JP6485958B2 - Abnormal sound analyzer - Google Patents

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Description

本発明は異音解析装置に係り、特にエンジン試験においてエンジンのノッキングを判定する異音解析装置に関する。   The present invention relates to an abnormal noise analysis apparatus, and more particularly to an abnormal noise analysis apparatus that determines knocking of an engine in an engine test.

ノッキング(またはノック)とは、エンジンのシリンダ内において未燃焼ガスが燃焼ガスにより圧縮されて自己着火し、急速に燃焼して共鳴する現象であり、ノッキングが発生すると、燃焼ガスが振動により熱伝播しやすくなり、エンジンが破損するおそれがある。ノッキングを抑制するには点火時期を遅くする必要があるが、点火時期を遅くすると燃費が低下するという問題があるため、ノッキングの発生を正確に計測して判定することが必要になる。   Knocking (or knocking) is a phenomenon in which unburned gas is compressed by the combustion gas in the engine cylinder and self-ignited and rapidly burns and resonates. When knocking occurs, the combustion gas propagates heat by vibration. May damage the engine. Although it is necessary to delay the ignition timing in order to suppress knocking, there is a problem that if the ignition timing is delayed, there is a problem in that the fuel consumption is lowered. Therefore, it is necessary to accurately measure and determine the occurrence of knocking.

ノッキングの判定方法としては、聴感評価が広く用いられている(たとえば特許文献1参照)。これは試験者が実際にエンジンの運転音を聞き、その中の異音(正常音とは異なる異常音)の大きさ及び発生頻度を聞き分け、ノッキング状態を評価する方法である。しかし、聴感評価は試験者や試験環境によるバラつきが大きく、再現性が低いという問題がある。特に、微弱な音、高周波の音、瞬間的な音を聞き取れるかどうかは、個人の聴力や経験によるところが大きく、熟練者でなければ正確に聞き分けることは難しい。そのため、聴感評価をできる人間は限られているのが現状である。また、聴感評価は、試験者によるので、自動解析システムや自動適合計測システムに適用することができないという問題がある。   Auditory evaluation is widely used as a method for determining knocking (see, for example, Patent Document 1). This is a method in which the tester actually listens to the engine operating sound, hears the magnitude and frequency of abnormal sounds (abnormal sounds different from normal sounds), and evaluates the knocking state. However, there is a problem that the auditory evaluation has a large variation due to the examiner and the test environment, and the reproducibility is low. In particular, whether or not weak sounds, high-frequency sounds, and instantaneous sounds can be heard depends largely on the individual's hearing ability and experience, and it is difficult to accurately identify them unless they are skilled. For this reason, the number of people who can perform auditory evaluation is limited. Moreover, since auditory evaluation is performed by a tester, there is a problem that it cannot be applied to an automatic analysis system or an automatic conformity measurement system.

そこで近年では、ノッキング判定を定量的に行うため、筒内圧計測による手法(たとえば特許文献2参照)や、振動センサによる方法(たとえば特許文献3参照)が広く用いられている。これらの手法は、筒内の圧力やエンジンの振動によってノッキングを判定する方法であり、定量的なノッキング判定を行うことができる。しかし、これらの手法は、判定結果が聴感評価の結果と一致しないため、聴感評価による較正が必要になるという問題がある。   Therefore, in recent years, in order to quantitatively determine knocking, a method using in-cylinder pressure measurement (for example, see Patent Document 2) and a method using a vibration sensor (for example, see Patent Document 3) are widely used. These methods are methods for determining knocking based on in-cylinder pressure and engine vibration, and can perform quantitative knocking determination. However, these methods have a problem that calibration is required by auditory evaluation because the determination result does not match the result of auditory evaluation.

このような背景から、人の聴覚機能と同じ方法で計測を行い、ノッキングを判定する方法が求められており、本願出願人は特許文献4を提案している。この特許文献4によれば、エンジン音の検出信号に対して、その直前や直後の信号に基づく時間マスク処理と、近接する周波数帯域の信号に基づく周波数マスク処理とを行うことによって背景音のパワーを求め、背景音のパワーに対するパワー比をノック強度として算出し、ノッキングの有無を判定している。この方法は、人間の聴覚で行われる処理と同様に、時間マスク処理と周波数マスク処理を行うので、聴感評価と同等の結果を得ることができるとともに、信号処理による定量的なノック判定を行うことができる。   From such a background, there is a demand for a method for measuring knocking by the same method as the human auditory function and determining knocking, and the present applicant has proposed Patent Document 4. According to Patent Document 4, the power of the background sound is obtained by performing the time mask process based on the signal immediately before and after the engine sound detection signal and the frequency mask process based on the signal in the adjacent frequency band. The power ratio of the background sound to the power of the background sound is calculated as the knock intensity, and the presence or absence of knocking is determined. Since this method performs time mask processing and frequency mask processing in the same way as the processing performed by human auditory sense, it can obtain results equivalent to auditory evaluation and perform quantitative knock determination by signal processing. Can do.

