DE3889683T2 - Verfahren und System zum Bewerten von Abrollgeräuschen von Fahrzeugreifen. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft die Bewertung von Störgeräuschen, die von der Lauffläche eines Reifens bei dessen Abrollen auf einer Straßenoberfläche erzeugt werden. Reifengeräusche werden üblicherweise als Ton mit variierendem Annehmbarkeitspegel wahrgenommen. Die Reifenhersteller versuchen, eine Reifenlauffläche zu entwickeln, die nicht nur ihre Funktion in bezug auf Verschleiß, Mitnahmereibung bei Nässe und Trockenheit, Rollwiderstand und andere wünschenswerte Eigenschaften erfüllt, sondern auch mit einem annehmbar niedrigen Geräuschpegel abrollt. Vorzugsweise sollte der Reifen im gesamten Betriebsbereich eines bestimmten Fahrzeuges, an dem der Reifen montiert werden soll, mit einem akzeptablen Geräuschpegel abrollen.
• Da Geräusch aufgrund der dabei mitwirkenden psychoakustischen Wirkungen inhärent subjektiv ist, gibt es keine bekannten mathematischen Kriterien zur Definition von Geräusch. Es ist daher erforderlich, einen Reifen subjektiv auf seine Geräuschakzeptanz hin zu bewerten. Dies erfolgte früher manuell, indem ein Reifensatz geschnitten oder eine Form zur Herstellung eines Reifensatzes zur Bewertung konstruiert wurde. Dieser Prozeß ist kostspielig und zeitraubend und schränkt somit die Anzahl der Versuche ein, die dem Konstrukteur zur Optimierung der Gestaltung zur Verfügung stehen.
• Für die Entwicklung einer Reifenlauffläche, die das durch den laufenden Reifen erzeugte Geräuschspektrum spreizt, ist viel Energie auf gewandt worden. Beispielsweise lehren US-A-4 327 792 und US-A-4 474 223, wie das Geräusch über einen weiten Frequenzbereich zur Reduzierung der Tonalität und Unerwünschtheit des Tones gespreizt werden kann. John H. Varterasian beschrieb in SAE 690520, Quieting Noise Mathematically-Its Application to Snow Tires, 1969, ein mechanisches Frequenzmodulationsverfahren. Die Schwierigkeit besteht darin, daß, gleich welche Kriterien zur Gestaltung der Lauffläche verwendet werden, keine Garantie dafür gegeben ist, daß das Ergebnis ein Reifen mit einem akzeptablen Geräuschpegel ist. Ob das Geräusch über einen weiten Frequenzbereich gespreizt wird oder von einer oder mehreren Frequenzen dominiert wird, ist von zweitrangiger Bedeutung, wenn der Geräuschpegel nicht akzeptabel ist.
• Zur Zeit wird beim Technischen Überwachungs-Verein Bayern in München, Westdeutschland, ein Reifengeräuschsimulator verwendet, bei dem auf ein Papierband ein maßstäblich geändertes Laufflächenmuster gezeichnet wird, wobei die lasttragenden Bereiche (Stollen) schwarz schattiert und die Rillen weiß sind. Das Band ist an einer drehbaren Trommel mit einem festgelegten Umfang befestigt. Ein Licht ist auf das Muster gerichtet und das reflektierte Licht wird von bis zu 40 Photodetektoren empfangen, die nebeneinander über die Breite des Reifenmusters angeordnet sind. Wie klar ersichtlich, ist dies eine einfache analoge Vorrichtung zur Erzeugung eines impulsbreitenmodulierten Signals, das mit dem durch das Reifenmuster erzeugten wirklichen Ton korreliert werden kann. Die Impulsbreite ist gleich der Verweilzeit des Blocks bei dessen Überquerung jedes Detektors oder Kanals.
• Zu den Beschränkungen einer derartigen Vorrichtung gehört, daß das Modell (Impulsbreitensignal) für den erzeugten Ton durch die Hardware festgelegt ist und nicht auf einfache Weise modifiziert oder feinabgestimmt werden kann. Ferner ist das Modell unempfindlich gegenüber Geschwindigkeitsveränderungen, da eine Geschwindigkeitsveränderung einfach die Periode der Wellenform erweitert oder zusammenzieht.
• Ferner muß für jede Modifizierung der Block- und Kanalkonfigurationen bei modifizierten Laufflächengestaltungen eine neue Zeichnung physikalisch erstellt werden. Weiterhin werden die Größen- und Sensibilitätsbeschränkungen der Photodetektoren durch die Notwendigkeit, ihre physische Anordnung so zu ändern, daß sie entlang der Kontur (Rand) einer Aufstandsfläche liegen, verschärft, wobei angenommen wird, daß eine derartige Verbesserung dem einfachen Ausrichten der Photodetektoren über die Breite des Musters gegenüber bevorzugt ist.
• Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Wissen bezüglich der physikalischen Grundlagen des durch das Laufflächenmuster induzierten Geräusches zu nutzen und zur Bewertung eines derartigen Geräusches synthetisch ein Audiosignal zu erzeugen, das mit dem durch einen wirklichen Reifen erzeugten Geräusch korreliert wird.
