電控氣喇叭起動性能測試裝置的研發

徐忠偉

(溫州市質量技術監督檢測院，浙江溫州 325000)

電控氣喇叭起動性能測試裝置的研發

徐忠偉

(溫州市質量技術監督檢測院，浙江溫州 325000)

設計了一種電控氣喇叭起動性能測試裝置，聲學采集分析采用AWA6290M雙通道聲學分析儀，其中一個通道采集聲學信號，另一個通道采集喇叭通電觸發信號。通過雙通道同步采樣和數據分析，完成電控氣喇叭起動時間測試，解決了GB 15742和ECE-R28標準關于起動性能試驗問題。

聲學分析；雙通道同步率；響應時間

0 引言

根據道路交通安全法和交通管理條例相關規定，機動車駛近急彎、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，應當減速慢行，并鳴喇叭示意以確保交通安全。因此說，機動車喇叭是機動車的重要安全部件。

機動車喇叭按其發音動力分電喇叭和(電控)氣喇叭，其中電喇叭廣泛應用于中小型車輛，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。

機動車喇叭屬于強制性認證產品范疇。國標GB 15742和歐盟標準ECE-R28均特別指出:對于氣動和電-氣動喇叭，其起動性能應保證從喇叭剛被推動的瞬間至聲壓級達到規定值的時間不得超過0.2 s。這條規定對于保障道路行人和車輛行駛安全起到重要作用。

市場現有的機動車喇叭性能測試儀器，進口的有丹麥B & K、德國西門子、美國GR公司、日本音響測機株式會社等，國產的如杭州愛華、杭州吉高電聲、恒生聲學、北京中慧天誠科技等，其生產的聲學測試儀器均屬于通用型聲學測試儀，僅進行聲壓級和頻譜等聲學分析，不含起動性能測試功能，不能覆蓋以上標準的全部測試項目。因此，試制一臺電控氣喇叭起動性能測試裝置十分必要。

作者設計了一種電控氣喇叭起動性能測試裝置，它是對以上聲學儀器的二次開發，將喇叭試驗用電源、氣源與通用型聲學測試儀進行有效集成，通過增設相關外圍設備，升級軟件測試模塊，實現了涵蓋喇叭基頻、聲壓級、頻譜分析和起動時間的全性能聲學分析，為完整分析機動車喇叭性能、確保產品質量符合有關產品標準提供了技術保障。

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，腳踏開關及配套控制盒，直流穩壓電源和精密可調保壓氣罐，測試裝置見圖1。

圖1 測試裝置基本結構圖

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。在此應用中，使用雙通道進行測量，分別接聲學傳感器和腳踏控制盒，做聲壓級測量和腳踏時間測量。

AWA6290M分析儀的主要參數指標如下：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，信號采集動態范圍大于80 dB，頻率范圍10 Hz～20 kHz。

聲學傳感器選用杭州愛華儀器有限公司生產的AWA14423和AWA14604，動態范圍17～137 dB(A)，頻率范圍10 Hz～20 kHz，完全覆蓋測試要求。整套聲學測量裝置經檢測滿足一級聲級測量精度。

1.2 腳踏開關及控制盒

腳踏開關控制盒模擬機動車喇叭實際使用情況，通過腳踏開關控制喇叭電源的通斷，將通電信號同步送入聲學分析儀內的電流通道，以測試喇叭的響應時間。其電氣原理圖見圖2。

圖2 腳踏開關控制器電氣原理圖

POWER_IN和POWER_OUT通過繼電器和喇叭電源形成回路給喇叭供電，按標準，供試電壓為6.5、13.0或者26.0 V。通過腳踏開關對線圈電路進行控制，繼電器線圈電壓DC 5 V，觸點AC 220 V 10 A，為確保觸點接觸電阻，選用電磁繼電器而非固態繼電器。通過腳踏開關的通斷將觸發閾值送6290M進行觸發，觸發后將高平信號同步送入6290M。繼電器吸合時間小于5 ms，也就是說觸發信號較聲音采集延時不超過5 ms。

腳踏開關采用單獨的5 V電源供電，與喇叭驅動電源隔離，避免了測試的電氣影響。當S2開關切換到常開時，繼電器S1處于常開狀態，喇叭電源持續接通。當S2開關置于腳踏時，通過腳踏開關控制繼電器S1的開關狀態，方便現場操作。

