謝東明,溫泉,梁榮亮,王星,張志國
(中國汽車技術(shù)研究中心,天津 300162)
2007 年,加速行駛車外噪聲測(cè)量新方法ISO 362-1:2007道路車輛加速行駛車外噪聲測(cè)量—工程法[1],ECE R51有關(guān)對(duì)四輪以上汽車就其噪聲排放認(rèn)證的統(tǒng)一規(guī)定—方法B推出[2],相應(yīng)的國標(biāo)GB 1495-20XX汽車加速行駛車外噪聲限值及測(cè)量方法也正在修訂中[3],計(jì)劃將于2013―2014年頒布。
新試驗(yàn)方法,對(duì)于乘用車參考點(diǎn)通過試驗(yàn)場(chǎng)地中點(diǎn)的速度,商用車參考點(diǎn)駛離測(cè)試區(qū)域時(shí)刻的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、車速均有更嚴(yán)格的規(guī)定[4]。目前,用于GB1495-2002噪聲測(cè)試的傳統(tǒng)試驗(yàn)方法無法滿足新試驗(yàn)方法的要求,國內(nèi)部分汽車檢測(cè)機(jī)構(gòu)與整車廠商利用專業(yè)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行汽車加速行駛車外噪聲測(cè)試,但試驗(yàn)過程繁瑣,且測(cè)試系統(tǒng)攜帶不便、裝卸耗時(shí)耗力,與國內(nèi)強(qiáng)制認(rèn)證試驗(yàn)和出口認(rèn)證試驗(yàn)項(xiàng)目量大且經(jīng)常需要轉(zhuǎn)換于國內(nèi)幾大試驗(yàn)場(chǎng)的實(shí)情不相適應(yīng)。
本文將提供一種方便、快捷、適應(yīng)性強(qiáng)的加速行駛車外噪聲快速試驗(yàn)方法,以滿足ISO 362-1:2007、ECE R51-03系列以及最新的GB1495草案所述的試驗(yàn)方法新要求[5],為國內(nèi)各大汽車檢測(cè)機(jī)構(gòu)與整車廠商汽車加速行駛車外噪聲新試驗(yàn)的開展提供參考。
ISO 362-1:2007、ECE R51-03系列以及最新的GB1495草案,對(duì)于乘用車試驗(yàn)方法要求如下:
適用于M 1、N 1、以及M 2 ≤3 500 kg(最大總質(zhì)量)類車輛,需要進(jìn)行全油門加速噪聲試驗(yàn)與勻速噪聲試驗(yàn);
需依據(jù)車輛各檔位加速性能,確定噪聲試驗(yàn)時(shí)選用的試驗(yàn)檔位,所用試驗(yàn)檔位的加速度值應(yīng)盡可能接近車輛參考加速度值awotref,且不超過3.0 m/s;
加速噪聲試驗(yàn)與勻速噪聲試驗(yàn)時(shí),均需保證車輛參考點(diǎn)通過試驗(yàn)場(chǎng)地中線PP′線時(shí)的試驗(yàn)車速vtest(vPP')在50 km/h±1 km/h范圍內(nèi),加速延遲車輛需進(jìn)行預(yù)加速,以保證車輛試驗(yàn)過程中獲取均衡的加速度值;
依據(jù)選定檔位的加速試驗(yàn)噪聲結(jié)果、相應(yīng)檔位加速度值以及勻速試驗(yàn)噪聲結(jié)果,加權(quán)獲取噪聲試驗(yàn)最終結(jié)果。
適用于N 2、N 3、M 2>3 500 kg(最大總質(zhì)量)、M 3類車輛,僅需要進(jìn)行加速噪聲試驗(yàn);
車輛參考點(diǎn)駛離試驗(yàn)場(chǎng)地BB′線時(shí),車速VBB'應(yīng)控制在35±5 km/h范圍內(nèi),發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速nBB'應(yīng)控制在70~74%發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速(N 2、M 2>3 500 kg類車輛)或85~89%發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速(N 3、M 3類車輛);
需依據(jù)目標(biāo)車速VBB'、轉(zhuǎn)速nBB'控制條件確定試驗(yàn)檔位;
單一檔位試驗(yàn)時(shí),該檔位噪聲試驗(yàn)結(jié)果即為最終試驗(yàn)結(jié)果,采用兩個(gè)檔位試驗(yàn)時(shí),取兩個(gè)檔位噪聲試驗(yàn)均值作為最終試驗(yàn)結(jié)果。
結(jié)合以上試驗(yàn)新方法特點(diǎn),通過2009年至2012年,約80臺(tái)M 1、M 2、M 3、N 1、N 2、N 3各類樣車的加速行駛車外噪聲試驗(yàn),總結(jié)出關(guān)于乘用車與商用車加速行駛車外噪聲快速試驗(yàn)的優(yōu)化試驗(yàn)流程。
