电控气喇叭起动性能测试装置的研发

徐忠伟

(温州市质量技术监督检测院，浙江温州 325000)

电控气喇叭起动性能测试装置的研发

徐忠伟

(温州市质量技术监督检测院，浙江温州 325000)

设计了一种电控气喇叭起动性能测试装置，声学采集分析采用AWA6290M双通道声学分析仪，其中一个通道采集声学信号，另一个通道采集喇叭通电触发信号。通过双通道同步采样和数据分析，完成电控气喇叭起动时间测试，解决了GB 15742和ECE-R28标准关于起动性能试验问题。

声学分析；双通道同步率；响应时间

0 引言

根据道路交通安全法和交通管理条例相关规定，机动车驶近急弯、坡道顶端等影响安全视距的路段以及超车或者遇有紧急情况时，应当减速慢行，并鸣喇叭示意以确保交通安全。因此说，机动车喇叭是机动车的重要安全部件。

机动车喇叭按其发音动力分电喇叭和(电控)气喇叭，其中电喇叭广泛应用于中小型车辆，而电控气喇叭主要用于具有空气制动装置的重型载重车上。有研究表明：在每年的交通事故中，载重车辆与其他车辆和行人之间的事故比例较高。

机动车喇叭属于强制性认证产品范畴。国标GB 15742和欧盟标准ECE-R28均特别指出:对于气动和电-气动喇叭，其起动性能应保证从喇叭刚被推动的瞬间至声压级达到规定值的时间不得超过0.2 s。这条规定对于保障道路行人和车辆行驶安全起到重要作用。

市场现有的机动车喇叭性能测试仪器，进口的有丹麦B & K、德国西门子、美国GR公司、日本音响测机株式会社等，国产的如杭州爱华、杭州吉高电声、恒生声学、北京中慧天诚科技等，其生产的声学测试仪器均属于通用型声学测试仪，仅进行声压级和频谱等声学分析，不含起动性能测试功能，不能覆盖以上标准的全部测试项目。因此，试制一台电控气喇叭起动性能测试装置十分必要。

作者设计了一种电控气喇叭起动性能测试装置，它是对以上声学仪器的二次开发，将喇叭试验用电源、气源与通用型声学测试仪进行有效集成，通过增设相关外围设备，升级软件测试模块，实现了涵盖喇叭基频、声压级、频谱分析和起动时间的全性能声学分析，为完整分析机动车喇叭性能、确保产品质量符合有关产品标准提供了技术保障。

1 硬件组成

此测试装置主要由4个部分组成：AWA6290M型多通道信号分析仪，脚踏开关及配套控制盒，直流稳压电源和精密可调保压气罐，测试装置见图1。

图1 测试装置基本结构图

1.1 AWA6290M型多通道信号分析仪

AWA6290M型多通道信号分析仪主要用于信号的采集分析，配合不同的传感器可测量不同的物理量。在此应用中，使用双通道进行测量，分别接声学传感器和脚踏控制盒，做声压级测量和脚踏时间测量。

AWA6290M分析仪的主要参数指标如下：硬件采样率48 kHz，两通道同步采样。两通道相位差不大于0.01°@1 kHz，信号采集动态范围大于80 dB，频率范围10 Hz～20 kHz。

声学传感器选用杭州爱华仪器有限公司生产的AWA14423和AWA14604，动态范围17～137 dB(A)，频率范围10 Hz～20 kHz，完全覆盖测试要求。整套声学测量装置经检测满足一级声级测量精度。

1.2 脚踏开关及控制盒

脚踏开关控制盒模拟机动车喇叭实际使用情况，通过脚踏开关控制喇叭电源的通断，将通电信号同步送入声学分析仪内的电流通道，以测试喇叭的响应时间。其电气原理图见图2。

图2 脚踏开关控制器电气原理图

POWER_IN和POWER_OUT通过继电器和喇叭电源形成回路给喇叭供电，按标准，供试电压为6.5、13.0或者26.0 V。通过脚踏开关对线圈电路进行控制，继电器线圈电压DC 5 V，触点AC 220 V 10 A，为确保触点接触电阻，选用电磁继电器而非固态继电器。通过脚踏开关的通断将触发阈值送6290M进行触发，触发后将高平信号同步送入6290M。继电器吸合时间小于5 ms，也就是说触发信号较声音采集延时不超过5 ms。

脚踏开关采用单独的5 V电源供电，与喇叭驱动电源隔离，避免了测试的电气影响。当S2开关切换到常开时，继电器S1处于常开状态，喇叭电源持续接通。当S2开关置于脚踏时，通过脚踏开关控制继电器S1的开关状态，方便现场操作。

1.3 直流稳压电源

直流稳压电源选用精密线性整流源。线性电源虽然较开关电源重很多，但是反应快、抗负载能力强、纹波系数小，适合于精度要求高、稳定性要好的应用场合。作者选用LPS3020D型直流电源，DC 0～30 V，0～20 A，电气测量精度0.5级，电源稳定度不大于(0.01%+3 mV)，负载波动度不大于(0.01%+5 mV)(0～30 A)，交流成分不大于1.0 mV(5 Hz～1 MHz)，适用于绝大多数单双音电喇叭和电控气喇叭负载，对于少数电动气喇叭，可使用其他大电流线性电源替代，更换便利。另外，线性电源用单相隔离电源阻断电气干扰。

