DE102008027016B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Analyse von Geräuschen eines Kraftfahrzeuges - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Analyse von Geräuschen, welche von einem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges erzeugt werden, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Ermitteln, aus einem Signalverlauf eines zeitabhängig gemessenen Signals für Körperschall und/oder Luftschall, einer Mehrzahl von Modulationsfrequenzspektren Pm(n, m) mittels einer Fouriertransformation; Berechnen eines für die Modulation in den Modulationsfrequenzspektren Pm(n, m) charakteristischen Modulationsindexes (Pmi); und Berechnen, aus der Mehrzahl von Modulationsfrequenzspektren, eines für die zu analysierenden Geräusche charakteristischen Parameters in Echtzeit während des Betriebes des Kraftfahrzeuges, wobei das Berechnen dieses charakteristischen Parameters aufgrund von Werten des Modulationsindexes (Pmi) erfolgt.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Analyse von Geräuschen, welche von einem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges erzeugt werden. Das Verfahren bzw. die Vorrichtung sind insbesondere zum Einsatz in einem Fahrzeug oder in einem portablen Messgerät geeignet.
• In Kraftfahrzeugen mit Dieselmotor oder mit Benzindirekteinspritzung gewinnen impulsartige Geräuschphänomene, wie ein subjektiv unangenehmes Verbrennungsgeräusch oder ein ”Ticken” des Injektors, zunehmend an Bedeutung.
• Aus EP 1 462 778 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur quantitativen Analyse von Motorgeräuschen bekannt, bei welchen ein Zeitverlauf des gemessenen Geräusches zunächst in einer Mehrzahl von überlappenden Zeitfenstern einer Kurzzeitfrequenzanalyse unterworfen wird. Aus den hierbei erhaltenen Kurzzeitfrequenzspektren werden Modulationsfrequenzspektren berechnet, in denen sich charakteristische Merkmale für impulsartige Anteile des Motorgeräusches zeigen, welche wiederum durch Berechnung eines Geräuschindexes (DKI) weiter quantitativ erfasst sowie durch Filtern des Modulationsfrequenzspektrums gezielt unterdrückt oder angehoben werden können.
• Aus WO 2007/062447 A2 ist ein Verfahren zur Analyse eines Geräusches einer Brennkraftmaschine bekannt, wobei ein Signalverlauf über eine vorgegebene Aufzeichnungsdauer ermittelt, das ermittelte Signal einer Bandpassfilterung unterzogen und für das bandpassgefilterte Signal für zumindest ein Frequenzband eine Hüllkurve gebildet wird.
• Aus EP 0 718 608 B1 ist ein Verfahren zur Analyse regelmäßig erregter mechanischer Schwingungen bekannt, bei dem ein den Schwingungen zugeordnetes Amplituden/Zeit-Spektrum aufgezeichnet und in Zeitintervalle geteilt wird, wobei die durch das jeweilige Zeitintervall definierten Teile einer Transformation zur Erzeugung eines Amplituden/Vibrationsfrequenz-Intervallspektrums unterzogen werden und die jedem Amplituden/Frequenz-Intervallspektrum zugeordneten Amplituden einer Transformation zur Erzeugung eines Erregerfrequenzspektrums unterzogen werden, wobei es sich bei den Transformationen insbesondere um eine Fouriertransformation handeln kann.
• Aus Stegemann, D. et al.: ”Monitoring and vibrational diagnostic of rotating machinery in power plants” in ”Power Station Maintenance: Profitability through reliability, 30 March – 1 April 1998; Conf. Publ. No. 452, 1998, IEE, S. 39–44”, ist u. a. ein System zur Überwachung und Vibrationsdiagnostik rotierender Komponenten wie Gebläse, Wasserzufuhrpumpen und Turbinen in Kraftwerken bekannt.
• Aus Ogi, H. et al.: ”Fault diagnosis system for GIS using an artificial neural networt.” in ”Neural networks and power systems”, 1991, Proc. of the 1^st Intl. Forum on Applications, Seattle, USA 23–26 July 1991, IEEE, S. 112–116, ist ein System zur Fehlerdiagnose in gasisolierten Schaltwerken unter Verwendung eines neuronalen Netzwerks bekannt.
• Aus DE 10 2004 001 911 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Geräuschanalyse von Schallsignalen bekannt, bei dem ein empfangenes Schallsignal mittels mehrerer frequenzselektiver dynamischer Filter in einem vorgegebenen Frequenzband in Abhängigkeit von einem Pegel zu einem vorgegebenen Zeitpunkt und/oder in Abhängigkeit von einem Pegel in einem vorgegebenen anderen Frequenzband korrigiert wird.
