徐忠偉

(溫州市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢測(cè)院，浙江溫州 325000)

電控氣喇叭起動(dòng)性能測(cè)試裝置的研發(fā)

徐忠偉

(溫州市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢測(cè)院，浙江溫州 325000)

設(shè)計(jì)了一種電控氣喇叭起動(dòng)性能測(cè)試裝置，聲學(xué)采集分析采用AWA6290M雙通道聲學(xué)分析儀，其中一個(gè)通道采集聲學(xué)信號(hào)，另一個(gè)通道采集喇叭通電觸發(fā)信號(hào)。通過雙通道同步采樣和數(shù)據(jù)分析，完成電控氣喇叭起動(dòng)時(shí)間測(cè)試，解決了GB 15742和ECE-R28標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于起動(dòng)性能試驗(yàn)問題。

聲學(xué)分析；雙通道同步率；響應(yīng)時(shí)間

0 引言

根據(jù)道路交通安全法和交通管理?xiàng)l例相關(guān)規(guī)定，機(jī)動(dòng)車駛近急彎、坡道頂端等影響安全視距的路段以及超車或者遇有緊急情況時(shí)，應(yīng)當(dāng)減速慢行，并鳴喇叭示意以確保交通安全。因此說，機(jī)動(dòng)車?yán)仁菣C(jī)動(dòng)車的重要安全部件。

機(jī)動(dòng)車?yán)劝雌浒l(fā)音動(dòng)力分電喇叭和(電控)氣喇叭，其中電喇叭廣泛應(yīng)用于中小型車輛，而電控氣喇叭主要用于具有空氣制動(dòng)裝置的重型載重車上。有研究表明：在每年的交通事故中，載重車輛與其他車輛和行人之間的事故比例較高。

機(jī)動(dòng)車?yán)葘儆趶?qiáng)制性認(rèn)證產(chǎn)品范疇。國(guó)標(biāo)GB 15742和歐盟標(biāo)準(zhǔn)ECE-R28均特別指出:對(duì)于氣動(dòng)和電-氣動(dòng)喇叭，其起動(dòng)性能應(yīng)保證從喇叭剛被推動(dòng)的瞬間至聲壓級(jí)達(dá)到規(guī)定值的時(shí)間不得超過0.2 s。這條規(guī)定對(duì)于保障道路行人和車輛行駛安全起到重要作用。

市場(chǎng)現(xiàn)有的機(jī)動(dòng)車?yán)刃阅軠y(cè)試儀器，進(jìn)口的有丹麥B & K、德國(guó)西門子、美國(guó)GR公司、日本音響測(cè)機(jī)株式會(huì)社等，國(guó)產(chǎn)的如杭州愛華、杭州吉高電聲、恒生聲學(xué)、北京中慧天誠(chéng)科技等，其生產(chǎn)的聲學(xué)測(cè)試儀器均屬于通用型聲學(xué)測(cè)試儀，僅進(jìn)行聲壓級(jí)和頻譜等聲學(xué)分析，不含起動(dòng)性能測(cè)試功能，不能覆蓋以上標(biāo)準(zhǔn)的全部測(cè)試項(xiàng)目。因此，試制一臺(tái)電控氣喇叭起動(dòng)性能測(cè)試裝置十分必要。

作者設(shè)計(jì)了一種電控氣喇叭起動(dòng)性能測(cè)試裝置，它是對(duì)以上聲學(xué)儀器的二次開發(fā)，將喇叭試驗(yàn)用電源、氣源與通用型聲學(xué)測(cè)試儀進(jìn)行有效集成，通過增設(shè)相關(guān)外圍設(shè)備，升級(jí)軟件測(cè)試模塊，實(shí)現(xiàn)了涵蓋喇叭基頻、聲壓級(jí)、頻譜分析和起動(dòng)時(shí)間的全性能聲學(xué)分析，為完整分析機(jī)動(dòng)車?yán)刃阅?、確保產(chǎn)品質(zhì)量符合有關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)提供了技術(shù)保障。

1 硬件組成

此測(cè)試裝置主要由4個(gè)部分組成：AWA6290M型多通道信號(hào)分析儀，腳踏開關(guān)及配套控制盒，直流穩(wěn)壓電源和精密可調(diào)保壓氣罐，測(cè)試裝置見圖1。