• Dieses Problem wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bzw. 3 gelöst.
• Die Anmelderin hatte die Vorstellung, daß die vorstehenden Beschränkungen umgangen werden könnten, wenn die Geräuschbewertung aufgrund des von einer Gestaltungseinheit einer Lauffläche erzeugten vorhergesagt werden könnte. Gestaltungseinheit bezieht sich auf einen willkürlich gewählten charakteristischen Teil der Lauffläche, der generell repräsentativ ist, aber Maßstabsabweichungen aufweist, welche zusammengenommen die Lauffläche bilden. Eine bevorzugte Gestaltungseinheit ist üblicherweise von der Umfangsmittellinie der Lauffläche, dem am weitesten außen gelegenen, in Kontakt mit der Straße befindlichen Umfangsrand (Kontaktrand) und vorbestimmten seitlichen voneinander beabstandeten Grenzen begrenzt.
• Im Stand der Technik wurde die Verwendung einer Gestaltungseinheit als das einzig bedeutende Element, das zur Durchführung der akustischen Bewertung mit Hilfe geeigneter Software erforderlich ist, nicht berücksichtigt.
• Die Vorrichtung des Systems der Anmelderin, die rein digital ist, vermeidet nicht nur die Grenzen der analogen Vorrichtung nach dem Stand der Technik, sondern eignet sich zur Feinabstimmung für zahlreiche Verbesserungen zur Nachahmung der tatsächlichen Funktion einer Lauffläche an einem Reifen bei variierenden Geschwindigkeiten, Lasten und Reifendrücken auf bestimmten Straßenoberflächen. Im tatsächlichen Betrieb kann es sein, daß jeder Punkt auf der Laufflächenoberfläche nicht unabhängig von benachbarten Punkten ist. Mit anderen Worten, wenn ein Punkt mit der Straßenoberfläche in Kontakt ist, kann eine, wenn auch geringe, Wechselwirkung mit den unmittelbar vorangehenden Punkten, auch denen auf jeder Seite und den unmittelbar folgenden Punkten, vorhanden sein. Ferner ist es möglich, daß die Belastung auf einem Punkt in der Nähe der Mitte der Lauffläche nicht dieselbe ist wie die auf einem Punkt in der Nähe eines Randes, auch wäre der Beitrag eines jeden, auf der Basis ihrer Relativpositionen, nicht derselbe. Es sind solche Verfeinerungen, die in die Konstruktion einer Tonwellenform unter Anwendung des Verfahrens der Anmelderin eingebracht werden können. Sie eignen sich dazu, speziell abgestimmt zu werden, um den von ihnen verlangten Grad an Differenziertheit zu bieten.
• Der optimale Test zur Bewertung der Akzeptanz des Geräuschpegels eines Reifens besteht darin, einen Satz identischer Reifen an einem speziellen Fahrzeug zu montieren und es bei verschiedenen Geschwindigkeiten, Lasten und Reifendrücken in dem Fahrzeugbetriebsbereich über eine bestimmte Oberfläche zu fahren, während jemand im Fahrzeug auf den von den Reifen erzeugten Ton hört. Um dies zu tun, muß natürlich die Lauffläche gestaltet, rohe Reifen konstruiert, eine Form zur Vulkanisierung der rohen Reifen erstellt und die vulkanisierten Reifen an dem Fahrzeug getestet werden. Diese Erfindung umgeht die vorstehenden Schritte und führt dennoch zu einer zuverlässigen Bewertung.
• Dies erlaubt dem Konstrukteur, eine praktisch unbegrenzte Zahl von Variationen einer Basisgestaltung abzuprüfen, indem er Laufflächengestaltungen editiert, ähnlich dem Editieren eines Textes durch ein Textautomatensystem. Da der Geräuscherzeugungsmechanismus sehr komplex und nicht leicht zu verstehen ist, wird nicht erwartet, daß diese Erfindung praktische Tests völlig überflüssig macht.
• Es hat sich herausgestellt, daß das tatsächliche Abrollen einer Reifenlauffläche auf einer Straßenoberfläche an einem Computer in Form eines Modells nachgestellt werden kann. Da die sachlichen Kriterien zur Bewertung des durch einen abrollenden Reifen erzeugten Tons als Information im Speicher des Computers gespeichert sind, kann diese Information zum Vornehmen von Veränderungen nach Belieben manipuliert werden, mit dem Ziel, das Modell der Laufflächengestaltung zu optimieren.
• Erfindungsgemäß wird der tatsächliche Testlauf eines Reifens an einem Computer simuliert und Variablen werden manipuliert, um die Gestaltung der Lauffläche für den akzeptabelsten Geräuschpegel zu optimieren.
• Die willkürliche Wahl einer verwendbaren Lauffläche, die Kosten der Herstellung von Formen, die Konstruktion und Vulkanisierung von Reifen und die mit dem tatsächlichen Testen zusammenhängende Zeit und Mühe entfällt dann.
