JP2000097813A - 駆動系振動分析装置 - Google Patents
駆動系振動分析装置Info
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- B60K17/22—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles characterised by arrangement, location, or type of main drive shafting, e.g. cardan shaft
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- G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
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- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Control Of Transmission Device (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 トラックの駆動系の故障解決に対する一般的
な試行錯誤アプローチを除く。 【解決手段】 センサ12は変速機14に備えられ、正
弦波回転速度計信号18を出力する。センサ12は信号
調整ユニット16を介して電子制御ユニット22に接続
されている。電子制御ユニット22はセンサ12から正
弦波回転速度計信号18を受け取り、これを回転加速度
測定値の形へと処理し、その振幅を計算し、振幅をその
回転次数と共にディスプレイ装置24に表示する。
な試行錯誤アプローチを除く。 【解決手段】 センサ12は変速機14に備えられ、正
弦波回転速度計信号18を出力する。センサ12は信号
調整ユニット16を介して電子制御ユニット22に接続
されている。電子制御ユニット22はセンサ12から正
弦波回転速度計信号18を受け取り、これを回転加速度
測定値の形へと処理し、その振幅を計算し、振幅をその
回転次数と共にディスプレイ装置24に表示する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般に車両振動診
断に関し、特に、車両駆動系におけるねじれ振動を測定
し評価するシステムおよび方法に関する。
断に関し、特に、車両駆動系におけるねじれ振動を測定
し評価するシステムおよび方法に関する。
【0002】
【従来の技術】駆動系のねじれ振動の問題は、特にヘビ
ーデューティトラックにおける、駆動系の部品の早期の
故障およびドライバが受ける音圧と振動苦情の重大な要
因である。当業技術分野においては、損傷を受けた駆動
系部品が、故障の根本的原因を突き止めることなしに交
換される場合が多く、その結果として、同様の故障が将
来において発生することになる。
ーデューティトラックにおける、駆動系の部品の早期の
故障およびドライバが受ける音圧と振動苦情の重大な要
因である。当業技術分野においては、損傷を受けた駆動
系部品が、故障の根本的原因を突き止めることなしに交
換される場合が多く、その結果として、同様の故障が将
来において発生することになる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】騒音と振動の問題は、
こうした問題が駆動系に関係していない場合にさえ、こ
うした問題が見掛け上解決されるまで、駆動系部品を交
換することによって決まりきって対処されている。こう
した状況の両方が、駆動系部品供給業者とOEMとに対
して高い保証コストを生じさせ、車両所有者のトラック
休止時間を増大させる。
こうした問題が駆動系に関係していない場合にさえ、こ
うした問題が見掛け上解決されるまで、駆動系部品を交
換することによって決まりきって対処されている。こう
した状況の両方が、駆動系部品供給業者とOEMとに対
して高い保証コストを生じさせ、車両所有者のトラック
休止時間を増大させる。
【0004】
【課題を解決するための手段】トラックの駆動系の故障
解決に対するこの一般的な「試行錯誤」アプローチを除
くために、駆動系におけるねじれ振動を定量的に測定お
よび評価する、本発明の駆動系振動分析装置(DVA)
が開発された。これを実現するために、DVAは、回転
中の駆動系部品の周期的な速度変動を測定し、ねじれ振
動の振幅を駆動軸の回転次数に相関させる。こうした速
度変動は、移動および加速度情報に変換され、エンジン
および自在継手のねじれに対する駆動系の応答を測定す
るために、駆動軸の調和次数にしたがって分類される。
潜在的な振動の問題を特定する上で試験技術者を手助け
するために、予め選択されたまたは計算された当該次数
を使用して、加速度の形の検出された振動の大きさが、
予め決められた閾値と比較され、これによって遭遇する
あらゆる故障の原因を突き止めて、各々の問題点に対す
る適正な解決策を選択する。
解決に対するこの一般的な「試行錯誤」アプローチを除
くために、駆動系におけるねじれ振動を定量的に測定お
よび評価する、本発明の駆動系振動分析装置(DVA)
が開発された。これを実現するために、DVAは、回転
中の駆動系部品の周期的な速度変動を測定し、ねじれ振
動の振幅を駆動軸の回転次数に相関させる。こうした速
度変動は、移動および加速度情報に変換され、エンジン
および自在継手のねじれに対する駆動系の応答を測定す
るために、駆動軸の調和次数にしたがって分類される。
潜在的な振動の問題を特定する上で試験技術者を手助け
するために、予め選択されたまたは計算された当該次数
を使用して、加速度の形の検出された振動の大きさが、
予め決められた閾値と比較され、これによって遭遇する
あらゆる故障の原因を突き止めて、各々の問題点に対す
る適正な解決策を選択する。
