AT500798A2

AT500798A2 - Verfahren zur ermittlung der kräfte an den krafteinleitungsmittelpunkten einer fahrzeugkarosserie

Info

Publication number: AT500798A2
Application number: AT19432005A
Authority: AT
Inventors: Franz Dipl Ing Dr Techn Brandl
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2005-12-01
Filing date: 2005-12-01
Publication date: 2006-03-15
Also published as: AT500798B1

Description


  Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Kräfte an den Krafteinleitungsmittelpunkten einer Fahrzeugkarosserie in Bezug auf das Antriebsaggregat und die Radaufhängungen als Basis für die Ermittlung der Schwingungsübertragung einer Fahrzeugkarosserie.
Die Schwingungs- bzw. Krafteinleitung und Übertragung in einer Fahrzeugkarosserie wird üblicherweise mittels der sogenannten "Transferpfadanalyse" (TPA Transfer Path Analysis) durchgeführt. Dabei werden an den Krafteinleitungspunkten in die Karosserie die Eingangsinertanzen, sowie die Übertragungsfunktionen von den Krafteinleitungspunkten zu Mikrofonen im Fahrzeuginneren und Schwingungsmesspunkten an der Karosserie mittels externer Anregung (Shaker, Hammer, etc.) gemessen.

   Die Auswirkungen der realen Anregungen unter Fahrzeugbetrieb auf die Fahrzeugkarosserie wird durch Messung der Beschleunigungen im Fahrzeugbetrieb an den Krafteinleitungspunkten und unter Verwendung der zuvor gemessenen Inertanzen und Übertragungsfunktionen ermittelt. Im Rahmen der Inertanz-Messungen ergeben sich aber messtechnisch bedingt Falschresultate bei einzelnen Frequenzen (bei Einbrüchen in der Kohärenz). Zusätzlich werden auch gewisse Einleitungsphänomene wie Momenteneinleitungen über die elastischen Elemente, etc. nicht ausreichend berücksichtigt. Diese derzeit verwendete TPA-Analyse führt daher über die Berechnung mittels der Inertanzmatrix zu unrealistischen Krafteinleitungen unter Fahrzeugbetrieb.

   Damit treten Falschresultate in Bezug auf Schwingungen und Geräusche im Fahrzeuginneren in Bezug auf die Anteile der einzelnen Krafteinleitungen und Übertragungswege auf.
Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine möglichst realitätsnahe Bestimmung der Krafteinleitungen und somit der Schwingungsübertragungseigenschaften einer Fahrzeugkarosserie zu ermöglichen.
Erfindungsgemäss wird dies durch folgende Schritte erreicht:
a) Definieren der Hauptkrafteinleitungspunkte des Antriebsstranges und der Radaufhängungen in die Karosserie des Fahrzeuges;

  
b) Definieren einer Anzahl an Referenzpunkten zur Messung der örtlichen Schwingungen an der Karosserie des Fahrzeuges, wobei vorzugsweise die Anzahl der Referenzpunkte grösser ist als, vorzugsweise mindestens doppelt so gross, besonders vorzugsweise mindestens zehnmal so gross ist wie die Anzahl der Hauptkrafteinleitungspunkte;

   c) Ermitteln von Beschleunigungen und Eingangsinertanzen an den Hauptkrafteinleitungspunkten des Antriebsstrangs und der Radaufhängung mittels externer Anregung, beispielsweise durch Shaker oder Hammer;
d) Ermitteln der Transferfunktionen zwischen den Hauptkrafteinleitungspunkten und allen Referenzpunkten an der Karosserie sowie zu Mikrofonen im Fahrzeuginneren mittels externer Anregung;
e) Ermitteln von sogenannten primären Beschleunigungen an den Hauptkrafteinleitungspunkten und den Referenzpunkten bei Betrieb des Fahrzeuges;
f) Abschätzen der in die Karosserie eingeleiteten Kräfte an den Hauptkrafteinleitungspunkten aufgrund der im Betriebszustand gemessenen primären Beschleunigungen und der ermittelten Eingangsinertanzen;

  
g) Durchführen einer ersten mathematischen Voraussage von sogenannten sekundären Beschleunigungen an den Referenzpunkten der Karosserie aufgrund der abgeschätzten eingeleiteten Kräfte an den Hauptkrafteinleitungspunkten und den ermittelten Transferfunktionen zwischen den Hauptkrafteinleitungspunkten und den Referenzpunkten;
h) Vergleichen der berechneten sekundären Beschleunigungen mit den gemessenen primären Beschleunigungen in den Referenzpunkten;
i) Mathematische Iteration der in die Karosserie eingeleiteten Kräfte, um die Differenz zwischen sekundären und primären Beschleunigungen zu minimieren;
j) Wiederholen der Schritte h) bis i) bis die Differenz zwischen sekundären und primären Beschleunigungen ein Minimum oder kleiner als eine definierte erlaubte Maximaldifferenz wird, wobei dazugehörige Kraftvektoren bestimmt werden;

