ECE R51多工況噪聲評價方法試驗研究

彭偉強 曹麗娟 謝東明,2 鄧國勇 曾秀蓉

（1.中國汽車技術研究中心有限公司，天津 300300；2.天津大學，內燃機燃燒學國家重點實驗室，天津 300072；3.上汽通用五菱汽車股份有限公司，柳州 545007）

主題詞：ECE R51 多工況噪聲 測量方法 評價方法

1 前言

ECE R51/03 系列法規于2016 年正式實施，其中規定了多工況噪聲（Additional Sound Emission Provisions，ASEP）測量方法和限值要求，旨在通過測量和評價汽車在不同發動機轉速、車速和加速度條件下的噪聲水平，推動實現汽車噪聲控制水平的全面提升。該法規要求汽車制造商型式認證時提供ASEP符合性聲明，這將使得中國汽車產品面臨的噪聲性能檢驗更為嚴格，直接對國內汽車產品出口認證產生沖擊[1-2]。為進一步完善ECE R51/03系列法規ASEP測量和評價方法，世界車輛法規協調論壇汽車噪聲和輪胎工作組（WP.29/GRBP）成立ASEP 非正式工作組展開對ECE R51/03 系列法規ASEP相關內容的起草和修訂工作[3-4]。

本文結合ASEP試驗數據，重點分析ECE R51/03系列法規的ASEP 測量和評價方法對國內汽車產品的影響，以便國內汽車企業開展針對性研究和研發工作，使國內汽車產品更好地滿足ECE法規要求。

2 ASEP測量方法概述

ECE R51/03系列法規ASEP測量流程如下[5-6]：

a.基礎測量：首先采用ECE R51/03系列法規的方法B完成試驗車輛50 km/h時的全油門加速和勻速噪聲測試，通過加權獲得方法B 最終噪聲測量結果，并將以上過程獲取的噪聲、車速、加速度、轉速等測量數據作為基礎測量結果。

b.選定ASEP測量擋位：ASEP測量工況的擋位選擇應滿足入線速度VAA′,ASEP、出線速度VBB′,ASEP、出線發動機轉速、全油門加速度等限定條件，如表1 所示，其中PMR為汽車總功率與汽車測試質量的比值，S為發動機最大凈功率轉速。

表1 ASEP擋位選擇條件

c.ASEP 測量：依據選定的ASEP 測量擋位，并依據速度、轉速均布原則進行多點噪聲測量（對應P1～P4測量點）。

3 ASEP評價方法概述

ASEP 評價方法基本原理是：以基礎測量結果作為錨點（Anchor Point）數據，對ASEP 測量結果中的轉速、車速、噪聲、加速度對應關系進行分析和最終評價。ECE R51/03 系列法規最初提供了3 種ASEP 評價方法，包括3、4 擋絕對限值法，直（折）線限值法（Slope 法）和最終結果變化偏離限值法（Urban 法），前2 種方法基于發動機轉速與噪聲的對應關系，最后一種方法基于車速、加速度與噪聲的對應關系[6]。

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

3.1 直（折）線限值法

直（折）線限值法主要使用錨點和P1～P4測量點的對應測量工況數據，利用發動機轉速與測量聲壓級的關系進行評價。測量工況聲壓級與發動機轉速nj的對應關系Slopek為：

若對應測量工況的出線發動機轉速nBBk,j均高于錨點的出線發動機轉速nanchor,k，可直接采用式（2）擬合直線：

式中，LASEPk,j為對應的直線擬合聲壓級限值；Lanchork為對應錨點的聲壓級；Y=1為無量綱加權系數。

對應的直線限值為：

對于不能鎖定傳動比的自動變速器車輛，x=3，對于手動變速器車輛，x=2+Llimitvalue-Lurban，Llimitvalue為ECE R51/03系列規定的對應車型聲壓級限值，Lurban為ECE R51/03系列（方法B）測量最終結果。

