（精密仪器及机械专业论文）汽车加速行驶车外噪声测量系统研究.pdf

东南人学顾f 学位论文摘要 摘要 汽午行驶中产生的噪卢是环境噪卢污染的主要来源之一，汽下噪卢的人小成为衡蟮汽下 质苗水平的重要指标，因此，世界各国都十分重视汽下噪卢的处理。加速行驶下外噪卢能直 接反映汽乍噪卢对环境的影响，是评定汽下噪声的土要指标。参照国际标准e c er 5 1 和i s o 3 6 2 ，我国制定了g b l 4 9 5 - 2 0 0 2 汽车加速行驶下外噪卢限值及测量方法。目前该标准的实 施基本上采h j 传统的人工操作方法，人为冈素人，数据准确性差，效率低f 。汽午加速行驶 下外噪卢测量系统不仅能完成g b l 4 9 5 2 0 0 2 规定的最人噪卢测量，而且能记录噪卢和转速 的关系曲线。因此，研制这样的系统不仅有利rg b l 4 9 5 2 0 0 2 的实施而且对产品的研发、 改进具有重要的j i ：科意义。 本文分析了g b l 4 9 5 - 2 0 0 2 所规定的测试方法，在此基础上提山了基丁无线通信的汽车 加速行驶乍外噪卢测鼙系统总体方案。该测鼙系统由无线数传噪声测颦仪、无线数传双速测 速仪、无线数传触线报警器、无线数据采集主机组成。研究了测苗系统的1 7 作方式和通讯协 议。 研制了基于超卢测距原理的触线报警器该方法比常规的红外对射式使_ i j 更加方便，设 计了触线报警器的软硬件。对噪卢测量的计权网络、信号调理、均方根检波、对数放人进行 了深入分析设计了硬什电路编制了噪声采集、无线发送程序。分析了n m e a 协议格式， 设计了基于g p s 的乍述测量软硬件。分析了发动机转速平振动基频的关系，设计了基丁振 动频率的发动机转速测鼙软硬件。编写了无线数据采集土机程序。采集了汽下加速行驶乍外 噪卢曲线验证了测域系统的可行性。 关键词：加速行驶车外噪卢，汽车噪声，g b l 4 9 5 2 0 0 2 ，微处理器，无线数传 东南人学硕 学位论文 摘要 a b s t r a c t a u t o m o b i l en o i s ei sr e g a r d e da so n eo ft h em a i ns o u r c e so fs o u n dp o l l u t i o nt o t h ee n v i r o n m e n t ，a n di t sc o n t r o lh a sb e e ng i v e np r i o r i t yc o n c e r na 1 1o v e rt h e w o r l d a l s oi t sv a l u ei st a k e na sa ni m p o r t a n tf a c t o rt od e t e r m i n et h eq u a li t yo f av e h i c l e a se x t e r i o rn o i s eo fav e h i c l ed r i v i n gi na c c e l e r a t e dp a s s a g er e f l e c t s d i r e c t l yi t si m p a c to nt h ee n v i r o n m e n t ，i ti sr e g a r d e da sam a i np a r a m e t e ro f a u t o m o b “en o i s e i n1 i g h to fe c ek 5 1a n di s o3 6 2 c h i n ah a sf o r m u l a t e di t so w n g b l 4 9 5 2 0 0 2 “l i m i t i n gv a l u e sa n dm e a s u r e m e n to fe x t e r i o rn o is eo fd r i v i n gv e h i c l e s i na c c e l e r a t e dp a s s a g e ”h o w e v e r 。a su pt on o wt h ep r a c t i c eo ft h es t a n d a r di s m o s t l yd o n eb ym a n u a lw o r k ，a c c u r a c yl a c k sa n de f f i c i e n c yi sl o w t h em e a s u r i n g s y s t e mo fe x t e r i o rn o i s eo fd r i v i n gv e h i c l e si na c c e l e r a t e dp a s s a g ec a nr e c o r dn o t o n l yt h em a x i m a mn o i s el e v e lr e q u i r e db yg b l 4 9 5 2 0 0 2 。