電控氣喇叭起動性能測試裝置的研發(fā)

徐忠偉

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

電控氣喇叭起動性能測試裝置的研發(fā)

徐忠偉

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

設(shè)計了一種電控氣喇叭起動性能測試裝置，聲學(xué)采集分析采用AWA6290M雙通道聲學(xué)分析儀，其中一個通道采集聲學(xué)信號，另一個通道采集喇叭通電觸發(fā)信號。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時間測試，解決了GB 15742和ECE-R28標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于起動性能試驗(yàn)問題。

聲學(xué)分析；雙通道同步率；響應(yīng)時間

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，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)動車?yán)仁菣C(jī)動車的重要安全部件。

機(jī)動車?yán)劝雌浒l(fā)音動力分電喇叭和(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)動車?yán)葘儆趶?qiáng)制性認(rèn)證產(chǎn)品范疇。國標(biāo)GB 15742和歐盟標(biāo)準(zhǔn)ECE-R28均特別指出:對于氣動和電-氣動喇叭，其起動性能應(yīng)保證從喇叭剛被推動的瞬間至聲壓級達(dá)到規(guī)定值的時間不得超過0.2 s。這條規(guī)定對于保障道路行人和車輛行駛安全起到重要作用。

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

作者設(shè)計了一種電控氣喇叭起動性能測試裝置，它是對以上聲學(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)測試儀進(jìn)行有效集成，通過增設(shè)相關(guān)外圍設(shè)備，升級軟件測試模塊，實(shí)現(xiàn)了涵蓋喇叭基頻、聲壓級、頻譜分析和起動時間的全性能聲學(xué)分析，為完整分析機(jī)動車?yán)刃阅堋⒋_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

此測試裝置主要由4個部分組成：AWA6290M型多通道信號分析儀，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，測試裝置見圖1。

圖1 測試裝置基本結(jié)構(gòu)圖

1.1 AWA6290M型多通道信號分析儀

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

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，信號采集動態(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，動態(tài)范圍17～137 dB(A)，頻率范圍10 Hz～20 kHz，完全覆蓋測試要求。整套聲學(xué)測量裝置經(jīng)檢測滿足一級聲級測量精度。

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，將通電信號同步送入聲學(xué)分析儀內(nèi)的電流通道，以測試?yán)鹊捻憫?yīng)時間。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)后將高平信號同步送入6290M。繼電器吸合時間小于5 ms，也就是說觸發(fā)信號較聲音采集延時不超過5 ms。

腳踏開關(guān)采用單獨(dú)的5 V電源供電，與喇叭驅(qū)動電源隔離，避免了測試的電氣影響。當(dāng)S2開關(guān)切換到常開時，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，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)用場合。作者選用LPS3020D型直流電源，DC 0～30 V，0～20 A，電氣測量精度0.5級，電源穩(wěn)定度不大于(0.01%+3 mV)，負(fù)載波動度不大于(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，對于少數(shù)電動氣喇叭，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，壓力將瞬間下降，導(dǎo)致聲壓級測試結(jié)果不準(zhǔn)確，測得的起動時間也將不準(zhǔn)確。保壓氣罐采用0.3 m3儲氣筒，儲氣筒前端預(yù)設(shè)油水分離器以凈化氣體，在儲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，可滿足一般的聲壓級測量及頻譜分析使用。

為完成電控氣喇叭起動時間測試，在軟件二次開發(fā)時增加了觸發(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)計的優(yōu)勢，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，從通電到聲壓級上升到105 dB(A)的測試曲線。

圖3 某款電控氣喇叭從通電到聲壓級上升到105 dB(A)的測試曲線

3 功能實(shí)現(xiàn)

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

3.1 喇叭的最大聲壓級

聲壓級采用AWA6290M信號分析儀的第一通道、AWA14604前置放大器、AWA14423傳聲器進(jìn)行測試。測試需將軟件的分析范圍設(shè)置為20 Hz～20 kHz，以涵蓋聲學(xué)的整個測量范圍。測試時間常數(shù)為0.125 s，頻率計權(quán)設(shè)為A計權(quán)。在測量前使用AWA6221A一級聲校準(zhǔn)器對傳聲器進(jìn)行校準(zhǔn)，以保證測量準(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)時聲壓級，并以時間為軸線畫出曲線，從而得到喇叭發(fā)聲過程中的整個聲級變化過程。

3.2 喇叭響應(yīng)時間

喇叭響應(yīng)時間主要是為了測試?yán)葟耐姷铰晧杭夁_(dá)到給定聲壓級時的時間。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，此響應(yīng)時間需小于200 ms。聲壓級的測量方法同喇叭的最大聲壓級測量，此部分的測量難點(diǎn)在于提取喇叭的通電時間，并保證通電時間信號提取與聲音信號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)時間足夠低，從而保證測量精度。

為獲取喇叭響應(yīng)時間，測量時使用AWA6290M的兩個通道同時測量，通道一測量喇叭發(fā)聲，通道二測量喇叭的通道狀態(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；同時分析儀的通道二檢測到高電平信號，記下當(dāng)前時間，并檢測聲壓級隨時間的變化。影響最終時間的精度主要有以下幾個因素：

(1)繼電器的響應(yīng)時間，該響應(yīng)時間小于5 ms。(2)分析儀的觸發(fā)響應(yīng)時間。分析軟件的觸發(fā)響應(yīng)時間，根據(jù)采集的原始信號進(jìn)行觸發(fā)，分析儀每秒采集48 k數(shù)據(jù)，每480個數(shù)據(jù)做一次判斷觸發(fā)，相應(yīng)于觸發(fā)響應(yīng)時間為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，在1 kHz時相位差小于0.01°，所以此部分誤差以毫秒計。(4)聲信號的傳播時間。測試環(huán)境為半消音室，標(biāo)準(zhǔn)要求測試距離2 m，按聲傳播速度340 m/s，則喇叭發(fā)聲信號被傳感器捕捉到所需時間約為0.3 ms。(5)聲信號的軟件分析時間。6290的聲信號分析間隔最高可設(shè)為10 ms一次。綜上，整個系統(tǒng)的分析延遲可控制在20 ms內(nèi)，相對于200 ms的測量限制，可滿足測量要求。

3.3 喇叭的聲壓頻率成分

標(biāo)準(zhǔn)要求，汽車?yán)鹊穆曅盘枒?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，在測試時將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試。

4 結(jié)束語

(1)設(shè)計的喇叭測試裝置操作便利、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)鹊陌磯簞幼鳌?/p>

(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)該測試裝置同時應(yīng)用于各類機(jī)動車電喇叭全性能測試。

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

【2】伍思霞，郝嬌，翟國慶.機(jī)動車鳴喇叭自動檢測方法[J].聲學(xué)技術(shù)，2013，32(6)：269-270.

【3】王金波，姜華.汽車?yán)葯z測儀表數(shù)據(jù)提取系統(tǒng)設(shè)計[J].自動化技術(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，高級工程師，主要從事汽車零部件等產(chǎn)品的檢驗(yàn)檢測和標(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