圖1 測(cè)試裝置基本結(jié)構(gòu)圖

1.1 AWA6290M型多通道信號(hào)分析儀

AWA6290M型多通道信號(hào)分析儀主要用于信號(hào)的采集分析，配合不同的傳感器可測(cè)量不同的物理量。在此應(yīng)用中，使用雙通道進(jìn)行測(cè)量，分別接聲學(xué)傳感器和腳踏控制盒，做聲壓級(jí)測(cè)量和腳踏時(shí)間測(cè)量。

AWA6290M分析儀的主要參數(shù)指標(biāo)如下：硬件采樣率48 kHz，兩通道同步采樣。兩通道相位差不大于0.01°@1 kHz，信號(hào)采集動(dòng)態(tài)范圍大于80 dB，頻率范圍10 Hz～20 kHz。

聲學(xué)傳感器選用杭州愛華儀器有限公司生產(chǎn)的AWA14423和AWA14604，動(dòng)態(tài)范圍17～137 dB(A)，頻率范圍10 Hz～20 kHz，完全覆蓋測(cè)試要求。整套聲學(xué)測(cè)量裝置經(jīng)檢測(cè)滿足一級(jí)聲級(jí)測(cè)量精度。

1.2 腳踏開關(guān)及控制盒

腳踏開關(guān)控制盒模擬機(jī)動(dòng)車?yán)葘?shí)際使用情況，通過腳踏開關(guān)控制喇叭電源的通斷，將通電信號(hào)同步送入聲學(xué)分析儀內(nèi)的電流通道，以測(cè)試?yán)鹊捻憫?yīng)時(shí)間。其電氣原理圖見圖2。

圖2 腳踏開關(guān)控制器電氣原理圖

POWER_IN和POWER_OUT通過繼電器和喇叭電源形成回路給喇叭供電，按標(biāo)準(zhǔn)，供試電壓為6.5、13.0或者26.0 V。通過腳踏開關(guān)對(duì)線圈電路進(jìn)行控制，繼電器線圈電壓DC 5 V，觸點(diǎn)AC 220 V 10 A，為確保觸點(diǎn)接觸電阻，選用電磁繼電器而非固態(tài)繼電器。通過腳踏開關(guān)的通斷將觸發(fā)閾值送6290M進(jìn)行觸發(fā)，觸發(fā)后將高平信號(hào)同步送入6290M。繼電器吸合時(shí)間小于5 ms，也就是說觸發(fā)信號(hào)較聲音采集延時(shí)不超過5 ms。

腳踏開關(guān)采用單獨(dú)的5 V電源供電，與喇叭驅(qū)動(dòng)電源隔離，避免了測(cè)試的電氣影響。當(dāng)S2開關(guān)切換到常開時(shí)，繼電器S1處于常開狀態(tài)，喇叭電源持續(xù)接通。當(dāng)S2開關(guān)置于腳踏時(shí)，通過腳踏開關(guān)控制繼電器S1的開關(guān)狀態(tài)，方便現(xiàn)場(chǎng)操作。

1.3 直流穩(wěn)壓電源

直流穩(wěn)壓電源選用精密線性整流源。線性電源雖然較開關(guān)電源重很多，但是反應(yīng)快、抗負(fù)載能力強(qiáng)、紋波系數(shù)小，適合于精度要求高、穩(wěn)定性要好的應(yīng)用場(chǎng)合。作者選用LPS3020D型直流電源，DC 0～30 V，0～20 A，電氣測(cè)量精度0.5級(jí)，電源穩(wěn)定度不大于(0.01%+3 mV)，負(fù)載波動(dòng)度不大于(0.01%+5 mV)(0～30 A)，交流成分不大于1.0 mV(5 Hz～1 MHz)，適用于絕大多數(shù)單雙音電喇叭和電控氣喇叭負(fù)載，對(duì)于少數(shù)電動(dòng)氣喇叭，可使用其他大電流線性電源替代，更換便利。另外，線性電源用單相隔離電源阻斷電氣干擾。

1.4 精密可調(diào)保壓氣罐

用于氣喇叭工作的氣體必須經(jīng)保壓氣罐供給，否則氣喇叭工作時(shí)，壓力將瞬間下降，導(dǎo)致聲壓級(jí)測(cè)試結(jié)果不準(zhǔn)確，測(cè)得的起動(dòng)時(shí)間也將不準(zhǔn)確。保壓氣罐采用0.3 m3儲(chǔ)氣筒，儲(chǔ)氣筒前端預(yù)設(shè)油水分離器以凈化氣體，在儲(chǔ)氣罐和油水分離器之間安裝大流量調(diào)壓閥以獲得所需壓力，在儲(chǔ)氣罐內(nèi)安裝0～1 MPa精密壓力表(或壓力傳感器)監(jiān)控工作氣壓，另設(shè)安全閥、放氣閥和放水閥確保壓力容器安全和使用便利。

