電動客車低速提示音室外測量研究

夏小均，張 勇，陳德兵

(1.招商局檢測車輛技術(shù)研究院有限公司，重慶 401329；2.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 401329；3.廈門金龍聯(lián)合汽車工業(yè)有限公司，福建 廈門 361023)

電動汽車以更加安靜的電機驅(qū)動取代了燃油發(fā)動機驅(qū)動，行駛噪聲遠低于傳統(tǒng)汽車。然而，過低的運行聲也喪失了車輛的聲學警示功能。特別是在復雜的城市、鄉(xiāng)村道路場景下，突然運動的低聲汽車對行人、騎行者，尤其是對專注手機或視覺有障礙的人員很容易造成傷害。美國NHTSA研究表明，在低于一定行駛速度的條件下，電動汽車和行人間發(fā)生交通事故的幾率要比內(nèi)燃機汽車高出50%[1-2]。因此，歐美、日本等國提出了在電動汽車上配備低速行駛時發(fā)出提示音系統(tǒng)的要求[3-4]。隨著電動汽車的快速發(fā)展，加裝具有提示功能的發(fā)聲裝置成為了電動汽車的基本要求[5-6]。

目前，對于低速提示音裝置功能的要求，主要有美國法規(guī)FMVSS 141[7]和聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟委員會UNECE世界車輛法規(guī)協(xié)調(diào)論壇WP29制定并采用的UN regulation NO.138[8](以下簡稱R138)，適用于M、N類電動汽車。我國參照R138，發(fā)布了GB/T 37153—2018《電動汽車低速提示音》[9],但僅適用于M1和N1類車型。上述法規(guī)、標準的試驗方法基本一致，均提出了室內(nèi)測量與室外測量方法，且對于背景噪聲、頻帶聲壓級都作了細致規(guī)定，依據(jù)室內(nèi)測量方法在半消聲室內(nèi)進行乘用車試驗較易實現(xiàn)。但受限于目前的自由場空間與轉(zhuǎn)鼓條件，尺寸更大的商用車基本只能選擇室外測量方法。由于本文研究對象為電動客車，所以參照R138室外試驗的要求進行測試，采集了試驗環(huán)境背景噪聲變化情況與符合性選取，對其低速提示音的各頻帶聲壓分布和頻移特征進行了分析，為低速提示音的室外試驗提供參考。

1 背景噪聲的測量

背景噪聲測量直接決定測試結(jié)果的有效性。R138中明確規(guī)定：測試結(jié)果若不高于背景噪聲3 dB(A)則無效；測試結(jié)果若高于背景噪聲10 dB(A)則無需修正；測試結(jié)果若高出背景噪聲3 dB(A)但不超過10 dB(A)，則需綜合背景噪聲的最大波動情況進行修正[8]。

除外界活動瞬時干擾造成的背景噪聲波動外，試驗場地的背景噪聲決定了試驗的時刻與窗口。本次試驗在重慶機動車強檢試驗場進行，對試驗道路的背景噪聲測量如圖1 所示，場地背景噪聲基本在50～60 dB(A)，且左側(cè)因靠近高速公路而導致其背景噪聲較右側(cè)高。在夜間22點后，背景噪聲基本穩(wěn)定在52 dB(A)左右，選擇此時段進行試驗。

圖1 不同時刻左、右側(cè)背景噪聲值

本次試驗時環(huán)境溫度為25.2 ℃，濕度 76RH%，風速為0.44 m/s，氣壓為99.48 kPa;背景噪聲及波動值見表1，雖然是深夜，但仍存在一定程度的外界干擾，整個過程的背景聲壓級波動較大。

表1 試驗時背景噪聲值 dB(A)

R138對低速提示音總的聲壓級和各1/3倍頻程的聲壓級均提出了要求。對于關(guān)注的1/3倍頻程的背景噪聲聲級，至少應低于提示音對應的1/3倍頻程聲壓級 6 dB(A)。表2為測得背景噪聲的1/3倍頻程聲級，將作為測試結(jié)果是否滿足要求的依據(jù)之一。

