CN101495860B - 用于零件制品的连续振动界限标准 - Google Patents

Abstract

振动界限系统包括测量模块、比较模块以及界限模块。测量模块测量并收集零件制品中的波动的样本。比较模块将由波动产生的声音信号分类为噪音或静音。界限模块基于样本和声音信号来确定在噪音波动与静音波动之间的连续界限。

Description

用于零件制品的连续振动界限标准

                相关申请的交叉引用

本申请要求2005年9月13日提交的美国临时申请No.60/716716的权益，其通过全文引用而结合于本文。

                    发明领域

本发明涉及零件制品，更具体地说，本发明涉及确定界限(boundary)，以便将沿零件制品表面的波动(undulation)所产生的噪音降到最低。

                    发明背景

凸轮轴的制造常常会导致通常称为振动(chatter)的沿凸轮凸角表面的小波动。在发动机运转期间，气门挺杆机构摇动并且/或者沿遇到表面波动的凸轮凸角表面而滑动。当气门挺杆机构碰到凸轮凸角表面时，具有一定幅度和频率的波动会造成听得见的噪音达到令人生厌的水平。因此，需要确定在因波动而起的噪音的可接受和不可接受水平之间的界限。

在一种确定界限的方法中，波动的最大幅度利用离散频率范围内的分段阈值确定。更确切地说，多个箱体(bin)利用离散频率的带宽产生。箱体的幅度确定了可接受和不可接受的噪音水平之间的界限。但是，实验证据表明，在可接受的和不可接受的噪音水平之间的界限并非离散函数。因此，箱体的幅度对于箱体的部分带宽而言，可以高于或低于界限。因此，可以摈弃一些具有可接受的波动的凸轮凸角，而可以使用一些具有不可接受的波动的凸轮凸角。

                    发明概要

根据本发明的振动界限系统包括测量模块、比较模块，以及界限模块。测量模块测量并收集零件制品中的波动样本。比较模块将由波动产生的声音信号分类为噪音或静音。界限模块基于样本和声音信号来确定噪音与静音波动之间的连续界限。

在其它特征中，振动界限系统包括与测量模块通讯连通并将样本转换为频率域样本的频率域模块。界限模块绘出相对于波动频率的分类为噪音的频率域样本。界限模块还绘出相对于波动频率的分类为静音的频率域样本。

在其它特征中，界限模块拟合出噪音与静音波动之间的曲线，从而确定连续界限。界限模块利用用于噪音波动频率的频率域样本的最小值来拟合曲线。

本发明进一步的适用范围从下文提供的详细描述将变得显而易见。应该理解的是，表示本发明优选实施例的详细描述和具体示例仅仅是用于说明目的，而并非意图限定本发明的范围。

                    附图简介

从详细描述及附图中，可以更全面地理解本发明，其中：

图1是发动机一部分的透视图，显示了与汽缸组和曲轴相关联的各自具有凸轮凸角的进气凸轮轴和排气凸轮轴；

图2是根据本发明的振动界限系统的原理框图；

图3是振动界限系统所执行的示范性步骤的流程图；以及

图4是从凸轮凸角取样的波动的快速傅立叶变换相对于波动频率的示范性示图。

                优选实施例的详细描述

如下描述的优选实施例实质上仅仅是示范性的，而决非意图限制本发明及其应用或者用途。为了清楚起见，在附图中使用相同的标号，以表示相似的元件。如文中使用的用语“模块”指的是专用集成电路(ASIC)、电子电路、(共享、专用或成组)的处理器以及执行一个或多个软件或硬件程序的存储器、组合逻辑电路，以及/或者提供所述功能的其他适当的元件。

现在参见图1，显示了发动机10一部分的透视图。发动机10包括用于支撑进气凸轮轴14的汽缸盖12、排气凸轮轴16，以及用于支撑曲轴20的汽缸体18。凸轮轴14，16各自与汽缸组(未示出)相关联。曲轴20通过连杆(未示出)与汽缸组中的活塞(未示出)互连。活塞依靠燃烧作用被驱动，从而提供使曲轴20旋转的驱动力。安装有链轮22，用于与曲轴20一起旋转，并且通过皮带或链条与进气链轮24和排气链轮26相互连接。进气链轮24驱动进气凸轮轴14，而排气链轮26驱动排气凸轮轴16。

