CN101509807B - 用于确定转向齿条咔嗒声的测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于确定转向齿条咔嗒声的测试方法。具体地，提供了一种用于确定齿条和小齿轮转向组件的转向齿条的咔嗒声倾向的方法，该方法包括：同时地记录声音并测量齿条的加速度以及右和左侧横拉杆端载荷；从声音记录中识别齿条咔嗒声事件；在被识别的齿条咔嗒声事件期间确定被测的齿条加速度和横拉杆端载荷的公共特征；产生齿条咔嗒声的指标水平；将预定力分布施加到测试的齿条和小齿轮转向组件上；测量在所述测试的齿条和小齿轮转向组件上的测试加速度；使用测试时间常数在测试频率范围内计算测试RMS水平；从计算出的测试RMS水平来确定齿条咔嗒声的指标值；以及，将所述齿条咔嗒声指标值与所述齿条咔嗒声指标水平进行比较。

Description

用于确定转向齿条咔嗒声的测试方法

技术领域

本发明一般涉及有时在车辆转向系统的转向齿条中发生的讨厌的咔嗒声，更具体地涉及用于能够从实验室测试中确定车辆内关于齿条咔嗒声倾向(或特性)的测试方法。

背景技术

在用于车辆的常规齿条和小齿轮转向系统中，经常在齿条和小齿轮系统中产生磨损，这导致了部件之间间隙的增加。典型地，磨损发生在齿条和小齿轮的接触面处，以及将齿条预加载到小齿轮上的系统中。之后，由磨损导致的间隙导致了可被车辆乘客听到的，在转向齿条内部的咔嗒声，特别是当乘客在凹凸不平的路上驾驶时。实际上该磨损可能会发生在车辆早期使用中，而这需要大量的花费来更换转向齿条或转向柱，并且可能降低车主对于车辆整体的满意度。取决于设计或初始设定，有时一些齿条和柱甚至在全新时就发出咔嗒声。

因为转向齿条的咔嗒声是可被车辆乘客听到的可听事件，所以当在凹凸不平的路上驾驶车辆时该咔嗒声事件可以被双声道地记录并且以高精度回放。但是一般在这种记录中存在过多的外部噪音以致不能单独基于这些记录进行客观的分析。结果是，在随机的道路测试事件中主观地确定典型的转向齿条咔嗒声的性能等级，并且其很难具有可重复性。此外，因为这是基于车辆等级的测试而完成的，因此在测试过程中车辆内的其他部件可能产生噪音，这使得正确地确定独立于其他噪音的转向系统的噪音水平更加困难。

发明内容

一个实施例提出了用于确定在车辆中使用的齿条和小齿轮转向组件的转向齿条的咔嗒声倾向的方法，该方法包括的步骤有：同时地记录声音并测量齿条的加速度、右侧横拉杆端载荷以及左侧横拉杆端载荷；从声音记录中识别齿条咔嗒声事件；在被识别的齿条咔嗒声事件期间确定齿条加速度和横拉杆端载荷的公共特征；以及，基于齿条咔嗒声事件期间齿条加速度的被测特征来产生齿条咔嗒声的指标水平。

一个实施例提出了用于确定在车辆中使用的齿条和小齿轮转向组件的转向齿条的咔嗒声倾向的方法，该方法包括的步骤有：将预定力分布施加到齿条和小齿轮转向组件上；测量由于施加的所述预定力分布而导致的所述齿条和小齿轮转向组件上的测试加速度；使用预定测试时间常数在预定测试频率范围内计算测试均方根(RMS)水平；从计算的测试RMS水平来确定齿条咔嗒声指标(rattle index)值；以及，将所述齿条咔嗒声指标值与预定容许齿条咔嗒声指标水平进行比较。

