DE4121227C1

DE4121227C1 - Determining internal noise levels in vehicle caused by servo pump - measuring output pressure of pump pulses to determine loudness of hum, whistle and hiss for different pump speeds and pressures

Info

Publication number: DE4121227C1
Application number: DE4121227A
Authority: DE
Inventors: Franz Dipl.-Ing. 7311 Hochdorf De Moser; Rainer 7000 Stuttgart De Krug
Original assignee: Mercedes Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1991-06-27
Filing date: 1991-06-27
Publication date: 1992-09-24
Anticipated expiration: 2011-06-28

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des im Innern eines Fahrzeuges auftretenden, durch die Pumpe eines Servosystems - z. B. eines servohydraulisch unterstützten Lenksystems - bedingten Geräuschanteils, wobei an einem Prüfstand die am Druckausgang der Pumpe auftretenden Druck pulsationen gemessen und die gemessenen Druckpegel zur Bewertung der Lautheit des Servolenksystems mit wenigstens einem vorgebbaren Grenzwert verglichen werden.

In servohydraulisch unterstützten Lenksystemen werden aufgrund der zeitlich ungleichmäßigen Förderung der hydrostatischen Verdrängerpumpen im Druckmedium Wechseldrücke erzeugt, die zu Wechselkräften führen, die im gesamten Hydrauliksystem Schwingungen hervorrufen. Diese Schwingungen machen sich sowohl im Hydrauliksystem als auch in den angrenzenden Elementen in Form von Flüssigkeits- und/oder Körperschall bemerkbar.

Nachdem in den letzten Jahren die Schallemissionen sowohl der Verbrennungsmotoren als auch der Nebenaggregate von Kraftfahrzeugen durch aufwendige Schalldämm-Maßnahmen ständig reduziert worden sind, werden die von den Druckpulsationen der Lenkhelfpumpe erzeugten Geräusche in zunehmendem Maße als störend empfunden. Hierbei wurde immer wieder ein Brummen beim Lenken und ein Zischen sowie Pfeifen am Lenkanschlag bemängelt.

Um möglichst bereits am Prüfstand solche Pumpen ausscheiden zu können, die im Fahrzeug zu nicht mehr tolerierbaren Geräuschen führen, wurde bereits vorgeschlagen, aus der entsprechend dem Frequenzgang der Übertragungsstrecke Pulsation/Luftschall im Fahrzeuginnern gefilterten Druckpulsation den Effektivwert zu bilden und diesen entsprechend zu bewerten. Bei diesem Verfahren wurde die gesamte Messung bei maximalem Betriebsdruck und einer gleichbleibenden Rotordrehzahl durchgeführt. Ungünstig bei diesem Verfahren ist, daß die betreffenden Pumpen, welche später im Fahrzeug aufgrund des subjektiven Lautheitsempfindens als zu laut beanstandet werden, am Prüfstand nur teilweise erkannt werden.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, das im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebene Verfahren so weiterzubilden, daß bei minimalem Aufwand möglichst alle im eingebauten Zustand zu einer nicht mehr tolerierbaren Geräuschentwicklung führenden Pumpen und insbesondere auch solche Pumpen noch zuverlässig erkannt werden, die gerade nicht mehr tolerierbar sind.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Druckpulsationen zur Bestimmung der Lautheit der Brummgeräusche einerseits und zur Bestimmung der Lautheit der Zisch- und Pfeifgeräusche andererseits bei unterschiedlichen statischen Pumpendrücken und -drehzahlen gemessen werden.

Nachdem die Messungen der Druckpulsationen zur Bestimmung der Lautheit der Brummgeräusche und zur Bestimmung der Lautheit der Zisch- und Pfeifgeräusche erfindungsgemäß getrennt und bei unterschiedlichen statischen Drücken und Drehzahlen durchgeführt werden, sind die verschiedenen Pumpen im Hinblick auf die jeweils erwartete Geräuschentwicklung im Fahrzeuginnern überraschenderweise wesentlich genauer und insbesondere auch in Grenzfällen noch deutlich voneinander unterscheidbar. Die Erfindung macht sich überdies den Umstand zunutze, daß im für die Brummgeräusche maßgeblichen Frequenzbereich die am Druckausgang der Pumpe gemessene Charakteristik der Druckpulsationen in das Fahrzeuginnere übertragen wird und demnach in diesem Falle eine Korrektur durch eine Bewertungsfunktion in der Regel nicht erforderlich ist. Durch eine entsprechende Wahl der Grenzwerte, die vom jeweiligen Fahrzeugtyp abhängig sein können, sind die verschiedenen Pumpen aufgrund der erfindungsgemäß erhaltenen Meßwerte somit hinsichtlich der jeweiligen Geräuschentwicklung in einer dem subjektiven Lautstärkeempfinden eines Fahrzeuginsassen weitgehend entsprechenden Art und Weise bewertbar und mit der entsprechenden Genauigkeit unterscheidbar.

