CN102680077B - 汽车加速行驶车外噪声快速测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于车辆检测技术领域，涉及一种汽车加速行驶车外噪声快速测量系统，包括设置在试验场地的传声器、反光标识和车载信号测试模块，其中的车载信号测试模块包括转速表、GPS天线、油门踏板触发器、光栅信号触发器和车载数据采集器；车载数据采集器根据GPS天线信号、两个触发器的触发信号，通过计算相对位移关系获取待测车辆的整车参考点通过试验场地上的各个反光标识的相对位置，继而获取整车参考点在试验场地中各相对位置处的速度、加速度、位移、油门开启状况，由计算机根据车载数据采集器的信号输入和声压级输入，进行试验数据处理。本发明能够实现准确、快速测量，降低成本，提高试验效率和可操作性。

Description

汽车加速行驶车外噪声快速测量系统

所属技术领域

本发明属于车辆检测技术领域，具体涉及一种汽车加速行驶车外噪声快速测量系统。

背景技术

2007年，加速行驶车外噪声测量新方法ISO 362-1:2007道路车辆加速行驶车外噪声测量—工程法，ECER51有关对四轮以上汽车就其噪声排放认证的统一规定—方法B推出，相应的国标GB 1495-20XX汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法也正在修订中，计划于2013-2014年颁布实施。

如图1所示，汽车参考点通过AA′线的速度称为入线速度V_AA′，通过PP′线的速度称为测试速度V_PP′，汽车参考点或最后端通过BB′线速度称为出线速度V_BB′，汽车参考点通过BB′线的发动机转速称为出线转速n_BB′。乘用车试验方面：新试验方法对于试验档位加速度值，V_AA′、V_PP′、V_BB′以及预加速距离等车辆信息都要求准确记录，且要求任何档位试验时V_PP′都处于50±1km/h范围内；商用车试验方面：新试验方法对于测试区域内各位移点的车速、发动机转速对应关系，且要求车辆参考点通过BB′线的车速以及发动机转速n_BB′都处在目标条件范围内。

目前，用于GB 1495-2002噪声试验老方法的传统试验设备无法满足新试验方法中对于上述指标的准确测量与精确计算，国内各大汽车检测机构与整车厂商相继采购了成套的复杂测试系统，用于汽车汽车加速行驶车外噪声试验的测量并兼顾汽车NVH性能开发。但实践发现，国内各大汽车检测机构与整车厂商采购的测试系统面临以下问题：

①测试系统价格高昂，目前国内销售的可满足汽车加速行驶车外噪声试验新方法的测试系统价格都在人民币100万-150万范围内（不含关税）；

②测试系统构成复杂，可靠性差：需车载数据采集器采集发动机转速、油门开启时刻等信息；同时还需车下布置的测速雷达获取车辆在测试区域内各点时的车速信息，并用地面的数据采集器采集该车速信号；需要用车下布置的光栅信号发射与接收器间接获取车辆入线速度V_AA′，测试速度V_PP′，出线速度V_BB′；需要将地面的数据采集器信息与车载数据采集器信息通过无线传输的方式集成。测试系统一旦一个环节出现问题，则整个试验过程将受较大影响，从目前国内各大汽车检测机构与整车厂商的使用经验来看，测试系统的无线传输还存在不稳定性，信号质量受车辆行驶距离、场地附近的地形、障碍物、植被等的影响较大；

③测试系统实用性较低：测试系统受试验场地局限性较大，国内的噪声试验场地与性能路、坏路、综合路等其他道路共存，同一块场地上往往同时开展多项试验，而测速雷达、光栅信号发射与接收器与地面的数据采集器之间多采用有线连接，连接线总长度超过100m，无法找到合适的安装位置，并存在较大的安全隐患；

④测试系统试验效率较低：从已有测试系统使用经验来看，安装和调试好车载数据采集器及传感器、地面数据采集器、测速雷达、光栅信号发射与接收器需要3-4名工作人员连续工作2-3小时，且多数准备工作都需要在试验场地内进行，无法进行提前准备，试验场地使用成本较高；

