轮胎噪声测量时的辅助参量测量系统的设计与实现开题报告

课题研究意义：

我们生活在这个世界中，离不开声音。声音，使得人与人的沟通更加方便,让我们的生活更加精彩，但是如果声音不再为人所需要，危害身心健康时，它便成了噪声。

噪声对人体的危害，总体上可划分为两大类:能够致使耳聋及诱发多种疾病的高强度噪声;会干扰人的正常生活、工作或者学习，使人感到烦躁，影响语言交流的一般强度噪声^[1]。噪声污染属于物理性污染，危害人们的身体健康。长期处于噪声环境下，会引发噪声性耳聋。另外，噪声还会诱发人的中枢神经、血液循环、内分泌等系统的病变。居住在噪声多发地区的居民，由于日常休息被噪声所干扰，所以时常会显得精神萎靡。噪声也会对人的日常活动带来极大的干扰^[2]。以打电话为例，当噪声级达到60~70dB (A)时，电话交流就变得较为困难，而到了70dB (A)以上，电话交流则无异于痴人说梦，若是超过85dB(A)的话，使用文字交流或许更有效率。

当今社会，城市居民的耳中每天都充斥着道路交通、工厂作业、建筑施工产生的噪声，而在商业、体育及娱乐场所更是人声鼎沸，喧嚣异常。可以说，生活在城市之中的现代人，是被噪声所包围着的。除却噪声本身所具有的危害之外，更是由于和我们的生活息息相关，城市环境噪声在噪声研究中占有很重要的地位。

目前，我国每天的家用汽车购买数每天增长在300辆以上，行驶在道路.上的各种机动车辆，在给我们生活带来便利的同时，也不断地向四周辐射着大量的噪声，影响着我们的健康，扰乱了我们的生活。如今降低交通噪声(约占城市环境噪声的70%)，尤其是降低道路噪声(约占交通噪声的80%)，已然成为了其最重要的组成部分。研究证明，当小型汽车行驶速度在50km/h以上时，轮胎/路面噪声是其主要噪声源^[3]。欧盟在上世纪80年代就曾投资21.9万美元启动轮胎路面之间相互作用的研究项目，只为降低轮胎/路面噪声，减少其危害^[2]。因此，研究轮胎/路面噪声测量方法来降低噪声，对于改善居民生活质量，提高民众身心健康而言，有着极为重要的意义。

本次毕业设计旨在设计一个环境参量监测系统，来监测噪声测量时汽车行驶速度、温度及风速等环境参量，然后将数据传送至上位机LabView进行显示和保存，为轮胎噪声测试的分析工作提供数据支持。

国外研究成果：

国外测试方面较国内处于领先地位。从20世纪早期起，人们就开始对轮胎噪声进行研究，只是由于当时科技水平所限，这些研究仅局限于单纯的噪声测试。

2000年，国际标准化组织(ISO)颁布了汽车加速行驶车外噪声新标准ISO362:2000 (E)，采用加速试验工况和匀速试验工况结合加权的方式，模拟车辆在城市道路的真实噪声水平，保证噪声试验认证与市区道路行驶实际状况的统一性为新的国际化轮胎噪声标准的推出提供了数据支持。

2003年国际标准化组织重新推出了轮胎噪声测试方法国际标准IS0 13325:2003。于此同时，国际上使用较多的还有其它几种轮胎噪声测试方法标准，其中欧洲的EU Directive 2001/43/EC以及ECE 8117、日本的TRIAS 20等标准都具有一定的代表性。

2000到2007年间，国际标准化组织从技术角度对ISO 362:2000 (E)多次修订和完善，形成了ISO 362-1:2007。此后，经过八年的试验验证，ISO 最终在2015年更新颁布了ISO 362-1:2015^[4-5]。

较新的轮胎测试标准还包括利用拖车进行近场测试的IS0 11819-2(Draft)草案^[6]。2017年10月，国际标准化组织颁布IS0 11819-2-2017^[7]。

国内研究现状：

同国外轮胎噪声的研究相比，我国的轮胎企业生产技术仍然还比较落后，轮胎噪声的测试及研究技术力量和经费投入少，自主研发能力亟待加强。目前国内涉足轮胎噪声研究的院校和科研院所不少,但基本上都属于纯理论性的分析和应用研究,缺少试验验证和有效的数据支持。

全国轮胎轮辆标准化工作委员会会同国内各大轮胎厂商，在2005年7月召开的《全国轮胎轮辆技术委员会国家标准起草会议》上，探讨起草了《汽车轮胎噪声测试方法》国家标准的有关事宜。

长安大学新型路面研究所曾在铜川-宜君二级公路南山卯隧道铺筑试验路面以进行噪声测试，分析露石水泥混凝土路面的噪声特性。测试表明，相对于普通水泥混凝土路面，轿车在露石水泥混凝土路面上以80km/ h的速度通过时，噪声声压级可降低3.1dB (A)，两辆轿车组合通过可降低4.2dB (A)。

山东玲珑轮胎股份有限公司近年建成了一个较大的轮胎噪声实验室，做了大量轮胎噪声测试工作，成功开发了“超低断面抗湿滑低噪声乘用子午线轮胎”并获了省级奖^[8]。.