【0005】DVAは、迅速な問題解決にふさわしいね
じれ振動分析機器および取扱容易な現場用ツールとして
機能するように設計された。熟練したDVAオペレータ
は、半日足らずで完全なDVAを行うことが可能であ
る。このDVAをラップトップパーソナルコンピュータ
上で実行することによって可搬性が実現され、ねじれ振
動問題を診断し解決するために様々な形でDVAをサー
ビス技術者が使用することを可能にする。
じれ振動分析機器および取扱容易な現場用ツールとして
機能するように設計された。熟練したDVAオペレータ
は、半日足らずで完全なDVAを行うことが可能であ
る。このDVAをラップトップパーソナルコンピュータ
上で実行することによって可搬性が実現され、ねじれ振
動問題を診断し解決するために様々な形でDVAをサー
ビス技術者が使用することを可能にする。
【0006】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。
て図面を参照して説明する。
【0007】添付図面、特に図1を参照すると、この図
には、本発明の駆動系振動分析装置(DVA)が、全体
として参照番号10で示されている。DVA10は、本
発明のこの好ましい実施様態では磁気速度センサ12で
ある、特定の駆動系部品の回転速度を測定するセンサを
含む。センサ12は、パルス列の形で速度データまたは
タイミングデータを出力する、可変磁気抵抗センサのよ
うな非接触形磁気センサである。この例では、センサ1
2は、車両速度計信号を出力する、変速機14のような
現在のヘビーデューティトラックの変速機の殆どに既に
備えられているセンサであり、かつ、変速機の後部から
容易にアクセス可能である。センサ12による信号出力
中のノイズをろ波して除去するために、適切な信号調整
ユニット16−16が備えられてもよい。
には、本発明の駆動系振動分析装置(DVA)が、全体
として参照番号10で示されている。DVA10は、本
発明のこの好ましい実施様態では磁気速度センサ12で
ある、特定の駆動系部品の回転速度を測定するセンサを
含む。センサ12は、パルス列の形で速度データまたは
タイミングデータを出力する、可変磁気抵抗センサのよ
うな非接触形磁気センサである。この例では、センサ1
2は、車両速度計信号を出力する、変速機14のような
現在のヘビーデューティトラックの変速機の殆どに既に
備えられているセンサであり、かつ、変速機の後部から
容易にアクセス可能である。センサ12による信号出力
中のノイズをろ波して除去するために、適切な信号調整
ユニット16−16が備えられてもよい。
【0008】センサ12は、図2にグラフの形で示され
ているように、1回転毎に16個のクリーンな(何の情
報も特にない余分な信号を含まない)パルス(変速機1
4の出力軸と共に回転する16個の歯の付いた歯車の上
の各歯毎に1つのパルス)としての正弦波回転速度計信
号18を出力する。信号ピーク18aは、センサ12の
付近を歯が通過する時に生じる強い磁場によって引き起
こされ、一方、通過する歯の間にセンサが位置している
時に谷18bが生じることに留意されたい。センサ12
が変速機14の出力における回転速度を測定するが、セ
ンサ12は、全ての駆動系のねじれ振動の重大な要因に
よる影響を受ける。変速機の出力位置は通常駆動系内の
最大ねじれ振動の箇所ではないが、駆動系のねじれ挙動
を正確に評価するためにはエンジンと自在継手との両方
によって励振された振動の下で十分にねじれを生じさせ
ることが既にわかっている。
ているように、1回転毎に16個のクリーンな(何の情
報も特にない余分な信号を含まない)パルス(変速機1
4の出力軸と共に回転する16個の歯の付いた歯車の上
の各歯毎に1つのパルス)としての正弦波回転速度計信
号18を出力する。信号ピーク18aは、センサ12の
付近を歯が通過する時に生じる強い磁場によって引き起
こされ、一方、通過する歯の間にセンサが位置している
時に谷18bが生じることに留意されたい。センサ12
が変速機14の出力における回転速度を測定するが、セ
ンサ12は、全ての駆動系のねじれ振動の重大な要因に
よる影響を受ける。変速機の出力位置は通常駆動系内の
最大ねじれ振動の箇所ではないが、駆動系のねじれ挙動
を正確に評価するためにはエンジンと自在継手との両方
によって励振された振動の下で十分にねじれを生じさせ
ることが既にわかっている。
【0009】しかし、あるいは、重要な駆動系部品の回
転速度を正確に測定する他の何らかの適切な手段を備え
ることもできる。例えば、別の実施様態は、車両の変速
機の入力もしくは出力ヨークまたは駆動車軸のような検
査対象の特定の駆動系部品を検査する目的で付加された
適切な検査用取付け具の通過する歯の間で回転速度を測
定するようになっている、同様の磁気センサを備えてい
てもよい。特定の回転駆動系部品上に付けられた刻印ま
たま凹みの通過を示す、光学センサを使用することも可
能である。
転速度を正確に測定する他の何らかの適切な手段を備え
ることもできる。例えば、別の実施様態は、車両の変速
機の入力もしくは出力ヨークまたは駆動車軸のような検
査対象の特定の駆動系部品を検査する目的で付加された
適切な検査用取付け具の通過する歯の間で回転速度を測
定するようになっている、同様の磁気センサを備えてい
てもよい。特定の回転駆動系部品上に付けられた刻印ま
たま凹みの通過を示す、光学センサを使用することも可
能である。
【0010】センサ12は、信号線20を経由して、好
ましくは信号調整ユニット16を介して、マイクロプロ
セッサベースの電子制御ユニット(ECU)22に電気
的に接続されている。ユニット16は、例えば車両のタ
バコ用ライター21を経由して、ECU 22に電力を
供給するように構成することも可能である。ECU22
は、可搬形ラップトップコンピュータまたは他の何らか
の適切なプロセッサであることが好ましいパーソナルコ
ンピュータを有してもよい。この実施様態におけるEC