⑤测试系统对测试人员的要求较高：测试系统涉及测速雷达、光栅信号发射与接收器、车载数据采集器、地面数据采集器等多个分系统，需要长期培训才能熟悉系统的各个环节，对测试人员要求较高；

⑥测试系统无法适应国内的检测试验：一旦GB 1495-20XX所示试验新方法报批实施，成为强制性检测项目，则国内新上市的车辆都需要依据其标准要求进行强制认证，强制认证与研发试验不同，其试验量巨大，需要大量的测试人员，这就要求测试系统简单易操作，可靠性高，易拆装，使用效率高，时间成本低，不要求有封闭的专用噪声场地等条件，而此类测试系统适合用于专有噪声场地上进行的研发试验，难以适应大量的强制认证试验任务。

针对现有简易测试设备不能全面准确测量与集成车载信号的缺陷，以及目前国内各大汽车检测机构与整车厂商采购的测试系统面临的设备成本高昂、结构复杂、可靠性差、试验效率较低等方面的不足，需要有一种易操作、机动快速、精确、时间同步性好及系统集成度高且物理量采集具体全面的汽车加速行驶车外噪声快速测量系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就在于克服现有技术的上述不足，提供一种成本低廉、测试容易、机动快速的汽车加速行驶车外噪声快速测量系统。本发明提供的测量系统，以快速调整试验车辆达到法规要求的工况，实现准确、快速测量，降低试验设备采购成本，提高试验效率和可操作性，以及降低试验场地费成本的目的。本发明的技术方案如下：

一种汽车加速行驶车外噪声快速测量系统，包括设置在试验场地的传声器、反光标识和车载信号测试模块，传声器检测的信号经过放大、频率加权处理获取声压级，被送入计算机，其中，

所述的反光标识为多个，分别设置在试验场地的不同位置；

所述的车载信号测试模块包括转速表、GPS天线、油门踏板触发器、光栅信号触发器和车载数据采集器，其中，

转速表通过待测车辆的点烟器与整车直流电路相连，用于测量发动机转速，其采集的汽车发电机产生的电压脉冲频率信号经过频率输入模块调理后被送入车载数据采集器；

GPS天线固定在待测车辆上，与车载数据采集器相连；

油门踏板触发器固定在待测车辆的油门踏板上，用于获取油门踏板开启时刻信号；

光栅信号触发器固定在待测车辆的某个整车参考点处，其光栅面面向地面，利用反光标识的反射信号获取整车参考点通过试验场地的相应反光标识位置处的时刻；油门踏板触发器和光栅信号触发器的触发信号被送入车载数据采集器；

车载数据采集器根据GPS天线信号、两个触发器的触发信号，通过计算相对位移关系获取待测车辆的整车参考点通过试验场地上的各个反光标识的相对位置，继而获取整车参考点在试验场地中各相对位置处的速度、加速度、位移、油门开启状况；

车载数据采集器将采集的信号和数据送入计算机，由计算机根据车载数据采集器的信号输入和通过传声器获取的声压级输入，进行试验数据处理，得到与加速行驶车外噪声相关的各种指标及试验最终结果。

作为优选实施方式，所述的车载数据采集器为一种能够对GPS定位信号进行处理，获取速度、位移、加速度信息的车载数据采集器；反光标识有三个，分别设置在试验场地的起点、中点和终点位置。

与传统的简易测量设备相比，所述汽车加速行驶车外噪声快速测量系统具有以下五方面的优点：

①能够实时、全面采集并集成所有车载信号：整车发动机转速、整车实际行驶速度、整车行驶过程中的纵向加速度、整车在试验场地中的相对位移、整车油门踏板开启与关闭时刻、整车参考点通过试验场地起点、中点、终点时刻等车辆加速行驶过程性能参数都能实现同步采集；

②由于其实时、全面采集，以及对整车在试验场地中的相对位置的准确定位，可以满足ISO362-1:2007道路车辆加速行驶车外噪声测量—工程法、ECE R51有关对四轮以上汽车就其噪声排放认证的统一规定—方法B与即将颁布实施的GB 1495-20XX汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法等试验新方法对试验仪器的要求；

