谢东明 陆春 石谢达 徐一丹 郭策
摘 要：GB/T 37153-2018《电动汽车低速提示音》标准是国家推荐性标准，于2019年7月1日实施，但标准文本中的要求和试验方法中有些条款内容不明确。本文结合验证试验和对照相应的国际法规解析标准中的疑难点问题，希望能够给相关人员理解标准提供技术参考。
关键词：电动汽车;低速提示音;技术要求;测量方法
中图分类号：U461 文献标识码：A 文章编号：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，电动汽车在低速行驶时过于安静造成其他道路使用者特别是盲人和视觉障碍人士的交通事故日益受到世界各国关注，美国和日本均于当年发表了相应的法案或研究报告，并认为安装使用电动汽车低速提示音系统（AVAS）是解决这一安全问题的必要技术手段之一[1]，美、日、欧盟、UNECE等也均在2010启动了相应标准法规制定工作，逐步明确AVAS安装使用、性能和测量方法的要求[2]。
国内方面，2012年7月实施的GB/T 28382-2012《纯电动乘用车技术条件》中，首次要求纯电动汽车在低于20km/h车速时发出适当声响，类似的安装及定性要求也出现在后来的纯电动货车和混合动力汽车技术要求标准[3-5]，以及机动车安全技术条件标准中[6]，但具体的技术要求及测量方法直到2018年才在GB/T 37153-2018《电动汽车低速提示音》（以下简称：GB/T 37153-2018）标准中具体呈现，GB/T 37153-2018非等效采纳了UN Regulation No. 138《针对安静道路行驶车辆可听度降低的要求》，并结合中国背景噪声条件，汽车产品类别特征，AVAS系统及整车NVH技术水平及安全性要求等综合考虑，做了大量的修改[7]。
但检测机构、整车及零部件企业在设计AVAS或开展相应试验时，陆续反映对标准适用范围理解不明确，发声的车速范围、暂停开关、背景噪声及测量方案、数据处理、倒车提示音等技术细节也难以沥青，影响了标准的全面、准确实施。
国内AVAS的研究论文最早由高岳于2013年撰写，其聚焦于AVAS标准法规制定的国内外背景和发展趋势[8]，葛林鹤、曹蕴涛等还对AVAS的设计以及对车内声品质的影响开展了深入研究[9-10]，苏星溢等人结合国内外AVAS标准法规的发展与试验进行了研究验证并获得了试验结果，但均未对试验结果以及标准的疑难点进行充分讨论[11]。
2019年，汽车噪声标准研究工作组专家与UN Regulation No. 138法规主要参与起草人保时捷汽车Hans-Martin Gerhard、日产汽车Yoshihiro Shirahashi等共同开展专项验证试验，旨在以验证试验为基础，讨论和解析标准疑难点问题。为国内各大汽车检测机构、高校、整车及零部件企业的AVAS设计与测量提供技术参考。
2 电动汽车低速提示音标准概述
GB/T 37153-2018标准主要技术内容如下：
①适用范围上：适用于M1和N1类纯电动汽车、具有纯电动行驶模式的混合动力汽车以及燃料电池电动汽车[12]。
②技术要求上：在0km/h ③测量方法上：针对5km/h、6km/h（倒车）、10km/h、15km/h及20km/h车速条件下的提示音进行测量;车辆运行模式要求声音最低、内燃机关闭;可选择室外、室内测量或室内、外结合测量，可选择移动模式（整车实际运行）或模拟运行进行测量，频移测量时可选择采用整车或部件进行，不同技术指标对应的具体方案如表1所示;背景噪声总体水平、波动量、三分之一倍频程声压级及修正均严格要求;需对汽车左、右侧分别测量，数据处理需对左右侧单独取值。 3 验证试验及数据 3.1 验证试验条件 2019年5月，验证试验在某汽车工程研究院整车半消声室进行。该半消声室设计本底噪声≤20dB（A），转鼓运行时，GB/T 37153-2018传声器布点处测得的背景噪声处于30dB（A）以下水平，主要技术指标如表2所示。试验样车为某型纯电动乘用车，样车及试验设施如图1所示。 3 截止频率/Hz 63 样车AVAS如图2所示，其装于电机舱前端保险杠中部，可设置暂停开关，可启动“暂停”功能，具有 “动感”“音效”“正常”三种发声模式，车辆静止时不发声，0km/h 3.2 试验方案及数据 试验采用整车开展，选用“动感”“正常”“音效”三种发声模式进行了GB/T 37153-2018的测量（本文中仅列举“正常”发声模式数据），分别测量了总声压级、三分之一倍频程声压级和频移等三个项目。 