U 22は、車両に搭載しない形で現場診断検査用とし
て具体化されているが、この代わりに、必要とされるコ
ンピュータ能力と別の設計上の選択とに応じて、別個の
プロセッサとして、または、車両のエンジン制御装置も
しくは変速機制御装置の一部分として、車両に恒久的に
搭載される形で具体化することも可能である。ECU
22は、センサ12によって得られる測定値に関連付け
られる一様な周波数の正確な時間パルスを生成する高速
連続周期計数器ボードを有する。パルス数は、実際に
は、各歯の通過が検出される毎に計数される。非常に高
いrpmではこの情報が非常に迅速に得られるというこ
とが理解できる。
ましくは信号調整ユニット16を介して、マイクロプロ
セッサベースの電子制御ユニット(ECU)22に電気
的に接続されている。ユニット16は、例えば車両のタ
バコ用ライター21を経由して、ECU 22に電力を
供給するように構成することも可能である。ECU22
は、可搬形ラップトップコンピュータまたは他の何らか
の適切なプロセッサであることが好ましいパーソナルコ
ンピュータを有してもよい。この実施様態におけるEC
U 22は、車両に搭載しない形で現場診断検査用とし
て具体化されているが、この代わりに、必要とされるコ
ンピュータ能力と別の設計上の選択とに応じて、別個の
プロセッサとして、または、車両のエンジン制御装置も
しくは変速機制御装置の一部分として、車両に恒久的に
搭載される形で具体化することも可能である。ECU
22は、センサ12によって得られる測定値に関連付け
られる一様な周波数の正確な時間パルスを生成する高速
連続周期計数器ボードを有する。パルス数は、実際に
は、各歯の通過が検出される毎に計数される。非常に高
いrpmではこの情報が非常に迅速に得られるというこ
とが理解できる。
【0011】各歯に関する時間測定は、測定ポイントに
おける駆動系の瞬間角速度に関係する。したがって、n
個の歯を有する歯車は、その歯車の1回転当たりn回の
角速度測定を可能にする。次の定義が、本発明の駆動系
の振動測定装置に適用される。
おける駆動系の瞬間角速度に関係する。したがって、n
個の歯を有する歯車は、その歯車の1回転当たりn回の
角速度測定を可能にする。次の定義が、本発明の駆動系
の振動測定装置に適用される。
【0012】△t = 連続する歯の間の時間測定値 N = データサンプル数(好ましくは2の累乗)、 △θ = 2π/n = 全ての連続する歯の間の角度
変位、 dθ/dt = △θ/△t = 駆動系の瞬間角速度
変位、 dθ/dt = △θ/△t = 駆動系の瞬間角速度
【0013】
【数1】Kj = スペクトル線jの次数値 図2に示されているセンサ出力信号を、図3にグラフの
形で示されている通りの方形波の波形に変換すること
は、隣り合う歯の各対の間に通過時間をECU22が量
子化できる方法の1つである。この「歯の間の時間」
は、△tとして表わすことができる。しかし、あるい
は、信号18から△tを測定する、当業者に公知の他の
あらゆる適切な方法も使用できる。2つの隣り合う歯の
間の角度変位が、歯の個数で割った2πに等しいという
ことが分かっているので、角速度dθ/dtは容易に計
算できる。
形で示されている通りの方形波の波形に変換すること
は、隣り合う歯の各対の間に通過時間をECU22が量
子化できる方法の1つである。この「歯の間の時間」
は、△tとして表わすことができる。しかし、あるい
は、信号18から△tを測定する、当業者に公知の他の
あらゆる適切な方法も使用できる。2つの隣り合う歯の
間の角度変位が、歯の個数で割った2πに等しいという
ことが分かっているので、角速度dθ/dtは容易に計
算できる。
【0014】速度測定値は歯車回転角度に関して等間隔
であるので、離散フーリエ変換を角領域速度データに適
用することによって、結果的に、データを次数領域に変
換することになる。
であるので、離散フーリエ変換を角領域速度データに適
用することによって、結果的に、データを次数領域に変
換することになる。
【0015】これは、任意の適切な方法、この好ましい
実施形態では、ECU 22上で実行される通常に入手
可能である市販のFFT(高速フーリエ変換)ソフトウ
ェアパッケージによって実現できる。このフーリエ変換
は、駆動系のねじれ変位の大きさと加速度の大きさ駆動
軸の回転の調和次数の関数として計算可能にするので、
特に有用である。
実施形態では、ECU 22上で実行される通常に入手
可能である市販のFFT(高速フーリエ変換)ソフトウ
ェアパッケージによって実現できる。このフーリエ変換
は、駆動系のねじれ変位の大きさと加速度の大きさ駆動
軸の回転の調和次数の関数として計算可能にするので、
特に有用である。
【0016】速度測定値が△θに関して均等に等間隔で
あるので、離散フーリエ変換をこの角領域データに適用
することによって、次数領域への変換につながる。入力
データは実数値だけを含むので、両側FFT(正の次数
と負の次数)ブロックは、等しい実数成分と虚数成分と
を有する。負の次数のデータを無視すると、FFT関数
は、実数成分Rjと虚数成分Ij(添字j=0、
1、...、N/2)とを、合計で(1 + N/2)
個の要素を有する別々のブロックに分ける。調和次数K
とインデックスjとの間の関係は次の通りである。
あるので、離散フーリエ変換をこの角領域データに適用
することによって、次数領域への変換につながる。入力
データは実数値だけを含むので、両側FFT(正の次数
と負の次数)ブロックは、等しい実数成分と虚数成分と
を有する。負の次数のデータを無視すると、FFT関数
は、実数成分Rjと虚数成分Ij(添字j=0、
1、...、N/2)とを、合計で(1 + N/2)
個の要素を有する別々のブロックに分ける。調和次数K
とインデックスjとの間の関係は次の通りである。
【0017】
【数2】 DVA 10は、全ての駆動軸振動次数を歯車の歯の数
の半数まで計算することができる。したがって、DVA
