電動汽車低速提示音標準疑難點解析

謝東明 陸春 石謝達 徐一丹 郭策

摘? 要：GB/T 37153-2018《電動汽車低速提示音》標準是國家推薦性標準，于2019年7月1日實施，但標準文本中的要求和試驗方法中有些條款內(nèi)容不明確。本文結(jié)合驗證試驗和對照相應(yīng)的國際法規(guī)解析標準中的疑難點問題，希望能夠給相關(guān)人員理解標準提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：電動汽車;低速提示音;技術(shù)要求;測量方法

中圖分類號：U461? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? 文章編號：1005-2550（2022）03-0002-08

Analysis on Identification of Standard on Acoustic Vehicle Alerting System of Electric Vehicles Running at Low Speed

XIE Dong-ming1，2， LU Chun1，2， SHI Xie-da1，3， XU Yi-dan4， GUO Ce1

（1. China Automotive Technology and Research Center Co.， Ltd， Tianjin 300300， China; 2. State key laboratory of engines， Tianjin University， Tianjin 300072， China; 3. CATARC （Changzhou） automotive engineering research institute Co.， Ltd，? Changzhou 213022， China;

4. Be-Star Electronics （Changzhou） Co.， Ltd，? Changzhou 213022， China）

Abstract： The GB/T 37153-2018 < Acoustic vehicle alerting system of electric vehicles running at low speed > has been implemented since July 2019， but it still has certain questions waiting for clarification on technical requirements and measurements. According to the proof tests， and studies on relevant UN Regulations， this paper identifies the questionable points to provide the technical guidance for understanding the GB/T 37513-2018.

Key Words： Electric Vehicles; AVAS; Technical Requirements; Measurements

1? ? 引言

2009年以來，電動汽車在低速行駛時過于安靜造成其他道路使用者特別是盲人和視覺障礙人士的交通事故日益受到世界各國關(guān)注，美國和日本均于當年發(fā)表了相應(yīng)的法案或研究報告，并認為安裝使用電動汽車低速提示音系統(tǒng)（AVAS）是解決這一安全問題的必要技術(shù)手段之一[1]，美、日、歐盟、UNECE等也均在2010啟動了相應(yīng)標準法規(guī)制定工作，逐步明確AVAS安裝使用、性能和測量方法的要求[2]。

國內(nèi)方面，2012年7月實施的GB/T 28382-2012《純電動乘用車技術(shù)條件》中，首次要求純電動汽車在低于20km/h車速時發(fā)出適當聲響，類似的安裝及定性要求也出現(xiàn)在后來的純電動貨車和混合動力汽車技術(shù)要求標準[3-5]，以及機動車安全技術(shù)條件標準中[6]，但具體的技術(shù)要求及測量方法直到2018年才在GB/T 37153-2018《電動汽車低速提示音》（以下簡稱：GB/T 37153-2018）標準中具體呈現(xiàn)，GB/T 37153-2018非等效采納了UN Regulation No. 138《針對安靜道路行駛車輛可聽度降低的要求》，并結(jié)合中國背景噪聲條件，汽車產(chǎn)品類別特征，AVAS系統(tǒng)及整車NVH技術(shù)水平及安全性要求等綜合考慮，做了大量的修改[7]。

但檢測機構(gòu)、整車及零部件企業(yè)在設(shè)計AVAS或開展相應(yīng)試驗時，陸續(xù)反映對標準適用范圍理解不明確，發(fā)聲的車速范圍、暫停開關(guān)、背景噪聲及測量方案、數(shù)據(jù)處理、倒車提示音等技術(shù)細節(jié)也難以瀝青，影響了標準的全面、準確實施。

國內(nèi)AVAS的研究論文最早由高岳于2013年撰寫，其聚焦于AVAS標準法規(guī)制定的國內(nèi)外背景和發(fā)展趨勢[8]，葛林鶴、曹蘊濤等還對AVAS的設(shè)計以及對車內(nèi)聲品質(zhì)的影響開展了深入研究[9-10]，蘇星溢等人結(jié)合國內(nèi)外AVAS標準法規(guī)的發(fā)展與試驗進行了研究驗證并獲得了試驗結(jié)果，但均未對試驗結(jié)果以及標準的疑難點進行充分討論[11]。

