EP1955030A2 - Verfahren zur analyse eines geräusches einer brennkraftmaschine - Google Patents
Verfahren zur analyse eines geräusches einer brennkraftmaschineInfo
- Publication number
- EP1955030A2 EP1955030A2 EP06817472A EP06817472A EP1955030A2 EP 1955030 A2 EP1955030 A2 EP 1955030A2 EP 06817472 A EP06817472 A EP 06817472A EP 06817472 A EP06817472 A EP 06817472A EP 1955030 A2 EP1955030 A2 EP 1955030A2
- Authority
- EP
- European Patent Office
- Prior art keywords
- points
- frequency
- noise
- accelerations
- modulation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M15/00—Testing of engines
- G01M15/04—Testing internal-combustion engines
- G01M15/12—Testing internal-combustion engines by monitoring vibrations
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
- G01H3/00—Measuring characteristics of vibrations by using a detector in a fluid
- G01H3/04—Frequency
- G01H3/08—Analysing frequencies present in complex vibrations, e.g. comparing harmonics present
Definitions
- the invention relates to a method for the quantitative analysis of a noise of an internal combustion engine, in particular a diesel internal combustion engine, wherein a signal waveform over a predetermined recording period is determined, the detected signal is subjected in the time domain of a bandpass filtering and formed for the bandpass filtered signal for at least one frequency band an envelope becomes. Furthermore, the invention relates to a method for determining the forces at the force introduction centers of a vehicle body with respect to the drive unit and the suspension as a basis for determining the vibration transmission of a vehicle body.
- impulsive engine noises are referred to as "burn nails", especially in diesel engines, and they preferably occur at idle cold engine and full load acceleration operations from a low load / RPM range. They are subjectively uncomfortable, especially in diesel engines, but also felt in direct-injection petrol engines. It is therefore one of the goals in the development of acoustics of internal combustion engines to reduce this subjectively unpleasantly felt nail noise.
- the vibration or force introduction and transmission in a vehicle body is usually carried out by means of the so-called "transfer path analysis" (TPA - Transfer Path Analysis).
- TPA Transfer path analysis
- the input intertances as well as the transfer functions from the force introduction points to microphones in the vehicle interior and vibration measurement points to the body are measured by external excitation (shaker, hammer, etc.).
- the effect of the real suggestions under vehicle operation on the vehicle body is determined by measuring the accelerations in the vehicle operation at the force introduction points and using the previously measured inertances and transfer functions. In the context of inertance measurements, however, metrologically caused false results at individual frequencies (in the event of inconsistencies in coherence).
- the object of the invention is to avoid these disadvantages and to develop a method with which the subjectively perceived annoyance of impulsive noises, in particular of the "burning manure", can be objectively measured.
- a further object of the invention is to enable as realistic a determination as possible of the force introduction and thus of the vibration transmission properties of a vehicle body.
- the impulsive sound (signal) is recorded as airborne sound by means of a microphone. Thereafter, band pass filtering of the signal in the time domain is performed for all frequency bands with filters that do not produce phase shift ("zero-phase" filters), e.g. FFT filter, FIR filter or the like. For this bandpass filtered signal, an enveloping envelope is formed for each frequency band. Since rapidly successive impulsive noises from a certain pulse frequency from the human ear due to temporal occlusion can not be resolved individually, the envelopes are subjected to the temporal occlusion of human hearing. This temporal occlusion can reduce subsequent impulses in their subjectively perceived amplitude in the case of rapidly consecutive impulsive noises. Therefore, in this step, the residual degree of modulation perceived by the human hearing in each frequency band is calculated after considering the temporal occultation.
- zero-phase filters e.g. FFT filter, FIR filter or the like.
- Human hearing is also limited by frequency-dependent occlusion, so the results of the different frequency bands are evaluated by frequency masking curves of human hearing.
- impulsive noise in each frequency band results in a different subjective sense of annoyance, depending on the frequency range of the respective pulse-containing signal.
- a frequency-dependent weighting function is formed, which is finally used as the frequency-dependent weighting of the signal for each frequency band.
- the sum of the remaining signal amplitudes from the analysis and calculation steps for each frequency band gives an objective measure as the final result for the annoyance of impulsive noises, in particular of nail noise of an internal combustion engine.
- This objective measure of the annoyance of impulsive noises thus correlates particularly well with the subjectively perceived overall impression of these noises.
- a realistic determination of the force introductions and the vibration transmission properties of a vehicle body is achieved by the following steps:
- b Defining a number of reference points for measuring the local vibrations on the body of the vehicle, wherein preferably the number of reference points is greater than, preferably at least twice as large, more preferably at least ten times as large as the number of main force introduction points;
- G Performing a first mathematical prediction of so-called secondary accelerations at the reference points of the body based on the estimated introduced forces at the main force introduction points and the determined transfer functions between the main force introduction points and the reference points;
- the advantage of the present method according to the invention consists in a largely exact determination of the introduced forces in a vehicle body.
- a much larger number of vibration measuring points are used in the vehicle interior as force introduction points are present.
- individual errors in the inertance measurement and the aforementioned simplified assumptions can be largely eliminated by the large number of existing vibration measurement points (high overdetermination), so that the overall result of the introduced forces far better than reality the conventional transfer path analysis.
- far more targeted improvement measures can be taken at the noise sources, at the force application points and at the transmission paths of the body to minimize the internal noise and vibration behavior.
- 1 shows a bandpass filtered time signal of a noise.
