沈林邦，譚 龍，王子龍，張 鑫，葉方標

(重慶車輛檢測研究院有限公司，電動汽車安全評價重慶市工業(yè)和信息化重點實驗室，重慶 401122)

電動汽車具有排放污染小、噪聲低的特點。噪聲低既是電動汽車優(yōu)點，又是其低速行駛時的缺點，因為在低速行駛時低的噪聲難以引起其他道路使用者尤其是行人的注意，從而帶來新的安全隱患。因此，美國、歐盟、日本等均推出針對電動汽車低速行駛提示音系統(tǒng)的法規(guī)[1-4]，我國也推出了相應(yīng)的標準GB/T 37153—2018《電動汽車低速提示音》[5]。電動汽車低速行駛提示音系統(tǒng)可以主動發(fā)出一定的聲音，主動提示行人及其他道路使用者，有效避免安全事故的發(fā)生[6-8]。

目前國內(nèi)外對于電動車低速提示音室外測量方法進行了一些研究[9-10]。但沒有文獻對標準GB/T 37153—2018中的室內(nèi)測量方法進行論述。本文介紹GB/T 37153—2018標準中室內(nèi)測量方法的技術(shù)要求和測量要求，在半消聲室內(nèi)對整車進行低速提示音測量及分析，并與標準限值進行對比。

1 低速提示音室內(nèi)試驗要求介紹

GB/T 37153—2018《電動汽車低速提示音》適用于M1和N1類的純電動汽車、具有純電動行駛模式的混合動力電動汽車以及燃料電池電動汽車。該標準分室外道路試驗和室內(nèi)消聲室試驗兩種方法，本文對其室內(nèi)消聲室試驗方法有關(guān)內(nèi)容進行介紹。

1.1 技術(shù)要求

標準規(guī)定了提示音系統(tǒng)的工作車速范圍應(yīng)至少包含大于0 km/h且小于或等于20 km/h?？紤]到聲音要能被各種年齡段的人很好識別，因此標準要求提示音系統(tǒng)所發(fā)出的聲音應(yīng)至少包含標準所規(guī)定的兩個1/3倍頻程，且至少有一個1/3倍頻程在1 600 Hz(含)以下。這兩個1/3倍頻程的最低聲級應(yīng)不低于對應(yīng)的聲級限值，同時車輛行駛時，提示音系統(tǒng)噪聲最大不應(yīng)超過75 dB(A)。

為了便于行人及其他道路使用者能夠明確地識別車輛的運行狀態(tài)，提示音系統(tǒng)應(yīng)具有模擬多普勒效應(yīng)功能，因此標準對聲音頻率偏移del-f有所要求，在5～20 km/h的速度范圍內(nèi)，頻移del-f應(yīng)滿足≥0.8%/(km/h)。標準中的頻移公式如下：

(1)

式中：fi,車速為給定車速值處的頻率；fi,參考為5 km/h或記錄的最低車速處的頻率；v試驗為實際車速或模擬車速，對應(yīng)于頻率fi,車速；v參考為參考車速或模擬車速，對應(yīng)于頻率fi,參考。

1.2 測試要求

在半消聲室中分別模擬車輛以10 km/h和20 km/h勻速前進及6 km/h倒車的運行狀態(tài)。前進狀態(tài)和倒車狀態(tài)的傳聲器布置分別如圖1(a)和圖1(b)所示。圖中的PP′位置到CC′線的距離為2.0 m±0.05 m，在地表面向上1.2 m±0.02 m，基準方向應(yīng)保持水平，并垂直指向車輛運行的CC′線。

(a) 前進狀態(tài)

標準規(guī)定，當(dāng)車輛以5～20 km/h范圍內(nèi)的速度前進時，提示音系統(tǒng)所發(fā)出的聲音至少有一個1/3倍頻程的頻率會隨車速的增加而變大，或隨車速減小而變小。故需進行頻移測試。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 背景噪聲測量

首先對用于試驗的半消聲室進行背景噪聲測量。測試背景噪聲時傳聲器的布置與其在車輛試驗中的位置保持一致，如圖1所示。測量未放置車輛時底盤測功機以及其他試驗設(shè)備發(fā)出的噪聲，測量時間為10 s。根據(jù)標準要求應(yīng)分別測試不同轉(zhuǎn)轂速度下的背景噪聲，本次試驗僅測量底盤測功機20 km/h時的半消聲室內(nèi)背景噪聲作為參考。因為理論上轉(zhuǎn)轂速度越高，其發(fā)出的噪聲越大。若小于20 km/h測試車速的提示音系統(tǒng)發(fā)出的噪聲總聲壓級高于此背景噪聲10 dB(A)以上和1/3倍頻程噪聲的均方根值，結(jié)果高于此背景噪聲相應(yīng)倍頻程6 dB(A)以上，則可以將此測試車速的測試結(jié)果作為最終結(jié)果；否則需要再分別測試各相應(yīng)轉(zhuǎn)轂車速的背景噪聲，作為相應(yīng)車速測試結(jié)果的判定或修正依據(jù)。通過數(shù)據(jù)采集器采集聲音信號，在20 km/h的背景噪聲測量的10 s時域內(nèi)，其最大值與最小值之間的波動在2 dB(A)以內(nèi)，滿足標準要求。

然后將傳聲器采集到的聲音信號傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理軟件進行FFT分析，并記錄1/3倍頻程噪聲頻譜的均方根值結(jié)果，如圖2中最下面兩條曲線所示。計算圖3中左右兩側(cè)背景噪聲的A級計權(quán)總聲壓級，可得左側(cè)總聲壓級為31.2 dB(A)，右側(cè)為27.3 dB(A)。依據(jù)標準要求，選取左右兩側(cè)傳聲器的A計權(quán)聲級最高值作為背景噪聲的最終結(jié)果，故背景噪聲的總聲壓級最終結(jié)果為31.2 dB(A)。

