DE69517075T2 - Gerät zur Diagnose von Schall- und Schwingungsquellen - Google Patents

Gerät zur Diagnose von Schall- und Schwingungsquellen

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DE69517075T2
DE69517075T2 DE1995617075 DE69517075T DE69517075T2 DE 69517075 T2 DE69517075 T2 DE 69517075T2 DE 1995617075 DE1995617075 DE 1995617075 DE 69517075 T DE69517075 T DE 69517075T DE 69517075 T2 DE69517075 T2 DE 69517075T2
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Murakami Kazutomo
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01HMEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H1/00Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

    Hintergrund der Erfindung Gebiet der Erfindung:
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Diagnose einer Schallquelle und einer Schwingungsquelle, insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Diagnose einer Schallquelle und einer Schwingungsquelle, welche in einem Übertragungssystem, in welchem eine oder eine Vielzahl von Schallquellen die Ursachen von Schall und Schwingungen an einem Bewertungspunkt bilden, es möglich machen, die Schallquellen oder Schwingungsquellen, welche zum größten Teil zum Bewertungspunkt beitragen, visuell und quantitativ zu diagnostizieren, und benutzt werden können, um wirksame Fortschritte zu erzielen.
  • Beschreibung des Standes der Technik:
  • Herkömmlich wurde als ein Verfahren zur Analyse des Beitrags von Schallquellen oder Schwingungsquellen zu einem Bewertungspunkt ein Verfahren vorgeschlagen, in welchem in einem Frequenzbereich zusammenhängende Komponenten von einer Übertragungsfunktion zwischen den betreffenden Schallquellen und Schwingungsquellen und dem Bewertungspunkt bestimmt werden und die Beitragsraten der Schallquellen oder Schwingungsquellen zum Bewertungspunkt von diesen korrelierenden Komponenten bestimmt werden.
  • Weiterhin wurde in den letzten Jahren eine Methode zur Diagnose des Beitrags von Schallquellen oder Schwingungsquellen durch Nutzung adaptiver Digitalfilter in einem Zeitbereich vorgestellt (Japanische Patentanmeldung, Offenlegung Nr. 5, 26722).
  • Mit der oben beschriebenen herkömmlichen Methode der Analyse des Beitrags in dem Frequenzbereich wird jedoch nur die Amplitudeninformation genutzt und eine Phaseninformation nicht berücksicht. Daher wird eine Analyse schwierig, wenn eine große Korrelation zwischen den Eingängen vorliegt. Außerdem wird für die Analyse Zeit benötigt, so daß es unmöglich ist, sofort Ergebnisse zu erzielen. Auch werden durchgängige Daten für einen langen Zeitraum benötigt.
  • Auf der anderen Seite wird mit der oben beschriebenen herkömmlichen Methode der Analyse des Beitrags im Zeitbereich eine Analyse der Funktionsbedingungen, beispielsweise in Echtzeit, möglich. Folglich wird jedoch nur eine Zeitwellenform erhalten, und da die Beitragsraten anhand der Größe der Amplitude der Zeitwellenform bewertet werden, ist es nur möglich, qualitative und angenäherte Beitragsraten zu bestimmen, obwohl diese in Echtzeit bestimmt werden. Daher besteht ein Problem dahingehend, daß es unmöglich ist, die Raten des unmittelbaren, quantitativen Beitrags (Beitragsraten) zu beurteilen.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung wurde in Hinblick auf die oben beschriebenen Umstände ausgestaltet. Ihre Aufgabe ist es, ein Gerät zur Diagnose einer Schallquelle und einer Schwingungsquelle bereitzustellen, welches einen größeren praktischen Wert hat, indem es ermöglicht, in Echtzeit eine Rate eines quantitativen Beitrags auszuwerten.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Gerät zur Diagnose einer Beitragsrate einer Schallquelle oder einer Schwingungsquelle bereitgestellt, umfassend: Mittel, welche einen Sensor, um Schall oder Schwingungen an einer vorbestimmten Position in Form eines Analogwertes zu erfassen, und ein Analog-Digital-Umsetzer-Schaltkreis, um den Analogwert in einen Digitalwert umzusetzen, aufweisen, oder einen Sensor aufweisen, um Schall oder Schwingungen an einer vorbestimmten Position in Form eines Digitalwertes zu erfassen; eine Vielzahl von Filtern, von denen jedes angepaßt ist, eine Digitalfilterung unter Verwendung eines Filterfaktors und eines von einer Vielzahl von Digitalwerten durchzuführen, welche durch mehrmaliges Verzögern des jeweiligen gegenwärtigen Werts erzeugt werden; Änderungsmittel, um zumindest einen der Filterfaktoren zu ändern, so daß eine Differenz zwischen einer Gesamtsumme der Ergebnisse einer Digitalfilterung und einem Zielwert minimal wird; und ein Beitragsraten-Rechenschaltkreis, um die Beitragsrate zu einem Bewertungspunkt unter Verwendung von Ausgängen der Vielzahl von Filtern innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums, wenn die Differenz minimal wird, zu berechnen.
