DE19610827A1

DE19610827A1 - Vorrichtung zum Bewerten von Zahnradgeräuschen, insbesondere in Getrieben

Info

Publication number: DE19610827A1
Application number: DE19610827A
Authority: DE
Inventors: Yoshiki Kawasaki; Masahiko Karube; Tatsuhiko Nishioka
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 1996-02-29
Filing date: 1996-03-19
Publication date: 1997-09-25
Also published as: US5574646A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bewerten von Zahnradgeräuschen, insbesondere in Getrieben, mit einem Tachometer zum Messen der Rotationsgeschwindigkeit einer Welle, der ein Zahnrad zugeordnet ist, mit einem Mikrofon zum Messen von von dem Zahnrad verursachten Geräuschen, mit einem FFT-Analysator (FFT: Fast Fourier Transform, schnelle Fourier-Transformation), der als Eingangssignale wiederholt die von dem Tachometer gemessene Rotationsgeschwindigkeit und die von dem Mikrofon gemessenen Geräusche erhält und der abhängig von der Rotationsgeschwindigkeit und für eine gegebene Zahnradstellung als Ausgangssignal einen Schal druckwert bereitstellt, und mit einem Bedienungsfeld zur Anzeige der Rotationsgeschwindigkeit und zur Änderung der Rotationsgeschwindigkeit durch eine bewertende Bedienper son

Es ist bekannt, Zahnradgeräusche, insbesondere von Kraft fahrzeuggetrieben, über die Sinneswahrnehmung zu bewerten. Derartige Bewertungen über die Sinneswahrnehmung werden von Personen durchgeführt, die speziell hierfür ausgebildet sind. Dabei stuft die bewertende Person das von ihr ver nommene Geräusch der Getriebezahnräder ein und ordnet ihm eine der Bewertung entsprechende Note oder Punktzahl zu. Ein Beispiel einer derartigen Bewertung über die Sinnes wahrnehmung ist in der Tabelle 1 wiedergegeben.

TABELLE 1

BEISPIEL EINER SINNESWAHRNEHMUNGSBEWERTUNG VON ZAHNRADGERÄUSCHEN

So werden entsprechend dem Beispiel der Tabelle 1 Zahnrad geräusche, die selbst ein hervorragend ausgebildeter Prüfer nicht hören kann, mit 10 Punkten bewertet. Zahnradgeräu sche, die von allen Kunden erkannt werden und als störende Geräusche eingeordnet werden, werden mit 5 Punkten bewer tet. Ein Getriebe, dessen Zahnradgeräusche mit 5 Punkten oder besser bewertet werden, wird für den Verkauf freigege ben.

Eine derartige Bewertung über die Sinneswahrnehmung durch einen sehr gut ausgebildeten Prüfer kann für jede Zahnrad stellung, also jede Stufe oder jeden Gang des Getriebes, durchgeführt werden.

Auf der anderen Seite werden solche Zahnradgeräusche, die von allen Kunden als laut und lärmend eingestuft werden, mit 4 Punkten bewertet, und Zahnradgeräusche, die erzeugt werden, wenn das Zahnrad nicht mehr betriebsfähig ist, werden mit 1 Punkt bewertet.

Eine derartige Bewertung von Zahnradgeräuschen über die Sinneswahrnehmung des Menschen unterliegt keiner objektiven Nachprüfbarkeit und ist auch nur schlecht reproduzierbar.

Um die Reproduzierbarkeit zu verbessern und möglichst ob jektive Bewertungen bereitzustellen, ist es bekannt, eine relative Bewertung unter Verwendung eines Gerätes wie einem FFT-Analysator (FFT: Fast Fourier Transform, schnelle Fou rier-Transformation), d. h. eines Frequenz-Analysators durchzuführen. Eine Vorrichtung zum Durchführen einer der artigen relativen Bewertung unter Verwendung eines Analysa tors ist in Fig. 7 dargestellt.

Fig. 7 zeigt ein Getriebe 1, das mit einer Antriebswelle 2 und einer Abtriebswelle 3 verbunden ist. Die Antriebswelle 2 ist mit einem (nicht dargestellten) Motor verbunden, und die Abtriebswelle 3 ist mit (nicht dargestellten) Rädern eines Kraftfahrzeugs verbunden. Zum Feststellen und Messen der Rotationsgeschwindigkeit der Abtriebswelle 3 oder der Antriebswelle 2 ist ein geeigneter Sensor oder ein Tachome ter 4 vorgesehen. Des weiteren ist ein Mikrofon 5 vorgese hen, um die von dem Getriebe 1 verursachten Zahnradgeräu sche aufzunehmen und zu messen.

Die Ausgabesignale des Tachometers 4 und des Mikrofons 5 werden an einen FFT-Analysator 6 weitergeleitet, der einen Anzeigeschirm umfaßt, auf dem Schalldrücke von Zahnradge räuschen für jede Zahnradstellung sowie des Gesamtgeräu sches in Abhängigkeit der Rotationsgeschwindigkeit darge stellt werden (vgl. Fig. 8). Der Anzeigeschirm zeigt eine Kennlinie von Schalldrücken in Abhängigkeit von der Rota tionsgeschwindigkeit bei der Haupteingriffsfrequenz.

