基于ISO 362—1:2007對M1類車的試驗研究

郭 勇 謝東明 張志波 王 星 張相杰

（中國汽車技術研究中心）

1 前言

長期以來，國際標準化組織ISO一直致力于汽車標準的研究。ISO 362道路車輛噪聲標準已成為世界各國噪聲法規制定的主要參考依據，其對汽車降噪領域的技術發展具有重要的推動作用[1]。我國正在實行的車外加速噪聲標準為GB 1495—2002《汽車加速行駛車外噪聲限值及測量方法》[2]，該標準的測試方法是參照ISO 362:1998[3]制定的。

目前，我國按照GB 1495—2002標準進行的測試都是在ISO 10844規定的路面上進行的，汽車在第2擋和（或）第3擋全油門下行駛，在麥克風前10 m的入線速度為50 km/h，由此產生的聲壓級是用第2擋或第3擋進行測試得到的結果，或用第2擋和第3擋進行測試得到的聲壓級的平均值。按照這個方法，多年來GB 1495—2002的限值已經從82 dB降到74 dB，雖然限值降低很多，但在相同時間、相同交通條件下，建筑物前的汽車噪聲卻沒有明顯降低。

出現這種情況的原因，一方面是因為GB 1495—2002不能很好地反映目前典型城市工況下的汽車噪聲；另一方面是由于允許使用花紋深度較低的輪胎，也使得測試結果進一步脫離了實際情況；再進一步分析是因為汽車發動機和變速器技術的發展使得GB 1495—2002中的技術設定不再滿足現有要求。該標準中的測試方法體現的是在車輛噪聲中動力總成占重要比重的情況，但是這種情況很少在城市工況中看到，并且輪胎產生的噪聲也已經明顯的被抑制了，所以必須實施一種能測試真實噪聲水平的新方法，這將對于指導政府政策和汽車生產商優化車輛噪聲起積極作用。因此，國際標準化組織于2007年推出了能反映真實城市交通噪聲狀況的ISO 362—1:2007[4]《M類和N類車外加速噪聲測量—工程方法》。

由于我國城市中M1類車所占比例很大，因此針對ISO 362—1:2007中對M1類車的規定進行了分析，并按照該標準的要求對M1類車進行了測試試驗。由于ISO 362—1:2007推出的時間較短，因此在測試過程中發現了一些模糊或需要說明的地方。為此，本文針對已發現的問題進行了列舉，并提出了完善該標準的建議。

2 加速行駛車外噪聲產生機理

加速行駛車外噪聲主要包括發動機、底盤、車身、汽車附件和電氣系統噪聲。當車輛低速行駛時，發動機噪聲是主要噪聲源，而隨著路面條件改善，車輛高速行駛時輪胎噪聲又成為了一個主要噪聲源[5]。

2.1 發動機噪聲

發動機噪聲按其機理可分為結構振動噪聲和空氣動力性噪聲。

2.1.1 結構振動噪聲

通過發動機外表面及與發動機外表面剛性連接件的振動向大氣輻射的噪聲稱為結構振動噪聲。根據發動機表面噪聲產生機理，結構振動噪聲又分為燃燒噪聲、機械噪聲和液體動力噪聲。燃燒噪聲是由于氣缸內周期性變化的壓力作用而產生的，與發動機的燃燒方式和燃燒速度密切相關；機械噪聲是發動機工作時各運動件之間及運動件與固定件之間作用的周期力、沖擊力、撞擊力所引起的，它與激發力的大小和發動機結構動態特性等因素有關；發動機中液體流動產生的力對發動機結構激振產生的噪聲稱為液體動力噪聲。

2.1.2 空氣動力性噪聲

空氣動力性噪聲直接向大氣輻射噪聲源，即由于空氣動力學的原因使空氣質點振動產生的噪聲?？諝鈩恿π栽肼暟ㄟM、排氣噪聲和風扇或風機噪聲。排氣噪聲是發動機的最大噪聲源，進氣噪聲次之。排氣噪聲由周期性排氣、渦流和空氣柱共鳴噪聲組成。

2.2 底盤噪聲

汽車底盤結構固體聲源產生的噪聲主要是傳動系噪聲和輪胎噪聲。傳動系噪聲頻率為400～2 000 Hz，其中齒輪傳動的機械噪聲是主要部分。齒輪噪聲以聲波向空間傳出的僅是一小部分，大部分則是變速器驅動橋的激振使各部分產生振動而變為噪聲。