实施例的一个优点是：以客观方式而不是主观方式产生可以确定与齿条咔嗒声有关的转向系统性能的实验室测试量度。这个量度允许在实验室测试中确定关于转向系统内部咔嗒声的最大容许噪音水平，并且允许测试转向系统以确定他们是否满足容许噪音水平。此外，通过检测转向系统自身的而不是车辆运转时的水平，显著地降低了数据量，特别是可能以别的方式来自于车辆的其他部件的外部噪音数据的量。并且，作为部件水平的客观实验室测试，咔嗒声测试可以产生可重复的数据，这使得可以准确地对需要被测试的齿条和小齿轮转向系统的许多不同的设计进行测试。此外，可在车辆制造商的工厂或者在供应商的工厂内进行测试，均产生一致的结果。

之后，在构建完整的车辆以用于测试之前，在实验室中的部件水平测试可允许将转向系统设计成无咔嗒声。并且，这样也使得能够基于咔嗒声倾向区分不同供应商的转向系统，从而使得咔嗒声倾向成为选择供应商的一个因数。这样的早期工程信息可以降低必须更换车辆内转向系统部件的可能性，从而降低成本。并且，也可以在不同路面类型上进行车辆测试以确认转向系统已经被设计成无咔嗒声。

附图说明

图1是车辆转向组件和测量设备的一部分的示意图。

图2是示出了获得齿条咔嗒声指标的过程的流程图。

图3是更具体地示出了图2过程的一部分的流程图。

图4是示出了测试转向组件的齿条咔嗒声的过程的流程图。

具体实施方式

参考图1，示出了一般由20表示的车辆。车辆20包括转向组件22，该转向组件22包括转向齿条罩24。齿轮箱26容纳转向轴28。转向轴28可以具有常规小齿轮(未示出)，该常规小齿轮配合齿条30上的常规齿条传动(未示出)，该齿条30在转向齿条罩24内前后伸缩滑动。可以使用调节塞36来偏置小齿轮和齿条传动使其彼此接触从而限制二者间的咔嗒声。齿条30在第一端接合右侧横拉杆32并且在相对的一端接合左侧横拉杆34。右侧和左侧横拉杆32、34以常规方式接合其他转向组件的部件(未示出)从而使车轮(未示出)转向。根据需要，上面讨论的部件可以基本上是常规的，并且不在此进一步讨论。同样，取决于要被收集的数据以及要运行的测试，该转向组件22可以被安装在车辆内或者可以被安装在实验室测试装置内。

加速度表40可以被安装在齿轮箱26上邻近调节塞36，并且与数据采集和分析处理器42通信。可选择地，加速度表40可以被安装在柱外罩(未示出)上靠近减速齿轮(未示出)处，或者被安装在转向组件22上的其他所需位置。处理器42也可以与被安装在右侧横拉杆32上的右横拉杆力传感器44，以及被安装在左侧横拉杆34上的左横拉杆力传感器46通信。并且，音频传感器48(例如麦克风等)可以与处理器42通信。

图2是示出了用于获得齿条咔嗒声指标的过程的流程图，将参考与图1有关的硬件对此进行讨论。当车辆行驶时，声音、齿条加速度以及横拉杆端载荷被同时记录，块102。可以使用音频传感器48记录声音，使用加速度表40记录齿条加速度，并且使用右和左横拉杆力传感器44、46记录横拉杆端载荷。

之后，从声音记录中确定齿条咔嗒声事件，块104。这可以包括具有与齿条咔嗒声的声音类似的那些声音的大范围监听区段，从而识别那些车辆乘客可能不接受的具体的齿条咔嗒声事件。针对被识别的齿条咔嗒声事件检查齿条加速度和横拉杆端载荷，块106。这可以包括针对被识别的齿条咔嗒声事件在频域和幅值域内检查加速度和横拉杆端载荷。针对各种被识别的齿条咔嗒声事件来确定齿条加速度和横拉杆端载荷的公共特征，108。这些特征可以包括，例如，上升时间、事件持续时间、频谱和时间结构，且具有被限定成增加测量的信噪比、排斥高度普遍不相关的量并且具体集中在咔嗒声事件上的量度。例如，在大约20毫秒的时间间隔内大约6-12千牛顿的力输入可以诱发出转向齿条咔嗒声。从咔嗒声事件的这些公共特征中，产生基于齿条加速度的齿条咔嗒声事件的咔嗒声指标，块110。现在可以使用该咔嗒声指标，而无需任何为了将来转向组件22的测试而进一步需要记录声音。测试现在也是基于客观而不是主观标准，且是可重复的并且是准确的。