Das Ausgabesignal des Tachometers 4 wird auch an ein Bedie nungsfeld 7 gegeben, so daß eine Bedienperson 8, die vor dem Bedienungsfeld 7 sitzt, die Rotationsgeschwindigkeit der Abtriebswelle 3 verfolgen kann. Insbesondere ist es nicht notwendig, daß die Bedienperson 8 ein ausgebildeter Sinneswahrnehmungsprüfer ist, der eine Bewertung durch führt, wie sie in Tabelle 1 wiedergegeben ist.

Während die Bedienperson 8 über ein entsprechendes Instru ment in dem Bedienungsfeld 7 die durch das Ausgabesignal des Tachometers 4 wiedergegebene Rotationsgeschwindigkeit der Abtriebswelle 3 beobachtet, erhöht sie die Rotations geschwindigkeit in Schritten von beispielsweise 100 U/min, wie es in Fig. 8 dargestellt ist. Jedesmal, wenn die Rota tionsgeschwindigkeit manuell erhöht wird, empfängt der FFT-Analysator 6 als Eingangssignal die von dem Tachometer 4 festgestellte Rotationsgeschwindigkeit und die über das Mikrofon 5 aufgenommenen Zahnradgeräusche.

Auf der Basis dieser Eingangssignale zeigt der FFT-Analysa tor 6 eine Frequenzanalyse für ein Zahnradgeräusch (Schall druck) für jeden Eingriffsgrad bei zunehmender Rotations geschwindigkeit an (vgl. Fig. 8). Auf der Grundlage dieser Frequenzanalyse wiederum stuft die Bedienperson 8 abhängig von dem Wellenmuster das Zahnradgeräusch ein. Beispiels weise ist das Zahnradgeräusch als groß einzustufen, wenn die Differenz zwischen dem Schalldruck und dem Gesamtge räusch und den anderen Zahnradgeräuschen klein ist.

Somit ist auch die gerätegestützte, relative Geräuschbewer tung, wie sie am Beispiel des in den Fig. 7 und 8 darge stellten Standes der Technik erläutert wurde, nicht voll kommen objektiv und akkurat, da die Bewertung letztendlich wieder von einer menschlichen Bedienperson vorgenommen wird. Diese Bewertungsmethode ist somit ebenso wie die auf reiner Sinneswahrnehmung beruhende Bewertungsmethode nicht beliebig reproduzierbar. Auch liegt keine Korrelation zwi schen einer wie in Fig. 7 dargestellten Bewertung in einem Labor und entsprechenden Geräuschmessungen vor, die tat sächlich in einem Kraftfahrzeug vorgenommen werden. Vor allem bei in Kraftfahrzeugen vorgenommenen Messungen werden von dem Mikrofon alle möglichen zusätzlichen Geräusche aufgenommen, was die Korrelation mit der Labormessung, die unter deutlich anderen Randbedingungen durchgeführt wird, stark beeinträchtigt und diese Bewertungsmethode unprakti kabel macht.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Bewerten von Zahnradgeräuschen bereit zustellen, mit der eine möglichst objektive und insbesonde re reproduzierbare Bewertung von Zahnradgeräuschen, ins besondere von Getriebegeräuschen, möglich ist. Des weiteren soll die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bewerten von Zahnradgeräuschen gleichermaßen im Labor sowie vor Ort, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, einsetzbar sein und dabei gut korrelierende Bewertungsergebnisse liefern.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß eine Vor richtung zum Bewerten von Zahnradgeräuschen, insbesondere in Getrieben, vorgeschlagen, mit einem Tachometer zum Mes sen der Rotationsgeschwindigkeit einer Welle, der ein Zahn rad zugeordnet ist, mit einem Mikrofon zum Messen von von dem Zahnrad verursachten Geräuschen, mit einem FFT-Analysa tor, der als Eingabesignale wiederholt die von dem Tachome ter gemessene Rotationsgeschwindigkeit und die von dem Mikrofon gemessenen Geräusche erhält und der abhängig von der Rotationsgeschwindigkeit und für eine gegebene Zahnrad stellung als Ausgabesignal einen Schalldruckwert bereit stellt und mit einem Bedienungsfeld zur Anzeige der Rota tionsgeschwindigkeit und zur Änderung der Rotationsge schwindigkeit durch eine bewertende Bedienperson, wobei eine eine bewertende Bedienperson, wobei eine Operations einheit vorgesehen ist, die unter Vorgabe von Sinneswahr nehmungsbewertungswerten durch die bewertende Bedienperson für eine gegebene Rotationsgeschwindigkeit durch Anglei chungsoperationen zwischen dem jeweiligen vorgegebenen Wert und den ermittelten Schalldruckwert einen oder mehrere interne Parameter berechnet, die eine Grundlage zum automa tischen Bestimmen von Geräuschbewertungswerten sind.

