DE102009005890A1

DE102009005890A1 - Verfahren zur Analyse von Schwingungen

Info

Publication number: DE102009005890A1
Application number: DE200910005890
Authority: DE
Inventors: Albert Schlecht; Peter Knauer
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2009-01-23
Filing date: 2009-01-23
Publication date: 2010-07-29
Anticipated expiration: 2029-01-24
Also published as: DE102009005890B4

Abstract

n einem Kraftfahrzeug, insbesondere von Schwingungen einer Fahrwerkskomponente des Kraftfahrzeugs, wird eine im für das menschliche Ohr nicht hörbaren Frequenzbereich liegende mechanische Schwingung an wenigstens einem Punkt an dem Kraftfahrzeug abgenommen und in eine im für das menschliche Ohr hörbaren Frequenzbereich liegende akustische Schwingung transformiert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Analyse von Schwingungen an einem Kraftfahrzeug, insbesondere von Schwingungen einer Fahrwerkskomponente des Kraftfahrzeugs.
Gemäß der bei den meisten Fahrzeugherstellern üblichen Vorgehensweise erfolgt die Bewertung des Fahrkomforts eines Kraftfahrzeugs in der Entwicklungsphase hauptsächlich durch geeignete Fahrversuche, bei denen im Fahrzeug sitzende und dieses meist selbst fahrende Testpersonen unterschiedliche Fahrwerksfehler untersuchen und damit die Auslegung des Fahrwerks subjektiv beurteilen. Des weiteren wird versucht, objektive Bewertungsverfahren zu definieren, die auf gezielten Analysen von an geeigneten Punkten am Fahrzeug aufgenommenen Schwingungssignalen beruhen.
Problematisch bei dieser Vorgehensweise ist jedoch die Tatsache, dass die Qualität der Beurteilungsergebnisse von sehr vielen Einflussfaktoren abhängig ist, wozu aufgrund der subjektiven Bewertung der Ergebnisse neben personenspezifischen Werten, wie z. B. Alter, Körperbau oder Geschlecht, auch psychologische Aspekte, wie z. B. die Erwartungshaltung der Testperson und insbesondere auch die Ablenkung der Testpersonen während des Fahrversuchs durch Umweltbedingungen, zählen. Aus diesem Grund ist die objektive Beurteilung einer Fahrwerksauslegung derzeit nur für bestimmte Formen der Anregung auf Basis von Messsignalen möglich und die Bewertung beruht zum Großteil auf subjektiven Bewertungen einzelner Personen, was auch aus statistischen Gründen nachteilig ist.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Analyse von Schwingungen an einem Kraftfahrzeug zu schaffen, mittels welchem eine objektive Beurteilung der auftretenden Schwingungen durch eine beliebige Anzahl an Personen möglich ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
Durch die erfindungsgemäße Transformation der nicht hörbaren und allenfalls haptisch wahrnehmbaren bzw. fühlbaren mechanischen Schwingungen in einen Frequenzbereich, der für das menschliche Ohr hörbar ist, also der Verklanglichung bzw. Sonifikation dieser Schwingungsdaten, kann die Schwingungsanalyse allein mit dem menschlichen Hörsinn durchgeführt werden. Da das menschliche Gehör in der Lage ist, unterschiedliche Frequenzen und Amplituden sehr fein aufzulösen, und durch seine hohe Genauigkeit und Dynamik durch die erfindungsgemäße Art der Datenaufbereitung angesprochen wird, ist es für eine objektive Bewertung der mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens umgewandelten Schwingungen sehr gut geeignet.
Auf diese Weise ist die Bewertung der Fahrwerksabstimmung nicht an die eine, den Test durchführende Person gebunden, sondern eine bei einer Testfahrt aufgezeichnete und anschließend durch das erfindungsgemäße Verfahren in eine akustische Schwingung umgewandelte Aufnahme kann im Prinzip einer beliebigen Anzahl an Personen zur Bewertung weiter gegeben werden. Dies stellt nicht nur eine erhebliche Vereinfachung einer solchen Bewertung dar, sondern ermöglicht auch die Bewertung der Messergebnisse durch eine für statistische Zwecke geeignete Anzahl an Personen.
Vorteilhafterweise können die Fahrversuche wie bislang durchgeführt werden, im Gegensatz zur bisherigen Vorgehensweise muss die den Versuch durchführende Person jedoch die auftretende Schwingung nicht selbst beurteilen. Insgesamt ergibt sich durch das erfindungsgemäße Verfahren eine erhebliche Vereinfachung im Bereich der Fahrwerksentwicklung.
Eine besonders einfache Möglichkeit zur Transformation der mechanischen Schwingung in eine akustische Schwingung kann sich ergeben, wenn die mechanische Schwingung mittels einer Amplitudenmodulation in eine akustische Schwingung transformiert wird. Durch eine derartige Amplitudenmodulation, bei der die Frequenz über die Zeit nicht verändert wird, sondern lediglich die Höhe der Amplitude, ergeben sich bei unterschiedlichen mechanischen Schwingungen unterschiedliche Lautstärken, die für das menschliche Ohr besonders einfach zu beurteilen sind.