乘用車加速行駛車外噪聲試驗(yàn)新方法的開展,需按照以下四個(gè)步驟進(jìn)行:
采用車載信號(hào)測(cè)試模塊測(cè)量整車速度、加速度、位移、油門踏板開啟時(shí)刻信號(hào),獲取各檔位的加速性能及加速延遲時(shí)間;
通過對(duì)上述信號(hào)分析與后處理,依據(jù)法規(guī)要求,初步確定試驗(yàn)所需檔位、試驗(yàn)所需入線速度及預(yù)加速距離;
依據(jù)初步確定的試驗(yàn)檔位、入線速度、預(yù)加速距離,進(jìn)行噪聲試驗(yàn),采用車載信號(hào)測(cè)試模塊記錄噪聲試驗(yàn)過程中的所有車載信號(hào),采用聲級(jí)計(jì)記錄汽車通過試驗(yàn)場(chǎng)地過程中的聲壓級(jí);
依據(jù)噪聲試驗(yàn)過程中,車載信號(hào)測(cè)試模塊獲取的車速、加速度、位移、參考點(diǎn)通過試驗(yàn)場(chǎng)地各點(diǎn)時(shí)刻等車載信號(hào)判定試驗(yàn)過程是否滿足標(biāo)準(zhǔn)要求,并結(jié)合聲級(jí)計(jì)所測(cè)各檔位加速、勻速噪聲測(cè)量值,加權(quán)獲取試驗(yàn)最終結(jié)果。
商用車加速行駛車外噪聲試驗(yàn)新方法的開展,需按照以下四個(gè)步驟進(jìn)行:
采用車載信號(hào)測(cè)試模塊測(cè)量整車速度、加速度、位移、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào),并獲取各檔位車速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)關(guān)系;
通過對(duì)上述車載信號(hào)分析與后處理,依據(jù)法規(guī)要求,初步確定試驗(yàn)檔位、試驗(yàn)所需入線速度及入線發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速;
依據(jù)初步確定的試驗(yàn)檔位、入線速度、入線發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,進(jìn)行噪聲試驗(yàn),采用車載信號(hào)測(cè)試模塊記錄噪聲試驗(yàn)過程中的所有車載信號(hào),采用聲級(jí)計(jì)記錄汽車通過試驗(yàn)場(chǎng)地過程中的聲壓級(jí);
依據(jù)噪聲試驗(yàn)過程中,車載信號(hào)測(cè)試模塊獲取的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、車速、加速度、位移、參考點(diǎn)通過試驗(yàn)場(chǎng)地各點(diǎn)時(shí)刻等車載信號(hào)判定試驗(yàn)過程是否滿足標(biāo)準(zhǔn)要求,并結(jié)合聲級(jí)計(jì)所測(cè)各檔加速度噪聲測(cè)量值,獲取試驗(yàn)最終結(jié)果。
3.1.1 傳統(tǒng)簡(jiǎn)易設(shè)備面臨的問題
目前用于加速行駛車外噪聲國內(nèi)強(qiáng)制認(rèn)證試驗(yàn)與出口認(rèn)證試驗(yàn)的傳統(tǒng)設(shè)備主要有速度計(jì)、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表、聲級(jí)計(jì)、聲校準(zhǔn)器、氣象設(shè)備等。其各種設(shè)備之間,均采用獨(dú)立采集信號(hào)的方式,不能實(shí)時(shí)、同步采集,難以將車載信號(hào)集成,也不具備后處理能力。
由于其不能對(duì)預(yù)加速距離、起始加速時(shí)刻及入線速度、車輛各檔位縱向加速度均值、車輛參考點(diǎn)在試驗(yàn)場(chǎng)地中相對(duì)位置及對(duì)應(yīng)車速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與車速對(duì)應(yīng)關(guān)系等參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確記錄,所以難以滿足試驗(yàn)要求。
3.1.2 專業(yè)測(cè)試系統(tǒng)面臨的問題