③具备后处理功能：实时、全面采集的所有车载信号，可以VOB文件的形式进行存储，方便对已开展进行总结、分析和复现试验过程；

④测量更加精准：由于所述快速测试系统额实时、全面采集以及后处理能力，可以更加准确掌握汽车在试验过程中的各项性能指标，有利于提高试验精度和对车辆的更好控制；

⑤具有较好的扩展性，除了可进行汽车加速行驶车外噪声试验外，还能进行轮胎滚动滑行通过噪声试验等项目。

与目前国内各大汽车检测机构与整车厂商采购的测试系统相比，所述汽车加速行驶车外噪声快速测量系统具有以下六方面的优点：

①新增设备成本低廉：所述汽车加速行驶车外噪声快速测量系统所采用的车载数据采集器、声级计、传感器、反光标识等设备或耗材都是道路试验常用设备或耗材，其目前国内各大汽车检测机构与整车厂商都已购买，只需要新添置光栅信号触发器、油门踏板触发器、频率输入模块即可投入使用，且能与制动、动力性等试验项目共用部分试验设备，新增成本仅5万元人民币左右；

②快速测量系统机动灵活：所述整个快速测量系统均可收纳于两个500×350×150mm大小的手提箱内，一人便可轻松携带，适合异地试验和密集的转场试验。且由于车载信号测量模块体积较小，可置于仪表台上，不影响副驾驶位置乘坐试验人员；而目前现有技术的复杂测试系统体积都是所述快速测量系统的3倍左右，需2-3人方能携带，由于测试系统体积庞大，车载系统往往需要置于副驾驶位置，影响试验人员乘坐，地面部分的雷达测速仪需要布置在离测试区域50m左右的距离，光栅信号发射与接收器需要布置在离测试区域20m左右的区域，场地适应性差，且与其他道路试验容易互相干涉，存安全隐患；

③快速测量系统易于拆装、操作方便：所述快速测量系统总共只需要传感器4个、声级计2个，数据采集器1个、频率输入模块1个、笔记本电脑1台、地面反光标识3个、电源及信号连接线共4根，安装、调试操作方便，只需2人连续工作20-30分钟即可完成，所述快速测量系统的拆卸仅需10分钟左右；

④快速测量系统环境适应性更强：所述快速测量系统的车载信号测试模块均置于车上，试验设备不易受到高温、低温、强光等环境因素影响，且车载信号模块可以直接从车辆电瓶或电源插口取电，声级计可直接采用5号电池长时间供电，持续工作能力强；而现有复杂测试系统则需要在车内、地面都布置数据采集器及各种大型设备，地面测试设备容易受高温、低温、强光等环境因素影响，且地面测试设备往往采用蓄电池供电或需要外接电源，而目前国内所有的噪声试验场地均无法提供外接电源，所以常需要携带发电装置（或车用发电机），环境适影响差，难以适应外场试验要求；

⑤快速测量系统试验效率更高：采用快速测量系统，按照上文所述的试验操作步骤，从仪器安装、调试到试验完成拆卸仪器，乘用车试验总共需要3人（含驾驶人员）工作1.5小时，商用车试验仅需1小时左右，设备能做到随做随装，做完就拆，且所述系统的车载信号测试模块均位于车上，地面部分只有两台声级计，安装、调试工作大部分可在试验场外进行，节省大量的场地费用成本；而复杂测试系统所需的3人工作3-4小时，且设备分为车下部分、车载部分，且相互关联，需要在试验场地内现场安装、调试，耗时费力，拆装不便，安装、调试设备的试验甚至长于测量时间，试验场地费用成本较高；

⑥快速测量系统采集的数据更为全面、准确：所述汽车加速行驶车外噪声快速测量系统能实现整车纵向加速度、车速的准确测量，而现有技术的复杂测试希望则只能测量速度、位移信号，不能进行纵向加速度的准确测量，且采用雷达测速时，易受到雷达发射源摆放位置的影响，不利于整车加速性能的准确判断以及预加速距离的精准控制；同时由于所述快速测量系统的光栅信号触发器可直接置于车辆参考点附近，能更加准确的实时监测整车参考点位置，而现有复杂测试系统往往采取地面光栅发射与接收器的方式，对参考点的准确定位易受整车前端形状以及光栅发射与接收器安装高度的影响；