图3更具体地示出了图2过程的一部分。更具体地，可以通过使用图3的过程来实现图2中的块110。来自加速度表40的读数经过低通滤波器并被重采样(re-sample)，块202。例如在进行数据测量之后，加速度表数据可以通过2500赫兹(Hz)的低通滤波器，并且之后被重采样到5000Hz以作为初步抗混叠措施(preliminaryanti-aliasing precaution)。使用一时间常数在预定频率范围内计算通频带的均方根(RMS)水平，其中所述时间常数已经被相关到被测加速度表和声音记录，块204。这趋向于产生特别捕获了咔嗒声事件并最小化不相关量(即增大咔嗒声指标的信噪比)的数据。计算容许咔嗒声指标水平，块206。例如，可以使用20毫秒(ms)的积分时间在500-2000Hz的频率范围内计算用于与咔嗒声指标进行比较的水平，不过也可以使用约20至约400ms的积分时间，其中所述积分时间与行驶中的加速度表和声音测量相关。该数值被表示为咔嗒声指标，其单位为milli-g-RMS(即千分之重力加速度常量(g’s)的均方根)，并且该值产生了咔嗒声倾向的客观等级(近似于主观等级)，而且是线性值。对于上述给定的具体示例，超过值为300的咔嗒声指标的咔嗒声事件被认为是可被听见的咔嗒声事件。

此外，如果需要的话，可以在转向组件22被安装在实验室内的力输入台(未示出)上时使用上述技术来改进量度。之后，当确定测试期间施加的力函数的输入形态时可以使用该实验室数据(在下面进行讨论)。

图4示出了基于咔嗒声指标来测试转向组件的齿条咔嗒声的过程，并且将相对于图1中的转向组件22对其进行讨论。然而，当已具有将要被使用的咔嗒声指标时，则不再需要力传感器和音频传感器，不过在测试期间可以使用一个横拉杆力传感器来提供闭环测试控制。现有的或新设计的转向组件22被安装在实验室内的测量组件上，例如振动器(电磁振动激发器，未示出)上，块302。预定力分布(而不是加速度分布)被施加到转向组件上，块304。该力分布可以被配置成模拟例如带有碎裂混凝土的路面或者墨西哥库比利特路(墨西哥的河石路面)。力输入可以是，例如20ms内6-8千牛顿，且带有基于行驶中的测量的形态。通过加速度表40来测量转向齿条上的加速度，块306。优选地，多次应用预定力分布，并且每次均测量加速度，块308。对于要被测试的道路表面轮廓的每一种类型而言，其次数可以是例如5-8次，不过根据需要可以代替使用其他数量的重复次数。

对于具体的道路表面轮廓，由力输入导致的来自加速表40的读数经过低通滤波器并且被重采样，块310。针对每一个力输入事件，计算预定频率范围和预定时间常数内的RMS水平，块312，类似于为了行驶中测量而最初完成的数据操作(如上所述)。例如，可以使用20ms的积分时间(或者根据应用使用在大约20-400ms之间的其他积分时间)在500-2000Hz的频率范围内计算该水平。

对于每一个力输入事件(或者对于选定数目的力输入事件)，计算RMS计算值的峰值的平均值，块314。例如，可以使用八个力输入事件，而只使用最后五个峰值来计算该平均值。之后，将该平均值(即咔嗒声指标)与容许咔嗒声指标水平比较，块316。容许咔嗒声指标水平可以是，例如300milli-g-RMS。容许咔嗒声指标的具体水平可以被设定成任意的，只要认为其是车辆乘客车厢内不容许被听见的咔嗒声事件的阈值便可。

