基于FMVSS 141的電動車輛低速提示音試驗研究

摘要：新能源汽車純電動模式低速行駛工況下車外噪聲較小，不易察覺，存在交通安全隱患，因此汽車低速提示音系統應運而生。對比了世界范圍內具有代表性的汽車低速提示音標準或法規的差異，闡述了FMVSS 141的技術要求和試驗方法，并以某純電動多用途乘用車為研究對象，依據FMVSS 141對其提示音進行測試，介紹了測試數據的處理和結果分析。研究結果對后續開展該試驗具有一定指導意義。

關鍵詞：電動車輛；低速提示音；性能要求；試驗方法

中圖分類號：U46972 收稿日期：2024-04-17

DOI：1019999/jcnki1004-0226202407030

1 前言

與傳統燃油車相比，混動及純電動車輛在低速下行駛時，車外噪聲較低。為了降低車輛與行人碰撞的風險，尤其是對盲人和視障人士，美國、日本、歐盟、中國等相繼出臺了相關法規，要求在具有純電動行駛模式的汽車上，配備能夠在車輛低速行駛時，發出警示、提示音的裝置，以提高車輛辨識度，減小和其他道路使用者發生交通事故的幾率[1]。

截至目前，國內關于低速提示音的研究文獻主要還是圍繞UN ECE R138《針對安靜道路行駛車輛可聽度降低的要求》[2]和GB/T 37153—2018《電動汽車低速提示音》[3]。夏小均等[4-5]依據UN ECE R138中對電動汽車低速提示音的要求分別在室內和室外環境條件下進行了試驗研究。蘇星溢等[6]依據GB/T 37153—2018《電動汽車低速提示音》組織實施了場地試驗，分析了聲級限值和頻率數據，為同行試驗研究提供了參考。謝東明等[7]以電動汽車低速提示音的國家標準為基礎，圍繞標準適用范圍、發聲的車速范圍、暫停開關、背景噪聲及測量方案、數據處理、倒車提示音等技術細節，結合驗證試驗進行了詳細的解析。然而鮮有文獻對FMVSS 141《混動及電動車輛最低聲音要求》[8]的測試研究進行介紹。本文以某純電動多用途乘用車為研究對象，介紹FMVSS 141的技術要求及測試要求，并對低速提示音的采集結果進行分析，為開展FMVSS 141試驗提供參考。

2 試驗要求介紹

針對汽車低速提示音系統，各國或地區根據各自的技術路線，制定了相應的法規或標準。與UN ECE R138和GB/T 37153—2018標準相比，FMVSS 141在試驗場地、測量方向性、響應車速范圍及數據處理要求等方面均存在明顯差異，具體如表1所示。

21 技術要求

FMVSS 141規定每輛混合動力和電動汽車在怠速、倒車和車速在0～32 km/h時，必須通過提供必要的聲音級別和聲音特性使這些車輛能夠被行人識別。即其低速提示音必須滿足四頻帶提示音的性能要求或二頻帶提示音的性能要求。

a四頻帶提示音的性能要求。

在標準指定的車速條件下運行時，車輛發出的提示音必須在315～5 000 Hz之間有4個不相鄰的1/3倍頻帶，每個倍頻帶的加權聲壓級至少達到規定的最低聲級要求，并且在315～5 000 Hz的范圍內跨越至少9個1/3倍頻帶。

b二頻帶提示音的性能要求。

在標準指定的車速條件下運行時，車輛發出的提示音必須在315～5 000 Hz之間有2個不相鄰的1/3倍頻帶，每個倍頻帶的加權聲壓級至少達到規定的最低聲級要求，并在315～3 150 Hz之間跨越至少3個1/3倍頻帶。

符合標準最低要求的兩個頻帶中的一個應是315～800 Hz頻帶中聲壓級最高的頻帶，另一個是1 000～3 150 Hz頻帶中聲壓級最高的頻帶。如果最高頻帶是800 Hz和1 000 Hz頻帶，則檢查兩個范圍內的第二高的頻帶，如果它符合所有其他要求，則可以使用。用于滿足2個頻帶最小聲壓級要求的頻帶，還應滿足對應頻帶總和要求。

除應滿足四頻帶或二頻帶提示音的性能要求外，每輛車還必須滿足不同車速的相對音量變化，如表2所示。

22 測試方法

實車試驗可以分為5個測試系列，即靜止、倒車、10 km/h勻速通過測試、20 km/h勻速通過測試和30 km/h勻速通過測試。靜止狀態的怠速試驗，麥克風的布置位置如圖1所示，CC'線上的麥克風用于車輛低速提示音的方向性測量。與UN ECE R138和GB/T 37153—2018標準不同的是，FMVSS 141中的倒車狀態下的低速提示音的測量，樣車處于靜止狀態，無需運行，圖2為倒車試驗測試示意圖。10 km/h、20 km/h和30 km/h勻速通過試驗中，其車速分別為（11±1）km/h、（21±1）km/h和（31±1）km/h。

對于試驗道路和試驗氣象條件的要求，美標、歐標和國標是一致的。5個測試系列的測試過程基本相同，大致可分為以下8步：a試驗環境確認；b樣車準備；c試驗前背景噪聲測量；d執行測試過程并收集聲學數據；e試驗后背景噪聲測量；f數據排除，確定最大聲壓級波動在2 dBA范圍內的前4個有效測試；g比較測試車輛左側和右側的平均總體聲壓級，確定數值更低的一側；h選擇更安靜一側的1/3倍頻帶，評估測試結果的符合性。

