年全面啟動UN Regulation No. 51噪聲法規ASEP測量方法研究工作，并于2016年參與到UN ASEP測量方法的新一輪修訂工作中[9]。2017年中國立項了國家標準計劃《輕型汽車多工況行駛車外噪聲測量方法》（下文簡稱GB/T），旨在參考UN ASEP測量方法，依托“中國工況”和交通噪聲相應的最新數據，制定一種全新的“多工況”“簡化”測量方法，2020年相應的推薦性國標完成了技術審查及報批，即將發布實施[10]。

除以上技術背景，本文將對比2020年底的GB/T 《輕型汽車多工況行駛車外噪聲測量方法》（報批稿）與UN ASEP測量方法最新草案在適用范圍、術語定義、測量儀器、環境條件、車輛準備等基礎技術條件方面的區別，并重點分析了在邊界條件、測量擋位、車輛操作及測量次數及結果等測量工況方面的主要差異，結合輕型汽車車外噪聲相關技術的新發展，分析了以上測量方法的適用性及發展趨勢。

2? ? 基礎技術條件的區別

GB/T 多工況噪聲測量方法與UN ASEP在適用范圍、術語定義、測量儀器、環境條件、車輛準備等技術條件上分別采用了GB 1495《汽車加速行駛車外噪聲限值及測量方法》（報批稿）與UN Regulation No. 51噪聲法規03系列較多技術內容[11]，涉及GB/T與UN ASEP的主要區別如下。

2.1? ?適用范圍的區別

測量方法的范圍方面，GB/T與UN ASEP適用范圍均是全面復現輕型汽車實際行駛工況下的車外噪聲。但其側重點仍存差異，GB/T重點參考了“中國工況”和輕型汽車工況標準，測量方法覆蓋了城市、城郊和高速工況[12];UN ASEP作為UN Regulation No. 51噪聲法規型式認證基礎測量的“附加”“補充”，重點是覆蓋城市、城郊工況中方法B無法有效監管的高加速、高發動機負荷的工況，并未覆蓋高速工況[13]。

適用的具體車型方面，GB/T與GB 1495報批稿的輕型汽車完全對應，具體為：M1類、最大設計總質量不超過3500 kg的M2類和N1類汽車[14]，如圖1所示，對功率質量比PMR≥90kw/t的車型，鑒于GB 1495無法完全覆蓋期望測量的工況點，存在工況盲區[15]，GB/T將其作為重點車型進行關注，在后續的測量工況中增加了加速噪聲測量的加速度相關工況點位。

UN ASEP的適用范圍為M1 類和N1類汽車中裝有“可變排氣系統”內燃機或“外部聲音增強系統”的部分車型，有相應的限值評價方法，其目的是將對城市聲環境污染較大且UN Regulation No. 51噪聲法規難以有效監管的高污染車型檢出，并針對性管理，詳見表1：

2.2? ?術語和定義的區別

如表2所示，GB/T與UN ASEP的“術語和定義”條目并未完全對應。GB/T在制定過程中，對輕型汽車產品車外噪聲相關的動力系統電控及主動車外發聲系統仍持謹慎態度，對于替換消聲器也未形成閉環管理，所以暫無“外部聲音增強系統”“電控系統及軟件”“替換消聲器”等定義，也無“減速”“性能”等針對能量回收系統噪聲，高性能跑車噪聲評價方法相關的專門定義;對標準中出現的符號未統一匯總。UN ASEP尋求對所有擋位均進行噪聲測量，所以無利用“試驗車輛擋位數”進行測量擋位確定的技術需求，對“試驗加速度”也未進行定義。

GB/T與UN ASEP在部分術語定義上雖然條目對應，但存在不同的內涵，如表3所示。對于“總功率”的定義，GB/T的出發點為“汽車”，并將電機的功率準確定義為“峰值功率”[16];而UN ASEP法規仍將概念停留在“發動機”階段，對于電機等其它動力源未明確指出。由于可變排氣系統的不同工作模式，可能產生的消聲效果差異極大，GB/T與UN ASEP對于“可變排氣系統”均進行了定義以嚴格控制，其中GB/T強調了整個排氣系統的降噪效果差異;UN ASEP的側重點則在于排氣消聲系統本身是否具有“幾何可變”部件。

2.3? ?儀器設施、環境及車輛準備的區別

測量儀器方面：GB/T與UN ASEP在聲學、氣象、發動機轉速測量儀器等三方面的要求均相同。車速測量儀器的精度要求略有差異，GB/T要求準確度必須優于±0.5%，UN ASEP要求為優于±0.5 km/h。GB/T與UN ASEP交叉的測量車速范圍20km/h～100km/h內，GB/T要求的準確度對應要求約為±0.1 km/h～±0.5 km/h，高于UN ASEP對于車速測量儀器的精度要求，但其技術合理性需要進一步商榷。