b u ta l s od r a war e l a t i o nc u r v e o ft h en o i s ea n dr o t a t i o ns p e e d t h e r e b y ，t h ed e v e l o p m e n ta n di m p r o v e m e n to fs u c h as y s t e mw i l lb ee o n d u c i v et ot h ei m p l e m e n t a t i o no fg b l 4 9 5 2 0 0 2 ，a n dh a ss i g n i f i c a n t e n g i n e e r i n gm e a n i n g s t h i se s s a yp r o p o s e sa no v e r a l lm e a s u r i n gs y s t e mo fe x t e r i o rn o i s eo fd r i v i n g v e h i c l e si na c c e l e r a t e dp a s s a g eu s i n gw i r e l e s st e l e c o m m u n i c a t i o n ，a f t e ra n a l y s i s o ft h em e a s u r i n gm e t h o d sr e q u i r e db yg b l 4 9 5 2 0 0 2 ，t h em e a s u r i n gs y s t e me o n s is t so f aw i r e l e s sn o i s em e a s u r i n gi n s t r u m e n t ，aw i r e l e s st w o s p e e dm e a s u r i n gi n s t r u m e n t ， aw i r e l e s st o u c h i n ga l e r t o r ，a n daw i r e l e s sd a t ac o l l e c t i o np r o c e s s o r t h eo p e r a t i o n a n dc o m m a n i c a t i o np r o t o c o lo f t h em e a s u r i n gs y s t e ma r ea l s os t u d i e d aw i r e l e s st o u c h i n ga l e r t o rb a s e do nu l t r a s o n i cp r i n c i p l eh a sb e e nd e v e l o p e d ， w h i c hi sm o r eh a n d yt h a nt h ee o m m o n l y - u s e di n f r a r e d1 i g h ta l e r t o r ：t h es o f t w a r e a n dh a r d w a r eo f t h ea l e r t o rh a v e b e e nd e s i g n e d a f t e rt h o r o u g ha n a l y s i so f a c f r e q u e n c yo ft h en o i s em e a s u r i n gc i r c u i t a n a l y s i so fs i g n a lp r o c e s s i n g , r m s d e m o d u l a t i o n ，l o g a r i t h mo p e r a t i o n ，t h ec i r c u i t sa n dp r o g r a m sf o rn o i s em e a s u r i n g ， w i r e l e s st r a n s m i s s i o na l s o ，h a v eb e e nd e s i g n e d b a s e do nn m e ap r o t o c o l ，b yt h e m e s s a g eo fg p s ，t h es o f t w a r ea n dh a r d w a r eo fs p e e dm e a s u r e m e n th a v eb e e nd e v e l o p e d ： w i t ha n a l y s i so ft h ec o r r e l a t i o no fe n g i n er o t a t i o nw i t hv i b r a t i o n a lb a s i cf r e q u e n c y s o f t w a r ea n dh a r d w a r eo fe n g i n er o t a t i o ns p e e dm e a s u r m e n th a v eb e e nd e s i g n e d ：a l s o ， p r o g r a m so