  • In der vorliegenden Erfindung wird der Analogwert des Schalls oder der Schwingungen an einer vorbestimmten Position, der von einem Sensor erfaßt wird, in einen Digitalwert mit einem Analog-Digital-Umsetzer-Schaltkreis umgewandelt, oder es werden Schall oder Schwingungen an einer vorbestimmten Position direkt in Form eines Digitalwertes mit einem Digitalsensor erfaßt. Jedes der Filter führt eine Digitalfilterung unter Verwendung eines Filterfaktors und eines von einer Vielzahl von Digitalwerten durch, die zuvor durch Verzögerung des Digitalwertes erzeugt wurden. Die Änderungsmittel ändern zumindest einen der Filterfaktoren, so daß die Differenz zwischen dem Filterausgang und dem Zielwert minimal wird. Der Beitragsraten-Rechenschaltkreis berechnet die Beitragsrate zu dem Bewertungspunkt durch Nutzung von Ausgängen der Vielzahl von Filtern innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums, wenn die Differenz minimal wird. Diese Beitragsrate wird auf einem Sichtgerät dargestellt.
  • Auf diese Weise ist es möglich, da die Beitragsrate einer Schallquelle oder einer Schwingungsquelle berechnet und dargestellt wird, auf einen Blick die Beitragsrate der Schallquelle oder der Schwingungsquelle zu einem Bewertungspunkt auszuwerten.
  • Wie oben beschrieben, ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, einen Vorteil dahingehend zu erzielen, daß es in einem komplizierten akustischen System oder Schwingungssystem möglich ist, auf einen Blick die Beitragsrate der Schallquelle oder der Schwingungsquelle zu einem Bewertungspunkt in Echtzeit und quantitativ auszuwerten.
  • Der Gegenstand wie oben beschrieben und andere Gegenstände, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die nachfolgende ausführliche Beschreibung deutlicher werden, wenn diese in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen gelesen wird.
  • Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm, welches eine Vorrichtung zur Analyse des Geräuschbeitrag in einem Fahrzeuginnenraum darstellt, zur Verdeutlichung der vorliegenden Erfindung;
  • Fig. 2 zeigt ein Blockdiagramm, welches die Details einer Recheneinheit mit adaptivem Filter darstellt, die in Fig. 1 gezeigt ist;
  • Fig. 3 zeigt ein Blockdiagramm, welches einen adaptiven Filter aus Fig. 1 darstellt;
  • Fig. 4 zeigt ein schematisches Diagramm einer Recheneinheit mit adaptivem Filter aus Fig. 1;
  • Fig. 5 zeigt ein Blockdiagramm einer Beitragsraten- Rechenschaltkreiseinheit, die in Fig. 1 dargestellt ist;
  • Fig. 6 zeigt einen Graphen, der die Ergebnisse einer Ausgabe darstellt, mit der Zeit an der Abszisse aufgetragen;
  • Fig. 7 zeigt ein Balkendiagramm, das die Ergebnisse einer Ausgabe darstellt;
  • Fig. 8 zeigt einen Graphen, der die Ergebnisse einer Ausgabe wiedergibt, die Motorgeschwindigkeit an der Abszisse aufgetragen;
  • Fig. 9 zeigt einen Graphen, der die Ergebnisse einer Ausgabe wiedergibt, die Motorgeschwindigkeit an der Abszisse aufgetragen;
  • Fig. 10 zeigt ein schematisches Diagramm einer Recheneinheit mit adaptivem Filter im Falle einer einzelnen Eingabe gemäß der vorliegenden Erfindung; und
  • Fig. 11 zeigt einen Graphen, der die Ergebnisse einer Ausgabe in einem herkömmlichen Beispiel darstellt.
  • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
  • In Bezug zu den beigefügten Zeichnungen wird nun eine genaue Beschreibung gegeben, um eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Lichte der Offenbarung der JP-A-5 026 722 darzustellen. Bei dieser Ausführungsform wird die vorliegende Erfindung zur Analyse eines Lärmbeitrags in einem Fahrzeuginnenraum eingesetzt.