2019年，汽車噪聲標準研究工作組專家與UN Regulation No. 138法規(guī)主要參與起草人保時捷汽車Hans-Martin Gerhard、日產(chǎn)汽車Yoshihiro Shirahashi等共同開展專項驗證試驗，旨在以驗證試驗為基礎(chǔ)，討論和解析標準疑難點問題。為國內(nèi)各大汽車檢測機構(gòu)、高校、整車及零部件企業(yè)的AVAS設(shè)計與測量提供技術(shù)參考。

2? ? 電動汽車低速提示音標準概述

GB/T 37153-2018標準主要技術(shù)內(nèi)容如下：

①適用范圍上：適用于M1和N1類純電動汽車、具有純電動行駛模式的混合動力汽車以及燃料電池電動汽車[12]。

②技術(shù)要求上：在0km/h

③測量方法上：針對5km/h、6km/h（倒車）、10km/h、15km/h及20km/h車速條件下的提示音進行測量;車輛運行模式要求聲音最低、內(nèi)燃機關(guān)閉;可選擇室外、室內(nèi)測量或室內(nèi)、外結(jié)合測量，可選擇移動模式（整車實際運行）或模擬運行進行測量，頻移測量時可選擇采用整車或部件進行，不同技術(shù)指標對應(yīng)的具體方案如表1所示;背景噪聲總體水平、波動量、三分之一倍頻程聲壓級及修正均嚴格要求;需對汽車左、右側(cè)分別測量，數(shù)據(jù)處理需對左右側(cè)單獨取值。

3? ? 驗證試驗及數(shù)據(jù)

3.1? ?驗證試驗條件

2019年5月，驗證試驗在某汽車工程研究院整車半消聲室進行。該半消聲室設(shè)計本底噪聲≤20dB（A），轉(zhuǎn)鼓運行時，GB/T 37153-2018傳聲器布點處測得的背景噪聲處于30dB（A）以下水平，主要技術(shù)指標如表2所示。試驗樣車為某型純電動乘用車，樣車及試驗設(shè)施如圖1所示。

3 截止頻率/Hz 63

樣車AVAS如圖2所示，其裝于電機艙前端保險杠中部，可設(shè)置暫停開關(guān)，可啟動“暫停”功能，具有 “動感”“音效”“正?！比N發(fā)聲模式，車輛靜止時不發(fā)聲，0km/h

3.2? ?試驗方案及數(shù)據(jù)

試驗采用整車開展，選用“動感”“正?！薄耙粜А比N發(fā)聲模式進行了GB/T 37153-2018的測量（本文中僅列舉“正?！卑l(fā)聲模式數(shù)據(jù)），分別測量了總聲壓級、三分之一倍頻程聲壓級和頻移等三個項目。

為了進一步驗證整車實際運行和模擬運行對總聲壓級測量結(jié)果的影響，在“正?！卑l(fā)聲模式下分別采用整車實際和模擬兩種運行條件下的試驗，總聲壓級測量結(jié)果如表3所示，不同車速下的提示音總聲壓級均滿足GB/T 37153-2018相應(yīng)限值要求。

樣車三分之一倍頻程聲壓級測量采用整車實車和模擬運行方式開展，測量結(jié)果及符合性判定如圖4、圖5所示（以10km/h車速左側(cè)為例），樣車均有兩個三分之一倍頻程（400Hz與500Hz為中心頻率）的聲壓級滿足最低聲壓級限值（47.0dB/A），且以上兩個倍頻程均在1600Hz以下，滿足至少一個三分之一倍頻程低于1600Hz的要求。樣車在20km/h車速下的左、右側(cè)分別有兩個和三個三分之一倍頻程聲壓級達到要求，且均在1600Hz以下。