10は、自在継手によって励振される、全ての変速機
歯車における一定の2次数であるねじれ振動に対して感
応する。
の半数まで計算することができる。したがって、DVA
10は、自在継手によって励振される、全ての変速機
歯車における一定の2次数であるねじれ振動に対して感
応する。
【0018】エンジンによって励振される振動は、エン
ジンクランクシャフト振動次数で割った歯の個数の半分
に等しい最大ギヤ比まで、全ての変速機ギヤにおいて分
析することができる。例えば、6気筒4サイクルエンジ
ンの基本エンジン点火の頻度は、エンジンクランクシャ
フトの回転数の3倍である。したがって、16個の歯が
ある歯車の場合には、DVA 10は2.67未満の全
てのギヤ比においてエンジン点火データを分析すること
ができる。エンジンによって励振されるねじれ振動は高
速変速機歯車において最も重大な問題であるので、16
個の歯を有する歯車がふさわしい。
ジンクランクシャフト振動次数で割った歯の個数の半分
に等しい最大ギヤ比まで、全ての変速機ギヤにおいて分
析することができる。例えば、6気筒4サイクルエンジ
ンの基本エンジン点火の頻度は、エンジンクランクシャ
フトの回転数の3倍である。したがって、16個の歯が
ある歯車の場合には、DVA 10は2.67未満の全
てのギヤ比においてエンジン点火データを分析すること
ができる。エンジンによって励振されるねじれ振動は高
速変速機歯車において最も重大な問題であるので、16
個の歯を有する歯車がふさわしい。
【0019】さらに、この次数分解能(1つの回転を他
の回転と識別する能力)は、サンプルのサイズを大きく
することによって改善できる。例えば、同一の歯車と2
56のサンプルサイズとを使用して、DVA 10は、
16回の軸回転を記録し、最も近い1/16次数ねじれ
振動を分解することができる。
の回転と識別する能力)は、サンプルのサイズを大きく
することによって改善できる。例えば、同一の歯車と2
56のサンプルサイズとを使用して、DVA 10は、
16回の軸回転を記録し、最も近い1/16次数ねじれ
振動を分解することができる。
【0020】クランクシャフトの各回転次数において、
ECU 22は速度の大きさの値のデータを発生する。
この速度データから、変位と加速度とを当業者には公知
の方法で計算することもできる。実数成分と虚数成分を
正規化した後に、速度スペクトルの大きさか、次数から
の各々のK番目の次数の成分に関して計算される。
ECU 22は速度の大きさの値のデータを発生する。
この速度データから、変位と加速度とを当業者には公知
の方法で計算することもできる。実数成分と虚数成分を
正規化した後に、速度スペクトルの大きさか、次数から
の各々のK番目の次数の成分に関して計算される。
【0021】
【数3】 上記の角速度大きさスペクトルから、駆動系のねじれ変
位の大きさと加速度の大きさとが、調和回転次数の関数
として計算される。これは、次のように導き出される。
位の大きさと加速度の大きさとが、調和回転次数の関数
として計算される。これは、次のように導き出される。
【0022】
【数4】 最大の場合(大きさ変位、速度、および、加速度)にω
k=w*Kを上記式に代入することによって
k=w*Kを上記式に代入することによって
【0023】
【数5】 しかし、これらの計算の詳細は、本明細書に引例として
組み入れられている1994年11月8日付で発表され
たMcGovern他の標題「DVA−A New T
ool for the Trucking Indu
stry」のSAE論文No.942324に示されて
いる。これらの値はフォーマットされて、ECU 22
に接続されている適切な表示装置24またはECU 2
2の一部分上にプロットされることが好ましい。
組み入れられている1994年11月8日付で発表され
たMcGovern他の標題「DVA−A New T
ool for the Trucking Indu
stry」のSAE論文No.942324に示されて
いる。これらの値はフォーマットされて、ECU 22
に接続されている適切な表示装置24またはECU 2
2の一部分上にプロットされることが好ましい。
【0024】DVAオペレータに対して情報を提示する
方法の1つが、図4と図5のグラフに示されている仕方
である。これらの図に示されているように、駆動系速度
(rpm単位)が、図4(a)と図5(a)とに時間の
経過に対して示されている。ねじれ振動の無い完全に一
定不変の回転数で回転する駆動系では、このグラフに直
線の水平線が生じるということを、当業者ならば容易に
理解するであろう。計算された加速度と変位とが、図4
(b)と図5(b)において駆動軸の回転次数に対して
プロットされている。個々の次数、および、これらの次
数に関する加速度の大きさも、26においてDVAオペ
レータに対して数値の形で表示されることが好ましい。
これに加えて、図形情報および/または数値情報のおび
ただしい追加的な表示を、26においてDVAオペレー
タに対して提供することができる。
方法の1つが、図4と図5のグラフに示されている仕方
である。これらの図に示されているように、駆動系速度
(rpm単位)が、図4(a)と図5(a)とに時間の
経過に対して示されている。ねじれ振動の無い完全に一
定不変の回転数で回転する駆動系では、このグラフに直
線の水平線が生じるということを、当業者ならば容易に
理解するであろう。計算された加速度と変位とが、図4
(b)と図5(b)において駆動軸の回転次数に対して
プロットされている。個々の次数、および、これらの次
数に関する加速度の大きさも、26においてDVAオペ
レータに対して数値の形で表示されることが好ましい。
これに加えて、図形情報および/または数値情報のおび
ただしい追加的な表示を、26においてDVAオペレー
タに対して提供することができる。
【0025】駆動系のねじれ振動は、2つの主要な要