表2 背景噪聲1/3倍頻程聲壓級

2 測試及分析

2.1 性能要求

R138對勻速前進工況和倒車行駛工況總的聲壓級均提出了最低要求。對勻速前進工況要求：10 km/h勻速行駛時總的聲壓級不能低于50 dB(A)，20 km/h勻速行駛時總的聲壓級不能低于56 dB(A)，但兩種速度下總的聲壓級均不能超過75 dB(A)；聲壓級大于對應頻帶背景噪聲6 dB(A)，且滿足表3中最低聲壓級要求的1/3倍頻程為有效頻帶，R138要求至少兩個有效頻帶，其中至少有一個有效頻帶的中心頻率不超過1 600 Hz;同時對提示音在5～20 km/h 范圍內(nèi)前進時，以5 km/h為參考車速，計算其他試驗車速相對于參考車速的頻移率，依頻率由低到高選取存在頻移的頻段進行計算，要求至少存在一個頻移率不小于0.8% /(km/h)頻段。對倒車行駛工況要求：總的聲壓級不低于47 dB(A)。

表3 各頻帶最低聲壓級要求

測試期間，關(guān)閉所有車窗、頂窗，停用空調(diào)等其他輔助設(shè)備，按正常行駛要求置于廠家規(guī)定擋位。

2.2 勻速前進工況

按R138要求，對于勻速前進工況，傳聲器布置在車輛前端水平線上，且離車輛中心線左右2 m，如圖2(a)中所示位置；試驗車速分別控制在10 km/h ± 2 km/h，20 km/h±1 km/h，每種速度下重復測量4次。

由測試結(jié)果可知，兩種車速勻速行駛工況下的提示音總的聲壓級均大于要求的最低聲壓級且小于75 dB(A)，同時測量結(jié)果大于表1中最大背景噪聲值10 dB(A)，不用修正；結(jié)合表3可知，只有250 Hz、315 Hz、630 Hz和5 000 Hz四個頻帶的聲壓級滿足低聲壓級要求，但由于10 km/h 工況下5 000 Hz聲壓級僅高出表2對應背景噪聲3 dB(A)左右，因此，5 000 Hz不計入該工況的有效頻帶。因此，在低于1 600 Hz 下仍有3個有效頻帶，符合R138要求。由于提示音設(shè)備靠車輛右側(cè)安裝，導致右側(cè)結(jié)果較左側(cè)大。部分測試結(jié)果見表4。

(a)前進行駛工況

(b)倒車行駛工況

表4 勻速前進工況測試結(jié)果(4次均值)

2.3 倒車工況

按R138規(guī)定，倒車工況時，傳聲器布置在車輛后端水平線上，且離車輛中心線左右2 m，如圖2 (b)中PP′線所示；車速控制在6 km/h ± 2 km/h，重復測量4次。倒車工況未對各倍頻程的聲壓級作要求，提示音左/右側(cè)各4次測試結(jié)果的均值為72.7 dB(A)/75.3 dB(A)，提示音聲壓級較大，滿足總的聲壓級大于47 dB(A)的要求。且大于表1中最大背景噪聲值10 dB(A)，亦不用修正。

2.4 頻移計算

頻移是電動汽車模擬傳統(tǒng)燃油車噪聲的高頻成分隨車速增加而增加的特征，要求隨著車速增加，提示音對應的峰值頻率也相應增加，通過高頻信號提升其對道路參與者的提示作用[10-11]。

依據(jù)R138要求，以5 km/h速度為間隔，測量5 km/h到20 km/h前進工況下的聲學信號，采用Hanning窗、70%的重疊率，分析得到自功率譜，部分結(jié)果如圖3所示。可以看出，各速度下頻域內(nèi)的聲壓分布趨勢是一致的，但隨著速度的增加，某些峰值對應的頻率有一定程度增加。以5 km/h車速為參考車速，在對應的峰值頻率下，相應的其他三個速度(10 km/h、15 km/h、20 km/h)在該頻譜趨勢下的頻移率delf按式(1)計算：

圖3 左側(cè)頻譜圖

delf=[(fi-fref)/(vi-vref)]/fref×100

(1)

式中：fi為試驗車速下峰值頻率；fref為參考車速下的峰值頻率；vi為其他三個試驗車速；vref為參考車速，5 km/h。

如圖3所示，以vi=10 km/h的試驗速度為例，該試驗車速對應的第一個峰值頻率fi=267 Hz，參考車速vref=5 km/h對應的第一個峰值頻率fref為252 Hz，代入式(1)可得，10 km/h速度的頻移率為1.14%/(km/h),滿足標準要求。同理可計算 15 km/h、20 km/h對應的頻移率也滿足要求。

3 結(jié)束語

R138低速提示音試驗方法對于測試環(huán)境的要求較高，在運用室外方法進行測試時，需要對試驗環(huán)境進行分析，并采取相應的修正措施。通過對某電動客車低速提示音的測試分析，論述了室外測試方法的使用條件及方法，為同行提供參考。