1.4 精密可调保压气罐

用于气喇叭工作的气体必须经保压气罐供给，否则气喇叭工作时，压力将瞬间下降，导致声压级测试结果不准确，测得的起动时间也将不准确。保压气罐采用0.3 m3储气筒，储气筒前端预设油水分离器以净化气体，在储气罐和油水分离器之间安装大流量调压阀以获得所需压力，在储气罐内安装0～1 MPa精密压力表(或压力传感器)监控工作气压，另设安全阀、放气阀和放水阀确保压力容器安全和使用便利。

2 软件

此系统的软件是在杭州爱华的基本软件基础上进行深度开发定制而成。AWA6290多通道信号分析仪的基本软件分析采用AWA6290 V4.6，编程语言为VC。提供了基本的1/3分数倍频程、(FAST Fourier Transformation)、采集分析等基本功能，软件采用模块化设计，可满足一般的声压级测量及频谱分析使用。

为完成电控气喇叭起动时间测试，在软件二次开发时增加了触发采集功能、指定频带总值分析功能、两通道比对分析功能等。软件开发充分发挥了原6290软件模块化设计的优势，从原基本功能模块中取数据，进行二次运算开发，提高了开发效率。

图3为某款电控气喇叭，从通电到声压级上升到105 dB(A)的测试曲线。

图3 某款电控气喇叭从通电到声压级上升到105 dB(A)的测试曲线

3 功能实现

根据GB 15742-2001中对喇叭的性能要求，声学分析主要控制3个指标：喇叭的最大声压级；喇叭从通电到声压级达到规定值的响应时间；喇叭的声压频率成分。

3.1 喇叭的最大声压级

声压级采用AWA6290M信号分析仪的第一通道、AWA14604前置放大器、AWA14423传声器进行测试。测试需将软件的分析范围设置为20 Hz～20 kHz，以涵盖声学的整个测量范围。测试时间常数为0.125 s，频率计权设为A计权。在测量前使用AWA6221A一级声校准器对传声器进行校准，以保证测量准确度。

如图3所示，特殊定制软件从基本模块中取出喇叭发声的实时声压级，并以时间为轴线画出曲线，从而得到喇叭发声过程中的整个声级变化过程。

3.2 喇叭响应时间

喇叭响应时间主要是为了测试喇叭从通电到声压级达到给定声压级时的时间。根据标准要求，此响应时间需小于200 ms。声压级的测量方法同喇叭的最大声压级测量，此部分的测量难点在于提取喇叭的通电时间，并保证通电时间信号提取与声音信号提取的双通道同步率；且要保证系统自身的分析速度及响应时间足够低，从而保证测量精度。

为获取喇叭响应时间，测量时使用AWA6290M的两个通道同时测量，通道一测量喇叭发声，通道二测量喇叭的通道状态。当脚踏踩下，脚踏控制盒内部继电器控制电源接到高电平，继电器导通，喇叭通电；同时分析仪的通道二检测到高电平信号，记下当前时间，并检测声压级随时间的变化。影响最终时间的精度主要有以下几个因素：

(1)继电器的响应时间，该响应时间小于5 ms。(2)分析仪的触发响应时间。分析软件的触发响应时间，根据采集的原始信号进行触发，分析仪每秒采集48 k数据，每480个数据做一次判断触发，相应于触发响应时间为10 ms。(3)分析仪的两通道同步率。分析仪的两通道做了严格的相位配对，在1 kHz时相位差小于0.01°，所以此部分误差以毫秒计。(4)声信号的传播时间。测试环境为半消音室，标准要求测试距离2 m，按声传播速度340 m/s，则喇叭发声信号被传感器捕捉到所需时间约为0.3 ms。(5)声信号的软件分析时间。6290的声信号分析间隔最高可设为10 ms一次。综上，整个系统的分析延迟可控制在20 ms内，相对于200 ms的测量限制，可满足测量要求。

3.3 喇叭的声压频率成分

标准要求，汽车喇叭的声信号应主要集中在1 800～3 550 Hz。为实现该功能，使用了频率分析更细的FFT分析功能，在测试时将FFT线数设置为65 536线，可保证每线分析带宽小于1 Hz，从而保证了标准中对频率带宽的精确要求。通过在通道一增开FFT分析功能完成基频的精密测试。

4 结束语

(1)设计的喇叭测试装置操作便利、数据准确，且易于维护，可为机动车气喇叭品质控制提供有效支持。

(2)电子开关可取代机械开关控制负载通断和触发，但在保证测试精度前提下，脚踏式操作更为便利，且能模拟实车喇叭的按压动作。

(3)脚踏开关控制盒可内置于负载电源以进一步优化电路，但由此带来的缺点是负载电源将不易更换。

(4)该测试装置同时应用于各类机动车电喇叭全性能测试。

【1】GB 15742-2001机动车用喇叭的性能要求及试验方法[S].

【2】伍思霞，郝娇，翟国庆.机动车鸣喇叭自动检测方法[J].声学技术，2013，32(6)：269-270.

【3】王金波，姜华.汽车喇叭检测仪表数据提取系统设计[J].自动化技术与应用，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

徐忠伟(1978—)，男，大学本科，高级工程师，主要从事汽车零部件等产品的检验检测和标准研究。E-mail:joeway168@163.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.03.009

U463.65+3

B

1674-1986(2017)03-037-03