DE112006000099T5

DE112006000099T5 - Kriterien für eine kontinuierliche Rattergrenze für gefertigte Teile

Info

Publication number: DE112006000099T5
Application number: DE112006000099T
Authority: DE
Inventors: Ihab Lake Orion Hanna; Aleksandar West Bloomfield Filipovic; Jason Essexville Wiedyk; Bruce Brighton Tucker; Shane Hope Bremer
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2005-09-13
Filing date: 2006-09-12
Publication date: 2007-10-18
Anticipated expiration: 2026-09-13
Also published as: CN101495860B; DE112006000099B4; WO2007033217A3; WO2007033217A2; US7437935B2; US20070056372A1; CN101495860A

Abstract

Ratterabgrenzungssystem, das umfasst:
ein Messmodul, das Abtastungen von Welligkeiten in einem gefertigten Teil misst und erfasst;
ein Vergleichsmodul, das ein von den Welligkeiten erzeugtes akustisches Signal mit einer Lärmschwelle vergleicht und die Welligkeiten auf der Basis des akustischen Signals und der Lärmschwelle als laut oder leise einstuft;
ein Abgrenzungsmodul, das eine kontinuierliche Grenze zwischen den als laut eingestuften Welligkeiten und den als leise eingestuften Welligkeiten auf der Basis der Abtastungen festlegt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft gefertigte Teile und im Spezielleren die Festlegung einer Grenze, um ein Geräusch zu minimieren, das von Welligkeiten entlang einer Oberfläche der gefertigten Teile erzeugt werden.
Hintergrund der Erfindung
Die Herstellung von Nockenwellen führt oft zu kleinen Welligkeiten entlang von Nockenerhebungsoberflächen, was üblicherweise als Rattern bezeichnet wird. Während eines Motorbetriebs rollen und/oder gleiten Ventilstößelmechanismen entlang der Nockenerhebungsoberfläche und treffen auf die Oberflächenwelligkeiten. Welligkeiten mit einer bestimmten Amplitude und Frequenz können störende Pegel eines hörbaren Geräusches erzeugen, wenn die Ventilstößelmechanismen auf die Nockenerhebungsoberflächen treffen. Daher ist eine Begrenzung zwischen annehmbarem und unannehmbarem Geräuschpegel auf Grund der Welligkeiten erwünscht.
In einem Verfahren wird zum Definieren der Begrenzung eine maximale Amplitude der Welligkeiten unter Verwendung von stückweisen Schwellenwerten innerhalb diskreter Frequenzbereiche spezifiziert. Im Spezielleren werden mehrere Intervalle oder Bereiche (Bins) mit diskreten Frequenzbandbreiten erzeugt. Die Amplitude der Intervalle definiert die Grenze zwischen annehmbaren und unannehmbaren Geräuschpegeln. Hinweise aus Experimenten deuten jedoch darauf hin, dass die Grenze zwischen annehmbaren und unannehmbaren Geräuschpegeln keine diskrete Funktion ist. Daher kann die Amplitude des Bereiches oberhalb oder unterhalb der Grenze für einen Abschnitt der Bandbreite des Bereiches liegen. Somit können bestimmte Nockenerhebungen mit annehmbaren Welligkeiten verworfen werden, während bestimmte Nockenerhebungen mit unannehmbaren Welligkeiten verwendet werden können.
Hinweise aus Experimenten deuten jedoch darauf hin, dass die Grenze zwischen annehmbaren und unannehmbaren Geräuschpegeln keine diskrete Funktion ist. Daher kann die Amplitude des Bereiches oberhalb oder unterhalb der Grenze für einen Abschnitt der Bandbreite des Bereiches liegen. Somit können bestimmte Nockenerhebungen mit annehmbaren Welligkeiten verworfen werden, während bestimmte Nockenerhebungen mit unannehmbaren Welligkeiten verwendet werden können.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein Ratterabgrenzungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Messmodul, ein Vergleichsmodul und ein Abgrenzungsmodul. Das Messmodul misst und erfasst Abtastungen von Welligkeiten in einem gefertigten Teil. Das Vergleichsmodul stuft ein akustisches Signal, das durch die Welligkeiten erzeugt wird, entweder als laut oder als leise ein. Das Abgrenzungsmodul legt eine kontinuierliche Grenze zwischen den lauten und leisen Welligkeiten auf der Basis der Abtastungen und des akustischen Signals fest.