圖2 試驗車輛10 km/h室內(nèi)左右兩側(cè)噪聲測試結(jié)果

2.2 前進狀態(tài)低速提示音測量

前進狀態(tài)下試驗車輛及傳聲器布置如圖3所示。試驗時，每個車速狀態(tài)測量4次，每次測量時間為5 s，對采集到的聲音信號進行1/3倍頻程處理，統(tǒng)計各中心頻率的均方根值結(jié)果。依據(jù)標準要求，將左右兩邊測量結(jié)果中的最低值及最低值的1/3倍頻程頻譜作為最終的結(jié)果，并且總聲壓級需進行按照四舍五入原則就近取整。

圖3 前進狀態(tài)車輛與傳聲器布置圖

1) 10 km/h速度下傳聲器采集到提示系統(tǒng)聲音信號的總聲壓級右側(cè)為59 dB(A)，左側(cè)為61.0 dB(A)。選擇最低值右側(cè)59 dB(A)作為測量結(jié)果，高出前面參考背景噪聲(總聲壓級31.2 dB(A))10 dB(A)以上，滿足標準對總聲壓的要求。

另外，對比圖2中的參考背景噪聲和右側(cè)傳聲器測量每個1/3倍頻程噪聲的均方根值結(jié)果可知，提示音系統(tǒng)噪聲值均高于背景噪聲相應(yīng)倍頻程6 dB(A)以上，所以無需進行10 km/h背景噪聲的補測，也無需對測試結(jié)果進行修正。故10 km/h速度試驗最終測量結(jié)果為59 dB(A)，符合標準規(guī)定的高于52 dB(A)、低于75 dB(A)的要求。同時1 600 Hz以下高于標準限值的有6個倍頻程，1 600 Hz以上高于標準限值的有1個倍頻程，也滿足標準規(guī)定。

2) 圖4為20 km/h速度測量結(jié)果。右側(cè)總聲壓級為65 dB(A)，左側(cè)為66 dB(A)，選擇較小的右側(cè)結(jié)果作為最終試驗結(jié)果。圖中可以看出，20 km/h速度下車輛提示音系統(tǒng)發(fā)出的聲音測試結(jié)果值更大，高出背景噪聲值更多，所以不必對測試結(jié)果進行修正。因此，此車速下右側(cè)總聲壓級為65 dB(A)，符合標準規(guī)定的高于58 dB(A)、低于75 dB(A)的要求。同時，1 600 Hz以下高于標準限值的有6個倍頻程，1 600 Hz以上高于標準限值的有5個倍頻程，也滿足標準規(guī)定。

圖4 試驗車輛20 km/h室內(nèi)左右兩側(cè)噪聲測試結(jié)果

2.3 倒車狀態(tài)低速提示音測量

該狀態(tài)下，傳聲器按圖1(b)布置于汽車尾部位置。試驗時底盤測功機反轉(zhuǎn)，速度為6 km/h。測試方法與前進狀態(tài)下相同，測得左側(cè)傳聲器總聲壓級為56 dB(A)，右側(cè)為53 dB(A)，選擇較小的右側(cè)測量結(jié)果為最終試驗結(jié)果，高出前述參考背景噪聲總聲壓級21.8 dB(A)，無需進行6 km/h背景噪聲的補測，也無需對結(jié)果進行修正。因此，最終測試結(jié)果滿足高于49 dB(A)、低于75 dB的標準要求。

2.4 頻移結(jié)果分析

測試速度分別為5 km/h、10 km/h、15 km/h及20 km/h，兩側(cè)傳聲器采集各速度前進狀態(tài)下的聲音信號，然后進行FFT處理，平均自功率譜應(yīng)使用漢寧窗，重疊率為66.7%。由于其1/3倍頻程頻帶范圍較寬，為了實現(xiàn)每個目標條件下頻移的分離，需進行窄帶傅里葉變換，頻率分辨率為1 Hz。其中左側(cè)傳聲器各速度、各頻率下的測量結(jié)果如圖5所示(左、右兩側(cè)結(jié)果基本一致)。圖5(a)為125～1 000 Hz的頻譜結(jié)果，選擇橢圓中的一組峰值進行分析，分析結(jié)果如圖5(b)所示。峰值出現(xiàn)的先后順序與速度從小至大的順序一致，峰值分別為55.85 dB(A)、58.29 dB(A)、62.94 dB(A)、58.59 dB(A)。這些峰值頻率分別為839 Hz、886 Hz、933 Hz、981 Hz。

(a) 125～1 000 Hz全頻段結(jié)果

選擇圖5(b)中確定的頻率，根據(jù)式(1)進行頻移計算。選擇5 km/h為參考速度，其所對應(yīng)的頻率為參考頻率。表1給出了所選擇頻率的頻移del-f計算結(jié)果。從結(jié)果可知，10 km/h、15 km/h、20 km/h與5 km/h的頻移del-f皆為1.1%/(km/h)，滿足標準規(guī)定的大于0.8%/(km/h)要求。

表1 頻移計算結(jié)果

3 結(jié) 論

本文主要結(jié)論如下：

1) 半消聲室內(nèi)測量有較低的背景噪聲，且背景噪聲穩(wěn)定，容易滿足關(guān)于背景噪聲的測試要求。

2) 半消聲室內(nèi)測量速度控制準確，各速度下頻譜信息準確，頻移結(jié)果一致性較好。