Eine alternative Lösung kann darin bestehen, dass die mechanische Schwingung mittels einer Frequenzmodulation in eine akustische Schwingung transformiert wird. Auch die sich bei einer solchen Transformation ergebenden unterschiedlichen Frequenzen der akustischen Schwingung lassen sich mit Hilfe des menschlichen Ohrs relativ problemlos und damit objektiv bewerten. Bei der Frequenzmodulation liegt zu jedem Zeitpunkt nur eine Frequenz vor.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen. Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellt.
Die einzige Zeichnung zeigt ein Kraftfahrzeug, an dem eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens angeordnet ist.
Ein Kraftfahrzeug 1 weist in an sich bekannter Weise ein nur schematisch angedeutetes Fahrwerk 2 auf, welches eine Vielzahl von Fahrwerkskomponenten aufweist, wie beispielsweise Räder, Stoßdämpfer, Lager, Bremsscheiben bzw. -anlagen oder ähnliches, die jedoch allesamt nicht dargestellt sind. In einem Innenraum 3 des Kraftfahrzeugs 1 befindet sich unter anderem ein Fahrersitz 4, an dem im vorliegenden Fall mehrere Sensoren 5 angebracht sind, die Teil einer Vorrichtung 6 zur Durchführung eines Verfahrens zur Analyse von Schwingungen an dem Kraftfahrzeug 1 sind.
Mit den Sensoren 5 werden über das Fahrwerk 2 in den Fahrersitz 4 eingeleitete, mechanische Schwingungen gemessen, deren Frequenz sich zum überwiegenden Teil in einem für das menschliche Ohr nicht hörbaren Frequenzbereich liegen bzw. die nur haptisch wahrnehmbar sind, da sie nicht mit einer Körperschallabstrahlung einhergehen. Alternativ oder zusätzlich könnten auch an anderen Punkten an dem Kraftfahrzeug 1 weitere Sensoren 5 vorgesehen sein, beispielsweise an einem Bremspedal 7, einem Lenkrad 8 oder an anderen Punkten. Als Punkte zur Anbringung weiterer Sensoren kommen auch die Fahrwerkskomponenten selbst in Frage.
Die mittels der Sensoren 5 gemessene Schwingung wird über geeignete Leitungen 9 an einen Computer 10 übertragen, in dem sie in eine im für das menschliche Ohr hörbaren Frequenzbereich liegende akustische Schwingung transformiert wird. Als für das menschliche Ohr hörbarer Frequenzbereich wird im Sinne der vorliegenden Patentanmeldung ein Frequenzbereich von 16 Hz bis 20.000 Hz angesehen. Zur Transformation der mechanischen Schwingung in die akustische Schwingung kann eine Amplitudenmodulation, eine Frequenzmodulation oder eine Frequenzverschiebung eingesetzt werden, wobei vorzugsweise ein in dem Computer 10 gespeichertes und gegebenenfalls für diesen Zweck geschaffenes Computerprogramm zur Durchführung der Transformation dient. Bei einer Frequenzverschiebung kann zusätzlich der Frequenzbereich der mittels der Frequenzverschiebung erzeugten akustischen Schwingung gedehnt oder gestaucht werden, um die Variationsbreite der Frequenz beeinflussen und dadurch möglicherweise eine bessere Wahrnehmung der Frequenzverläufe erreichen zu können.
Hierbei kann als mechanische Schwingung ein Beschleunigungssignal, ein Geschwindigkeitssignal, ein Wegsignal oder ein Kraftsignal verwendet werden. Ein Beispiel für das entstehen einer solchen mechanischen Schwingung ist das Rubbeln einer Bremsscheibe. Die mechanische Schwingung kann beispielsweise in einem Frequenzbereich von 1 bis 50 Hz liegen.
Der Computer 10 weist einen Lautsprecher 11 oder eine andere geeignete Einrichtung zur Wiedergabe von Audiodaten auf, so dass die aus der mechanischen Schwingung transformierte akustische Schwingung zu einer Person 12 weitergeleitet werden kann, die auf diese Weise in der Lage ist, die an den Sensoren 5 gemessene Schwingung im Hörversuch objektiv zu beurteilen. Selbstverständlich kann die akustische Schwingung auch als Audiodatei abgespeichert und an eine beliebige Anzahl von Personen, die dann durch Abspielen derselben mittels eines geeigneten Abspielgeräts die Schwingung beurteilen können, weitergegeben werden. Auf diese Weise lassen sich unterschiedliche Fahrzeuge oder auch Varianten von Fahrwerken hinsichtlich ihres Fahrkomforts in einfacher Weise beurteilen. Für eine besonders objektive Beurteilung der akustischen Schwingung hat sich ein Frequenzbereich von 200 bis 3.000 Hz als besonders vorteilhaft herausgestellt, wobei selbstverständlich auch in anderen Frequenzbereichen des mit dem menschlichen Ohr hörbaren Spektrums gearbeitet werden kann.
Durch die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführte Sonifikation wird eine Kanalisierung der Bewertung der Schwingungen ausschließlich auf ein Organ, nämlich das menschliche Ohr, erreicht, was der Person 12 eine deutlich einfachere und reproduzierbare Bewertung ermöglicht.
Um das akustische Signal zu verbessern, können vor der Transformation aus dem an dem Kraftfahrzeug 1 abgenommenen Signal im für das menschliche Ohr hörbaren Frequenzbereich liegende Schwingungen herausgefiltert werden.
Des weiteren kann die erzeugte Audiodatei nachbearbeitet werden, d. h. es ist beispielsweise möglich, nur den für die Bewertung des Fahrwerkszustands interessanten Teil der Datei zu speichern und zur Bewertung weiterzugeben.