In der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Bewerten von Zahn radgeräuschen empfängt der FFT-Analysator als Eingangssi gnale nach wie vor ständig die von dem Tachometer gemessene Rotationsgeschwindigkeit sowie die von dem Mikrofon aufge nommenen Zahnradgeräusche. Als Ausgangssignal stellt der FFT-Analysator in Abhängigkeit von der Rotationsgeschwin digkeit und für eine vorgegebene Zahnradstellung einen Schalldruckwert bereit. Im Unterschied zu der bekannten Vorrichtung zum Bewerten von Zahnradgeräuschen gibt die bewertende Bedienperson bei einer Änderung der Rotations geschwindigkeit der Welle über das Bedienungsfeld gleich zeitig einen Sinneswahrnehmungsbewertungswert ein. Dieser Sinneswahrnehmungsbewertungswert ist ein über die Sinnes wahrnehmung gewonnener Bewertungswert hoher Genauigkeit und dient als Referenzsignal oder Lehrsignal für jeweilige Rotationsgeschwindigkeiten. Der Sinneswahrnehmungsbewer tungswert wird beispielsweise von einer in diesem Bereich sehr gut ausgebildeten Person oder als Mittelwert von Be wertungswerten mehrerer ausgebildeter Prüfer bereitge stellt. Die Operationseinheit ist dazu ausgelegt, daß sie aufbauend auf den Ausgangssignalen des FFT-Analysators und den Eingaben der bewertenden Bedienperson Angleichungsope rationen vorzunehmen, indem der ermittelte Schalldruckwert mittels einem oder mehrerer interner, zu berechnender Para meter dem vorgegebenen Sinneswahrnehmungsbewertungswert angeglichen wird. Die derart berechneten Parameter werden von der Operationseinheit gespeichert und bilden die Grund lage zum automatischen Bestimmen von Geräuschbewertungs werten durch die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bewerten von Zahnradgeräuschen. Vorteilhafterweise werden die inter nen Parameter für eine gegebene Rotationsgeschwindigkeit über eine Vielzahl von Sinneswahrnehmungsbewertungswerten berechnet, wodurch die Genauigkeit des erfindungsgemäßen Systems erhöht wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bewerten von Zahnradgeräuschen "lernt" somit auf der Grund lage des als Lehrsignals dienenden Sinneswahrnehmungsbewer tungswertes, wie einem von dem FFT-Analysator ermittelter Schalldruckwert ein Geräuschbewertungswert zugeordnet wird. Diese einmal gelernten internen Parameter merkt sich das erfindungsgemäße System, so daß eine Reproduzierbarkeit des Bewertungsvorgangs gegeben ist. Die erfindungsgemäße Vor richtung zum Bewerten von Zahnradgeräuschen ist in der Lage, unabhängig von ihrem Einsatzort die entsprechenden internen Parameter zu berechnen und zu lernen, so daß eine Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowohl im Labor als auch vor Ort, beispielsweise in einem Kraftfahr zeug, möglich ist.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfaßt die Operationseinheit einen Neuro-Computer, der lernt, den ermittelten Schalldruckwert dem vorgegebenen Sinneswahr nehmungsbewertungswert anzugleichen, bis die Differenz zwischen dem Schalldruckwert und dem Sinneswahrnehmungs bewertungswert innerhalb eines zugelassenen Fehlerbereichs liegt, und der als internen Parameter einen Funktionswert bestimmt. Ein Neuro-Computer ist besonders zum Einsatz in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Bewerten von Zahn radgeräuschen geeignet, da er in der Lage ist, in dem Neu ro-Computer verwendete Parameter bzw. Gewichtungskoeffi zienten automatisch derart zu modifizieren, daß ein von einem Eingangssignal abhängiges Ausgangssignal bereitge stellt wird, das einem Lehrsignal (Referenzsignal) angegli chen ist und innerhalb eines zugelassenen Fehlerbereichs mit diesem übereinstimmt. Insbesondere ist der Neuro-Compu ter in der Lage, anders als der FFT-Analysator nicht nur eine Analyse zwischen Frequenz und Schalldruck vorzunehmen, sondern auch als weiteres Schallelement den Ton bzw. Klang des Geräusches berücksichtigen, wobei der Ton bzw. Klang seine Grundlage in der Kombination von spektralen Intensi täten und abgeschwächten Spektralwerten eines Geräusches mit mehreren Frequenzkomponenten hat. Mittels eines Neuro- Computers oder neuronalen Netzwerkes kann erfindungsgemäß eine computerisierte "Sinneswahrnehmungsbewertung" durch geführt werden, in der automatisch die Kombination und die Dämpfung von Frequenzkomponenten ermittelt und bewertet wird. Der Neuro-Computer "lernt" somit einen Funktionswert (Parameter) des neuronalen Netzwerkes aufgrund einer vor gegebenen Anzahl von eingegebenen Sinneswahrnehmungsbewer tungswerten, wobei der gelernte Funktionswert dazu geeignet ist, den von dem FFT-Analysator ermittelten Schalldruckwert dem Sinneswahrnehmungsbewertungswert bis in den Bereich eines zugelassenen Fehlerbereichs anzugleichen. Der Lern vorgang des Neuro-Computers endet, wenn die Differenz zwi schen dem Schalldruckwert und dem Sinneswahrnehmungsbewer tungswert innerhalb dieses zugelassenen Fehlerbereichs liegt, woraufhin der Funktionswert abgespeichert wird. Wird dann die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bewerten von Zahnradgeräuschen zusammen mit dem Neuro-Computer und des sen gelerntem Funktionswert zu einer tatsächlichen Bewer tung von Zahnradgeräuschen verwendet, werden die Ausgangs signale des Mikrofons und des Tachometers über den FFT-Analysator als Schalldruckwerte für jeweilige Rotations geschwindigkeiten an den Neuro-Computer gegeben, der ent sprechend seines gelernten und abgespeicherten Funktions werts einen Geräuschbewertungswert automatisch ermittelt und bereitstellt.