室內測量設施方面：隨著車外噪聲室內測量技術的發展，GB/T與UN ASEP均允許使用室內測量設施作為傳統室外測量的可替換選項。GB/T與UN ASEP在室內測量設施的使用上存在差異，GB/T要求僅在汽車性能及室外測量受限時，可考慮使用室內測量設施，以盡量規避輪胎/路面噪聲難以在室內測量設施上準確復現的技術問題，設施、儀器等的具體要求直接參考正在報批的《汽車加速行駛車外噪聲室內測量方法》推薦性國家標準;UN ASEP規定可以直接選擇室內測量設施，其具體要求參考UN Regulation No. 51附錄8規定和相應的ISO標準，并強調測量時不需要對輪胎/路面噪聲追加室外測量。

測量的環境條件方面：GB/T與UN ASEP在測量場地、風速、環境噪聲（背景噪聲）及修正的要求也基本一致。在測量時的環境溫度上，GB/T與UN ASEP法規均要求在5℃～40℃的范圍內進行，但考慮國內北方的試驗場噪聲場地年可用天數，GB/T和GB 1495一樣，規定0℃～5℃的溫度范圍內也具有開展測量的可能性。

測量的車輛準備方面：GB/T與UN ASEP在測試質量、輪胎花紋深度要求、車輛主要總成狀態檢查等方面的要求一致。但與其術語定義的差異相對應，GB/T的聚焦點在汽車可變排氣系統，要求確認汽車的不同行駛模式和不同排氣系統模式（如果具備）;UN ASEP的關注要點仍然是車外噪聲相關的動力系統電控及主動車外發聲系統，要求對車輛的“電控系統及軟件”進行確認和檢查。

3? ? 測量工況的差異

GB/T與UN ASEP在測量邊界條件工況類型、擋位、邊界條件和測量結果處理方面都存在較大差異，對測量結果及車輛的評價產生重要影響，主要差異如下。

3.1? ?測量的邊界條件差異

GB/T與UN ASEP均規定了測量的車速、發動機轉速、加速度等邊界條件，詳見表4：

測量車速方面，GB/T依據3000余臺輕型汽車在41城市3000余萬公里行駛里程中提取“中國工況”中的“車速-里程分布”[17]及GB/T 38146.1-2019《中國汽車行駛工況 第1部分輕型汽車》中的乘用車工況曲線及輕型商用車工況曲線確定，如圖2、3所示，乘用車（M1類）最高車速約為110km/h，輕型商用車（GVW≤3500kg的M2類、N1類）最高車速約為90km/h，在對測量車速范圍進行驗證的過程中發現，0 km/h～20 km/h的車速范圍內，其噪聲測量結果與駕駛員駕駛行為高度關聯且重復性極差，不利于對產品本身的考核，對20 km/h以下的車速范圍不予測量，GB/T的具體策略是在20～110 km/h的車速邊界內為乘用車設定了30 km/h±1 km/h、50 km/h±1 km/h、70 km/h±2 km/h、80 km/h±2 km/h、110 km/h±2 km/h（輕型商用車為30 km/h±1 km/h、50 km/h±1 km/h、70 km/h±2 km/h、80 km/h±2 km/h、90 km/h±2 km/h）的測量車速基點，以覆蓋城市、城郊和高速工況的典型噪聲水平[18];UN ASEP則在原20 km/h～80 km/h的速度范圍基礎上進一步向上、向下擴大測量車速范圍，達到0 km/h～100 km/h。

測量發動機轉速方面，GB/T依據 “中國工況”數據庫中的典型車型99百分位發動機轉速均低于65% S，考慮“中國加速行駛車外噪聲數據庫”中全油門加速條件下的發動機轉速數據，確定了80%S的轉速邊界上限[19];UN ASEP的發動機轉速邊界上限原為90%S，在考慮中國建議后于2019年改為80%S，2020年又增加了1.56×PMR-0.227 ×S的限制條件，最終形成了不超過1.56×PMR-0.227×S和80%S的雙選條件，實際上進一步壓低了發動機轉速邊界至70%S以下，對于部分高PMR值的大功率車型，發動機轉速邊界上限甚至低于50%S。