为了进一步验证整车实际运行和模拟运行对总声压级测量结果的影响，在“正常”发声模式下分别采用整车实际和模拟两种运行条件下的试验，总声压级测量结果如表3所示，不同车速下的提示音总声压级均满足GB/T 37153-2018相应限值要求。 样车三分之一倍频程声压级测量采用整车实车和模拟运行方式开展，测量结果及符合性判定如图4、图5所示（以10km/h车速左侧为例），样车均有两个三分之一倍频程（400Hz与500Hz为中心频率）的声压级满足最低声压级限值（47.0dB/A），且以上两个倍频程均在1600Hz以下，满足至少一个三分之一倍频程低于1600Hz的要求。样车在20km/h车速下的左、右侧分别有两个和三个三分之一倍频程声压级达到要求，且均在1600Hz以下。 采用整车模式运行方式测得样车在5km/h、10km/h、15km/h及20km/h匀速条件下的频域分布及变化如图6所示（以右侧为例），有多个频率发生移动（107Hz、442Hz），至少有一个频移（107Hz）符合标准要求的频移率，频移测量结果如表4所示。 4 标准疑难点的讨论与解析 通过分析GB/T 37153-2018标准全文及相关标准、文献，结合以上验证试验及数据，重点针对国内各大汽车检测机构、高校、整车及零部件企业提出的AVAS设计、测量提出的标准疑难点进行了讨论与解析。主要涉及适用范围、发声车速范围、暂停开关、背景噪声与测量方案、数据处理及倒车提示音要求等具体内容。 4.1 适用范围 GB/T 37153-2018标准适用于M1和N1类纯电动汽车、具有纯电动行驶模式的混合动力汽车以及燃料电池电动汽车。 M1和N1类混合动力汽车：其疑难点在于，不可外接充电式混合动力汽车（NOVC-HEV）[13]，内燃机在0km/h～20km/h车速范围内随时可能介入工作，是否还有必要安装AVAS并满足GB/T 37153-2018的技术要求。其判断的依据为：在GB/T 37153-2018要求的全部工况范围内（前进车速0km/h～20km/h及倒车），如存在内燃机不工作而电机单独工作的情况，即需安装AVAS，其他混合动力汽车也可以参照此原则进行判断。从在售车型的调研来看，丰田、本田全系混合动力汽车（Hybrid）均安装了AVAS系统，其在内燃机不工作时（前进或倒车）均能发出有效提示音。 其他车型种类：其疑难点在于，GB/T 37153-2018规定了在M1和N1类汽车中的适用范围，但目前涉及电动汽车提示音相关技术要求的标准还有GB 7258-2017，GB/T 28382-2012，GB/T 34585-2017，GB/T 32694-2021，GB/T 34598-2017等，GB 7258-2017涉及纯电动汽车、插电式混合动力汽车;GB/T 28382-2012涉及五座以下纯电动乘用车;GB/T 34585-2017涉及N1类纯电动汽车;GB/T 32694-2021涉及M1类插电式混合动力汽车;GB/T 34598-2017涉及N1类插电式混合动力汽车。以上标准涉及的适用范围中，GB/T 37153-2018可覆盖GB/T 28382-2012，GB/T 34585-2017，GB/T 32694-2021，GB/T 34598-2017等四项标准，相关技术要求均应满足GB/T 37153-2018标准。如表5所示[14]，GB/T 37153-2018与GB 7258-2017的适用范围存在交集和并集，M1和N1类纯电动、插电式混合动力汽车应同时满足GB/T 37153-2018的技术要求与GB 7258-2017的提示性声响要求;M1和N1类不可外接充电式混合动力汽车以及燃料电池汽车应满足GB/T 37153-2018的技术要求;M2、M3、N2、N3类纯电动、插电式混合动力汽车应满足GB 7258-2017的提示性聲响要求，为确保适应未来标准发展，建议此类车型参考GB/T 37153-2018的要求进行相应的技术开发和安装。值得注意的是UN Regulation No. 138对所有电气化汽车（Electrified）均有提示音要求，相关车型应更全面考虑是否安装AVAS。 