按聲源的激勵性質不同，輪胎噪聲主要產生機理有以下幾類。

a. 氣流聲機理。隨著輪胎的滾動，在與路面接觸區，輪胎花紋溝內空氣不斷被吸入與擠出，由此形成“空氣泵”噪聲，這是橫向花紋的一種主要噪聲機理。此聲源為起伏變化的氣體，屬氣流噪聲。

b. 機械聲機理。由輪胎胎面花紋塊撞擊路面、輪胎結構的不均勻性及路面的不平性等因素激發機械噪聲，是光面胎及縱向花紋的主要噪聲源。

c. 濾波放大機理。輪胎與路面接觸處形成喇叭口幾何體，對上述噪聲起著濾波放大作用。

另外，輪胎胎面花紋溝與路面所圍管道內的空氣共振及輪胎花紋塊離開路面處形成的赫姆霍茲共振效應主要為袋狀溝的噪聲機理。

3 測試M1類車的標準要求

3.1 測試流程

噪聲測試流程見圖1。

3.2 測試前期準備

在進行測試前應按照式（1）～式（4）確定車輛的功率質量比PMR、目標加速度aurban和參考加速度awotref：

當PMR≥25時，

當PMR＜25時，

式中，Pn為發動機的額定功率；mt為測試質量。

3.3 測試擋位確定

在正式測試前要根據車輛各擋位全油門加速度來確定測試擋位，ISO 362—1:2007將車輛分為可鎖定傳動比和不可鎖定傳動比2種，2種擋位確定方法如下。

3.3.1 可鎖定傳動比

對于裝有可鎖定傳動比變速器的車輛，根據式（5）來確定各擋位的全油門加速度。在各擋位的加速度確定后，需按照標準中要求的方法進行選擋，選擋流程見圖2，圖2中awoti表示i擋的全油門加速度。

式中，l為不同參考點對應的車長。

3.3.2 不可鎖定傳動比

對于裝有不可鎖定傳動比變速器的車輛，如果用設備、裝置或某種方法可控制傳動比，則采用式（5）計算加速度；如果沒有用設備、裝置或某種方法來控制傳動比，則采用式（6）計算加速度。測試擋位采用常用的全自動擋。

3.4 記錄結果

在測試擋位確定后，就要確定車輛進線速度，以保證車輛在通過AA′線后10 m到達PP′線時速度為50±1 km/h。在擋位和進線速度都確定后即進行全油門加速和勻速測試。車輛每一側在各擋位至少測量4次，左、右兩側可同時或依次測量。記錄測試期間車輛每次通過AA′線和BB′線之間的最大“A”計權聲級。如果車輛同側連續4次測量結果差值不大于2 dB（A），4次測量結果將被用于車輛該側聲級最終結果的計算，允許去除無效結果。此外還要記錄 VAA′、VBB′、VPP′等數值。

3.5 得出最后結果

3.5.1 1個擋位測試

如果只用1個擋位進行測試，那么將上述測得的目標加速度aurban、測試加速度awottest、全加速噪聲Lwotrep及勻速噪聲 Lcrsrep代入式（7）和式（8）就能得出最后的噪聲值Lurban。

3.5.2 2個擋位測試

如果采用i和i+1兩擋進行測試，那么需要將得到的目標加速度aurban、參考加速度awotref、各擋位加速度 awoti和 awoti+1、兩擋全加速噪聲 Lwoti和 Lwot（i+1）、勻速噪聲 Lcrsi和 Lcrs（i+1）代入式（9）～式（12）和式（8），得出最后的噪聲值Lurban。

4 能鎖擋和不能鎖擋測試方法選取

按照 ISO 362—1:2007的要求對某 M1類車（定為1號車）進行測試，車輛性能參數及測試參數見表1。通過對樣車進行預測試發現，當用D擋行駛時變速器不能鎖擋，而用M擋行駛時變速器可以鎖擋。但ISO 362—1:2007中沒有明確說明此2種情況下分別按照哪種方法進行測試，因此針對這2種情況進行了測試。

表1 1號車性能參數及測試參數

根據選擋原則及各擋位的加速度得出，能鎖擋的測試方法采用4擋進行測試；不能鎖擋的測試方法采用D擋進行測試。2種測試結果分別見表2和表3。從表2和表3可知，2種測試方法的最后結果分別為69.8 dB和70.4 dB，兩者之間相差0.6 dB。