• Die obige und andere Aufgaben und Vorteile der Erfindung der Anmelderin werden deutlicher anhand der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung, in denen gleiche Bezugszeichen durchgehend dieselben oder ähnliche Teile bezeichnen und bei denen:
• Figur 1 eine maßstäbliche Darstellung eines Laufflächenmusters in binärer Form ist, das eine typische Aufstandsfläche zeigt.
• Figur 2 eine graphische Darstellung ist, die schematisch eine Gesamtzeitsummierung darstellt. Gleichung (5) ist als durchgezogene Linie und Gleichung (9) als gestrichelte Linie dargestellt.
• Figur 3 ein Blockschaltbild ist, das schematisch die Komponenten des Systems zeigt.
• Es sei angenommen, daß eine Reifenlaufflächengeometrie als eine m x n-Punktmatrix (üblicherweise 2048 x 200) mit m Zeilen um den Umfang und n Spalten über die Breite der Lauffläche dargestellt ist. Diese Matrix, die von einem optischen Scanner aus einer schattierten Zeichnung, von einer Zeilenabtastkamera aus einem richtigen Reifen oder von einer anderen Einrichtung erzeugt wird, wird als binäre Laufflächenmatrix bezeichnet, mit den Elementen b(i,j), wobei gilt:
• Ein Beispiel einer binären Laufflächenmatrix ist in Figur 1 dargestellt, in der die Vorder- und Hinterränder der Aufstandsfläche durch einen Näherungswert einer tatsächlichen Aufstandsfläche mit ähnlicher Gestaltung gegeben sind. Es sei darauf hingewiesen, daß die Elemente b(i,j) komplementiert worden sind (1en und 0en umgekehrt), um dem tatsächlichen Reifen optisch ähnlicher zu sein.
• Es sei angenommen, daß der von dem Laufflächenmuster erzeugte Ton aus einer linearen Kombination der Töne besteht, die von jedem Matrixelement erzeugt werden. Der von jedem Element der binären Laufflächenmatrix erzeugte Ton sei durch eine verallgemeinerte periodische Funktion repräsentiert
• g(i.j:t±T) = g(i.j:t) 1 ≤ i ≤ m (2)
• 1 ≤ j ≤ n (3)
• wobei T die Periode des Reifens ist, die so berechnet ist, daß sie einer vorgewählten linearen Geschwindigkeit des Fahrzeugs entspricht. Es sei angenommen, daß die Werte g(i,j;t) durch eine Operation, die symbolisch als
• g(i.j:t) = S{b(i.j)} (4)
• dargestellt wird, aus der Binärlaufflächenmatrix erzeugt werden, wobei S von dem verwendeten Tonerzeugungsmodell abhängt. S kann eine einfache Punktoperation, eine Gruppenoperation (wie beispielsweise die üblicherweise bei der Bildverarbeitung verwendeten Faltungsoperationen) oder von Versuchsdaten abgeleitet sein. An diesem Punkt ist es nicht erforderlich, S, die Werte m x n g(i,j;t) zu kennen oder zu wissen, wie sie erhalten wurden, da die Absicht darin besteht, eine mathematische Formel zum Umgang mit einer linearen Kombination von Tonerzeugern zu schaffen. Die Einzelheiten eines zur Erzeugung der Werte g(i,j;t) verwendeten Modells werden später beschrieben.
• Es sei angenommen, daß der von jedem Elememt der Laufflächenmatrix erzeugte Ton, g(i,j;t), durch den Kontakt mit oder das Verlassen der Straßenoberfläche, d.h. den vorderen und hinteren Rändern der Aufstandsflächenkontur, initiiert oder aktiviert wird. Es ist daher erforderlich, das Aktivieren der Werte g(i,j;t) in Übereinstimmung mit deren Erreichen oder Verlassen der Aufstandsfläche sequentiell zu ordnen. Der Einfachheit halber beschränkt sich diese Beschreibung bloß auf den von dem Vorderteil der Aufstandsfläche erzeugten Ton - obwohl darauf verwiesen wird, daß, sofern nicht ausdrücklich anders vermerkt, der vom hinteren Teil der Aufstandsfläche erzeugte Ton in ähnlicher Weise erzeugt wird.
• Es ist von Vorteil, die mathematische Formel derart aufzubauen, daß die auf den von jedem Element erzeugten Ton zurückzuführende Wirkung und die auf die Sequenz oder das Muster der Elemente zurückzuführende Wirkung getrennt werden. Es sei angenommen, daß die g(i,j;t) bei g(i,j;0) aktiviert werden. Dies macht die Modifizierung von g(i,j;t) zu g(i,j;t -τij) wobei τij die Zeit ist, bei der das Element i,j die Straße kontaktiert oder aktiviert wird. Dadurch ist es möglich, einen Satz aus g(i,j;t) Funktionen zu erzeugen, unabhängig davon, wo er sich in bezug auf die Aufstandsfläche befindet (und somit wann er die Aufstandsfläche erreicht) und für die Stelle, an der er sich befindet, zu korrigieren, indem die Funktion zeitlich um τij verschoben wird.