特開昭61−142367JP 61-142367 特開2000−110652JP2000-110652A 特許3054919号Japanese Patent No. 3054919 特開2010−252806JP2010-252806

しかしながら上述した方法は、人の聴覚機能と同様の方法で計測しているものの、熟練者のような判定精度は得られないという問題があった。具体的には、ノック音以外に異音が発生している場合やノック音が微弱な場合に熟練者であれば判定できるが、上述した方法では難しいという問題があった。   However, although the method described above is measured by the same method as the human auditory function, there is a problem that the determination accuracy as a skilled person cannot be obtained. Specifically, it can be determined by a skilled person when an abnormal sound other than the knocking sound is generated or when the knocking sound is weak, but there is a problem that the method described above is difficult.

この問題を解決する方法として、ノック音が発生する条件(たとえばノック音が発生するクランク角度の範囲)を見つけ出し、その発生条件でデータを絞り込む方法が考えられる。データを絞り込めば、ノック音が強調されるので、ノッキングの判定を精度良く行うことができる。しかし、ノック音が発生する条件は、エンジンごとに異なっており、さらにエンジンの回転数によっても異なるため、発生条件を正確に見つけることが難しい。また、正確な発生条件を見つけたとしても、データを絞り込んだ際にノック音の一部が削除されたり、ノック音以外の異音が除去されずに残ったりする場合があり、ノッキングの判定の精度を上げることが難しいという問題があった。   As a method for solving this problem, a method of finding a condition for generating a knocking sound (for example, a range of a crank angle at which the knocking sound is generated) and narrowing down data based on the generation condition can be considered. If the data is narrowed down, the knocking sound is emphasized, so that the determination of knocking can be performed with high accuracy. However, the condition for generating the knocking sound is different for each engine, and further varies depending on the engine speed, so that it is difficult to find the generation condition accurately. Even if the exact occurrence condition is found, when the data is narrowed down, some of the knocking sounds may be deleted or abnormal sounds other than the knocking sounds may remain without being removed. There was a problem that it was difficult to increase accuracy.

本発明はこのような事情に鑑みて成されたものであり、ノック音等の異音を精度良く特定することができる異音解析装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an abnormal sound analyzing apparatus that can accurately specify abnormal sounds such as knocking sounds.

請求項1に記載の発明は前記目的を達成するために、回転体で発生した音を検出する検出手段と、前記検出手段で得た信号を処理する信号処理手段と、を備えた異音解析装置において、前記信号処理手段は、前記検出手段で得た信号を複数の周波数帯域に分離する処理と、該分離した周波数帯域ごとに異音の開始点とピーク点を求める処理と、前記開始点の時刻を前記回転体の回転角度に変換する処理と、前記開始点の回転角度と前記ピーク点の大きさとの関係を示す散布図を表示部に表示させる処理とを行うことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 comprises an abnormal sound analysis comprising a detection means for detecting a sound generated by a rotating body and a signal processing means for processing a signal obtained by the detection means. In the apparatus, the signal processing means includes a process of separating the signal obtained by the detection means into a plurality of frequency bands, a process of obtaining an abnormal sound start point and a peak point for each separated frequency band, and the start point. And a process of displaying a scatter diagram showing the relationship between the rotation angle of the starting point and the size of the peak point on the display unit .

本発明の発明者は、音の信号を複数の周波数帯域に分離し、それぞれの周波数帯域で異音の開始点とピーク点を求めることによって、異音の発生要因を推測できるという知見を得た。本発明はこのような知見に基づいて成されたものであり、分離した周波数帯域ごとに異音の開始点とピーク点を求めるようにしたので、たとえばエンジンで発生する異音のなかからノッキングを要因とする異音(すなわちノック音)を特定することができる。これにより、ノック音を見極めてその発生条件を特定したり、多数の異音のなかからノック音のデータを抽出したりすることができる。   The inventor of the present invention has obtained the knowledge that the cause of abnormal noise can be estimated by separating the sound signal into a plurality of frequency bands and obtaining the start point and peak point of the abnormal sound in each frequency band. . The present invention has been made based on such knowledge, and since the start point and peak point of abnormal noise are obtained for each separated frequency band, for example, knocking is performed from abnormal noise generated in the engine. An abnormal sound (that is, a knocking sound) as a factor can be specified. As a result, it is possible to identify the knocking sound, specify the generation condition thereof, and extract knocking sound data from a large number of abnormal sounds.