- FIG. 2 shows the time signal together with an envelope
- Fig. 3 shows the time signal with an envelope of temporal occlusion of human hearing
- Fig. 3a shows the decay time of the human ear; 4 shows a frequency-dependent masking of human hearing;
- Fig. 8 is a schematic view of the measuring arrangement.
- Fig. 1 the amplitude A is plotted against time t for a bandpass filtered time signal of a noise.
- an enveloping curve I 1 is formed for this band-pass filtered time signal for each frequency band.
- the envelope of temporal masking of the human hearing of the envelope 1 ' is imagined (FIG. 3). This temporal occlusion can reduce subsequent impulses in their subjectively perceived amplitude A in the case of impulsive noises following one behind the other. Therefore, the residual degree of modulation perceived by human hearing in each frequency band is calculated after taking the temporal concealment 2 'into account.
- the decay time t of the human ear with pulse-like noises, which is used in the calculation, is shown in Fig. 3a, where LH is the loudness.
- a frequency-dependent occlusion is also considered.
- the frequency-dependent occlusion is indicated in Fig. 4 by the curves 3 '. This takes into account that a signal from higher-frequency signals can be obscured.
- Occlusion links level 27 * (b - bm)
- the degree of modulation in each frequency band is calculated according to the following formula:
- MG LM 3X ⁇ maXimUm (LMjn, cover-time ⁇ U / detection-frequency)
- the subjective perception of the impulsiveness is taken into account on the basis of subjective assessments of test persons in a frequency-dependent weighting function W shown in FIG.
- the modulation degrees for each frequency band f are subjected to a frequency-dependent weighting.
- the main force application points 11 of the drive train and the suspensions are defined on the body 10 of the vehicle. It will continue Defines a large number of reference points 12 for measuring the local vibrations on the body 10 of the vehicle, wherein the number of reference points 12 is greater by an order of magnitude than the number of main force introduction points 11.
- accelerations andWhensinertanzen at the main force application points 11 of the drive train and the suspension are determined and used to determine the transfer function between the main force introduction points 11 and all reference points 12 on the body 10.
- step 1 so-called primary accelerations Pj are determined at the main force introduction points 11 and the reference points 12 during operation of the vehicle. Based on a rough estimation 2 of the forces introduced into the body at the main force introduction points 11 due to the primary accelerations Pj measured in the operating state and the determined inputances, a first mathematical prediction of so-called secondary accelerations Si at the reference points 12 of the body 10 of the estimated one is estimated in step 3 introduced forces at the main force introduction points 11 and the determined transfer functions between the main force introduction points 11 and the reference points 12 performed. The secondary accelerations S 1 are compared in step 4 with the measured primary accelerations P i in the reference points 12. From the difference, an error function 5 is formed.
- step 6 If the difference between secondary and primary accelerations Pi is greater than a permitted maximum difference, an iterative adaptation of the "real" body-initiated forces at the main force introduction points 11 is made in step 6 and the steps 3 to 6 shown in FIG. until the difference Pi - Si between secondary Si and primary accelerations Pj is smaller than a predefined maximum difference. If the difference P 1 -Si between secondary S 1 and primary accelerations Pj is smaller than the allowed maximum difference, the determined force vectors are regarded as "real" force vectors (step 7 in FIG. 7).
- the secondary accelerations (airborne sound) Sj ( ⁇ ) can be determined according to the following equation:
- Ty ( ⁇ ) is the transfer function (acceleration-sound pressure / force), measured under external excitation
- f j (co) are the secondary forces.
- Equation 2 thus yields an optimal set of calculated real force vectors fj, O p t ( ⁇ ).
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Testing Of Engines (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur quantitativen Analyse eines Geräusches einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Diesel-Brennkraftmaschine, wobei ein Signalverlauf über eine vorgegebene Aufzeichnungsdauer ermittelt wird, das ermittelte Signal im Zeitbereich einer Bandpassfilterung unterzogen wird und für das bandpassgefilterte Signal für zumindest ein Frequenzband eine Hüllkurve gebildet wird. Die objektive Messung der subjektiv empfundenen Lästigkeit von impulshaltigen Geräuschen, erfolgt durch folgende Schritte: Berücksichtigen der zeitlichen Verdeckung entsprechend der menschlichen Hörwahrnehmung bei der Hüllkurve; Berechnen des restlichen Modulationsgrades in jedem Frequenzband nach Berücksichtigung der zeitlichen Verdeckung; Berechnen einer pegelabhängigen Verdeckung für jedes Frequenzband von allen anderen Frequenzbändern; Berechnen der restlichen hörbaren Modulationsgrade für alle Frequenzbänder; Gewichten der hörbaren Modulationsgrade mit einer frequenzabhängigen Gewichtungsfunktion; Bilden eines Geräuschindexes auf der Basis des gewichteten Modulationsfrequenzspektrums.
Description
Verfahren zur Analyse eines Geräusches einer Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur quantitativen Analyse eines Geräusches einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Diesel-Brennkraftmaschine, wobei ein Signalverlauf über eine vorgegebene Aufzeichnungsdauer ermittelt wird, das ermittelte Signal im Zeitbereich einer Bandpassfilterung unterzogen wird und für das bandpassgefilterte Signal für zumindest ein Frequenzband eine Hüllkurve gebildet wird. Weiters betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Ermittlung der Kräfte an den Krafteinleitungsmittelpunkten einer Fahrzeugkarosserie in Bezug auf das Antriebsaggregat und die Radaufhängungen als Basis für die Ermittlung der Schwingungsübertragung einer Fahrzeugkarosserie.