• Durch das Fourier-Transformations-Verschiebungstheorem ist allgemein bekannt, daß das Verschieben einer Funktion im Zeitbereich keine Veränderung in der Größe der Fourier-Transformierten erzeugt, aber eine Veränderung in der Phase der Fourier-Transformierten. Es ist ferner allgemein bekannt, daß die Fourier- Transformation einer periodischen Funktion mit der Periode T eine Fourier-Transformierte mit diskreten Frequenzkomponenten bei Harmonischen der Grundfrequenz, d.h. 1/T, 2/T, 3/T, usw. erzeugt.
• Jede der verallgemeinerten Funktionen g(i,j;t - τij) kann nun im Frequenzbereich als aus Komponenten bei denselben Harmonischenfrequenzen bestehend sichtbar gemacht werden, deren Größen von der Konstruktion des Reifens, der Straßenoberfläche, den Materialien usw. abhängen; und deren Phasen von der Position der Laufflächenelemente und der Aufstandsflächenform, d.h. den Wertem τij, abhängen. Dies löst die Schwierigkeiten des durch ein Element erzeugten Tones und des unabhängig erzeugten Tones. Dies ist ein Grundmerkmal der Erfindung, welches sie nützlich zur Optimierung der Position der Laufflächenelemente macht.
• Der vom Rand der Aufstandsfläche erzeugte Ton kann nun als Summierung der gesamten Zeit über jedes Matrixelement oder als
• ausgedrückt werden.
• Figur 2 zeigt einzelne Darstellungen, die den einzelnen Funktionen entsprechen, die ihren Beitrag als Funktion der Zeit, die als Abszisse gezeigt ist, liefern. Zwei Elemente g (1,1; t - τ&sub1;&sub1;) und g(2,1;t - τ&sub2;&sub1;) der m x n Elemente sind schematisch dargestellt, wobei die durchgezogene Linie die kontinuierliche Funktion und die gestrichelte Linie die abgetastete Funktion darstellt. Die Summierung der beiden Elemente ist so dargestellt, daß sie die summierte Funktion g(1,1;t- τ&sub1;&sub1;) + g(2.1;t - τ&sub2;&sub1;) ergibt. Wie im folgenden gezeigt, entspricht l den Einheiten von τ und bei der gewählten Abtastrate besteht eine Eins-zu-Eins- Entsprechung. Selbstverständlich kann die Abtastrate verändert werden, wodurch sich die Entsprechung ändert.
• Eine Analogie verdeutlicht die Bedeutung von Gleichung (5). Es sei angenommen, daß eine Gruppe von Menschen in einer Formation von Zeilen und Spalten angeordnet ist. Die Zeile und Spalte jeder Person könnte jeweils mit i und j angegeben werden. Jeder Person wird ein eindeutiger Ton zugewiesen, g(i,j;t). Jede Person erzeugt ihren Ton in sequentieller Reihenfolge fortschreitend jede Spalte entlang in regelmäßigen Intervallen. Dem letzten in jeder Spalte folgt der erste in derselben Spalte; auf diese Weise wird ein periodischer Ton erzeugt. Zum Festsetzen des Intervalls wird ein Blitzlicht verwendet. Jede Spalte j beginnt zunächst mit einer Zeile i, die bei jeder Spalte unterschiedlich sein kann. Die Anfangszeile in der jten Spalte wird als Δj bezeichnet. Die Δj bilden eine bogenförmige Kontur über die Spalten, die sich schrittweise mit dem Aufblitzen des Lichtes die Spalten hinab überträgt. Beispielsweise wäre die erste Gruppe, die zur Beschreibung der bogenförmigen Kontur eines vorderen Randes verwendet wird, (Δ&sub1;,1), (Δ&sub2;,2), (Δ&sub3;,3), .... Die nächste Gruppe, die zur Beschreibung der bogenförmigen Kontur eines Vorderrandes verwendet wird, der durch das nächste Aufblitzen des Lichts versetzt ist, wäre: (Δ&sub1; + 1,1), (Δ&sub2; + 1,2), (Δ&sub3; + 1,3) .... In Figur 1 sind Δ&sub1; und Δ&sub5; seitlich um 5 Spalten von einer Referenzlinie aus voneinander beabstandet.
• Es ist leicht zu erkennen, wie der erzeugte Ton variiert. Der jeder Person g(i,j;t) zugewiesene Ton ändert den Charakter des Tones. Die Anfangsreihen ändern die Phasenlage des Tones, ähnlich wie die Form der Aufstandsfläche und die Laufflächenelementgestaltungssequenz. Die Rate des Blinklichts verändert die Wellenform ebenfalls. Wenn das Licht beispielsweise langsam blinkt, überlagern sich die von zwei benachbarten Personen erzeugten Töne u.U. nicht, bei einer schnelleren Rate jedoch überlagern sich die Töne, und anstatt zwei verschiedene voneinander beabstandete Töne zu erzeugen, wird eine Kombination aus den beiden Tönen erzeugt.