また本発明によれば、異音が開始する回転体の回転角度を把握できるので、回転角度によって異なる異音の発生要因を特定することができる。たとえば回転体がエンジンの場合、異音が開始するクランク角度を把握できるので、そのクランク角度によって異音の発生要因を特定することができ、たとえばノック音を正確に特定することができる。 Further, according to the present invention, since the rotation angle of the rotator at which abnormal noise starts can be grasped, it is possible to identify the cause of abnormal noise that varies depending on the rotation angle. For example, when the rotating body is an engine, the crank angle at which the abnormal noise starts can be grasped, so that the cause of the abnormal noise can be specified by the crank angle, for example, the knocking sound can be accurately specified.

さらに本発明によれば、散布図が表示されるので、異音の発生要因ごとの分布を把握することができる。 Furthermore , according to the present invention, since a scatter diagram is displayed, it is possible to grasp the distribution of each noise generation factor.

請求項2の発明は請求項1の発明において、前記散布図は前記周波数帯域ごとに作成され、該周波数帯域ごとの散布図が並べて表示されることを特徴とする。本発明によれば、周波数帯域ごとの散布図が並べて表示されるので、異音の周波数パターンと角度パターン(時間パターン)を一目で把握することができる。したがって、異音の発生要因を把握することができ、たとえばエンジンのノック音を容易に特定することができる。なお、ノック音は、固有振動数(音の高さ)や音圧のピーク値(音の大きさ)だけでは特定することが難しく、従来はノック音の特定が困難であったが、本発明では異音の周波数パターンと角度パターンが一目で分かるので、ノック音を容易に特定することができる。 The invention according to claim 2 is the invention according to claim 1, wherein the scatter diagram is created for each frequency band, and the scatter diagrams for each frequency band are displayed side by side. According to the present invention, since the scatter diagrams for each frequency band are displayed side by side, it is possible to grasp at a glance the frequency pattern and the angle pattern (time pattern) of abnormal noise. Therefore, the cause of abnormal noise can be grasped, and for example, engine knock noise can be easily identified. The knocking sound is difficult to specify only by the natural frequency (sound pitch) or the peak value (sound volume) of the sound pressure, and conventionally, it has been difficult to specify the knocking sound. Then, since the frequency pattern and angle pattern of the abnormal sound can be known at a glance, the knocking sound can be easily identified.

請求項3の発明は請求項1または2の発明において、前記信号処理手段は、前記回転角度の所定の範囲内で開始する異音のデータを抽出し、該抽出したデータについて全ての前記周波数帯域の総和を求めることを特徴とする。本発明によれば、所定の範囲内で開始する異音のデータを抽出してから、その大きさを算出するので、所定の範囲内で開始する異音(すなわち、特定の要因で発生する異音)を正確に把握することができる。したがって、たとえばノッキングの発生条件の範囲内で開始した異音の発生を正確に判断することができる。
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the invention, the signal processing means extracts abnormal sound data that starts within a predetermined range of the rotation angle, and the extracted data includes all the frequency bands. It is characterized by calculating the sum of . According to the present invention, since the abnormal sound data starting within a predetermined range is extracted and then the magnitude thereof is calculated, the abnormal sound starting within the predetermined range (that is, the abnormal sound generated by a specific factor) is calculated. Sound) can be accurately grasped. Therefore, for example, it is possible to accurately determine the occurrence of abnormal noise that has started within the range of knocking occurrence conditions.

本発明によれば、分離した周波数帯域ごとに異音の開始点とピーク点を求めるようにしたので、異音の発生要因を特定することができる。したがって、ノック音を見極めてその発生条件を特定したり、多数の異音のなかからノック音のデータを抽出したりすることができる。   According to the present invention, since the start point and peak point of abnormal noise are obtained for each separated frequency band, the cause of abnormal noise can be specified. Accordingly, it is possible to identify the knocking sound and specify the generation condition thereof, or to extract knocking sound data from a large number of abnormal sounds.

本実施の形態の異音解析装置の構成を模式的に示す図The figure which shows typically the structure of the abnormal sound analyzer of this Embodiment. 異音の解析フローを示す図Diagram showing analysis flow of abnormal noise プロセッサで処理中のデータを示す図Diagram showing data being processed by the processor 散布図の一例を示す図Diagram showing an example of a scatter diagram ノッキング判定フローを示す図Diagram showing knocking determination flow データ絞込みの効果を模式的に示す図Diagram showing the effect of data narrowing

添付図面に従って、本発明に係る異音解析装置の好ましい実施形態について説明する。図1に示す異音解析装置10はエンジン12のノッキングを判定する装置であり、主としてマイク14、角度センサ16、プロセッサ18、表示器20で構成される。   A preferred embodiment of an abnormal sound analyzer according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. An abnormal sound analysis apparatus 10 shown in FIG. 1 is an apparatus for determining knocking of the engine 12, and mainly includes a microphone 14, an angle sensor 16, a processor 18, and a display 20.