國內(nèi)各大汽車檢測(cè)機(jī)構(gòu)與整車廠商使用的各型專業(yè)測(cè)試系統(tǒng),可實(shí)時(shí)、同步采集各種車載信號(hào),同時(shí)通過地面上的測(cè)試模塊,確定車輛在試驗(yàn)場(chǎng)地中的相對(duì)位置、車速、噪聲等信號(hào),并采用無線傳輸?shù)姆绞綄?shí)現(xiàn)車載信號(hào)與地面信號(hào)的集成,可滿足ISO 362-1:2007、ECER 51-03系列以及最新的GB 149 5草案試驗(yàn)新方法的測(cè)試要求。
但由于此類系統(tǒng)價(jià)格高達(dá)百萬;且構(gòu)成復(fù)雜,需要3名工作人員連續(xù)工作2 h左右方可完成測(cè)試系統(tǒng)的安裝調(diào)試;場(chǎng)地適應(yīng)性較差,測(cè)速雷達(dá)、光電信號(hào)發(fā)射與接收器、傳聲器與地面的數(shù)據(jù)采集器之間多采用有線連接,而國內(nèi)主要的幾大試驗(yàn)場(chǎng)噪聲試驗(yàn)路面均與性能路、強(qiáng)化路、綜合路等其他道路共存,測(cè)試系統(tǒng)難以找到合適的安裝位置。其較低的試驗(yàn)效率與國內(nèi)強(qiáng)制性認(rèn)證試驗(yàn)的巨大試驗(yàn)量不相適應(yīng)。
針對(duì)傳統(tǒng)簡(jiǎn)易測(cè)試設(shè)備不能集成車載信號(hào)的缺陷,以及復(fù)雜測(cè)試系統(tǒng)面臨的成本高昂、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、場(chǎng)地適應(yīng)性較差、試驗(yàn)效率較低等方面的不足,結(jié)合推薦使用的試驗(yàn)流程,在現(xiàn)有設(shè)備基礎(chǔ)上,整合出一套滿足ISO 362-1:2007、ECE R51-03系列以及最新的GB1495草案試驗(yàn)方法的快速測(cè)量系統(tǒng)。
汽車加速行駛車外噪聲快速測(cè)量系統(tǒng)包括車載信號(hào)測(cè)試模塊與噪聲聲壓級(jí)測(cè)試模塊兩部分組成,既能夠滿足相關(guān)最新標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)對(duì)于車輛試驗(yàn)工況的較高要求,又能快速完成測(cè)試任務(wù)。如表1所示,快速測(cè)量系統(tǒng)使用的主要設(shè)備。
快速測(cè)量系統(tǒng)中,車輛速度、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、相對(duì)位置、縱向加速度、油門踏板狀態(tài)等車輛參數(shù)均采用VOBX數(shù)據(jù)采集器同步采集、并集成存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)或SD存儲(chǔ)卡中,用于后處理。噪聲信號(hào)則通過聲級(jí)計(jì)測(cè)定;可從聲級(jí)計(jì)直接獲取噪聲試驗(yàn)結(jié)果,也可將噪聲信號(hào)存儲(chǔ)于SD卡或計(jì)算機(jī)中,用于后處理。
如圖1所示,為整個(gè)快速測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。整個(gè)系統(tǒng)一人便可攜帶,采用本文推薦的試驗(yàn)優(yōu)化流程,從儀器安裝、調(diào)試到試驗(yàn)完成拆卸儀器,乘用車試驗(yàn)總共需要3人(含駕駛?cè)藛T)工作1.5 h,商用車試驗(yàn)僅需1 h左右,適合目前國內(nèi)強(qiáng)制性認(rèn)證試驗(yàn)的較大工作量,以及試驗(yàn)設(shè)備在試驗(yàn)場(chǎng)地間的頻繁轉(zhuǎn)換。
3.3.1 轉(zhuǎn)速測(cè)量實(shí)施方案
如圖1所示,轉(zhuǎn)速測(cè)量過程中,采用RPM 8000 PRO型發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表通過探測(cè)汽車直流電路中的電壓波動(dòng)頻率通過數(shù)字脈沖信號(hào)(TTL)的模式輸入FMI 03型頻率輸入模塊的頻率,并在FMI 03型頻率輸入模塊中調(diào)理為RPM信號(hào)(revolutions per minute),最終將RPM信號(hào)通過CAN線輸入車載的VBOX數(shù)據(jù)采集器中,單位r/min。
表1 加速行駛車外噪聲快速測(cè)量系統(tǒng)設(shè)備列表Tab 1.Test equipments of fast measuring system for noise emitted by accelerating motor vehicles
3.3.2 速度、加速度、位移信號(hào)測(cè)量實(shí)施方案