2 軟件

此系統(tǒng)的軟件是在杭州愛華的基本軟件基礎(chǔ)上進(jìn)行深度開發(fā)定制而成。AWA6290多通道信號(hào)分析儀的基本軟件分析采用AWA6290 V4.6，編程語言為VC。提供了基本的1/3分?jǐn)?shù)倍頻程、(FAST Fourier Transformation)、采集分析等基本功能，軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，可滿足一般的聲壓級(jí)測(cè)量及頻譜分析使用。

為完成電控氣喇叭起動(dòng)時(shí)間測(cè)試，在軟件二次開發(fā)時(shí)增加了觸發(fā)采集功能、指定頻帶總值分析功能、兩通道比對(duì)分析功能等。軟件開發(fā)充分發(fā)揮了原6290軟件模塊化設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)，從原基本功能模塊中取數(shù)據(jù)，進(jìn)行二次運(yùn)算開發(fā)，提高了開發(fā)效率。

圖3為某款電控氣喇叭，從通電到聲壓級(jí)上升到105 dB(A)的測(cè)試曲線。

圖3 某款電控氣喇叭從通電到聲壓級(jí)上升到105 dB(A)的測(cè)試曲線

3 功能實(shí)現(xiàn)

根據(jù)GB 15742-2001中對(duì)喇叭的性能要求，聲學(xué)分析主要控制3個(gè)指標(biāo)：喇叭的最大聲壓級(jí)；喇叭從通電到聲壓級(jí)達(dá)到規(guī)定值的響應(yīng)時(shí)間；喇叭的聲壓頻率成分。

3.1 喇叭的最大聲壓級(jí)

聲壓級(jí)采用AWA6290M信號(hào)分析儀的第一通道、AWA14604前置放大器、AWA14423傳聲器進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試需將軟件的分析范圍設(shè)置為20 Hz～20 kHz，以涵蓋聲學(xué)的整個(gè)測(cè)量范圍。測(cè)試時(shí)間常數(shù)為0.125 s，頻率計(jì)權(quán)設(shè)為A計(jì)權(quán)。在測(cè)量前使用AWA6221A一級(jí)聲校準(zhǔn)器對(duì)傳聲器進(jìn)行校準(zhǔn)，以保證測(cè)量準(zhǔn)確度。

如圖3所示，特殊定制軟件從基本模塊中取出喇叭發(fā)聲的實(shí)時(shí)聲壓級(jí)，并以時(shí)間為軸線畫出曲線，從而得到喇叭發(fā)聲過程中的整個(gè)聲級(jí)變化過程。

3.2 喇叭響應(yīng)時(shí)間

喇叭響應(yīng)時(shí)間主要是為了測(cè)試?yán)葟耐姷铰晧杭?jí)達(dá)到給定聲壓級(jí)時(shí)的時(shí)間。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，此響應(yīng)時(shí)間需小于200 ms。聲壓級(jí)的測(cè)量方法同喇叭的最大聲壓級(jí)測(cè)量，此部分的測(cè)量難點(diǎn)在于提取喇叭的通電時(shí)間，并保證通電時(shí)間信號(hào)提取與聲音信號(hào)提取的雙通道同步率；且要保證系統(tǒng)自身的分析速度及響應(yīng)時(shí)間足夠低，從而保證測(cè)量精度。

為獲取喇叭響應(yīng)時(shí)間，測(cè)量時(shí)使用AWA6290M的兩個(gè)通道同時(shí)測(cè)量，通道一測(cè)量喇叭發(fā)聲，通道二測(cè)量喇叭的通道狀態(tài)。當(dāng)腳踏踩下，腳踏控制盒內(nèi)部繼電器控制電源接到高電平，繼電器導(dǎo)通，喇叭通電；同時(shí)分析儀的通道二檢測(cè)到高電平信號(hào)，記下當(dāng)前時(shí)間，并檢測(cè)聲壓級(jí)隨時(shí)間的變化。影響最終時(shí)間的精度主要有以下幾個(gè)因素：