マイク14は、エンジン音を検出するためのセンサであり、エンジン12の近傍に設置される。マイク14の位置は、音源からの距離を正確に把握できることが好ましく、たとえば音源から40cmの位置に設置される。なお、マイク14は、音圧を求めるものであればよく、たとえば振動センサを用いてもよい。振動センサの場合は、エンジン12に直接取り付けるとともに、単位換算を行う処理装置と組み合わせて使用するとよい。   The microphone 14 is a sensor for detecting engine sound, and is installed in the vicinity of the engine 12. The position of the microphone 14 is preferably able to accurately grasp the distance from the sound source. For example, the microphone 14 is installed at a position 40 cm from the sound source. Note that the microphone 14 only needs to obtain sound pressure, and for example, a vibration sensor may be used. In the case of a vibration sensor, the vibration sensor may be directly attached to the engine 12 and used in combination with a processing device that performs unit conversion.

マイク14はアンプ22及びAD変換24を介してプロセッサ18に接続される。マイク14の検出信号は、アンプ22で増幅され、AD変換24でデジタル信号に変換され、プロセッサ1 8に入力される。   The microphone 14 is connected to the processor 18 via the amplifier 22 and the AD converter 24. The detection signal of the microphone 14 is amplified by the amplifier 22, converted into a digital signal by the AD conversion 24, and input to the processor 18.

一方、角度センサ16は、エンジン12のクランク角度を検出するセンサであり、AD変換28を介してプロセッサ18に接続される。なお、角度センサ16を設置する代わりに、エンジン12の解析手段(ECU等)から角度情報を直接貰うようにしてもよい。   On the other hand, the angle sensor 16 is a sensor that detects the crank angle of the engine 12 and is connected to the processor 18 via the AD converter 28. Instead of installing the angle sensor 16, angle information may be received directly from the analysis means (ECU or the like) of the engine 12.

プロセッサ18は、各種信号処理を行う手段であり、表示器20に接続される。表示器20は、後述の散布図やノッキング判定結果などを表示する装置であり、必要に応じて計測条件等が表示される。なお、散布図やノッキング判定結果は、記録媒体28に出力したり、不図示のプリンタ等に出力したりしてもよい。   The processor 18 is a means for performing various signal processing, and is connected to the display 20. The display device 20 is a device that displays a scatter diagram and a knocking determination result, which will be described later, and displays measurement conditions and the like as necessary. The scatter diagram and the knocking determination result may be output to the recording medium 28 or output to a printer (not shown) or the like.

次にプロセッサ18を用いて行われる各種処理について説明する。図2は、異音の発生要因を特定するための異音解析フローを示している。図2のフローでは、まず、マイク14で得られたデータを、複数の周波数帯域に分離する(ステップS11)。分離する方法は特に限定するものではないが、たとえば複数のバンドパスフィルタを用いて分離する。また、分離する周波数帯域のバンド幅やバンド数は、特に限定するものではないが、たとえば異音の検出精度とプロセッサ18の演算負荷の兼ね合いから次のように決定してもよい。まず中心周波数fcを次式で示されるERB(Equivalent Rectangular Bandwidth)の定義を用いて定める。   Next, various processes performed using the processor 18 will be described. FIG. 2 shows an abnormal sound analysis flow for identifying the cause of abnormal noise. In the flow of FIG. 2, first, the data obtained by the microphone 14 is separated into a plurality of frequency bands (step S11). The separation method is not particularly limited. For example, the separation is performed using a plurality of bandpass filters. Further, the bandwidth and the number of bands of the frequency band to be separated are not particularly limited, but may be determined as follows based on, for example, the balance between the detection accuracy of abnormal noise and the calculation load of the processor 18. First, the center frequency fc is determined using the definition of ERB (Equivalent Rectangular Bandwidth) expressed by the following equation.

Figure 0006485958
式中のnはERBバンドを可聴領域に並べたときの低域側からの並び順を示す番号である。計測対象の周波数を4k〜20kHz程度であると考えnを27〜41の整数とする。このような中心周波数を持つ15本のバンドに分離して処理を行うようにする。この時バンド幅は対数軸に対して等間隔となるようfc(n)に対してはfc(n-1/2)からfc(n+1/2)の範囲とする。なお、計測対象の音域によってnの範囲を変えてもよい。
Figure 0006485958
N in the formula is a number indicating the arrangement order from the low frequency side when the ERB bands are arranged in the audible region. The frequency to be measured is assumed to be about 4 to 20 kHz, and n is an integer of 27 to 41. The processing is performed by separating into 15 bands having such a center frequency. At this time, the bandwidth is in the range of fc (n−1 / 2) to fc (n + 1/2) for fc (n) so as to be equally spaced with respect to the logarithmic axis. Note that the range of n may be changed depending on the sound range to be measured.

