摘要：新能源汽車純電動(dòng)模式低速行駛工況下車外噪聲較小，不易察覺，存在交通安全隱患，因此汽車低速提示音系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。對比了世界范圍內(nèi)具有代表性的汽車低速提示音標(biāo)準(zhǔn)或法規(guī)的差異，闡述了FMVSS 141的技術(shù)要求和試驗(yàn)方法，并以某純電動(dòng)多用途乘用車為研究對象，依據(jù)FMVSS 141對其提示音進(jìn)行測試，介紹了測試數(shù)據(jù)的處理和結(jié)果分析。研究結(jié)果對后續(xù)開展該試驗(yàn)具有一定指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)車輛；低速提示音；性能要求；試驗(yàn)方法

中圖分類號：U46972 收稿日期：2024-04-17

DOI：1019999/jcnki1004-0226202407030

1 前言

與傳統(tǒng)燃油車相比，混動(dòng)及純電動(dòng)車輛在低速下行駛時(shí)，車外噪聲較低。為了降低車輛與行人碰撞的風(fēng)險(xiǎn)，尤其是對盲人和視障人士，美國、日本、歐盟、中國等相繼出臺了相關(guān)法規(guī)，要求在具有純電動(dòng)行駛模式的汽車上，配備能夠在車輛低速行駛時(shí)，發(fā)出警示、提示音的裝置，以提高車輛辨識度，減小和其他道路使用者發(fā)生交通事故的幾率[1]。

截至目前，國內(nèi)關(guān)于低速提示音的研究文獻(xiàn)主要還是圍繞UN ECE R138《針對安靜道路行駛車輛可聽度降低的要求》[2]和GB/T 37153—2018《電動(dòng)汽車低速提示音》[3]。夏小均等[4-5]依據(jù)UN ECE R138中對電動(dòng)汽車低速提示音的要求分別在室內(nèi)和室外環(huán)境條件下進(jìn)行了試驗(yàn)研究。蘇星溢等[6]依據(jù)GB/T 37153—2018《電動(dòng)汽車低速提示音》組織實(shí)施了場地試驗(yàn)，分析了聲級限值和頻率數(shù)據(jù)，為同行試驗(yàn)研究提供了參考。謝東明等[7]以電動(dòng)汽車低速提示音的國家標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，圍繞標(biāo)準(zhǔn)適用范圍、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(xì)節(jié)，結(jié)合驗(yàn)證試驗(yàn)進(jìn)行了詳細(xì)的解析。然而鮮有文獻(xiàn)對FMVSS 141《混動(dòng)及電動(dòng)車輛最低聲音要求》[8]的測試研究進(jìn)行介紹。本文以某純電動(dòng)多用途乘用車為研究對象，介紹FMVSS 141的技術(shù)要求及測試要求，并對低速提示音的采集結(jié)果進(jìn)行分析，為開展FMVSS 141試驗(yàn)提供參考。

2 試驗(yàn)要求介紹

針對汽車低速提示音系統(tǒng)，各國或地區(qū)根據(jù)各自的技術(shù)路線，制定了相應(yīng)的法規(guī)或標(biāo)準(zhǔn)。與UN ECE R138和GB/T 37153—2018標(biāo)準(zhǔn)相比，F(xiàn)MVSS 141在試驗(yàn)場地、測量方向性、響應(yīng)車速范圍及數(shù)據(jù)處理要求等方面均存在明顯差異，具體如表1所示。

21 技術(shù)要求

FMVSS 141規(guī)定每輛混合動(dòng)力和電動(dòng)汽車在怠速、倒車和車速在0～32 km/h時(shí)，必須通過提供必要的聲音級別和聲音特性使這些車輛能夠被行人識別。即其低速提示音必須滿足四頻帶提示音的性能要求或二頻帶提示音的性能要求。

a四頻帶提示音的性能要求。

在標(biāo)準(zhǔn)指定的車速條件下運(yùn)行時(shí)，車輛發(fā)出的提示音必須在315～5 000 Hz之間有4個(gè)不相鄰的1/3倍頻帶，每個(gè)倍頻帶的加權(quán)聲壓級至少達(dá)到規(guī)定的最低聲級要求，并且在315～5 000 Hz的范圍內(nèi)跨越至少9個(gè)1/3倍頻帶。

b二頻帶提示音的性能要求。

在標(biāo)準(zhǔn)指定的車速條件下運(yùn)行時(shí)，車輛發(fā)出的提示音必須在315～5 000 Hz之間有2個(gè)不相鄰的1/3倍頻帶，每個(gè)倍頻帶的加權(quán)聲壓級至少達(dá)到規(guī)定的最低聲級要求，并在315～3 150 Hz之間跨越至少3個(gè)1/3倍頻帶。