作為一個標準，它的測試方法應該具有唯一性，對于一輛樣車來說不能有2種測試方法及2種測試結果，因此標準中應該對這一點有明確的規定或說明，這也是標準中必須要完善的內容。

ISO 362—1:2007與ISO 362:1998相比最主要的區別是修訂后的標準更能體現城市工況下實際的駕駛情況，而ISO 362:1998只是反映全油門加速情況。

ISO 362—1:2007中M1類車的最后結果是通過將在參考加速度awotref下測得的結果和在勻速下測得的結果進行加權得到的，因此，遇到裝備有既能鎖擋也能不鎖擋變速器的車輛時應選擇加速度最接近參考加速度的擋位進行試驗。由表3可知，M4擋的加速度最接近參考加速度，因此這臺樣車應按照能鎖擋的測試方法進行測試，最后得出的結果為70.4 dB。

表2 1號車按不能鎖擋進行測試的結果

表3 1號車按能鎖擋進行測試的結果

按照上述原則對另一輛M1類車 （定為2號車）進行測試，車輛性能參數及測試參數見表4。由表4可知，M2擋的加速度最接近參考加速度，且根據選擋原則也應該用M2擋進行測試，測試結果見表5。

表4 2號車性能參數及測試參數

表5 2號車按能鎖擋進行測試的結果

5 能鎖擋測試方法的擋位選擇

1號車對于能鎖擋的測試方法來說具有一定的典型性，也反映出了選擋的一些問題。在測試過程中，由于3擋的加速度大于2.0 m/s2，因此要選擇4擋作為測試擋位。從這點來看，只要加速度大于2.0 m/s2的擋位就不用進行測試。通常情況下，用高、低兩擋進行測試得到的最終結果應該比只用高擋測試得到的結果要大，如果是這樣的話，生產廠商可能會利用這個規則通過某種措施降低車輛的噪聲結果，基于此就不應考慮加速度上限的問題而單純按照選擋規則進行測試，那么1號車就應采用3擋和4擋進行測試，測試結果見表6。

表6 1號車用3擋和4擋進行測試的結果

由表6可知，最后的測試結果為70.1 dB，這與只用4擋進行測試的最后結果只相差0.3 dB，可以說基本一致，這與上述通常情況不相符，但這樣的結果也說明了ISO 362—1:2007標準測試方法的合理性，即不會只因選擋時的差別而影響最后的結果。對于質量和發動機參數都確定的車輛，無論用哪個擋位進行測試最后的結果都基本相同，這是由測試方法和結果處理方法決定的。下面分別針對1個擋位測試和2個擋拉測試來說明原因。

圖3中的2條曲線與式（2）和式（4）相對應，而2個加速度均由PMR決定。由于每輛車的PMR是固定值，因此2個加速度也是固定的。aurban為車輛在城市工況部分負荷下行駛的加速度，awotref為全油門參考加速度，它不一定是某一個固定擋位的加速度。

當只用1個擋位進行測試時，只需要將全油門加速測得的聲壓級Lwotrep和勻速測得的聲壓級Lcrsrep通過式（7）和式（8）進行一次加權就可得出最后的噪聲結果，這個結果相當于用目標加速度aurban進行測試得到的結果，見圖4。

當用2個擋位進行測試時，先通過式（9）～式（12）將在i擋和i+1擋下測得的全加速聲壓級和勻速聲壓級進行加權分別得到Lwotrep和Lcrsrep，然后將這2個結果再通過式（8）和式（10）進行第2次加權，最后得到噪聲結果，這個結果相當于用目標加速度aurban進行測試得到的結果，見圖5。

由上述可知，無論用1個擋位還是用2個擋位進行測試，最后得到的結果都相當于用目標加速度進行測試的結果，由于1個樣車只有1個目標加速度，所以最后得到的結果肯定是一致的。

再以2號車為例，對采用M2擋和采用M2、M3擋進行測試的結果進行比較，采用M2和M3擋的測試結果見表7。對比表5和表7可知，2種測試的最后結果均為72.6 dB，這進一步驗證了ISO 362—1:2007測試方法的合理性。