以下のステップS12からステップS17までの処理は、分離した周波数帯域ごとに行う。まず、分離した周波数帯域間での同期を取るため、遅延補正処理を行う(ステップS12)。これは、上述のバンドパスフィルタがそれぞれ固有の遅延を持っているためであり、バンド別の補正遅延をかけることによって同期させることができる。   The following processing from step S12 to step S17 is performed for each separated frequency band. First, a delay correction process is performed in order to achieve synchronization between the separated frequency bands (step S12). This is because each of the above-described bandpass filters has a unique delay, and can be synchronized by applying a correction delay for each band.

次に、信号を2乗平均し、音のパワーを算出する(ステップS13)。2乗平均を求めるにあたって、平均幅は平均化演算によってピークが消されないように、できるだけ小さく設定することが好ましく、たとえばバンド中心周波数の2波長分に設定される。これにより、図3(a)に示すように、縦軸のパワーが大きく変動するデータが得られる。   Next, the signal is squared and the sound power is calculated (step S13). In obtaining the mean square, the average width is preferably set as small as possible so that the peak is not erased by the averaging operation, and is set to, for example, two wavelengths of the band center frequency. Thereby, as shown in FIG. 3A, data in which the power on the vertical axis fluctuates greatly is obtained.

次に、聴感A特性補正値をかける(ステップS14)。聴感A特性補正値は、人の近似的聴感特性を表す数値であり、人の聴感に似た出力に近似することができる。次いで、周波数マスク効果の補正を行う(ステップS15)。その方法は特に限定するものではないが、たとえば高周波バンドが低周波バンドの影響を受けることを考慮して、1つ低い周波数帯域の0.0631倍の値を加える。なお、別の方法として、ラウドネスの計算用チャートを利用してもよい。   Next, the auditory sensation A characteristic correction value is applied (step S14). The auditory sensation A characteristic correction value is a numerical value representing the approximate audible characteristic of a person, and can be approximated to an output similar to the audibility of a person. Next, the frequency mask effect is corrected (step S15). Although the method is not particularly limited, for example, considering that the high frequency band is affected by the low frequency band, a value of 0.0631 times the frequency band one lower is added. As another method, a loudness calculation chart may be used.

次に、時間マスク効果の補正を行う(ステップS16)。その方法は特に限定するものではないが、たとえば聴覚神経は反応が早く、沈静化が遅いことを考慮して、音量上昇時は0.005secの一次遅れフィルタ、音量下降時は0.043secの一次遅れフィルタを通すようにする。なお、別の方法として、音が小さくなるときは背景音のパワーが一定の減衰率で減衰するとして近似してもよい。これにより、図3(b)に示すように急激に上昇し、ゆっくりと下降するようなデータが得られる。これは人間の聴覚神経活動レベルを模したものである。   Next, the time mask effect is corrected (step S16). The method is not particularly limited, but for example, considering that the auditory nerve responds fast and slows down, a primary delay filter of 0.005 sec when the volume is increased, and a primary delay filter of 0.043 sec when the volume is decreased Through. As another method, when the sound is reduced, it may be approximated that the power of the background sound is attenuated at a constant attenuation rate. Thereby, as shown in FIG.3 (b), the data which rises rapidly and falls slowly are obtained. This mimics the level of human auditory nerve activity.

次に、異音レベルを算出する(ステップS17)。ここで、異音レベルとは、異音に対する人の感覚(すなわち人が異音をどのように感じるか)を表現したものである。異音レベルの算出は、まず図3(b)に示すように聴覚神経活動レベルが局所的に極大となる部分(図中、白丸の部分であり、後に異音レベルのピーク点となる部分)と、その直前に極小となる部分(図中、黒丸の部分であり、後に異音レベルの開始点となる部分)を探索する。そして、極小部分から極大部分までは極小部分との差を求め、極大部分を超えたら0とする。これにより、図3(c)のような異音レベルが求まる。そして、異音レベルを求めた後、異音の開始点の時刻と、異音のピーク点の大きさ(以下、ピーク値という)を求める。たとえば、図3(c)において、異音Cの開始点の時刻C1と、ピーク値C2を求める。このように、異音について開始点の時刻とピーク値を求め、さらに開始点の時刻をクランク角度に変換する。クランク角度への変換は、角度センサ16からの信号に対して、マイク14と音源との距離に基づく遅延補正処理を行って同期させる。   Next, an abnormal sound level is calculated (step S17). Here, the abnormal sound level expresses a human sense of abnormal sound (that is, how a person feels the abnormal sound). First, as shown in FIG. 3B, the abnormal sound level is calculated as a part where the level of the auditory nerve activity is locally maximized (in the figure, a white circle part and a part where the abnormal sound level peak point later). Then, a portion that becomes a minimum immediately before that (a portion that is a black circle in the figure and later becomes a starting point of an abnormal sound level) is searched. Then, the difference from the minimum portion to the maximum portion is obtained, and 0 is set when the maximum portion is exceeded. Thereby, the abnormal sound level as shown in FIG. Then, after obtaining the abnormal sound level, the time of the start point of the abnormal sound and the size of the peak point of the abnormal sound (hereinafter referred to as the peak value) are obtained. For example, in FIG. 3C, the time C1 of the start point of the abnormal sound C and the peak value C2 are obtained. In this way, the time and peak value of the starting point are obtained for abnormal noise, and the starting point time is converted into a crank angle. In the conversion to the crank angle, the signal from the angle sensor 16 is synchronized by performing a delay correction process based on the distance between the microphone 14 and the sound source.