測量加速度方面，GB/T依據 “中國工況”數據庫中的典型車型加速過程99百分位加速度值，確定了0～3.5m/s2的加速度邊界，如圖4所示為某型可鎖定傳動比的自動擋（6速）乘用車的車速-加速度聯立概率分布，研究發現加速度邊界條件與車速條件存在對應關系，由于發動機外特性限制，隨著車速提高，汽車行駛過程能達到的加速度相應減小，如表5所示，GB/T進一步針對不同車速條件設定相應的加速度邊界，具體為：30 km/h±1 km/h、50 km/h±1 km/h、70 km/h±2 km/h對應的加速度邊界分別為0～3.5m/s2，0～3.0m/s2，0～2.5m/s2;80 km/h±2 km/h、110 km/h±2 km/h（輕型商用車為90 km/h±2 km/h）GB/T要求進行勻速噪聲測量，加速度邊界為±0.15 m/s2;UN ASEP的原加速度邊界為0～5.0m/s2，2018年依據中國建議及“中國工況”數據統計降為4.0 m/s2，即可實現對城市、城郊正常行駛工況下加速度的完整覆蓋。

性能方面，GB/T并未直接規定性能邊界條件，從GB/T規定的測量車速及對應加速度邊界條件測算，其性能邊界條件位于車速70km/h附近處，約為48.6 m2/s3;UN ASEP設定性能邊界條件的技術來源為UN RDE（Real Driving Emissions）排放法規，UN ASEP期望采用35.0 m2/s3的性能邊界，在此性能邊界條件下，以50km/h和70km/h車速條件為例，其測量時的加速度邊界條件也可先別限定為≤2.5 m/s2和≤1.8m/s2，在中速區間對發動機或動力系統的負荷要求均可能低于GB/T。

3.2? ?測量擋位的差異

對于不能鎖定傳動比的汽車GB/T及UN ASEP 均規定采用D位置進行噪聲測量，并均允許使用電子或機械裝置，以防止在測量過程中，試驗車輛換擋至D位置下道路行駛不常用的擋位。

對于能鎖定傳動比的汽車，GB/T與UN ASEP則存在較大差異。GB/T依據“中國工況”擋位概率分布及典型樣車擋位-車速對應關系研究，提出了基于擋位數的測量擋位經驗公式，30 km/h ±1 km/h、50 km/h±1 km/h、70 km/h±2 km/h、80 km/h±2 km/h、110 km/h±2 km/h車速條件下對應的測量擋位公式分別為：（1+X/2）/2+1 （向下圓整），1+X/2（向下圓整），（X/2+X） /2+1（向下圓整），X，X;旨在通過經驗公式快速推薦使用各車速條件下對應概率分布最高的擋位進行噪聲測量，其經驗公式也符合變速箱擋位設計及使用的一般規律，即盡可能用現有擋位覆蓋常用車速范圍，并確保發動機或動力系統處于合理的轉速及負荷條件下，如表6所示，為某型可鎖定傳動比的自動擋（6速）乘用車的經驗公式推薦擋位與“中國工況”最大概率分布擋位吻合情況。UN ASEP 則進一步將能鎖定傳動比的汽車分為自動擋和手動擋兩個亞分類，其中對自動擋汽車，要求采用鎖定傳動比的固定擋位和D位置均進行測量，兩者之間的測量次數分配目前正在研究和最終的確認中，對于手動擋汽車則可采用所有擋位進行測量，對于所有能鎖定傳動比的汽車采用固定擋位測量時，也未明確指定所用擋位，只說明所有前進擋位均可采用，在實際的測量過程中，重點關注的是在各測量擋位上，均應滿足3.1章節所述的邊界條件。

3.3? ?車輛操作的差異

依據GB/T和UN ASEP進行噪聲測量時，車輛均需要按照3.2章節確定的擋位，在圖5所示的測量區域上，盡可能接近縱向中心線（CC′線）行駛通過，并滿足3.1章節的邊界條件。但在車輛模式選擇，加速或勻速行駛方式，行駛次數等車輛操作上還存在較大差異。

車輛模式的選擇方面：GB/T要求不同行駛模式（如運動模式和經濟模式等）均可任選擇，裝有可手動選擇的可變排氣系統的各種模式均需選擇，可鎖定傳動比的汽車盡量鎖定傳動機;UN ASEP要求較為模糊，要求不同模式均可選擇，從文本的解讀來看此“模式”應為行駛模式，未涉及可變排氣系統本身的模式選擇要求。

加速或勻速行駛方式：GB/T采用30、50、70km/h車速的加速噪聲測量復現城市、城郊工況的動力系統和行駛系統噪聲，采用80、110km/h的勻速噪聲測量反映城郊和高速工況行駛系統噪聲;UN ASEP則沒有區分車速與加速、勻速對應關系，強調在邊界條件下及所有擋位下均可進行加速或勻速行駛噪聲測量。