• Wenn das Blinklicht nun so modifiziert wird, daß es einen Digitalzähler aufweist, der zyklisch von 1 bis m zählt, ist leicht zu erkennen, daß die Personen sich nicht mehr in Zeilen und Spalten aufstellen müssen. Sie werden nun so instruiert, daß sie einfach den Zähler beobachten und ihren Ton abgeben, wenn der Zählstand gleich ihrem zugewiesenen Wert von i - Δj ist, wobei i ihre Zeilenzahl und Δj die Anfangszeile ihrer Spalte ist. Um das Muster zu ändern, wird einfach jeder Person eine neue Zählerzahl oder i-Δj zugewiesen. Es besteht keine Notwendigkeit, die Personenspalten und -zeilen physikalisch zu modifizieren. Die nächste Verbesserung bestünde darin, jede Funktion g(i,j;t) aufzuzeichnen und eine programmierbare Vorrichtung zum sequentiellen Ordnen des Auslösens der Funktion g(i,j;t) zu konstruieren. Die ultimative Verbesserung wäre realisiert, wenn die Funktionen g(i,j;t) als Modell und somit synthetisch erzeugt werden könnten.
• Um die Gesamtzeitsummierungen digital durchzuführen, wird die kontinuierliche Wellenform p(t) näherungsweise durch eine abgetastete Wellenform p(l) bestimmt, wobei
• und τ das Zeitintervall zwischen den Abtastwerten ist. Der Einfachheit halber sei bei dieser Beschreibung angenommen
• d.h. p(t) wird in mal pro Reifenumdrehung abgetastet oder einmal für jedes Inkrement, i, der Reifenumdrehung.
• Es ist allgemein bekannt, daß die Nyquist-Rate, wie sie in: Principles of Communication Systems, Taub and Schilling, McGraw- Hill, 1971:( deren Offenbarung hiermit durch Bezugnahme Teil dieser Anmeldung ist, als sei sie hier ausgeführt), definiert ist, das Zweifache der höchsten Frequenzkomponente oder
• ist.
• Die abgetastete Wellenform, wie sie in Figur 2 gestrichelt dargestellt ist, wird aus den abgetasteten Erzeugungsfunktionen erzeugt, d.h.
• wobei
• und
• Man kann sich Gleichung (9) vorstellen, indem man sich die Reifenumdrehung als in m gleiche Winkelinkremente unterteilt vorstellt. p(l) ist der Ton, der erzeugt wird, wenn sich der Reifen durch das von Anfangspunkt an lte Inkrement dreht, so daß sich m gleichmäßig beabstandete sequentielle Übertragungen der Aufstandsfläche um den Reifenumfang ergeben.
• Wenn angenommen wird, daß der Aufstandsflächenrand invariant ist, wobei die Reifenumdrehung mit gegebener Geschwindigkeit erfolgt, werden die Werte Δij für jede Spalte vereinfacht, da festgestellt wird, daß dem Wert b(2,j) für das nächste Inkrement von l der Wert b(1,j) folgt, oder in verallgemeinerter Form
• wobei Δj die Anzahl der Zeilen ist, um die die Spalte j aufgrund der Biegung des Aufstandsflächenrandes versetzt ist. Es ist daher lediglich erforderlich, die Werte für jede der n Spalten zu bestimmen. Es sei darauf hingewiesen, daß sich in jeder der n Spalten ein Element mit einem gegebenen Wert von Δij befindet. Diese n Elemente erreichen die Aufstandsfläche allesamt zur gleichen Zeit.
• Beim Einsetzen von Gleichung (12) in Gleichung (9) ergibt sich
• Bei einer typischen Vorgehensweise erfolgt die Laufflächenanalyse, indem angenommen wird, daß die Verformung der lasttragenden Laufflächenelemente, die Straßenoberflächenkontakt haben, unbedeutend ist, und die Aufstandsfläche der Laufflächengestaltung wird näherungsweise durch Vergleich mit einer Aufstandsfläche eines auf ähnliche Weise konstruierten richtigen Reifens bestimmt, bei dem die Lauffläche derjenigen der Testlauffläche so ähnlich wie möglich ist.
• Während der Reifen an einem stationären Fahrzeug montiert und daher unter statischer Last steht, gewinnt man die Aufstandsfläche auf einem Blatt weißen Papiers, auf dem ein Blatt Kohlepapier liegt, das unter dem an dem Fahrzeug montierten Reifen angeordnet wird, um bei Kontakt mit dem Papier einen klaren Abdruck abzugeben. Es stellt sich heraus, daß die Aufstandsfläche unter dynamischer Belastung unterschiedlich ausfällt, wobei sie sich weiter verändert, wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeugs, der Reifendruck und die Last, die es trägt, verändert werden.
• Nur so viel des Musters der (zu testenden) Lauffläche ist erforderlich, wie zum Liefern einer Näherung der tatsächlichen Aufstandsfläche der Lauffläche benötigt wird, falls ein wirklicher Reifen mit dieser Laufflächengestaltung gebaut werden sollte. Mit dieser Schätzung der Aufstandsfläche wird eine Gleichung erstellt, die der gebogenen Kontur entweder des vorderen oder hinteren Randes der Aufstandsfläche entspricht
• Durch Messungen der wirklichen Aufstandsflächen unter variierenden statischen Belastungen und Reifendrücken werden unterschiedliche Werte von Δj gemessen und diese zur Errechnung eines Näherungswertes der Geräusche unter Betriebsbelastung eingegeben. Daraus ergibt sich eine subjektive Bewertung der Störgeräusche im normalen Betriebsbereich von im wesentlichen Nullast bis Vollast. Dies wiederum liefert Informationen hinsichtlich der Empfindlichkeit der Laufflächenmustergestaltung gegenüber Veränderungen der Aufstandsfläche. Das Ideal besteht in der Entwicklung einer Lauffläche mit minimaler Empfindlichkeit innerhalb des Bereiches.