若對應測量工況的出線發動機轉速nBBk,j＜nanchor,k，可采用式（4）擬合直線：

若部分測點（如P1、P2點）的nBBk,j＜nanchor,k，部分測點（如P3、P4點）的nBBk,j＞nanchor,k，在直線擬合時，應分為低于和高于nanchor,k的2段線，限值為折線。其中，P1、P2點和錨點擬合的直線采用式（4）計算，錨點和P3、P4點擬合的直線采用式（2）計算。通過式（3）可計算得到測試車輛的左、右兩側限值，最后在P1～P4之間選擇任意工況點作為檢查點進行ASEP 測試，若聲壓級滿足限值要求，則該車輛符合直（折）線限值法要求。

3.2 最終結果變化偏離限值法

采用ASEP 測量獲取各工況下的加速度信息，計算獲取各工況條件下的ASEP部分功率加權系數kpASEP：

式中，aurban為目標加速度；awottestASEP為全油門加速工況的測試加速度。

采用ASEP測量的聲壓級和方法B中勻速噪聲聲壓級計算各工況下最終測量結果LurbanMeasuredASEP：

式中，LwotASEP為全油門加速測量工況的測量聲壓級；Lcrs為方法B勻速測量工況的測量聲壓級。

計算各工況最終測量結果LurbanMeasuredASEP與ECE R51/03系列法規（方法B）最終結果Lurban的差值LurbanNormalized：

依據差值LurbanNormalized與該工況下的車速信息，可計算聲壓級變化量與車速變化量相關的偏離值LurbanASEP：

當LurbanASEP＜3 dB(A)時，測試車輛滿足ASEP要求[6]。

4 試驗驗證分析

為深入探究ASEP的2種評價方法對國內汽車產品的影響，本文選取國內常見的2 款典型車型，其參數如表2 所示，按照ASEP 測試流程進行試驗（見圖1），分別采用2種評價方法完成數據分析。

表2 測試樣車車型參數

圖1 試驗照片

2 款車型ECE R51/03 系列法規（方法B）的測試結果如表3所示。

表3 ECE R51/03系列法規（方法B）測試結果

4.1 Slope法評價結果

利用Slope 法評價車型1 和車型2 的測量結果。結合Slope法計算公式，可獲得車型1和車型2的直線擬合聲壓級限值LASEPk以及對應的限值直線，如圖2、圖3 所示。在P1～P4工況范圍內選擇2個檢查點進行全油門加速行駛，獲得對應的噪聲測量聲壓級，由圖2、圖3可知，檢查點的噪聲測量聲壓級均小于限值直線對應的聲壓級，故初步判定該2款車型符合Slope法要求。

圖2 車型1 Slope法測試結果

圖3 車型2 Slope法測試結果

根據圖2、圖3，比較Slope 法對2 款車型的數據擬合曲線可知，Slope法基本可以擬合2款車型的ASEP測量數據。由圖2a 和圖3a 可知，2 款車型2 擋測量時，擬合直線LASEPk斜率均略大于回歸線斜率；由圖2b和圖3b可知，2 款車型3 擋測量時，低于錨點轉速的擬合直線LASEPk斜率均小于回歸線斜率，高于錨點轉速的擬合直線LASEPk斜率均大于回歸線斜率，可見Slope法對低轉速（2 800 r/min 以下）的測量結果擬合效果不佳。結合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產品噪聲性能差異等因素對車型評價的影響，而在錨點附近以不同折線擬合形式進行評價，但此種差異對國內汽車產品的影響程度還有待進一步研究和評估。