Die Schnelligkeit des Verbrennungsvorganges in Brennkraftmaschinen ist bei niedrigen Motor- und Ansauglufttemperaturen durch einen verzögerten Zündverzug relativ hoch, was zu schnellen Druckanstiegen und damit zu impulshaltigen Motorgeräuschen führt. Diese impulshaltigen Geräusche werden vor allem bei Dieselmotoren als "Verbrennungsnageln" bezeichnet und sie treten bevorzugt bei Leerlauf eines kalten Motors und bei Volllastbeschleunigungsvorgängen aus einem niedrigen Last-/Drehzahlbereich auf. Verstärkt werden sie subjektiv unangenehm vor allem bei Dieselmotoren, aber auch bei direkteinspritzenden Otto- Motoren empfunden. Es ist daher eines der Ziele in der Akustikentwicklung von Brennkraftmaschinen dieses subjektiv unangenehm empfundene Nagelgeräusch zu reduzieren.
Für eine solche Akustikoptimierung ist es ein enormer Vorteil, wenn der subjektiv lästige Eindruck des Nagelgeräusches durch ein objektives Messverfahren ermittelt werden kann, da damit das Ausmaß von Ausgangszuständen und Verbesserungsschritten eindeutig definiert werden kann.
Aus der EP 1 462 778 Al ist ein Verfahren zur quantitativen Analyse von Motorgeräuschen bekannt. Ein Zeitverlauf des gemessenen Geräusches wird zunächst in überlappenden Zeitfenstern einer Kurzzeitfrequenzanalyse unterworfen. Die hierbei erhaltenen Kurzzeitfrequenzspektren werden für jede Trägerfrequenz wiederum als ein zeitliches Trägersignal aufgefasst, dessen Modulationsfrequenzspektrum berechnet wird. Charakteristische Merkmale für impulsartige Anteile des Motorgeräusches in den Modulationsfrequenzspektren werden durch die Berechnung eines Geräuschindexes quantitativ erfasst. Dadurch soll eine darauf aufbauende Vorhersage der menschlichen Beurteilung von Motorgeräuschen ermöglicht werden. Nachteilig ist, dass Eigenarten der menschlichen Hörwahrneh-
mung, wie zeitliche oder spektrale Verdeckung nicht berücksichtigt werden. Daher ist die Aussagekraft des solcherart ermittelten Geräuschindexes für die menschliche Hörwahrnehmung nicht ausreichend.
Die Schwingungs- bzw. Krafteinleitung und Übertragung in einer Fahrzeugkaros- serie wird üblicherweise mittels der sogenannten "Transferpfadanalyse" (TPA - Transfer Path Analysis) durchgeführt. Dabei werden an den Krafteinleitungspunkten in die Karosserie die Eingangsinertanzen, sowie die Übertragungsfunktionen von den Krafteinleitungspunkten zu Mikrofonen im Fahrzeuginneren und Schwingungsmesspunkten an der Karosserie mittels externer Anregung (Shaker, Hammer, etc.) gemessen. Die Auswirkungen der realen Anregungen unter Fahrzeugbetrieb auf die Fahrzeugkarosserie wird durch Messung der Beschleunigungen im Fahrzeugbetrieb an den Krafteinleitungspunkten und unter Verwendung der zuvor gemessenen Inertanzen und Übertragungsfunktionen ermittelt. Im Rahmen der Inertanz-Messungen ergeben sich aber messtechnisch bedingt Falschresultate bei einzelnen Frequenzen (bei Einbrüchen in der Kohärenz). Zusätzlich werden auch gewisse Einleitungsphänomene wie Momenteneinleitungen über die elastischen Elemente, etc. nicht ausreichend berücksichtigt. Diese derzeit verwendete TPA-Analyse führt daher über die Berechnung mittels der Iner- tanzmatrix zu unrealistischen Krafteinleitungen unter Fahrzeugbetrieb. Damit treten Falschresultate in Bezug auf Schwingungen und Geräusche im Fahrzeuginneren in Bezug auf die Anteile der einzelnen Krafteinleitungen und Übertragungswege auf.
Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren zu entwickeln, mit dem die subjektiv empfundene Lästigkeit von impulshaltigen Geräuschen, insbesondere des "Verbrennungsnageins", objektiv gemessen werden kann. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine möglichst realitätsnahe Bestimmung der Krafteinleitungen und somit der Schwingungsübertragungsei- genschaften einer Fahrzeugkarosserie zu ermöglichen.
Erfindungsgemäß wird dies durch folgende Schritte erreicht:
Berücksichtigen der zeitlichen Verdeckung entsprechend der menschlichen Hörwahrnehmung bei der Hüllkurve;
Berechnen des restlichen Modulationsgrades in jedem Frequenzband nach Berücksichtigung der zeitlichen Verdeckung;
Berechnen einer pegelabhängigen Verdeckung für jedes Frequenzband von allen anderen Frequenzbändern;
Berechnen der restlichen hörbaren Modulationsgrade für alle Frequenzbänder;
Gewichten der hörbaren Modulationsgrade mit einer frequenzabhängigen Gewichtungsfunktion;
Bilden eines Geräuschindexes auf der Basis des gewichteten Modulationsfrequenzspektrums.
