VBOX3i RTK數據采集系統在多工況加速行駛車外噪聲測試中的應用與法規分析

陸文斌　李紅　周衍

摘 要：歐洲經濟委員會在2016年發布的最新版ECE R51 Rev3中新增了多工況加速行駛車外噪聲（Additional Sound Emission Provisions）的測試要求和方法。其測試工況和評價方法相對于常規加速行駛車外噪聲要復雜和繁瑣很多。文章介紹了VBOX3i RTK數采系統的特點和優勢以及如何使用該系統完成ASEP的測試。同時通過實例介紹ASEP法規的測試方法、評價原理和數據處理過程，為各汽車生產企業及檢測機構提供技術參考。

關鍵詞：多工況加速行駛車外噪聲 測試方法 VBOX3i RTK

1 引言

隨著汽車保有量越來越高，汽車噪聲已經占到了城市噪聲的85%。為了降低和有效控制汽車行駛噪聲，歐洲經濟委員會在2011年發布的ECE R51 Rev2中引入了新的測試方法B，相對于實行了數十年的方法A修改了測試車速的要求和檔位工況的選擇，并結合均速行駛工況和定置噪聲工況，更貼近車輛在城市中的行駛工況。但是經過一段時間的測試后發現，不管是方法A還是方法B，在測試過程中均只測試汽車在特定工況下的行駛噪聲。使得部分車輛雖然可以滿足型式認證試驗的要求，但是在其它的發動機轉速和行駛車速工況下有明顯的噪聲排放。為了控制汽車在不同行駛工況下的噪聲排放值，2016年發布的ECE R51 Rev3中提出了多工況加速行駛車外噪聲的測試方法，以通過噪聲和轉速的關系，噪聲和車速、加速度的關系以及噪聲和方法A的關系來進行多工況加速行駛車外噪聲（ASEP）的評價。

目前ASEP測試雖然在歐盟法規認證時沒有要求強制進行，但是出口到南美、東南亞等一些地區則需要汽車生產企業提供相關文件證明車輛符合ASEP的要求。但是ASEP在測試時需要同時采集進線、中線、出線的車速和轉速，進線和出線過程中的最大噪聲值，同時行駛工況從低速覆蓋到高速，對設備的采樣方式、采樣精度、數據分析有較高的要求。本文通過介紹VBOX3i RTK數據采集系統來進行ASEP試驗，并結合實際案例分析ASEP的測試和評價方法。

2 VBOX3i RTK數據采集系統介紹

VBOX3i在汽車測試領域是使用率非常高的一款設備，通常應用于汽車制動性、動力性。燃油經濟性、操作穩定性、通過性等常規汽車性能測試。但是ASEP測試需要精確記錄車輛通過進線（AA）、中線（PP）、出線（BB）時的車速和發動機轉速，由于試驗車速相對于傳統噪聲試驗要高出30km/h，如果通過放置反光板的方法，會使采集的車速、轉速數據延遲;通過人工讀取噪聲數據再告知試驗人員則不能實時分析試驗數據，會大大增加試驗時間。VBOX3i RTK系統相比傳統VBOX增加了雙天線功能、和DGNSS RTK固定基站間的通訊功能;擴展遙測無線電通訊模塊的功能。其作用分別如下：

（1）雙GPS/GLONASS天線通過主天線接收速度、時間、距離和位置信息，副天線記錄車輛滑移角、俯仰角和橫擺角，從而可實現0.1km/h的速度精度。

（2）DGNSS RTK固定基站接收DGPS定位信號，經過基站測算誤差并校正差分數據，通過傳輸天線發送至可變頻無線電再輸入至VBOX，可實現厘米級的位置精度。

（3）遙測無線電模塊分別連接在VBOX主機和聲級計上，聲級計數據通過RTK差分信號實時傳輸至VBOX主機上，實現車速、轉速和噪聲數據同時記錄并顯示。

3 ASEP測試設備和場地要求

測試所需的主要設備包括DGPS天線、DGNSS固定基站、傳輸天線、變頻無線電、VBOX3i RTK主機、RTM24遙測無線電通訊模塊、發動機轉速表、帶輸出功能的聲級計、mini輸入模塊。如圖1、圖2和圖3所示。

測試場地需要在滿足ISO 10844：2014的測試道路上進行。路面上應標出AA、BB和PP線的位置，其中AA、BB相距20米表示車輛的進線和出線位置，PP在AA和BB的中間位置。聲級計的布置要求和國內法規GB 1495-2002相同。