In weiteren Merkmalen umfasst das Ratterabgrenzungssystem ein Frequenzbereichsmodul, das mit dem Messmodul kommuniziert und das die Abtastungen in Frequenzbereichsabtastungen umwandelt. Das Abgrenzungsmodul trägt die als laut eingestuften Frequenzbereichsabtastungen gegen eine Frequenz der Welligkeiten auf. Das Abgrenzungsmodul trägt auch die als leise eingestuften Frequenzbereichsabtastungen gegen die Frequenz der Welligkeiten auf.
In noch weiteren Merkmalen passt das Abgrenzungsmodul eine Kurve zwischen den lauten und den leisen Welligkeiten an, um die kontinuierliche Grenze festzulegen. Das Abgrenzungsmodul passt die Kurve an, indem es einen minimalen Wert der Frequenzbereichsabtastungen für die Frequenz der lauten Welligkeiten verwendet.
Weitere Anwendungsbereiche der vorliegenden Erfindung werden aus der hierin nachfolgend bereitgestellten Beschreibung offensichtlich. Es sollte einzusehen sein, dass die detaillierte Beschreibung und spezielle Beispiele, während sie die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung angeben, nur Illustrationszwecken dienen sollen und den Umfang der Erfindung nicht einschränken sollen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird aus der detaillierten Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen besser verständlich, wobei:
1 eine perspektivische Darstellung eines Abschnitts eines Motors ist, die eine Einlass- und eine Auslassnockenwelle mit entsprechenden Nockenerhebungen, die einer Zylinderreihe und einer Kurbelwelle zugeordnet sind, veranschaulicht;
2 ein funktionelles Blockdiagramm eines Ratterabgrenzungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
3 ein Flussdiagramm von beispielhaften Schritten ist, die das Ratterabgrenzungssystem durchführt; und
4 eine beispielhafte grafische Darstellung ist, in der eine schnelle Fourier-Transformation von abgetasteten Welligkeiten von Nockenerhebungen gegen eine Frequenz der Welligkeiten aufgetragen ist.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Die nachfolgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform/en ist lediglich beispielhaft und soll die Erfindung, ihre Anwendung oder ihre Verwendungen in keiner Weise einschränken. Zum besseren Verständnis werden in den Zeichnungen dieselben Bezugsziffern verwendet, um ähnliche Elemente zu kennzeichnen. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „Modul" auf einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC), einen elektronischen Schaltkreis, einen Prozessor (geteilt, dediziert, oder eine Gruppe) und einen Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme, eine kombinierte Logikschaltung ausführt und/oder andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 1 ist eine perspektivische Darstellung eines Abschnitts eines Motors 10 gezeigt. Der Motor 10 umfasst einen Zylinderkopf 12, der eine Einlassnockenwelle 14 und eine Auslassnockenwelle 16 trägt, und einen Zylinderblock 18, der eine Kurbelwelle 20 trägt. Die Nockenwellen 14, 16 sind jeweils einer Zylinderreihe (nicht gezeigt) zugeordnet. Die Kurbelwelle 20 ist mit Kolben (nicht gezeigt) innerhalb der Zylinderreihe über Pleuelstangen (nicht gezeigt) verbunden. Die Kolben sind durch einen Verbrennungsprozess angetrieben, um eine An triebskraft bereitzustellen, die die Kurbelwelle 20 dreht. Ein Ritzel 12 ist für eine Drehung mit der Kurbelwelle 20 befestigt, und ist mit einem Einlassritzel 24 und einem Auslassritzel 26 über einen Riemen oder eine Kette verbunden. Das Einlassritzel 24 treibt die Einlassnockenwelle 14 an und das Auslassritzel 26 treibt die Auslassnockenwelle 16 an.
Die Einlassnockenwelle 14 umfasst Einlassnockenerhebungen 28, die jedem Zylinder zugeordnet sind. Jede Einlassnockenerhebung 28 ist mit einem entsprechenden Kipphebel (nicht gezeigt) gekoppelt, um eine Bewegung von Einlassventilen (nicht gezeigt) zu steuern und das Öffnen und Schließen von Einlasskanälen (nicht gezeigt) zu regeln. In ähnlicher Weise umfasst die Auslassnockenwelle 16 Auslassnockenerhebungen 30, die jedem Zylinder zugeordnet sind. Jede Auslassnockenerhebung 30 ist mit einem entsprechenden Kipphebel (nicht gezeigt) gekoppelt, um eine Bewegung von Auslassventilen (nicht gezeigt) zu steuern und das Öffnen und Schließen von Auslasskanälen zu regeln.