1.3 直流穩壓電源

直流穩壓電源選用精密線性整流源。線性電源雖然較開關電源重很多，但是反應快、抗負載能力強、紋波系數小，適合于精度要求高、穩定性要好的應用場合。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，電源穩定度不大于(0.01%+3 mV)，負載波動度不大于(0.01%+5 mV)(0～30 A)，交流成分不大于1.0 mV(5 Hz～1 MHz)，適用于絕大多數單雙音電喇叭和電控氣喇叭負載，對于少數電動氣喇叭，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 精密可調保壓氣罐

用于氣喇叭工作的氣體必須經保壓氣罐供給，否則氣喇叭工作時，壓力將瞬間下降，導致聲壓級測試結果不準確，測得的起動時間也將不準確。保壓氣罐采用0.3 m3儲氣筒，儲氣筒前端預設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壓閥以獲得所需壓力，在儲氣罐內安裝0～1 MPa精密壓力表(或壓力傳感器)監控工作氣壓，另設安全閥、放氣閥和放水閥確保壓力容器安全和使用便利。

2 軟件

此系統的軟件是在杭州愛華的基本軟件基礎上進行深度開發定制而成。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分數倍頻程、(FAST Fourier Transformation)、采集分析等基本功能，軟件采用模塊化設計，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，在軟件二次開發時增加了觸發采集功能、指定頻帶總值分析功能、兩通道比對分析功能等。軟件開發充分發揮了原6290軟件模塊化設計的優勢，從原基本功能模塊中取數據，進行二次運算開發，提高了開發效率。

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 功能實現

根據GB 15742-2001中對喇叭的性能要求，聲學分析主要控制3個指標：喇叭的最大聲壓級；喇叭從通電到聲壓級達到規定值的響應時間；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傳聲器進行測試。測試需將軟件的分析范圍設置為20 Hz～20 kHz，以涵蓋聲學的整個測量范圍。測試時間常數為0.125 s，頻率計權設為A計權。在測量前使用AWA6221A一級聲校準器對傳聲器進行校準，以保證測量準確度。

如圖3所示，特殊定制軟件從基本模塊中取出喇叭發聲的實時聲壓級，并以時間為軸線畫出曲線，從而得到喇叭發聲過程中的整個聲級變化過程。

3.2 喇叭響應時間

喇叭響應時間主要是為了測試喇叭從通電到聲壓級達到給定聲壓級時的時間。根據標準要求，此響應時間需小于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；且要保證系統自身的分析速度及響應時間足夠低，從而保證測量精度。

為獲取喇叭響應時間，測量時使用AWA6290M的兩個通道同時測量，通道一測量喇叭發聲，通道二測量喇叭的通道狀態。當腳踏踩下，腳踏控制盒內部繼電器控制電源接到高電平，繼電器導通，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)繼電器的響應時間，該響應時間小于5 ms。(2)分析儀的觸發響應時間。分析軟件的觸發響應時間，根據采集的原始信號進行觸發，分析儀每秒采集48 k數據，每480個數據做一次判斷觸發，相應于觸發響應時間為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。測試環境為半消音室，標準要求測試距離2 m，按聲傳播速度340 m/s，則喇叭發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為10 ms一次。綜上，整個系統的分析延遲可控制在20 ms內，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

標準要求，汽車喇叭的聲信號應主要集中在1 800～3 550 Hz。為實現該功能，使用了頻率分析更細的FFT分析功能，在測試時將FFT線數設置為65 536線，可保證每線分析帶寬小于1 Hz，從而保證了標準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 結束語

(1)設計的喇叭測試裝置操作便利、數據準確，且易于維護，可為機動車氣喇叭品質控制提供有效支持。

(2)電子開關可取代機械開關控制負載通斷和觸發，但在保證測試精度前提下，腳踏式操作更為便利，且能模擬實車喇叭的按壓動作。

(3)腳踏開關控制盒可內置于負載電源以進一步優化電路，但由此帶來的缺點是負載電源將不易更換。

(4)該測試裝置同時應用于各類機動車電喇叭全性能測試。

【1】GB 15742-2001機動車用喇叭的性能要求及試驗方法[S].

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

【3】王金波，姜華.汽車喇叭檢測儀表數據提取系統設計[J].自動化技術與應用，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，大學本科，高級工程師，主要從事汽車零部件等產品的檢驗檢測和標準研究。E-mail:joeway168@163.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.03.009

U463.65+3

B

1674-1986(2017)03-037-03