In anderer Ausgestaltung der Erfindung umfaßt die Opera tionseinheit einen Umwandler und eine Recheneinheit, wobei der Umwandler die Frequenz der von dem Tachometer gemesse nen Rotationsgeschwindigkeit in eine Vielzahl von Seiten bandfrequenzen umwandelt, wobei der FFT-Analysator als Ausgangssignal abhängig von den Seitenbandfrequenzen des Umwandlers Seitenbandschalldruckwerte ausgibt und wobei die Recheneinheit wiederholt die Seitenbandschalldruckwerte empfängt, den Mittelwert der von den Seitenbandschalldruck werten unterschiedlichen Schalldruckwerte bestimmt und Operationen durchführt, die der geänderten Frequenz der Rotationsgeschwindigkeit entsprechen, so daß die Quadrat wurzel der Summe der quadrierten und mit einem Koeffizien ten multiplizierten Differenzen zwischen dem jeweiligen Seitenbandschalldruckwert und dem Schalldruckmittelwert dem Sinneswahrnehmungsbewertungswert entspricht und die anhand von Simultangleichungen ermittelten Koeffizienten die in ternen Parameter darstellen.

Somit wird erfindungsgemäß die von dem Tachometer bereitge stellte Rotationsgeschwindigkeit der Welle von dem Umwand ler in eine Vielzahl von Seitenbandfrequenzen umgewandelt, die dann zusammen mit dem von dem Mikrofon aufgenommenen Zahnradgeräusch an den FFT-Analysator gegeben werden. Der FFT-Analysator stellt als Eingangssignale für die Rechen einheit Schalldruckwerte bereit, die jeweils den entspre chenden Seitenbandfrequenzen entsprechen. Die Recheneinheit berechnet den Mittelwert der Schalldruckwerte, berechnet das Quadrat der Abweichung zwischen dem jeweiligen Seiten bandschalldruckwert und dem Mittelwert und bildet die Qua dratwurzel aus der Summe dieser mit einem Koeffizienten multiplizierten Werte. Diese Berechnungen werden von der Recheneinheit für jede über das Bedienungsfeld geänderte Rotationsgeschwindigkeit so oft durchgeführt, bis die Qua dratwurzel dem über das Bedienungsfeld eingegebenen Sinnes wahrnehmungsbewertungswert entspricht und ermittelt anhand von Simultangleichungen, beispielsweise dem Verfahren der Lagrange-Faktoren, den vorstehend benannten Koeffizienten als internen Parameter. Auf der Grundlage des oder der ermittelten Koeffizienten kann die Recheneinheit bei einer tatsächlichen Bewertung von Zahnradgeräuschen durch die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Geräuschbewertungswert bereitstellen, indem sie die Seitenbandschalldruckwerte des FFT-Analysators mittelt, die Differenz zwischen dem Mittel wert und dem jeweiligen Seitenbandschalldruckwert quadriert und mit dem oder den obigen Koeffizienten multipliziert und aus der Gesamtsumme die Quadratwurzel bildet. Der sich aus dieser Rechenoperation ergebende Wert ist der Geräuschbe wertungswert wie er von der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgegeben wird.

In Ausgestaltung der Erfindung umfaßt die Operationseinheit einen Anzeigeschirm zum Anzeigen des anhand des oder der internen Parameter ermittelten Geräuschbewertungswertes.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist ein digi tales Aufnahmemittel vorgesehen mit einem Aufnahmemedium zum Aufnehmen der Meßsignale des Tachometers für die Rota tionsgeschwindigkeit und des Mikrofons für die Zahnradge räusche sowie Mittel zum Abtasten der auf dem Aufnahmemedi um gespeicherten Daten und zum Bereitstellen der abgetaste ten Daten an den FFT-Analysator. Durch ein derartiges di gitales Aufnahmemittel, beispielweise einen DAT-Rekorder (DAT: Digial Audio Tape), können die entsprechenden Meßwer te vor Ort, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, aufge zeichnet werden, um anschließend in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Bewerten von Zahnradgeräuschen durch Ab tasten der gespeicherten Daten und Bereitstellen dieser Daten an den FFT-Analysator weiterverwendet zu werden.

Die Erfindung ist anhand zweier Ausführungsbeispiele in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden unter Bezug nahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung ein Schaubild eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfin dungsgemäßen Vorrichtung zum Bewerten von Zahn radgeräuschen;

Fig. 2 zeigt ein Schaubild zur Erläuterung der Funk tionsweise eines in der erfindungsgemäßen Vor richtung der Fig. 1 verwendeten Neuro-Computers;

Fig. 3 zeigt als Schaubild die Verwendung einer erfin dungsgemäßen Vorrichtung zum Bewerten von Zahn radgeräuschen in einem Kraftfahrzeug;

Fig. 4 zeigt in schematischer Darstellung ein Schaubild eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfin dungsgemäßen Vorrichtung zum Bewerten von Zahn radgeräuschen;

Fig. 5 zeigt ein Diagramm eines Bewertungsergebnisses einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Bewerten von Zahnradgeräuschen unter Verwendung eines Neu ro-Computers;

Fig. 6 zeigt ein Diagramm eines weiteren Bewertungser gebnisses einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Bewerten von Zahnradgeräuschen unter Verwendung eines Neuro-Computers;

Fig. 7 zeigt als schematisches Schaubild einer zum Stand der Technik gehörende Vorrichtung zum Bewerten von Zahnradgeräuschen; und

Fig. 8 zeigt ein Diagramm von Ausgangssignalen eines FFT-Analysators in Abhängigkeit der Rotationsge schwindigkeit für verschiedene Zahnradstellungen.

