电动汽车低速提示音室内试验研究

沈林邦，谭 龙，王子龙，张 鑫，叶方标

(重庆车辆检测研究院有限公司，电动汽车安全评价重庆市工业和信息化重点实验室，重庆 401122)

电动汽车具有排放污染小、噪声低的特点。噪声低既是电动汽车优点，又是其低速行驶时的缺点，因为在低速行驶时低的噪声难以引起其他道路使用者尤其是行人的注意，从而带来新的安全隐患。因此，美国、欧盟、日本等均推出针对电动汽车低速行驶提示音系统的法规[1-4]，我国也推出了相应的标准GB/T 37153—2018《电动汽车低速提示音》[5]。电动汽车低速行驶提示音系统可以主动发出一定的声音，主动提示行人及其他道路使用者，有效避免安全事故的发生[6-8]。

目前国内外对于电动车低速提示音室外测量方法进行了一些研究[9-10]。但没有文献对标准GB/T 37153—2018中的室内测量方法进行论述。本文介绍GB/T 37153—2018标准中室内测量方法的技术要求和测量要求，在半消声室内对整车进行低速提示音测量及分析，并与标准限值进行对比。

1 低速提示音室内试验要求介绍

GB/T 37153—2018《电动汽车低速提示音》适用于M1和N1类的纯电动汽车、具有纯电动行驶模式的混合动力电动汽车以及燃料电池电动汽车。该标准分室外道路试验和室内消声室试验两种方法，本文对其室内消声室试验方法有关内容进行介绍。

1.1 技术要求

标准规定了提示音系统的工作车速范围应至少包含大于0 km/h且小于或等于20 km/h。考虑到声音要能被各种年龄段的人很好识别，因此标准要求提示音系统所发出的声音应至少包含标准所规定的两个1/3倍频程，且至少有一个1/3倍频程在1 600 Hz(含)以下。这两个1/3倍频程的最低声级应不低于对应的声级限值，同时车辆行驶时，提示音系统噪声最大不应超过75 dB(A)。

为了便于行人及其他道路使用者能够明确地识别车辆的运行状态，提示音系统应具有模拟多普勒效应功能，因此标准对声音频率偏移del-f有所要求，在5～20 km/h的速度范围内，频移del-f应满足≥0.8%/(km/h)。标准中的频移公式如下：

(1)

式中：fi,车速为给定车速值处的频率；fi,参考为5 km/h或记录的最低车速处的频率；v试验为实际车速或模拟车速，对应于频率fi,车速；v参考为参考车速或模拟车速，对应于频率fi,参考。

1.2 测试要求

在半消声室中分别模拟车辆以10 km/h和20 km/h匀速前进及6 km/h倒车的运行状态。前进状态和倒车状态的传声器布置分别如图1(a)和图1(b)所示。图中的PP′位置到CC′线的距离为2.0 m±0.05 m，在地表面向上1.2 m±0.02 m，基准方向应保持水平，并垂直指向车辆运行的CC′线。

(a) 前进状态

标准规定，当车辆以5～20 km/h范围内的速度前进时，提示音系统所发出的声音至少有一个1/3倍频程的频率会随车速的增加而变大，或随车速减小而变小。故需进行频移测试。

2 试验结果与分析

2.1 背景噪声测量

首先对用于试验的半消声室进行背景噪声测量。测试背景噪声时传声器的布置与其在车辆试验中的位置保持一致，如图1所示。测量未放置车辆时底盘测功机以及其他试验设备发出的噪声，测量时间为10 s。根据标准要求应分别测试不同转毂速度下的背景噪声，本次试验仅测量底盘测功机20 km/h时的半消声室内背景噪声作为参考。因为理论上转毂速度越高，其发出的噪声越大。若小于20 km/h测试车速的提示音系统发出的噪声总声压级高于此背景噪声10 dB(A)以上和1/3倍频程噪声的均方根值，结果高于此背景噪声相应倍频程6 dB(A)以上，则可以将此测试车速的测试结果作为最终结果；否则需要再分别测试各相应转毂车速的背景噪声，作为相应车速测试结果的判定或修正依据。通过数据采集器采集声音信号，在20 km/h的背景噪声测量的10 s时域内，其最大值与最小值之间的波动在2 dB(A)以内，满足标准要求。