  • Im allgemeinen ist es sehr wichtig, wenn über Gegenmaßnahmen zur Lärmreduzierung in einem Fahrzeuginnenraum für den Fahrer oder Insassen des Fahrzeugs während der Fahrt des Fahrzeugs nachgedacht wird, den Beitrag des Schalls oder der Schwingungen, dessen Schallquellen oder Schwingungsquellen Hauptplatten A bis G im Innenraum des in Fig. 1 gezeigten Fahrzeugs 1 sind, zum Lärm in der Nähe der Ohren des Fahrers oder des Insassens zu bestimmen. Grund hierfür ist, daß es möglich ist, ein effektives Gegenmittel einzusetzen, wenn ein Mittel bereitgestellt ist, durch Abdeckung der Teile (Platten) mit einem schwingungsdämmenden Material, einem schallabsorbierenden Material oder ähnlichem, in der Reihenfolge der abnehmenden Beitragsrate.
  • Die Vorrichtung zur Diagnose des Beitrags einer Schallquelle oder einer Schwingungsquelle umfaßt in dieser Ausführungsform eine Vielzahl von Schwingungssensoren 2a bis 2g, aufgebaut aus Beschleunigungssensoren zur Erfassung von Schall an den Schallquellen oder Schwingungen an den Schwingungsquellen in Form analoger Werte, sowie ein Mikrofon 3 zur Erfassung des Schalls an einem Bewertungspunkt. Die Schwingungssensoren 2a bis 2g sind entsprechend an den Hauptplatten A bis G im Fahrzeuginnenraum befestigt, welche Schallquellen oder Schwingungsquellen sind, während das Mikrophon 3 an einer Position nahe den Ohren des Fahrers auf dem Vordersitz angeordnet ist.
  • Die Schwingungssensoren 2a bis 2g und das Mikrofon 3 sind mit einem Gerät zur Beitragsanalyse 4 verbunden. Das Gerät zur Beitragsanalyse umfaßt eine Recheneinheit mit adaptivem Filter 6, eine Beitragsraten-Rechenschaltkreiseinheit 7, welche einen Personalcomputer oder ähnliches zur Berechnung der Beitragsrate enthält, und ein Beitragsratensichtgerät 5, welches mit einer Kathodenstrahlröhre (CRT) oder ähnlichem aufgebaut ist. Ein Änderungsmittel 7A, wie beispielsweise eine Tastatur, zur Eingabe von Intervallen zur Berechnung der Beitragsrate und der Einteilung oder der Koordinaten des Graphen, ist mit der Beitragsraten-Rechenschaltkreiseinheit 7 verbunden.
  • Wie in Fig. 2 gezeigt, umfaßt die Recheneinheit 6 mit adaptivem Filter Tiefpassfilter (LPFs) 20 bis 27, zum Beispiel Anti-Aliasing Filter, welche entsprechend mit dem Mikrofon 3 und den Schwingungssensoren 2a bis 2g verbunden sind; Analog- Digital-Umsetzer 30 bis 37 sind entsprechend mit den Tiefpassfiltern 20 bis 27 verbunden, um Analogwerte in Digitalwerte zu vorgegebenen Zeitpunkten umzuwandeln; Verzögerungsschaltkreise (Delays) 50 bis 57, die entsprechend mit den A/D-Umsetzern 30 bis 37 verbunden sind, um die Signale auszugeben, die diesen eingegeben werden durch Verzögerung um vorbestimmte Zeiträume; adaptive Digitalfilter (ADFs) 41 bis 47, die entsprechend mit den Verzögerungsschaltkreisen 51 bis 57 verbunden sind, um eine Digitalfilterung zu den selben Zeitpunkten wie die A/D-Umsetzer durchzuführen; ein Addierschaltkreis, der mit den adaptiven Digitalfiltern 41 bis 47 verbunden ist, um die Gesamtsumme der Ausgaben von den adaptiven Digitalfiltern 41 bis 47 zu berechnen; ein Bandpassfilter (FIR), der mit dem Verzögerungsschaltkreis 50 verbunden ist; und ein Addierschaltkreis, um die Differenz zwischen den Ausgaben des Addierschaltkreises 60 und dem Ausgang des Bandpassfilters 40 zu berechnen und ein Restsignal Ek auszugeben. Die Ausgabeanschlüsse des Addierschaltkreises 60 sind mit den adaptiven Digitalfiltern 41 bis 47 verbunden. Die Ausgabeanschlüsse der adaptiven Digitalfilter 41 bis 47 sind mit der Beitragsraten-Rechenschaltkreiseinheit 7 verbunden.