fw i r e l e s sd a t ac o l l e c t i o np r o c e s s o ra r ew o r k e do u t w i t ht h i ss e to f d e v i c ew eh a v ec o l l e c t e de x t e r i o rn o i s ei n f o r m a t i o no fd r i v i n gv e h i c l ei n a c c e l e r a t e dp a s s a g ea n dd r a w nan o i s ec u r v e ，t h er e s u l tp r o v e st h a tt h es y s t e mi s w o r k a b 】e k e yw o r d s ：e x t e r i o rn o i s e ，a c c e l e r a t e dp a s s a g e a u t o m o b i l en o i s e ，g b l 4 9 5 2 0 0 2 m i c r o p r o c e s s o r ，w i r e l e s sd a t at r a n s m i s s i o n 学位论文独创性声明 本人声明所里交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包 含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名： e t 期：丛 关于学位论文使用授权的说明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学 位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外， 允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文 的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 签名： 门， 导师签名： 竺堡垒：日期：丑刍 第一章绪言 1 1 课题背景 第一章绪言 1 1 1 引言 随着汽车l ：业的迅猛发展，目前我国个人汽午保有域超过1 2 0 0 万辆。汽乍工业已被国 家确定为国比经济的支柱产业是国家重点扶持和发展的产业之一。按照国家。十一五” 规划的要求，中国汽车市场体系的建设将进一步加快，汽下需求颦平保有鼙将继续增长， 汽下消费环境将不断改善，全社会汽下化水平将不断提高。到2 0 1 0 年，国内汽车市场需求 餐将达剑8 0 0 _ _ 9 0 0 万辆，其中轿车l 与5 3 ；汽车保有蛙将达到5 5 0 0 万辆左右；汽午化水 平将达到4 0 辆千人，汽车1 ：业增加值【1 ig d p 比重提高剑2 5 。 汽午给生活带米便利的同时，也对环境造成了污染特别是汽车行驶中产生的噪卢严 重地影响着人们的止常l ：作和生活，f = 直接危害人们的身心健康，成为环境噪卢污染的主 要来源之一，汽车噪声的人小成为衡量汽午质量水平的重要指标，因此，世界各国都十分 重视汽车噪声的处理，许多国家相继颁布了一些限制汽午噪卢的法规。对汽车噪卢测试、 分析平防i f 7 成为目前世界汽车 ：业的一个重要课题。 1 1 2 汽车噪声主要因素及相关法规 汽乍噪卢土要包括发动机噪卢、排气系统噪卢、风扇噪卢、传动系统噪卢、轮胎噪声、 制动系统噤卢以及车身结构噪卢等，如图1 1 所示【1 1 。 图1 i 汽乍主要噪卢源 轮胎噪声 青 发动机是汽卞噪卢的主要爿源，d i 汽下噪声的二分之一以上，主要有活塞、气门、曲 柄连杆机构运动时产生的噪声，也包括排气系统、风扇、空气滤清器等产生的振动噪卢。 冈此发动机的减振、降噪成为汽午噪卢控制的关键。研究表明将发动机_ l j 隔卢罩罩在乍 东南人学硕l 学位论立 中，可以使噪卢衰减l 旷_ 2 0 d b l 2 1 1 ”。 传动系统包括变速器、减述器、传动轴、分动器、差速器等，由丁传动力矩和变换速 度而产生振动卢，主要是齿轮啮合时产生噪卢。提高齿轮精度、刚度，对整个动力系统进 行优化设计，使啮合振动的频率平轴系的问有频率不重合可以有效降低传动系统的噪卢 | 4 1 1 5 1 。 轮胎噪卢包括轮胎与路而接触噪卢、轮胎与空气摩擦噪卢、胎体花纹振动噪声，轮胎 横向和纵向轮齿在与地面接触的时候形成共振空腔形成噪声。轮胎轮齿的儿何尺寸、路 面情况、车速都会影响轮胎噪卢例。 制动系统噪声主要是制动器产生的尖叫，同时轮胎与地面剧烈摩擦也产生噪声。 车身结构噪卢包括下身振动产生的噪声和午身与空气脖擦产生的噪卢。中外学者在车 身结构的模态分析、模态试验、车身噪声预测模璎，车身阻尼材料，车身计算流体力学、 车身风洞试验等领域进行了人餐研究 6 - ”】。 为了有放控制公路交通噪卢，提高汽乍乘坐舒适性，降低对乘员及周同环境的损害， 国内外都制定了一些测试规范。目前对挡下的测试方法大致分午内噪卢测茸和车外噪卢测 量。