• Des Weiteren ist es bekannt, zur Unterstützung des Kalibrierungsprozesses und/oder zur Durchführung einer Echtzeitsteuerung der NVH-Eigenschaften, d. h. der Geräusch- und Vibrationseigenschaften eines Antriebsstranges z. B. den Geräuschpegel (in Dezibel, dB) als Eingangsgröße zu berücksichtigen. Derartige Parameter zur Beschreibung der NVH-Eigenschaften liefern jedoch keine objektive Beschreibung der impulsartigen Geräuschanteile.
• Vor dem obigen Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Analyse von Geräuschen, welche von einem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges erzeugt werden, bereitzustellen, durch welches bzw. mittels derer eine verbesserte Kalibrierung im Hinblick auf impulsartige Geräuschphänomene ermöglicht wird.
• Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 bzw. die Vorrichtung gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 15 gelöst.
• Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Analyse von Geräuschen, welche von einem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges erzeugt werden, weist folgende Schritte auf:
• – Ermitteln, aus einem Signalverlauf eines zeitabhängig gemessenen Signals für Körperschall und/oder Luftschall, einer Mehrzahl von Modulationsfrequenzspektren mittels einer Fouriertransformation;
• – Berechnen eines für die Modulation in den Modulationsfrequenzspektren charakteristischen Modulationsindexes; und
• – Berechnen, aus der Mehrzahl von Modulationsfrequenzspektren, eines für die zu analysierenden Geräusche charakteristischen Parameters in Echtzeit während des Betriebes des Kraftfahrzeuges, wobei das Berechnen dieses charakteristischen Parameters aufgrund von Werten des Modulationsindexes erfolgt.
• Durch die gemäß der Erfindung erfolgende Berechnung des für die zu analysierenden Geräusche charakteristischen Parameters in Echtzeit während des Betriebes der Geräuschquelle kann eine in Echtzeit (d. h. ”online”) durchführbare Optimierung der Kalibrierung im Hinblick auf impulsartige Geräuschanteile und eine damit einhergehende Verbesserung des Fertigungsprozesses erreicht werden. Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht in der verringerten Veränderlichkeit der Geräuscheigenschaften zwischen unterschiedlichen Fahrzeugen und der damit einhergehenden erhöhten Kundenzufriedenheit. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine zeitaufwendige, nachträgliche Verarbeitung von Signalen hinsichtlich der Motorgeräusche entbehrlich. Dabei ist eine die Kalibrierung durchführende Person (z. B. der Fertigungsingenieur) in der Lage, unmittelbar eine Optimierung hinsichtlich der NVH-Eigenschaften, des Kraftstoffverbrauchs, der Emissionseigenschaften etc. durchzuführen.
• Das Verfahren ist zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug bestimmt, kann jedoch ebenso in Form eines portablen Messgerätes implementiert werden, so dass eine entsprechende Analyse an einem beliebigen Ort in Echtzeit durchgeführt werden kann.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der charakteristische Parameter unabhängig vom mittleren Pegel der Geräusche. Gemäß dieser Ausgestaltung wird somit bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein für von dem Verbrennungsmotor erzeugte Motorgeräusche charakteristischer Parameter während des laufenden Betriebes des Verbrennungsmotors derart bestimmt, dass dieser Parameter den reinen Modulationsanteil und somit eine vom mittleren Pegel der Motorgeräusche unabhängige, für den impulsartigen Geräuschanteil charakteristische Größe beschreibt. Prinzipiell ist aber auch eine Einbeziehung des Pegels, z. B. durch direkte Verwendung der Modulationsspektren für die Berechnung des für die zu analysierenden Geräusche charakteristischen Parameters, möglich.
• Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Schritt des Ermittelns einer Mehrzahl von Modulationsfrequenzspektren ein Ermitteln einer Mehrzahl von Kurzzeitfrequenzspektren mittels einer weiteren Fouriertransformation.
• Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst der Schritt des Ermittelns einer Mehrzahl von Modulationsfrequenzspektren eine Filterung in Frequenzbänder mit anschließender Hüllkurvenberechnung.