Das Schaubild der Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vor richtung zum Bewerten von Zahnradgeräuschen eines Getriebes 1. Das Getriebe 1 ist über eine Antriebswelle 2 mit einem (nicht dargestellten) Motor und über eine Abtriebswelle 3 mit (nicht dargestellten) Rädern eines Kraftfahrzeugs ver bunden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt einen Ta chometer 4 zum Messen der Rotationsgeschwindigkeit der Abtriebswelle 3 sowie ein Mikrofon 5 zum Messen von Geräu schen, die von dem oder den Zahnrädern in dem Getriebe 1 verursacht werden. Des weiteren umfaßt die erfindungsgemäße Vorrichtung einen FFT-Analysator 6, der als Eingangssignale die von dem Tachometer 4 gemessene Rotationsgeschwindigkeit und die von dem Mikrofon 5 gemessenen Geräusche erhält. Als Ausgangssignal stellt der FFT-Analysator 6 einen Schall druckwert A bereit, der in einen Neuro-Computer 9 eingege ben wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt des weiteren ein Bedienungsfeld 7, das einer bewertenden Bedienperson 8 unter anderem die gemessene Rotationsgeschwindigkeit an zeigt und darüberhinaus der bewertenden Bedienperson 8 gestattet, eine Änderung der Rotationsgeschwindigkeit vor zunehmen. Des weiteren gibt die bewertende Bedienperson 8 über das Bedienungsfeld 7 einen Sinneswahrnehmungsbewer tungswert E ein, der als weiteres Eingangssignal für den Neuro-Computer 9 dient. Der Sinneswahrnehmungsbewertungs wert E stellt dabei ein Lehrsignal für den Neuro-Computer 9 dar.

Im Betrieb der dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Bewerten von Zahnradgeräuschen nimmt der FFT-Analysator 6 eine Frequenzanalyse der gemessenen Rotationsgeschwindig keiten und Zahnradgeräusche vor und gibt diese als Schall druckwerte A an den Neuro-Computer 9. Die Analyse des FFT-Analysators 6 erfolgt für jede Rotationsgeschwindigkeit und jeden Zahnrad-Eingriffsgrad sowie für jede Zahnradstellung (Gänge des Getriebes), wie dies schon im Rahmen der Erläu terung des Standes der Technik unter Bezugnahme auf die Fig. 7 und 8 erläutert wurde.

Der Neuro-Computer 9 empfängt auf der einen Seite den Schalldruckwert A des FFT-Analysators 6 und auf der anderen Seite den einen Lehrwert darstellenden Sinneswahrnehmungs bewertungswert E der bewertenden Bedienperson 8. Die bewer tende Bedienperson 8 ist ein ausgebildeter Prüfer zur Be wertung von Zahnradgeräuschen über die Sinneswahrnehmung, der bei jeder Änderung der Rotationsgeschwindigkeit des Getriebes 1 eine Bewertung der Zahnradgeräusche vornimmt und das Bewertungsergebnis als Sinneswahrnehmungsbewer tungswert E über das Bedienungsfeld 7 eingibt. Die Sinnes wahrnehmungsbewertungswerte E entsprechen in dem beschrie benen Ausführungsbeispiel den in Tabelle 1 dargestellten Werten.

Daraufhin bestimmt der Neuro-Computer 9 seinen Funktions wert entsprechend eines Prozesses, wie er in Fig. 2 darge stellt ist.

Fig. 2 veranschaulicht das Funktionsprinzip eines neurona len Netzwerkes, das nach dem "Rückausbreitungs-Verfahren" (backpropagation method) arbeitet. Dabei wird ein Eingabe muster durch eine Eingabeschicht und eine mittlere Schicht hindurch auf eine Ausgabeschicht gegeben. Das neuronale Netzwerk wird durch eine Art von Abbildungsfunktion gebil det, in welcher als intern verwendete Parameter automatisch derart modifiziert werden, um das Ausgangssignal des Neuro- Computers in Abhängigkeit eines bestimmten Eingangssignals mit einem als Referenz dienenden Lehrsignal übereinstimmen zu lassen. Die internen Parameter des Systems existieren in Neuronen, die das neuronale Netzwerk aufbauen und bilden. Diese internen Parameter umfassen:

1. Gewichtungsfaktoren, die mit Eingangssignalen für die Neuronen multipliziert werden,
2. Gradienten einer S-förmigen Funktion, die ein Aus gangssignal in Abhängigkeit von einem mit den Gewich tungsfaktoren multiplizierten Signal bereitstellt, und
3. Schwellwerte zum Beurteilen, ob die Ausgabe einen effektiven Wert erreicht hat. Ein automatisches An passen und Einstellen dieser Parameter ahmt die Bezie hung zwischen dem Eingangssignal und dem dem Lehrsi gnal (wenigstens innerhalb eines zugelassenen Fehler bereichs) entsprechenden Ausgangssignal nach.