• Gleichung (13) erzeugt in Abtastwerte der Tonwellenform. Die abgetastete Wellenform kann dann im Fourier-Bereich gefiltert werden, um die Wagengeräuschübertragungsfunktion zu simulieren oder um ein Frequenzband von Interesse auszuwählen oder zu verwerfen. Die m Abtastwerte werden dann in einen Generator zum Generieren beliebiger Wellenformen, wie beispielsweise einen Qua Tech WSB-10 oder Waveteck model 75, geladen, der die digitale abgetastete Wellenform in ein periodisches analoges Signal mit derselben Periode T umwandelt. Dann wird das Signal verstärkt und über Lautsprecher oder Kopfhörer zur subjektiven Bewertung, wie in Figur 3 dargestellt, abgespielt.
• Ein Fluidverdrängungsmodell wurde getestet, das die Verdrängung eines Fluids auf der Straßenoberfläche durch die Lauffläche berücksichtigt. Dieses Modell erzeugt einen Tondruck, der proportional zu der Rate ist, mit der das Luftvolumen von der Laufflächenmatrix verdrängt wird. Bei diesem Modell wirkt jedes Element der binären Laufflächenmatrix wie ein kleiner Kolben, der über eine Zeit T/m, die mit dem Erreichen der Aufstandsfläche zusammenfällt, mit einer konstanten Rate ein Luftvolumen ausstößt. In diesem Fall erzeugt jede g(i,j;l - Δij)-Funktion eine Nicht-Null-Komponente für nur einen Wert von l, d.h. nachdem das Matrixelement in das Innere der Aufstandsfläche gelangt ist, wird kein Klingeln oder Übergangston erzeugt. In diesem Fall kann S als eine Operation definiert werden, die die Werte für g(i,h;l - Δij) durch
• erzeugt.
• Es sei in Erinnerung gerufen, daß
• Δij = i - Δj.
• Daher ergeben sich die einzigen Nicht-Null-Werte von g(i,j;l- Δij), wenn
• l = i - Δj (15)
• oder
• i = l + - Δj (16)
• In diesem Fall ist
• Beim Einsetzen von Gleichung (17) in Gleichung (9) ergibt sich
• Gleichung (18) repräsentiert nur den vom vorderen Rand der Aufstandsfläche erzeugten Ton. Der auf den hinteren Rand zurückzuführende Beitrag wäre ein Vakuumeffekt, wodurch in der Wellenform eine Phasenverschiebung von 180º mit einer zeitlichen Verzögerung von Δ erzeugt wird. Die kombinierten Ergebnisse wären
• Es sei darauf hingewiesen, daß generell gilt:
• Das heißt, daß die von den vorderen und hinteren Rändern erzeugten Tonkomponenten unterschiedlich sein können.
• Während dieses Modell eine Approximation erster Ordnung darstellt, wahrt es die Sprungcharakteristik der Phasenbeziehung der Fourier-Komponenten, von denen bekannt ist, daß sie für einen Großteil der Verständlichkeit akustischer Signale verantwortlich sind.
• Drei im Handel erhältliche BFGoodrich Pkw-Reifen, (a) P597 XLM P205/75R14, (b) P845 RADIAL T/A P235/60R15 und (c) P784E XLM H/T P195/75R14 wurden zur subjektiven Störgeräuschbewertung bewertet. Der Test wurde von einer ausgebildeten Jury unter Verwendung eines speziell gewarteten 1984 Chevrolet Caprice auf einer glatten Asphaltstraße durchgeführt. Vom besten zum schlechtesten war ihre Rangfolge wie folgt (a), (b) und (c), wobei eine minimal signifikante Differenz zwischen (a) und (b) bestand und eine geringfügig größere Differenz (ungefähr 15%) zwischen (b) und (c). Mit minimal signifikanter Differenz ist eine Bewertungseinheit gemeint, die eine Person wiederholt und zuverlässig von einem Test zum nächsten erkennen kann.
• Dieselben Reifen wurden auch mit dem erfindungsgemäßen Verfahren unter Anwendung des Fluidverdrängungsmodells für einen einzigen Aufstandsflächenrand, wie durch Gleichung (18) beschrieben, von einigen Schiedsrichtern bewertet, die jeweils eine separate und individuelle Bewertung abgaben. Die verwendete Ausrüstung war: ein IBM PC/AT mit einer Qua Tech WSB-10-Karte zum Generieren beliebiger Wellenformen, ein Analogfilter zum Simulieren des auf den Fahrzeugkörper zurückzuführenden Tonübertragungsverlusts (Übertragungseinfügungsverlust), ein Tonverstärker und Lautsprecher. Ihre Reihenfolge vom besten zum schlechtesten ergab sich beim simulierten Test in exakt derselben Reihenfolge wie beim wirklichen Straßentest. Somit wurden die durch praktisches Testen erzielten Bewertungen bestätigt und die geringen Differenzen, die einen Reifen vom nächsten unterschieden, wurden bestätigt.