凸轮轴14包括与各汽缸相关联的进气凸轮凸角28。每个进气凸轮凸角28与各自的摇臂(未示出)形成对接，从而控制进气阀(未示出)的动作，以便调节进气口(未示出)的打开与关闭。同样地，排气凸轮轴16包括与各汽缸相关联的排气凸轮凸角30。每个排气凸轮凸角30与各自的摇臂(未示出)形成对接，从而控制排气阀(未示出)的动作，以便调节排气口(未示出)的打开与关闭。

在发动机10运转期间，摇臂摇动并且/或者沿凸轮凸角28，30的表面而滑动。通常在制造期间产生的沿凸轮凸角28，30表面的波动，会在摇臂碰到凸轮凸角28，30表面的时候，导致造成听得见的噪音达到令人生厌的水平。

为了确定产生达到令人生厌水平的噪音的凸轮凸角28，30之间的界限，优选形成多个测试用凸轮凸角(未示出)，这些凸轮凸角带有被认为是引起达到令人生厌水平的噪音的故意的波动。形成每个测试用凸轮凸角，使其带有具有被怀疑为引起噪音的明显幅度和频率的波动，该幅度和频率高于并且/或者低于所怀疑的噪音阈值。测量测试用凸轮凸角的波动，而后在发动机10中的振动下进行测试。产生达到令人生厌水平的噪音的测试用凸轮凸角被分类为噪音，而其余测试用凸轮凸角被分类为静音。尽管文中使用凸轮凸角28，30是用于描述目的，但是可以理解，根据本发明，可以使用任何具有会导致达到令人生厌水平的噪音的波动的零件制品。

现在参见图2，显示了振动界限系统100。振动界限系统100判断波动的幅度以及频率何时会导致噪音达到不可接受的水平，并且形成在噪音和静音凸轮凸角之间的界限。振动界限系统100包括测量模块102、频率域模块104、比较模块106，以及界限模块108。

测量模块102测量并收集沿凸轮凸角28，30表面的波动的幅度和频率的样本。频率域模块104与测量模块102通讯连通，并将样本转换为频率域样本。更具体地说，频率域模块104计算出样本的快速傅立叶变换(FFT)。正如本领域人员通常熟知的，FFT变换是计算离散傅立叶变换(DFT)的有效方法。因此，根据本发明，频率域模块104可以计算样本的DFT变换。

比较模块106与噪音水平数据库110和麦克风112通讯连通。噪音水平数据库110包括凭实验确定为最大可接受噪音水平的噪音阈值。麦克风112获取由于摇臂碰到凸轮凸角28，30所产生的噪音，并产生声音信号。比较模块106将声音信号10与噪音水平阈值相比较，并将声音信号分类为噪音和静音。

界限模块108与频率域模块104和比较模块106通讯连通。界限模块108基于FFT变换以及样本的噪音和静音分类，来确定限定了达到可接受的和不可接受水平的噪音之间的区别的界限。在文中进一步详细讨论了这个界限，是基于样本的幅度和频率的连续界限。

现在参见图3，振动界限系统100通常执行标识为200的步骤来确定界限。当使用者希望产生可接受的和不可接受的噪音水平之间的界限时，处理过程就始于步骤202。在步骤204中，测量模块102测量并收集沿凸轮凸角28，30表面的波动的样本。在步骤206中，频率域模块104计算样本的FFT变换。在步骤208中，麦克风112用于获取由凸轮凸角28，30所产生的噪音。在步骤212中，比较模块106将由麦克风112所产生的声音信号与噪音水平数据库110中的噪音阈值相比较。如果比较模块106确定声音信号大于噪音阈值，则声音信号就在步骤214中被分类为噪音。如果比较模块确定声音信号不大于噪音阈值，则声音信号就在步骤216中被分类为静音。界限模块108接收噪音和静音数据，并在步骤218中确定界限。处理过程终止于步骤220。