(1)繼電器的響應(yīng)時(shí)間，該響應(yīng)時(shí)間小于5 ms。(2)分析儀的觸發(fā)響應(yīng)時(shí)間。分析軟件的觸發(fā)響應(yīng)時(shí)間，根據(jù)采集的原始信號(hào)進(jìn)行觸發(fā)，分析儀每秒采集48 k數(shù)據(jù)，每480個(gè)數(shù)據(jù)做一次判斷觸發(fā)，相應(yīng)于觸發(fā)響應(yīng)時(shí)間為10 ms。(3)分析儀的兩通道同步率。分析儀的兩通道做了嚴(yán)格的相位配對(duì)，在1 kHz時(shí)相位差小于0.01°，所以此部分誤差以毫秒計(jì)。(4)聲信號(hào)的傳播時(shí)間。測(cè)試環(huán)境為半消音室，標(biāo)準(zhǔn)要求測(cè)試距離2 m，按聲傳播速度340 m/s，則喇叭發(fā)聲信號(hào)被傳感器捕捉到所需時(shí)間約為0.3 ms。(5)聲信號(hào)的軟件分析時(shí)間。6290的聲信號(hào)分析間隔最高可設(shè)為10 ms一次。綜上，整個(gè)系統(tǒng)的分析延遲可控制在20 ms內(nèi)，相對(duì)于200 ms的測(cè)量限制，可滿足測(cè)量要求。

3.3 喇叭的聲壓頻率成分

標(biāo)準(zhǔn)要求，汽車?yán)鹊穆曅盘?hào)應(yīng)主要集中在1 800～3 550 Hz。為實(shí)現(xiàn)該功能，使用了頻率分析更細(xì)的FFT分析功能，在測(cè)試時(shí)將FFT線數(shù)設(shè)置為65 536線，可保證每線分析帶寬小于1 Hz，從而保證了標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)頻率帶寬的精確要求。通過在通道一增開FFT分析功能完成基頻的精密測(cè)試。

4 結(jié)束語

(1)設(shè)計(jì)的喇叭測(cè)試裝置操作便利、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，且易于維護(hù)，可為機(jī)動(dòng)車氣喇叭品質(zhì)控制提供有效支持。

(2)電子開關(guān)可取代機(jī)械開關(guān)控制負(fù)載通斷和觸發(fā)，但在保證測(cè)試精度前提下，腳踏式操作更為便利，且能模擬實(shí)車?yán)鹊陌磯簞?dòng)作。

(3)腳踏開關(guān)控制盒可內(nèi)置于負(fù)載電源以進(jìn)一步優(yōu)化電路，但由此帶來的缺點(diǎn)是負(fù)載電源將不易更換。

(4)該測(cè)試裝置同時(shí)應(yīng)用于各類機(jī)動(dòng)車電喇叭全性能測(cè)試。

【1】GB 15742-2001機(jī)動(dòng)車用喇叭的性能要求及試驗(yàn)方法[S].

【2】伍思霞，郝嬌，翟國(guó)慶.機(jī)動(dòng)車?guó)Q喇叭自動(dòng)檢測(cè)方法[J].聲學(xué)技術(shù)，2013，32(6)：269-270.

【3】王金波，姜華.汽車?yán)葯z測(cè)儀表數(shù)據(jù)提取系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2010，29(3)：103-111. WANG J B,JIANG H.Design of Automobile Horn Test Instrumentation Data Extraction System[J].Techniques of Automation and Applications,2010，29(3)：103-111.

Research of Test Device for Starting Performance of Electronic Controlled Pneumatic Horn

XU Zhongwei

(Wenzhou Institute of Technology Testing & Calibration,Wenzhou Zhejiang 325000,China)

A kind of electronic controlled pneumatic horn starting performance testing device was designed. AWA6290M two-channel acoustic analyzer was used to make data acquirement and acoustic analysis, one of the channel was used to acquire acoustic signal, another channel was used to acquire power trigger signal of the horn. By dual channel synchronous sampling and data analysis, the electronic controlled pneumatic horn starting time test was completed.So the starting performance test problem required in GB 15742 and ECE-R28 standard is solved.

Acoustic analysis; Dual channel synchronization rate; Response time

2017-02-20

徐忠偉(1978—)，男，大學(xué)本科，高級(jí)工程師，主要從事汽車零部件等產(chǎn)品的檢驗(yàn)檢測(cè)和標(biāo)準(zhǔn)研究。E-mail:joeway168@163.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.03.009

U463.65+3

B

1674-1986(2017)03-037-03