Während eines Betriebes des Motors 10 rollen und/oder gleiten die Kipphebel entlang einer Oberfläche der Nockenerhebungen 28, 30. Welligkeiten entlang der Oberfläche der Nockenerhebungen 28, 30, die oft während einer Fertigung erzeugt werden, können störende Pegel eines hörbaren Geräusches erzeugen, wenn der Kipphebel auf die Oberfläche der Nockenerhebungen 28, 30 trifft.
Um eine Grenze zwischen Nockenerhebungen 28, 30, die störende Geräuschpegel erzeugen, festzulegen, wird bevorzugt, mehrere Testnockenerhebungen (nicht gezeigt) mit beabsichtigten Welligkeiten zu erzeugen, von denen man annimmt, dass sie störende Geräuschpegel induzieren. Jede Testnockenerhebung ist mit Welligkeiten erzeugt, die eine eindeutige Amplitude und Frequenz aufweisen, und von denen vermutet wird, dass sie ein Geräusch induzieren, das geringfügig oberhalb und/oder unterhalb einer vermuteten Lärmschwelle liegt. Die Welligkeiten der Testnockenerhebungen werden gemessen und dann im Hinblick auf ein Rattern in dem Motor 10 getestet. Die Testnockenerhebungen, die einen störenden Geräuschpegel erzeugen, werden als laut eingestuft und die übrigen Testnockenerhebungen werden als leise eingestuft. Obwohl zu Illustrationszwecken hierin Nockenerhebungen 28, 30 verwendet werden, kann angemerkt werden, dass jedes beliebige gefertigte Teil mit Welligkeiten, die einen störenden Geräuschpegel induzieren können, in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden können.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 2 ist ein Ratterabgrenzungssystem 100 gezeigt. Das Ratterabgrenzungssystem 100 legt fest, wenn eine Amplitude und Frequenz der Welligkeit einen unannehmbaren Geräuschpegel verursachen kann und erzeugt eine Grenze zwischen lauten und leisen Nockenerhebungen. Das Ratterabgrenzungssystem 100 umfasst ein Messmodul 102, ein Frequenzbereichsmodul 104, ein Vergleichsmodul 106 und ein Abgrenzungsmodul 108.
Das Messmodul 102 misst und erfasst Abtastungen der Amplitude und Frequenz von Welligkeiten entlang der Oberfläche der Nockenerhebungen 28, 30. Das Frequenzbereichsmodul 104 kommuniziert mit dem Messmodul 102 und wandelt die Abtastungen in Frequenzbereichsabtastungen um. Im Spezielleren berechnet das Frequenzbereichsmodul 104 eine Schnelle Fourier-Transformation (FFT) der Abtastungen. Wie allgemein im Stand der Technik bekannt, ist eine FFT ein effizientes Verfahren zum Berechnen einer Diskreten Fourier-Transformation (DFT). Daher kann das Frequenzbereichsmodul 104 eine DFT der Abtastungen in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung berechnen.
Das Vergleichsmodul 106 kommuniziert mit einer Geräuschpegeldatenbank 110 und einem Mikrophon 112. Die Geräuschpegeldatenbank 110 enthält eine Lärmschwelle, die experimentell als ein maximaler annehmbarer Geräuschpegel festgelegt wird. Das Mikrophon 112 erfasst ein Geräusch, das erzeugt wird, wenn die Kipphebel auf die Nockenerhebungen 28, 30 treffen, und erzeugt ein akustisches Signal. Das Vergleichsmodul 106 vergleicht das akustische Signal mit der Geräuschpegelschwelle und stuft das akustische Signal als laut oder leise ein.