Die im Patentanspruch 2 angegebene Verfahrensvariante weist unter anderem den Vorteil auf, daß die Messung im unterkritischen Bereich, d. h. außerhalb der Resonanzfrequenz, erfolgt. Überdies ist bei der Verwendung einer Stahlleitung im Gegensatz zu Gummischläuchen der Wert des E-Moduls genau bekannt, so daß die Schallgeschwindigkeit exakt bestimmt werden kann, womit stets eine gute Reproduzierbarkeit gegeben ist.

Die Abschlußimpedanz der Stahlleitung kann gemäß Anspruch 3 zweckmäßigerweise durch eine Festblende oder ein schwingungsfreies Druckventil gebildet sein.

Die für die Pulsationsmessung zur Bestimmung der Lautheit und Brummgeräusche bevorzugt einzuhaltenden Pumpendruck- und Drehzahlbereiche sind in den Ansprüchen 4 und 5 angegeben.

Zur Bestimmung der Lautheit der Brummgeräusche ist vorzugsweise die im Anspruch 6 angegebene Ausführungsvariante des Verfahrens vorgesehen, gemäß der neben der Höhe der Hauptordnungen auch die Anzahl und Höhe der Zwischenordnungen berücksichtigt wird. Hierbei sollte eine bezüglich des Brummgeräusches noch tolerierbare Pumpe sämtliche gemäß dieser Ausführungsvariante vorgesehenen Kriterien erfüllen, d. h. jeder der ermittelten Meßwerte sollte unterhalb dem jeweils zugeordneten, gegebenenfalls fahrzeugabhängigen Grenzwert liegen.

Im Anspruch 7 sind die jeweils zu berücksichtigenden Ordnungen sowie die Anzahl der zu berücksichtigenden Zwischenordnungen für ein Servolenksystem mit einer zweipoligen, zehn Kammern aufweisenden Flügelzellenpumpe angegeben. Bei einer derartigen Flügelzellenpumpe weist die am Druckausgang der Pumpe gemessene Druckpulsation eine im Vergleich zur Pumpendrehzahl um den Faktor 10 höhere Grundfrequenz auf.

Während die Druckpulsationen bei deren Messung zur Bestimmung der Lautheit der Zischgeräusche sowie zur Bestimmung der Lautheit der Pfeifgeräusche einer Fourieranalyse im selben Frequenzbereich von vorzugsweise etwa 500 bis 2000 Hz unterzogen werden können, werden die anhand dieser Fourieranalyse erhaltenen Meßsignale gemäß den Ansprüchen 12 und 13 zur Bestimmung der Lautheit der Pfeif- und Zischgeräusche vorteilhafterweise wiederum unterschiedlich weiterbehandelt, wodurch eine weitere Annäherung an das tatsächliche subjektive Lärmempfinden eines jeweiligen Fahrzeuginsassen erreicht wird.

In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausführungs varianten der Erfindung angegeben.

Erfindungsgemäß wird somit ein Prüfverfahren geschaffen, welches insbesondere auch für die Serienprüfung geeignet ist und die folgenden Bedingungen erfüllt:

- sicherer Nachweis von schlechten Pumpen,
- sehr kurze Meßzeit,
- einfache Handhabbarkeit,
- eindeutige Gut/Schlecht-Anzeige,
- nachträglicher Einbau in vorhandene Prüfstände möglich,
- sichere und störungsfreie Funktion,
- Automatisierbarkeit,
- geringe Kosten,
- problemlos an wechselnde Qualitätsanforderungen anpaßbar.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung näher beschrieben; in dieser zeigt:

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung einer zweipoligen Flügelzellenpumpe,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der vier an einem Rohrleitungselement auftretenden Wellenarten,

Fig. 3 verschiedene Signalverläufe zur Darstellung der bei einer Fouriertransformation gegebenen Abhängigkeit zwischen dem zeit- und dem frequenzabhängigen Signal,

Fig. 4 verschiedene Signalverläufe zur Darstellung der bei einer Ordnungsanalyse gegebenen Abhängigkeit der Amplitude einer jeweiligen Ordnung von der Pumpen drehzahl,

Fig. 5 einen Versuchs- und Meßaufbau für eine am Fahrzeug durchgeführte Vergleichsmessung,

Fig. 6 einen Versuchs- und Meßaufbau für einen am Prüfstand mit einem Lenkgetriebe durchgeführte Vergleichsmessung,

Fig. 7 einen Versuchs- und Meßaufbau für eine am Prüfstand mit einer kurzen Stahlleitung durchgeführte Messung,