然后将传声器采集到的声音信号传输到数据处理软件进行FFT分析，并记录1/3倍频程噪声频谱的均方根值结果，如图2中最下面两条曲线所示。计算图3中左右两侧背景噪声的A级计权总声压级，可得左侧总声压级为31.2 dB(A)，右侧为27.3 dB(A)。依据标准要求，选取左右两侧传声器的A计权声级最高值作为背景噪声的最终结果，故背景噪声的总声压级最终结果为31.2 dB(A)。

图2 试验车辆10 km/h室内左右两侧噪声测试结果

2.2 前进状态低速提示音测量

前进状态下试验车辆及传声器布置如图3所示。试验时，每个车速状态测量4次，每次测量时间为5 s，对采集到的声音信号进行1/3倍频程处理，统计各中心频率的均方根值结果。依据标准要求，将左右两边测量结果中的最低值及最低值的1/3倍频程频谱作为最终的结果，并且总声压级需进行按照四舍五入原则就近取整。

图3 前进状态车辆与传声器布置图

1) 10 km/h速度下传声器采集到提示系统声音信号的总声压级右侧为59 dB(A)，左侧为61.0 dB(A)。选择最低值右侧59 dB(A)作为测量结果，高出前面参考背景噪声(总声压级31.2 dB(A))10 dB(A)以上，满足标准对总声压的要求。

另外，对比图2中的参考背景噪声和右侧传声器测量每个1/3倍频程噪声的均方根值结果可知，提示音系统噪声值均高于背景噪声相应倍频程6 dB(A)以上，所以无需进行10 km/h背景噪声的补测，也无需对测试结果进行修正。故10 km/h速度试验最终测量结果为59 dB(A)，符合标准规定的高于52 dB(A)、低于75 dB(A)的要求。同时1 600 Hz以下高于标准限值的有6个倍频程，1 600 Hz以上高于标准限值的有1个倍频程，也满足标准规定。

2) 图4为20 km/h速度测量结果。右侧总声压级为65 dB(A)，左侧为66 dB(A)，选择较小的右侧结果作为最终试验结果。图中可以看出，20 km/h速度下车辆提示音系统发出的声音测试结果值更大，高出背景噪声值更多，所以不必对测试结果进行修正。因此，此车速下右侧总声压级为65 dB(A)，符合标准规定的高于58 dB(A)、低于75 dB(A)的要求。同时，1 600 Hz以下高于标准限值的有6个倍频程，1 600 Hz以上高于标准限值的有5个倍频程，也满足标准规定。

图4 试验车辆20 km/h室内左右两侧噪声测试结果

2.3 倒车状态低速提示音测量

该状态下，传声器按图1(b)布置于汽车尾部位置。试验时底盘测功机反转，速度为6 km/h。测试方法与前进状态下相同，测得左侧传声器总声压级为56 dB(A)，右侧为53 dB(A)，选择较小的右侧测量结果为最终试验结果，高出前述参考背景噪声总声压级21.8 dB(A)，无需进行6 km/h背景噪声的补测，也无需对结果进行修正。因此，最终测试结果满足高于49 dB(A)、低于75 dB的标准要求。

2.4 频移结果分析

测试速度分别为5 km/h、10 km/h、15 km/h及20 km/h，两侧传声器采集各速度前进状态下的声音信号，然后进行FFT处理，平均自功率谱应使用汉宁窗，重叠率为66.7%。由于其1/3倍频程频带范围较宽，为了实现每个目标条件下频移的分离，需进行窄带傅里叶变换，频率分辨率为1 Hz。其中左侧传声器各速度、各频率下的测量结果如图5所示(左、右两侧结果基本一致)。图5(a)为125～1 000 Hz的频谱结果，选择椭圆中的一组峰值进行分析，分析结果如图5(b)所示。峰值出现的先后顺序与速度从小至大的顺序一致，峰值分别为55.85 dB(A)、58.29 dB(A)、62.94 dB(A)、58.59 dB(A)。这些峰值频率分别为839 Hz、886 Hz、933 Hz、981 Hz。

(a) 125～1 000 Hz全频段结果

选择图5(b)中确定的频率，根据式(1)进行频移计算。选择5 km/h为参考速度，其所对应的频率为参考频率。表1给出了所选择频率的频移del-f计算结果。从结果可知，10 km/h、15 km/h、20 km/h与5 km/h的频移del-f皆为1.1%/(km/h)，满足标准规定的大于0.8%/(km/h)要求。

表1 频移计算结果

3 结 论

本文主要结论如下：

1) 半消声室内测量有较低的背景噪声，且背景噪声稳定，容易满足关于背景噪声的测试要求。

2) 半消声室内测量速度控制准确，各速度下频谱信息准确，频移结果一致性较好。