4 ASEP測試方法

4.1 車輛參數及測試控制條件

選用車型為某品牌M1類手動檔多用途乘用車，車輛參數見表1。

測試控制范圍規定了車輛的最低車速和最高車速、加速度、檔位選用原則和發動機轉速的要求，具體要求和說明見表2。

4.2 方法B測試結果

ASEP的測試方法是在方法B的測試結果基礎上演變而來，首先按照方法B進行噪聲測試。按方法B的測試要求測得二檔加速度awot為2.48m/s2，三檔加速度awot為1.40m/s2，按法規要求測試檔位為二檔和三檔，加速度和各位置點的車速、轉速均值見表3。

通過四次合格的加速噪聲測得二檔噪聲中間結果值為71.8dB（A），三檔噪聲中間結果值為67.3dB（A），二檔勻速噪聲中間結果值為67.5dB（A），三檔勻速噪聲中間結果值為65.7dB（A）。根據法規公式計算得出加速噪聲中間結果值Lwot rep=68.0 dB（A），勻速噪聲中間結果值Lcrs rep=66.0 dB（A），局部功率因數kp=0.308，根據公式：Lurban=Lwot rep-kP*（Lwot rep-Lcrs rep）得出最終噪聲結果值Lurban=67.4dB（A）。

4.3 ASEP的測試過程

將固定基站、GNSS天線、傳輸天線相連接，VBOX主機和轉速表、顯示器、遙測無線電模塊、變頻無線電相連接，聲級計和mini模塊、遙測無線電模塊相連接。實現了車速和車輛位置精準定位，噪聲結果無線傳輸，測試結果實時顯示。

車輛在到達AA線時盡快地全開油門，直至保持至BB線松開油門為一次測試完成。查看AA、PP、BB線的車速以及加速度awot和出現轉速nBB是否符合測試要求，同時獲取兩側的噪聲值。測試界面見圖4。

4.4 ASEP測試檔位和測試點的選擇

按照表3測試控制范圍檔位k的要求，ASEP的測試檔位為一檔和二檔。首先采用一檔20km/h的速度進線，出線轉速nBB=5342r/min，超過nBB_ASEP上限值4276r/min，因此一檔不符合測試要求，測試采用二檔進行。

二檔以20 km/h進線，出線車速為40.4 km/h并能獲得穩定的加速度，將該工況作為P1點。逐漸提高進線車速，以49.7 km/h進線時出線轉速為4312 r/min，達到nBB_ASEP的要求，將該工況作為P4點。P2和P3點的出線車速通過公式（1）計算得出。通過測試后獲取P2和P3點的數據。錨點為方法B測試中第i檔所測得數據的平均值。四個測試點和錨點的數據見表4。

vBB_j=vBB_1+（（j-1）/3）*（vBB_4-vBB_1）（1）

式中j=2，3。實際測試的出線車速vBB和選定車速之間的誤差在±3 km/h。

5 ASEP結果分析

5.1 回歸斜率法

回歸斜率法利用噪聲隨轉速變化的過程來擬合一條限值曲線。由先四個測試點和錨點通過公式（2）計算得出斜率Slopek，最大不超過5dB（A）/1000 min-1

（in dB（A）/1，000 min-1） （2）

式中：，，nj和Lj代表四個測試點和錨點的轉速值和噪聲值，

n_和L_代表5個測試點的均值，經過計算得出左側Slopek=3.91，右側Slopek=4.27。各測試點的預期線性噪聲值LASEP_κ，j是通過各點發動機出線轉速、錨點轉速和Slopek進行計算，見公式（3）和（4）。

如果nBB≤nanchor時：

LASEP_κ，j=Lanchor_κ+（Slopeκ-Y）×（nBB_κ，j-nanchor，κ）/1000 （3）

如果nBB≥nanchor時：

LASEP_κ，j=Lanchor_κ+（Slopeκ+Y）×（nBB_κ，j-nanchor，κ）/1000 （4）

式中Y=1。根據測試結果P1、P2、P3點的出線轉速小于錨點轉速，采用公式（3）;P4點的出線轉速大于錨點轉速，采用公式（4）。

回歸斜率法的限值由預期線性噪聲值和規定的公差相加組成，見公式（5）。

Lκj≤LASEP_κ.j+x （5）

對于不能鎖定傳動比的自動變速箱車輛x=3;對于其它變速器xj≤2+方法B限值-Lurban。該車方法B的限值為72dB（A）。在P1和P4點的工況范圍之間，隨機再插入兩個全油門加速工況并得到轉速和噪聲值，任意點的噪聲值均不得超過限值，分析結果見圖5和圖6。