Fig. 8 ein Diagramm mit den Wechseldruckpegeln der Hauptordnungen der überprüften Pumpen Z 1 bis Z 3 und V 1 bis V 3,

Fig. 9 ein Diagramm mit den Wechseldruckpegeln der 10. Ordnung der überprüften Pumpen Z 1 bis Z 3, V 1 bis V 3 und Z 4 bis Z 6,

Fig. 10 ein Diagramm mit den Wechseldruckpegeln der 20. Ordnung der überprüften Pumpen Z 1 bis Z 3, V 1 bis V 3 und Z 4 bis Z 6,

Fig. 11 ein Diagramm mit den Wechseldruckpgegeln der 30. Ordnung der überprüften Pumpen Z 1 bis Z 3, V 1 bis V 3 und Z 4 bis Z 6,

Fig. 12 ein Diagramm mit den Wechseldruckpegeln der arithmetischen Pegelsummen über die ersten 20 Ordnungen der überprüften Pumpen Z 1 bis Z 3, V 1 bis V 3 und Z 4 bis Z 6 und

Fig. 13 eine Tabelle mit den Ergebnissen der Überprüfung der Pumpen Z 1 bis Z 3, V 1 bis V 3 und Z 4 bis Z 6 anhand der erfindungsgemäßen Prüfkriterien für das Brummgeräusch.

Es wurde eine Vielzahl zweipoliger Flügelzellenpumpen 10 der in Fig. 1 gezeigten Art anhand von Messungen der Druckpulsationen am Druckausgang der Pumpe daraufhin überprüft, inwieweit die im Fahrzeuginnern zu erwartende Brumm- sowie Zisch- und Pfeifgeräuschentwicklung noch tolerierbar oder nicht mehr tolerierbar ist.

Bei einer solchen zweipoligen Flügelzellenpumpe 10 der in Fig. 1 gezeigten Art werden zwischen Rotor und Hubring durch die Flügel 12 zehn Kammern 14 gebildet, die zweimal pro Umdrehung Öl aus den Tankbohrungen ansaugen (Saugniere) und auf der Druckseite wieder ausschieben (Druckniere). Dadurch ergibt sich ein im wesentlichen mit der zehnfachen Drehfrequenz (10. Ordnung) pulsierender Volumenstrom.

Diese Volumen- bzw. Förderstromschwankungem führen zu Wechseldrücken im zugehörigen servohydraulisch unterstützten Lenksystem, welche die Pumpe und die nachgeschalteten Elemente zum Schwingen anregen. Im höheren Bereich bezeichnet man diese Schwingungen als Flüssigkeits- bzw. Körperschall.

Außer diesen systembedingten Gegebenheiten können Pulsationen auch auf die folgenden fertigungsbedingten Ursachen zurückgehen:

- Abweichungen der Hubkurve von der Idealform,
- Versatz zwischen Hubkurve und Positionierbohrungen im Ring,
- Spiel zwischen den Positionierbohrungen im Ring, Stift und Stiftbohrungen im Flansch,
- Versatz der Hubkurve unter Druck.

Der von der Flügelzellenpumpe 10 erzeugte Flüssigkeitsschall breitet sich in Form von ebenen Wellen im gesamten Hydrauliksystem ungehindert aus. Hierbei ist das Schwingungs verhalten von hydraulischen Rohrleitungselementen 16 durch die folgenden vier, untereinander mit verschiedenen Wellenformen geprägt (vgl. Fig. 2):

- Longitudinalschwingungen E in Form von ebenen Wellen in der Flüssigkeit,
- Longitudinalschwingungen L des Rohrkörpers in z-Richtung,
- Biegeschwingungen B_x,y und B_y,z des Rohrkörpers in der x-y-Ebene bzw. der y-z-Ebene und
- Torsionsschwingungen T des Rohrkörpers um die z-Achse.

Bei den durchgeführten Messungen wurden die Druckpulsationen am Druckausgang der Flügelzellenpumpe 10 jeweils mittels eines piezokeramischen Druckaufnehmers 26 (vgl. Fig. 5 bis 7) in ein Ladungssignal umgewandelt. Mit Hilfe eines Ladungs verstärkers 34 wurde jeweils eine Spannung erzeugt, welche als zeitabhängiges Signal S (t) einem FET-Fourieranalysator 36 (FFT = Fast Fourier Transformation) zugeführt wurden (vgl. Fig. 3).

