新能源汽车车外噪声影响分析.pdf

1582023 年第 42 卷第 4 期Shanghai Environmental Sciences新能源汽车车外噪声影响分析An Analysis on the Impact of Noise Outside the Vehicles Fuelled by New Energy孙晓明（上海市环境科学研究院，上海 200233）Sun Xiaoming(Shanghai Academy Environmental Sciences,Shanghai 200233)摘要通过现场实测采集车外通过噪声样本，比较了内燃机汽车和新能源汽车在不同行驶速度下的噪声情况，发现在低速30km/h 和高速 60km/h 匀速行驶通过时，新能源车比燃油车辆通过噪声低 1.0 1.7dB(A)。根据声能量叠加原理和 1h 等效连续 A声级，结合道路车流量，利用 Cadna/A 仿真软件对城市某区域进行声学模型预测，研究了新能源汽车占比变化对区域声环境的影响。与现状相比，当新能源汽车比例提高至 100%时，观察点昼间噪声下降 0.8 1.6dB(A)，夜间噪声下降 0.5 0.9dB(A)。鉴于新能源车占比提升对整体声环境改善效果不显著，建议发展低噪声路面，助力区域声环境改善。关键词：声学交通噪声声能量叠加新能源汽车通过噪声AbstractNoise samples were collected outside the vehicles equipped by internal combustion engine and fuelled by new energy,respectively,through fi eld measurements to compare each other at diff erent speeds.It was found that the pass-through constantly running noise of new energy fuelled vehicles was 1.0 1.7 dB(A)lower than that of gasoline fuelled ones at either a low speed of 30 km/h or a high speed of 60 km/h.Based on the principle of sound energy superposition and one-hour equivalent continuous A-weighted sound pressure level combined with the road traffic flow,a simulation software Cadna/A was applied to predicting the sound levels in a specified urban area,whilst studying the impact of various proportion of new energy fuelled vehicles on the areal acoustic environment.When the share of new energy fuelled vehicles was increased up to 100%,the noise at observation points dropped by 0.8 1.6 dB(A)during daytime and 0.5 0.9 dB(A)at night.In view of such non-signifi cant eff ect on the improvement of overall acoustic environment by elevating the proportion of new energy fuelled vehicles,the development of low-noise road surface is suggested to help to make the areal acoustic environment better.Key words：AcousticsTraffic noiseSound energy superpositionNew energy fuelled vehicles Pass-through noise新能源汽车作为战略性新兴产业，对于改善我国能源消费结构、减少空气污染具有积极意义。