3 試驗結果與分析

試驗選取某品牌純電動多用途乘用車，試驗過程最大風速33 m/s，氣溫138～151 ℃，樣車試驗質量為整備質量加180 kg。

31 四頻帶或二頻帶提示音的性能要求結果分析

5個測試系列的試驗結果分析，唯一的區別在于靜態怠速試驗多一個方向性測試的數據分析，但其分析過程基本一樣并無特殊之處，為避免贅述，下面以靜態試驗工況為例進行結果分析介紹。

按FMVSS 141中靜態試驗工況進行試驗，排除在測試過程中因突然出現任何明顯、短暫、響亮的干擾聲音導致的無效測試，選取總聲壓級波動值在20 dBA以內的前4次有效測試結果，和試驗前后采集的背景噪聲填入表3中。計算得左側（駕駛員側）平均總聲壓級（環境校正）為567 dBA，右側（乘客側）平均總聲壓級（環境校正）為571 dBA，左側較右側安靜，故選擇左側的環境校正后的1/3倍頻帶聲壓級數據進行四頻帶或二頻帶提示音的性能分析。

左側4次有效測試的1/3倍頻帶聲壓級如表4中所示，滿足標準要求的最小聲壓級的4個不相鄰的1/3倍頻帶，最多跨越7個1/3倍頻帶，因此不符合四頻帶提示音的性能要求。

根據二頻帶提示音的性能要求，在315～800 Hz頻帶中聲壓級最高的頻帶是800 Hz，因此選取聲壓級的第二高頻帶400 Hz，其聲壓級為448 dBA，在1 000～3 150 Hz頻帶中聲壓級最高的頻帶是1 250 Hz，其聲壓級為539 dBA，均大于所選頻帶要求的最小聲壓級400 dBA，如表5所示。400 Hz到1 250 Hz跨越6個1/3倍頻帶，符合跨越至少3個1/3倍頻帶的要求。按照式（1）計算所選的兩個1/3倍頻帶的頻帶總和，為544 dBA，大于標準要求的最小聲壓級440 dBA的要求，滿足二頻帶提示音的性能要求。

[Band Sum=10log10i=1210（SPLi/10）]&794db709396b69fae2d277d91dc0a7dfe37ae8c623a874917f3db93102350601nbsp; （1）

32 相對音量變化結果分析

為了增強道路參與者對不同車速下的警覺，FMVSS 141要求車輛在不同運行速度區間，其提示音的相對音量應發生變化，即每間隔10 km/h的車速，相對音量變化應至少間隔3 dB。相對音量變化通過歸一化頻帶和來計算，運算公式如下：

[Normalized Band Sum=10log10i=11310NormalizedBandLeveli10] （2）

以靜態試驗工況為例，進行頻帶歸一化運算，即用左側平均校正后的13個1/3倍頻帶聲壓級對應減去FMVSS 141中要求的最小聲壓級，所得結果見表6。然后按照式（2）計算靜態試驗的歸一化頻帶和，結果為156 dB。本次試驗中10 km/h（11±1）km/h勻速通過工況測得歸一化頻帶和為172 dB，20 km/h（21±1）km/h勻速通過工況測得歸一化頻帶和為248 dB，30 km/h（31±1）km/h勻速通過工況測得歸一化頻帶和為296 dB。實測最小相對音量變化結果如表7所示，在靜態和10 km/h運行速度區間最小相對音量變化值為16 dB，小于最小相對音量變化值3 dB的要求，因此該試驗車輛的提示音不滿足標準對于相對音量變化的要求。

4 結語

FMVSS 141規定試驗只能在室外進行，采集的提示音性能表現更符合其實際運用場景，為保證測量的準確性對總聲壓級及1/3倍頻程聲壓級均需要進行環境校正。通過對某純電動多用途乘用車的提示音進行測試分析，驗證了試驗方法的可操作性，研究結果對于同行開展FMVSS 141相關試驗具有積極意義。

車輛在純電動模式下行駛時的低速提示音音色、頻率、聲級等聲音特性的聲品質依然是該領域重點研究的方向。同時，隨著汽車行業智能化的迅猛發展，基于車輛對行人的識別功能，提示音系統的定向警示，避免在無人區域的噪聲污染或也將是下一代提示音系統的發展方向。

參考文獻：

[1]曹麗娟，謝東明，彭偉強，等電動汽車低速提示音相關標準法規對比研究[J]中國汽車，2021（9）：23-29

[2]United Nations Economic Commission for EuropeUniform provisions concerning the approval of Quiet Road Transport Vehicles with regard to their reduced audibility（QRTV）：R13801[S]

[3]全國汽車標準化技術委員會GB/T 37153—2018 電動汽車低速提示音[S]北京：中國標準出版社，2018

[4]夏小均，張勇，陳德兵電動客車低速提示音室外測量研究[J]客車技術與研究，2021，43（4）：52-54+57

[5]夏小均，陳德兵電動汽車低速提示音室內測試分析[J]公路與汽運，2021（2）：12-15

[6]蘇星溢，陳雄，廖亞兵電動汽車低速提示音發展研究及試驗實施[J]汽車實用技術，2021，46（14）：39-42

[7]謝東明，陸春，石謝達，等電動汽車低速提示音標準疑難點解析[J]汽車科技，2022（3）：2-9

[8]Office of the Federal Register， National Archives and Records Administration Minimum Sound Requirements for Hybrid and Electric Vehicles：49 CFR § 571141-Standard No141[S]

作者簡介：

陳昌乾，男，1990年生，工程師，研究方向為整車性能測試與評價。