  • Jeder der oben beschriebenen adaptiven Digitalfiltern ist aus Hardware aufgebaut, wie beispielsweise ein digitaler Signalprozessor (DSP). Wie in Fig. 3 schematisch gezeigt ist, kann jedes der adaptiven Digitalfilter aus einem Block 64 bestehen, aufgebaut aus einem FIR-Typ, IIR-Typ, oder einem Gittertypus-Digitalfilter, um eine digitale Filterung zu erzielen, und aus einem Block 66, um einen Filterfaktor zu aktualisieren, so daß das Restsignal mittels eines letzten quadratischen Mittelwertes (LMS) Algorithmus minimal wird, wie die Newton Methode, oder die Methode des steilsten Abfalls, welches gewöhnliche Methoden zur Aktualisierung eines Filterfaktors sind. Obwohl im übrigen die adaptiven Digitalfilter bevorzugt aus Hardware aufgebaut sind, wie oben angesichts der Hochgeschwindigkeitsberechnung beschrieben, können die adaptiven Digitalfilter aus Software aufgebaut sein.
  • Die Recheneinheit mit adaptivem Filter 6 kann, wie in Fig. 4 schematisch gezeigt, ausgedrückt werden. Sie addiert digitale Filterwerte gemäß der nachfolgend aufgeführten Formel 1 und gibt eine Gesamtsumme Yk zu einem Zeitpunkt k (gegenwärtige Zeit) aus dem Addierschaltkreis 60 aus.
  • Yk = XakWak + XbkWbk + XckWck + ... + XgkWgk (1)
  • Bei dieser sind Xak, Xck, ... , Xgk Eingaben digitaler Werte zu einem Zeitpunkt k in die entsprechenden adaptiven Digitalfilter 41 bis 47, und Wak, Wbk, Wck, ...., Wgk Filterfaktoren der jeweiligen adaptiven Digitalfilter 41 bis 47 zum Zeitpunkt k.
  • Das Restsignal Ek = dk - Yk, welches die Differenz zwischen Ausgabe dk des Bandpassfilters 40 zum Zeitpunkt k und der Gesamtsumme Yk ist, wird vom Addierschaltkreis 62 ausgegeben. Dann wird im Block 66 der Filterfaktor mittels des LMS Algorithmus oder ähnlichem aktualisiert, um auf einen Filterfaktor zu einem Zeitpunkt k + 1 gesetzt zu werden, so daß das Restsignal Ek minimal wird. (z. B. 0).
  • Die Beitragsraten-Rechenschaltkreiseinheit 7 besteht aus einer Vielzahl von Beitragsraten-Rechenschaltkreisen, die entsprechend mit den adaptiven Digitalfiltern 41 bis 47 verbunden sind. Jeder Beitragsraten-Rechenschaltkreis umfaßt eine Multiplikationsschaltkreiseinheit 8, um ein Quadrat des Eingangssignals zu berechnen; eine Beitragsraten- Rechenschaltkreiseinheit 9 zur Berechnung eines quadratischen Mittelwerts nach Addition der Ausgaben der Multiplikationsschaltkreiseinheit 8 innerhalb einer vorbestimmten Zeit (Zeitpunkt k - i bis Zeitpunkt k) und zur Berechnung der Beitragsrate von diesem quadratischen Mittelwert; und eine Koordinatentransformations- Schaltkreiseinheit 10 zur Transformation der Koordinaten, um eine Darstellung zu geben, die mit den Koordinaten und einer Einteilung, die bestimmt worden sind, übereinstimmt. Wenn Yak = XakWak, kann ein quadratischer Mittelwert Yaab unter Berücksichtigung der Platte A innerhalb der vorgegebenen Zeit i ausgegeben werden, wie in Formel (2) unten gezeigt unter Verwendung digitaler Filterwerte innerhalb der vorgegebenen Zeit i.
  • Yaab = (Yak² + Yak-1² + Yak-2² + ... + Yak-i²)/(i + 1) (2)
  • Hierzu vergleichbar, wenn Ybk = XbkWbk, Yck = WckWck, ..., Ygk = XgkWgk, können die quadratischen Mittelwerte in Bezug auf die Platten B bis 6 folgendermaßen ausgedrückt werden:
  • Ybab = (Ybk² + Ybk-1² + Ybk-2² + ... + Ybk-i²)/(i + 1)
  • Ycab = (Yck² + Yck-1² + Yck-2² + ... + Yck-i²)/(i + 1)
  • .
  • .
  • .