符合標(biāo)準(zhǔn)最低要求的兩個(gè)頻帶中的一個(gè)應(yīng)是315～800 Hz頻帶中聲壓級最高的頻帶，另一個(gè)是1 000～3 150 Hz頻帶中聲壓級最高的頻帶。如果最高頻帶是800 Hz和1 000 Hz頻帶，則檢查兩個(gè)范圍內(nèi)的第二高的頻帶，如果它符合所有其他要求，則可以使用。用于滿足2個(gè)頻帶最小聲壓級要求的頻帶，還應(yīng)滿足對應(yīng)頻帶總和要求。

除應(yīng)滿足四頻帶或二頻帶提示音的性能要求外，每輛車還必須滿足不同車速的相對音量變化，如表2所示。

22 測試方法

實(shí)車試驗(yàn)可以分為5個(gè)測試系列，即靜止、倒車、10 km/h勻速通過測試、20 km/h勻速通過測試和30 km/h勻速通過測試。靜止?fàn)顟B(tài)的怠速試驗(yàn)，麥克風(fēng)的布置位置如圖1所示，CC'線上的麥克風(fēng)用于車輛低速提示音的方向性測量。與UN ECE R138和GB/T 37153—2018標(biāo)準(zhǔn)不同的是，F(xiàn)MVSS 141中的倒車狀態(tài)下的低速提示音的測量，樣車處于靜止?fàn)顟B(tài)，無需運(yùn)行，圖2為倒車試驗(yàn)測試示意圖。10 km/h、20 km/h和30 km/h勻速通過試驗(yàn)中，其車速分別為（11±1）km/h、（21±1）km/h和（31±1）km/h。

對于試驗(yàn)道路和試驗(yàn)氣象條件的要求，美標(biāo)、歐標(biāo)和國標(biāo)是一致的。5個(gè)測試系列的測試過程基本相同，大致可分為以下8步：a試驗(yàn)環(huán)境確認(rèn)；b樣車準(zhǔn)備；c試驗(yàn)前背景噪聲測量；d執(zhí)行測試過程并收集聲學(xué)數(shù)據(jù)；e試驗(yàn)后背景噪聲測量；f數(shù)據(jù)排除，確定最大聲壓級波動(dòng)在2 dBA范圍內(nèi)的前4個(gè)有效測試；g比較測試車輛左側(cè)和右側(cè)的平均總體聲壓級，確定數(shù)值更低的一側(cè)；h選擇更安靜一側(cè)的1/3倍頻帶，評估測試結(jié)果的符合性。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

試驗(yàn)選取某品牌純電動(dòng)多用途乘用車，試驗(yàn)過程最大風(fēng)速33 m/s，氣溫138～151 ℃，樣車試驗(yàn)質(zhì)量為整備質(zhì)量加180 kg。

31 四頻帶或二頻帶提示音的性能要求結(jié)果分析

5個(gè)測試系列的試驗(yàn)結(jié)果分析，唯一的區(qū)別在于靜態(tài)怠速試驗(yàn)多一個(gè)方向性測試的數(shù)據(jù)分析，但其分析過程基本一樣并無特殊之處，為避免贅述，下面以靜態(tài)試驗(yàn)工況為例進(jìn)行結(jié)果分析介紹。

按FMVSS 141中靜態(tài)試驗(yàn)工況進(jìn)行試驗(yàn)，排除在測試過程中因突然出現(xiàn)任何明顯、短暫、響亮的干擾聲音導(dǎo)致的無效測試，選取總聲壓級波動(dòng)值在20 dBA以內(nèi)的前4次有效測試結(jié)果，和試驗(yàn)前后采集的背景噪聲填入表3中。計(jì)算得左側(cè)（駕駛員側(cè)）平均總聲壓級（環(huán)境校正）為567 dBA，右側(cè)（乘客側(cè)）平均總聲壓級（環(huán)境校正）為571 dBA，左側(cè)較右側(cè)安靜，故選擇左側(cè)的環(huán)境校正后的1/3倍頻帶聲壓級數(shù)據(jù)進(jìn)行四頻帶或二頻帶提示音的性能分析。