In dem in der Fig. 2 dargestellten Beispiel sind der Aus gabeschicht drei Geräuschbewertungswerte (5), (6) und (7) zugeordnet, wobei das Eingabemuster die Berechnung sämtli cher Kombinationskoeffizienten zwischen den einzelnen Ein heiten veranlaßt. Als Ergebnis wird, wie dargestellt, einem der Signale der Ausgabeschicht eine "1" zugeordnet, während den anderen eine "0" zugeordnet wird. Im dargestellten Beispiel ist dem Geräuschbewertungswert (6) eine "1" zu geordnet, und das Eingabemuster setzt sich aus einer Mehr zahl von Schalldruckwerten des FFT-Analysators 6 zusammen.

Bei einer Änderung der Rotationsgeschwindigkeit erfolgt ggf. auch eine Änderung des Statussignals "1" in der Aus gabeschicht und wird dementsprechend anderen Geräuschbewer tungswerten zugeordnet. Das neuronale Netzwerk lernt die jeweiligen Kombinationskoeffizienten, die einer Zuordnung der "1" zu einem bestimmten Geräuschbewertungswert entspre chen, und nach und nach konvergieren die Koeffizienten in einen bestimmten Wert. Üblicherweise erfordert ein derarti ger "Lernprozeß" mehr als 50 Lehrsignale.

Dieser "Lernprozeß" wird wiederholt durchgeführt und endet, wenn die Differenz zwischen dem vorgegebenen Sinneswahr nehmungsbewertungswert und dem in der Ausgabeschicht ausge gebenen Geräuschbewertungswert innerhalb eines zulässigen Fehlerbereichs liegt. Der zu diesem Moment "gelernte" Koef fizient bzw. Funktionswert wird dann abgespeichert. Auf der Basis dieses Funktionswertes kann der Neuro-Computer 9 automatische Bewertungen von Zahnradgeräuschen durchführen, ohne daß ein ausgebildeter Sinneswahrnehmungsprüfer anwe send sein müßte.

Erhält der Neuro-Computer 9 einen Schalldruckwert A des FFT-Analysators 6 (vgl. Fig. 8), kann er aufbauend auf dem gelernten Funktionswert einen Geräuschbewertungswert erzeu gen und über einen Anzeigeschirm 10 ausgeben. In dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel ist dieser Geräuschbewer tungswert eine "5". Der Anzeigeschirm 10 des Neuro-Compu ters 9 kann vorteilhafterweise in das Bedienungsfeld 7 integriert sein, ist in der Darstellung der Fig. 1 jedoch aus Gründen der Übersichtlichkeit separat davon darge stellt.

Wie vorstehend beschrieben, kann der aus dem Stand der Technik bekannte FFT-Analysator 6 nur eine Analyse und Bewertung bezüglich Schalldruck und Frequenz durchführen. Die vorliegende Erfindung kann unter Verwendung eines Neu ro-Computers eine Bewertung unter Berücksichtigung aller drei Schallelemente, nämlich Schalldruck, Frequenz und Ton/Klang, durchführen. Dies entspricht einer Datenverwer tung, wie sie auch bei einer Bewertung über die Sinneswahr nehmung durch das menschliche Ohr vorgenommen wird. Somit kann durch die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bewerten von Zahnradgeräuschen eine automatisierte, instrumentelle Bewertung vorgenommen werden, die einer Bewertung über die Sinneswahrnehmung äquivalent ist.

Zusätzlich zu der in der Fig. 1 dargestellten Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Labor kann diese auch bei einem Einsatz in einem Kraftfahrzeug (vgl. Fig. 3) akkurate Bewertungen von Zahnradgeräuschen vornehmen. Dazu wird, wie in Fig. 3 dargestellt, ein digitales Aufnahme mittel 11 vorgesehen, bei dem es sich beispielsweise um einen DAT-Rekorder handelt. Das Aufnahmemittel 11 ist in einem Kraftfahrzeug angebracht und mit einem Mikrofon 5 und dem Tachometer 4 des Kraftfahrzeugs verbunden. Die Meßsi gnale des Tachometers 4 und des Mikrofons 5 werden von dem digitalen Aufnahmemittel 11 auf ein entsprechendes Aufnah memedium (DAT-Kassette) aufgenommen und anschließend abge tastet und in den FFT-Analysator 6 eingegeben. Die weitere Verarbeitung der Signale erfolgt dann wie vorstehend be schrieben.

Über das in dem Kraftfahrzeug angeordnete Mikrofon 5 werden jedoch nicht nur die zu bewertenden Zahnradgeräusche aufge nommen, sondern auch noch zusätzliche andere Geräusche, wie Fahrtwind, Reifengeräusche und dergl. Da jedoch der Neuro- Computer 9, wie vorstehend schon erläutert, einen als Lehr signal dienenden Sinneswahrnehmungsbewertungswert E als Vorgabe erhält, ist der auf der Grundlage dieses Sinnes wahrnehmungsbewertungswertes ermittelte und gelernte Funk tionswert des Neuro-Computers 9 einem absoluten Bewertungs wert eines menschlichen Prüfers äquivalent, so daß die Bewertungen in einem Labor und einem Kraftfahrzeug eine starke Korrelation aufweisen.

