基于中國工況的輕型汽車車外噪聲測量方法研究

曹麗娟，胡 熙，彭偉強，謝東明，許天楚，劉 昱

（中國汽車技術研究中心有限公司，天津300300）

汽車工況是汽車行業重要的研究和檢測基礎，“中國工況”項目已開展多年，目前已覆蓋41個代表性城市、包含五千余輛車的采集車隊，覆蓋傳統乘用車、新能源汽車，采集了車輛運動特征、動力特征和環境特征數據[1]。可以說中國工況數據采集范圍覆蓋我國主要城市和地區，覆蓋不同道路類型和行駛條件，采集車輛覆蓋各車輛類型。項目組基于數據，建立了多種用途的原始數據庫、統計分析數據庫、工況構建數據庫等中國汽車實際行駛工況數據庫，通過數據分析，最終確定了中國輕型車工況（CLTC），包含輕型乘用車工況（CLTC-P）和輕型商用車工況（CLTC-C）。基于中國工況項目研究成果，中國在2019年發布了GB/T38146.1－2019《中國汽車行駛工況第1 部分輕型汽車》[2]，對輕型汽車的行駛工況進行清晰界定，覆蓋不同車速、不同油門開度等多種工況，其工況循環特征數據為汽車行業的其他研究做了最基礎的鋪墊。

現行的GB1495－2002《汽車加速行駛車外噪聲限值及測量方法》是我國管控汽車車外噪聲的國家強制性標準，該標準要求對于M1、N1類汽車考察2、3擋全油門加速行駛工況的噪聲水平，該測試方法即方法A 實際上是測量汽車極端工況下的噪聲水平[3–4]。然而，根據中國工況統計結果，日常駕駛時全油門工況很少，該方法的擋位選擇及油門開度均與車輛實際行駛工況存在較大差異，無法準確反映汽車在實際道路上的噪聲水平，也沒有覆蓋汽車的多種駕駛工況，故無法真正推動解決道路交通噪聲問題。近年來我國持續關注ISO362－1:2007《道路車輛加速行駛噪聲測量方法工程法第一部分：M、N 類車輛》及相應的聯合國噪聲法規UN Regulation No.51新測量方法（方法B）[5–7]，其新修訂的測量方法對車輛在50 km/h及對應90百分位加速度情況下的噪聲水平進行評價，但是實際上該方法仍然只關注單一工況下的噪聲水平，無法全面反映車輛在實際道路上各種工況下的噪聲水平。

顯而易見對噪聲的有效管控需要與汽車實際駕駛工況相結合，從多種工況入手，故有必要基于中國工況開展能夠反映實際道路噪聲水平的多工況車外噪聲測量方法試驗方案研究。

1 多工況噪聲

中國工況中的數據采集包括汽車的GPS 信息(車速和位置)、動力總成信息(轉速和扭矩等)、環境信息(溫度、大氣壓力等)，這使得在噪聲測量工況的研究中研究如車速、擋位等相關參數成為可能。

通過對GB/T38146.1－2019中的工況數據統計分析發現，中國汽車實際車速分布相比于ISO 更為分散，如圖1所示。車速在30 km/h～70 km/h的運行里程內比較集中，就運行時間而言，70 km/h 以下時間更長。相比于現行GB1495－2002 關注的全油門極端工況，中國工況的車速分布、時間分布均是真實駕駛情況的反映，是日常生活中常用的汽車工況。相比于ISO362－1:2007 中的50 km/h 工況點，雖然中國實際道路工況整體上具有車速分散但分區集中的特點[8]。

圖1 中國輕型汽車車速分布

圖2 和圖3 所示為中國輕型乘用車和商用車車速分布情況，其中低速、中速和高速分別對應GB/T38146 的1 部、2 部和3 部，由圖可見我國車速整體偏低。

圖2 中國工況中CLTC-P車速分布情況

圖3 中國工況中CLTC-C車速分布情況

起步、加速、勻速工況能夠覆蓋汽車整個駕駛過程中的不同駕駛行為。汽車起步階段踩踏油門后噪聲容易飆升，造成瞬間的噪聲污染，故起步噪聲應為汽車多工況噪聲的一部分。而駕駛過程中加速工況較多，加速過程中汽車輪胎噪聲、氣流噪聲增大，故需對加速噪聲進行管控。根據對中國工況中加速、減速、勻速工況的比例統計，結合圖1 至圖3 所示的車速分布可知，以70 km/h車速為分界點，在70 km/h以下加速工況為主要的駕駛工況，時間比例為35%左右，故加速工況下車速應不超過70 km/h。高速公路工況的噪聲是日常較嚴重的干擾噪聲，汽車在高速主要區間勻速行駛時，結合圖1 至圖3 可知，70 km/h 以上勻速時間比例約為63 %左右，故在70 km/h以上關注汽車的勻速噪聲。

