中国货车产品面临的国际噪声限值挑战

2018-10-23谢东明张志国

噪声与振动控制 2018年5期

谢东明，张志国，陆春

（中国汽车技术研究中心有限公司，天津 300300）

欧洲经济委员会依据UN ECE R51法规测量方法[1]收集的1 000余组样车加速行驶车外噪声试验数据中，N2、N3类货车的试验数据共有 194 组[2]，UN ECE R51-03法规据此确定了货车车外噪声限值，并于2016年7月1日起正式执行[3]。

通过分析UN ECE R51-03法规车外噪声限值体系，以及《汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法（修订GB 1495-2002）》项目组开展的验证试验发现，中国货车产品，尤其是发动机最大净功率较小的重型货车极难符合相应车外噪声限值要求[4]。通过分析中、欧货车产品特征差异，以及UN ECE R51-03法规车外噪声限值体系对中国货车产品的冲击，本文提出了基于最大总质量和轴数的车外噪声限值亚分类方式以及中国货车产品达到UN ECE R51-03车外噪声限值要求的技术解决方案。

1 UN ECE R51-03货车车外噪声限值方案

UN ECE R51-03系列法规的车外噪声限值草案最早由德国于2011年9月提出[5]，日本于2012年2月提出了日本对于ECE R51/03系列法规的车外噪声限值意见[6]。在货车车外噪声限值领域，德、日双方仅在N2类货车的最大净功率亚分类，以及N2和N3类货车的具体车外噪声限值上存在较小分歧，2013年9月德、日等多方初步达成了对于货车车外噪声限值的一致意见[7]，并最终确定技术方案如表1所示，表中Pn为汽车最大净功率。

表1 UN ECE R51-03车外噪声限值草案，单位dB（A）

UN ECE R51-03第1阶段车外噪声限值已经于2016年起执行，第2阶段车外噪声限值将于2020年起执行，第3阶段车外噪声限值将于2024年起执行。

整个车外噪声限值体系均以发动机最大净功率作为亚分类依据，即功率越大车外噪声限值越大。但中国生产的N2类货车最大净功率均普遍较欧洲货车产品小，这就意味着中国生产的同尺寸、同吨位的N2类货车产品将因为功率原因执行更为苛刻的车外噪声限值；中国生产的N3类货车中，三轴、四轴货车占有较高比例，从国内、外验证试验结果来看，多轴车噪声试验结果较两轴车偏高2 dB(A)左右[8]，仅通过最大净功率差异进行车外噪声限值亚分类划分，将无法反映中国N3类货车的噪声水平实情，也不适合中国N3类货车的特征。

2 典型中、欧货车产品主要特征

依据对德国、日本2013年9月提交的车外噪声限值草案的分析《，汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法（修订GB 1495-2002）》项目组发现其草案与中国国内情况并不适应，这源于中、欧货车产品特征存在巨大差异，且中国货车产品特征未被充分考虑[9]。

2.1 欧洲货车产品特征

欧洲货车产品类别较少，整个欧洲范围内主要有 MAN，SCANIA，VOLVO，IVECO，DAIMLER，DAF等6家制造商，除了少数专用货车以外，其产品主要分为3类：与轻型客车同平台的轻型货车（最大总质量GVM≤7.5 t，全部为N2类货车）；用于城区和郊区短途运输的中型货车（最大总质量7.5 t≤GVM≤18.0 t，涵盖部分由轻型客车平台衍生的N2类，和功率较小的N3类货车）；用于长途运输的重型货车（最大总质量GVM＞18.0 t，全部为N3类货车）。其中轻型货车主要采用两轴布置，为普通货车（具有敞开或封闭载货空间）和多用途货车（Van）；中型货车主要采用两轴布置，为普通货车（具有敞开或封闭载货空间）和功率较小的牵引汽车；重型货车主要为牵引汽车（采用两轴布置，极少数采用三轴布置）。由于欧洲货车产品的轴数主要为两轴车，且重型货车的多为牵引汽车，所以欧洲市场的货车车长多小于8 m[10]。

从其最大净功率上来看，与轻型客车同平台的轻型货车，其最大净功率Pn均分布在100 kW～150 kW范围内；中型货车的最大净功率Pn均分布在160 kW～250 kW范围内；重型货车的最大净功率Pn均分布在220 kW～410 kW范围内。货车的功率与最大总质量呈现出比较高的相关性。