Claims (4)

1. Verfahren zur Bewertung von Störgeräuschen, die mit der Funktion eines Reifens durch den Kontakt seiner Lauffläche mit einer Straßenoberfläche zusammenhängen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

Digitalisieren der Laufflächenausgestaltung in einem Koordinatensystem (i,j) in mehrere Matrixelemente ((i,j); 1≤i≤m; 1≤j≤n), um lasttragende Bereiche der Lauffläche zum Berühren der Straßenoberfläche zu definieren und sie in binärer Form (b(i,j)=1, Laufflächenelement; b(i,j)=0, Raum) von denjenigen Bereichen der Lauffläche zu unterscheiden, die die Straßenoberfläche nicht berühren können,

Definieren einer im wesentlichen gebogenen Kontur eines vorderen oder hinteren Randes einer Aufstandsfläche der Lauffläche durch Ermitteln einer Gleichung für den Rand;

Definieren einer verallgemeinerten periodischen Funktion (g(i,j; t±T)=g(i,j;t); 1≤i≤m; 1≤j≤n; wobei T die Periode des Reifens ist, die so berechnet ist, daß sie einer vorausgewählten linearen Geschwindigkeit des Fahrzeugs entspricht), die den von jedem Matrixelement (i,j) erzeugten Ton repräsentiert, wobei die verallgemeinerte periodische Funktion aktiv wird, wenn ihr Matrixelement den vorderen Rand erreicht oder den hinteren Rand der Aufstandsfläche verläßt,