• Gemäß der Erfindung wird der in Echtzeit ermittelte, für die impulsartigen Geräuschanteile charakteristische Parameter, im Weiteren auch als ”mDKI-Parameter” bezeichnet, zur Charakterisierung der aktuellen, impulsartigen Geräuschanteile aufgrund. von Daten eines an einer beliebigen Stelle der Geräuschquelle, insbesondere einer Antriebseinheit, oder einer Fahrzeugstruktur angebrachten Signal-Messwertgebers, aufgrund einer Messung des Gasdruckverlaufes im Zylinder oder aufgrund von im Nah- oder Fernfeld des Verbrennungsmotors akustischen, z. B. mittels eines Mikrophons aufgenommenen Daten ermittelt.
• Die in Echtzeit ermittelten Werte des mDKI-Parameters können mittels eines standardmäßigen Computers analysiert werden oder auch in anderen Messumgebungen wie einer ATI-Datenerfassung einbezogen werden.
• Der in Echtzeit ermittelte mDKI-Parameter dient z. B. als Korrekturgröße zur Regelung des Antriebsstrangverhaltens hinsichtlich impulsartiger Geräusche sowie zur Echtzeit-Anpassung der Kalibrierung mit dem Ziel einer Verringerung der impulsartigen Geräuschanteile (z. B. mittels Mehrfacheinspritzung in Bereichen mit kritischen impulsartigen Geräuschanteilen). Hierzu misst ein z. B. am Gehäuse des Verbrennungsmotors angebrachter Sensor das impulsartige Schwingungsverhalten des Antriebsstranges mittels Berechnung des in Echtzeit ermittelten Parameters mDKI. Diese Funktion kann in der Hardware oder Software der Antriebsstrangelektronik integriert sein. Mittels dieses Sensors für impulsartige Geräuschanteile kann eine Regelung auf ein akzeptables Niveau der impulsartigen Geräuschanteile erfolgen. Dabei wird die elektronische Regelung des Verbrennungsmotors in die Lage versetzt, einen optimalen Kompromiss zwischen der Erzeugung impulsartiger Geräuschanteile, dem Kraftstoffverbrauch sowie den Emissionen des Kraftfahrzeuges zu schaffen.
• Wenn der mDKI-Parameter einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht, kann insbesondere eine Umschaltung des Betriebsmodus auf eine Mehrfacheinspritzung erfolgen.
• Im Gegensatz zu bekannten Verfahren der Geräuschanalyse wird gemäß der vorliegenden Erfindung der reine impulsartige Geräuschanteil beschrieben. Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere bei niedrigen Temperaturen von Vorteil, da in diesem Falle eine Optimierung hinsichtlich der Erzeugung impulsartiger Geräuschanteile ohne Beeinträchtigung der Emissionseigenschaften und des Kraftstoffverbrauchs besonders vorteilhaft ist.
• Bei der Durchführung der Kalibrierung in einer Standard P/E-Testzelle mit im Allgemeinen nicht optimalen akustischen Eigenschaften werden vorzugsweise die Oberflächenvibrationen des Motorgehäuses als Indikator für den impulsartigen Geräuschanteil herangezogen. Dabei ist die Übereinstimmung zwischen den an ausgewählten Oberflächenpositionen des im Messlabor befindlichen Verbrennungsmotors ermittelten Schwingungs-Impulsanteilen mit den im Nahfeld ausgestrahlten Geräuschen sehr hoch (R² > 0.9).
• Das Verfahren der Erfindung beinhaltet vorzugsweise folgende einzelne Verfahrensschritte bzw. -komponenten:
• – Online-Schmalbandmodulationsanalyse (Online-NBMA, NBMA = ”Narrow band modulation analysis)
• – Online-Drehzahlnachführung (”rpm-tracking”)
• – Online-Berechnung des für die impulsartigen Geräuschanteile charakteristischen Parameters (”mDKI-Parameter”)
• – Online-Anzeige und Online-Speicherung des für die impulsartigen Geräuschanteile charakteristischen Parameters (”mDKI-Parameter”)
• Weitere Ausgestaltungen sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.
• Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
• Es zeigen:
• 1 ein Diagramm zur Erläuterung der Berechnung von Modulationsfrequenzspektren aus Kurzfrequenzspektren eine Signalverlaufes gemäß eines bekannten NBMA-Verfahrens; und
• 2 einen typischen Verlauf einer Online-Bestimmung eines gemäß der Erfindung ermittelten charakteristischen Parameters.
• Das Verfahren der Erfindung geht aus von dem aus EP 1 462 777 A1 bekannten Schmalbandmodulationsanalyse-Verfahren, welches auch als NBMA-Verfahren (NBMA = ”Narrow Band Modulation Analysis”) bezeichnet wird und im Weiteren nochmals zusammengefasst dargestellt ist. In der nachfolgenden detaillierten Beschreibung wird zunächst dieses Schmalbandmodulationsanalyse-Verfahren (NBMA-Verfahren) erläutert. Das NBMA-Verfahren wird kontinuierlich auf einander überlappende Blöcke im zeitlichen Verlauf eines gemessenen Signals angewandt. Alternativ kann aber auch eine Berechnung aufgrund konventionell berechneter Modulationsspektren erfolgen. Hier kann das Eingangssignal zunächst mit Hilfe von Bandpassfiltern in Frequenzbänder zerlegt werden, innerhalb derer dann die Hüllkurven bestimmt werden. Eine Frequenzanalyse dieser Hüllkurven für jedes bandgefilterte Signal liefert dann das Modulationsspektrum.