前者包含静止、匀速、加速噪卢测龋，后者包含车辆行驶：1 ：况中的匀速、加速、减速、 制动噪卢测域以及车辆静l e 工况中的发动机匀速、加速、减速噪卢测餐，此外还有一些如 汽( 柴) 油机噪卢及轮胎噪卢等总成测试方法。 国外一r 业发达国家自6 0 年代起就对汽车噪声带米的环境问题给予了足够的重视，联合 国欧洲经济委员会( e c e ) 、欧盟( e u ) ，日本、美国等主要国家和地区，从7 0 年代起每3 5 年就修订一次相关法规和标准，规定了汽车噪卢限值和相应的测试规范，同时还制定了大 量的包括发动机等在内的总成噪卢试验标准。使汽车噪卢限值有了人幅度的降低。这显著 促进了汽车降噪技术和测彗分析技术不断地深人研究和应用。 在轮胎噪卢测餐方面，目前国外倾向于对午速较高的汽下按 ! 高速公路限定的最高车 速进行以评价轮胎噪声为目的的高速行驶噪声试验国际标准化组织正在开展此项研究工 作。我国在这方面缺少相芙研究工作。 发动机噪卢目前仍是影响我国帮下噪卢的首要内素。我国丁1 9 8 6 年制定了内燃机噪卢 限值，1 9 9 3 年义做了修改。但同欧共体、日本和美国等主要发达国家和地区相比，它口j 都 是每6 年左右就修订一次相关法规和标准，使噪卢限值有人幅度的降低，从而人人推进了 控制噪卢的技术发展。而我国在这方面近年米f 作进展不大，甚至处于停滞状态。 欧，美、日弛式试验中，规定下辆必须做定置状态噪卢测罐，车辆定置噪声测茸土要 是针对排气噪卢和发动机噪卢的测鼍。在加速行驶噪声测龉中，常可以发现安装有汽午排 气管一侧的噪声值往往人丁另一侧i - 2d b c a ) ，这说明在汽车综合噪卢中，排气噪声- 1 i 有不 可忽视的份耸。我国曾参照1 s 0 5 1 3 01 9 8 2 ，制定了g b t 1 4 3 6 5 1 9 9 3 机动下辆定置噪卢 测颦方法币ig b l 6 1 7 0 1 9 9 6 汽t - 定置噪卢限值但一直术l e 式执行。 卞内噪卢是影响乘员的舒适性，听觉损害程度、语言清晰度以及对乍外各种音响讯号 2 第一章绪占 识别能力的重要因素。目前我国仅制定g b f f l 8 6 9 7 2 0 0 2 汽午下内噪卢测鼙方法，该标 准只规定了运述行驶j ：况卜- 的乍内噪卢，而i s o 及欧、美、日等国除制定了匀速行驶下内 噪卢试验方法外，还制定了下辆加速行驶和乍辆静i r 状态卜| 发动机怠速i ：况和加速l ：况对 车内再个区域位置影响的测草方法。 乍外加速噪卢由丁其能反映山汽乍在常用i ：况下午辆的最人噪声特别是在市区行驶 时的最人噪卢，目前被人部分_ t 业国家列入汽下础式试验的必做项目，成为考核汽下整乍 噪声的主要指标。匀速行驶乍外噪卢试验在许多国家都己不再列入型式试验，主要是方法 利交通噪卢的实际状态对应差，且与加速行驶噪卢试验比较，其结果的再现性也差，进行 加速行驶噪卢测晕后，没有必要再做匀速噪卢测量。目前，t h ：界上许多国家和地区采_ h j 的 车外加速噤卢测量标准为e c er 5 1 和i s o3 6 2 。该标准具有较高的系统性和科学性，经过 多年实践，被认定是机动下噪卢测革评价的公认方法，i s o3 6 2 对测量条什和测鼙步骤都 做了明确的规定。 我国也于1 9 7 9 年颁布了机动车辆允许噪声( g b l 4 9 5 7 9 ) q l 对应的机动下辆噪卢 测量方法( g b l 4 9 6 - 7 9 ) ，1 9 9 5 年起，国家环保局对g b l 4 9 5 7 9 进行修订，发布了 g b l 4 9 5 2 0 0 2 汽乍加速行驶车外噪卢限值及测簧方法，该标准是参照联合国欧州经委会 法规e c er 5 1 ，0 2 关于在噪卢方面汽车型式认证的统一规定的附件3 和国际标准i s 0 3 6 2 1 9 9 8 卢学一测昔道路卞辆噪卢测量方法工程法中的相应技术内容制定，限值则在参 照e c er 5 1 中的限值原则下，根据我国汽车产品的实际情况，分两个阶段制定了噪卢限值， 噪声限值与e c e r 5 i 0 2 的对照关系见表1 i 。 表1 i e c er 5 i 0 l ，0 2 系列限值及g b l 4 9 5 2 0 0 2 限值表 法规系列号r 5 i 0 1r 5 i 0 2g b l 4 9 5 2 0 0 2 新掣车犁认证实施日期 b 8 1 0 1j 5 1 0 1 第一阶段b j ：阶段 新犁车生产日期b 9 1 0 16 1 0 1 z 0 0 2 1 0 1 - - i o 。5 1 。l 以 序号汽车分类限值d b ( a ) lm 17 77 4 7 7 7 4 m 2 ( g v m 3 5 t ) ，或n i ( g v m 3 5 t ) ： 2 g v m 2 t7 87 67 87 6 2 t g 3 5 t7 97 77 97 7 忆( 3 5 t s t ) ： 3 p ( 1 5 0 k w8 07 88 28 0 p 1 5 0 k w8 38 08 58 3 v 2 ( 3 5 t 1 2 t ) ： p 7 5 k w t 时，且用 其第二档测试尾端山线时速度 6 1 k m h 则该车犁的限值增加l d b ( a ) 卜m 3 ：载客汽车n 卜n 3 ：载货汽车 g v m ：最大总质景( t ) p ：发动机埴大额定功率( k w ) 对照上述国内外刑式试验项目的差异，目前我国颁布实施的较完善的测试方法只有 车辆行驶i ：况中的加速噪卢这一部分。 