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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bewertung eines Betriebsgeräusches eines
Kraftfahrzeugmotors, insbesondere eines Kraftfahrzeugverbrennungsmotors,
bei welchem das von einem Körperschallsensor
erfasste Körperschallsignal
ausgewertet wird.
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Verfahren
zur Bewertung eines Betriebsgeräusches
eines Kraftfahrzeugverbrennungsmotors sind verschiedentlich bekannt.
So ist es aus der
DE 195
36 110 A1 bekannt, ein Körperschallsignal mittels eines
außen
am Motor angebrachten Körperschallsensors
zu erfassen. Ausgehend von dem erfassten Körperschallsignal werden verschiedene Kenngrößen ermittelt,
welche beispielsweise den Einspritzvorgang oder den Verbrennungsvorgang des
Kraftfahrzeugverbrennungsmotors charakterisieren.
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Ein
anderes Verfahren zur Bewertung eines Betriebsgeräusches eines
Kraftfahrzeugverbrennungsmotors ist aus der gattungsbildenden
DE 196 12 179 C1 bekannt.
Hierbei wird an einer geeigneten Stelle am Zylinderblock des Kraftfahrzeugverbrennungsmotors
ein Körperschallsensor
befestigt, der die in den Brennkammern in den einzelnen Zylindern entstehenden
charakteristischen Klopfschwingungen erfasst. Der Sensor wandelt
diese Schwingungen in elektrische Signale um. Als Körperschallsensor
kann dabei ein nach dem piezoelektrischen Prinzip arbeitender Beschleunigungssensor
eingesetzt werden. Während
der Erfassung des Körperschallsignals
wird der Verbrennungsmotor in einem vorgebbaren Betriebsmodus, beispielsweise
mit einer Drehzahl von 1500 U/min betrieben. Ausgehend von dem erfassten
Körperschallsignal
wird eine für
das Betriebsgeräusch
des Kraftfahrzeugmotors charakteristische Kenngröße ermittelt. Zur Bewertung
des Betriebsgeräusches
wird die Kenngröße mit einem
vorgebbaren Schwellenwert verglichen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es die Qualität
der Bewertung eines Betriebsgeräusches
eines Kraftfahrzeugmotors zu erhöhen.
Insbesondere soll eine genauere Bewertung eines Verbrennungsgeräusches eines
Kraftfahrzeugverbrennungsmotors ermöglicht werden.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.
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Zur
Bewertung des Betriebsgeräusches
wird der Kraftfahrzeugmotor in einem ersten Modus, dem Betriebsmodus
betrieben, während
insbesondere von einem Körperschallsensor
der von dem Motorbetrieb verursachte Körperschall erfasst und ein
Körperschallsignal
ausgegeben wird. Zudem wird der Motor in einem zweiten Modus, dem
Referenzmodus betrieben, in welchem ebenfalls ein Körperschallsignal
ermittelt wird. Unter Heranziehen der in den beiden unterschiedlichen
Modi ermittelten Körperschallsignale
wird eine für
das Betriebsgeräusch
des Kraftfahrzeugmotors charakteristische Kenngröße ermittelt.
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Anhand
einer Bewertung dieser Kenngröße erfolgt
die Bewertung des Betriebsgeräusches
des Kraftfahrzeugmotors, insbesondere eine Bewertung des Verbrennungsgeräusches eines
Kraftfahrzeugverbrennungsmotors.
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Alternativ
zur Erfassung des Körperschalls und
der Ermittlung eines Körperschallsignals
kann auch ein Luftschall erfasst und das zugehörende Schallsignal ermittelt
werden, um die Kenngröße zu ermitteln.
Zur Erfassung des Luftschalls werden bevorzugt ein Nahfeld- oder
ein Richtmikrofon verwendet, um zu Verhindern, dass unerwünschte und
störende
Nebengeräusche
mit erfasst werden.
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Vorteil
dieses Verfahrens ist es, dass die Bewertung eines Betriebsgeräusches eines
Kraftfahrzeugmotors umfassend und genau erfolgen kann. Insbesondere
kann die Bewertung des Betriebsgeräuschs weitgehend unabhängig von
Hintergrund- und Umgebungsgeräuschen
erfolgen.