因、すなわち、基本エンジン点火周波数およびその調波
と、非ゼロ作用角で動作する自在継手とによって誘発さ
れる。駆動系システムは、駆動系のねじれによってこの
ねじれ励振に対して応答する。一定の量のこのねじれ挙
動が常に存在するが、通常は駆動系部品を危険にさらす
ことはない。しかし、励振周波数が駆動系のねじれ共振
周波数と一致している場合には、駆動系のねじれの深刻
な増幅が生じる可能性がある。
因、すなわち、基本エンジン点火周波数およびその調波
と、非ゼロ作用角で動作する自在継手とによって誘発さ
れる。駆動系システムは、駆動系のねじれによってこの
ねじれ励振に対して応答する。一定の量のこのねじれ挙
動が常に存在するが、通常は駆動系部品を危険にさらす
ことはない。しかし、励振周波数が駆動系のねじれ共振
周波数と一致している場合には、駆動系のねじれの深刻
な増幅が生じる可能性がある。
【0026】駆動系は、ばね要素と質量要素とを含む離
散系として動的にモデル化できる様々な部品から成る。
理論的には、駆動系は、振動モードにおけるあらゆる自
由度に対して1つの共振周波数を生じさせるだろう。し
かし、2次ねじれモードは、エンジンと自在継手とから
の強制入力によって規則的に励振されるような周波数範
囲内にある唯一の駆動系共振モードであるので、本明細
書では、2次ねじれモードだけを考察する。
散系として動的にモデル化できる様々な部品から成る。
理論的には、駆動系は、振動モードにおけるあらゆる自
由度に対して1つの共振周波数を生じさせるだろう。し
かし、2次ねじれモードは、エンジンと自在継手とから
の強制入力によって規則的に励振されるような周波数範
囲内にある唯一の駆動系共振モードであるので、本明細
書では、2次ねじれモードだけを考察する。
【0027】この2次ねじれモードは、フライホイール
とホイールとにおけるノードによってクラッチとシャフ
トばねとの上に一緒にねじれた形でばね押えされている
変速機および車軸回転部品として表される。前側駆動車
軸は一般的に最大ねじれ変位の状態にあるが、高いねじ
れ変位を、変速機出力における共振中に一貫して測定す
ることが可能である。
とホイールとにおけるノードによってクラッチとシャフ
トばねとの上に一緒にねじれた形でばね押えされている
変速機および車軸回転部品として表される。前側駆動車
軸は一般的に最大ねじれ変位の状態にあるが、高いねじ
れ変位を、変速機出力における共振中に一貫して測定す
ることが可能である。
【0028】各駆動軸の回転次数において得られたデー
タは、ECU 22によって予め決められた閾値と比較
することが可能であり、この閾値を越える場合にはねじ
れ振動が過剰であると判断される。事前に設定された閾
値を越える測定された振動を、点滅または発色するカラ
ーディスプレイ装置24によってDVAオペレータに視
覚的に表示することが可能である。許容可能な振動閾値
レベルは計算または経験によって決定することができ、
殆どの場合には、駆動系部品の組合せに応じて異ってい
る。
タは、ECU 22によって予め決められた閾値と比較
することが可能であり、この閾値を越える場合にはねじ
れ振動が過剰であると判断される。事前に設定された閾
値を越える測定された振動を、点滅または発色するカラ
ーディスプレイ装置24によってDVAオペレータに視
覚的に表示することが可能である。許容可能な振動閾値
レベルは計算または経験によって決定することができ、
殆どの場合には、駆動系部品の組合せに応じて異ってい
る。
【0029】得られた基本回転速度測定値から様々な計
算を行うことができるが、エンジンと自在継手とからの
強制入力によって規則的に励振されるような周波数範囲
内にある唯一の駆動系共振モードであるので、この2次
ねじれモードに属するものだけが、DVA 10のこの
実施形態で考慮されることが好ましい。しかし、DVA
10は、上記の通りに、最大振動次数と次数分解とに
よって定義される基本応答部限界内で、より高次の駆動
系ねじれモードとより低次の駆動系ねじれモードとを評
価することが可能である。2次ねじれモードは通常20
−100Hzの範囲内にあるが、最も普通には変速機ギ
ヤの高速レンジにおいて30−70Hzで生じる。この
2次モードは、変速機数値歯数比が増大するにつれてそ
の周波数が増大し、その結果として、トップギアーで共
振周波数が最も低くなる。共振振動振幅はトップギアー
で最大であり、より低いギアーに関しては振幅が次第に
減少する。
算を行うことができるが、エンジンと自在継手とからの
強制入力によって規則的に励振されるような周波数範囲
内にある唯一の駆動系共振モードであるので、この2次
ねじれモードに属するものだけが、DVA 10のこの
実施形態で考慮されることが好ましい。しかし、DVA
10は、上記の通りに、最大振動次数と次数分解とに
よって定義される基本応答部限界内で、より高次の駆動
系ねじれモードとより低次の駆動系ねじれモードとを評
価することが可能である。2次ねじれモードは通常20
−100Hzの範囲内にあるが、最も普通には変速機ギ
ヤの高速レンジにおいて30−70Hzで生じる。この
2次モードは、変速機数値歯数比が増大するにつれてそ
の周波数が増大し、その結果として、トップギアーで共
振周波数が最も低くなる。共振振動振幅はトップギアー
で最大であり、より低いギアーに関しては振幅が次第に
減少する。
【0030】内燃機関は、駆動系内の最も優勢なねじれ
励振器である。燃焼プロセスが、駆動系の動的トルクお
よびねじれ変位を生じる動的トルク波形を生じる。エン
ジンのこの動的トルク波形は主として基本エンジン点火
周波数によって構成されているが、エンジン点火周波数
の0.5、1.5、および2.0調波においても測定可
能なトルク成分が存在する。典型的な4サイクル6気筒
エンジンの場合には、クランク軸の1回転毎に点火が3
回生じる(3次)。したがって、0.5、1.5、およ
び、2.0調波のそれぞれが、エンジン回転数の1.
