基于电子模块控制的摩托车噪声测试系统设计

李　晶　袁克忠（天津内燃机研究所　天津　300072）

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基于电子模块控制的摩托车噪声测试系统设计

李晶袁克忠
（天津内燃机研究所天津300072）

摘要：基于对美国摩托车噪声法规的研究，设计了摩托车噪声测试系统。试验表明，该系统具有良好的可靠性和稳定性，结构简单、方便操作、测量精度高，满足美国摩托车噪声标准的要求。

关键词：摩托车噪声测试系统关闭转速加速点

引言

近年来，我国摩托车出口销量持续稳定运行。2013年，我国出口摩托车整车产品987.74万辆，同比增长1.84%；出口金额52.66亿美元，同比增长3.94%。出口北美市场19.57万辆，金额1.15亿美元，同比增长率分别为-8.84%和2.48%，出口单价同比增长12.41%。我国摩托车出口美国和加拿大等北美市场，需要满足美国环保署摩托车噪声法规（CFR40 PART 205）的要求。目前，大部分厂家在美国或加拿大进行噪声认证试验，费用高、效率低；国内的检测机构在进行噪声认证试验时，采用驾驶员目测发动机转速来确定试验的加速点，这种方法费时费力、准确性很差[1]。因此，本文通过对美国摩托车噪声法规及其试验方法的研究，设计了符合美国标准的摩托车噪声测试系统，该系统能够自动确定试验的加速点，满足方便、快捷进行美国噪声标准试验的要求，从而大大降低试验费用和试验周期，并极大提高了试验的准确性和试验的工作效率。

1　美国摩托车噪声法规

1.1美国摩托车噪声法规概况

美国联邦政府授权美国环境保护署建立、实施相关噪声控制标准。美国环境保护署制定的机动车噪声标准收录在联邦法规集（Code of FederalRegulation）中成为国家法规，其代号为CFR 40 PART 205，摩托车噪声为其中的D、E部分。该法规适用于城市轻便摩托车、城市摩托车以及越野摩托车。对于以下及以后年型的摩托车，其噪声不得超过表1所示水平[2-3]。

在美国的联邦法规中，还规定了一个低噪声产品标准，具体限值见表2，鼓励摩托车制造商生产的摩托车达到此低限值[2-3]。此限值非强制执行，属自愿性质。

1.2美国摩托车噪声法规试验方法

1.2.1试验环境及条件

试验场地：如图1所示，进行噪声测试的场地必须满足一定的声场条件，要求在测试场地最大轮廓范围内，没有停放的车辆、建筑物或山坡等大的声反射物。测试路面要求至少在图中的三角形区域内为平坦水平的混凝土或沥青路面。

背景噪声：比受试车在声级计传声器处产生的噪声级至少低10dB（A）[2]。

气象条件：风速小于20 km/h（5.5m/s）。

表1　美国摩托车噪声限值

表2　美国摩托车低噪声产品标准限值

图1 EPA噪声测试场地

1.2.2声级计

声级计为符合ANSI标准的精密声级计，声级计传声器距离车辆行驶中心线15±0.3m，离地高度为1.2±0.1m。

1.2.3测试方法

为了便于理解标准，我们在测试过程中定义下列位置点（见图1）：

A（传声器目标点）：行车路线上的一个参考点；

B（加速点）：摩托车由匀速转为加速行驶的位置；

C（终点）：行车路线上在传声器目标点外7.5± 0.3m处，车辆终止加速行驶的位置。

摩托车（轻便摩托车除外，轻便摩托车测试方法不考虑加速点B）入线转速为50%最大功率转速与关闭转速的90%的稳定转速两者中较低者；档位采用二档（自动变速车辆除外）；关闭转速为摩托车到达加速终点C，结束加速关闭油门时发动机的转速。

关闭转速按照发动机的排量来确定，表3规定了对应不同排量的发动机，关闭转速与最大功率转速的百分比。

表3　发动机排量与关闭转速对应表

测量噪声时，摩托车以二档保持稳定入线转速沿行车路线前进。当摩托车的前端到达加速点B时，圆滑地开大油门并达到全开，全力加速直至在离终点C±1m的范围内达到关闭转速，此时圆滑地关闭油门并达到完全关闭。记录摩托车通过时的最高声压级作为测量结果，测量连续进行[2]。