采用整車模式運行方式測得樣車在5km/h、10km/h、15km/h及20km/h勻速條件下的頻域分布及變化如圖6所示（以右側(cè)為例），有多個頻率發(fā)生移動（107Hz、442Hz），至少有一個頻移（107Hz）符合標準要求的頻移率，頻移測量結(jié)果如表4所示。

4? ? 標準疑難點的討論與解析

通過分析GB/T 37153-2018標準全文及相關(guān)標準、文獻，結(jié)合以上驗證試驗及數(shù)據(jù)，重點針對國內(nèi)各大汽車檢測機構(gòu)、高校、整車及零部件企業(yè)提出的AVAS設(shè)計、測量提出的標準疑難點進行了討論與解析。主要涉及適用范圍、發(fā)聲車速范圍、暫停開關(guān)、背景噪聲與測量方案、數(shù)據(jù)處理及倒車提示音要求等具體內(nèi)容。

4.1? ?適用范圍

GB/T 37153-2018標準適用于M1和N1類純電動汽車、具有純電動行駛模式的混合動力汽車以及燃料電池電動汽車。

M1和N1類混合動力汽車：其疑難點在于，不可外接充電式混合動力汽車（NOVC-HEV）[13]，內(nèi)燃機在0km/h～20km/h車速范圍內(nèi)隨時可能介入工作，是否還有必要安裝AVAS并滿足GB/T 37153-2018的技術(shù)要求。其判斷的依據(jù)為：在GB/T 37153-2018要求的全部工況范圍內(nèi)（前進車速0km/h～20km/h及倒車），如存在內(nèi)燃機不工作而電機單獨工作的情況，即需安裝AVAS，其他混合動力汽車也可以參照此原則進行判斷。從在售車型的調(diào)研來看，豐田、本田全系混合動力汽車（Hybrid）均安裝了AVAS系統(tǒng)，其在內(nèi)燃機不工作時（前進或倒車）均能發(fā)出有效提示音。

其他車型種類：其疑難點在于，GB/T 37153-2018規(guī)定了在M1和N1類汽車中的適用范圍，但目前涉及電動汽車提示音相關(guān)技術(shù)要求的標準還有GB 7258-2017，GB/T 28382-2012，GB/T 34585-2017，GB/T 32694-2021，GB/T 34598-2017等，GB 7258-2017涉及純電動汽車、插電式混合動力汽車;GB/T 28382-2012涉及五座以下純電動乘用車;GB/T 34585-2017涉及N1類純電動汽車;GB/T 32694-2021涉及M1類插電式混合動力汽車;GB/T 34598-2017涉及N1類插電式混合動力汽車。以上標準涉及的適用范圍中，GB/T 37153-2018可覆蓋GB/T 28382-2012，GB/T 34585-2017，GB/T 32694-2021，GB/T 34598-2017等四項標準，相關(guān)技術(shù)要求均應(yīng)滿足GB/T 37153-2018標準。如表5所示[14]，GB/T 37153-2018與GB 7258-2017的適用范圍存在交集和并集，M1和N1類純電動、插電式混合動力汽車應(yīng)同時滿足GB/T 37153-2018的技術(shù)要求與GB 7258-2017的提示性聲響要求;M1和N1類不可外接充電式混合動力汽車以及燃料電池汽車應(yīng)滿足GB/T 37153-2018的技術(shù)要求;M2、M3、N2、N3類純電動、插電式混合動力汽車應(yīng)滿足GB 7258-2017的提示性聲響要求，為確保適應(yīng)未來標準發(fā)展，建議此類車型參考GB/T 37153-2018的要求進行相應(yīng)的技術(shù)開發(fā)和安裝。值得注意的是UN Regulation No. 138對所有電氣化汽車（Electrified）均有提示音要求，相關(guān)車型應(yīng)更全面考慮是否安裝AVAS。