速度、加速度、位移信號(hào)測(cè)量均通過GPS天線與VBOX數(shù)據(jù)采集器內(nèi)置的GPS Engine組合接收衛(wèi)星信號(hào)獲得,速度、位移等常用信號(hào)都可以實(shí)時(shí)顯示在數(shù)據(jù)采集器的顯示器上。
3.3.3 油門踏板開啟時(shí)刻測(cè)量實(shí)施方案
油門踏板開啟時(shí)刻測(cè)量,將油門踏板觸發(fā)器的觸發(fā)端放平,貼于油門踏板上表面。當(dāng)踩下油門時(shí),油門踏板觸發(fā)器觸發(fā)端因受到擠壓而聯(lián)通電路,輸出端輸出電壓信號(hào)從0 v升至5 v,此時(shí)刻被視為油門踏板開啟時(shí)刻,并通過DIG I/O通道輸入VBOX車載數(shù)據(jù)采集器。
3.3.4 車輛參考點(diǎn)相對(duì)位置測(cè)量實(shí)施方案
整車參考點(diǎn)相對(duì)位置測(cè)量,采用光柵信號(hào)觸發(fā)器、反光標(biāo)識(shí)組成。車輛行駛過程中,整車速度、加速度、位移信號(hào)一直被VBOX車載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄,將反光標(biāo)識(shí)貼于試驗(yàn)場(chǎng)地起點(diǎn)、中點(diǎn)、終點(diǎn)地面位置,對(duì)整車參考點(diǎn)進(jìn)出試驗(yàn)場(chǎng)地各重要位置時(shí),輸出的電壓信號(hào)從0V升至5V,對(duì)此時(shí)刻進(jìn)行標(biāo)記,便可準(zhǔn)確獲取車輛參考點(diǎn)在試驗(yàn)場(chǎng)地中的相對(duì)位置以及對(duì)應(yīng)的速度、加速度等信息。
3.3.5 車載信號(hào)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與后處理實(shí)施方案
發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,車輛速度、加速度、位移,油門踏板開啟時(shí)刻,車輛參考點(diǎn)在試驗(yàn)場(chǎng)地中的相對(duì)位置等信號(hào)均可通過計(jì)算機(jī)的RS 232接口進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。也可通過RS 232接口實(shí)時(shí)記錄、存儲(chǔ)VBOX車載數(shù)據(jù)采集器采集的所有車載信號(hào)。
圖1 加速行駛車外噪聲快速測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Sketch map of the frame work of fast measuring system for noise emitted by accelerating motor vehicles
3.3.6 噪聲信號(hào)采集實(shí)施方案
記錄汽車加速或勻速行駛通過試驗(yàn)場(chǎng)地過程中的最大A計(jì)權(quán)聲壓級(jí),作為噪聲測(cè)量結(jié)果。可通過傳聲器、前端放大器和內(nèi)置數(shù)據(jù)采集器組合而成的LA-5560型1級(jí)精度聲級(jí)計(jì)直接獲取。聲級(jí)計(jì)時(shí)間計(jì)權(quán)特性設(shè)置為FAST檔位,頻率計(jì)權(quán)特性設(shè)置為A計(jì)權(quán),采樣頻率間隔設(shè)置為10 ms。
目前,已經(jīng)采用汽車加速行駛車外噪聲快速試驗(yàn)方法依據(jù)ISO 362-1:2007、ECE R51-03系列以及最新的GB1495草案進(jìn)行了約80臺(tái)樣車的加速行駛車外噪聲試驗(yàn)。車輛種類涵蓋了:M 1、M 2、M 3、N 1、N 2、N 3類車型,并進(jìn)行了電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車等新能源汽車的加速行駛車外噪聲試驗(yàn)。以某型乘用車為例,簡(jiǎn)要驗(yàn)證快速試驗(yàn)方法的可行性和快捷性。
依據(jù)推薦試驗(yàn)流程,采用加速行駛車外噪聲快速測(cè)量系統(tǒng)對(duì)表2所述樣車進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。
首先,采用車載信號(hào)模塊記錄各檔位加速過程的油門踏板開啟時(shí)刻、速度、位移信息,并以此計(jì)算出2檔加速度值約為1.49 m/s2,3檔加速度值約為0.99 m/s2,加速延遲時(shí)間約為0.3 s,其加速延遲情況詳見圖2;