次に、求めたピーク値と開始点の時刻との関係を表示器20に出力して表示する(ステップS18)。このとき、縦軸を異音レベルのピーク値、横軸を開始点のクランク角度としてプロットした散布図を表示するとともに、その散布部を周波数帯域ごとに上下に並べて(且つ、クランク角度を揃えて)表示するとよい。これにより、周波数帯域、クランク角度、ピーク値の散布を一目で把握することができ、異音の発生状況を把握することができる。換言すると、ピーク値が大きくなる部分を注目することによって、異音が発生する周波数パターンと角度パターン(時間パターン)を一目で把握することができる。エンジン音の場合、異音の周波数パターンと角度パターンによって異音の発生要因を特定できるので、上記の散布図を見ることによって、異音の発生状況だけでなく、異音の発生要因を判断することができる。したがって、特殊な異音、たとえばノック音を容易に特定することができる。そして、ノック音の発生条件(特にクランク角度)を特定することができる。   Next, the relationship between the obtained peak value and the time of the start point is output and displayed on the display 20 (step S18). At this time, a scatter diagram in which the vertical axis is plotted as the peak value of the abnormal sound level and the horizontal axis as the crank angle of the starting point is displayed, and the scattered portions are arranged vertically for each frequency band (and the crank angles are aligned). ) Display. Thereby, it is possible to grasp at a glance the distribution of the frequency band, the crank angle, and the peak value, and it is possible to grasp the occurrence of abnormal noise. In other words, by paying attention to the portion where the peak value increases, it is possible to grasp at a glance the frequency pattern and the angle pattern (time pattern) at which abnormal noise occurs. In the case of engine sound, the cause of abnormal noise can be specified by the frequency pattern and angle pattern of the abnormal noise. By looking at the above scatter diagram, not only the abnormal noise occurrence status but also the cause of abnormal noise can be determined. be able to. Therefore, it is possible to easily identify a special abnormal sound such as a knocking sound. Then, it is possible to specify the knocking noise generation condition (particularly the crank angle).

次にノック音を解析する際の好ましい一例を説明する。ノック音を解析する場合、図2のフローをそのまま実行してもよいが、予め複数の試験を行ってデータをサンプリングしておくとよい。具体的には、ノック音が無い場合と、ノック音が発生した場合の2パターン以上でサンプリングすることが好ましい。また、後で同種類のエンジンでノック判定試験を行う場合には、その試験で使用するエンジン12の回転数ごとにサンプリングすることが好ましい。   Next, a preferable example when analyzing the knocking sound will be described. When the knocking sound is analyzed, the flow of FIG. 2 may be executed as it is, but it is preferable to perform a plurality of tests in advance and sample the data. Specifically, it is preferable to sample in two or more patterns when there is no knock sound and when a knock sound is generated. In addition, when a knock determination test is performed later on the same type of engine, it is preferable to sample for each rotation speed of the engine 12 used in the test.

サンプリングしたデータに対して、図2のステップS11〜S17の処理を行った後、図4に示すような散布図を表示する(ステップS18)。図4の左側の数値は周波数の代表値であり、周波数帯域の異なる15の散布図が上下に並んで表示されている。各散布図は、縦軸が異音レベルのピーク値であり、横軸が開始点のクランク角度である。また、ノック音無しのデータが「+」で表示され、ノック音有りのデータが「○」で表示される。そして、最も上側に、すべてのデータを重ね合わせた散布図が表示される。なお、プロットを他の形状で表示したり、色を変えて表示したりしてもよい。   After the processing of steps S11 to S17 in FIG. 2 is performed on the sampled data, a scatter diagram as shown in FIG. 4 is displayed (step S18). The numerical values on the left side of FIG. 4 are representative values of frequencies, and 15 scatter diagrams with different frequency bands are displayed vertically. In each scatter diagram, the vertical axis represents the peak value of the abnormal sound level, and the horizontal axis represents the crank angle at the starting point. Further, data without knocking sound is displayed as “+”, and data with knocking sound is displayed as “◯”. Then, on the uppermost side, a scatter diagram in which all data is superimposed is displayed. Note that the plot may be displayed in another shape or displayed in a different color.