4.2? ?發(fā)聲車速范圍

GB/37153-2018標準要求的發(fā)聲車速范圍明確，車速0km/h

靜止時是否發(fā)聲方面：以上要求均說明汽車在靜止狀態(tài)可選擇不發(fā)聲，在實際的應(yīng)用中，目前日產(chǎn)Leaf、豐田COROLLA混動版、本田CR-V混動版等車型均選擇靜止時不發(fā)聲的策略，以這一策略從客觀上解決了汽車在靜止無其他聲源掩蓋時，AVAS對車內(nèi)聲品質(zhì)的不利影響[15];但另一方面，德、美等國研究者仍認為，即使汽車靜止時，也應(yīng)發(fā)出一定的提示性聲響，以確保行人知道該汽車的位置以及可能發(fā)生移動[16]，為此美國汽車安全法規(guī)FMVSS 141中要求汽車在靜止時必須發(fā)聲[17]，此要求與國內(nèi)標準及UN Regulation No. 138法規(guī)均存在差異[18]。

在20km/h及以上是否可繼續(xù)發(fā)聲方面，目前GB/37153-2018及相關(guān)國內(nèi)標準均無要求，一般產(chǎn)品設(shè)計邏輯為車速達到25km/h時，提示音發(fā)聲逐漸減小直至消失，以確保汽車在20km/h±1km/h附近車速提示音滿足GB/T 37153-2018要求。但美國FMVSS 141法規(guī)對AVAS在30km/h±1km/h車速范圍的發(fā)聲水平有明確要求，其AVAS的發(fā)聲車速范圍明顯高于中國和歐洲。

4.3? ?暫停開關(guān)使用

歐盟在其2014年推出的法規(guī)中規(guī)定AVAS系統(tǒng)必須裝配暫停開關(guān);美國2016年推出的FMVSS 141法規(guī)中則要求不能裝配暫停開關(guān)，UN Regulation No. 138在其最初的00版本中規(guī)定可以裝配暫停開關(guān)，但在隨后的01版本中又禁止裝配暫停開關(guān)，以上要求的巨大差異和頻繁變化為汽車內(nèi)飾件及控制面板的開發(fā)帶來巨大挑戰(zhàn)，汽車制造商難以同時滿足以上要求。GB/T 37153-2018標準則規(guī)定可有條件配置暫停開關(guān)，以保護特定工況和環(huán)境下的車內(nèi)、外聲環(huán)境，如配置暫停開關(guān)，應(yīng)告知暫停開關(guān)的使用條件（確保無其他道路使用者），暫停開關(guān)應(yīng)布置在駕駛員正常駕駛狀態(tài)視線可及和可操作位置，汽車重啟時AVAS應(yīng)自動處于工作狀態(tài)。

汽車制造商為了同時應(yīng)對歐、美等不同國家及地區(qū)的暫停開關(guān)要求，在2017年之前往往選擇儀表臺內(nèi)飾板上預(yù)留暫停開關(guān)安裝位置或在電子控制面板上預(yù)留暫停開關(guān)控制選項，其中電子控制面板預(yù)留暫停開關(guān)控制選項具有更便利和更低成本的優(yōu)勢，被越來越多使用，但需要注意的是一旦采用該方案，則需確保暫停開關(guān)控制選項“視線可見”和和“可接觸和操作”，不能將暫停開關(guān)控制選項置于控制面板的二級菜單或隱藏位置。但2017年開始，隨著EU、UN及FMVSS等法規(guī)均全面傾向于禁止使用暫停開關(guān)，安裝暫停開關(guān)面臨的法規(guī)風險越來越大，不再依靠設(shè)計和安裝暫停開關(guān)改善特定工況下的車內(nèi)聲品質(zhì)和車外聲環(huán)境，轉(zhuǎn)而研究和提高提示音本身的聲品質(zhì)成為了當下的發(fā)展方向。