在上述试验过程中，确定加速点B的位置是整个试验的难点。由于不同的摩托车关闭转速不同，车辆加速性能不同，因此造成加速区间BC距离不同，加速点B的位置不是固定的，每次试验需要首先确定加速点。需要注意的是从加速点B到终点C点的距离必须至少是10m，否则必须使用较高可选择档位重新确定加速点B，直到满足要求。

2　测试系统工作原理

在噪声测试试验开始前，确定加速点B的位置为整个测试试验的关键。从与试验方向相反的的方向以50%的最大功率转速（或关闭转速的90%的较低者）的稳定转速接近终点C。当摩托车的前端到达（从相反方向接近）终点C时，必须圆滑地打开油门使摩托车加速，以全开油门经过传声器目标点A。当摩托车达到关闭转速时，必须圆滑地使油门完全关闭。在油门关闭时的摩托车前端位置就是试验行车的加速点B。必须以相反方向进行试验行车，可以进行足够次数的试行车，以保证准确地确立加速点的位置。

2.1测试系统的组成

整个测试系统主要包括点火感应信号传感器、控制器、喷印设备三部分组成，如图2所示。

图2　测试系统工作原理图

分别实现转速输入、f/v变换、关闭转速设定、转速比较、执行喷印动作等功能。基于电子模块数据处理技术，该仪器提取摩托车发动机点火感应信号，经放大、整形、f/v变换、A/D转换，将发动机转速变成直读数字量。系统可以根据试验确定的发动机转速设定相应的模拟电压，当发动机的实际转速所转换成的模拟电压超过设定值时，发出控制信号，令喷印器向地面喷射出湿棉球，牢固地附着在地面上。同时，讯响器发出声光，便于寻找喷射的棉球位置，从而确定摩托车返程时的加速起点B。

2.2喷印设定/测量显示单元（前面板）

喷印设定/测量显示单元电路如图3所示。

图3　喷印设定/测量显示单元电路简图

关闭转速的设定：调整前面板电位器振荡频率，使其关闭转速符合标准规定的要求。

前面板显示器调整说明：

1）调整R1相接电位器，使其振荡频率为42.6666 kHz，分别经256和512分频，得166.66 Hz和83.33 Hz对应10 000 r/min和5 000 r/min，调整频率/电压电路中的n1和n2电位器，使频率/电压输出4V和8V；

2）调整W1，将1V信号输给3 1/2面板表，此时应显示1000。否则，微调W1，使显示为1000；

3）调整衰减电位器，当K3置于K3B时，K1置于K1B时，面板表亦显示1000；

4）K1置于K1A，K2置于K2B，K3置于K3B，调整X8电路中的电位器，使设定值小于10 000 r/min时，比较器输出为“0”，而设定值大于等于10 000 r/min，比较器输出为“1”；

5）复查n＝5 000 r/min时的动作情况也应如上。

2.3点火感应脉冲电平转换

点火感应脉冲电平转换电路如图4所示。

发动机转速信号的采集及转化是测试系统实现转速比较及控制的基础。本系统采用次级高压线感应传感器获取发动机点火线圈点火信号，将此高频脉冲点火信号转化为与转速对应的电压信号。由于发动机工作过程中存在电磁骚扰现象，为获得稳定、准确的发动机转速信号，本系统在电路处理上采用了各项应对措施。

电路简要说明：

1）U1B左边是输入电路。其特点是，不论点火高压感应脉冲使V1输出何种脉冲，U1B都将输出满足下级（U2）所需的负触发脉冲。调整RW2使接收到点火高压感应脉冲后V1输出电平产生跳动，因R8、C3构成的时间常数较大，U1A 2脚的电平代表没有点火信号时的平均电平，而U1A 1脚反映有点火信号时所产生的电平变化（无论电平由高变低，还是相反），这一变化经异或门U1A将输出正脉冲，而U1B则输出负脉冲（电路中U1B相当反相器）；