附图说明

图1试验场地示意图。（附图标记1标识的区域为最小标准试验路面；2标识的是声级计的放置点，高度：1.2m）

图2为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

如图2所示，本实施例的整车道路试验用汽车加速行驶车外噪声快速测量系统包括车载信号测试模块与通过噪声声压级测试模块两部分组成，既能够满足相关最新标准、法规对于车辆试验工况的较高要求，又能快速完成测试任务。

汽车加速行驶车外噪声快速测量系统的车载信号测试模块能够准确测量发动机转速，整车速度、纵向加速度、位移，油门踏板开启时刻，整车参考点在试验场地中的相对位置，还能实现实时监测，同步存储，以及后处理功能。汽车加速行驶车外噪声快速测量系统的车载信号测试模块分别由RPM 8000 PRO型发动机转速表、FIM 03型频率输入模块、GPS天线、油门踏板触发器、光栅信号触发器、反光标识（推荐使用白色的反光标识）、VBOX车载数据采集器、数据采集器显示器、笔记本电脑、SD存储卡、传声器、传声器前端放大器、声级计等硬件及其附属电气连接器件组成，并可通过数据采集器专用软件进行所有数据的采集、存储和处理，能实现整车发动机转速、整车行驶速度、整车相对位移、整车纵向加速度、整车油门踏板开启与关闭时刻、整车参考点通过起点、中点、终点时刻、整车参考点在试验场地上的相对位置、声压级等加速行驶噪声试验过程中的整车性能参数、声学性能参数的实时测量、采集与存储。

本发明为了实现车载信号的快速、同步测量与数据集成处理，选用VBOX车载数据采集器作为车载信号数据采集器，VBOX车载数据采集器基于新一代的高性能卫星接收器，采用了采用功能强大的GPSEngine，可用于测量移动汽车的速度、距离，并且提供横、纵向加速度值，时间等信号的准确测量，其设置有模拟量输入接口、模拟量输出接口、数字量输入接口、数字量输出接口、CAN总线、RS232串行接口，通过外接模块能采集车辆油门踏板开启时刻、采集转速表测量的发动机转速信号，所有测量或采集到的信号可以实时显示并传输到计算机内，且可以通过SD存储卡即时存储数据，以便进行后处理，全套数据采集器及其附件体积极小，安装简便迅速。本发明选用它作为主要的传感器和数据采集器。但本发明在实际应用中，并不局限于应用此种类型的数据采集器。例如，采用基于GPS定位原理的其他卫星定位测量系统或基于多普勒效应的其他车载非接触式测速仪及数据采集系统。

发动机转速测量采用了RPM 8000PRO型发动机转速表，使用时，只需要将转速表电源插头插入车辆点烟器插座中，与整车直流电路连通，适用直流电压范围为12-42V，可以直接用于各型乘用车、商用车的发动机转速测量。汽车发动机工作时，发动机系统中的发电机将发出多相交流电，直流电路中的电压受其影响会出现小幅高频正弦波动，其波动频率与发动机转速存在比例关系，常见波动频率为发动机转速的72、84、96或144倍（与发电机结构相关），发动机转速表将其测量到的电压波动频率通过数字脉冲信号（TTL）的模式，通过其TTL信号BNC输出口输出，信号通过BNC连接线进入FMI 03型频率输入模块的频率与数字脉冲信号BNC输入口，并在FMI 03型频率输入模块中调理为RPM信号（revolutions perminute），最终将RPM信号通过CAN线以及VBOX数据采集器的CAN BUS输入口，输入数据采集器。将笔记本电脑通过VBOX车载数据采集器的RS 232串行接口与数据采集器连接，采用笔记本电脑在VBOX数据采集器专用软件VBOXTOOLS的VBOX-SETUP界面中，设置RPM信号对应的汽车发动机转速比例系数（72、84、96、144等），即可在笔记本电脑的实时监测界面中显示并存储其发动机转速信息，单位r/min。