5、4.5、および、6.0倍を表わすであろう。
励振器である。燃焼プロセスが、駆動系の動的トルクお
よびねじれ変位を生じる動的トルク波形を生じる。エン
ジンのこの動的トルク波形は主として基本エンジン点火
周波数によって構成されているが、エンジン点火周波数
の0.5、1.5、および2.0調波においても測定可
能なトルク成分が存在する。典型的な4サイクル6気筒
エンジンの場合には、クランク軸の1回転毎に点火が3
回生じる(3次)。したがって、0.5、1.5、およ
び、2.0調波のそれぞれが、エンジン回転数の1.
5、4.5、および、6.0倍を表わすであろう。
【0031】エンジン回転数の4.5および6.0倍
は、駆動系の2次ねじれモードを励振するには周波数が
高すぎるので、一般的に問題を生じない。しかし、エン
ジン回転数の3倍が2次ねじれモードと周波数が一致し
ている場合には、大きな共振増幅が発生する可能性があ
り、したがって、上記3倍が特に重要である。同様に、
エンジン回転数の1.5倍の励振がエンジンの主要動作
範囲内の特定の速度における共振周波数と一致している
と考えられるので、エンジン回転数の1.5倍の励振も
重要である。場合によっては、エンジン回転数の1.5
倍の励振の振幅が、駆動系に損傷をもたらすねじれを生
じるのに十分な大きさであり、したがって、このエンジ
ン回転数の1.5倍の励振も重要である。
は、駆動系の2次ねじれモードを励振するには周波数が
高すぎるので、一般的に問題を生じない。しかし、エン
ジン回転数の3倍が2次ねじれモードと周波数が一致し
ている場合には、大きな共振増幅が発生する可能性があ
り、したがって、上記3倍が特に重要である。同様に、
エンジン回転数の1.5倍の励振がエンジンの主要動作
範囲内の特定の速度における共振周波数と一致している
と考えられるので、エンジン回転数の1.5倍の励振も
重要である。場合によっては、エンジン回転数の1.5
倍の励振の振幅が、駆動系に損傷をもたらすねじれを生
じるのに十分な大きさであり、したがって、このエンジ
ン回転数の1.5倍の励振も重要である。
【0032】軸1回転当たり2つのサイクルの割合で変
化する、一定不変の入力速度の場合に、自在継手におけ
る非ゼロ作用角のねじり効果が振動出力回転速度を含む
であろう。したがって、2次加速度も重要である。した
がって、2次の大きなねじれ加速度が、非ゼロの自在継
手作用角を示している。
化する、一定不変の入力速度の場合に、自在継手におけ
る非ゼロ作用角のねじり効果が振動出力回転速度を含む
であろう。したがって、2次加速度も重要である。した
がって、2次の大きなねじれ加速度が、非ゼロの自在継
手作用角を示している。
【0033】ある動作角による自在継手のオフセット
は、継手角度の2乗に入力ヨーク速度の2乗を掛けた値
に概ね等しい、出力ヨークにおけるねじれ加速度を生じ
るだろう。このねじれ効果は、同相でかつ同じ動作角
(変速機と駆動軸の間の直線からのずれ)を有する下流
自在継手を装着することによって除去することが可能で
ある。m個の直列(かつ同相)の自在継手、結果として
の出力ねじれ加速度を得るために近似的な運動方程式が
次式によって与えられる。
は、継手角度の2乗に入力ヨーク速度の2乗を掛けた値
に概ね等しい、出力ヨークにおけるねじれ加速度を生じ
るだろう。このねじれ効果は、同相でかつ同じ動作角
(変速機と駆動軸の間の直線からのずれ)を有する下流
自在継手を装着することによって除去することが可能で
ある。m個の直列(かつ同相)の自在継手、結果として
の出力ねじれ加速度を得るために近似的な運動方程式が
次式によって与えられる。
【0034】
【数6】 ここで、ω=入力軸回転速度(ラジアン/秒)であり、
α=継手作用角度(ラジアン)である。最高ねじれ加速
度は、最高駆動軸速度でトップギアーにおいて得られ
る。
α=継手作用角度(ラジアン)である。最高ねじれ加速
度は、最高駆動軸速度でトップギアーにおいて得られ
る。
【0035】駆動系は、こうしたねじれ励振に対して、
動的に回旋および回旋戻りすることによって応答する。
一定の量のこのねじれ挙動に常に存在するが、一般的に
駆動系部品を危険にさらすことはない。
動的に回旋および回旋戻りすることによって応答する。
一定の量のこのねじれ挙動に常に存在するが、一般的に
駆動系部品を危険にさらすことはない。
【0036】しかし、励振周波数が駆動系の共振周波数
と一致している場合には、駆動系のねじれ振動の著しい
増幅が生じる可能性がある。自在継手の過剰なねじれ
が、定常状態振動問題および共振励振とを引き起こす可
能性がある。この定常状態の問題は、通常、高速道路巡
航速度で生じ、駆動軸および部品の過剰なねじれ加速度
を引き起こす。
と一致している場合には、駆動系のねじれ振動の著しい
増幅が生じる可能性がある。自在継手の過剰なねじれ
が、定常状態振動問題および共振励振とを引き起こす可
能性がある。この定常状態の問題は、通常、高速道路巡
航速度で生じ、駆動軸および部品の過剰なねじれ加速度
を引き起こす。
【0037】自在継手のねじれが、共振速度において2
次ねじれモードを励振するのに十分である場合には、さ
らに高いねじれ変位が生じる可能性がある。
次ねじれモードを励振するのに十分である場合には、さ
らに高いねじれ変位が生じる可能性がある。