2.2 国内货车产品特征

中国的货车市场为高度本土化的市场，2016年全年共产销货车及底盘约248万台（不含N1类）[11]，主要的货车（不计改装车厂）制造商有安徽江淮、中国重汽、北汽福田、陕汽、东风、安徽华菱、一汽解放、北奔重型、上汽红岩、大运汽车、力帆汽车、四川现代、江铃、长安、金杯、唐骏、南京依维柯、凯马、庆铃、南京徐工等二十余家，其产品特征体现出多样化的特征。从产品特征上来看，普通货车（两轴、三轴布置为主，具有敞开或封闭载货空间，N2类和N3类货车均有）、自卸汽车（三轴、四轴布置为主，N3类货车）、牵引汽车（三轴布置为主，部分小吨位牵引汽车为两轴布置，均为N3类货车）都是主力的产销车型，而与轻型客车同平台的产品较少（江铃汽车等有相应产品制造）。

中国货车产品的尺寸，轴荷及最大总质量常达到GB 1589标准许用的上限值，《汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法（修订GB 1495-2002）》项目组通过对“中国加速行驶车外噪声数据库”的38款各型货车产品分析发现，其中的13款牵引汽车的最大总质量均达到了18 （t两轴牵引汽车最大允许总质量）或25 （t三轴牵引汽车最大允许总质量），具有双转向轴的四轴自卸车及货车最大总质量均达到了31 （t具有双转向轴的四轴货车最大允许总质量）。为了获取更大的装载空间，数据库中的6款中国N3类普通货车产品（包括厢式货车）车长也都远超过欧洲普通货车产品的8 m左右，达到或接近尺寸上限12 m。

“中国加速行驶车外噪声数据库”的38款各型N2、N3类货车中，最大总质量GVM≤7.5 t的N2类货车的最大净功率分布在66 kW～115 kW范围内；最大总质量GVM＞7.5 t的N2类货车的功率分布在95 kW～120 kW范围内；GVM≤17.0 t的N3类货车的功率分布在110 kW～180 kW范围内；GVM＞17.0 t的N3类货车的功率分布在180 kW～350 kW范围内。与最大总质量相近的欧洲货车产品相比，中国货车产品的最大净功率明显偏低。

3 UN ECE R51-03对中国货车产品影响

UN ECE R51-03法规货车车外噪声限值主要考虑了欧洲市场特征，即按照不同的功率进行车型的亚分类，功率越低则车外噪声限值越严苛，功率越高则车外噪声限值越宽松。由于中国货车产品的最大净功率明显偏低，导致与欧洲货车产品相近吨位的中国货车产品需执行更为苛刻的噪声车外噪声限值，对中国货车产品的出口造成巨大的影响。

3.1 UN ECE R51-03考虑的主要车型

如表1所示的车外噪声限值划分方式，Pn≤135 kW的N2亚分类主要考虑了与轻型客车同平台的多用途货车，其第1阶段车外噪声限值为77 dB(A)；Pn＞135 kW的N2亚分类，以及Pn≤150 kW的N3亚分类主要考虑了由轻型客车平台衍生的中型货车，其第1阶段车外噪声限值分别为78 dB(A)和79 dB(A)；150 kW＜Pn≤250 kW的N3亚分类主要考虑了中型货车中尺寸、吨位较大的产品及小功率的牵引汽车，第1阶段车外噪声限值提高到了81 dB(A)；Pn＞250 kW的N3亚分类主要考虑了最大净功率较大的牵引汽车以及同平台的重型专用车等，其第1阶段车外噪声限值为82 dB(A)。

3.2 中国货车对UN ECE R51-03的不适应性及分析

由于中国货车产品特征与欧洲货车产品存在巨大差异，尤其是功率250 kW以下的中国货车产品，其吨位大，轴数多，最大净功率小。导致其噪声试验结果较欧洲相近最大净功率的货车产品偏大。表1中的车外噪声限值方案并不适合中国的货车产品。

3.2.1 中国N2类货车存在的问题

Pn≤135 kW的N2亚分类原本主要考虑的是衍生于M2类轻型客车平台的多用途货车（Van），但从图1分析可得，“中国加速行驶车外噪声数据库”中所有12款N2类货车产品的最大净功率均小于135 kW，即均被划入了该亚分类，执行第1阶段77 dB(A)的苛刻限值。从分析来看，仅2款产品能符合其要求，通过率仅为16.7%。

图1 中国N2类货车与UN法规噪声车外噪声限值符合性

以某款典型的N2类欧洲货车产品与N2类中国货车产品对比为例，如表2所示，中国货车产品的最大总质量大于欧洲货车产品的2倍，发动机排量、扭矩也更大，试验结果较欧洲货车产品高1.4 dB（A），但由于两车的最大净功率均小于135 kW，需执行相同的车外噪声限值77 dB（A），此种车外噪声限值亚分类方式导致中国货车产品不能满足UN ECE R51-03法规的要求。