1 2 汽车加速行驶车外噪声检测技术现状 国外科技发达国家借助丁i 先进的电子与计算机技术，己经实现下辆性能测试系统的自 动化、智能化和精密化。而且借助丁网络和虚拟仪器技术实现了测试信息共享，软、硬件 资源共享，从而使下辆性能测试系统硬什体积浓缩，功能更强人。在乍外噪卢检测技术领 域居于领先地位的是b r u e l & k j ”公司i i ”，该公司开发有室内车外噪卢检测系统和场地车 外噪声检测系统。室内午外噪卢检测系统实际上是一个大的隔音室，汽乍置丁| 测功机上， 可以模拟匀速，减速，加速等各种：i ：况。场地下外噪卢检测系统由红外触线模块、雷达测 速模块、噪音检测模块、无线网络模块及土机组成。图1 2 是场地午外噪卢测鼙系统示意 图。测试规范按照i s 0 3 6 2 。b r u e & k j 的这两个噪卢检测系统都可以测山转速时间、噪 声时间、车速时间的实时曲线，因此，不仅可以川于验证汽车产品对相关法规的符合性， 还可以_ 【 j 于产品的研发和改进。 图1 2b r u e l k j 3 1 场地下外噪卢测蟮系统示意i 玺| 我国下辆性能测试技术相对落后，国内汽下检测设备起步较晚。8 0 年代初期儿乎全部 搬j l j 国外汽下检测设备、方法和标准，造成种种问题诸如检测时执行标准不同、测试条 4 第一章绪寄 什不同等，引起了检测可靠性的偏筹。白g b l 4 9 5 2 0 0 2 汽下加速行驶乍外噪卢限值及测 量方法2 0 0 2 年l o 月开始实施，从汽下生产厂家剑国家检测部fj 的执行情况米看存在 一些问题，直接影响剑该标准的准确执行。 常规的噪卢测苗酱遍采圳卢级计。传统的卢级计一般利_ 【 j 硬什计权网络实现对噪卢信 号的计权利_ l i j 硬什的滤波网络实现噪卢的倍频程分析等。虽然传统的卢级计可测鼙汽乍 的雌卢，但无法同时准确获取汽印的转速，而获取汽乍在不同转速f 的噪卢以及欲知住某 噪卢时的相麻转速1 f 常重要。 此外，对汽下进行加速行驶乍外噪卢测鼙时，基本上采川传统的人i ：操作检测，手工 记录数据方法人为判断因数人，影响测试数据准确性、可信度且i ：作敛率低f 。实践 表明，影响汽卞加速行驶下外噪卢测定值的冈素主要有测越过失误差、确定性系统误差、 非确定性系统误差和随机误差，前二者可在测试中排除噪声测试总误差中只有后两项h ”。 确定性系统误差包括( 1 ) 卢级计传卢器卢场类型的影响( 2 ) 声级计传卢器入射方向的影响 ( 3 ) 卢级计时间计权的影响( 4 ) 卢级计标定的影响( 5 ) 异动情况响卢的影响( 6 ) 读测人员及仪器 反射的影响( 7 ) 测试场地的影响等等。仪器的误差是构成1 f 确定性系统误差的主要因素。 测量随机误差包括( 1 ) 风的影响( 2 ) 环境温度的影响( 3 ) 发动机转速的影响( 4 ) 加速起始点位置 的影响( 5 ) 汽车偏离中心线的影响( 6 ) 被测汽下技术状况的影响( 7 ) 测试人员读数误差的影响。 此7 项因素除( 6 ) 以外，在当前噪卢测试过程几乎全部由测试人员凭经验操作、测试获取 数据，这在很人群度上增加了测试数据的不确定度，影响g b l 4 9 5 2 0 0 2 标准的实施。由此 可见，当前市场迫切需求能准确执行g b l 4 9 5 2 0 0 2 标准的汽卞噪卢测试系统，同时满足可 进行快速、精确、实时、多参颦数据测试和处理，向集成化、数字化，智能化方向发展的 要求。 1 3 课题内容和意义 g b l 4 9 5 - - 2 0 0 2 汽车加速行驶车外噪卢限值及测耸方法白2 0 0 2 年l o 月1 日开始实 施以来，到i ；t 前为l e ，国内还没有成套的乍外噪声检测系统。因此研制这样的系统具有重 要的j j ：剧意义。研制i ；t 标是满足g b l 4 9 5 - - 2 0 0 2 标准测试内容、方法要求晟人科度提高 测试效率、降低测试成本，适应在速度、准确度、数据分析以及现场实川性等方面的测试 要求；能测山g b l 4 9 5 - - 2 0 0 2 标准中没有要求，但对产品研发、改进具有很人帮助作_ l j 的 各种实时曲线。 为此，需要进行以下研究 作： 第一、研究国内外汽乍噪卢标准规定、测试方法、限值要求； 第二、 研究国内外噪卢测试技术发展状况，针对测试要求选择、设计测试系统方案： 第三、 完成硬什、软什设计【：作； 第四、 完成软、硬什联调，进行实际测试实验： 第五、根据实验数据结果对系统进行评估分析。 5 东南人学顾j ：学位论文 1 4 论文的章节安排 本论文章仃安排如f ： 第一章“绪论”。主要介纠国内外汽下噪卢法规和标准状况国内外进行噪卢检测技术 的研究现状本课题研究意义及主要l ：作。 第二章“系统总体方案”。介钔g b l 4 9 5 2 0 0 2 具体的测试方法，分析测昔系统的组成， 对各功能模块的技术特点进, ? i - j 论，提山基丁：无线通讯的测试系统总体方案。