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In
einer Ausgestaltung des Verfahrens ist die Kenngröße eine
für die
akustische Qualität
des vom Kraftfahrzeugmotor im Betriebsmodus an die Umgebung abgegebenen
Luftschalls charakteristische Größe. Hierdurch
lassen sich besonders einfach die Schallemissionen eines Motors
bewerten, welche von dem Motor an dessen Umgebung abgegeben wird,
beispielsweise an den Fahrzeuginnenraum oder das Fahrzeugumfeld.
Eine ergänzende
Messung und Bewertung des abgegebenen Luftschalls in der Umgebung
des Motors kann entfallen, da bereits allein mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens
die Bewertung der Geräuschabgabe
eines Motors in hoher Qualität
möglich
ist.
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In
einer Ausgestaltung des Verfahrens wird eine für den Betriebsmodus charakteristische
Betriebsgröße und eine
für den
Referenzmodus charakteristische Referenzgröße ermittelt.
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Die
Kenngröße wird
als Differenz zwischen der Betriebsgröße und der Referenzgröße ermittelt. Hierbei
ist es vorteilhaft, dass die Kenngröße auf besonders einfache Weise
ermittelt werden kann und die Geräuschentwicklung im Betriebsmodus
in Abgrenzung zur Geräuschentwicklung
im Referenzmodus erfassbar ist.
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In
einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird für jeden
Modus eine charakteristische am Kraftfahrzeugmotor anliegende Last
oder eine vom Kraftfahrzeugmotor abgegebene Leistung vorgegeben.
Insbesondere wird der Kraftfahrzeugmotor im Referenzmodus im Schleppbetrieb
betrieben. Hierdurch kann das von einem Kraftfahrzeugverbrennungsmotor
erzeugte Verbrennungsgeräusch
ermittelt und bewertet werden. Dies kann für eine Vielzahl von anliegenden
Lastsituationen oder abgegebenen Leistungen erfolgen. Der Motor
wird in einem großen Last-
oder Leistungsspektrum beschrieben, um eine weitgehende Optimierung
von Motorparametern vornehmen zu können.
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In
einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird das Körperschallsignal
im Frequenzbereich zwischen 1 kHz und 6 kHz ausgewertet. Insbesondere
wird das Körperschallsignal
für mehrere
vorgebbare Frequenzbänder
aus dem gesamten betrachteten Frequenzbereich getrennt ausgewertet.
Besonders vorteilhaft ist es, in einem späteren Schritt unter Heranziehen
der Auswerteergebnisse aus jedem einzelnen Frequenzband eine einzige
Kenngröße für den gesamten
Frequenzbereich zu ermitteln. Dies kann beispielsweise durch Mittelwertbildung
oder Maximalwertbildung geschehen. Durch diese Ausgestaltung ist
eine noch detailliertere und exaktere Beschreibung der Motorparameter
möglich.
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Das
Körperschallsignal
wird mittels eines Körperschallsensors
erfasst, welcher bevorzugt am Motorblock des Kraftfahrzeug motors
oder an einem mit dem Motorblock akustisch gekoppelten metallischen
Bauteil befestigt ist. Hierdurch wird eine gute Signalqualität des auszuwertenden
Körperschallsignals
erreicht.
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Als
Kenngröße, Betriebsgröße oder
Referenzgröße können ein
Crestfaktor, eine Impulshäufigkeit,
ein Impulspegel oder ein RMS-Pegel verwendet werden, da mittels
einer oder mehrere dieser Größen die
Körperschall-
oder vom Motor als Luftschall an die Umgebung abgegebene Schallqualität besonders gut
beschreibbar ist.
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In
einer Weiterbildung des Verfahrens wird die Kenngröße für jeden
einzelnen Zylinder eines mehrzylindrigen Verbrennungsmotors separat
ermittelt. Zur Zuordnung der Kenngröße zu einem einzelnen Zylinder
kann eine Zylinderreferenzgröße, beispielsweise
ein Drehwinkel einer im Motor angeordneten Welle erfasst werden,
und es kann eine zeitliche Zuordnung des Schallsignals oder der
Kenngröße zu der
Zylinderreferenzgröße erfolgen.
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Alternativ
oder ergänzend
können
zum Ermitteln der Kenngröße für einen
Verbrennungsmotor die hierfür
herangezogenen Daten über
mehrere Arbeitsspiele des Verbrennungsmotors gemittelt oder anderweitig
verrechnet werden. Beispielsweise wird für den ersten Zylinder eines
Vierzylindermotors eine Kenngröße im Frequenzband
zwischen 1.2 kHz und 1.5 kHz für
300 Arbeitsspiele des Zylinders ermittelt, indem ein gewichteter
Durchschnittswert aus den einzelnen Kenngrößen der 300 Arbeitsspiele ermittelt wird.