4.4? ?背景噪聲的影響及測量方案選擇

GB/T 37153-2018要求以測量設(shè)施運行時，連續(xù)10s的最大A計權(quán)聲壓級作為背景噪聲，背景噪聲低于AVAS總聲壓級10dB（A）以上為理想狀態(tài)，三分之一倍頻程聲壓級及頻移測量對背景噪聲的聲壓級及發(fā)聲頻率也更加敏感，需確保其在相應(yīng)倍頻程及頻域的聲壓級與AVAS的聲壓級具有顯著差異。如背景噪聲不低于AVAS總聲壓級10 dB（A），則該背景噪聲條件下只能測量總聲壓級，不能進行三分之一倍頻程聲壓級和頻移測量，且需先確保背景噪聲的波動量不應(yīng)大于2dB（A）。由于背景噪聲的影響，AVAS測量方案的選擇對測量結(jié)果重復(fù)性、準確性都具有重要意義。

測量方案的選擇主要涉及室內(nèi)或室外測量，實車或模擬運行，整車或部件三個重要選項。

室內(nèi)或室外測量：目前收集的安徽廣德、安徽定遠、北京通州、江蘇鹽城、日本栃木等國內(nèi)、外汽車試驗場的噪聲測量場地背景噪聲整體水平均在45dB（A）±5dB（A）范圍內(nèi)，部分室外測量場地受周邊樹林風噪，鳥鳴，高環(huán)、可靠性等測試道路及場外的空中航線等因素影響，對測量存在額外的干擾，因此建議此項試驗盡量選擇在室內(nèi)進行，如確需在室外進行，建議只進行總聲壓級測量。

實車或模擬運行：實車運行時，動力總成、輪胎/路面、輪胎/轉(zhuǎn)鼓等噪聲一方面將增加總聲壓級，但另一方面將帶來頻域聲壓級的不確定性。如表1所示，該樣車AVAS安裝在汽車前端，前進方向行駛時，實車運行帶來的總聲壓級提升均小于1dB（A），而倒車時，由于AVAS距離汽車后端較遠，實車運行帶來的總聲壓級提升高達7dB（A）左右;如圖4所示，10km/h車速時，受實車運行影響，樣車四次測量的三分之一倍頻程聲壓級相比圖5的模擬運行結(jié)果更離散，在315Hz中心頻率對應(yīng)的聲壓級有10dB（A）左右的提升，但對樣車重點三分之一倍頻程（400Hz與500Hz為中心頻率）聲壓級的影響有限，未改變最后的符合性判定;但如圖7所示，頻移測量時，如采用實車運行，則極難找到敏感頻率和相應(yīng)的頻移現(xiàn)象。綜上：建議總聲壓級和三分之一倍頻程聲壓級測量時，盡量采用模擬運行，頻移測量不要采用實車運行。

整車或部件測量：GB/T 37153-2018要求總聲壓級及三分之一倍頻程聲壓級測量時，均采用整車測量;頻移測量可采用整車或零部件，如圖6所示，如采用整車模擬運行，可獲得穩(wěn)定測量結(jié)果，無需單獨采用部件測量。

4.5? ?測量數(shù)據(jù)的獲取及處理

采用GB 1495-2002進行車外噪聲測量是側(cè)重于獲取汽車單體對整個周圍聲環(huán)境的最大影響，往往測量汽車通過整個測試區(qū)域過程中的最大聲壓級，并采用左右側(cè)相比的較大值用于計算最終結(jié)果[19];采用GB/T 18697-2002進行車內(nèi)勻速噪聲測量時，往往為了獲取車內(nèi)聲環(huán)境對乘員的影響，采用駕駛員耳旁平均聲壓級用于計算最終結(jié)果[20]。但GB/T 37153-2018則與之不同，其作為安全類標準，需要確保汽車和行人發(fā)生實際接觸之前，對車前、車后，緊貼汽車的左、右側(cè)（距中線僅2m）均提供足夠的提示性聲響。如圖1所示，AVAS測量的傳聲器布置點位于汽車前、后端面用于測量前進或倒車時的提示音，如圖8所示，測量數(shù)據(jù)的取值從汽車通過AA’線（前進或倒車）開始至接近傳聲器布置點連線PP’線結(jié)束（接觸或碰撞可能已經(jīng)發(fā)生），取其左、右側(cè)的最大聲壓級作為單獨進入后續(xù)處理，汽車正常駛過測量區(qū)域。