表2 中、欧N2类货车产品特征及噪声试验结果对比

3.2.2 中国N3类货车存在的问题

通过分析“中国加速行驶车外噪声数据库”，如图2所示，Pn≤150 kW的N3亚分类，其第1阶段车外噪声限值为79 dB(A)，有4款产品在此亚分类中，但仅1款产品满足UN噪声法规车外噪声限值要求；150 kW＜Pn≤250 kW的N3亚分类，其第1阶段车外噪声限值为81 dB(A)，有5款产品在此亚分类中，仅1款产品满足UN噪声法规车外噪声限值要求；Pn＞250 kW的N3亚分类，其第1阶段车外噪声限值为82 dB(A)，有17款产品在此亚分类中，仅1款产品满足UN噪声法规车外噪声限值要求。

以某款典型的N3类欧洲货车产品与N3类中国货车产品对比为例，如表3所示。

图2 中国N3类货车与UN法规噪声车外噪声限值符合性

表3 中、欧N3类货车产品特征及噪声试验结果对比

中国货车产品的最大总质量大于欧洲货车产品约17 t，轴数多于欧洲货车产品2轴，发动机排量、扭矩也更大，试验结果较欧洲货车产品高4.8 dB（A），但由于两车的最大净功率均小于250 kW，需执行相同的车外噪声限值81 dB（A），此种车外噪声限值亚分类方式导致中国货车产品不能满足UN ECE R51-03法规的要求。

4 适合中国货车产品的车外噪声限值亚分类方式

《汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法（修订GB 1495-2002）》项目组通过对数据库的分析发现，UN ECE R51-03依据发动机最大净功率进行货车亚分类的方式并不适合中国货车产品特征，如图1、图2所示的最大总质量较大的重型车被划为了轻、中型货车类别管理，导致该类车型无法通过法规要求。中国就此开始研究可以作为中国货车产品车外噪声限值分类方式的车辆参数，研究发现货车最稳定的车辆参数为最大总质量和轴数。

4.1 中国在货车亚分类方式上的探索

《汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法（修订GB 1495-2002）》项目组于2012年2月代表中国政府向联合国欧洲经济委员会提交了非正式文件[12]，提出不同的最大净功率亚分类方式。2012年9月，项目组代表中国政府初步阐明发动机最大净功率只是汽车的众多参数之一，不应作为汽车亚分类的唯一依据，应综合考虑汽车用途、整车特征、以及噪声来源等多种因素。并建议将整车最大总质量作为车辆亚分类的基本依据，由于汽车的行驶系统（主要指轮胎）也是重要声源，整车轴数、驱动轴轴数也应作为亚分类的重要补充。自此，中国对于货车产品噪声车外噪声限值亚分类的技术路线得以确定[13]。

4.2 基于最大总质量的车外噪声限值分类方式

由于欧洲国家一直拒绝采用中国依据汽车最大总质量进行亚分类的方式，导致中、欧噪声标准法规在货车产品的车外噪声限值亚分类上朝着不同的技术方向继续发展，最终中国独立建立了以最大总质量为依据的车外噪声限值亚分类体系[14]。

表4 中国货车车外噪声限值亚分类体系，单位dB（A）

如表4所示，为GB1495-20XX《汽车加速行驶车外噪声车外噪声限值及测量方法》征求意见稿中确定的货车产品车外噪声限值亚分类及附加条款。

采用此种车外噪声限值分类方式，能够将与轻型客车同平台的轻型货车列入GVM≤7 500 kg的N2类货车；传统的货车底盘及中型货车，将列入GVM＞7 500 kg的N2类货车；与中型货车同平台的两轴N3类货车产品，被列入了GVM≤17 000 kg的N3类货车亚分类中；大功率的两轴牵引汽车、三轴及三轴以上的重型货车被列入了GVM＞17 000 kg的N3类货车亚分类中。

同时，对于6×2、6×4、8×4等多轴（多驱动轴）重型牵引汽车、货车和自卸车等，验证试验发现，在同一个亚分类中三轴货车较两轴货车试验结果偏高2 dB（A），四轴货车较两轴货车试验结果偏高3 dB（A），应当予以2 dB(A)～3 dB(A)的车外噪声限值宽松。具体的处理办法为：噪声测量时采用多于两轴行驶，其车外噪声限值增加1 dB（A）；如噪声测量时采用多轴驱动，其车外噪声限值再增加1 dB（A）；对于重型的越野货车，其车外噪声限值再增加1 dB（A）[15]。此验证试验技术结论也与法国、德国等国技术机构的验证试验分析结论吻合。