【0038】DVA 10を使用するために、DVAオ
ペレータまたは試験技術者が導線20をセンサ12に接
続することが好ましい。トラックが運転され、データが
記録され、後で使用するために記憶装置内に記憶される
か、リアルタイムで処理されることが可能である。
ペレータまたは試験技術者が導線20をセンサ12に接
続することが好ましい。トラックが運転され、データが
記録され、後で使用するために記憶装置内に記憶される
か、リアルタイムで処理されることが可能である。
【0039】ねじれ振動がどんな速度でどのギアーで最
も優勢であるかを技術者に示すために、図6に示されて
いるようなグラフをディスプレイ装置24上に表示する
ことが好ましい。このリアルタイム速度表示は、リアル
タイムでねじれ挙動を表示するのに十分な応答を有する
ことが好ましい。図6は、駆動系2次ねじれモードのエ
ンジン点火励振を受ける駆動系のためのリアルタイム表
示スクリーンを示している。このスクリーンを使用し
て、DVAオペレータは、(特定の限界を越える速度変
動によって示される)過剰なねじれ振動を探し求めて、
変化する動作条件と荷重のもとで、各変速機ギヤーを迅
速に循環することが可能である。過剰なねじれ挙動が発
見されると、DVAオペレータは直ちに、さらなる処理
のためにデータを得ることが可能である。これは、著し
い時間の節約をもたらし、全ての速度とギヤーとにおい
て多量のデータを得ることを不要にする。
も優勢であるかを技術者に示すために、図6に示されて
いるようなグラフをディスプレイ装置24上に表示する
ことが好ましい。このリアルタイム速度表示は、リアル
タイムでねじれ挙動を表示するのに十分な応答を有する
ことが好ましい。図6は、駆動系2次ねじれモードのエ
ンジン点火励振を受ける駆動系のためのリアルタイム表
示スクリーンを示している。このスクリーンを使用し
て、DVAオペレータは、(特定の限界を越える速度変
動によって示される)過剰なねじれ振動を探し求めて、
変化する動作条件と荷重のもとで、各変速機ギヤーを迅
速に循環することが可能である。過剰なねじれ挙動が発
見されると、DVAオペレータは直ちに、さらなる処理
のためにデータを得ることが可能である。これは、著し
い時間の節約をもたらし、全ての速度とギヤーとにおい
て多量のデータを得ることを不要にする。
【0040】励振源の振幅を低減すること、エンジンの
動作範囲よりも下方に共振速度を移すこと、または、ね
じれ応答を減衰させるために十分な駆動系制動を与える
ことを含む幾つかの方法で、駆動系のねじれ挙動に対処
することが可能である。好ましい処理は、問題の性質に
依存している。振動源を特定するためにDVA 10を
使用することによって、適切な解決策を選択することが
可能である。図4と図5を再び参照すると、図4は、大
きな4次振動を示す駆動系から取られた測定値を示して
いる。図5は、4次振動の大きな減少を伴う、適切な制
動が実現された後の同じ駆動系からの測定値を示してい
る。この例に関する追加の詳細な説明は、本明細書に組
み入れられている上記SAE論文に記述されている。精
度を増すために、(回転速度が一定のままである限りに
おいて)データを平均することと、1 15/16次お
よび2 1/16次からのデータを2.0次データに加
えることも好ましいであろう。同じことが、他の次数で
得られる情報にも当てはまるだろう。
動作範囲よりも下方に共振速度を移すこと、または、ね
じれ応答を減衰させるために十分な駆動系制動を与える
ことを含む幾つかの方法で、駆動系のねじれ挙動に対処
することが可能である。好ましい処理は、問題の性質に
依存している。振動源を特定するためにDVA 10を
使用することによって、適切な解決策を選択することが
可能である。図4と図5を再び参照すると、図4は、大
きな4次振動を示す駆動系から取られた測定値を示して
いる。図5は、4次振動の大きな減少を伴う、適切な制
動が実現された後の同じ駆動系からの測定値を示してい
る。この例に関する追加の詳細な説明は、本明細書に組
み入れられている上記SAE論文に記述されている。精
度を増すために、(回転速度が一定のままである限りに
おいて)データを平均することと、1 15/16次お
よび2 1/16次からのデータを2.0次データに加
えることも好ましいであろう。同じことが、他の次数で
得られる情報にも当てはまるだろう。
【0041】このようにして、DVA 10は、車両の
様々な振動問題に対する便利で簡単な解決策を提供す
る。これによって、高コストで非効率的な試行錯誤の駆
動系の修理方法を不要にするために、振動源が正確に見
つけることが可能であるDVAは、車両を2、3時間の
内に試験して結果を解析することを可能にし、それによ
って車両の休止時間を最小限にするように構成されてい
る。これに加えて、DVA 10は、駆動系の設計にお
いて使用される駆動系のにじれ振動を調べるためのエン
ジニアリングツールとして、および、エンジンおよび変
速機制御アルゴリズムに対する入力として、使用するこ
とができる。
様々な振動問題に対する便利で簡単な解決策を提供す
る。これによって、高コストで非効率的な試行錯誤の駆
動系の修理方法を不要にするために、振動源が正確に見
つけることが可能であるDVAは、車両を2、3時間の