如果平均值高于容许咔嗒声指标水平，这表明特定的转向组件22在被用于车辆内时会产生讨厌的、可被听见的咔嗒声事件。因此，需要对该转向组件22的具体设计进行一些设计改变或组件改变。如果平均值低于容许咔嗒声指标水平，那么可以根据需要对于其他力函数重复步骤304-316，其中所述其他力函数模拟了可能导致转向齿条咔嗒声的道路情况。当想要测试的所有不同力函数均已在测试中被运行，并且转向组件22没有产生高于容许咔嗒声指标水平的任何平均值时，这给出了一个客观指示，即特定的转向组件22不会产生令人不快的齿条咔嗒声。

可选择地(或者附加地)，图4的过程可以被应用到实际道路测试中的车辆20上。在这种情形下，块302包括将加速度表40放置在转向组件22上(不过，仍然不需要力传感器和音频传感器)，并且将车辆20置于在所需类型的测试路面上行驶。块304包括在特定的测试路面上行驶车辆20，例如在碎裂混凝土路面上。如在块306中，测量转向齿条30上的加速度，并且块308包括分析通过测试路面的预定路段内的加速度。之后，该加速度表数据如上所述被处理，并且针对相应咔嗒声指标高于容许咔嗒声指标水平处的峰值被评估。再次使用可重复的客观测量。

虽然已经详细描述了本发明的某些实施例，不过与本发明相关的领域中的技术人员可以意识到用来实现所附权利要求所限定的各种可选择设计和实施例。

Claims (18)

1.一种用于确定在车辆中使用的齿条和小齿轮转向组件的转向齿条的咔嗒声倾向的方法，该方法包括的步骤有：

(a)同时地记录声音并测量齿条的加速度、右侧横拉杆端载荷以及左侧横拉杆端载荷；

(b)从声音记录中识别齿条咔嗒声事件；

(c)确定在被识别的齿条咔嗒声事件期间被测的齿条加速度和横拉杆端载荷的公共特征；以及

(d)基于所述齿条咔嗒声事件期间所述齿条加速度的被测特征来产生齿条咔嗒声指标水平，

其中，使被测加速度经过低通滤波器并且重采样被滤波的加速度测量结果；

使用预定时间常数在预定频率范围内计算RMS水平；以及

从计算出的RMS水平来确定所述齿条咔嗒声指标水平。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(d)被进一步限定为：所述低通滤波器是2500Hz低通滤波器，并且所述重采样发生在5000Hz。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(d)被进一步限定为：使用在20至400ms之间的预定时间在500-2000Hz的预定频率范围内计算所述RMS水平。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(d)被进一步限定为：所述咔嗒声指标水平是300milli-g-RMS。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(a)被进一步限定为：加速度测量包括将加速度表安装在齿轮箱上邻近于调节塞处。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(a)被进一步限定为：右侧横拉杆端载荷测量包括将右横拉杆力传感器安装在右侧横拉杆上，并且左侧横拉杆端载荷测量包括将左横拉杆力传感器安装在左侧横拉杆上。

7.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：

(e)将预定力分布施加到测试的齿条和小齿轮转向组件上；

(f)测量由于施加了所述预定力分布而在所述测试的齿条和小齿轮转向组件上导致的测试加速度；

(g)使用预定测试时间常数在预定测试频率范围内计算测试RMS水平；

(h)从计算出的测试RMS水平来确定齿条咔嗒声指标值；以及

(i)将所述齿条咔嗒声指标值与所述齿条咔嗒声指标水平进行比较。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤(g)被进一步限定为：在计算所述测试RMS水平之前，使被测量的测试加速度经过低通滤波器，并且重采样被滤波的测试加速度测量结果。