杭州中策橡胶有限公司与武汉理工大学合作建成了双功能消声室并完成了室内轮胎噪声测试系统，取得了大批有价值的实验数据^[9]。

设计的基本内容：

按照ISO11819-2，使用单片机和集成化传感器来设计一个系统来监测噪声测量时的车速、温度和风速等环境参量，并将数据传送至上位机记录和保存，以便对测量的噪声进行分析和修正，为设计具有低噪声轮胎及低轮胎噪声的路面提供理论依据和数据支持。

目标：

设计一个在噪声测量时监测车速、温度及风速的多参量测量系统，可以对汽车行驶速度、温度及风速进行监测，并将数据传送给上位机LabView进行分析，具有实时监测、保存数据和历史查询等功能。

拟采用的技术方案及措施：

按照ISO11819-2试验规范，对这三种物理量要求不高，如车速测量精度仅为±1km/h，需要测量50±15km/h、80±15km/h、110±15km/h三档车速，温度测量精度为±1℃。因此，本着可靠、稳定、经济的原则，环境参量检测系统的硬件设计中，我使用微型控制器及其外围电路作为信号的数据采集设备，另外配合USB接口芯片设计制作与PC机通信的模块，降低整个系统成本的同时，也实现了所需的功能，达到了规范要求的技术指标。

车速测量方案：

在测量汽车速度时，经常使用第五轮仪和非接触式光电传感器作为测量系统。

常规的接触式第五轮仪，其传感检测单元由一个周长设定好的测量轮(第五轮)，和一个脉冲发生器组成。仪器内部高精度的晶振通过分频电路得到基本时间脉冲信号，对这些时间脉冲的采样，计数就是第五轮仪的时基。接触式第五轮仪给出的速度量是仪器计算系统对上述两种脉冲同步采样、计算得到的计算量^[10]。

非接触式光电传感器，则是利用光学原理测量出车辆与地面的相对移动距离信号。车辆行驶时，光源发出的光垂直照射地面，传感器接受地面反射来的光信号，然后转换为电信号输送到主机，并进行数据转换与处理，得到速度电压模拟量输入车辆数据采集及处理系统。由车辆数据采集及处理系统把速度电压模拟量转换为速度数字量，并把结果保存为二进制文件。

但是，以上两种仪器价格也较为昂贵。而在本系统中，测量汽车速度精度要求不高，因此就经济性而言，它们并不适用于本系统。

所以，我们根据第五轮仪工作原理，使用HAL3144霍尔传感器来测量车速。将磁钢安装在转轴上，转轴转动，传感器的霍尔元件与磁钢相对位置发生变化，磁场被切割，通过霍尔元件感磁面的磁场强度就会发生变化，传感器就会输出一个脉冲电信号。单片机每隔一段时间，就对这些脉冲进行计算，得到其频率值。然后再将测得的脉冲信号频率,通过计算转换为车速信号。

温度测量方案:

温度测量设备一般分为接触式温度传感器和非接触式温度传感器两种。

接触式温度传感器是通过传导，或者对流达到了热平衡的状态，使它的显示值可以直接地表示被测物体的温度的情况。通常情况下，其测量精度较高。但接触式传感器对于热容量小、运动的、或是体积小的物体的测量，其结果误差较大并不可靠。^[11]

非接触式温度传感器又称作非接触式测温仪，其主要特征是敏感元件与被测对象不接触，因此测量上限不受敏感元件耐温程度限制，测温范围很广。

由于轮胎在试验过程中处于转动状态，并与地面不断摩擦，因此在测量轮胎表面温度时，采用非接触式温度传感器。

风速测量方案：

测量风速通常有超声波和轮叶式两种方法。超声波测量风速的主要原理是依据超声波在空气中的传播速度与风度可以叠加，利用超声波时差法来测量风速。轮叶式测风仪的原理与车速传感器原理接近，都是将速度信号先转换为转速信号，然后在测量转速频率得到。

从经济以及测量方便的角度考虑，使用轮叶式测风仪来测量风速。

下面是本次设计的环境参量测量系统框图

图1 环境参量系统系统框图

（1）第1-4周：查阅相关资料，学习有关专业知识，完成外文翻译，撰写开题报告。

（2）第5-6周：合理选择相应的传感器等元器件，设计完成测量系统的硬件电路。

（3）第7-9周：调试完成系统的的软件设。

（4）第10-12周：完成测量系统的实物制作和调试。

（5）第13-14周：按毕业设计论文撰写规范，撰写毕业设计说明书。

（6）第15周：整理设计资料、修改论文，准备答辩。