このように表示された画面によれば、ノッキングの発生条件を容易に特定することができる。すなわち、ノッキングの発生時には「○」だけが示されるので、「○」だけの部分に注目すればノッキングが発生する周波数帯域とクランク角度範囲を特定することができる。たとえば周波数が8648と7743の帯域において、クランク角度200度〜230度の範囲に「○」が集中していることが分かる。したがって、その範囲をノッキングの発生条件として特定することができる。   According to the screen displayed in this way, it is possible to easily specify the occurrence condition of knocking. That is, since only “◯” is shown when knocking occurs, it is possible to specify the frequency band and crank angle range where knocking occurs by paying attention to only the portion “◯”. For example, it can be seen that “◯” is concentrated in the range of the crank angle of 200 degrees to 230 degrees in the frequency band of 8648 and 7743. Therefore, the range can be specified as the occurrence condition of knocking.

このように本実施の形態によれば、周波数帯域ごとにピーク値とクランク角度の散布図を表示したので、ノック音の発生条件を容易に特定することができる。ノック音の発生条件は、クランク角度のみとしてもよいし、角度範囲のみならず周波数・異音レベルを組み合わせた条件とすることもできる。このように特定したノッキングの発生条件は、プロセッサ18に入力することによって、ノッキング判定試験の際にノック音のデータを抽出するのに利用できる。   As described above, according to the present embodiment, since the scatter diagram of the peak value and the crank angle is displayed for each frequency band, it is possible to easily specify the knocking sound generation condition. The knock sound generation condition may be only the crank angle, or may be a condition that combines not only the angle range but also the frequency and the abnormal sound level. The knocking occurrence conditions specified as described above can be used to extract knocking sound data during the knocking determination test by inputting the conditions to the processor 18.

なお、本実施の形態では、表示器20に散布図を表示することによって試験者が異音の発生や発生条件を特定したが、表示器20に表示することなく自動的に特定するようにしてもよい。たとえば、異音の無い(或いは少ない状況の)データを取り、その際のピーク値によって閾値を設定し、閾値を超えた際に異音が発生したと判断する。さらに判断した異音の発生条件を自動的に取得する。これにより、異音の発生や発生条件を自動的に特定することができる。   In the present embodiment, the tester specifies the occurrence of abnormal noise and the generation conditions by displaying a scatter diagram on the display device 20. However, the tester automatically specifies the sound generation without displaying it on the display device 20. Also good. For example, data having no abnormal noise (or a situation in which there is little noise) is taken, a threshold value is set according to the peak value at that time, and it is determined that abnormal noise has occurred when the threshold value is exceeded. Further, the determined abnormal sound generation condition is automatically acquired. Thereby, generation | occurrence | production of abnormal noise and generation | occurrence | production conditions can be specified automatically.

また、本実施の形態では、ノッキングの発生条件を特定するようにしたが、これに限定するものではなく、回転体を有する装置の異常音を解析する装置としても広く利用することができる。さらに、異音をリアルタイムで判断する装置としても利用することができ、上述の散布図をリアルタイムで表示することによって、試験者は異音を聴覚で判断しながら、散布図によって視覚で確認することができる。その際、異音なしのデータを予め取得して散布図に表示しておき、その上に試験データをプロットすると、異音を容易に把握することができる。   In the present embodiment, the knocking occurrence condition is specified. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can be widely used as a device for analyzing abnormal sounds of a device having a rotating body. Furthermore, it can also be used as a device for judging abnormal noise in real time, and by displaying the above scatter chart in real time, the tester can visually confirm the abnormal sound while judging visually by the scatter chart. Can do. At that time, if noise-free data is acquired in advance and displayed in a scatter diagram, and test data is plotted thereon, the abnormal noise can be easily grasped.

次に、本実施の形態の異音解析装置10を、ノッキング判定試験に利用した場合のフローについて説明する。図5は、ノッキング判定フローを示しており、図2のフローと同じ処理については、同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。   Next, a flow when the abnormal sound analysis apparatus 10 of the present embodiment is used for a knock determination test will be described. FIG. 5 shows a knocking determination flow. The same processes as those in the flow of FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図5に示すように、ノッキング判定フローでは、まず入力信号を複数の周波数帯域に分離する(ステップS11)。次に、分離した周波数帯域間での同期を取るため、遅延補正処理を行う(ステップS12)。そして、信号を2乗平均し、音のパワーを算出した後(ステップS13)、聴感A特性補正値をかける(ステップS14)。次いで、時間マスク効果による補正を行い(ステップS15)、周波数マスク効果による補正を行う(ステップS16)。その後、それぞれの周波数帯域において、異音レベルを算出する(ステップS17)。   As shown in FIG. 5, in the knocking determination flow, first, the input signal is separated into a plurality of frequency bands (step S11). Next, in order to achieve synchronization between the separated frequency bands, a delay correction process is performed (step S12). Then, the signals are squared and the sound power is calculated (step S13), and then the auditory A characteristic correction value is applied (step S14). Next, correction by the time mask effect is performed (step S15), and correction by the frequency mask effect is performed (step S16). Thereafter, an abnormal sound level is calculated in each frequency band (step S17).