  • Ygab = (Ygk2 + Ygk-1² + Ygk-2² + ... + Ygk-i²)/(i + 1) (3)
  • Zusätzlich wird die Beitragsrate Yaab/Yk, Ybab/Yk, ..., Ygab/Yk.
  • Als nächstes wird die Funktionsweise dieser Ausführung beschrieben. Die analogen Detektionssignale, die von den Schwingungssensoren 2a bis 2 g erfaßt wurden, werden entsprechend in die Tiefpassfilter 21 bis 27 eingegeben, wo Hochfrequenzkomponenten entfernt werden.
  • Die Ausgangssignale der Tiefpassfilter 21 bis 27 werden entsprechend in die A/D-Umsetzer 31 bis 37 eingegeben, so daß mit ihnen eine A/D-Umsetzung an vorbestimmten Zeiträumen durchgeführt wird und sie als Digitalsignale ausgegeben werden. Diese Digitalsignale werden in die Verzögerungsschaltkreise 51 bis 57 eingegeben. Nachdem sie verschoben wurden, werden die Digitalsignale in die adaptiven Filter 41 bis 47 eingegeben, so daß sie einer digitalen Filterung ausgesetzt sind zu den gleichen Zeiträumen wie diejenigen der A/D-Umsetzer. Deren Ausgangssignale Yak bis Ygk werden entsprechend in den Addierschaltkreis 60 eingegeben.
  • Währenddessen wird das Detektionssignal (Zielsignal) von dem Mikrofon 3 in den Tiefpassfilter 20 eingegeben, der ein Anti- Aliasing-Filter ist. Sein Ausgangssignal wird in den A/D- Umsetzer 30 eingegeben, um in ein Digitalsignal zu einem vorbestimmten Zeitpunkt umgesetzt zu werden, und wird von diesem ausgegeben. Dieses Digitalsignal wird, nachdem es durch den Verzögerungsschaltkreis gegangen ist, in den Band-Pass- Filter 40 eingegeben, um ein Analysefrequenzband zu begrenzen. Sein Ausgangssignal dk wird in den Addierschaltkreis 62 eingegeben.
  • In diesem Fall ist es möglich, durch Nutzung der zuvor erwähnten Verzögerungsschaltkreise 51 bis 57, die Verzögerung des Siganls aufgrund seines Durchgangs durch den Band-Pass- Filter 40 zur Begrenzung des Analysefrequenzbandes zu kompensieren. Anders ausgedrückt, es wird möglich die Simultanität in der Zeitachse zwischen dem Signal dk und den Signalen Yak bis Ygk sicherzustellen und die Schallquellen oder Schwingungsquellen zu untersuchen. Um die Simultanität der Signale in der Zeitachse sicherzustellen, werden bevorzugt die Verzögerungsschaltkreise 51 bis 57 genutzt. Es gibt gewöhnlicherweise aber viele Fälle, bei denen die Analyse des Beitrags ohne die Nutzung der Verzögerungsschaltkreise 51 bis 57 möglich ist. Im übrigen wird der Verzögerungsschaltkreis 50 zur Überprüfung der Performance unter Verwendung einer Simulation oder eines Modellsignals oder zur Überprüfung der Funktionsweise des Schaltkreises oder für ähnliche Anwendungen genutzt. Gewöhnlicherweise wird er nicht genutzt.
  • Die Ausgaben der jeweiligen Blöcke der adaptiven Digitalfilter 41 bis 47 werden in die Beitragsraten- Berechnungsschaltkreiseinheit 7 eingegeben, welche die Beitragsraten unter Verwendung der Ausgangssignale Yak bis Ygk der adaptiven Digitalfilter und der Gesamtsumme Yk berechnet, wie oben beschrieben ist.
  • Dann werden diese Beitragsraten in Echtzeit als Graphen, wie in den Fig. 6, 8 und 9 gezeigt, oder al. s Balkendiagramm, wie in Fig. 7 gezeigt, dargestellt. Es sollte beachtet werden, daß in diesen Graphen ch1 bis ch7 die Werte der Platten A bis 6 entsprechend bezeichnen, err bezeichnet den Rest und "desire" bezeichnet das Zielsignal.
  • Da der Filterfaktor durch den Block 66 so verändert wird, daß das Restsignal Ek minimal wird, wird die Beitragsrate, wenn der Rest schließlich gegen einen vorbestimmten Wert konvergiert, berechnet und dargestellt. Beispielsweise wird die Beitragsrate zu einem Bewertungspunkt berechnet und unter Verwendung von Filterausgaben innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums, wenn der Rest minimal wird, dargestellt.