Das Abgrenzungsmodul 108 kommuniziert mit dem Frequenzbereichsmodul 104 und dem Vergleichsmodul 106. Das Abgrenzungsmodul 108 legt eine Grenze fest, die eine Unterscheidung zwischen annehmbaren und unannehmbaren Geräuschpegeln auf der Basis der FFT und der Einstufung der Abtastungen als laut und leise definiert. Die Grenze, die hierin in weiterem Detail erläutert wird, ist eine kontinuierliche Grenze auf der Basis der Amplitude und Frequenz der Abtastungen.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 3 führt das Ratterabgrenzungssystem 100 Schritte aus, allgemein bei 200 bezeichnet, um die Grenze festzulegen. Der Prozess beginnt bei Schritt 202, wenn ein Benutzer wünscht, die Grenze zwischen annehmbaren und unannehmbaren Geräuschpegeln zu erzeugen. In Schritt 204 misst und sammelt das Messmodul 102 Abtastungen von Welligkeiten entlang der Oberfläche der Nockenerhebungen 28, 30. In Schritt 206 berechnet das Frequenzbereichsmodul 104 die FFT der Abtastungen. In Schritt 208 wird das Mikrophon 112 verwendet, um das durch die Nockenerhebungen 28, 30 erzeugte Geräusch zu erfassen. In Schritt 212 vergleicht das Vergleichsmodul 106 das von dem Mikrophon 112 erzeugte akustische Signal mit der Lärmschwelle in der Geräuschpegeldatenbank 110. Wenn das Vergleichsmodul 106 feststellt, dass das akustische Signal größer als die Lärmschwelle ist, wird das akustische Signal in Schritt 214 als laut eingestuft. Wenn das Vergleichsmodul 106 feststellt, dass das akustische Signal nicht größer als die Lärmschwelle ist, wird das akustische Signal in Schritt 216 als leise eingestuft. Das Abgrenzungsmodul 108 empfängt die Laut- und Leise-Daten und legt in Schritt 218 die Grenze fest. Der Prozess endet in Schritt 220.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 4 ist eine Auftragung einer FFT-Amplitude gegen eine Frequenz gezeigt. Das Abgrenzungsmodul 108 erzeugt die Grenze auf der Basis der FFT und der Einstufung des akustischen Signals. Wie veranschaulicht, stellen die dunklen Datenpunkte laute Abtastungen dar und die hellen Datenpunkte stellen leise Abtastungen dar. Die Grenze, die kontinuierlich ist, erscheint zwischen den lauten und leisen Datenpunkten. Das Abgrenzungsmodul 108 wählt die lauten Abtastungen mit der niedrigsten Amplitude für jede Frequenz aus und erzeugt eine kontinuierliche Grenze f(ω) auf der Basis der ausgewählten lauten Abtastungen. In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine exponentielle Funktion verwendet, um eine glatte Kurve zu erzeugen, die durch die (oder in der Nähe der) ausgewählten Abtastungen verläuft. Die exponentielle Funktion kann die Form f(ω) = C₁ωC₂ besitzen, wobei f(ω) die kontinuierliche Grenze ist, ω die Ratterfrequenz ist und C₁ und C₂ Konstanten sind, die zum Anpassen der Kurve festgelegt sind.
Der Fachmann wird nun aus der vorhergehenden Beschreibung einsehen, dass die umfassende Lehre der vorliegenden Erfindung in einer Vielfalt von Formen ausgeführt werden kann. Daher soll, während die Erfindung in Verbindung mit speziellen Beispielen davon beschrieben wurde, der wahre Umfang der Erfindung nicht in dieser Weise begrenzt sein, da für den praktischen Fachmann nach einem Studium der Zeichnungen, der Beschreibung und der nachfolgenden Ansprüche weitere Abwandlungen offensichtlich werden.
Zusammenfassung
Ein Ratterabgrenzungssystem umfasst ein Messmodul, ein Vergleichsmodul, und ein Abgrenzungsmodul. Das Messmodul misst und erfasst Abtastungen von Welligkeiten in einem gefertigten Teil. Das Vergleichsmodul stuft ein akustisches Signal, das durch die Welligkeiten erzeugt wird, entweder als laut oder als leise ein. Das Abgrenzungsmodul legt eine kontinuierliche Grenze zwischen den lauten und leisen Welligkeiten auf der Basis der Abtastungen und des akustischen Signals fest.

Claims

Ratterabgrenzungssystem, das umfasst: ein Messmodul, das Abtastungen von Welligkeiten in einem gefertigten Teil misst und erfasst; ein Vergleichsmodul, das ein von den Welligkeiten erzeugtes akustisches Signal mit einer Lärmschwelle vergleicht und die Welligkeiten auf der Basis des akustischen Signals und der Lärmschwelle als laut oder leise einstuft; ein Abgrenzungsmodul, das eine kontinuierliche Grenze zwischen den als laut eingestuften Welligkeiten und den als leise eingestuften Welligkeiten auf der Basis der Abtastungen festlegt.