Um den subjektiven Höreindruck objektiv messbar zu machen, werden im Rahmen der Erfindung die Vorgänge und Eigenschaften des menschlichen Hörens im Zeitbereich weitgehend mathematisch und signalanalytisch nachgebildet. Die gesamte Berechnung erfolgt dabei im Zeitbereich und ist weitgehend den Eigenschaften des menschlichen Hörens nachgebildet.
Das impulsartige Geräusch (Signal) wird als Luftschall mittels Mikrofon aufgenommen. Danach erfolgt eine Bandpassfilterung des Signals im Zeitbereich für alle Frequenzbänder mit Filtern, die keine Phasenverschiebung erzeugen ("Zero- Phase"-Filtern), z.B. FFT-Filter, FIR-Filter oder dergleichen. Für dieses bandpass- gefilterte Signal wird für jedes Frequenzband eine einhüllende Kurve (Envelope) gebildet. Da schnell hintereinanderfolgende impulshaltige Geräusche ab einer gewissen Impulsfrequenz vom menschlichen Ohr in Folge zeitlicher Verdeckung nicht mehr einzeln aufgelöst werden können, werden die Hüllkurven der zeitlichen Verdeckung des menschlichen Hörens unterworfen. Diese zeitliche Verdeckung kann bei schnell hintereinanderfolgenden impulshaltigen Geräuschen nachfolgende Impulse in ihrer subjektiv empfundenen Amplitude reduzieren. Daher wird in diesem Schritt der durch das menschliche Hören empfundene restliche Modulationsgrad in jedem Frequenzband nach Berücksichtigung der zeitlichen Verdeckung berechnet.
Der menschliche Hörvorgang ist auch durch eine frequenzabhängige Verdeckung beschränkt, daher werden die Ergebnisse der unterschiedlichen Frequenzbänder mittels Frequenzmaskierungs-Kurven des menschlichen Hörens bewertet. Für das impulshaltige Geräusch in jedem Frequenzband ergibt sich ein unterschiedlich subjektives Empfinden der Lästigkeit, abhängig vom Frequenzbereich des jeweiligen impulshaltigen Signals. Basierend auf subjektiven Beurteilungen von Testpersonen wird eine frequenzabhängige Gewichtungsfunktion gebildet, welche abschließend als frequenzabhängige Gewichtung des Signals für jedes Frequenzband verwendet wird.
Die Summe der verbleibenden Signalamplituden aus dem Analyse- und Berechnungsschritten für jedes Frequenzband ergibt als Endergebnis ein objektives Maß
für die Lästigkeit von impulshaltigen Geräuschen, im Speziellen von Nagelgeräuschen einer Brennkraftmaschine. Dieses objektive Maß der Lästigkeit von impulshaltigen Geräuschen korreliert damit besonders gut mit dem subjektiv empfundenen Gesamteindruck dieser Geräusche.
Eine realitätsnahe Bestimmung der Krafteinleitungen und der Schwingungsüber- tragungseigenschaften einer Fahrzeugkarosserie wird dies durch folgende Schritte erreicht:
a. Definieren der Hauptkrafteinleitungspunkte des Antriebsstranges und der Radaufhängungen in die Karosserie des Fahrzeuges;
b. Definieren einer Anzahl an Referenzpunkten zur Messung der örtlichen Schwingungen an der Karosserie des Fahrzeuges, wobei vorzugsweise die Anzahl der Referenzpunkte größer ist als, vorzugsweise mindestens doppelt so groß, besonders vorzugsweise mindestens zehnmal so groß ist wie die Anzahl der Hauptkrafteinleitungspunkte;
c. Ermitteln von Beschleunigungen und Eingangsinertanzen an den Hauptkraft- einleitungspunkten des Antriebsstrangs und der Radaufhängung mittels externer Anregung, beispielsweise durch Shaker oder Hammer;
d. Ermitteln der Transferfunktionen zwischen den Hauptkrafteinleitungspunk- ten und allen Referenzpunkten an der Karosserie sowie zu Mikrofonen im Fahrzeuginneren mittels externer Anregung;
e. Ermitteln von sogenannten primären Beschleunigungen an den Hauptkraft- einleitungspunkten und den Referenzpunkten bei Betrieb des Fahrzeuges;
f. Abschätzen der in die Karosserie eingeleiteten Kräfte an den Hauptkraftein- leitungspunkten aufgrund der im Betriebszustand gemessenen primären Beschleunigungen und der ermittelten Eingangsinertanzen;
g. Durchführen einer ersten mathematischen Voraussage von sogenannten sekundären Beschleunigungen an den Referenzpunkten der Karosserie aufgrund der abgeschätzten eingeleiteten Kräfte an den Hauptkrafteinleitungs- punkten und den ermittelten Transferfunktionen zwischen den Hauptkraft- einleitungspunkten und den Referenzpunkten;
h. Vergleichen der berechneten sekundären Beschleunigungen mit den gemessenen primären Beschleunigungen in den Referenzpunkten;
i. Mathematische Iteration der in die Karosserie eingeleiteten Kräfte, um die Differenz zwischen sekundären und primären Beschleunigungen zu minimieren;
j. Wiederholen der Schritte h) bis i) bis die Differenz zwischen sekundären und primären Beschleunigungen ein Minimum oder kleiner als eine definierte erlaubte Maximaldifferenz wird, wobei dazugehörige Kraftvektoren bestimmt werden;
k. Zuordnen von realen Kraftvektoren an den Krafteinleitungspunkten aus den in der Iteration gewonnenen Kraftvektoren und
I. Errechnen des Effektes aller realen Kraftvektoren an den Krafteinleitungspunkten auf die Schwingungen der Karosserie, auf die mittels Mikrofonen gemessenen Innengeräusche und die mittels der im Schritt d) ermittelten Transferfunktionen, um damit die Geräusch- und Schwingungsbeiträge von Antriebsstrang und Radaufhängungen am Fahrzeuginnengeräusch, bzw. an dem Schwingungsverhalten der Karosserie zu ermitteln.