  
k) Zuordnen von realen Kraftvektoren an den Krafteinleitungspunkten aus den in der Iteration gewonnenen Kraftvektoren und
I) Errechnen des Effektes aller realen Kraftvektoren an den Krafteinleitungspunkten auf die Schwingungen der Karosserie, auf die mittels Mikrofonen gemessenen Innengeräusche und die mittels der im Schritt d) ermittelten Transferfunktionen, um damit die Geräusch- und Schwingungsbeiträge von Antriebsstrang und Radaufhängungen am Fahrzeuginnengeräusch, bzw. an dem Schwingungsverhalten der Karosserie zu ermitteln.
Der erfindungsgemässe Vorteil des gegenständlichen Verfahrens besteht in einer weitgehenden exakten Bestimmung der eingeleiteten Kräfte in eine Fahrzeugkarosserie. Dabei werden im Fahrzeuginneren eine weitaus grössere Anzahl von Schwingungsmesspunkten verwendet als Krafteinleitungspunkte vorhanden sind.

   Damit können einzelne Fehler bei der Inertanzmessung und die vorher erwähnten vereinfachten Annahmen (wie keine Momenteneinleitung, etc.) durch die grosse Anzahl der vorhandenen Schwingungsmesspunkte (hohe Überbestimmung) weitgehend eliminiert werden, so dass das Gesamtergebnis der eingeleiteten Kräfte weitaus besser der Realität entspricht als bei der herkömmlichen Transferpfadanalyse.

   Damit können weitaus gezielter Verbesserungsmassnahmen an den Geräuschquellen, an den Krafteinleitungspunkten und an den Übertragungswegen der Karosserie zur Minimierung des Innengeräusches und Schwingungsverhaltens getroffen werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.
Es zeigen Fig. 1 das erfindungsgemässe Verfahren in einem Blockdiagramm und Fig. 2 eine schematische Ansicht der Messanordnung.
Zuerst werden die Hauptkrafteinleitungspunkte 11 des Antriebsstranges und der Radaufhängungen an der Karosserie 10 des Fahrzeuges definiert. Weiters wird eine grosse Anzahl an Referenzpunkten 12 zur Messung der örtlichen Schwingungen an der Karosserie 10 des Fahrzeuges definiert, wobei die Anzahl der Referenzpunkte 12 um eine Grössenordnung grösser ist als die Anzahl der Hauptkrafteinleitungspunkte 11.

   Mittels externer Anregung 13, bzw. durch einen Shaker oder Hammer, werden Beschleunigungen und Eingangsinertanzen an den Hauptkrafteinleitungspunkten 11 des Antriebsstranges und der Radaufhängung ermittelt und daraus die Transferfunktion zwischen den Hauptkrafteinleitungspunkten 11 und allen Referenzpunkten 12 an der Karosserie 10 ermittelt.
Die wesentlichsten Schritte des Verfahrens sind in Fig. 1 schematisch dargestellt.
Im Schritt 1 werden sogenannten primäre Beschleunigungen P, an den Hauptkrafteinleitungspunkten 11 und den Referenzpunkten 12 bei Betrieb des Fahrzeuges ermittelt.

   Ausgehend von einer groben Abschätzung 2 der in die Karosserie eingeleiteten Kräfte an den Hauptkrafteinleitungspunkten 11 aufgrund der im Betriebszustand gemessenen primären Beschleunigungen P, und der ermittelten Eingangsinertanzen wird im Schritt 3 eine erste mathematische Voraussage von sogenannten sekundären Beschleunigungen Si an den Referenzpunkten 12 der Karosserie 10 der abgeschätzten eingeleiteten Kräfte an den Hauptkrafteinlei tungspunkten 11 und den ermittelten Transferfunktionen zwischen den Hauptkrafteinleitungspunkten 11 und den Referenzpunkten 12 durchgeführt. Die sekundären Beschleunigungen Si werden im Schritt 4 mit den gemessenen primären Beschleunigungen Pi in den Referenzpunkten 12 verglichen. Aus der Differenz wird eine Fehlerfunktion 5 gebildet.

   Wenn die Differenz zwischen sekundären und primären Beschleunigungen P, grösser ist als eine erlaubte Maximaldifferenz wird im Schritt 6 eine iterative Anpassung der "realen" in die Karosserie eingeleiteten Kräfte an den Hauptkrafteinleitungspunkten 11 vorgenommen und die in Fig. 1 eingezeichneten Schritte 3 bis 6 solange wiederholt, bis die Differenz Pi - Si zwischen sekundären Si und primären Beschleunigungen P» kleiner ist als eine vordefinierte Maximaldifferenz.