内に試験して結果を解析することを可能にし、それによ
って車両の休止時間を最小限にするように構成されてい
る。これに加えて、DVA 10は、駆動系の設計にお
いて使用される駆動系のにじれ振動を調べるためのエン
ジニアリングツールとして、および、エンジンおよび変
速機制御アルゴリズムに対する入力として、使用するこ
とができる。
【図1】現場用診断ツールとして実現された本発明の概
略図である。
略図である。
【図2】本発明の分析装置の磁気速度センサによって発
生する信号のグラフである。
生する信号のグラフである。
【図3】方形波への変換後の図2に示されている信号の
グラフである。
グラフである。
【図4】試験対象の駆動系システムの測定された駆動系
速度および加速度を示す、DVAによって作成されたプ
ロットのグラフである。
速度および加速度を示す、DVAによって作成されたプ
ロットのグラフである。
【図5】過剰なねじれ振動に除去ソフトクラッチが装着
された後の、同じ駆動系の図4と同様のグラフである。
された後の、同じ駆動系の図4と同様のグラフである。
【図6】駆動系の振動の大きさを示す、DVAによって
作成されたグラフである。
作成されたグラフである。
10 駆動系振動分析装置 12 磁気速度センサ 14 変速機 16 信号調整ユニット 18 正弦波回転速度計信号 18a 信号ピーク 18b 信号の谷 20 信号線 21 タバコ用ライター 22 電子制御ユニット 24 ディスプレイ装置
フロントページの続き (71)出願人 390033020 Eaton Center,Clevel and,Ohio 44114,U.S.A. (72)発明者 ジョン ジョセフ ベア アメリカ合衆国 49080 ミシガン州 プ レインウェル サウス レイク ダスター ドライヴ 36 (72)発明者 アンソニー ノーラン ウェスト アメリカ合衆国 48357 ミシガン州 ハ イランド エヌ. ミルフォード ロード 3679 (72)発明者 デイヴィッド スタンレイ トッテン アメリカ合衆国 48331 ミシガン州 フ ァーミントン ヒルズ グレングローヴ 37933 (72)発明者 デイヴィッド ウィリアム マラニー アメリカ合衆国 48324 ミシガン州 ウ ェスト ブルームフィールド オルデン ドライヴ 6605
Claims (3)
- 【請求項1】 車両駆動系内の回転部品の次数ベースの
ねじれ振動を測定および分析するツールであって、 検査対象の駆動系部品の瞬間速度を測定し、速度信号を
発生するセンサと、 前記センサに電気的に接続され、前記センサから前記速
度信号を受け取り、前記速度信号を回転加速度測定値の
形へと処理するプロセッサであって、前記処理が、前記
回転部品の回転次数を追跡する1つ以上の予め決められ
た周波数の各々において前記回転加速度測定値の振幅を
計算することを含むプロセッサと、 前記回転加速度測定値の前記振幅をその個々の回転次数
と共に表示する表示手段とを有する、車両駆動系内の回
転部品の次数ベースのねじれ振動を設定および分析する
ツール。 - 【請求項2】 車両駆動系内の前記回転部品が変速機の
出力軸である請求項1に記載のツール。 - 【請求項3】 前記処理が高速フーリエ変換を使用して
行われる請求項2に記載のツール。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US09/133131 | 1998-08-13 | ||
US09/133,131 US6128959A (en) | 1994-11-07 | 1998-08-13 | Driveline vibration analyzer |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000097813A true JP2000097813A (ja) | 2000-04-07 |
Family
ID=22457157
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11229172A Pending JP2000097813A (ja) | 1998-08-13 | 1999-08-13 | 駆動系振動分析装置 |
Country Status (8)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6128959A (ja) |
EP (1) | EP0980001A1 (ja) |
JP (1) | JP2000097813A (ja) |
KR (1) | KR20000017279A (ja) |
AR (1) | AR020144A1 (ja) |
AU (1) | AU4343199A (ja) |
BR (1) | BR9903492A (ja) |
CA (1) | CA2280280A1 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013512446A (ja) * | 2009-11-30 | 2013-04-11 | スネクマ | タービンエンジンの回転軸のねじれ振動を監視する方法および装置 |
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