讨论了通信 协议。 第三章“基丁超卢测距的无线触线报警器”。介纠触线报警器的软硬件设计，研制基 于专川通信芯片n r f 4 0 1 的无线通信接口。 第四章“无线数传噪卢测晕仪”。介蜊噪卢测鼙仪的软硬什设计。 第五章“无线数传般速测速仪”。介绍基t - g p s 测鼙汽车车速，基丁| 振动测颦发动机 转速的方法，进行舣速测速仪的硬件、软什设计。 第人章“无线数据采集主机”。介绍无线数据采集土机的硬t t ：架构，讨论了软件功能模 块的设计及数据滤波方法的软什实现。 6 第j 二章系统总体方案 第二章系统总体方案 2 1g b l 4 9 5 2 0 0 2 对测试场地和方法的要求 测昔场地应当有5 0 r e 直径的开阔地，开阔地内不应有楼房等人的反射物：测量区中央 必须有2 0 m 以上平直、干燥的沥青路面或混凝十路面，路面坡度不大丁o 5 。测试场地 要求如图2 1 所示。 c i，丸1 = 1 0 i n c i 幽2 1测昔场地 测龄场地的背景噪卢要低r 待测卞辆噪声1 0 d b 以上。传声器放在离地面高1 2 m ，离 跑道中心线7 5 m 的两侧，垂直指向乍辆行驶方向，传声器及起始线、终端线布置要求见 幽2 2 。声级计测营时使h j “快”档特性测蛀a 声级。标准规定进行汽车加速行驶乍外噪 声测餐前，应进行气象参数测量，使用风速计测量环境风速和风向，测量精度在l o ( 2 0 k m h 时) 以内。噪卢测草时在声级计的传卢器高度风速不超过5 m s 。风速人于3 m s 时 席使_ l i j 防风罩，防风罩不应影响卢级计的灵敏度。 i o oo s m 1 0 oo r n a o 1 a -f、格p i l l i 幽2 2 测域阮及传卢器布置 7 东南人学硕1 学位论文 下速、发动机转速要求：下辆挂二档，如午辆最高档位为四档以上时，麻挂二档。油 rj 控制发动机转速为最人功率卜- 转速的3 4 ，若此时乍速超过5 0 k m h 。则午辆以5 0 k m ，h 的 车速进入测噪卢区起始线。从下辆到达起始线开始，立即全开油门加速行驶，以发动机最 高转速通过测试区。当下辆后端剑达测试区终端线时，立即停j f 加速。读取下辆驶过时声 级计最人指示值，同样条什f 每侧至少测4 次，再平均每侧的测昔值，以最人的平均值 为最终测昔值。标准规定不能以下上的仪表读取下速和发动机转速。 2 2 系统设计要求 依据g b l 4 9 5 2 0 0 2 的要求系统席具有以卜- 基本功能： l 、应能测昔、记录、显示下辆进线的乍速信号； 2 、应具有午辆在进山线时的触线讯响提醒功能； 3 、平均噪卢记录功能； 4 、数据库功能； 5 、报表打印功能。 考虑到本系统不仅适圳于验证车辆对法规的符合性，还应该对车辆的研发和改进具有 促进作用，系统应具有以。f 扩展功能： 1 、应能实时测量发动机的转速并记录转速随时间的变化曲线： 2 、麻能实时测鼙车外噪卢并记录噪卢随时间的变化曲线，两个曲线采用同一个时基， 冈此可得山噪声，转速曲线； 3 、应具有数值计算处理功能。 系统的技术指标如下： 转速范围：0 4 5 0 0 0r p m 精度 l 车速范围：0 2 5 0 k m h , 示值精度0 i k m h 声压级范同：3 0 d b 9 9 d b ，精度o 5 d b 工作温度：1 0 6 0 系统的直接h j 户是汽印检测单位及汽车制造厂家。作为汽车检测的设备，其使川环境 往往在室外或专刚试验场，道路不平，潮湿多灰环境相对丁| 实验室要恶劣许多，系统设 计要满足温度、湿度等环境要求：作为乍载设备要求体积小、重鼙轻、低功耗、耐冲击、 抗振动，防干扰，满足k 时间开机工作和测鼙使川的要求。此外，由丁测嚣系统的操作人 员不同有技术人员，更多为辫通检测人员，人员技能水平相差人且变动频繁，因此， 要求系统操作简单，人机界面友好。 8 第二章系统总体方案 2 3 系统总体方案 2 3 1 系统功能模块 根据系统设计要求，本系统应具有以f 功能模块： 1 、发动机转速下速测姑模块 g b l 4 9 5 - 2 0 0 2 明确规定不得使h j 午上的发动机转速和下速测苗装置，冈此本系统必须 具有发动机转速、午速测苗模块，司机按测速数据控制油门，白下头碰上起始线起，应按 照一定的采样频率记录下速直到下尾碰上终端线为止。采样点数据传给数据处理土机， 供绘制试验曲线、分析计算。 2 、触线报警模块 当汽乍下头碰上起始线时，触线报警模块发讯告知发动机转速，乍述测耸模块以及噪声 测试仪开始采样。当中尾碰上终端线时，结束采样。 3 、噪声测试仪 白车头碰上起始线起，应按照一定的采样频率记录噪卢，直到乍尾碰上终端线为止。 采样点数据传给数据处理主机，供绘制试验曲线、分析计算_ l f j 。 4 、数据处理土机 数据处理土机接受发动机转速，下速测越模块，噪卢测试仪的采样点数据，绘制曲线， 生成试验表格，以数据库形式门档。 2 3 2 系统组成 测量系统的通讯主要分为两种，有线通讯和无线通讯。目前主要的长距离有线通讯标 准有r s 4 2 2 、r s 4 8 5 等，还有现场总线如c a n 、f f 、l o n w o r k 等等。