Der erfindungsgemäße Vorteil des gegenständlichen Verfahrens besteht in einer weitgehenden exakten Bestimmung der eingeleiteten Kräfte in eine Fahrzeugkarosserie. Dabei werden im Fahrzeuginneren eine weitaus größere Anzahl von Schwingungsmesspunkten verwendet als Krafteinleitungspunkte vorhanden sind. Damit können einzelne Fehler bei der Inertanzmessung und die vorher erwähnten vereinfachten Annahmen (wie keine Momenteneinleitung, etc.) durch die große Anzahl der vorhandenen Schwingungsmesspunkte (hohe Überbestimmung) weitgehend eliminiert werden, so dass das Gesamtergebnis der eingeleiteten Kräfte weitaus besser der Realität entspricht als bei der herkömmlichen Transferpfadanalyse. Damit können weitaus gezielter Verbesserungsmaßnahmen an den Geräuschquellen, an den Krafteinleitungspunkten und an den Übertragungswegen der Karosserie zur Minimierung des Innengeräusches und Schwingungsverhaltens getroffen werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein bandpassgefiltertes Zeitsignal eines Geräusches;
Fig. 2 das Zeitsignal samt einer Hüllkurve;
Fig. 3 das Zeitsignal mit einer Envelope der zeitlichen Verdeckung des menschlichen Hörens;
Fig. 3a die Abklingzeit des menschlichen Gehörs;
Fig. 4 eine frequenzabhängige Verdeckung des menschlichen Hörens;
Fig. 5 eine frequenzabhängige Gewichtungsfunktion des subjektiv empfundenen Lästigkeitseindruckes von impulshaltigen Geräuschen;
Fig. 6 eine Korrelation des subjektiven Lästigkeitseindruckes mit dem errechneten Geräuschindex;
Fig. 7 das erfindungsgemäße Verfahren in einem Blockdiagramm; und
Fig. 8 eine schematische Ansicht der Messanordnung.
In Fig. 1 ist die Amplitude A über der Zeit t für ein bandpassgefiltertes Zeitsignal eines Geräusches aufgetragen. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, wird für dieses band- passgefilterte Zeitsignal für jedes Frequenzband eine einhüllende Kurve I1 gebildet. In einem weiteren Schritt wird die Envelope der zeitlichen Verdeckung des menschlichen Hörens der Hüllkurve 1' eingebildet (Fig. 3). Diese zeitliche Verdeckung kann bei schnell hintereinander folgenden impulshaltigen Geräuschen nachfolgende Impulse in ihrer subjektiv empfundenen Amplitude A reduzieren. Daher wird der durch das menschliche Hören empfundene restliche Modulationsgrad in jedem Frequenzband nach Berücksichtigung der zeitlichen Verdeckung 2' berechnet. Die Abklingzeit t des menschlichen Gehörs bei impulsartigen Geräuschen, die bei der Berechnung verwendet wird, ist in Fig. 3a dargestellt, wobei mit LH die Lautheit bezeichnet ist.
Wie Fig. 4 zeigt, wird auch eine frequenzabhängige Verdeckung berücksichtigt. Die frequenzabhängige Verdeckung ist in Fig. 4 durch die Kurven 3' angedeutet. Dadurch wird berücksichtigt, dass ein Signal von höher frequentigen Signalen verdeckt werden kann.
Für die frequenzabhängige Verdeckung werden folgenden Flankensteilheiten verwendet.
Für höhere Frequenzen als die Mittenfrequenz des zu untersuchenden Frequenzbandes:
Verdeckung-Iinks = Level-27 * (b - bm)
Level .... Pegel in dB der zur Verdeckung führt b... Frequenz in Bark beim Level der zur Verdeckung führt. bm... Frequenz in Bark die verdeckt wird
Für niedrigere Frequenzen als die Mittenfrequenz des zu untersuchenden Frequenzbandes:
Flankensteilheit-rechts = Level + (-24 -0.23 / (fm/1000) + 0.2 * Level) * (bm-b)
fm... Frequenz in Hz die verdeckt wird
Abhängig vom Frequenzbereich des jeweiligen impulshaltigen Signals ergibt sich für das impulshaltige Geräusch in jedem Frequenzband ein unterschiedlich subjektives Empfinden der Lästigkeit.
Der Modulationsgrad in jedem Frequenzband berechnet sich nach folgender Formel:
MG = LM3X ~ maXimUm(LMjn, Lverdeckung-ZeitΛ U/erdeckung-Frequenz)
MG... Modulationsgrad in jedem Frequenzband
LMax.. maximaler Pegel der Einhüllenden
LMin.. minimaler Pegel der Einhüllenden
Lverdeckung-zeit- ■ Pegel aus zeitlicher Verdeckung
Lverdeckung-Frequenz-- Summe aller Pegel aus Frequenz-Verdeckung
Das subjektive Empfinden der Impulshaltigkeit wird aufgrund von subjektiven Beurteilungen von Testpersonen in einer in Fig. 5 dargestellten frequenzabhängigen Gewichtungsfunktion W berücksichtigt. Mittels der frequenzabhängigen Gewichtungsfunktion W werden die Modulationsgrade für jedes Frequenzband f einer frequenzabhängigen Gewichtung unterzogen.