9.根据权利要求7所述的方法，其进一步包括：

重复步骤(e)至(g)以获得多个测试RMS水平；

对所述多个测试RMS水平的峰值进行平均，从而获得所述测试RMS水平的平均值；以及

步骤(h)包括从所述测试RMS水平的所述平均值来确定所述齿条咔嗒声指标值。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤(e)被进一步限定为：在施加所述预定力分布之前将所述测试的齿条和小齿轮转向组件加载到测量组件内。

11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤(e)被进一步限定为：将所述测试的齿条和小齿轮转向组件组装到测试车辆上，并且在预定路面类型上运行所述测试车辆，从而由此施加所述预定力分布。

12.用于确定在车辆中使用的齿条和小齿轮转向组件的转向齿条的咔嗒声倾向的方法，该方法包括的步骤有：

(a)将预定力分布施加到齿条和小齿轮转向组件上；

(b)测量由于施加了所述预定力分布而在所述齿条和小齿轮转向组件上导致的测试加速度；

(c)使用预定测试时间常数在预定测试频率范围内计算测试RMS水平；

(d)从计算出的测试RMS水平来确定齿条咔嗒声指标值；以及

(e)将所述齿条咔嗒声指标值与预定容许齿条咔嗒声指标水平进行比较。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，步骤(c)被进一步限定为：在计算所述测试RMS水平之前使被测的测试加速度经过低通滤波器，并且重采样被滤波的测试加速度测量结果。

14.根据权利要求12所述的方法，其进一步包括：

重复步骤(a)至(c)以获得多个测试RMS水平；

对所述多个测试RMS水平的峰值进行平均，从而获得所述测试RMS水平的平均值；以及

步骤(d)包括从所述测试RMS水平的所述平均值来确定所述齿条咔嗒声的指标值。

15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，步骤(a)被进一步限定为：在施加所述预定力分布之前将所述齿条和小齿轮转向组件加载到测量组件内。

16.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，步骤(a)被进一步限定为：将测试的齿条和小齿轮转向组件组装到测试车辆上，并且在预定路面类型上运行所述测试车辆，从而由此施加所述预定力分布。

17.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，步骤(e)被进一步限定为：所述预定容许齿条咔嗒声指标水平如下被确定：

同时地记录声音并测量齿条的加速度、右侧横拉杆端载荷以及左侧横拉杆端载荷；

从声音记录中识别齿条咔嗒声事件；

在被识别的齿条咔嗒声事件期间确定被测的齿条加速度和横拉杆端载荷的公共特征；以及

基于所述齿条咔嗒声事件期间所述齿条加速度的被测特征来产生齿条咔嗒声指标水平，

其中，使被测加速度经过低通滤波器并且重采样被滤波的加速度测量结果；

使用预定时间常数在预定频率范围内计算RMS水平；以及

从计算出的RMS水平来确定所述齿条咔嗒声指标水平。

18.一种用于确定在车辆中使用的齿条和小齿轮转向组件的转向齿条的咔嗒声倾向的方法，该方法包括的步骤有：

(a)同时地记录声音并测量齿条的加速度、右侧横拉杆端载荷以及左侧横拉杆端载荷；

(b)从声音记录中识别齿条咔嗒声事件；

(c)在被识别的齿条咔嗒声事件期间确定被测的齿条加速度和横拉杆端载荷的公共特征；

(d)基于所述齿条咔嗒声事件期间所述齿条加速度的被测特征来产生齿条咔嗒声的指标水平；

(e)将预定力分布施加到测试的齿条和小齿轮转向组件上；

(f)测量由于施加的所述预定力分布而在所述测试的齿条和小齿轮转向组件上导致的测试加速度；

(g)使用预定测试时间常数在预定测试频率范围内计算测试RMS水平；

(h)从计算出的测试RMS水平来确定齿条咔嗒声指标值；以及

(i)将所述齿条咔嗒声指标值与所述齿条咔嗒声指标水平进行比较。

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