现在参见图4，显示了FFT变换相对于频率的幅度的示图。界限模块108基于FFT变换和声音信号的分类而产生界限。如图所示，深色数据点表示噪音样本，而浅色数据点表示静音样本。连续的界限出现在噪音数据点和静音数据点之间。界限模块108为每个频率来选择具有最低幅度的噪音样本，并基于所选择的噪音样本而产生连续的界限f(ω)。在一个优选实施例中，指数函数经过(或靠近)所选择的样本而产生平滑的曲线。指数函数可以为 $f\left(\mathrm{\ω}\right)=C_1{\mathrm{\ω}}^{C_2}$ 的形式，其中，f(ω)为连续界限，ω为振动频率，而C₁和C₂为所确定的用于拟合曲线的常数。

现在，通过以上描述，本领域技术人员可以理解，本发明的广义讲述内容可以各种形式来实施。因此，虽然本发明连同其具体示例一起被进行了描述，但是，本发明的真正范围不应限于此，这是因为在研究了附图、说明书以及所附权利要求之后，其他的改进对于本领域技术人员而言是显而易见的。

Claims (18)

1.一种用于零件制品的振动界限系统，包括：

测量模块，其测量并收集零件制品中的波动的样本；

频率域模块，其与所述测量模块通讯连通，并将所述样本转换为频率域样本；

比较模块，其将所述波动所产生的声音信号与噪音阈值进行比较，并基于所述声音信号和所述噪音阈值将所述波动分类为噪音或静音；

界限模块，其与频率域模块和比较模块通讯连通，并基于所述频率域样本来确定在被分类为噪音的所述波动与被分类为静音的所述波动之间的连续界限。

2.根据权利要求1所述的振动界限系统，其特征在于，

当所述声音信号超出所述噪音阈值时，所述波动被分类为噪音；

当所述声音信号未超出所述噪音阈值时，所述波动被分类为静音。

3.根据权利要求1所述的振动界限系统，其特征在于，所述界限模块绘出具有被分类为噪音的波动的所述频率域样本相对于所述波动的频率的图。

4.根据权利要求3所述的振动界限系统，其特征在于，所述界限模块绘出具有被分类为静音的波动的所述频率域样本相对于所述波动的所述频率的图。

5.根据权利要求4所述的振动界限系统，其特征在于，所述界限模块拟合出在被分类为噪音的所述波动与被分类为静音的所述波动之间的曲线，以便确定所述连续界限。

6.根据权利要求5所述的振动界限系统，其特征在于，所述界限模块利用在被分类为噪音的所述波动的所述频率下的所述频率域样本的最小值拟合出所述曲线。

7.根据权利要求6所述的振动界限系统，其特征在于，所述曲线为指数函数的形式。

8.根据权利要求6所述的振动界限系统，其特征在于，所述频率域模块利用快速傅立叶变换将所述样本转换成所述频率域样本。

9.根据权利要求6所述的振动界限系统，其特征在于，所述频率域模块利用离散傅立叶变换将所述样本转换成所述频率域样本。

10.一种用于确定振动界限的方法，包括：

测量并收集零件制品中的波动的样本；

将所述样本转换成频率域样本；

将所述波动所产生的声音信号与噪音阈值相比较；

基于所述声音信号和所述噪音阈值将所述波动分类成噪音或静音；

基于所述频率域样本，来确定在被分类为噪音的所述波动与被分类为静音的所述波动之间的连续界限。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：

当所述声音信号超出所述噪音阈值时，所述波动被分类为噪音；

当所述声音信号未超出所述噪音阈值时，所述波动被分类为静音。

12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括，绘出具有被分类为噪音的波动的所述频率域样本相对于所述波动的频率的图。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，还包括，绘出具有被分类为静音的波动的所述频率域样本相对于所述波动的频率的图。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括，拟合出在被分类为噪音的所述波动与被分类为静音的所述波动之间的曲线，以确定所述连续界限。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，还包括，利用在被分类为噪音的所述波动的所述频率下的所述频率域样本的最小值，来拟合出所述曲线。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述曲线为指数函数的形式。

17.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述将所述样本转换成频率域样本包括，利用快速傅立叶变换将所述样本转换为所述频率域样本。

18.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述将所述样本转换成频率域样本包括，利用离散傅立叶变换将所述样本转换为所述频率域样本。

Images