表7 2號車用2擋和3擋進行測試的結果

6 M1類混合動力車輛的測試方法

ISO 362—1:2007中沒有單獨對混合動力車輛規定測試方法，標準中只提到取在測試區域內的最大聲壓級作為記錄的聲壓級，這表明該標準適用于混合動力車輛且測試方法沒有不同，但也沒有提到如何確定比功率中的額定功率，這對車輛的測試產生了不確定性。為確定比功率，參考了2011年2月ECE的GRB噪聲工作組會議上ISO的工程師提交的《對于ISO 362—1:2007標準的三年回顧》[6]文件中關于帶有2種或多種動力源汽車的附加技術說明。說明中明確提出，對于混合動力車輛，用于計算比功率的車輛功率是由電能和發動機的有效功率之和決定的。根據此確定車輛功率的技術方法，按照ISO 362—1:2007的要求對某混合動力車輛進行測試，車輛性能參數和測試參數見表8。

表8 某混合動力車輛性能參數及測試參數

由表8可知，雖然發動機和電機的功率分別為73 kW和51.5 kW，但廠家經測試得到的驅動系統最大功率為100 kW，而不是發動機功率和電機功率之和124.5 kW。按照上述技術說明，100 kW是電機和發動機的有效功率之和，因此計算比功率時就應該按功率為100 kW計算，得出比功率為63.3 kW/t，根據選擋原則用D擋進行測試，測試結果見表9。

表9 某混合動力車輛測試結果

7 M1和M2類跨類車的測試

目前我國許多生產廠都在生產M1和M2類跨類車，這類車的特點是除座位不同外其它如發動機、變速器等均相同，而且這類車的最大總質量均未超過3.5 t。對此類車進行測試可進一步了解其特點。

以我國生產的某跨類車為例進行測試。M1類樣車和M2類樣車的車輛性能參數及測試參數分別見表10和表11。從表10和表11可看出，2臺樣車除乘員數有差別外其它基本一致，而且按照ISO 362—1:2007的要求都是依據M1、N1及最大總質量小于3.5 t的M2類車中變速器能鎖擋的測試方法進行測試。根據選擋原則，M1類樣車用3擋進行測試，M2類樣車用3擋和4擋進行測試，測試結果分別見表12和表13。

表10 M1類樣車性能參數及測試參數

表11 M2類樣車性能參數及測試參數

表12 M1類樣車的測試結果

表13 M2類樣車的測試結果

從表12和表13可知，M1類樣車的最后測試結果為74.2 dB，而M2類樣車的最后測試結果為72.5 dB。由于這2臺車的額定功率是一樣的，而M2類樣車的測試質量比M1類樣車的大，因此M2類樣車的比功率比M1類樣車的小，與比功率相對應的目標加速度也比M1類樣車的小。在進行試驗時，質量相近且發動機和變速器等主要參數相同車輛的目標加速度越小得到的噪聲就越小。因此，目標加速度小的M2類車最后的噪聲要比M1類車的小，這個分析結果與測試結果相一致，再次證明了前述分析的正確性。通過該測試可得出，對于M1和M2類的跨類車，M1類車的最后噪聲結果比M2類車要大。

8 結束語

a. 對配備了既能鎖擋也能不鎖擋的變速器的M1類車，因ISO 362—1:2007中并沒有明確說明按哪種方法測試，此時應采用最接近參考加速度的擋位進行測試。

b. 對于能鎖擋的M1類車，按照ISO 362—1:2007中M1類車的試驗方法，一臺樣車最后得出的測試結果相當于用目標加速度進行測試得到的結果。

c.對于M1類混合動力車輛，應依據ISO在2011年提出的關于該標準的附加說明確定功率。

d. 對M1和M2類跨類車的測試發現，M1類車的噪聲最后測試結果一般均比M2類車的大，這也與對ISO 362—1:2007的分析結果相一致。

1 邱彬，謝東明，靳旗，等.ISO 362—1:2007與ISO 362:1998標準的差異分析及測試結果對比.汽車工程，2010，32（4）:363～368.

2 國家環境保護總局，國家質量監督檢驗檢疫總局.GB 1495—2002汽車加速行駛車外噪聲限值及測量方法.北京：中國環境科學出版社，2002.

3 國際標準化組織技術委員會.ISO 362：1998 Measurement of Noise Emitted by Accelerating Road Vehicles——Engineering Method.1998.

4 國際標準化組織技術委員會.ISO 362—1：2007 Measurement of Noise Emitted by Accelerating Road Vehicles——Engineering Method–Part 1:M and N categories.2007.

5 魯春艷.車外噪聲控制技術的研究現狀及發展趨勢.上海汽車，2007（1）:40～43.

6 Information for GRB Regarding the ISO 3－year Review of ISO 362—1:2007.GRB－53－03，2011.