Die Summe der verbleibenden Signalamplituden aus dem Analyse- und Berechnungsschritten für jedes Frequenzband ergibt als Endergebnis ein objektives Maß für die Lästigkeit von impulshaltigen Geräuschen, im Speziellen von Nagelgeräuschen einer Brennkraftmaschine. Dieses objektive Maß der Lästigkeit von impulshaltigen Geräuschen - der Geräuschindex CKI (Combustion Knocking Index) - korreliert damit sehr gut mit dem subjektiv empfundenen Gesamteindruck dieser Geräusche. In Fig. 6 ist die Korrelation zwischen dem Geräuschindex CKI und der subjektiv empfundenen Lästigkeit L von Nagelgeräuschen aufgetragen. Es ergibt sich eine hohe Korrelation von beispielsweise 0,991.
Zuerst werden die Hauptkrafteinleitungspunkte 11 des Antriebsstranges und der Radaufhängungen an der Karosserie 10 des Fahrzeuges definiert. Weiters wird
eine große Anzahl an Referenzpunkten 12 zur Messung der örtlichen Schwingungen an der Karosserie 10 des Fahrzeuges definiert, wobei die Anzahl der Referenzpunkte 12 um eine Größenordnung größer ist als die Anzahl der Haupt- krafteinleitungspunkte 11. Mittels externer Anregung 13, bzw. durch einen Sha- ker oder Hammer, werden Beschleunigungen und Eingangsinertanzen an den Hauptkrafteinleitungspunkten 11 des Antriebsstranges und der Radaufhängung ermittelt und daraus die Transferfunktion zwischen den Hauptkrafteinleitungspunkten 11 und allen Referenzpunkten 12 an der Karosserie 10 ermittelt.
Die wesentlichsten Schritte des Verfahrens sind in Fig. 7 schematisch dargestellt.
Im Schritt 1 werden sogenannten primäre Beschleunigungen Pj an den Hauptkrafteinleitungspunkten 11 und den Referenzpunkten 12 bei Betrieb des Fahrzeuges ermittelt. Ausgehend von einer groben Abschätzung 2 der in die Karosserie eingeleiteten Kräfte an den Hauptkrafteinleitungspunkten 11 aufgrund der im Betriebszustand gemessenen primären Beschleunigungen Pj und der ermittelten Eingangsinertanzen wird im Schritt 3 eine erste mathematische Voraussage von sogenannten sekundären Beschleunigungen Si an den Referenzpunkten 12 der Karosserie 10 der abgeschätzten eingeleiteten Kräfte an den Hauptkrafteinleitungspunkten 11 und den ermittelten Transferfunktionen zwischen den Hauptkrafteinleitungspunkten 11 und den Referenzpunkten 12 durchgeführt. Die sekundären Beschleunigungen S1 werden im Schritt 4 mit den gemessenen primären Beschleunigungen P, in den Referenzpunkten 12 verglichen. Aus der Differenz wird eine Fehlerfunktion 5 gebildet. Wenn die Differenz zwischen sekundären und primären Beschleunigungen Pi größer ist als eine erlaubte Maximaldifferenz wird im Schritt 6 eine iterative Anpassung der "realen" in die Karosserie eingeleiteten Kräfte an den Hauptkrafteinleitungspunkten 11 vorgenommen und die in Fig. 7 eingezeichneten Schritte 3 bis 6 solange wiederholt, bis die Differenz Pi - Si zwischen sekundären Si und primären Beschleunigungen Pj kleiner ist als eine vordefinierte Maximaldifferenz. Ist die Differenz P1 - Si zwischen sekundären S1 und primären Beschleunigungen Pj kleiner als die erlaubte Maximaldifferenz, so werden die ermittelten Kraftvektoren als "reale" Kraftvektoren angesehen (Schritt 7 in Fig. 7).
Die sekundären Beschleunigungen (Luftschall) Sj(ω) können gemäß folgender Gleichung ermittelt werden:
wobei Ty(ω) die Übertragungsfunktion (Beschleunigung-Schalldruck/Kraft), gemessen unter externer Anregung, und fj(co) die sekundären Kräfte sind. Dabei ist i = I1..., N die Anzahl der Mikrofone und Beschleunigungsaufnehmer, j = 1,..., M
die Anzahl der Kraftkomponenten an allen betrachteten Krafteinleitungspunkten 11. Mit ω ist der Frequenzbereich bezeichnet.
Es gilt die Bedingung:
∑( (P1(CO)-S1(P) Y =Mn. (2) i
wobei P|(ω) die primäre Beschleunigung (Luftschall), gemessen im Fahrbetrieb, ist. Gleichung 2 ergibt somit einen optimalen Satz von berechneten realen Kraftvektoren fj,Opt(ω).