基于起步、加速、勻速工況構造的噪聲測量方法即為多工況噪聲測量方法，能夠考察不同駕駛工況的噪聲水平，為噪聲管控提供更全面的方法支持。

2 試驗條件

2.1 試驗場地

測量場區尺寸及傳聲器布置如圖4所示。其中傳聲器離地高度應為1.2 m±0.02 m。

圖4 測量場地及測量區的布置

說明：

ls——加速連接段；

la——最小標準測量試驗行駛車道延伸長度。

2.2 起步工況

起步工況即汽車由靜止啟動狀態轉變為行駛狀態，表1 是中國工況中所采集的相關車型在車輛典型起步過程中起步升2 擋前的關鍵參數特征，起步過程中車速不超過30 km/h，在統計分析時以50%位分數作為統計下限，以99 %位分數作為統計上限。經試驗發現起步車速不穩定，轉速與是否換擋關系較大，易受駕駛員影響。總體上起步距離在15 m以上。

表1 起步過程關鍵參數分布

2.3 加速工況

根據圖1 至圖3，除去起步階段，加速工況車速范圍主要是在30 km/h～70 km/h內。加速工況下車速跨度大，需要通過轉速、擋位、車速等關鍵參數確定加速工況，為了實現對加速工況的全覆蓋，試驗車速應至少包含端點值30 km/h 和70 km/h，在此范圍內應再確定一個工況點，但是速度中值仍存在不確定性，該工況點既需要考慮實際駕駛常用車速，還應考慮到不同車速時的噪聲水平。從圖1 至圖3 可以看出40 km/h、50 km/h 的里程比例和時間比例高于60 km/h，故對40 km/h、50 km/h 車速點進行對比研究。試驗過程中的噪聲值、入線車速Vaa、出線車速Vbb、轉速、加速度如表2至表3所示。

表2 3擋加速時噪聲

表3 5擋加速時噪聲

表2至表3對應車型總擋位數為6擋，分別對40 km/h 和50 km/h 進行對比研究。由表可知50 km/h對應的噪聲值明顯高于40 km/h對應的噪聲水平，40 km/h時的噪聲特性與50 km/h相比，擋位、轉速等均無明顯差異，且試驗發現40 km/h時僅輪胎噪聲略有降低，所以無降速至40 km/h 的必要，可直接以50 km/h 作為加速噪聲測量的速度中值。所以加速噪聲的多工況噪聲車速點結合中國工況的統計數據可為30 km/h、50 km/h、70 km/h。

圖5 至圖7 是總擋位數分別為5、6、8 時的車輛加速工況的擋位分布情況，顯然不同車速下的擋位分布與汽車總擋位數相關。

圖5 5擋車加速工況擋位分布

圖6 6擋車加速工況擋位分布

圖7 8擋車加速工況擋位分布

2.4 勻速工況

高速勻速工況噪聲中輪胎噪聲仍是主要噪聲源。在不同油門開度下的加速噪聲試驗中通過限制扭矩的方式可以基本達到減小并穩定加速度的目的。為了實現整個車速區間的覆蓋，進行試驗時在高速區域應設置勻速工況。勻速工況下車速主要在80 km/h 以上，從圖2 和圖3 看出輕型乘用車高速區間更寬，在80 km/h～120 km/h的范圍內，車速里程、時間分布比例都很均勻。輕型商用車最高車速為100 km/h，但很明顯在80 km/h～90 km/h 的里程比例和時間比例均較高。

根據輕型汽車勻速行駛時噪聲源分布及考慮到對GB 1495的補充性，以及不同車型的動力性特征，輕型乘用車車速建議為：80 km/h、110 km/h；輕型商用車車速建議為80 km/h、90 km/h，其中90 km/h 和110 km/h 是基于中國工況統計的高概率速度點，該車速條件能夠實現對城區快速路工況（80 km/h）及高速公路工況的覆蓋。