sequentielles Aktivieren oder Deaktivieren der verallgemeinerten periodischen Funktionen über den gesamten Umfang des Reifens in Übereinstimmung mit den Matrixelementen (i,j), die den vorderen Rand erreichen oder den hinteren Rand der Aufstandsfläche verlassen,

bei jeder Sequenz erfolgendes Durchführen einer Summierung (p(t)=ΣΣg(i,j;t-τi,j); wobei 1≤i≤m; 1≤j≤n; τij die Zeit ist, zu der Element i,j die Straße berührt oder aktiv wird) der Geräusche, die von jedem Matrixelement erzeugt werden, welches durch die verallgemeinerte periodische Funktion g(i,j; t-τi,j) repräsentiert wird, und zwar für jedes Matrixelement auf der gesamten Umfangsfläche des Reifens,

Umwandeln der Summierungen (p(t)) in ein periodisches analoges Signal, und zwar bei jeder Sequenz,

Umwandeln des analogen Signals in einen Ton und akustisches Auswerten des Tons.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das bei jeder Sequenz erfolgende Durchführen der Summierung (p(t) = ΣΣg (i,j;t- τij) des von jedem Matrixelement erzeugten Geräusches, und zwar für jedes Matrixelement auf der gesamten Umfangsfläche des Reifens, den Schritt des Korrelierens des von den im wesentlichen aus den Lasttragebereichen und Rillen bestehenden einzelnen Matrixelementen (i,j) erzeugten Tons und des Verwendens einer Abtastrate, die wenigstens die Nyquist-Rate ist, aufweist.

3. System zur Bewertung von Störgeräuschen, die mit der Funktion eines Reifens durch den Kontakt seiner Lauffläche mit einer Straßenoberfläche zusammenhängen, mit:

einer Einrichtung zum Digitalisieren der Laufflächenausgestaltung in einem Koordinatensystem (i,j) in mehrere Matrixelemente ((i,j); 1≤i≤m; 1≤j≤n), um lasttragende Bereiche der Lauffläche zum Berühren der Straßenoberfläche zu definieren und sie in binärer Form (b(i,j)=1, Laufflächenelement; b(i,j)=0, Raum) von denjenigen Bereichen der Lauffläche zu unterscheiden, die die Straßenoberfläche nicht berühren können,

einer Eindrückeinrichtung zum Definieren einer im wesentlichen gebogenen Kontur eines vorderen oder hinteren Randes einer Aufstandsfläche der Lauffläche durch Ermitteln einer Gleichung für den Rand, einer Computereinrichtung, die

eine verallgemeinerte periodische Funktion (g(i,j; t±T)=g(i,j;t); 1≤i≤m; 1≤j≤n; wobei T die Periode des Reifens ist, die so berechnet ist, daß sie einer vorausgewählten linearen Geschwindigkeit des Fahrzeugs entspricht), die den von jedem Matrixelement (i,j) erzeugten Ton repräsentiert, definiert, wobei die verallgemeinerte periodische Funktion aktiv wird, wenn ihr Matrixelement den vorderen Rand erreicht oder den hinteren Rand der Aufstandsfläche verläßt,

sequentielles Aktivieren oder Deaktivieren der verallgemeinerten periodischen Funktionen über den gesamten Umfang des Reifens in Übereinstimmung mit den den vorderen Rand erreichenden oder den hinteren Rand der Aufstandsfläche verlassenden Matrixelementen (i,j), und

bei jeder Sequenz Bilden der Summierung (p(t)=ΣΣg (i,j;t- τi,j); wobei 1≤i≤m; 1≤j≤n; τij die Zeit ist, zu der Element i,j die Straße berührt oder aktiv wird) der Geräusche, die von jedem Matrixelement erzeugt werden, welches durch die verallgemeinerte periodische Funktion (g(i,j; t-τi,j) repräsentiert wird, und zwar für jedes Matrixelement auf der gesamten Umfangsfläche des Reifens,

einer Einrichtung zum bei jeder Sequenz erfolgenden Umwandeln der Summierungen (p(t)) in ein periodisches analoges Signal, und

einer Einrichtung zum Umwandeln des analogen Signals in einen hörbaren Ton zur Auswertung des Reifengeräusches.

4. System nach Anspruch 3, bei dem die Einrichtung zum Umwandeln der Summierungen (p(t)) in ein periodisches analoges Signal ein Generator zum Generieren beliebiger Wellenformen ist.