整车速度、纵向加速度、位移信号测量均通过GPS天线与数据采集器VBOX的GPS Engine的组合接受卫星信号获得。为了防止多路径干涉对试验结果的影响，GPS天线应当安装在车顶的最高处较平的位置上，GPS天线的插头与VBOX车载数据采集器的天线专用接口连接，所有信号均在GPS Engine中接收及处理。整车速度为直接测量，纵向加速度通过整车速度微分计算获得，位移信号通过速度信号积分获得，所有的速度、纵向加速度、位移信号都可以由VBOX车载数据采集器自动获取，不需进行手动计算，且速度、位移等常用信号都可以实时显示在数据采集器的显示器或笔记本电脑中，方便试验驾驶员掌握整车行驶工况，提高试验精度和试验效率。

油门踏板开启时刻测量由油门踏板触发器与VBOX车载数据采集器共同组成。使用时，将油门踏板触发器的触发端放平，贴于油门踏板上表面。自然状态下，油门踏板触发器的触发端电路处于断开状态，其输出端输出0V的电平信号；当踩下油门时，油门踏板触发器触发端因受到挤压而联通电路，输出端输出电平信号升至5V，并通过DIG I/O通道输入VBOX车载数据采集器，同步采集、记录，电平信号从0V升至5V的上升沿则被视为油门踏板开启时刻。对于油门踏板开启时刻的精确测量，有助于驾驶员更加精准的控制起始加速时刻、结束加速时刻，对提高试验精度与重复性具有重要的实用价值。由于不同车辆加速特性的差异，部分试验车辆可能出现加速延迟现象，即油门踏板已经开启，但车辆纵向加速度、速度仍未明显上升，通过测量油门踏板开启时刻与整车纵向加速度稳定增加时刻的时间差异，可以快速获取整车加速延迟时间，并针对ISO、ECE等相关法规的新要求，精确计算噪声试验时，车辆应采用的预加速距离。

整车参考点位置测量由光栅信号触发器、反光标识并结合VBOX车载数据采集器以及整车速度、纵向加速度、位移信号测量系统共同组成。车辆行驶过程中，整车速度、纵向加速度、位移信号一直被VBOX车载数据采集系统记录，只需对整车参考点进出试验场地各重要位置时刻进行标记，便可准确获取车辆参考点在试验场地中的相对位置。其最佳实施方案为：如图1所示，将反光标识贴于试验场地起点、中点、终点地面位置，即AA′、PP′、BB′线与中轴线CC′线的三个交点处的地面上；光栅信号触发器安装于车辆参考点附近，其光栅面正对地面，光栅信号触发器供电电源可从数据采集器的CAN BUS或RS 232通道处获取。自然状态下，光栅信号触发器的光栅面没有接收到较强的反射光线，其输出端输出0V的电平信号，当光栅信号触发器的光栅面通过试验场地起点、中点、终点处的反光标识正上方时，光栅信号触发器接收到强光反射，输出端输出5V的电平信号，通过该点后，由于触发的反射强光消失，输出端输出的电平信号再次降为0V，并通过DIG I/O通道输入VBOX车载数据采集器，同步采集、记录。电平信号从0V升至5V的上升沿时刻则为整车参考点通过试验场地起点、中点、终点的时刻，通过计算相对位移关系可获取各时刻，整车参考点在试验场地中的相对位置，并获取整车参考点在试验场地中各相对位置处的速度、加速度、位移、油门开启状况等信号。本发明使用了3个反光标识，实际测量中，使用反光标识的数量和位置可以试车辆参考点位置以及场地条件等具体情况而定。

以上发动机转速，整车速度、纵向加速度、位移，油门踏板开启时刻，整车参考点在试验场地中的相对位置等信号均可通过笔记本电脑进行实时监测，使用时，只需将笔记本电脑的RS 232接口与VBOX车载数据采集器的RS 232接口进行连接，通过VBOX车载数据采集器专用软件VBOXTOOLS的操作界面即可完成，同时，通过VBOXTOOLS的操作界面还能对VBOX数据采集器通道、信号参数进行设置，将VBOX车载数据采集器采集的所有车载信号存储于笔记本电脑的指定硬盘中。将SD存储卡（存储容量需小于2G）直接插入VBOX车载数据采集器的SD卡插槽中，便可实时记录、存储VBOX车载数据采集器采集的所有车载信号，便于试验数据后处理的进行。