Claims
1. Verfahren zur quantitativen Analyse eines Geräusches einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Diesel-Brennkraftmaschine, wobei ein Signalverlauf über eine vorgegebene Aufzeichnungsdauer ermittelt wird, das ermittelte Signal im Zeitbereich einer Bandpassfilterung unterzogen wird und für das band passgefilterte Signal für zumindest ein Frequenzband eine Hüllkurve gebildet wird, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Berücksichtigen der zeitlichen Verdeckung entsprechend der menschlichen Hörwahrnehmung bei der Hüllkurve;
Berechnen des restlichen Modulationsgrades in jedem Frequenzband nach Berücksichtigung der zeitlichen Verdeckung;
Berechnen einer pegelabhängigen Verdeckung für jedes Frequenzband von allen anderen Frequenzbändern;
Berechnen der restlichen hörbaren Modulationsgrade für alle Frequenzbänder;
Gewichten der hörbaren Modulationsgrade mit einer frequenzabhängigen Gewichtungsfunktion;
Bilden eines Geräuschindexes auf der Basis des gewichteten Modulationsfrequenzspektrums.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brandpassfilterung vorzugsweise mit Filtern, die keine Phasenverschiebung zulassen für alle Frequenzbänder durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für jedes Frequenzband eine Hüllkurve der gefilterten Zeitsignale berechnet wird.
4. Verfahren zur Ermittlung der Kräfte an den Krafteinleitungsmittelpunkten einer Fahrzeugkarosserie in Bezug auf das Antriebsaggregat und die Radaufhängungen als Basis für die Ermittlung der Schwingungsübertragung einer Fahrzeugkarosserie mit folgenden Schritten:
a) Definieren der Hauptkrafteinleitungspunkte des Antriebsstranges und der Radaufhängungen in die Karosserie des Fahrzeuges; b) Definieren einer Anzahl an Referenzpunkten zur Schwingungsmessung an der Karosserie des Fahrzeuges, wobei vorzugsweise die Anzahl der Referenzpunkte größer ist als, vorzugsweise mindestens doppelt so groß, besonders vorzugsweise mindestens zehnmal so groß ist wie die Anzahl der Hauptkrafteinleitungspunkte;
c) Ermitteln von Beschleunigungen und Eingangsinertanzen an den Hauptkrafteinleitungspunkten des Antriebsstrangs und der Radaufhängung mittels externer Anregung;
d) Ermitteln der Transferfunktionen zwischen den Hauptkrafteinleitungspunkten und allen Referenzpunkten an der Karosserie sowie zu Mikrofonen im Fahrzeuginneren mittels externer Anregung;
e) Ermitteln von primären Beschleunigungen an den Hauptkrafteinleitungspunkten und den Referenzpunkten bei Betrieb des Fahrzeuges;
f) Abschätzen der in die Karosserie eingeleiteten Kräfte an den Hauptkrafteinleitungspunkten aufgrund der im Betriebszustand gemessenen primären Beschleunigungen und der ermittelten Eingangsinertanzen;
g) Durchführen einer ersten mathematischen Voraussage von sekundären Beschleunigungen an den Referenzpunkten der Karosserie aufgrund der abgeschätzten eingeleiteten Kräfte an den Hauptkrafteinleitungspunkten und den ermittelten Transferfunktionen zwischen den Hauptkrafteinleitungspunkten und den Referenzpunkten;
h) Vergleichen der berechneten sekundären Beschleunigungen mit den gemessenen primären Beschleunigungen in den Referenzpunkten;
i) Mathematische Iteration der in die Karosserie eingeleiteten Kräfte, um die Differenz zwischen sekundären und primären Beschleunigungen zu minimieren;
j) Wiederholen der Schritte h) bis i) bis die Differenz zwischen sekundären und primären Beschleunigungen ein Minimum oder kleiner als eine definierte erlaubte Maximaldifferenz wird, wobei die zugehörigen Kraftvektoren bestimmt werden;
k) Zuordnen von realen Kraftvektoren an den Krafteinleitungspunkten aus den aufgrund der Iteration ermittelten Kraftvektoren und I) Errechnen des Effektes aller realen Kraftvektoren an den Krafteinleitungspunkten auf die Schwingungen der Karosserie, auf die mittels Mikrofonen gemessenen Innengeräusche und die mittels der im Schritt d) ermittelten Transferfunktionen, um damit die Geräusch- und Schwingungsbeträge von Antriebsstrang und Radaufhängungen am Fahrzeuginnengeräusch, bzw. an dem Schwingungsverhalten der Karosserie zu ermitteln.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftverteilungen an den Krafteinleitungspunkten, die Lage der Hauptkraftein- leitungspunkte, die Dämmeigenschaften und/oder die Übertragungsfunktionen der Karosserie gezielt variiert werden, um das Innengeräusch sowie die Schwingungen der Karosserie positiv zu beeinflussen.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
AT19432005A AT500798B1 (de) | 2005-12-01 | 2005-12-01 | Verfahren zur ermittlung der kräfte an den krafteinleitungsmittelpunkten einer fahrzeugkarosserie |
AT9172006A AT501649B1 (de) | 2006-05-26 | 2006-05-26 | Verfahren zur quantitativen analyse eines geräusches einer brennkraftmaschine |
PCT/AT2006/000496 WO2007062447A2 (de) | 2005-12-01 | 2006-11-30 | Verfahren zur analyse eines geräusches einer brennkraftmaschine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EP1955030A2 true EP1955030A2 (de) | 2008-08-13 |
Family
ID=37991691
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EP06817472A Withdrawn EP1955030A2 (de) | 2005-12-01 | 2006-11-30 | Verfahren zur analyse eines geräusches einer brennkraftmaschine |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP1955030A2 (de) |