表2 某樣車試驗(yàn)相關(guān)信息Tab.2 Information of the tested vehicle
圖2 樣車加速延遲情況(縱向加速度值為加速度與重力加速度g的比值,為無量綱值)Fig 2 The acceleration delay condition of vehicle(the longitudinal acceleration is the ratio of the acceleration of gravity,with no dimension)
第二步,通過分析各檔位加速度值,以及加速曲線初步確定試驗(yàn)應(yīng)在2、3兩個(gè)檔位進(jìn)行,入線速度應(yīng)分別為46.0 km/h、47.1 km/h,通過對(duì)加速延遲時(shí)間與速度的綜合計(jì)算,獲取加速延遲距離約為4 m;
第三步,采用選定的2、3檔,以對(duì)應(yīng)入線速度及4 m的預(yù)加速距離進(jìn)行噪聲試驗(yàn),并采用車載信號(hào)測(cè)試模塊記錄噪聲試驗(yàn)過程中的所有車載信號(hào),采用聲級(jí)計(jì)記錄汽車通過試驗(yàn)場(chǎng)地過程中的聲壓級(jí),加速噪聲試驗(yàn)結(jié)果如表3所示,勻速噪聲試驗(yàn)結(jié)果如表4所示;
最后,依據(jù)車載信號(hào)測(cè)試模塊獲取的信號(hào)判定,車輛參考點(diǎn)通過試驗(yàn)場(chǎng)地中點(diǎn)時(shí)的車速位于49.4~50.6 km/h范圍內(nèi),滿足標(biāo)準(zhǔn)50 km/h±1 km/h的要求。通過獲取的車速、位移信號(hào),并結(jié)合聲級(jí)計(jì)所測(cè)各檔位加速、勻速噪聲加權(quán)結(jié)果,獲取試驗(yàn)最終結(jié)果,Lurban=71.5 dB(A)。
但是實(shí)際使用過程中也發(fā)現(xiàn),加速行駛車外噪聲快速試驗(yàn)方法也存在部分問題,快速試驗(yàn)方法采用的測(cè)量系統(tǒng)主要用途還停留在滿足強(qiáng)制性認(rèn)證試驗(yàn)和符合性檢查的常規(guī)試驗(yàn)要求上。目前僅能集成所有車載信號(hào),無法像專業(yè)的聲學(xué)測(cè)試系統(tǒng)一樣,將聲學(xué)信號(hào)與所有車載信號(hào)進(jìn)行集成,難以獲取車輛工況與車輛聲學(xué)的準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)關(guān)系,在車輛NVH相關(guān)性能的開發(fā)方面存在一定局限性。
汽車加速行駛車外噪聲快速試驗(yàn)方法采用優(yōu)化的試驗(yàn)流程、整合現(xiàn)有的試驗(yàn)設(shè)備,以較低成本實(shí)現(xiàn)ISO 362-1:2007標(biāo)準(zhǔn)、ECE R51-03系列以及GB1495草案的快速試驗(yàn);
通過大量各型車輛噪聲試驗(yàn)驗(yàn)證,此快速試驗(yàn)方法適合于所有類型車輛;
此快速試驗(yàn)方法主要針對(duì)噪聲強(qiáng)制性認(rèn)證試驗(yàn)等常規(guī)試驗(yàn)項(xiàng)目,在研究車輛特定工況下的聲學(xué)性能等方面存在局限性,不能完全替代專業(yè)的聲學(xué)測(cè)試系統(tǒng);
目前國內(nèi)部分汽車制造商正在結(jié)合自身產(chǎn)品特點(diǎn),開發(fā)和研究專門用于商用車噪聲試驗(yàn)的快速試驗(yàn)方法,值得關(guān)注和借鑒;
ECE R51-03系列法規(guī)即將頒布實(shí)施,國內(nèi)各大檢測(cè)機(jī)構(gòu)、整車及相應(yīng)零部件制造商應(yīng)引起關(guān)注,完善試驗(yàn)?zāi)芰?,找到最適合的試驗(yàn)解決方案。
表3 加速車外噪聲值,單位(dB(A))Tab.3 Noise emitted by accelerating motor vehicles
表4 勻速車外噪聲值,單位(dB(A))Tab.4 Noise emitted by cruising motor vehicles
[1]國際標(biāo)準(zhǔn)化組織.ISO 362-1:2007 Measurement of noise emitted by accelerating road vehicles-engineering method-Part 1:M and N categories[S].2007.
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