  • In der Beitragsraten-Berechnungseinheit 7 kann das Bildschirmzeitintervall des Balkendiagrammbildschirms durch Änderung des mittleren Zeitintervalls eingestellt werden. Die Bestätigung der Ergebnisse kann durch Festlegen eines kurzen Mittelzeitintervalls unter Berücksichtigung eines Signals, welches sich schnell ändert, erleichtert werden, und durch Festlegen eines langen Mittelzeitintervalls unter Berücksichtigung eines stetigen Signals. Zusätzlich kann die Bestätigung der Ergebnisse weiter vereinfacht werden, indem eine vollständige Einteilung von 50%, 100% oder ähnliches gemacht wird.
  • Obwohl in dem oben Beschriebenen die Beitragsraten durch Verwendung von quadratischen Mittelwerten berechnet werden, können die Beitragsraten durch Nutzung von Mittelwerten Yak bis Ygk wie folgend berechnet werden:
  • (Yak + Yak-1 + Yak-2 + ... + Yak-i)/{(i + 1) · Yk}
  • (Ybk + Ybk-1 + Ybk-2 + ... + Ybk-i)/{(i + 1) · Yk}
  • Ygk + Ygk-1 + Ygk-2 + ... + Ygk-i)/(i + 1) · Yk } ... (4)
  • Fig. 11 zeigt die Ergebnisse der Analyse der Beiträge während eines Durchlaufs mit konstanter Geschwindigkeit (50 km/h) mit der herkömmlichen Methode und Vorrichtung zur Analyse des Beitrags im Zeitbereich. Mit diesem Diagramm ist es möglich, eine Platte mit einer hohen Rate eines qualitativen Beitrags zu bewerten. Es ist aber unmöglich, den Grad des quantitativen Beitrags zu bewerten. Das selbe gilt für die Ergebnisse der Beitragsanalyse während eines beschleunigten Laufes. Es ist möglich eine Änderung der Zeitreihe in dem qualitativen Beitrag zu bewerten. Es ist aber unmöglich den Grad des quantitativen Beitrags zu beurteilen.
  • Fig. 7 zeigt die Ergebnisse der Ausgaben während einem Durchlauf mit konstanter Geschwindigkeit gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform. Aus dem Balkendiagramm, welches darin gezeigt ist, ist es möglich, auf einen Blick die Raten der quantitativen Beiträge der Schwingungen der jeweiligen Platten zum Innenraumgeräusch bei einer vorgegeben Motorgeschwindigkeit (5629.70 U/min. diese Wert kann geändert werden) zu ermitteln.
  • Fig. 6 und 8 zeigen die Ergebnisse der Ausgänge erzielt durch die Vorrichtung zur Analyse des Beitrags gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform. In dem in Fig. 6 dargestellten Graphen zeigt die Abszisse die Zeit, während die Ordinate die Beitragsrate zeigt. Mit diesen Graphen ist es möglich, die Zeit (oder Motogeschwindigkeit) in Abhängigkeit von der Beitragsrate jeder Platte zu bestimmen. Weiterhin ist es bei jedem dieser Graphen möglich, ein Balkendiagramm, ähnlich demjenigen in Fig. 7, zu einem beliebigen Zeitpunkt (oder Motorgeschwindigkeit) darzustellen. Ergänzend hierzu ist Fig. 9 ein Graph, bei welchem die Einteilung geändert ist.
  • Oben wurde eine Beschreibung gegeben, indem ein Beispiel angeführt wurde, bei dem eine Vielzahl von Signalen in die Adaptiv-Filter-Recheneinheit eingegeben werden. Die vorliegende Erfindung wird jedoch für einen Fall angewendet, bei dem ein einzelnes Signal eingegeben wird. Die Adaptive- Filter-Recheneinheit für ein einzelnes Signal kann durch die Verwendung von L Verzögerungsschaltkreisen ausgedrückt werden, wie schematisch in Fig. 10 gezeigt, beidem die Ausgabe des Addierschaltkreises folgendermaßen wird:
  • Yk = + XkW0k + Xk-1W1k + Xk-2W2k + ... + Xk-LWLk ...(5)
  • Da die anderen Anordnungen ähnlich der oben beschriebenen Anordnung sind, wird eine Beschreibung von diesen nicht gegeben.