Wie anhand von Fig. 3 zu erkennen ist, wird durch die Fourier-Transformation das zeitabhängige Signal S (t) in ein frequenzabhängiges Signal S (f) überführt. Die drei Diagramme der Fig. 3 zeigen den Zusammenhang zwischen diesen zeit- und frequenzabhängigen Signalen S (t) bzw. S (f), wobei die Amplitude A jeweils über der Zeit t, der Frequenz f bzw. der Zeit t und der Frequenz f dargestellt ist, mit Q die Frequenzanteile und mit S (t,f) das aus den jeweiligen Sinusanteilen bestehende Signal bezeichnet ist.

Da jede Ordnung einer bestimmten Frequenz entspricht, kann bekannten Drehzahlen anstatt der Frequenz die Ordnung betrachtet werden. Bei den hier untersuchten zehnpoligen Flügelzellenpumpen entspricht z. B. die 10. Ordnung bei 900 1/min der Frequenz f=150 Hz. Diese Darstellung hat den Vorteil, daß sie den Verlauf der Ordnungen unabhängig von der jeweiligen Drehzahl angibt. Damit sind direkte Vergleiche zwischen den einzelnen Ordnungen bei unterschiedlichen Drehzahlen möglich.

Mit dem hier verwendeten Fourieranalysator 36 (vgl. Fig. 5 bis 7) kann darüber hinaus noch eine sogenannte Ordnungsanalyse durchgeführt werden, bei der das Schwingungssignal während eines Hochlaufes über einen vorgegebenen Drehzahlbereich aufgenommen wird. Am Gerät können mehrere Ordnungen vorgewählt werden. Gemäß Fig. 4 erhält man mit einer solchen Ordnungsanalyse eine Darstellung der vorgewählten Ordnungen über der Drehzahl n. Der Vorteil dieser Darstellung besteht darin, daß der Verlauf bestimmter wichtiger Ordnungen (gemäß Fig. 4 z. B. die 10., 20., 30. und 40. Ordnung entsprechend der Grund- bzw. der ersten Oberfrequenz der Druckpulsation einer zehnpoligen Flügelzellenpumpe) über den gesamten Drehzahlbereich quantitativ betrachtet werden kann.

Die Druckpulsationen der Flügelzellenpumpen wurden in drei verschiedenen Einbauzuständen gemessen, und zwar:

- am Kraftfahrzeug 18 mit serienmäßigen Druckschläuchen 28 und serienmäßiger Lenkung 30, wobei die Flügelzellenpumpe 10 von einem externen, mit einer Schalldämmung 22 versehenen Elektromotor 20 angetrieben war (vgl. Fig. 5);
- auf dem Prüfstand mit einem serienmäßigen Druckschlauch 28 und einem Lenkgetriebe 30 (vgl. Fig. 6) und
- auf dem Prüfstand mit einer kurzen Stahlleitung 54 und einem Druckbegrenzungsventil 52 als definierte Abschlußimpedanz der Flügelzellenpumpe 10 (vgl. Fig. 7).

Bei der am Fahrzeug durchgeführten Vergleichsmessung (vgl. Fig. 5) wurde die Druckpulsation, wie auch bei den Prüfstandmessungen gemäß den Fig. 6 und 7, am Ausgang der Flügelzellenpumpe 10 mittels eines piezokeramischen Druckaufnehmers 26 gemessen. Zeitgleich dazu wurde im Fahrzeuginnern der Luftschall in Höhe des rechten Fahrerohres mittels eines Mikrofones 32 aufgenommen. Beide Signale wurden zusammen mit dem Drehzahlsignal eines Drehzahlgebers 24 dem Fourieranalysator 36 sowie einer Bandmaschine 38 zugeführt. Das Ausgangssignal des Druckaufnehmers 26 wurde durch einen Ladungsverstärker 34 verstärkt. Das Ausgangssignal dieses Verstärkers 34 wurde außer dem Fourieranalysator 36 auch einem Oszillographen 40 zugeführt. Überdies war am Lenkgetriebe 30 ein Beschleunigungsaufenhmer 56 angeordnet, dessen Ausgang über einen Verstärker ebenfalls wiederum mit dem Fourieranalysator 36 sowie der Bandmaschine 38 verbunden war. Um die oben erläuterte Ordnungsanalyse durchführen zu können, wurde für den Antrieb der Flügelzellenpumpe 10 ein drehzahlregelbarer Elektromotor 20 verwendet.

Dieser in Fig. 5 gezeigte, für die Messung am Fahrzeug bestimmte Versuchsaufbau hat den Vorteil, daß der Wert der Abschlußimpedanz infolge des im Fahrzeug eingebauchten Lenkgetriebes der Praxis entspricht und die tatsächlichen Körper schallübertragungswege vorhanden sind. Da die Lenkhelfpumpe 10 außerhalb des Kraftfahrzeuges 18 angetrieben wird, kann im Fahrzeuginnern bei stehendem oder ausgeschaltetem Verbrennungsmotor der ausschließlich von der Druckpulsation erzeugte Luftschall gemessen werden.