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In
einer Ausgestaltung des Verfahrens wird die Kenngröße beim
Betrieb eines Verbrennungsmotors einem vorgebbaren Ereignis, beispielsweise
einem Zündzeitpunkt
oder einem Ventilöffnungs vorgang
zugeordnet. Hierbei kann die Kenngröße wiederum für ein einzelnes
Ereignis ermittelt werden oder es wird aus einer vorgebbaren Anzahl
von Einzelkenngrößen zu einem
Ereignistyp eine gesamte Kenngröße, z.B.
durch Mittelwertbildung ermittelt.
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Unter
Heranziehen der ermittelten Kenngröße wird vorteilhafterweise
ein Motorparameter optimiert. Beispielsweise wird unter Heranziehen
der Kenngröße ein Injektor
zur Einspritzung eines Kraftstoffes in einen Verbrennungsmotor kalibriert.
Das heißt,
dass beispielsweise ein Einspritzzeitpunkt oder eine Einspritzmenge
derart verändert
werden, dass sich der Wert der Kenngröße in einem vorgebbaren Wertebereich
befindet.
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Die
Kenngröße kann
insbesondere als Führungsgröße für einen
Motorprüfstand,
beispielsweise einen Thermodynamikprüfstand verwendet werden. Hierbei
kann die Kenngröße als Führungsgröße zur Beurteilung
oder zur Optimierung der Geräuschentwicklung
der Vibrationseigenschaften oder der Laufruhe des Motors dienen.
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Ein
vorteilhaftes Ausführungsbeispiel
des Verfahrens zur Bewertung eines Betriebsgeräusches eines Kraftfahrzeugverbrennungsmotors
wird anhand der Zeichnung näher
erläutert.
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Es
zeigt die einzige Figur ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In
Schritt 1 wird der ein Kraftfahrzeugverbrennungsmotor, dessen Betriebsgeräusch bewertet werden
soll, in den Referenzmodus versetzt. In Schritt 2 wird mittels eines
am Motorgehäuse
des Kraftfahrzeugverbrennungsmotors angeordneten Körperschallsensors
der dort vorhandene Körperschall
erfasst. Der erfasste Körperschall
wird in Schritt 3 mit einem Band passfilter gefiltert. Die Eckfrequenzen
des Filters können
dabei zeitlich variabel verändert
werden oder es werden mehrere Frequenzbänder parallel gefiltert und
die jeweils innerhalb der Frequenzbänder enthaltenen Schallsignale weiterverarbeitet.
Insbesondere können
eine Vielzahl von Frequenzbändern
innerhalb des gesamten zu betrachtende Frequenzbereichs durchlaufen
oder parallel ausgewertet werden. Die Frequenzbänder werden sich hierbei bevorzugt überschneiden
oder aneinander anschließen.
Es können
jedoch auch Lücken
zwischen den Frequenzbändern
vorhanden sein.
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In
Schritt 4 wird unter Heranziehen des Körperschallsignals aus jedem
zu betrachtenden Frequenzband die Referenzgröße für das jeweilige Frequenzband
ermittelt. Als Referenzgröße kann
beispielsweise der Crestfaktor oder der Impulspegel ermittelt werden.
Die Referenzgröße wird
hierbei bevorzugt im gesamten Frequenzbereich für jedes vom Bandfilter vorgebbare
Frequenzband ermittelt werden, wobei der gesamte Frequenzbereich
abgedeckt wird.
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In
Schritt 5 wird der Motor in den Betriebsmodus versetzt. Anschließend wird
in Schritt 6 mittels des Körperschallsensors
der Körperschall
des Motors während
dessen Betrieb in dem Betriebsmodus erfasst. Analog zur Ermittlung
der Referenzgröße in den
Schritten 3 und 4 wird in den Schritten 7 und 8 die Betriebsgröße des Motors
im Betriebsmodus ermittelt.
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In
Schritt 9 erfolgt eine Ermittlung einer Kenngröße mittels einer Differenzbildung
zwischen Referenzgröße und Betriebsgröße. Die
Ermittlung der Kenngröße erfolgt
vorzugsweise für
jedes mittels des Bandfilters vorgebbar selektierte Frequenzband.