Claims

Verfahren zur Analyse von Schwingungen an einem Kraftfahrzeug, insbesondere von Schwingungen einer Fahrwerkskomponente des Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass eine im für das menschliche Ohr nicht hörbaren Frequenzbereich liegende mechanische Schwingung an wenigstens einem Punkt an dem Kraftfahrzeug (1) abgenommen und in eine im für das menschliche Ohr hörbaren Frequenzbereich liegende akustische Schwingung transformiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Schwingung mittels einer Amplitudenmodulation in eine akustische Schwingung transformiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Schwingung mittels einer Frequenzmodulation in eine akustische Schwingung transformiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Schwingung mittels einer Frequenzverschiebung in eine akustische Schwingung transformiert wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzbereich der mittels der Frequenzverschiebung erzeugten akustischen Schwingung zusätzlich gedehnt oder gestaucht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Transformation mittels eines Computerprogramms durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als mechanische Schwingung ein Beschleunigungssignal verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als mechanische Schwingung ein Geschwindigkeitssignal verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als mechanische Schwingung ein Wegsignal verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als mechanische Schwingung ein Kraftsignal verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Transformation aus dem an dem Kraftfahrzeug (1) abgenommenen Signal im für das menschliche Ohr hörbaren Frequenzbereich liegende Schwingungen herausgefiltert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Schwingung in einem Frequenzbereich von 1–50 Hz liegt.