Fig. 6 zeigt den Versuchsaufbau eines Prüfstandes mit Lenkgetriebe, bei dem der Ölkreislauf des Fahrzeuges nachgebildet ist. Dieser Ölkreislauf umfaßt die Flügelzellenpumpe 10, einen serienmäßigen Druckschlauch 28 sowie ein Lenkgetriebe 30. Die Pulsationen am Druckausgang der Flügelzellenpumpe 10 werden wiederum von einem piezokeramischen Druckaufnehmer 26 erfaßt. Das Ladungssignal wird durch den Ladungsverstärker 34 wiederum in ein Spannungssignal umgewandelt und dem Fourieranalysator 36 zugeführt sowie von der Bandmaschine 38 aufgenommen. Das als Triggersignal für die Ordnungsanalysen dienende Drehzahlsignal wird über den Drehzahlgeber 24 an der Pumpenantriebswelle abgenommen. Die Öltemperatur wird durch zwei ungeregelte Ölkühler 42 sowie einen geregelten Ölkühler 44 konstant gehalten, die mit dem Kühlwasserzulauf 46 sowie einem Kühlwasserablauf 48 des Kühlwasserkreislaufes verbunden sind. Der Betriebsdruck wurde an einer Wendelschraube am Lenkgetriebe 30 eingestellt und über ein Manometer abgelesen.

Beim Versuchs- und Meßaufbau am Prüfstand mit kurzer Stahlleitung gemäß Fig. 7 umfaßt der Ölkreislauf eine sehr kurze Stahl leitung 54, ein verstellbares Druckbegrenzungsventil 52 sowie einen durch einen Schlauch gebildeten Ölrücklauf 50. Die kurze Stahlleitung 54 weist beim vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Länge von 160 mm und einen Durchmesser von 8 mm auf. Das Lenkgetriebe ist in diesem Versuchs- und Meßaufbau nicht mehr enthalten. Im übrigen ist dieser Prüfstand entsprechend dem in Fig. 6 gezeigten Prüfstand aufgebaut.

Die Messung bei an die Flügelzellenpumpe 10 angeschlossener kurzer Stahlleitung 54 hat den Vorteil, daß sie im unterkritischen Bereich, d. h. unterhalb der Resonanzfrequenz, erfolgt. Zudem ist im Gegensatz zu Gummischläuchen bei der Stahlleitung der Wert des E-Moduls genau bekannt, so daß die Schallgeschwindigkeit genau bestimmt werden kann, wodurch eine gute Reproduzierbarkeit gegeben ist.

Auf den verschiedenen Prüfständen wurden nun Pulsationsmessungen bei Drehzahlen von 600, 900 und 1200 1/min und Drücken von jeweils 20, 50 und 70 bar für eine Vielzahl verschiedener Pumpen durchgeführt. Im Verlauf dieser Messungen wurden für die Pumpen die betreffenden Ordnungsspektren ermittelt, d. h. bei unterschiedlichen Drücken und Drehzahlen die Wechseldruckpegel über den Ordnungen dargestellt. Schließlich wurden die Pumpen auch im subjektiven Vergleich bewertet. Zunächst wurden je drei Pumpen zweier Hersteller überprüft. Die Einteilung der untersuchten Pumpen nach dem subjektivem Lautstärkeempfindens ergab, daß pro Hersteller jeweils eine Pumpe als laut, eine Pumpe als Mittel und eine Pumpe als leise eingestuft werden konne:

Ein Vergleich der an den verschiedenen Prüfständen vorgenommenen Druckpulsationsmessungen mit dem dadurch im Fahrzeuginnern jeweils erzeugten Luftschall hat unter Einbeziehung der Übertragungswege und des Übertragungsverhaltens im wesentlichen zu den folgenden Ergebnissen geführt:

Bereits durch den Versuchs- und Meßaufbau am Fahrzeug gemäß Fig. 5 war es möglich, das Lenksystem ohne weitere Schallquellen bei stehendem Verbrennungsmotor zu betreiben. Auf dieser Basis konnte ein deutlicher Zusammenhang zwischen der Druckpulsation und dem Luftschall im Fahrzeuginneren aufgefunden werden. Die Messungen ergaben insbesondere auch, daß im Frequenzbereich unter etwa 500 Hz die Druckpulsationen sehr gut in das Fahrzeuginnere übertragen wurden. Über 500 Hz konnte ein geringer werdendes Übertragungsverhalten festgestellt werden.