4.2 发声车速范围 GB/37153-2018标准要求的发声车速范围明确，车速0km/h 静止时是否发声方面：以上要求均说明汽车在静止状态可选择不发声，在实际的应用中，目前日产Leaf、丰田COROLLA混动版、本田CR-V混动版等车型均选择静止时不发声的策略，以这一策略从客观上解决了汽车在静止无其他聲源掩盖时，AVAS对车内声品质的不利影响[15];但另一方面，德、美等国研究者仍认为，即使汽车静止时，也应发出一定的提示性声响，以确保行人知道该汽车的位置以及可能发生移动[16]，为此美国汽车安全法规FMVSS 141中要求汽车在静止时必须发声[17]，此要求与国内标准及UN Regulation No. 138法规均存在差异[18]。 在20km/h及以上是否可继续发声方面，目前GB/37153-2018及相关国内标准均无要求，一般产品设计逻辑为车速达到25km/h时，提示音发声逐渐减小直至消失，以确保汽车在20km/h±1km/h附近车速提示音满足GB/T 37153-2018要求。但美国FMVSS 141法规对AVAS在30km/h±1km/h车速范围的发声水平有明确要求，其AVAS的发声车速范围明显高于中国和欧洲。 4.3 暂停开关使用 欧盟在其2014年推出的法规中规定AVAS系统必须装配暂停开关;美国2016年推出的FMVSS 141法规中则要求不能装配暂停开关，UN Regulation No. 138在其最初的00版本中规定可以装配暂停开关，但在随后的01版本中又禁止装配暂停开关，以上要求的巨大差异和频繁变化为汽车内饰件及控制面板的开发带来巨大挑战，汽车制造商难以同时满足以上要求。GB/T 37153-2018标准则规定可有条件配置暂停开关，以保护特定工况和环境下的车内、外声环境，如配置暂停开关，应告知暂停开关的使用条件（确保无其他道路使用者），暂停开关应布置在驾驶员正常驾驶状态视线可及和可操作位置，汽车重启时AVAS应自动处于工作状态。 汽车制造商为了同时应对欧、美等不同国家及地区的暂停开关要求，在2017年之前往往选择仪表台内饰板上预留暂停开关安装位置或在电子控制面板上预留暂停开关控制选项，其中电子控制面板预留暂停开关控制选项具有更便利和更低成本的优势，被越来越多使用，但需要注意的是一旦采用该方案，则需确保暂停开关控制选项“视线可见”和和“可接触和操作”，不能将暂停开关控制选项置于控制面板的二级菜单或隐藏位置。但2017年开始，随着EU、UN及FMVSS等法规均全面倾向于禁止使用暂停开关，安装暂停开关面临的法规风险越来越大，不再依靠设计和安装暂停开关改善特定工况下的车内声品质和车外声环境，转而研究和提高提示音本身的声品质成为了当下的发展方向。 4.4 背景噪声的影响及测量方案选择 GB/T 37153-2018要求以测量设施运行时，连续10s的最大A计权声压级作为背景噪声，背景噪声低于AVAS总声压级10dB（A）以上为理想状态，三分之一倍频程声压级及频移测量对背景噪声的声压级及发声频率也更加敏感，需确保其在相应倍频程及频域的声压级与AVAS的声压级具有显著差异。如背景噪声不低于AVAS总声压级10 dB（A），则该背景噪声条件下只能测量总声压级，不能进行三分之一倍频程声压级和频移测量，且需先确保背景噪声的波动量不应大于2dB（A）。由于背景噪声的影响，AVAS测量方案的选择对测量结果重复性、准确性都具有重要意义。 测量方案的选择主要涉及室内或室外测量，实车或模拟运行，整车或部件三个重要选项。 室内或室外测量：目前收集的安徽广德、安徽定远、北京通州、江苏盐城、日本栃木等国内、外汽车试验场的噪声测量场地背景噪声整体水平均在45dB（A）±5dB（A）范围内，部分室外测量场地受周边树林风噪，鸟鸣，高环、可靠性等测试道路及场外的空中航线等因素影响，对测量存在额外的干扰，因此建议此项试验尽量选择在室内进行，如确需在室外进行，建议只进行总声压级测量。 实车或模拟运行：实车运行时，动力总成、轮胎/路面、轮胎/转鼓等噪声一方面将增加总声压级，但另一方面将带来频域声压级的不确定性。