Ratterabgrenzungssystem nach Anspruch 1, wobei: die Welligkeiten als laut eingestuft werden, wenn das akustische Signal die Lärmschwelle überschreitet; und die Welligkeiten als leise eingestuft werden, wenn das akustische Signal die Lärmschwelle nicht überschreitet.
Ratterabgrenzungssystem nach Anspruch 2, ferner umfassend ein Frequenzbereichsmodul, das mit dem Messmodul kommuniziert und das die Abtastungen in Frequenzbereichsabtastungen umwandelt.
Ratterabgrenzungssystem nach Anspruch 3, wobei das Abgrenzungsmodul die Frequenzbereichsabtastungen, die als laut eingestufte Welligkeiten aufweisen, gegen eine Frequenz der Welligkeiten aufträgt.
Ratterabgrenzungssystem nach Anspruch 4, wobei das Abgrenzungsmodul die Frequenzbereichsabtastungen, die als leise eingestufte Welligkeiten aufweisen, gegen die Frequenz der Welligkeiten aufträgt.
Ratterabgrenzungssystem nach Anspruch 5, wobei das Abgrenzungsmodul eine Kurve zwischen den als laut eingestuften Welligkeiten und den als leise eingestuften Welligkeiten anpasst, um die kontinuierliche Grenze festzulegen.
Ratterabgrenzungssystem nach Anspruch 6, wobei das Abgrenzungsmodul die Kurve anpasst, indem es einen minimalen Wert der Frequenzbereichsabtastungen für die Frequenz der als laut eingestuften Welligkeiten verwendet.
Ratterabgrenzungssystem nach Anspruch 7, wobei die Kurve eine exponentielle ist.
Ratterabgrenzungssystem nach Anspruch 7, wobei das Frequenzbereichsmodul die Abtastungen unter Verwendung einer schnellen Fourier-Transformation in die Frequenzbereichsabtastungen umwandelt.
Ratterabgrenzungssystem nach Anspruch 7, wobei das Frequenzbereichsmodul die Abtastungen unter Verwendung einer Diskreten Fourier-Transformation in die Frequenzbereichsabtastungen umwandelt.
Verfahren zum Festlegen einer Rattergrenze, umfassend die Schritte, dass: Abtastungen von Welligkeiten in einem gefertigten Teil gemessen und erfasst werden; ein von den Welligkeiten erzeugtes akustisches Signal mit einer Lärmschwelle verglichen wird; die Welligkeiten auf der Basis des akustischen Signals und der Lärmschwelle als laut oder leise eingestuft werden; und eine kontinuierliche Grenze zwischen den als laut eingestuften Welligkeiten und den als leise eingestuften Welligkeiten auf der Basis der Abtastungen festgelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei: die Welligkeiten als laut eingestuft werden, wenn das akustische Signal die Lärmschwelle überschreitet; und die Welligkeiten als leise eingestuft werden, wenn das akustische Signal die Lärmschwelle nicht überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 12, ferner umfassend den Schritt, dass die Abtastungen in Frequenzbereichsabtastungen umgewandelt werden.
Verfahren nach Anspruch 13, ferner umfassend den Schritt, dass die Frequenzbereichsabtastungen, die als laut eingestufte Welligkeiten aufweisen, gegen eine Frequenz der Welligkeiten aufgetragen werden.
Verfahren nach Anspruch 14, ferner umfassend den Schritt, dass die Frequenzbereichsabtastungen, die als leise eingestufte Welligkeiten aufweisen, gegen die Frequenz der Welligkeiten aufgetragen werden.
Verfahren nach Anspruch 15, ferner umfassend den Schritt, dass eine Kurve zwischen den als laut eingestuften Welligkeiten und den als leise eingestuften Welligkeiten angepasst wird, um die kontinuierliche Grenze festzulegen.
Verfahren nach Anspruch 16, ferner umfassend den Schritt, dass die Kurve angepasst wird, indem ein minimaler Wert der Frequenzbereichsabtastungen für die Frequenz der als laut eingestuften Welligkeiten verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Kurve eine exponentielle ist.
Verfahren nach Anspruch 17, ferner umfassend den Schritt, dass die Abtastungen unter Verwendung einer schnellen Fourier-Transformation in die Frequenzbereichsabtastungen umgewandelt werden.
Verfahren nach Anspruch 17, ferner umfassend den Schritt, dass die Abtastungen unter Verwendung einer Diskreten Fourier- Transformation in die Frequenzbereichsabtastungen umgewandelt werden.