Durch die mit den Prüfständen gemäß den Fig. 6 und 7 in zwei Stufen durchgeführten Reduzierung der Versuchsbedingungen auf Prüfstandsbedingungen konnten die Einflüsse des Lenkgetriebes als Abschlußimpedanz ermittelt werden. Durch die Nachbildung des Hydraulikkreislaufes mit den Hydraulikelementen des Fahrzeuges auf dem Prüfstand mit Lenkgetriebe gemäß Fig. 6 wurde der Einfluß des Lenkgetriebes und der Druckschläuche auf die Resonanzlagen der Druckpulsation nachgewiesen. Beim Prüfstand gemäß Fig. 7 wurden die Druckschläuche und das Lenkgetriebe durch eine Stahlleitung mit Druckregelventil ersetzt, wobei die Messungen auf diesem Prüfstand bestätigten, daß Prüfstandsergebnisse auf den realen Einzelfall übertragen werden können, nachdem typische Merkmale im Ordnungsspektrum der Druckpulsation bei den verschiedenen Pumpen auch auf den Prüfständen festgestellt wurden. Bei dem zuletzt genannten Versuchsaufbau gemäß Fig. 7 traten keine erkennbare Resonanzen auf, woraus geschlossen werden konnte, daß das Lenkgetriebe und die Hydraulikschläuche als Impedanzen für die bei den anderen Messungen vorhandenen Resonanzen verantwortlich waren.

Es hat sich gezeigt, daß es zweckmäßig ist, die Druckpulsationen zur Bestimmung der Lautheit der Brummgeräusche einerseits und zur Bestimmung der Lautheit der Zisch- und Pfeifgeräusche andererseits bei unterschiedlichen statischen Pumpendrücken und -drehzahlen zu messen. Zur Messung des Brummgeräusches ist zweckmäßigerweise ein statischer Druck unterhalb dem Maximaldruck (z. B. 50 bar) und eine Pumpen drehzahl über dem Ansprechpunkt des Mengenregelventils 52 (vgl. Fig. 7) zu wählen. Zur Messung des Zisch- und Pfeifgeräusches ist es zweckmäßig, den Maximaldruck einzustellen, bei dem das Druckbegrenzungsventil anspricht und eine Pumpendrehzahl im Bereich der Leerlaufdrehzahl des Fahrzeugs zu wählen.

Bei einem Servolenksystem mit einer zweipoligen, zehn Kammern aufweisenden Flügelzellenpumpe 10 der in Fig. 1 gezeigten Art werden die Druckpulsationen zur Bestimmung der Lautheit der Brummgeräusche bei deren Messung zweckmäßigerweise einer Fourieranalyse bis zur 30. Harmonischen der Pumpendrehzahl (30. Ordnung der Pumpendrehzahl) unterzogen, die Amplitude der 10. Ordnung des Wechseldruckes, die Amplitude der 20. Ordnung des Wechseldruckes und die Amplitude der 30. Ordnung des Wechseldruckes jeweils mit einem vorgebbaren Grenzwert verglichen und zusätzlich die arithmetische Summe oder der arithmetische Mittelwert der Amplituden der ersten 20 Ordnungen des Wechseldruckes bestimmt und mit einem betreffenden Grenzwert verglichen. Eine bezüglich Brummgeräuschen noch tolerierbare Pumpe sollte sämtliche Kriterien erfüllen, d. h. die genannten vier Meßwerte sollten sämtlich unterhalb der jeweiligen Grenzwerte liegen.

Diese zur Bestimmung und Bewertung des Brummgeräuschanteils vorgeschlagene Verfahrensvariante wurde anhand der Pumpen Z 1 bis Z 3 sowie dreier weiterer Pumpen Z 4 bis Z 6 überprüft und hinsichtlich deren Effizienz bestätigt, wie sich im einzelnen aus den Fig. 8 bis 13 ergibt.

Entsprechend den erzielten Meßergebnissen wird die Pulsation einer Flügelzellenpumpe durch die Höhe der Hauptordnungen (10., 20., 30. . . . Ordnung) und die Anzahl bzw. die Höhe der Zwischenordnungen charakterisiert. In Fig. 8 sind die in dB angegebenen Wechseldruckpegel der Hauptanordnungen der gemessenen Pumpen Z 1 bis Z 3 und V 1 bis Z 3 dargestellt. Es zeigt sich, daß keine der Hauptordnungen für sich alleine ein Maß für die zu erwartende Schallemission sein kann. Das Balkendiagramm enthält keine Hauptordnung, welche eine eindeutige Zuordnung der Lautstärke erlaubt. So ist die 10. Ordnung bei der mittleren Pumpe Z 2 kleiner als bei der leisesten Pumpe Z 1. Bei der 20. Ordnung besteht kein Unterschied zwischen der Pumpe Z 2 (mittel) und der Pumpe Z 3 (laut). Die 30. Ordnung ist bei der Pumpe V 2 (mittel) am niedrigsten. Die 40. Ordnung ist bei der lauten Pumpe Z 3 hinsichtlich ihres Pegelwertes etwas kleiner als bei der mittleren Pumpe Z 2. Insgesamt ist jedoch die Tendenz zu höheren Pegelwerten der Hauptordnungen bei lauten Pumpen zu erkennen. Demnach sollte jede Hauptordnung für sich betrachtet als Bewertungsgrundlage dienen, um zu berücksichtigen, daß hohe Hauptordnungen für laute Einzeltöne verantwortlich sind.