左側(cè)4次有效測試的1/3倍頻帶聲壓級如表4中所示，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的最小聲壓級的4個(gè)不相鄰的1/3倍頻帶，最多跨越7個(gè)1/3倍頻帶，因此不符合四頻帶提示音的性能要求。

根據(jù)二頻帶提示音的性能要求，在315～800 Hz頻帶中聲壓級最高的頻帶是800 Hz，因此選取聲壓級的第二高頻帶400 Hz，其聲壓級為448 dBA，在1 000～3 150 Hz頻帶中聲壓級最高的頻帶是1 250 Hz，其聲壓級為539 dBA，均大于所選頻帶要求的最小聲壓級400 dBA，如表5所示。400 Hz到1 250 Hz跨越6個(gè)1/3倍頻帶，符合跨越至少3個(gè)1/3倍頻帶的要求。按照式（1）計(jì)算所選的兩個(gè)1/3倍頻帶的頻帶總和，為544 dBA，大于標(biāo)準(zhǔn)要求的最小聲壓級440 dBA的要求，滿足二頻帶提示音的性能要求。

[Band Sum=10log10i=1210（SPLi/10）]&794db709396b69fae2d277d91dc0a7dfe37ae8c623a874917f3db93102350601nbsp; （1）

32 相對音量變化結(jié)果分析

為了增強(qiáng)道路參與者對不同車速下的警覺，F(xiàn)MVSS 141要求車輛在不同運(yùn)行速度區(qū)間，其提示音的相對音量應(yīng)發(fā)生變化，即每間隔10 km/h的車速，相對音量變化應(yīng)至少間隔3 dB。相對音量變化通過歸一化頻帶和來計(jì)算，運(yùn)算公式如下：

[Normalized Band Sum=10log10i=11310NormalizedBandLeveli10] （2）

以靜態(tài)試驗(yàn)工況為例，進(jìn)行頻帶歸一化運(yùn)算，即用左側(cè)平均校正后的13個(gè)1/3倍頻帶聲壓級對應(yīng)減去FMVSS 141中要求的最小聲壓級，所得結(jié)果見表6。然后按照式（2）計(jì)算靜態(tài)試驗(yàn)的歸一化頻帶和，結(jié)果為156 dB。本次試驗(yàn)中10 km/h（11±1）km/h勻速通過工況測得歸一化頻帶和為172 dB，20 km/h（21±1）km/h勻速通過工況測得歸一化頻帶和為248 dB，30 km/h（31±1）km/h勻速通過工況測得歸一化頻帶和為296 dB。實(shí)測最小相對音量變化結(jié)果如表7所示，在靜態(tài)和10 km/h運(yùn)行速度區(qū)間最小相對音量變化值為16 dB，小于最小相對音量變化值3 dB的要求，因此該試驗(yàn)車輛的提示音不滿足標(biāo)準(zhǔn)對于相對音量變化的要求。

4 結(jié)語

FMVSS 141規(guī)定試驗(yàn)只能在室外進(jìn)行，采集的提示音性能表現(xiàn)更符合其實(shí)際運(yùn)用場景，為保證測量的準(zhǔn)確性對總聲壓級及1/3倍頻程聲壓級均需要進(jìn)行環(huán)境校正。通過對某純電動(dòng)多用途乘用車的提示音進(jìn)行測試分析，驗(yàn)證了試驗(yàn)方法的可操作性，研究結(jié)果對于同行開展FMVSS 141相關(guān)試驗(yàn)具有積極意義。

車輛在純電動(dòng)模式下行駛時(shí)的低速提示音音色、頻率、聲級等聲音特性的聲品質(zhì)依然是該領(lǐng)域重點(diǎn)研究的方向。同時(shí)，隨著汽車行業(yè)智能化的迅猛發(fā)展，基于車輛對行人的識別功能，提示音系統(tǒng)的定向警示，避免在無人區(qū)域的噪聲污染或也將是下一代提示音系統(tǒng)的發(fā)展方向。

參考文獻(xiàn)：

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[8]Office of the Federal Register， National Archives and Records Administration Minimum Sound Requirements for Hybrid and Electric Vehicles：49 CFR § 571141-Standard No141[S]

作者簡介：

陳昌乾，男，1990年生，工程師，研究方向?yàn)檎囆阅軠y試與評價(jià)。