考虑到测量系统中每 个测昔单元相距较远，如果采川有线方案，则土要存在以下两种缺点： 1 、布线方式复杂不灵活且维护成本高，一旦试验场地变更或是移动各个测堵单元模 块的测鼙位置，则都需要对原来布线进行或多或少的改动，浪费人力物力。 2 、系统各功能模块在空间上分散发动机转速测量模块在车上，而且在试验中午辆还 要以一定的速度运动，有线方式难以实现。 基下上述因素考虑本系统拟采川无线通信作为数据采集主系统和各个测苗单元模块 之间的通信方式。无线通信方式有模拟和数字两种，数字通信技术具有更强的抗干扰性和 可靠性，故一般都采h j 数字通信技术，其相应的无线模块种类也较多，也有更多的选择空 间。作为数字通信方式有两种通信方案可供选择：一种方案是基丁专川无线模块和无线 通信通道，实现设备之间点到点的无线数据通信。另外一种方案是基丁：g s m 无线公州网 络的无线数据传输，适合丁数据通信肇人的场合。 通过比较，基丁| 专_ l j 无线模块和无线通信通道的通信方案更加适合本系统的测馘组网 9 东南人学顾l 学位论文 要求，主要有以- 卜| 几点原冈： l 、 如果通过g s m 组网方式，由丁是通过短信方式进行数据传输，其通信的实时性 很难保证。本系统测域发动机转速和乍外噪卢信号需要精确同步。 2 、 从成本方面考虑，专_ h j 无线收发模块的成本较低。 3 、专心无线收发模块通常带有r s 2 3 2 接口使 】方便。 i 鳘| 2 3 是系统组成结构i 鳘i 。 言传声嚣 ：a 始端线 墨i ：b 终端线 墨： ；! 嘎：赫一一竺一瓮磊二乡牟载车速， e ： 一8 车寺述仪萋： a氛声嚣 j 首风速仅 图2 3 系统组成结构幽 粤数i 铲 车速测颦有雷达测速、激光测速、地埋线圈、i 鳘i 像法、五轮仪、g p s 等多种方法 1 4 - 1 7 】。 雷达测速的原理是应_ l l j 多普勒效应，测苗运动目标的精度可达剑+ 2 k m h ，价格适中，通常 带有r s 2 3 2 接口，配上无线通讯模块，完全能满足系统设计要求b r u e l & k 8 1 公司的车外加 速噪卢测试系统采用雷达测迷方式。激光测速利川两次1 1 l i l 定时间间隔的测距推算山车速，精 度可达到1 5 k m h ，缺点是造价高，激光束应垂直于车体反射点所在平面，安装要求高， 检测不同午型时需校准。地堋线圈价格低廉，但精度差，不能测山瞬时车速。光电五轮仪测 量精度为0 5 ，但安装不便需要专川吸盘，对下辆安装面的平粘度有要求。普通g p s 接受机对下速的测鼙精度可达到4 - 0 3 6 k r n h ，且价格相当低廉，差分g p s 可达到0 0 2k m h ， 缺点是数据刷新率低，普通的g p s 接受机数据刷新率为l h z 。考虑到g b l 4 9 5 2 0 0 2 仅对印辆 触线时的下速有要求，对测试过程乍速并无要求，综合考虑系统成本、技术上的方便性等优 点，本系统采_ l j g p s 测苗卞速。 发动机转述测越有电磁感戍点火线罔、光电法、霍尔效应、高压油管应变法等各种方法 ”“”。这些方法在实际麻圳中都需要在发动机的连接部件或内部的旋转部什上安装传感器， 不适合在多种乍型、快速安装的环境f 实施。文献口2 1 研究了通过测量汽乍在定置状态f 的 排气口噪卢测颦转速的方法，测草精度可达1 0 r m i n 。文献1 2 3 1 研究了利州发动机点火做功 过程中产生的振动信号检测转速的方法，测颦精度可达剑1 。考虑剑测试精度和安装的便 t 0 第一二章系统总体方案 捷性本系统采h j 压电加速度计测振动的方法测量发动机转速。车速转速测鼙模块构成无 线数传烈速测堵仪。 b r u e l & k j a r 公司的乍外加速噪卢测试系统中采川了对射式红外触线报警器。对射式红 外触线报警器需要初始对准。本系统采埘了使埘更加方便的无线数传超卢下辆触线报警器。 声级计采川白行研制的无线数传卢级计。 系统功能框图如| 璺1 2 4 所示。 图2 4 系统功能框图 系统： 作方式如下( 参考幽2 3 ) ： l 、驾驶员按标准规定的车速或发动机转速沿c c 路线稳述进入测试路段的始端线 州，放置在下内的无线数传烈速测速单元数码显示即时下速和发动机转速。始端无线触 线报警器在此过程中迮续监测汽午距离始端线见4 ，的位置。 2 、当汽下最前端接触剑加速始端线州7 时，触线报警模块发无线信号给无线数传双 速测速仪和无线数传卢级计。般速测迷仪收剑触线信号发山蜂呜卢，驾驶员听剑蜂呜卢迅 速将加速踏板踩到底，汽卞处丁i 加速行驶i ：况：同时，般速测速仪开始迮续采集，f = 记录乍 速、发动机转速信号，声级计开始连续采集升记录噪卢信号，数据记录在单元各白的存储 器中。 3 、 当汽下的最后端接触剑终端线b b 时终端触线报警器发信号给烈速测速仪、卢 东南人学硕i j 学位论文 级计、无线数据采集土机。取速测速仪、卢级计收剑信号即停l r 速度信号、声音信号的采 集存储- 转入准备女，状态，等待无线数据采集土机发取信号数据的命令；此外，烈速测速 仪收剑终线报警器信号的同时，发山蜂鸣声提醒驾驶员尽快松开踏板。 