WO (1) | WO2007062447A2 (de) |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8103590B2 (en) | 2006-02-17 | 2012-01-24 | Yahoo! Inc. | Method and system for managing multiple catalogs of files on a network |
AT504424B1 (de) * | 2008-02-08 | 2009-05-15 | Avl List Gmbh | Verfahren zur bestimmung der anteile einzelner übertragungswege |
DE102008027016B4 (de) * | 2008-06-06 | 2017-06-01 | Ford Global Technologies, Llc | Verfahren und Vorrichtung zur Analyse von Geräuschen eines Kraftfahrzeuges |
FR2955389B1 (fr) * | 2010-01-21 | 2012-03-16 | Peugeot Citroen Automobiles Sa | Procede et dispositif de mesure d'une pseudo-sirene modulee, procede de construction d'un indicateur et vehicule equipe de ce dispositif |
DE102012105789A1 (de) * | 2012-06-29 | 2014-01-23 | Thyssenkrupp System Engineering Gmbh | Prüfverfahren und Prüfstand zur Erfassung von Noise-Vibration-Harshness Emissionen (NVH) eines Motoraggregats |
AT524981B1 (de) * | 2021-04-13 | 2024-06-15 | Avl List Gmbh | Verfahren zur beurteilung der impulshaltigkeit eines prüflings |
CN114383848B (zh) * | 2021-12-01 | 2023-09-26 | 江铃汽车股份有限公司 | 一种增压器近场气流噪声目标值的预测方法、装置、存储介质及设备 |
CN117705453A (zh) * | 2024-02-05 | 2024-03-15 | 潍柴动力股份有限公司 | 一种发动机声品质评价方法及装置 |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6012426A (en) * | 1998-11-02 | 2000-01-11 | Ford Global Technologies, Inc. | Automated psychoacoustic based method for detecting borderline spark knock |
EP1462777A1 (de) * | 2003-03-26 | 2004-09-29 | Ford Global Technologies, Inc., A subsidiary of Ford Motor Company | Verfahren und Vorrichtung zur quantitativen Analyse von Motorgeräuschen |
DE102004001911A1 (de) * | 2004-01-14 | 2005-08-18 | Daimlerchrysler Ag | Verfahren und Vorrichtung zur gehörrichtigen Geräuschanalyse von Schallsignalen sowie Dynamisches Filter |
-
2006
- 2006-11-30 EP EP06817472A patent/EP1955030A2/de not_active Withdrawn
- 2006-11-30 WO PCT/AT2006/000496 patent/WO2007062447A2/de active Application Filing
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
See references of WO2007062447A3 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2007062447A3 (de) | 2008-03-13 |
WO2007062447A2 (de) | 2007-06-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1955030A2 (de) | Verfahren zur analyse eines geräusches einer brennkraftmaschine | |
DE102015120995A1 (de) | Subband-Algorithmus mit Schwelle für ein robustes breitbandiges aktives Geräuschunterdrückungs-System | |
DE102008027016A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Analyse von Geräuschen einer Geräuschquelle, insbesondere eines Fahrzeuges | |
DE102012000931A1 (de) | Verfahren zur Diagnose eines Audiosystems eines Kraftfahrzeuges | |
Shin et al. | Objective evaluation of door-closing sound quality based on physiological acoustics | |
Hoechstetter et al. | Role of the duration of sharpness in the perceived quality of impulsive vehicle sounds | |
EP1462778B1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur quantitativen Analyse von Motorgeräuschen | |
EP1563266A1 (de) | Verfahren zur bewertung von störgeräuschen | |
Doleschal et al. | Rumbling, humming, booming–Perception of vehicle interior noise at low engine speeds | |
Yun et al. | Objective evaluation of the knocking sound of a diesel engine considering the temporal and frequency masking effect simultaneously | |
EP1209458B1 (de) | Verfahren zur Bestimmung des Geräuschpegels bei Betrieb einer Brennkraftmaschine | |
DE19736021B4 (de) | Verfahren zur Ermittlung akustisch relevanter Schwingungszentren | |
DE19610583C1 (de) | Verfahren zur Voraussage und Beurteilung von Getriebegeräuschen | |
CN111855125B (zh) | 一种汽车门锁闭合声震颤度的量化评价方法 | |
DE19924955A1 (de) | Akustisches Meßgerät | |
AT501649B1 (de) | Verfahren zur quantitativen analyse eines geräusches einer brennkraftmaschine | |
Champagne et al. | Vehicle closure sound quality | |
DE19844784B4 (de) | Verfahren zur Ermittlung und ggf. Beseitigung eines von einem Betreiber subjektiv wahrgenommenen Störgeräusches | |
DE19748839C1 (de) | Verfahren zur Geräuschanalyse | |
DE19813285B4 (de) | Verfahren zur automatischen Messung der Sprachverständlichkeit in Kraftfahrzeugen | |
Hoeldrich et al. | A parameterized model of psychoacoustical roughness for objective vehicle noise quality evaluation | |
Sottek | Modeling engine roughness | |
DE19626329C2 (de) | Verfahren zur Analyse von Schallereignissen | |
Guo et al. | Roughness evaluation approach for nonstationary vehicle noise based on wavelet packet and neural network techniques | |
Xiang et al. | Warning effect evaluation and control for vehicle turn signal sound |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PUAI | Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase |
Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012 |
|
17P | Request for examination filed |
Effective date: 20080507 |
|
AK | Designated contracting states |
Kind code of ref document: A2 Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LI LT LU LV MC NL PL PT RO SE SI SK TR |
|
AX | Request for extension of the european patent |
Extension state: AL BA HR MK RS |
|
17Q | First examination report despatched |
Effective date: 20090616 |
|
STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN |
|
18D | Application deemed to be withdrawn |
Effective date: 20091027 |