• Das Verfahren basiert auf einem Algorithmus mit zweifacher Fouriertransformation. In einem ersten Schritt wird das Spektrum eines Blockes aus dem zeitlichen Verlauf eines gemessenen Signals berechnet. Dieses Spektrum besteht aus N einzelnen Fourier-Transformierten der Signal-Segmente, welche in einem sich bewegenden Hanning-Fenster aus dem zeitlichen Verlauf des gemessenen Signals ermittelt werden. In einem nachfolgenden Schritt wird für M Trägerfrequenzen (wobei M durch die Frequenzauflösung der ersten Fouriertransformation gegeben ist) eine zweite Fouriertransformation durchgeführt, um die Schmalbandmodulationsspektrumsmatrix aufzustellen. Abschließend werden die Modulationsspektrallinien auf die Modulationsspektrallinie bei m = 0 zum Aufbau der NBMA-Matrix P_mi(n_f, n_m) bezogen, wobei mit n_f die Indizes der Trägerfrequenzen und mit n_m die Indizes der Modulationsfrequenzen bezeichnet werden.
• Online-Schmalbandmodulationsanalyse (Online-NBMA)
• 1 zeigt das Prinzip dieses NBMA-Verfahrens anhand der Analyse des Zeitverlaufes eines aufgenommenen Motorgeräusches der Amplitude p. Hierbei kann es sich z. B. um das Leerlaufgeräusch des Motors für eine Dauer von T = 3 s handeln. Alternativ zur kontinuierlichen Beschreibung mit der Zeitvariablen t kann das Signal auch zeitdiskret mit dem Zeitindex 0 ≤ k ≤ K beschrieben werden.
• Der Signalverlauf p wird mit einem sich bewegenden Hanning-Fenster (typischerweise 10 ms breit entsprechend N diskreten Werten k) und einer Überlappung von 50% spektral analysiert, was die im linken unteren Diagramm von 1 gezeigten Kurzzeitfrequenzspektren liefert. Dabei wird in jedem Zeitfenster zur Zeit t_l (bzw. diskret k_l) eine Fouriertransformation (bzw. eine diskrete Fouriertransformation DFT) berechnet, wobei im linken unteren Diagramm nur deren Beträge (diskret: |P(n, l)|) eingetragen sind. Für jede Frequenzlinie f (bzw. diskret jede Frequenz n; siehe horizontale Linie im Diagramm unten links), welche nachfolgend als ”Trägerfrequenz” bezeichnet wird, stellen die einzelnen Anteile in den verschiedenen Kurzzeitfrequenzspektren einen zeitlichen Verlauf dar, d. h. ein Trägersignal. Dieses Trägersignal wird dann einer zweiten Fouriertransformation unterzogen, deren Ergebnis für jedes Trägersignal zu jeder Trägerfrequenz f (bzw. n) im Diagramm rechts unten von 1 dargestellt ist.
• Auf diese Weise wird das gesamte Modulationsfrequenzspektrum (diskret: P_m(n, m)) erhalten. Aus diesem Modulationsfrequenzspektrum ist ersichtlich, mit welcher Amplitude der ursprüngliche Signalverlauf bei der jeweiligen Trägerfrequenz n moduliert ist. Jedes Modulationsfrequenzspektrum P_m(n, m) gibt die Anteile von Modulationsfrequenzen (m) an einem durch die Kurzzeitfrequenzspektren definierten Trägersignal wieder.
• Da der Amplitude des Modulationsfrequenzspektrums selbst nicht entnommen werden kann, wie stark das Signal bei der Trägerfrequenz tatsächlich moduliert ist, wird der Modulationsindex P_mi(n, m) berechnet. Hierzu wird zusätzlich die Amplitude der entsprechenden Trägerfrequenz berücksichtigt. Zur Bildung des Modulationsindex P_mi(n, m) wird jede einzelne Frequenzlinie n der entsprechenden Modulationsfrequenzlinie m durch die zugehörige Modulationsamplitude der Modulationsfrequenzlinie an der Stelle m = 0 dividiert. Da diese Modulationsfrequenz genau der Frequenzlinie n der Trägerfrequenz entspricht, wird somit der Grad der Modulation berechnet. Mittels eines Modulationsfilters können Werte im Modulationsfrequenzspektrum gezielt verändert werden, wodurch Modulationen bei definierten Träger- und Modulationsfrequenzen sowohl abgeschwächt als auch angehoben werden können. Eine entsprechende zweimalige Anwendung von Rück-DFTs liefert schließlich das modulationsgefilterte Zeitsignal.
• Die Ermittlung der Kurzzeit-Frequenzspektren P(n, l) mittels diskreter Fouriertransformation lässt sich beschreiben durch:

  
• Darin bedeutet die Größe O (mit 0 ≤ O ≤ 1) ein Maß für den Überlapp der Zeitfenster, in denen die Kurzzeit-Frequenzspektren bestimmt werden, wobei O = 0 keinen Überlapp und O = 1 einen 100%-igen Überlapp bedeutet. Die Größe w ist eine Fensterfunktion, die dazu dient, aus dem Signalverlauf p(k) ein Fenster der gewünschten Breite N auszuschneiden. An den Rändern des Fensters sollte dabei möglichst ein sanftes Ausblenden des Signalverlaufes erfolgen, was z. B. durch ein Hanning-Fenster der Breite N (d. h. die Funktion w(n) = (1 – cos(2πn/N))/2, –N/2 ≤ n ≤ N/2) sehr gut erreicht wird.
• Mathematisch lässt sich die Ermittlung der Modulationsfrequenzspektren ebenfalls mittels diskreter Fourier-Transformation beschreiben durch:

  
• Dabei bedeutet w eine Fensterfunktion der Breite M, bei der es sich vorzugsweise ebenfalls um ein Hanning-Fenster handelt.
• Aus den Modulationsfrequenzspektren wird ein Modulationsindex P_mi(n, m) wie folgt berechnet:

  
• Der Modulationsindex P_mi(n, m) gibt an, wie stark die jeweilige Trägerfrequenz n bei den einzelnen Modulationsfrequenzen m moduliert ist, und liefert damit ein Maß für die Ausgeprägtheit der zeitlichen Struktur. Der Betrag des Modulationsfrequenzspektrums wird dabei auf dessen Gleichanteile P_m(n, 0) normiert. Es zeigt sich, dass der Modulationsindex vor allem für die Erkennung und Beschreibung der typischen Dieselmotorgeräusche (”Dieselnageln”) geeignet ist.
• Der Geräuschindex DKI kann aus den Werten des vorstehend definierten Modulationsindexes P_mi(n, m) in den Bereichen um die Modulationsfrequenzen m, die Vielfachen der halben Motorordnung entsprechen, berechnet werden:

  

  mit
• 
• und

  
• Dabei sind

o

= Motorordnung

O

= höchste auszuwertende Motorordnung

d

= Breite des Modulationsfensters

w_m

= Modulation – Fensterfunktion

c

= Konstante, gewonnen mittels Optimalfit

L_fu-fl

= gewichteter Gesamtpegel im Frequenzbereich f_L,l ≤ f ≤ f_L,u

n_fl

= obere Trägerfrequenzgrenze

n_fu

= untere Trägerfrequenzgrenze

N

= Normierungsfaktor

n_o

= Anzahl der halben untersuchten Motorordnung O

n_m

= Index der Modulationsfrequenz

P _mi

= mittlerer Modulation index im Frequenzbereich f_L,l ≤ f ≤ f_L,u

• Der mittlere Modulationsindex P _mi wird gemäß der folgenden Beziehung berechnet:

  
• Hierbei werden mit n_fl und n_fu die Indizes entsprechen der unteren bzw. oberen Grenze der Trägerfrequenz f_l bzw. f_u bezeichnet. Der Modulationsbeitrag M_i,o wird gemäß der obigen Gleichung (6) bei Modulationsfrequenzen, welche einem Vielfachen der halben Motorordnung o entsprechen, als Mittelwert des mittleren Modulationsindex P _mi über einen Bereich von Modulationsfrequenzen (mit der Breite dem) und gewichtet mit einem Faktor w_m berechnet. Zur Bestimmung von n_m (d. h. des Index der Modulationsfrequenz) ist die Kenntnis der aktuellen, genauen Wertes der Umdrehungszahl (rpm-Wert) für das Signal erforderlich, welche aus einer Online-Drehzahlnachführung (”rpm-tracking”) ermittelt wird. Der Faktor w_m kann ein Hanning-Fenster sein, welches zentrisch bzw. symmetrisch bezüglich der der Motorordnung entsprechenden Modulationsfrequenz derart angeordnet ist, dass die Modulation exakt an der Stelle der Motorordnung die höchste Gewichtung ergibt.
• Der Modulationsindex-Beitrag mDKI zu dem Index DKI ist gemäß der o. g. Gleichung (5) definiert über die gewichteten Modulationsbeiträge bei jeder halben Motorordnung bis hin zur maximalen Motorordnung (Hauptmotorordnung O).
• Online-Berechnung des für die impulsartigen Geräuschanteile charakteristischen Parameters (”mDKI-Parameter”)
• Im Unterschied zu dem bekannten Verfahren wird nun gemäß der vorliegenden Erfindung der reine impulsartige Geräuschanteil über einen für die impulsartigen Geräuschanteile charakteristischen Parameter, im Weiteren auch als ”mDKI-Parameter” bezeichneten Parameter beschrieben, welcher durch folgende Formel gegeben ist: mDKI = M_DKI ^c (8) so dass sich aus der obigen Gleichung für den Zusammenhang des Parameters mDKI mit dem Parameter DKI ergibt:

  
• Da der Parameter mDKI vollständig unabhängig von dem Geräuschpegel ist, kann er aufgrund von nicht kalibrierten Signalen berechnet werden. Demzufolge kann im laufenden Betrieb (also ”online”) eine Berechnung des Parameters mDKI erfolgen, ohne dass hierzu das jeweils verwendete Messaufnahmegerät kalibriert werden muss.
• Für jeden Signalblock b einer zeitlichen Abfolge von Signalen wird im laufenden Betrieb (”online”) ein Wert für den Parameter mDKI erzeugt. Dabei ist die zeitliche Dauer eines Signalblockes durch die bei dem NBMA-Verfahren verwendeten Parameter sowie durch die erforderliche Prozessdauer im Gesamtsystem, in welchem das erfindungsgemäße Verfahren implementiert wird, bestimmt.
• Da sich die einzelnen Signalblöcke (beispielsweise zu 50%) überlappen, ist der nächste Wert für den Parameter mDKI nach einem entsprechenden Bruchteil der zeitlichen Dauer des Signalblockes (im Beispiel also nach 50% der Dauer des Signalblockes) verfügbar.
• Gemäß 2, welche einen typischen Verlauf einer Online-Bestimmung des Parameters mDKI zeigt, kann der zeitliche Verlauf der im laufenden Betrieb (”online”) bestimmten Werte für den Parameter mDKI graphisch dargestellt und nach Erhalt jedes Weiteren verfügbaren Wertes für den Parameter mDKI aktualisiert werden. Ferner können die Werte für den Parameter mDKI direkt als Ausgabedatei (beispielsweise im ASCII-Format) gespeichert werden oder in digitaler oder analoger Form einer Schnittstelle zur weiteren Verarbeitung zugeführt werden.
• Online-Drehzahlnachführung (”rpm-tracking”)
• Die Online-Drehzahlnachführung (”rpm-tracking”) dient Bestimmung der Modulationsfrequenzen m, welche einem Vielfachen der halben Motorordnung entsprechen.
• Dabei ist die Motorordnung definitionsgemäß eine auf die Motordrehzahl bezogene Größe. Je Kurbelwellenumdrehung werden zwei Zylinder gezündet bei einem Vierzylinderfahrzeug, was auch als Hauptordnung des Motors bezeichnet wird. Der Zusammenhang zwischen Motorordnung, Drehzahl (in 1/min) und Frequenz der Zündungen (in 1/s) ist gegeben durch: Motorordnung = Frequenz·60 / Drehzahl (10)
• Zur Bestimmung der Modulationsfrequenzen m, welche einem Vielfachen der halben Motorordnung entsprechen, wird ein mittlerer Modulationsindex P _mi unter Berücksichtigung des bisherigen Drehzahlverlaufs ausgewertet. Dabei wird zunächst ein Schätzwert für die Modulationsfrequenz, welche der Hauptordnung des Motors entspricht n ' / m,O (z. B. O = 2 für ein Fahrzeug mit 4 Zylindern) aus dem rpm-Wert bzw. der Umdrehungszahl rpm(b – 1) für den letzten Signalblock b – 1 oder gegebenenfalls dem Startwert für den ersten Signalblock ermittelt, so dass gilt: n ' / m,O = rpm(b – 1) / 60·O (11)
• Die der Hauptordnung des Motors entsprechende Modulationsfrequenz wird dann mittels Suche nach dem Maximum für den mittleren Modulationsindex P _mi in einem Suchfenster (typischerweise ±10%) um den Schätzwert herum ermittelt. Die Breite dieses Suchfensters definiert die maximale Änderung des rpm-Wertes bzw. der Umdrehungszahl zwischen zwei Signalblöcken. Die Breite des Suchfensters sollte nicht zu große gewählt werden, um Fehler bei der rpm-Nachführung zu vermeiden. Es gilt:

  
• Die Schätzwerte der Subordnungen des Motors werden anhand der Modulationsfrequenz bestimmt, welche der Hauptordnung des Motors zugeordnet ist. Die endgültigen Modulationsfrequenzen für jede der Subordnungen des Motors werden mittels Suche nach dem nächstliegenden Maximum in dem Verlauf des mittleren Modulationsindex P _mi rings um den entsprechenden Schätzwert bestimmt.