Fig. 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfin dungsgemäßen Vorrichtung zum Bewerten von Zahnradgeräu schen. Die in Fig. 4 dargestellte erfindungsgemäße Vorrich tung unterscheidet sich von der in Fig. 1 dargestellten insofern, als die Operationseinheit keinen Neuro-Computer, sondern einen Umwandler 12 und eine Recheneinheit 13 um faßt. Der Umwandler 12 ist dabei dem Tachometer 4 nachge schaltet und wandelt die Frequenz der von dem Tachometer 4 gemessenen Rotationsgeschwindigkeit in eine Vielzahl von Seitenbandfrequenzen um. Die Seitenbandfrequenzen werden dann in den FFT-Analysator 6 eingespeist, der als Ausgangs signal einen Schalldruckwert auf der Grundlage der Seiten bandfrequenzen der Rotationsgeschwindigkeit bereitstellt.

Die Seitenbandfrequenzen können folgendermaßen betrachtet werden: Angenommen, ein Paar von Zahnrädern hat eine Zahn zahl Z₁ auf der Antriebsseite und eine Zahnzahl Z₂ auf der Abtriebsseite, dann stellt sich die Mittenfrequenz C_s0 des Zahnradgeräusches auf der Antriebsseite dar als C_s0 = (Z₁×N) /60, wobei der Schalldruck als A₀ angenommen wird.

Werden dem Zahnrad auf der Antriebsseite fiktiv ein Zahn, zwei Zähne, drei Zähne usw. zuaddiert, so nennt man die dann entstehenden Frequenzen Seitenbandfrequenzen, die von dem Umwandler 12 erzeugt und in den FFT-Analysator 6 einge speist werden. Beträgt die von dem Umwandler 12 bereitge stellte Rotationsgeschwindigkeit beispielsweise 2000 U/min, so weist sie auch zwei Werte in der Nachbarschaft von 2000 U/min auf. Die den entsprechenden Seitenbandfrequenzen entsprechenden Schalldruckwerte werden dann von dem FFT-Analysator 6 ausgegeben.

Dies wird durch die folgende Gleichung 1 ausgedrückt.

Zur Vereinfachung der Darstellung sind die Schalldruckwerte jeweils durch ein einziges Symbol A₁ A₂, A₃ . . . dargestellt, obwohl die Seitenbandfrequenzen C_s1, C_s2 . . . jeweils zwei Seitenbandfrequenzen aufweisen.

Diese Schalldruckwerte A_i werden in die Recheneinheit 13 eingespeist, wo eine Berechnung gemäß der folgenden Glei chung 2 vorgenommen wird:

wobei X der Mittelwert der von A₁, A₂, A₃ . . . unterschiedli chen Schalldruckwerte ist.

In der Gleichung 2 wird zuerst der Mittelwert X für die von den Seitenbandschalldruckwerten A unterschiedlichen Schall druckwerte bestimmt. Danach wird das Quadrat der jeweiligen Differenz zwischen dem Mittelwert X und dem Seitenbandwert A_i bestimmt, um eine Rauschkomponente (DC-Komponente) der Seitenbandschalldruckwerte zu entfernen. Die Quadrate der Differenzen werden danach jeweils mit einem Koeffizienten n_i multipliziert und aufaddiert. Zum Schluß wird aus der Summe die Quadratwurzel gezogen. Dieses Ergebnis entspricht dem Sinneswahrnehmungsbewertungswert E, der einen Referenz wert bei der automatisierten Bewertung von Zahnradgeräu schen darstellt.

Wenn die bewertende Bedienperson 8 die Rotationsgeschwin digkeit ändert, dann wird auch der durch die Gleichung 1 gegebene Schalldruckwert geändert, so daß über die die Schalldruckwerte verarbeitende Gleichung 2 ein neuer Satz Koeffizienten m_i erzeugt wird. Somit wird ein System von Simultangleichungen betreffend die Koeffizienten m_i gebil det. Diese Koeffizienten werden als Werte von "Gewichtungs korrekturkoeffizienten", wie beispielsweise m₁ = 1, m₂ = 0,75, m₃ = 0,75 usw. (jeweils <1) erhalten.

Nachdem die Recheneinheit 13 die Gewichtungskorrekturkoef fizienten ermittelt hat, kann eine tatsächliche Bewertung von Zahnradgeräuschen durchgeführt werden. Dabei führt die Recheneinheit 13 in bezug auf den von dem FFT-Analysator 6 erhaltenen Schalldruckwert A die Berechnung der Gleichung 2 durch, wobei der Wert E der Quadratwurzel der Gleichung 2 einem über die Sinneswahrnehmung gewonnenen Geräuschbe wertungswert entspricht. Dieser kann von der Recheneinheit 13 in gleicher Weise wie in Fig. 1 beschrieben über den Anzeigeschirm 10 ausgegeben werden.

Auch kann die in der Fig. 4 dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bewerten von Zahnradgeräuschen in einer der in Fig. 3 dargestellten entsprechenden Weise in einem Kraftfahrzeug verwendet werden.