加速踏板的操作要求方面：GB/T與UN ASEP 均可使用全油門或部分油門進行加速。GB/T要求汽車進入圖5所示AA′線或之前，迅速將加速踏板踩到合適位置并保持穩定，直到試驗車輛最后端通過BB′線時松開踏板，確保加速行駛噪聲測量時汽車通過PP′線時，車速（vPP'）分別處于30 km/h±1 km/h、50 km/h±1 km/h、70 km/h±2 km/h范圍內，確保勻速行駛噪聲測量時汽車進入AA′線至最后端通過BB′線車速分別處于80 km/h±2 km/h、110 km/h±2 km/h范圍內;UN ASEP要求汽車進入圖5所示AA′線或之前，將加速踏板穩定到合適位置，直到試驗車輛最后端通過BB′線至BB′線+5m的區間內松開加速踏板，并保持加速踏板松開位置至BB′線+20m處，UN ASEP松開加速踏板的詳細規定目的在于對消聲器可能出現的回火（Backfire）噪聲等采取統一的測量方法進行檢出。

3.4? ?測量次數及結果處理的差異

在測量次數的總數及分布上，GB/T與UN ASEP 均存差異。GB/T要求總計開展10次有效測量[20]，其中在30km/h、50km/h、70km/h速度條件下各開展兩次有效加速噪聲測量（功率質量比PMR≥90kw/t的車型，再增加一組兩次有效加速噪聲測量，增加的一組測量的試驗加速度均值需和第一組測量的試驗加速度均值差超過0.5m/s2），在80 km/h和110 km/h速度條件下各開展兩次有效勻速噪聲測量;UN ASEP的測量次數要求是在完成UN Regulation No.51基礎測量后再增加15次測量，由認證授權機構在邊界條件內隨機指定測量條件和對應的次數分布，并酌情考慮測量擋位、行駛模式、測量車速、試驗加速度分布等，盡可能確保15次測量具有一定的分布特征和代表性。

在測量結果的初步判定和處理上，GB/T與 UN ASEP均需要記錄各次測量的車速、發動機轉速、加速度、最大A計權聲壓級（dB（A））等參數，并確保測量的有效性。GB/T判定有效測量的主要依據是：兩次測量的車速符合3.3章節所述要求，試驗加速度差值應不大于0.3 m/s2，且兩次測量的同側噪聲值不超過2dB（A），兩次測量結果求均值，并作為最終結果進行記錄;UN ASEP除了以上參數外，還要求記錄油門開度準確位置，其判定有效測量的主要依據是：測量車速與認證授權機構要求車速的差值不超過3km/h，油門開度（%）與認證授權機構要求的開度（%）差值不超過10%，各次測量的結果均計入最終結果。

4? ? 發展趨勢分析

近五年電動汽車主動發聲技術和傳統內燃機汽車可變排氣系統在國外已開始普及[21]，近三年以來，國內高校、研究機構和自主汽車企業也開始推動以上技術的落地和應用[22]。其主要共同特征是，“主動發聲”“聲浪技術”[23]往往和汽車的車速、發動機轉速、油門開度等高度關聯，以上技術使用或相應系統的工作將使得輕型汽車的車外噪聲越來越多呈現“非線性”特征，GB 1495及UN Regulation No.51原有的單一典型工況測量方法已經無法適應新技術的發展，形成對輕型汽車車外噪聲的有效監督和管控。

GB/T及UN ASEP的測量方法則可以適應新技術的發展，彌補現有監管體系的技術弱點。相應的發展趨勢為：GB/T的測量方法應逐步被GB 1495等強制性國家標準引用，或作為GB 1495的測量方法技術參考，并制定各測量工況下的相應限值要求加以應用;UN ASEP除了測量方法之外，已經開始著手制定相應的噪聲限值期望聲學模型[24]，有望于2022年左右推出第一版本，形成從測量方法到限值的完整監控體系，其發展的重點是在目前的隨機性基礎上完善測量方法的目標指向性，并盡可能完善其噪聲限值期望聲學模型的普適性，尤其是需要對降擋、不同排氣系統模式等對車外噪聲有重大影響的工況行為形成有效的限值評價。

5? ? 結論

通過對GB/T與UN ASEP的測量方法差異對比后發現：

（1）GB/T與UN ASEP都是在原有標準、法規技術上的全面升級，但其在適用范圍、術語和定義等基礎技術內容，以及測量擋位及車輛操作等測量工況上都存在較大差異;

（2）GB/T與UN ASEP都聚焦了新技術條件下車外噪聲“非線性”的測量與管控，但關注點不同，GB/T關注裝備可變排氣系統的大功率汽車，而UN ASEP則更注重動力系統電控及主動發聲系統的影響，這與各自面臨的產業技術發展階段相吻合;

（3）GB/T與UN ASEP在總體邊界條件，儀器、設施及環境，基本測量參數等重要指標基本相近，未來具有相互借鑒、融合、協調發展的可能性。

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