ISO、ECE等相关法规的最新要求的汽车加速或匀速行驶通过试验场地过程中的最大A计权声压级，均可通过传声器、前端放大器和内置数据采集器组合而成的LA-5560型1级精度声级计获取。测试过程前后需要对声级计进行校准，时间计权特性设置为FAST档位，频率计权特性设置为A计权，采样频率间隔设置为10ms。汽车进入试验场地时开始采集和记录声压级信号，汽车驶离试验场地时停止声信号采集，经过LA-5560型1级精度声级计的自动计算和后处理便可直接获取最大A计权声压级，单位dB（A）。所有的声压级信号均可通过LA-5560型1级精度声级计的USB接口、RS 232接口输入笔记本电脑进行存储或实时监测，也可将SD存储卡插入LA-5560型1级精度声级计的SD卡插槽对所有的声压级信号进行实时、同步存储，便于数据后处理。

本实施例考虑到便携性，采用了笔记本电脑进行试验数据的后续处理，在实际应用中，还可以采用工控机、掌上电脑等其他设备，在本发明中，将此类设备统称为计算机。

总体来看，本发明所述的汽车加速行驶车外噪声快速测量系统是能满足汽车加速行驶车外噪声试验新方法（ISO 362-1:2007道路车辆加速行驶车外噪声测量—工程法、ECE R51有关对四轮以上汽车就其噪声排放认证的统一规定—方法B与即将实施的GB 1495-20XX汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法）要求的最快捷测量系统，其成本低廉，操作简单，携带方便，装卸调试快捷，试验效率高，环境适应能力强，测量准确，扩展性强，集成度高，具有丰富的后处理手段，是汽车加速行驶车外噪声新方法认证试验、轮胎滚动车外噪声试验等试验项目最经济、高效的测量系统，具有很强的实用性和创新性。

Claims (3)

1.一种汽车加速行驶车外噪声快速测量系统，包括设置在试验场地的传声器、反光标识和车载信号测试模块，传声器检测的信号经过放大、频率加权处理获取声压级，被送入计算机，其中，

所述的反光标识为多个，分别设置在试验场地的不同位置；

所述的车载信号测试模块包括转速表、GPS天线、油门踏板触发器、光栅信号触发器和车载数据采集器，其中，

转速表通过待测车辆的点烟器与整车直流电路相连，用于测量发动机转速，其采集的汽车发电机产生的电压脉冲频率信号经过频率输入模块调理后被送入车载数据采集器；

GPS天线固定在待测车辆上，与车载数据采集器相连；

油门踏板触发器固定在待测车辆的油门踏板上，用于获取油门踏板开启时刻信号；

光栅信号触发器固定在待测车辆的某个整车参考点处，其光栅面面向地面，利用反光标识的反射信号获取整车参考点通过试验场地的相应反光标识位置处的时刻；油门踏板触发器和光栅信号触发器的触发信号被送入车载数据采集器；

车载数据采集器根据GPS天线信号、两个触发器的触发信号，通过计算相对位移关系获取待测车辆的整车参考点通过试验场地上的各个反光标识的相对位置，继而获取整车参考点在试验场地中各相对位置处的速度、加速度、位移、油门开启状况；

车载数据采集器将采集的信号和数据送入计算机，由计算机根据车载数据采集器的信号输入和通过传声器获取的声压级输入，进行试验数据处理，得到与加速行驶车外噪声相关的各种指标及试验最终结果。

2.根据权利要求1所说的汽车加速行驶车外噪声快速测量系统，其特征在于，所述的车载数据采集器为一种能够对GPS定位信号进行处理，获取速度、位移、加速度信息的车载数据采集器。

3.根据权利要求1所说的汽车加速行驶车外噪声快速测量系统，其特征在于，所述的反光标识有三个，分别设置在试验场地的起点、中点和终点位置。

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