新能源汽车在噪声方面与内燃机汽车显著不同，但目前关于其车外通过噪声和由此带来的城市声环境影响的研究较少。秦勤等1对电动汽车和内燃机汽车的噪声特性进行对比后发现，小型电动车与汽油车噪声污染水平相当；电动公交车比柴油公交车噪声污染水平低412 dB（A）。邵志跃等2对电动小汽车、公交车和内燃机小汽车、公交车的通过噪声进行了对比，发现电动小汽车较燃油小汽车通过噪声小 5.8 dB（A），电动公交车较燃油公交车通过噪声小 9.8 dB（A）。车况、作者孙晓明，女，1988 年生，2012 年毕业于同济大学铁道与城市轨道交通研究院，硕士，工程师。159Shanghai Environmental Sciences新能源汽车车外噪声影响分析孙晓明路况等因素对新能源汽车车外噪声的影响尚无定论，也无法明确新能源汽车比例上升后对城市声环境的影响。本文通过现场实测获得新能源汽车与内燃机汽车的车外通过噪声数据，分析其对道路噪声的影响，考察新能源汽车占比对城市区域居住区声环境的影响。1声源采集1.1测试方案与条件声源样本采集方案参考国家标准 GB14952002汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法3。测量场地、测量区及传声器的布置见图 1。阔，无较大的噪声反射面，无遮挡物、无吸声材料；道路路段平直，测试路面为沥青混凝土结构；监测点与路口之间距离 100 m（见图 2）。1.1.2试验车辆试验车辆分别为荣威 ei5（纯电动车）、荣威ei6（混动）和大众途安（内燃机汽车）。通过对 GB/T38146.12019 中工况数据的统计分析发现，城市汽车运行车速集中在 3070 km/h，故设定 30、50、60 km/h 匀速通过行驶 3 种工况，采集时，保证无其他车辆在该路段行驶。1.1.3试验设备采样时间为 2021 年 11 月 17 日 10：0013：00，天气晴，温度 15，风速约 1m/s。声源采样仪器为德国 HEAD acoustics 公司的 SQuadriga 便携式多通道采集系统、丹麦 GRAS 1/2 英寸传声器。传声器采用三角架支撑，离地面高约 1.2 m4。将采集到的噪声样本导入德国 HEAD acoustics 公司的 Artemis 软件进行回放，排除受到其他环境噪声干扰的样本，每辆车不同车速情下选择 45 个不受干扰的噪声样本进行分析计算。1.1.4通过噪声的等效连续 A 声级各种车通过噪声的等效连续 A 声级计算方法见式（1）。（1）式中，LAeq等效连续 A 声级，dB（A）；NA 声级数据个数，与时间长度和时间间隔有关；LAi每个时间间隔对应的 A 声级，dB（A）。扣除测量结果中本底噪声的贡献以获取单独的汽车通过噪声，根据声能量叠加的原理，按式（2）进行计算。（2）式中，L车车辆通过噪声，dB（A）；L测实测噪声，dB（A）；L本底本底噪声，dB（A）。每辆车在 3 种速度加速行驶时，分别进行 4 次采样，运用声能量叠加原理扣除本底噪声后，得到不同车速下通过噪声平均值（见表 1）。通过对表 1 中的实测数据进行分析，可以看出：（1）3 辆车通过噪声的总 A 声级均随速度的提升而增加，在 60 km/h 时达到最大。（2）在 30、60 km/h 匀速行驶状态下，新能源车通过噪声均小于内燃机汽图 1测量场地和测量区及传声器的布置图 2测试现场行驶中心线注：尺寸单位 m最小的标准试验路面传声器（h=1.20.02）10 3101010100.05 100.057.50.057.50.05ABAB在此半径内应无大噪声反射物R=501.1.1试验场地为保证测试数据有效性，选择干扰性较小的道路作为试验场地，即所选路段附近除交通噪声外，基本没有其他噪声影响，车流量较小，背景噪声较低，能够采集到一辆车通过的噪声样本；采样场地周边较开1602023 年第 42 卷第 4 期Shanghai Environmental Sciences2.1车流量情况收集周边 4 条道路的昼夜车流量数据，分别于昼间和夜间对每条道路各计数一次，每次 20 min，计数时区分大车（大卡车、巴士和公交车）和小车（其余车辆），车流量统计结果见表 2，4 条道路中剑河路车流量最大。