Um in die Überprüfung des vorgeschlagenen Verfahrens zur Bestimmung der Brummgeräusche insbesondere auch solche Pumpen mit einzubeziehen, die im Grenzbereich Gut/Schlecht liegen, wurden zusätzlich drei weitere Pumpen Z 4 bis Z 6 überprüft, die im subjektiven Vergleich als gerade nicht mehr tolerierbar beurteilt wurden. Diese Pumpen liegen somit zwar im Grenzbereich, sollen jedoch noch als "schlecht" erkannt werden. Die Pumpe Z 2 ist im subjektiven Vergleich als gerade noch "gut" bewertet worden und soll die Grenzmarke darstellen.

Im Zusammenhang mit der Überprüfung der vier vorgeschlagenen Bewertungskriterien ist anhand von Fig. 9 erkennbar, daß bereits mit der Auswertung der 10. Ordnung eine relativ differenzierte Unterscheidung möglich ist. Hierbei werden bereits vier von fünf schlechten Pumpen erkannt. Bei der nicht erkannten Pumpe Z 6 handelt es sich um ein typisches Beispiel für eine laute Pumpe mit einen niedrigen Pegel aufweisenden Hauptordnungen, bei der auch für das subjektive Geräuschempfinden offensichtlich auch die Zwischenordnungen maßgeblich sind.

Bei der Auswertung der 20. Ordnung gemäß Fig. 10 wurde lediglich die Pumpe V 3 als "schlecht" erkannt. Auf dieses Kriterium kann dennoch nicht verzichtet werden, da es auch Pumpen gibt, die nur aufgrund ihrer ausgeprägten 20. Ordnung im subjektiven Vergleich als laut eingestuft werden.

Auch bei der Auswertung der 30. Ordnung gemäß Fig. 11 wurde die im subjektiven Vergleich als "schlecht" eingestufte Pumpe Z 6 noch als "gut" bewertet.

Erst anhand der arithmetischen Pegeladdition über die ersten 20 Ordnungen gemäß Fig. 12 wird auch diese Pumpe Z 6 als zu laut eingestuft.

Erfindungsgemäß werden nun nur diejenigen Pumpen als "gut" bewertet, die alle vier Bedingungen erfüllt haben (+).

In der Tabelle gemäß Fig. 13 sind die Ergebnisse der Überprüfung der Pumpen Z 1 bis Z 3, V 1 bis V 3 und Z 4 bis Z 6 anhand der zur Bestimmung der Brummgeräusche vorgeschlagenen Prüfkriterien zusammengestellt. Die jeweiligen Pumpen gelten im Ergebnis als gut (+), wenn sie sämtliche Kriterien erfüllt haben (+). bzw. angesichts keines der verschiedenen Kriterien als schlecht (-) bewertet wurden. Anhand der Tabelle ist zu ersehen, daß sämtliche im subjektiven Vergleich als schlecht eingestuften Pumpen auch anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens als nicht mehr tolerierbar erkannt wurden.

Die Lautheit der Zisch- und Pfeifgeräusche wurde getrennt bestimmt, wobei die Pulsationsmessungen bei eingestelltem Maximaldruck (Ansprechen des Druckbegrenzungsventils) und einer Pumpendrehzahl im Bereich der Leerlaufdrehzahl des Fahrzeugs durchgeführt wurden.

Zur Bestimmung der Lautheit dieser Zisch- und Pfeifgeräusche wurden die Druckpulsationen bei deren Messung einer Fourier analyse in einem Frequenzbereich von etwa 500 bis 2000 Hz unterzogen. Zur Bestimmung der Lautheit der Pfeifgeräusche wurden die Amplituden sämtlicher analysierter Ordnungen jeweils mit einem vorgebbaren Grenzwert verglichen, wobei eine jeweilige Pumpe nur dann als tolerierbar eingestuft wurde, wenn die Amplituden sämtlicher Ordnungen unterhalb dem jeweiligen Grenzwert lagen.