Claims (16)

1. Verfahren zur Analyse von Geräuschen, welche von einem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges erzeugt werden, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Ermitteln, aus einem Signalverlauf eines zeitabhängig gemessenen Signals für Körperschall und/oder Luftschall, einer Mehrzahl von Modulationsfrequenzspektren P_m(n, m) mittels einer Fouriertransformation; Berechnen eines für die Modulation in den Modulationsfrequenzspektren P_m(n, m) charakteristischen Modulationsindexes (P_mi); und Berechnen, aus der Mehrzahl von Modulationsfrequenzspektren, eines für die zu analysierenden Geräusche charakteristischen Parameters in Echtzeit während des Betriebes des Kraftfahrzeuges, wobei das Berechnen dieses charakteristischen Parameters aufgrund von Werten des Modulationsindexes (P_mi) erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der charakteristische Parameter unabhängig vom mittleren Pegel der Geräusche ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Ermittelns einer Mehrzahl von Modulationsfrequenzspektren P_m(n, m) ein Ermitteln einer Mehrzahl von Kurzzeitfrequenzspektren mittels einer weiteren Fouriertransformation umfasst.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Ermittelns einer Mehrzahl von Modulationsfrequenzspektren P_m(n, m) eine Filterung in Frequenzbänder mit anschließender Hüllkurvenberechnung umfasst.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalverlauf aufgrund von Daten eines an der Antriebseinheit und/oder der Fahrzeugstruktur angebrachten Signal-Meßwertgebers ermittelt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalverlauf aufgrund von im Zylinder des Verbrennungsmotors gemessenen Gasdruckschwingungen ermittelt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalverlauf aufgrund von im Nahfeld oder Fernfeld des Verbrennungsmotors aufgenommenen akustischen Daten ermittelt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Berechnen des charakteristischen Parameters aufgrund von Werten des Modulationsindexes (P_mi) im Bereich der Modulationsfrequenzen, die Vielfachen der halben Motorordnung entsprechen, erfolgt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulationsfrequenzen, die Vielfachen der halben Motorordnung entsprechen, aufgrund einer Online-Nachführung der Drehzahl des Verbrennungsmotors ermittelt werden.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aufgrund des charakteristischen Parameters eine Regelung des Antriebsstrangverhaltens hinsichtlich vom Verbrennungsmotor erzeugter Motorgeräusche durchgeführt wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aufgrund des charakteristischen Parameters während einer im Fertigungsprozess des Kraftfahrzeuges durchgeführten Kalibrierung des Verbrennungsmotors eine Optimierung hinsichtlich der NVH-Eigenschaften, des Kraftstoffverbrauchs und/oder der Emissionseigenschaften des Verbrennungsmotors erfolgt.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Umschaltung des Betriebsmodus auf eine Mehrfacheinspritzung erfolgt, wenn der charakteristische Parameter einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der charakteristische Parameter (mDKI) durch folgende Formel beschreibbar ist mDKI= M_DKI ^c, wobei gilt

    

    und

    

    mit: o = Motorordnung O = höchste auszuwertende Motorordnung d_nm = Breite des Modulationsfensters w_m = Modulations – Fensterfunktion c = Konstante, gewonnen mittels Optimalfit L_fu-fl = gewichteter Gesamtpegel im Frequenzbereich f_L,l ≤ f ≤ f_L,u n_fl = obere Trägerfrequenzgrenze n_fu = untere Trägerfrequenzgrenze N = Normierungsfaktor n_o = Anzahl der halben untersuchten Motorordnung O n_m = Index der Modulationsfrequenz P _mi = mittlerer Modulations index im Frequenzbereich f_L,l ≤ f ≤ f_L,u
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Modulationsindex, über folgende Beziehung ermittelt wird:

    

    wobei mit n_f die Indizes von Trägerfrequenzen und n_m die Indizes von Modulationsfrequenzen bezeichnet sind.
15. Vorrichtung zur Analyse von Geräuschen eines Kraftfahrzeuges, wobei die Vorrichtung eine Datenverarbeitungseinheit mit einem Speicher für einen gemessenen Signalverlauf aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinheit dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass diese als portables Messgerät ausgebildet ist.

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