如表1所示，该样车AVAS安装在汽车前端，前进方向行驶时，实车运行带来的总声压级提升均小于1dB（A），而倒车时，由于AVAS距离汽车后端较远，实车运行带来的总声压级提升高达7dB（A）左右;如图4所示，10km/h车速时，受实车运行影响，样车四次测量的三分之一倍频程声压级相比图5的模拟运行结果更离散，在315Hz中心频率对应的声压级有10dB（A）左右的提升，但对样车重点三分之一倍频程（400Hz与500Hz为中心频率）声压级的影响有限，未改变最后的符合性判定;但如图7所示，频移测量时，如采用实车运行，则极难找到敏感频率和相应的频移现象。综上：建议总声压级和三分之一倍频程声压级测量时，尽量采用模拟运行，频移测量不要采用实车运行。 整车或部件测量：GB/T 37153-2018要求总声压级及三分之一倍频程声压级测量时，均采用整车测量;频移测量可采用整车或零部件，如图6所示，如采用整车模拟运行，可获得稳定测量结果，无需单独采用部件测量。 4.5 测量数据的获取及处理 采用GB 1495-2002进行车外噪声测量是侧重于获取汽车单体对整个周围声环境的最大影响，往往测量汽车通过整个测试区域过程中的最大声压级，并采用左右侧相比的较大值用于计算最终结果[19];采用GB/T 18697-2002进行车内匀速噪声测量时，往往为了获取车内声环境对乘员的影响，采用驾驶员耳旁平均声压级用于计算最终结果[20]。但GB/T 37153-2018则与之不同，其作为安全类标准，需要确保汽车和行人发生实际接触之前，对车前、车后，紧贴汽车的左、右侧（距中线仅2m）均提供足够的提示性声响。如图1所示，AVAS测量的传声器布置点位于汽车前、后端面用于测量前进或倒车时的提示音，如图8所示，测量数据的取值从汽车通过AA’线（前进或倒车）开始至接近传声器布置点连线PP’线结束（接触或碰撞可能已经发生），取其左、右侧的最大声压级作为单独进入后续处理，汽车正常驶过测量区域。 为了确保测量结果的重复性和稳定性，所有工况均需重复四次，并确保相同工况下的四次测量结果的声压级差值不超过2dB（A），对左、右侧每次测量结果进行单独修正（仅总声压级测量可修正），在分别以左、右侧的有效结果均值作为最终结果;如图4、图6所示，三分之一倍频程声压级及频移测量需要对左、右侧每次测量结果单独绘制三分之一倍频程声压级分布及频率分布图，分别获取左、右侧的测量结果均值。总声压级、三分之一倍频程声压级和频移测量结果，均需左、右侧分别满足限值要求。 4.6 倒车时的提示音困局 由于汽车在前进时，必须满足总声压级、三分之一倍频程声压级和频移三方面的技术要求，而汽车倒车时，可仅满足总声压级要求。汽车制造商往往选择在汽车前端安装AVAS，模拟传统发动机连续发声，但此声音受汽车电机舱、乘员舱结构多重遮蔽及倒车测点距离较远等因素影响，汽车前端的AVAS发声难以传递到车辆后端，单纯增加AVAS的声压级又面临车内声品质的巨大挑战，如表1所示，虽然倒车时的总声压级限值最低（49dB（A）），但达标难度最高。此时，汽车制造商可能选择在汽车后端加装发声装置，因成本控制等原因，部分加装的发声装置与前端的AVAS发声类型存明显差异，如图9所示，某型电动汽车其后端发声装置为间歇式发声的蜂鸣音，采用室内测量时左、右侧的声压级最大值均值均超过55dB（A），可以满足标准要求，但其应重点关注声压级波峰与波谷的差值以及波峰发生的时间间隔，避免在实际道路行驶时，出现波谷引起的“盲区”，增加行人的安全风险。另外，目前国内、外均在开展倒车提示音标准法规的研究和制定，其技术要求与GB/T 37153-2018的异同也是未来需要关注的重点[21]。 5 结论 ①电动汽车低速行驶提示音标准作为安全类标准，与传统的汽车噪声标准在目的意义、测量方法、限值要求等方面都有明显差异，对该标准的解读应以确保行人安全作为宗旨和前提; ②该标准测量方法对声环境要求较高，建议尽量采用室内、整车模拟运行的方式进行测量，以提高测试效率; ③目前国内、外提示音标准法规均在陆续制定完善过程中，难以在短时间内推出全球性的统一技术法规，为AVAS的设计和应用带来挑战; ④该标准还面临在商用车型中的进一步应用，其与转弯提示音[22]、倒车提示音等标准法规的技术融合是未来面临的又一技术难题。 参考文献： [1]Public Law 111-373 Pedestrian Safety Enhancement Act of 2010 [EB/OL]. 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