Zur Bestimmung der Lautheit der Zischgeräusche wurde die arithmetische Pegelsumme der Amplituden sämtlicher analysierter Ordnungen gebildet und mit einem betreffenden, vorgebbaren Grenzwert verglichen. Eine jeweilige Pumpe wurde hinsichtlich der zu erwartenden Zischgeräusche dann noch als tolerierbar angesehen, wenn dieser Summenwert unterhalb dem genannten Grenzwert lag. Die Amplituden der im angegebenen Frequenzbereich analysierten Ordnungen können vor deren Aufsummieren zweckmäßigerweise entsprechend einer frequenzabhängigen, das Geräuschübertragungsverhalten des betreffenden Fahrzeuges berücksichtigenden Filterfunktion bewertet werden.

Claims

1. Verfahren zur Bestimmung des im Innern eines Fahrzeuges auftretenden, durch die Pumpe eines Servosystems - z. B. eines servohydraulisch unterstützten Lenksystems - bedingten Geräusch anteils, wobei an einem Prüfstand die am Druckausgang der Pumpe auftretenden Druckpulsationen gemessen und an die gemessenen Druckpegel zur Bewertung der Lautheit des Servolenksystems mit wenigstens einem vorgebbaren Grenzwert verglichen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckpulsationen zur Bestimmung der Lautheit der Brummgeräusche einerseits und zur Bestimmung der Lautheit der Zisch- und Pfeifgeräusche andererseits bei unterschiedlichen statischen Pumpendrücken und -drehzahlen gemessen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckpulsationen bei an den Druckausgang der Pumpe angeschlossener kurzer Stahlleitung mit definierter Abschluß impedanz gemessen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschlußimpedanz durch eine Festblende oder ein schwingungsfreies Druckventil gebildet wird.

4. Verfahren nach einem der vorübergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckpulsationen zur Bestimmung der Lautheit der Brummgeräusche bei einem statischen Druck gemessen werden, der unterhalb dem Maximaldruck liegt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckpulsationen zur Bestimmung der Lautheit der Brummgeräusche bei einer Pumpendrehzahl oberhalb des Ansprechpunktes des Mengenregelventils gemessen werden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die eine im Vergleich zur Pumpendrehzahl gegebenenfalls um einen ganzzahligen Faktor k höhere Grundfrequenz aufweisenden Druckpulsationen zur Bestimmung der Lautheit der Brummgeräusche bei deren Messung einer Fourieranalyse bis wenigstens zur 3·k-ten Harmonischen (Ordnung) der Pumpendrehzahl unterzogen werden, daß wenigstens die Amplituden der k-ten Ordnung, der 2·k-ten Ordnung sowie der 3·k-ten Ordnung jeweils mit einem vorgebbaren Grenzwert verglichen werden, und daß zusätzlich die arithmetische Summe oder der arithmetische Mittelwert der Amplituden zumindest der ersten 2·k Ordnungen bestimmt und mit einem betreffenden Grenzwert verglichen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Servolenksystem mit einer zweipoligen, zehn Kammern aufweisenden Flügelzellenpumpe die bei der Messung der Druckpulsationen durchgeführte Fourieranalyse bis wenigstens zur 30. Harmonischen (Ordnung) der Pumpendrehzahl durchgeführt und die Amplituden der 10., 20. und 30. Ordnung sowie die arithmetische Summe bzw. der arithmetische Mittelwert zumindest der ersten 20 Ordnungen mit den betreffenden Grenzwerten verglichen werden.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckpulsationen zur Bestimmung der Lautheit der Zisch- und Pfeifgeräusche bei einem statischen Druck gemessen werden, der dem Maximaldruck entspricht.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckpulsationen zur Bestimmung der Lautheit der Zisch- und Pfeifgeräusche bei einem solchen statischen Druck gemessen werden, bei dem ein Druckbegrenzungsventil anspricht.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckpulsationen zur Bestimmung der Lautheit der Zisch- und Pfeifgeräusche bei einer Pumpendrehzahl im Bereich der Leerlaufdrehzahl des Fahrzeuges gemessen werden.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckpulsationen zur Bestimmung der Lautheit der Zisch- und Pfeifgeräusche bei deren Messung einer Fourier analyse in einem Frequenzbereich von etwa 500 bis 2000 Hz unterzogen werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Lautheit der Pfeifgeräusche die Amplituden sämtlicher analysierter Ordnungen jeweils mit einem vorgebbaren Grenzwert verglichen werden.

13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Lautheit der Zischgeräusche die arithmetische Summe bzw. der arithmetische Mittelwert der Amplituden sämtlicher analysierter Ordnungen gebildet und mit einem betreffenden vorgebbaren Grenzwert verglichen wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplituden der analysierten Ordnungen vor deren Aufsummieren entsprechend einer frequenzabhängigen, das Geräuschübertragungsverhalten des betreffenden Fahrzeugs berücksichtigenden Filterfunktion bewertet werden.