Fig. 5 zeigt im Vergleich das Beurteilungsergebnis einer Bewertung mit einem Neuro-Computer und einer über die Sin neswahrnehmung vorgenommenen Bewertung, wobei die Anzahl der mit dem System durchgeführten Lernprozesse anhand von Sinneswahrnehmungsbewertungswerten als Lehrsignale 145 beträgt. Wie aus dem Diagramm der Fig. 5 ersichtlich ist, beträgt die maximal zugelassene Abweichung des von dem Neuro-Computer bestimmten Geräuschbewertungswertes in bezug auf den über die Sinneswahrnehmung gewonnenen Bewertungs wert 0,25.

Fig. 6 zeigt einen der Fig. 5 entsprechenden Vergleich zwischen instrumentell und über die Sinneswahrnehmung ge wonnenen Geräuschbewertungswerten, wobei die Anzahl der Lernprozesse des Systems auf 183 erhöht wurde, der zulässi ge Fehlerbereich jedoch nach wie vor 0,25 beträgt.

Die vorstehend beschriebene Erfindung ermöglicht die in strumentelle Bewertung von Zahnradgeräuschen mit einer sehr guten Reproduzierbarkeit. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann sowohl im Labor als auch vor Ort in einem Kraftfahr zeug eingesetzt werden, wobei zwischen beiden Bewertungs vorgängen eine sehr starke Korrelation herrscht. Natürlich kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch in anderen Be reichen als Kraftfahrzeuggetrieben eingesetzt werden, wo Zahnradgeräusche auftreten.

Claims

1. Vorrichtung zum Bewerten von Zahnradgeräuschen, ins besondere in Getrieben, mit einem Tachometer (4) zum Messen der Rotationsgeschwindigkeit einer Welle (2, 3), der ein Zahnrad zugeordnet ist, mit einem Mikrofon (5) zum Messen von von dem Zahnrad verursachten Geräu schen, mit einem FFT-Analysator (6), der als Eingangs signale wiederholt die von dem Tachometer (4) gemesse ne Rotationsgeschwindigkeit und die von dem Mikrofon (5) gemessenen Geräusche erhält und der abhängig von der Rotationsgeschwindigkeit und für eine gegebene Zahnradstellung als Ausgangssignal einen Schalldruck wert (A) bereitstellt, und mit einem Bedienungsfeld (7) zur Anzeige der Rotationsgeschwindigkeit und zur Änderung der Rotationsgeschwindigkeit durch eine be wertende Bedienperson (8), dadurch gekennzeichnet, daß eine Operationseinheit (9; 12, 13) vorgesehen ist, die unter Vorgabe von Sinneswahrnehmungsbewertungswerten (E) durch die bewertende Bedienperson (8) für eine gegebene Rotationsgeschwindigkeit durch Angleichungs operationen zwischen dem jeweiligen vorgegebenen Wert (E) und dem ermittelten Schalldruckwert (A) einen oder mehrere interne Parameter berechnet, die eine Grundla ge zum automatischen Bestimmen von Geräuschbewertungs werten sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Operationseinheit einen Neuro-Computer (9) um faßt, der lernt, den ermittelten Schalldruckwert (A) dem vorgegebenen Sinneswahrnehmungsbewertungswert (E) anzugleichen, bis die Differenz zwischen dem Schall druckwert (A) und dem Sinneswahrnehmungsbewertungswert (E) innerhalb eines zugelassenen Fehlerbereichs liegt, und der als interner Parameter einen Funktionswert bestimmt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Operationseinheit einen Umwandler (12) und eine Recheneinheit (13) umfaßt, wobei der Umwandler (12) die Frequenz der von dem Tachometer (4) gemesse nen Rotationsgeschwindigkeit in eine Vielzahl von Seitenbandfrequenzen umwandelt, wobei der FFT-Analysa tor (6) als Ausgangssignale abhängig von den Seiten bandfrequenzen des Umwandlers (12) Seitenbandschall druckwerte (A_i) ausgibt und wobei die Recheneinheit (13) wiederholt die Seitenbandschalldruckwerte (A_i) empfängt, den Mittelwert (X) der von den Seitenband schalldruckwerten (A_i) unterschiedlichen Schalldruck werte bestimmt und Operationen durchführt, die der geänderten Frequenz der Rotationsgeschwindigkeit ent sprechen, so daß die Quadratwurzel der Summe der qua drierten und mit einem Koeffizienten (m_i) multiplizier ten Differenzen zwischen dem jeweiligen Seitenband schalldruckwert (A_i) und dem Schalldruckmittelwert (X) dem Sinneswahrnehmungsbewertungswert (E) entspricht und die anhand von Simultangleichungen ermittelten Koeffizienten (m_i) die internen Parameter darstellen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Operationseinheit (9; 12, 13) einen Anzeigeschirm (10) zum Anzeigen des anhand des oder der internen Parameter ermittelten Geräuschbewer tungswertes umfaßt.

5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein digitales Aufnahmemittel (11) mit einem Aufnahmemedium zum Aufnehmen der Meßsignale des Tachometers (4) für die Rotationsgeschwindigkeit und des Mikrofons (5) für die Zahnradgeräusche und durch Mittel zum Abtasten der auf dem Aufnahmemedium gespeicherten Daten und zum Bereitstellen der abgeta steten Daten an den FFT-Analysator (6).