表 13 辆汽车在不同速度下的通过噪声平均值/dB（A）车速/（km/h）大众途安（内燃机）荣威 ei6（混动）荣威 ei5（纯电）3060.759.759.35065.665.565.56068.466.766.9图 3研究某小区范围示意图 4预测点位置表 24 条道路昼间和夜间小时车流量/（辆/h）道路车道等级昼间夜间大车小车大车小车剑河路三4874715396青溪路二636615165哈密路二3353424105平溪路二0114024表 3昼间和夜间新能源汽车占比/%道路昼间夜间大车小车大车小车剑河路18.829.760.049.2青溪路0.030.360.041.8哈密路54.538.862.562.9平溪路0.021.10.050.0统计 4 条道路车辆类型占比时发现，随着近年来新能源汽车的大力推广，道路上新能源汽车的占比逐渐增大。昼间小型新能源汽车占比为 21.1%38.8%，大型新能源车占比为 0%54.5%；夜间小型新能源车，声级降低 1.01.7 dB（A）；在 50 km/h 匀速行驶状态下，新能源车经过测量点的声级与汽油车辆十分接近，变化不明显。丹麦公路局4试验研究发现，在低速 10 km/h 的速度下，新能源汽车比传统燃油汽车显著低 5 dB（A）；速度高于 30 km/h 时，轮胎噪声占主导地位，两者差异很小。本研究中，以 60 km/h 的较快速度行驶时，新能源汽车均依然具有轻微降噪的优势，但当速度为50 km/h 时，新能源车与燃油车噪声相当，与以往的理论不完全一致，主要可能因为本次测试车辆数量较少，且胎噪与车辆轮胎、路面特性等因素相关。2城市声环境噪声预测分析本研究选择的 Cadna/A 仿真软件包括噪声源模型和 ISO9613 的声传播模型5。将道路交通噪声作为主要噪声源，利用 Cadna/A 对上海某小区（剑河路、哈密路、青溪路和平溪路合围地块，见图 3）进行软件模拟，研究新能源汽车的比例上升对城市区域声环境的影响。选取具有特征性的沿道路四周和距离衰减的腹地位置作为预测点（见图 4），将车流量、重车占比、车速限值以及道路参数输入模型，经过软件模拟计算，输出预测点的声级值6。161Shanghai Environmental Sciences汽车占比为 41.8%62.9%，大型新能源车占比为062.5%，新能源汽车在夜间的比例明显高于昼间。2.21 h 等效 A 声级变化分析道路噪声会随时间变化，当有车辆通过时，噪声声级上升，车辆通过后噪声声级下降。对于这种起伏的噪声，通常采用噪声能量按时间平均的方法进行评价，在实际应用中，常以 1h 等效连续 A 声级进行评价，即将 1 h 内噪声总能量进行平均，见式（3）。（3）式中，LAeq,1h1h 等效 A 声级，dB（A）；LAi1h 中的第 i 个 A 声级，dB（A）；n1h 内 A 声级数据个数，取决于时间间隔，若时间间隔为 0.1 s，则 n 为36 000。单辆车通过的声能量乘以车流量，可以得到总的汽车噪声声能量，再加上本底噪声的声能量，在1 h 内进行能量平均，就可以得到一定车流量条件下LAeq,1h。2.3模型有效性验证将车流量、重车占比、车速限值以及道路参数输入模型进行模拟计算，得到测点的模拟声压值，并与实测值进行比较（见表 4），发现模型校核点处实测点与模拟值之间最大的差值为 0.6 dB（A）。HJ2.42021环境影响评级技术导则中规定，计算结果和监测结果在允许误差范围内（3 dB）时，可利用模型计算其它声环境保护目标的现状噪声值。本研究中两者之间的数值较为接近，说明设置的参数模型与参数输入对研究区域内声环境模拟的有效性较高。表 4模型校核点噪声实测值与模拟值/dB（A）比较模型校核点实测值模拟值相差值昼间70.169.6+0.5夜间65.966.0-0.1现状等声级区分布新能源汽车占比为 80%等声级区分布新能源汽车占比为 100%等声级区分布图 5新能源汽车不同占比情况下声级区分布-99.0dB；35.0dB；40.0dB；45.0dB；50.0dB；55.0dB；60.0dB；65.0dB；70.0dB；75.0dB；80.0dB；85.0dB；2.4预测结果考虑到新能源车代替内燃机汽车是一个渐进的过程，同时基于现阶段新能源汽车的占比情况，设定为以下 3 种新能源汽车占比例情景：现状、80%新能源汽车、100%新能源汽车，计算 3 种情景下的 LAeq,1h数值，比较其 A 声级变化，绘制不同新能源汽车占比情况下的声级图（见图 5）。对 图 5 中 各 点 位 处 的 噪 声 值 进 行 预 测（见表 5）可知，腹地处的点位 2-2 的昼夜噪声值均 35 dB（A），点位 2-5 夜间噪声值 35 dB（A），受车辆交通噪声影响较小。受车辆交通噪声影响较大的是边界处的 9 个观察点，其中 3-1 点声级最大。