4.2 Urban法評價結果分析

利用Urban 法評價車型1 和車型2，數據分析結果如圖4、圖5 所示。利用方法B 得到2 款車型基礎數據，車型1 的aurban=1.03 m/s2、Lurban=72.2 dB(A)，車型2 的aurban=1.00 m/s2、Lurban=70.2 dB(A)。利用Urban 法的式（5）～式（8），選取2 款車型2 擋、3 擋最高車速測試工況（P4工況），計算得到車型1 和車型2 在2 擋、3 擋的LurbanASEP計算結果，如表4 所示。由表4 可知，車型1 和車型2的2 擋、3 擋LurbanASEP均小于3 dB(A)，初步判定2 款車型符合ASEP 的限值要求。

圖4 車型1 Urban法測試結果

圖5 車型2 Urban法測試結果

表4 車型1和車型2的Urban法評價結果

根據圖4、圖5比較Urban法對2款車型的數據擬合曲線，圖4a 與圖5a 中LwotASEP與LurbanmeasuredASEP折線具有相似趨勢，圖4b 與圖5b 中LwotASEP與LurbanmeasuredASEP折線擬合趨勢存在明顯差異，可見Urban法對于不同車型和不同擋位的ASEP測量數據擬合效果不同，原因可能是相同車型全油門加速與勻速工況下噪聲性能的不同以及不同車型在相同速度區間內噪聲性能的差異。從Urban法的評價結果可以看出，2款車型的2、3擋LurbanASEP值均小于3 dB(A)，基本滿足ASEP 的限值要求，但該方法的數據擬合效果存在差異。

5 ASEP評價方法發展趨勢

為解決現有ASEP 評價方法復雜、計算量大、數據擬合效果不佳等問題，在ASEP IWG第4次會議上，基于歐洲（主要是德國）、日本、中國等國的部分車型噪聲數據，世界汽車制造商組織（Organisation Internationale des Constructeurs d′Automobiles，OICA）提出了ASEP 多工況噪聲期望值評價模型，將噪聲分解為輪胎、基礎機械和動態噪聲3個部分，涵蓋了車速、發動機轉速、車輛加速度等評價參數：

式中，LEXP為噪聲期望參考值；LTR為車輛熄火滑行時所測得的輪胎滾動噪聲，與車速相關；LPT為與發動機轉速相關的動力總成基礎噪聲；LDYN為與節氣門開度、加速度等相關的由動力加載時產生的動態噪聲。

經過數次ASEP 會議討論，ASEP 多工況噪聲期望值評價模型未來有可能成為ECE R51/04系列法規的噪聲評價方法。OICA 提出多工況噪聲期望值評價模型，目的是基于方法B 的基礎測量數據建立數學期望評價模型，以此獲得對應車輛在各種工況下的噪聲動態限值，作為噪聲期望參考值，并通過若干次ASEP測量，利用測量數據計算得到噪聲模型實際測量值，最終，將噪聲期望參考值與噪聲模型實際測量值進行比較，判定是否通過ASEP試驗[7-8]。

ASEP非正式工作組后期也將繼續研究并完善該評價模型，對應參數的修正、特殊車型的豁免等問題還在繼續討論，希望進一步簡化限值模型，高效及時地評價實車在任意工況下的噪聲測量結果。為降低ASEP 測試及評價方法對中國汽車產品的影響，國內汽車企業應重視ECE R51法規的修訂進展，主動開展相應工況驗證試驗，積極參與國際法規協調，做好充足的技術儲備，在國際法規的制、修訂方面及時發出中國聲音，使中國汽車產品在復雜和激烈的國際市場競爭中占據有利位置。

6 結論

本文采用國內典型的2 款車型進行ASEP 試驗，并使用ECE R51/03 系列法規的ASEP 評價方法對2 款車型的測量數據進行分析。結果表明：2款車型雖基本滿足ASEP 的限值要求，但不同的ASEP 評價方法的關注內容和評價結果存在差異，而且對不同車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）期望值評價模型，未來該模型將有可能替代現有ASEP評價方法，建議國內汽車企業予以重視，深入開展ASEP相應研究，做好相應的技術準備，并積極參加國際法規協調工作。