2）光电耦合器在此虽不再起隔离作用，由于选用的光耦4N25响应时间较慢，它能剔除高频干扰信号，而可靠地拾取点火高压感应信号；

3）U6A构成了施密特触发器，将光耦输出的信号再整形；

4）U4设置了W1，可调整满量程（频率上限）转换电平的幅度；

5）R3、C7是滤波阻容器件，它均衡输出电平纹波小，相应时间快的矛盾；

6）U6D是同相跟随器，为提高输出载荷而设置。2.4喷印比较驱动及电源单元

喷印比较驱动及电源单元电路如图5所示。

图4　点火感应脉冲电平转换电路简图

图5　喷印比较驱动及电源单元电路简图

采集发动机转速，时时与关闭转速进行比较。当发动机的实际转速所转换成的模拟电压超过设定值时，发出控制信号，令喷印器向地面喷射出湿棉球，牢固地附着在地面上，以确定加速点B的位置。

经发动机点火装置次级电压感应传感器，将发动机点火信号转换成模拟电平之后，由插座Q3脚输给电压比较器的正相输入端，调节电位器W1将测量要求的“关闭转速”对应的电平电压输给比较器反相输入端。在发动机的实际转速超过“关闭转速”的瞬间，比较器的输出端由低电平立即变为高电平，直至试验中调整发动机节气门，使其转速降至“关闭转速”以下，比较器输出端再次转变为低电平，与此同时，关闭V1，使电容C1充满电荷。由于电路结构中，在V1的集电极串联了R5（30 kΩ）和小型继电器的线圈（400Ω），只有当比较器输出高电平，并在电容C1充满电荷（C1两端保有12 V）的瞬间，小型继电器JZ的常开触点才被接通，使喷印执行电磁铁瞬间拉动喷印“枪”。而后，随着C1储存的电荷被释放完毕，则小型继电器不论比较器输出是否高电平都将自行关闭。

3　测试系统性能分析

本测试系统采用的次级高压线感应传感器拾取发动机点火线圈点火信号，传感器采集精度高，抗干扰能力强，使用方便。

美国摩托车噪声测试系统的特点为：

1）在当发动机转速达到设定值时，系统能够自动在试验道路上喷印加速点B的位置；

2）确定加速点B的位置时，迅响器发出声光，便于寻找喷射的棉球位置；

3）该系统在加速噪声测试点，能锁存在该点的发动机转速，从而验证试验的精度。

根据天津市计量监督检测科学研究院测试结果（测试证书编号：XNcs082271），在发动机转速2 000～10 000 r/min范围内，测量准确度在实际发动机转速的±3%以内；喷印最大延迟时间为20ms。经试验验证，整个测试系统的喷印位置误差不超过±1m。

4　结论

通过对美国摩托车噪声法规的研究，设计开发了适用于美国EPA法规的摩托车噪声测试系统，该测试系统体积小重量轻，便于摩托车的车载试验，方便携带。在国家摩托车质量监督检验中心（天津）的应用表明，该测试系统不仅大大提高了测试结果的精确度和准确度，科学准确可靠快捷地完成了美国摩托车噪声的道路试验，而且还缩短了检验时间，提高了工作效率，降低了检验成本，同时也减轻了驾驶员负担。

参考文献

1苏梅，张丹，冷传刚，等.摩托车加速噪声自动测试系统的实现及通过噪声特性分析[J].小型内燃机与摩托车，2010，39（5）：39-43

2美国环境保护署.美国联邦法规CFR 40PART 205[EB/ OL].http：//www.ecfr.gov，2014-08-17

3尹涛.欧洲及美国摩托车噪声管理及标准发展 [J].摩托车技术，2004（9）：21-23

中图分类号：TK417+.125

文献标识码：A

文章编号：2095-8234（2015）05-0071-05

收稿日期：（2015-05-25）

作者简介：李晶（1981-），女，工程师，主要研究方向为摩托车标准分析及检测技术。

Design ofM otorcycle Noise Test System Based on Electric M odule Control

Li Jing,Yuan Kezhong
Tianjin Internal Combustion Engine Research Institute(Tianjin,300072,China)

Abstract：Based on the study of themotorcycle noise regulations of US,motorcycle noise test system was designed.The Tests indicate that the system has good reliability and stability,it has simple structure and is convenient for operation.Themeasurement precision meets the requirements of the USmotorcycle noise regulations.

Keywords：Motorcycle,Noise,Testsystem,Closing RPM,Acceleration point