3 工況設計

量化設計能保證噪聲測量方法的唯一性，在多工況噪聲測量中，控制汽車的車速、擋位、轉速等能保證測量方法的重復性和測量結果的一致性。通過對試驗條件的研究可知，起步、加速、勻速工況下試驗車輛轉速均應在額定轉速的80%以下，且各車型均可滿足此條件。

3.1 起步工況

進行起步工況試驗時，按照圖4所示場地，應將汽車參考點設置在PP′線前5 m處，并在該位置啟動汽車并開始試驗，汽車啟動后應盡可能均勻踩下加速踏板，直到汽車參考點通過PP′后5 m時再盡快松開踏板并結束試驗，所有車型都能夠在試驗距離內保持起步工況，進行起步噪聲試驗時應采用1 擋進行起步，并維持在1擋。

3.2 加速工況

加速工況試驗中車速分別為30 km/h、50 km/h、70 km/h，試驗時允許30 km/h、50 km/h有±1 km/h的偏差，70 km/h 有±2 km/h 的偏差。對于加速工況的擋位，根據圖5 至圖7 及相關試驗結果研究，試驗車速30 km/h、50 km/h、70 km/h 對應的擋位分布滿足一定的規律，經驗公式如表4 所示。但是個別試驗擋位還需要根據試驗情況進行調整。擋位計算結果不是整數時，對于不同車型，計算結果向上還是向下圓整情況不同。

表4 擋位分布經驗公式

根據表4 選擇相對應的擋位，測量過程中允許汽車換入更低、加速度更大的擋位，但不允許換入更高、加速度更小的擋位（汽車參考點通過BB′線后除外），汽車生產企業應確定參考點接近AA′線之前踩下加速踏板的預加速位置點。當汽車參考點到達AA′線時開始測量，并應盡可能均勻踩下加速踏板，直到汽車參考點通過BB′線時再盡快松開加速踏板，結束測量。

3.3 勻速工況

進行勻速工況試驗時輕型乘用車工況點為80 km/h、110 km/h；輕型商用車工況點為80 km/h、90 km/h，試驗時允許車速有±2 km/h的偏差。試驗車輛應處于可穩定行駛的最高擋位，試驗車輛從進入AA′線至最后端通過BB′線應保持勻速行駛。

4 試驗驗證

根據設計的工況，對起步、加速、勻速工況進行試驗驗證。記錄試驗車輛每次通過測量區的最大聲壓級，同側兩次最大聲壓級差值應不大于2 dB（A），對每一側兩次最大聲壓級進行算術平均，取兩側平均值中較大值作為最終結果。表5所示起步噪聲驗證結果為64.7 dB(A)，轉速未超過額定轉速的80%，擋位在試驗過程中保持在1擋。

表5 起步噪聲試驗結果

表6 是額定轉速為5 500 r/min 時某6 擋車的加速工況點驗證結果，車速均為50 km/h，擋位選擇分別為3 擋和4 擋，與表4 擋位分布經驗公式對應，兩種擋位下結果差別并不顯著。

表6 加速噪聲試驗結果

表7 是額定轉速為5 500 r/min 時某6 擋車勻速工況點驗證結果，試驗車輛從進入AA′線至最后端通過BB′ 線，在試驗中能夠保證車速穩定在80 km/h±2 km/h，擋位在6擋時車輛能夠穩定行駛。

表7 勻速噪聲試驗結果

5 結語

結合中國工況調查統計數據，基于數據分析及相關試驗結果，開展輕型汽車車外噪聲測量方法研究，提出輕型汽車起步、加速、勻速工況的多工況噪聲測量方法，并對所提出的測量方法進行論證，得出以下結論：

（1）基于中國工況調查統計數據的輕型汽車車外噪聲測量方法相比于單一工況的測量方法，更能反映實際駕駛工況下汽車的噪聲水平。

（2）汽車多工況可包含起步、加速、勻速工況，對應各工況提出噪聲測量方法更具針對性。

（3）起步噪聲的試驗工況不確定性較大，在制定相關試驗方法標準時需考慮該工況的不穩定性。

（4）加速噪聲試驗中車速所對應實際擋位與經驗公式的擬合結果存在差異，在制定相關試驗方法標準時需考慮擋位經驗公式與實際情況的差異性及其適用性。

（5）起步噪聲、加速噪聲測量方法的研究中還應進一步考慮轉速，以便獲得更好的測量重復性。