  • Wie oben beschrieben, wird in der Ausführungsform der Erfindung der Beitrag an Schall oder Schwingungen zu einem Bewertungspunkt durch die Nutzung eines adaptiven Digitalfilters diagnostiziert. Kurzzeitdaten und Daten, die sich schnell ändern, wie beispielsweise transiente Daten, können ebenfalls leicht gehandhabt werden. Die Beitragsrate kann in Echtzeit und quantitativ bestimmt werden. Daher ist der praktische Wert des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung sehr hoch. Hinzu kommt, daß, da der Grad des Beitrags in Echtzeit und quantitativ bewertet werden kann im Vergleich zu der herkömmlichen Abdeckmethode, der Methode der Analyse des Beitrags im Frequenzbereich und der Methode der Analyse des Beitrags im Frequenzbereich, das Verfahren und die Vorrichtung sehr effektiv werden.
  • Aus diesem Grund wird es möglich, eine Gegenmaßnahme gegen Lärm und Schwingungen effizient und genau einzusetzen, Da die Beitragsrate quantitativ bestimmt wird, ist es möglich, den Effekt der Gegenmaßnahme auf ein bestimmtes Ausmaß einzuschätzen.
  • Zusätzlich ist die vorliegende Erfindung bei Fällen anwendbar, bei denen Schallquellen oder Schwingungsquellen mit hoher kausaler Beziehung zueinander ausgewählt sind, wenn aktive Kontrolle des Lärms und der Schwingungen durchgeführt wird, und Fälle, bei denen der Effekt der aktiven Kontrolle quantitativ eingeschätzt wird.
  • Bei dieser Ausführungsform gibt es Fälle, bei denen genauere Ergebnisse erzielt werden können, indem ein Filtervorgang durchgeführt wird, mit Bezug zu Schall und. Schwingungen (Eingangsignale), die von einem Sensor erfaßt werden unter Verwendung eines Tiefpassfilters, Hochpassfilter, oder ähnliches, bevor ein digitaler Filtervorgang durchgeführt wird, um ein Frequenzband eindeutig als Gegenstand einer Analyse zu.
  • Ergänzend ist es in einem Fall, bei dem sich das Frequenzband für die Analyse über der Zeit synchron zur Motorgeschwindigkeit oder ähnlichem ändert, eine effektive Analysemethode, den Beitrag durch Nutzung eines Nachlauffilters, der mit der Motorgeschwindigkeit synchronisiert ist, zu analysieren.
  • In dieser Ausführungsform werden die Signale, die von einem Mikrofon erfaßt und von einem Geräuschpegelmesser, einem Verstärker oder ähnlichem verstärkt werden, generell für Schall benutzt, während die Signale, die von einem Lagesensor, einem Geschwindigkeitssensor, einem Beschleunigungssensor oder ähnlichem erfaßt werden und mit einem Verstärker verstärkt werden, im allgemeinen für Schwingungen verwendet werden. Es ist auch möglich abwechselnd elektrische Signale zu verwenden, die vollständig mit Schall und Schwingungen korrelieren.
  • In dieser Ausführungsform ist es möglich eine Frequenzcharakteristik der Beitragsrate durch Umwandlung eines Ausgangssignals der Filterung in einen Frequenzbereich mittels FFT oder ähnlichem zu erhalten.
  • Weiterhin können die Beitragsraten der jeweiligen Eingänge in den Frequenzbereich durch Dividieren eines Ausgangssignals der Filterung durch die Gesamtsumme des Frequenzspektrums des Leistungsspektrums, welches von einer Vielzahl von Filtern unter Verwendung eines Frequenzspektrums oder Leistungsspektrums, welches durch Mittelwertbildung in einer vorgegebenen Zeit erhalten wird, erreicht werden.
  • Zusätzlich ist es möglich eine Übertragungscharakteristik zwischen jedem Eingangssignal (Schall oder Schwingung) und einem Bewertungspunktsignal (Schall oder Schwingung) zu bestimmen, indem jeder Digitalfilterfaktor in einen Frequenzbereich mittels FFT oder ähnlichem umgewandelt wird. Dadurch ist es möglich, effektive Information betreffend die Gegenmaßnahme gegen Lärm und Schwingungen oder einen Entwurf für reduzierten Lärm zu erhalten.
  • Obwohl oben eine Beschreibung eines Beispiels gegeben wurde, bei dem Schall oder Schwingungen, nachdem sie in Form eines analogen Wertes erfaßt wurden in einen digitalen Wert umgewandelt werden, ist es möglich einen Sensor zu benutzen, bei dem der Schall oder die Schwingungen direkt in Form eines Digitalwertes erfaßt werden.