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Anschließend kann
in Schritt 10 die Ermittlung einer einzigen für den gesamten Frequenzbereich
geltenden Kenngröße für den Motorbetrieb
in dem vorgebbaren Betriebsmodus, d. h. beispielsweise bei einer
vorgebbaren Last, einer vorgebbaren Drehzahl oder einer vorgegebenen
abgegebenen Leistung des Kraftfahrzeugverbrennungsmotors erfolgen.
Hierzu können
die in Schritt 9 ermittelten Kenngrößen beispielsweise durch eine
gewichtete Mittelwertbildung oder eine Maximalwertbildung zu einer
einzigen Kenngröße weiterverarbeitet
werden.
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Dieses
Verfahren kann zeitlich kontinuierlich und dauerhaft durchgeführt werden,
oder es wird in einem vorgebbaren Zeitraum durchgeführt, so
dass beispielsweise die Kenngröße für einen
Zeitraum von über
200 Arbeitsspielen des Kraftfahrzeugmotors ermittelt wird. Hierbei
kann wiederum eine Mittelwertbildung oder eine andere Art der Weiterverarbeitung der
Einzelwerte der den jeweiligen Arbeitsspielen zugeordneten Größen, insbesondere
eines Schallimpulses erfolgen.
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Alternativ
oder ergänzend
kann das Verfahren aufgelöst
für die
einzelnen Zylinder eines Kraftfahrzeugverbrennungsmotors durchgeführt werden. Hierbei
wird jedes Arbeitsspiel in die den einzelnen Zylindern zugeordneten
Impulse unterteilt. Es kann dann beispielsweise durch Mittelwertbildung
aus den jeweils einem einzelnen Zylinder zugeordneten erfassten
Signalen oder ermittelten Kenngrößen eine einzige
Kenngröße für den gesamten
Motor ermittelt werden. Anstelle einer Mittelwertbildung sind selbstverständlich auch
andere Auswertemöglichkeiten
der zylinderspezifischen Kenngrößen zu einer
für den gesamten
Motor charakteristischen Kenngröße möglich. Beispielsweise
kann der Motor durch Auswertung des lautesten Zylinders, d.h. durch
Maximalwertbildung beschrie ben werden. Die Art der Auswertung hängt hierbei
vom angestrebten Anwendungszweck ab.
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Besonders
vorteilhaft ist das Verfahren anwendbar auf einem Motorprüfstand,
beispielsweise einem Thermodynamikprüfstand, da hier eine direkte Luftschallbeurteilung
nicht immer in ausreichender Qualität möglich ist. Beispielsweise können die
hierbei vorhandenen Umgebungs- und Hintergrundgeräusche eine
Auswertung des vom Motor abgegebenen Luftschalls verhindern.
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Selbstverständlich ist
das angegebenen Verfahren auch im Fahrbetrieb des Fahrzeugs vorteilhaft einsetzbar.
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Vorteilhaft
wird das Verfahren ausgeführt
in einer Anordnung am Motorprüfstand
oder in einer Kraftfahrzeugwerkstatt, um bei Dieselmotoren die Parameter
der Injektorkalibrierung zu ermitteln. Hierbei kann die Kalibrierung
für jeden
Zylinder bzw. für jeden
Injektor einzeln oder für
den Motor als Gesamtes erfolgen. Bei einer Einzelkalibrierung der
Injektoren können
einen einzelnen Injektor betreffende Fertigungsstreuungen oder Laufzeitdrifts
ausgeglichen werden. Auch abweichende Reaktionsverhalten der einzelnen
Injektoren bzw. der mit den Injektoren verbundenen elektrischen
Ansteuerung sind hierdurch korrigierbar. Beispielhafte Optimierungsparameter sind
ein Voreinspritzzeitpunkt, eine Voreinspritzmenge, ein Raildruck,
eine Abgasrückführungsrate
oder eine Injektordriftkompensation. Diese Parameter können für jeden
Betriebspunkt des Motors optimiert werden, da durch das erfindungsgemäße Verfahren eine
Bewertung des Motors bzw. des vom Motor abgegebenen Schalls für jeden
Arbeitspunkt in Bezug auf die unterschiedlichen Parametersätze möglich ist.
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Besonders
vorteilhaft ist es als Kenngröße die Dynamik
des lautesten Impulses des Körperschallsignals
in Relation zum Durchschnittspegel bei unbefeuertem Betrieb zu betrachten.