通過四個測試點和兩個插入點的結果分析，其噪聲值均低于回歸斜率法的限值，因此滿足要求。

5.2 參考噪聲評定法

參考噪聲評定法是用方法B的結果作基礎，通過回歸斜率法的斜率和61km/h的速度出線時的發動機轉速進行修正，模擬車輛在方法A的工況下噪聲值是否符合ASEP的限值，見公式（6）。

Lref=Lanchor_κ+Slopeκ×（nref_κ-nanchor_κ）/1000 （6）

式中nref_κ為檔位k時以61km/h行駛時對應的發動機轉速。k的選定原裝為手動變速器和5檔及以下的自動變速器k=3;6檔及以上的自動變速器k=4。參考噪聲評定法的限值應小于等于76dB（A）;對于裝有四個以上檔位的手動變速器，發動機最大凈功率大于140kw且最大凈功率/最大總質量比大于75的車輛，限值為79dB（A）;對于裝有四個以上檔位的自動變速器，發動機最大凈功率大于140kw且最大凈功率/最大總質量比大于75的車輛，限值為78dB（A）。通過計算該車輛左側Lref=66.6dB（A）;右側Lref =66.3dB（A）均小于限值要求，因此符合參考噪聲評定法的要求。

5.3 Lurban原理評定法

該方法是利用ASEP測試時各測試點的加速度和噪聲值與方法B時測得的加速度和勻速噪聲值進行加權，然后將加權結果和方法B的最終噪聲結果進行差值分析，將差值結果和非線性車速計算得到最終結果Lurban_ASEP。

通過ASEP各測試點的加速度和計算ASEP局部功率因數。

kP_ASEP=1-（aurban/awot_test_ASEP）（7）

根據ASEP各測試點的噪聲值和方法B的勻速噪聲結果進行加權計算出最終工況結果。

Lurban_measured_ ASEP=Lwot_ASEP-kP_ASEP*（Lwot_ASEP-L_crs） （8）

將ASEP最終工況結果和方法B最終結果進行差值計算。

Lurban_normalized=Lurban_measured_ASEP-Lurban（9）

將Lurban_normalized差值與該工況下的出線車速的變化量計算Lurban_ASEP。如果Lurban_ASEP≤3.0dB（A），則認為符合Lurban原理評定法的要求。

Lurban_ASEP=Lurban_normalized-（0.15×（V_BB_ASEP-50））（10）

根據表4的測試數據，該車Lurban原理評定法的分析結果見表5。兩檔左側和右側的Lurban_ASEP均小于3.0dB（A），所以滿足Lurban原理評定法。

6 結語

通過對ASEP測試流程的介紹，可以發現ASEP相比傳統車外加速行駛噪聲測試方法還是存在一些問題，比如測試方法過于復雜，需要反復嘗試不同的車速;對于配置了CVT變速器的車型，由于沒有固定的傳動比，在測試時的車速和轉速的關系呈非線性變化，無法驗證多工況下的噪聲;同時ASEP具有三種評價方法，企業在開發時需要對三種方法都要進行驗證，但是這三種方法之間并沒有相互聯系。希望在未來的標準修訂中能夠改進試驗方法、評價方法和限值水平，能更有效的控制汽車車外加速行駛噪聲和改善環境質量。

文本通過對VBOX3i RTK數據采集系統的應用介紹和ASEP測試流程和評價方法的介紹，形成了一套比較完善的測試評價系統。希望能對汽車生產企業和相關檢測研究人員提供技術參考。

參考文獻：

[1]GB 1495-2002，汽車加速行駛車外噪聲限值及測量方法[S]，國家環境保護總局，2002.

[2]ECE Regulation No. 51 Rev.3 Uniform provisions concerning the approval of motor vehicles having at least four wheels with regard to their sound emissions[S].2016.

[3]謝東明，張振鼎，郭勇.多工況加速行駛車外噪聲測量評價方法[J].噪聲與振動控制，2015，35（4）：183-188.