当新能源汽车比例上升到 80%，各点位的昼间声级较现状下降 0.31.1 dB（A），夜间声级下降0.20.5 dB（A）。当新能源汽车比例上升到 100%，各点位的昼间声级较现状下降 0.81.6 dB（A），夜间声级下降 0.50.9 dB（A）。对比各点位昼、夜声级变化（见图 6图 7），由12 个点位的声级值推断该区域内整体降噪效果不显著，当新能源汽车比例上升到 100%，也仅较现状声级降低 0.9%3.1%。该区域周边 4 条道路中剑河路新能源汽车车外噪声影响分析孙晓明1622023 年第 42 卷第 4 期Shanghai Environmental Sciences3结语（1）新能源车在低速和高速行驶时，噪声均小于内燃机汽车。一般研究认为，电动车在低速行驶时的噪声与燃油车差异最大，高速行驶时没有噪声优势，但本研究发现，新能源汽车与燃油汽车在不同速度匀速行驶时的噪声差异并不是很大，在 50 km/h 匀速行驶状态下，新能源车经过测量点的声级与汽油车辆十分接近，变化不明显。在低速30 km/h 和高速 60 km/h 匀速行驶通过时新能源车较比燃油车辆通过噪声低 1.01.7 dB（A）；（2）居住小区的噪声环境不仅受到道路车流量的影响，还受到建筑布局的影响，临街建筑因正对道路导致噪声影响较大。与现状相比，当新能源汽车比例提高至 100%时，观察点昼间噪声下降0.81.6 dB（A），夜间噪声下降 0.50.9 dB（A）。在城市布局无法调整的情况下，新能源车比例提升，使居住小区的整体噪声环境得到了改善，但改善效果不显著。根据新能源汽车车外通过噪声声源数据情况，新能源汽车较内燃机汽车在中高速上无显著降噪效果。欧洲地区环境噪声会议上有专家提出，发展低噪声路面是一种经济、有效的从根源上解决行车噪声污染问题的方案，未来可加强相关方向的研究，助力城市区域声环境改善。4参考文献 1 秦勤，肖伟民，蒋从双，等电动汽车和燃油汽车的噪声特性对比 J噪声与振动控制，2014（2）：63-65.2 邵志跃电动汽车引起城市交通噪声变化初探 J噪声与振动控制，2018（4）：128-133.3 原国家环境保护总局GB 14952002 汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法S北京：中国环境科学出版社，2002.4 SKOV R S H,IVERSEN L M.Noise from electric vehicles-measurementRCOMPETT,2015.5 康钟绪，户文成，肖伟民，等城市公交车轮胎噪声测试与分析C/2012 全国环境声学学术会议论文集杭州：中国声学学会，2012：289-292.6 刘培杰，孙海涛，王红卫噪声模拟软件 Cadna/A 在交通噪声预测评价种的应用 J噪声控制，2008（7）：64-67.责任编辑黄潇月（收到修改稿日期：2023-07-11）图 6各点位昼间声级对比情况80%新能源车；现状；100%新燃油车点位6560555045401-1 1-2 1-3 1-4 2-1 2-4 3-1 3-2 3-3昼间声级/dB（A）80%新能源车；现状；100%新燃油车点位60555045401-1 1-2 1-3 1-4 2-1 2-4 3-1 3-2 3-3夜间声级/dB（A）图 7各点位夜间声级对比情况表 53 种情景下各点位噪声预测值/dB（A）点位现状80%新能源车100%新能源车昼间夜间昼间夜间昼间夜间1-151.347.750.247.249.746.91-253.950.352.849.852.349.51-353.149.5524951.548.71-457.952.857.652.357.1522-161.457.660.557.160.156.82-240.736.439.735.939.235.62-3 35 35 35 35 35 352-457.250.256.449.75649.32-540.2 3539.1 3538.6 353-165.457.964.757.764.257.43-259.652.158.951.958.451.63-357.650.256.849.956.449.6车流量最大，受交通噪声影响最大的是靠近剑河路侧的 1-1、1-2、1-3 共 3 个点位，这三个点位也是新能源汽车占比变高后降噪效果最大的点位，新能源车100%普及昼间声级最大降低 1.6 dB（A），夜间最大降低 0.8 dB（A）。