4 、无线数据采集士机收剑终端触线报警器信号后，发命令有序接收烈速测速仪、声 级计存储的数据经过数据处理，在无线数据采集土机上显示汽车进山线乍速、发动机转 速时间曲线、卢级，时间曲线、汽车加速行驶中外噪卢测颦记录表。完成报表打印等功能。 2 4 通信协议 系统采川广橘的方式进行无线收发，具有如f 特点： 】、无论哪个单元发送数据，所有的单元模块都可以接收剑。 2 、每个单元模块发送数据时候很容易互相干扰。 基丁：上特性，需要设计一套有效而健壮的通信协议来协调本系统中所有测域单元之间 的互相通信。为了区分不同测量单元模块，采圳编码的方式对其进行编号。其中数据采集 主机的编号i d 为0 x 0 1 ，无线数传卢级计的编号l d 为0 x 0 2 和0 x 0 3 ，无线数传暇速测速仪 的编号i d 为0 x 0 4 ，两个触线报警器的编号i d 分别为0 x 0 5 ，o x 0 6 。 系统的无线数据通信协议： i 、数据通信协议： 同步字符( 3 个字节) 一数据类型( 1 个字1 i ) 一发送端i d ( 1 个字节) 一接收端i d ( 1 个 字：悔) 一数据个数高字i i ( 1 个字节) 一数据个数低字节( 1 个字节) 一具体数据一校验 低字节( 1 个字节) 一校验高字节( 1 个字1 7 ) 其中，各个部分意义如下： 同步字符三个字节为：0 x a a ，0 x 5 5 ，0 x a 5 。 数据类型：0 x 0 1 ，表示当前是数据帧报文。 发送端i d ：表示当前该数据报文的发送端l d ，即前面所述的0 x 0 1 - - 0 x 0 6 。 接收端i d ：表示当前该数据报文的接收端i d ，除了前面所述的0 x o l - - - 0 x 0 6 增加了 0 x f f 表示所有该数据报文为，“播所有设备单元都要接受。 数据个数：表示后面紧跟着具体数据的k 度。 具体数据：表示具体采集的数据内容。 校验数据：为了数据传递的有效性和完整性，系统采川c r c 校验算法米验证数据。 2 、命令通信协议： 同步字符( 3 个字节) 一命令类删( 1 个字。竹) 一发送端i d ( 1 个字仃) 一接收端i d ( 1 个 字i ，) 命令类型表示当前接收端应该执行什么命令，目前命令分类如f ： 0 x 8 1 ：开始采集数据。 0 x 8 2 ：停j r 采集数据。 1 2 第一二章系统总体方案 0 x 8 3 ：发送数据 0 x 8 4 ：开始进入i ：作状态。 0 x 8 5 ：测试命令，测试i ：作状态。 3 、廊答通信协议： 同步字符( 3 个字：1 ，) 一应答( 3 个字1 7 ) 一发送端i d ( 1 个字竹) 一接收端i o ( 1 个字肖) 应答信号由0 x 8 1 ，0 x 8 2 0 x 8 3 组成，_ f j 于响应测试命令，表示各个测苗采集单元模块 是否正常j ：作。应答信号进一步提高通信的可靠性。 2 5 通信流程 根据通信协议，系统采朋如下通信流程： l 、首先进行预先测试流程，检商各个模块之间通信是否止常。数据采集土机逐一向所 有的测颦采集单元模块发出命令类型为0 x 8 5 的命令报文，对应的测鼙采集单元模块收到测 试报文后，返同一个应答报文，表示该模块工作止常。如果数据采集土机在一定时间内没 有收到某个测鹫单元模块的同戍则表示该模块有问题给山报警信号。 2 、测量系统开始正式：i = 作，数据采集土机向所有的测鼙采集单元模块发山命令类型为 0 x 8 4 的命令报文，表示准备开始测耸。各个测量采集单元模块收剑该命令后，则做好测域 的初始化上作。 3 、当始端触线报警器0 x 0 5 检测剑汽午驶入噪卢测试区域的信号时，向所有单元模块 包括数据采集主机发送命令类型为0 x 8 1 的命令报文，表示各个测鼙单元开始数据采集过 程，同时让数据采集主机记录实验开始时间。 4 、当终端触线报警器0 x 0 6 检测剑汽午驶出噪卢测试区域的信号时，向所有单元模块 包括数据采集土机发送命令类型为0 x 8 2 的命令报文，表示各个测颦单元停止对数据进行采 集并做好发送数据准备，同时让数据采集土机记录实验停止时间，做好数据接收准备。 5 、数据采集土机分别向无线数传声级计0 x 0 2 和0 x 0 3 发送数据通信报文，表示要求向 数据采集主机发送采集剑的声级数据。 6 、所有测鼙单元都会收剑该报文但只有无线数传卢级计的i d 和报文中的接收端i d 匹配，因此该单元接收该报文同时将采集的数据通过无线收发模块发送到数据采集土机 中。 7 、数据采集土机向无线数传烈速测速仪发送数据通信报文，表示要求该测量单元向数 据采集土机发送采集剑发动机转速平下速数据。 8 、所有测鼙单元都会收到该报文，但只有无线数传叔速测速仪的l d 和报文中的接收 端i d 匹配，冈此该单元接收该报文，同时将采集的数据通过无线收发模块发送剑数据采 集土机中。 东南人学预j ：学位论文 2 6 本章小结 本章介纠了汽下加速行驶乍外噪卢限值及测鼙方法对测茸场地、方法的要求。分 析了测量系统的组成对各功能模块的技术特点进行了讨论，提山了基丁无线通讯的测试 系统总体方案。研究了功能模块间的通信协议和流程。