   Ist die Differenz P» - Si zwischen sekundären Si und primären Beschleunigungen P, kleiner als die erlaubte Maximaldifferenz, so werden die ermittelten Kraftvektoren als "reale" Kraftvektoren angesehen (Schritt 7 in Fig. 1).
Die sekundären Beschleunigungen (Luftschall) S[iota]([omega]) können gemäss folgender Gleichung ermittelt werden:
S,([omega]) = Tu([alpha]>) x fj([omega]) (1)
wobei Ti,]([omega]) die Übertragungsfunktion (Beschleunigung-Schalldruck/Kraft), gemessen unter externer Anregung, und fj([omega]) die sekundären Kräfte sind. Dabei ist i = 1,..., N die Anzahl der Mikrofone und Beschleunigungsaufnehmer, j = 1,..., M die Anzahl der Kraftkomponenten an allen betrachteten Krafteinleitungspunkten 11. Mit [omega] ist der Frequenzbereich bezeichnet.
Es gilt die Bedingung:
[sum]{ (Pl([omega])-Sl{[omega]) )<2>= Min.

   (2)
1
wobei P[iota]([omega]) die primäre Beschleunigung (Luftschall), gemessen im Fahrbetrieb, ist. Gleichung 2 ergibt somit einen optimalen Satz von berechneten realen Kraftvektoren fj/0pt([omega]).

Claims

P A T E T A N S P R Ü C H E

Verfahren zur Ermittlung der Kräfte an den Krafteinleitungsmittelpunkten einer Fahrzeugkarosserie in Bezug auf das Antriebsaggregat und die Radaufhängungen als Basis für die Ermittlung der Schwingungsübertragung einer Fahrzeugkarosserie mit folgenden Schritten:

a) Definieren der Hauptkrafteinleitungspunkte des Antriebsstranges und der Radaufhängungen in die Karosserie des Fahrzeuges;

b) Definieren einer Anzahl an Referenzpunkten zur Schwingungsmessung an der Karosserie des Fahrzeuges, wobei vorzugsweise die Anzahl der Referenzpunkte grösser ist als, vorzugsweise mindestens doppelt so gross, besonders vorzugsweise mindestens zehnmal so gross ist wie die Anzahl der Hauptkrafteinleitungspunkte;

c) Ermitteln von Beschleunigungen und Eingangsinertanzen an den Hauptkrafteinleitungspunkten des Antriebsstrangs und der Radaufhängung mittels externer Anregung;

d) Ermitteln der Transferfunktionen zwischen den Hauptkrafteinleitungspunkten und allen Referenzpunkten an der Karosserie sowie zu Mikrofonen im Fahrzeuginneren mittels externer Anregung;

e) Ermitteln von primären Beschleunigungen an den Hauptkrafteinleitungspunkten und den Referenzpunkten bei Betrieb des Fahrzeuges;

f) Abschätzen der in die Karosserie eingeleiteten Kräfte an den Hauptkrafteinleitungspunkten aufgrund der im Betriebszustand gemessenen primären Beschleunigungen und der ermittelten Eingangsinertanzen;

g) Durchführen einer ersten mathematischen Voraussage von sekundären Beschleunigungen an den Referenzpunkten der Karosserie aufgrund der abgeschätzten eingeleiteten Kräfte an den Hauptkrafteinleitungspunkten und den ermittelten Transferfunktionen zwischen den Hauptkrafteinleitungspunkten und den Referenzpunkten;

h) Vergleichen der berechneten sekundären Beschleunigungen mit den gemessenen primären Beschleunigungen in den Referenzpunkten; i) Mathematische Iteration der in die Karosserie eingeleiteten Kräfte, um die Differenz zwischen sekundären und primären Beschleunigungen zu minimieren;

j) Wiederholen der Schritte h) bis i) bis die Differenz zwischen sekundären und primären Beschleunigungen ein Minimum oder kleiner als eine definierte erlaubte Maximaldifferenz wird, wobei die zugehörigen Kraftvektoren bestimmt werden;

k) Zuordnen von realen Kraftvektoren an den Krafteinleitungspunkten aus den aufgrund der Iteration ermittelten Kraftvektoren und

I) Errechnen des Effektes aller realen Kraftvektoren an den Krafteinleitungspunkten auf die Schwingungen der Karosserie, auf die mittels Mikrofonen gemessenen Innengeräusche und die mittels der im Schritt d) ermittelten Transferfunktionen, um damit die Geräusch- und Schwingungsbeträge von Antriebsstrang und Radaufhängungen am Fahrzeuginnengeräusch, bzw. an dem Schwingungsverhalten der Karosserie zu ermitteln.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftverteilungen an den Krafteinleitungspunkten, die Lage der Hauptkrafteinleitungspunkte, die Dämmeigenschaften und/oder die Übertragungsfunktionen der Karosserie gezielt variiert werden, um das Innengeräusch sowie die Schwingungen der Karosserie positiv zu beeinflussen.

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