為了確保測量結(jié)果的重復(fù)性和穩(wěn)定性，所有工況均需重復(fù)四次，并確保相同工況下的四次測量結(jié)果的聲壓級差值不超過2dB（A），對左、右側(cè)每次測量結(jié)果進行單獨修正（僅總聲壓級測量可修正），在分別以左、右側(cè)的有效結(jié)果均值作為最終結(jié)果;如圖4、圖6所示，三分之一倍頻程聲壓級及頻移測量需要對左、右側(cè)每次測量結(jié)果單獨繪制三分之一倍頻程聲壓級分布及頻率分布圖，分別獲取左、右側(cè)的測量結(jié)果均值?？偮晧杭墶⑷种槐额l程聲壓級和頻移測量結(jié)果，均需左、右側(cè)分別滿足限值要求。

4.6? ?倒車時的提示音困局

由于汽車在前進時，必須滿足總聲壓級、三分之一倍頻程聲壓級和頻移三方面的技術(shù)要求，而汽車倒車時，可僅滿足總聲壓級要求。汽車制造商往往選擇在汽車前端安裝AVAS，模擬傳統(tǒng)發(fā)動機連續(xù)發(fā)聲，但此聲音受汽車電機艙、乘員艙結(jié)構(gòu)多重遮蔽及倒車測點距離較遠等因素影響，汽車前端的AVAS發(fā)聲難以傳遞到車輛后端，單純增加AVAS的聲壓級又面臨車內(nèi)聲品質(zhì)的巨大挑戰(zhàn)，如表1所示，雖然倒車時的總聲壓級限值最低（49dB（A）），但達標難度最高。此時，汽車制造商可能選擇在汽車后端加裝發(fā)聲裝置，因成本控制等原因，部分加裝的發(fā)聲裝置與前端的AVAS發(fā)聲類型存明顯差異，如圖9所示，某型電動汽車其后端發(fā)聲裝置為間歇式發(fā)聲的蜂鳴音，采用室內(nèi)測量時左、右側(cè)的聲壓級最大值均值均超過55dB（A），可以滿足標準要求，但其應(yīng)重點關(guān)注聲壓級波峰與波谷的差值以及波峰發(fā)生的時間間隔，避免在實際道路行駛時，出現(xiàn)波谷引起的“盲區(qū)”，增加行人的安全風險。另外，目前國內(nèi)、外均在開展倒車提示音標準法規(guī)的研究和制定，其技術(shù)要求與GB/T 37153-2018的異同也是未來需要關(guān)注的重點[21]。

5? ? 結(jié)論

①電動汽車低速行駛提示音標準作為安全類標準，與傳統(tǒng)的汽車噪聲標準在目的意義、測量方法、限值要求等方面都有明顯差異，對該標準的解讀應(yīng)以確保行人安全作為宗旨和前提;

②該標準測量方法對聲環(huán)境要求較高，建議盡量采用室內(nèi)、整車模擬運行的方式進行測量，以提高測試效率;

③目前國內(nèi)、外提示音標準法規(guī)均在陸續(xù)制定完善過程中，難以在短時間內(nèi)推出全球性的統(tǒng)一技術(shù)法規(guī)，為AVAS的設(shè)計和應(yīng)用帶來挑戰(zhàn);

④該標準還面臨在商用車型中的進一步應(yīng)用，其與轉(zhuǎn)彎提示音[22]、倒車提示音等標準法規(guī)的技術(shù)融合是未來面臨的又一技術(shù)難題。

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謝東明

畢業(yè)于吉林大學和天津大學車輛工程專業(yè)，現(xiàn)就職于中國汽車技術(shù)研究中心有限公司，任標準所高級工程師，主要從事汽車整車、噪聲試驗及國內(nèi)外標準研究工作，已發(fā)表整車試驗、汽車噪聲等相關(guān)論文40余篇。