5 仍然面临的技术问题及解决方案

由于中国与欧洲未在货车领域达成车外噪声限值方案的一致意见，中国货车产品出口将面临车外噪声限值壁垒。需要从发动机最大净功率、轮胎使用、试验样车等方面寻求短期解决方案；从长远角度还应协调中、欧货车车外噪声限值亚分类办法，并提高中国货车产品的声学水平，降低噪声。

5.1 选装适应UN ECE R51-03法规最大净功率的发动机

目前国内货车产品在相同底盘上往往选装多种功率的发动机，以某重型货车制造商XX 5317XXXX型N3类厢式货车为例，其选装的有上柴SC9DF310型柴油机，潍柴WP12.375型柴油机；如选装SC9DF310型柴油机时，其最大净功率Pn≤250 kW，将执行81 dB(A)的车外噪声限值；如选装另外一款发动机时，由于最大净功率Pn＞250 kW，将可以执行82 dB(A)的车外噪声限值，能获得1 dB(A)的车外噪声限值宽松。

但选装功率较大的发动机则只适用于选装发动机功率在135 kW附近的N2类货车，150 kW或250 kW附近的N3类货车，且需要因为车外噪声限值影响而淘汰功率较小的发动机，这将导致部分采用单一发动机型号的货车制造商以及相应的发动机制造商面临绝境。

5.2 选装符合规定的滚动胎

UN ECE R51-03法规规定雪地胎、牵引胎等容易引起额外噪声的轮胎被禁止使用，而要求使用滚动胎等正常轮胎进行试验。国内货车产品实际使用的轮胎并未对以上轮胎花纹进行区分，且国内目前无滚动胎等相应概念的准确描述。如表5所示，为了验证轮胎对货车产品车外噪声水平的影响，《汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法（修订GB 1495-2002）》项目组选用了欧洲某品牌重型牵引汽车分别装用牵引胎与滚动胎进行噪声比对试验，试验发现装用牵引胎时，该品牌重型牵引汽车不能满足UN ECE R51-03法规车外噪声限值要求的82 dB（A），而装用滚动胎之后，其试验结果减小了1.1 dB（A），可以满足UN ECE R51-03法规车外噪声限值要求。

表5 轮胎对货车产品噪声试验结果的影响

世界汽车制造商联合会OICA的研究显示，采用滚动胎将使得UN ECE R51-03法规试验结果平均减小1～2 dB（A）左右[16]。“中国加速行驶车外噪声数据库”显示，即使是将GVM＞17 000 kg的中国N3类货车产品全部划入最宽松的UN ECE R51-03法规亚分类（Pn＞250 kW），第1阶段执行82 dB（A）的车外噪声限值，中国货车产品（全部未采用滚动胎进行试验）仍难以满足其车外噪声限值要求，应考虑在出口认证时，采用UN ECE R51-03法规要求的滚动胎进行试验，以获取更好的试验结果。

5.3 选择轴数较少的车型用于认证

UN ECE R51-03法规只将发动机舱形状、材质，发动机型式两个条件作为车型差异判定条件，而对于不同轴数带来的差异，UN ECE R51-03法规认为可以通过选装滚动胎加以抵消。即采用相同的发动机及动力系统的车型，如最大总质量、轴数、长度等不同，则可视为同一车型，只需要选用一台样车进行该车系的认证[17]，从目前验证试验的情况来看，采用轴数较少的样车，将有利于试验准备（试验载荷增加较为容易），同时试验结果也更小。

5.4 长期解决方案

目前长期可行的办法是重新在联合国欧洲经济委员会世界车辆法规协调论坛噪声专家工作组（WP29/GRB）框架下，与欧盟及欧洲国家展开货车车外噪声限值分类方式的合作研究与协调，逐步影响UN ECE R51-03法规，促使其采用与中国一致或能覆盖中国货车产品的车外噪声限值亚分类方式。同时，发动机制造企业应积极提升发动机技术，提高相应发动机型号的效率及最大净功率，从根本上缩小中、欧货车产品装用发动机的最大净功率差距，以减小与欧洲国家进行法规协调的技术难度。

通过对“中国加速行驶车外噪声数据库”重型货车的数据分析以及与典型欧洲货车产品的对比来看，中国重型货车噪声平均水平较欧洲货车产品仍偏高1 dB（A）～3 dB（A），需要采取增加发动机罩，优化进排气系统、对传动系统材料进行重新设计、并选用滚动胎等措施[18]，切实降低货车产品噪声试验结果。