  • Zusätzlich zu der oben beschriebenen Ausführungsform ist die vorliegende Erfindung bei Problemen in unterschiedlichen Gebieten anwendbar, so wie das Problem mit. Lärm und Schwingungen bei allgemeinen Maschinen und Ausstattungen, das Problem mit Lärm und Schwingungen bei Fahrzeugen, die Identifizierung von Schallquellen und Schwingungsquellen bei Eisenbahnlärm und Schwingungen, das Problem mit Lärm und Schwingungen bei der Büroautomatisierungsausstattung und das Problem mit Lärm und Schwingungen bei Gebäudeaufbauten und ähnlichem.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Diagnose einer Beitragsrate einer Schallquelle oder einer Schwingungsquelle, umfassend:
Mittel, welche einen Sensor (2a), um Schall oder Schwingungen an einer vorbestimmten Position in Form eines Analogwertes zu erfassen, und einen Analog-Digital- Umsetzer-Schaltkreis (31), um einen analogen Wert in einen digitalen Wert umzusetzen, oder einen Sensor (2a), um Schall oder Schwingungen an einer vorbestimmten Position in Form eines digitalen Signals zu erfassen, enthalten;
eine Vielzahl von Filtern (41 bis 47), von denen jedes angepaßt ist, eine Digitalfilterung unter Verwendung eines Filterfaktors (W0k, W1k, W2k, ...) und ein von einer Vielzahl von Digitalwerten (Xk, Xk-1, Xk-2, ...) durchzuführen, welche durch mehrmaliges Verzögerung des jeweiligen Digitalwertes (Xk) erzeugt werden;
Änderungsmittel, um zumindest einen der Filterfaktoren (W0k, W1k, W2k, ...) zu ändern, so daß eine Differenz zwischen einer Gesamtsumme der Ergebnisse (Yk) einer digitalen Filterung und einem Zielwert minimal wird; und einen Beitragsraten-Rechenschaltkreis (7), um die Beitragsrate zu einem Bewertungspunkt durch Nutzung von Ausgängen der Vielzahl von Filtern (41 bis 47) innerhalb einer vorbestimmten Zeit, wenn die Differenz minimal wird, zu berechnen.
2. Vorrichtung zur Diagnose einer Beitragsrate einer Schallquelle oder einer Schwingungsquelle nach Anspruch 1, bei dem der Beitragsraten-Rechenschaltkreis (7) als die Beitragsrate zu dem Bewertungspunkt ein Verhältnis eines Mittelwertes der jeweiligen Ausgänge der Vielzahl von Filtern (41 bis 47) innerhalb der vorbestimmten Zeit zu einer Gesamtsumme der Ausgänge der Vielzahl von Filtern (41 bis 47) innerhalb der vorbestimmten Zeit, wenn die Differenz minimal wird, berechnet.
3. Vorrichtung zur Diagnose einer Beitragsrate einer Schallquelle oder einer Schwingungsquelle nach Anspruch 1, bei dem der Beitragsraten-Rechenschaltkreis (7) als die Beitragsrate zu dem Bewertungspunkt ein Verhältnis eines quadratischen Mittelwertes der jeweiligen Ausgänge der Vielzahl von Filtern (41 bis 47) innerhalb der vorbestimmten Zeit zu einer Gesamtsumme der Ausgänge der Vielzahl von Filtern innerhalb der vorbestimmten Zeit, wenn die Differenz minimal wird, berechnet.
4. Vorrichtung zur Diagnose einer Beitragsrate einer Schallquelle oder einer Schwingungsquelle nach Anspruch 1, bei welcher der Zielwert (dk) ein Ausgang eines anderen Analog-Digital-Umsetzers-Schaltkreises (30), um in einen Digitalwert einen Analogwert umzusetzen, der von einem weiteren Sensor (3) zum Erfassen von Schall oder Schwingungen am Bewertungspunkt in Form eines Analogwertes erfaßt wird, oder ein Ausgang eines weiteren Sensors (3), um Schall oder Schwingungen am Bewertungspunkt in Form eines Digitalwertes zu erfassen, ist.
5. Vorrichtung zur Diagnose einer Beitragsrate einer Schallquelle oder einer Schwingungsquelle nach Anspruch 4, bei welcher der Zielwert (dk) über ein Bandpaßfilter (40) zum Begrenzen eines analytischen Frequenzbandes ausgegeben wird.
6. Vorrichtung zur Diagnose einer Beitragsrate einer Schallquelle oder einer Schwingungsquelle nach Anspruch 5, welche weiterhin eine Vielzahl von Verzögerungsschaltkreisen (50 bis 57) zum Kompensieren der Verzögerung aufgrund des Durchgangs durch den Bandpaßfilter (40) umfaßt.
DE1995617075 1994-03-08 1995-03-06 Gerät zur Diagnose von Schall- und Schwingungsquellen Expired - Fee Related DE69517075T2 (de)

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