次に、予め設定したノッキングの発生条件で、データの切り出しを行う(ステップS28)。具体的には、ノッキングが発生するとされるクランク角度の範囲に対して、異音の開始点がそのクランク角度の範囲内にある異音のデータを抽出し、範囲外にある異音のデータは削除する。その際、開始点からピーク点までのデータを抽出する。これにより、ノッキングが発生要因だと思われる異音のデータが残り、ノッキング以外が発生要因だと思われる異音のデータが削除される。
なお、ノッキングの発生条件は前述した「ノック音の解析」の手順に従って設定することができる。ただし予め条件が分かっている場合は必ずしも前記手順を経る必要はない。
Next, data is cut out under preset knocking conditions (step S28). Specifically, with respect to a range of crank angles at which knocking occurs, abnormal noise data in which the starting point of abnormal noise is within the crank angle range is extracted, and abnormal noise data outside the range is delete. At that time, data from the start point to the peak point is extracted. As a result, the abnormal sound data that is considered to be the cause of knocking remains, and the abnormal sound data that is considered to be the cause of occurrence other than knocking is deleted.
The knocking occurrence condition can be set according to the procedure of “analysis of knocking sound” described above. However, when the conditions are known in advance, it is not always necessary to go through the above procedure.

次に全周波数帯域の総和を求める(ステップS29)。すなわち、周波数帯域ごとに求めた異音レベルを加算することによって、全周波数帯域での異音レベルを求める。そして、求めた異音レベルの値が閾値を超えた場合にノッキングが発生したと判断する(ステップS30)。ノッキングが発生した場合は、それを表示器20に表示したり、擬似音を発生させたりすることによって作業者に報知する。   Next, the sum total of all frequency bands is obtained (step S29). That is, the abnormal sound level in the entire frequency band is obtained by adding the abnormal sound level obtained for each frequency band. Then, it is determined that knocking has occurred when the calculated abnormal sound level value exceeds the threshold (step S30). When knocking occurs, it is notified to the operator by displaying it on the display device 20 or generating a pseudo sound.

次に本実施の形態の作用について説明する。図6(a)、図6(b)はそれぞれ、異音が発生している状況の一例を模式的に示している。これらの図において、縦軸は異音レベル、横軸はクランク角度を示しており、クランク角度のαからβ(以下、角度αβ)がノッキングの発生条件である。そして、図6(a)の異音A1と異音A3は角度αβの範囲外で発生し、範囲外でピークを迎えており、異音A2は範囲内で発生し、範囲内でピークを迎えている。このとき、異音A2のみがノック音であり、異音A1と異音A3はノッキング以外を要因とする異音である。一方、図6(b)の異音B1は角度αβの範囲外で発生し、範囲内でピークを迎えており、異音B2は範囲内で発生して範囲外でピークを迎えている。このとき、異音B2がノック音であり、異音B1はノッキング以外を要因とする異音である。   Next, the operation of this embodiment will be described. FIG. 6A and FIG. 6B each schematically show an example of a situation in which abnormal noise is generated. In these figures, the vertical axis indicates the noise level and the horizontal axis indicates the crank angle, and the crank angle α to β (hereinafter referred to as angle αβ) is the occurrence condition of knocking. Then, the abnormal sound A1 and the abnormal sound A3 in FIG. 6A are generated outside the range of the angle αβ and peaked outside the range, and the abnormal sound A2 occurred within the range and peaked within the range. ing. At this time, only the abnormal sound A2 is a knocking sound, and the abnormal sound A1 and the abnormal sound A3 are abnormal sounds caused by factors other than knocking. On the other hand, the abnormal sound B1 in FIG. 6B occurs outside the range of the angle αβ and reaches a peak within the range, and the abnormal sound B2 occurs within the range and reaches a peak outside the range. At this time, the abnormal sound B2 is a knocking sound, and the abnormal sound B1 is an abnormal sound caused by factors other than knocking.

角度αβの範囲で単純にデータを絞り込むと、図6(a)の場合はノッキングを正確に判定できるのに対して、図6(b)の場合はノッキングを正確に判定できないという問題を生じる。すなわち、図6(a)の場合は異音A2のみが抽出されるので、ノッキングを正確に判定することができるのに対して、図6(b)の場合は、ノック音である異音B2よりも、ノック音ではない異音B1の影響が大きく、ノッキングの判定が難しくなる。
これに対して、本実施の形態は、異音の開始点でデータの抽出を判断している。たとえば図6(b)の場合は、開始点が角度αβの範囲内である異音B2のみを抽出し、異音B1は開始点が範囲外なので除去される。したがって、図6(b)の状況であっても、ノッキングが疑われる異音B1のみが抽出されるので、ノッキングの判定を正確に行うことができる。
If the data is simply narrowed down within the range of the angle αβ, knocking can be accurately determined in the case of FIG. 6A, whereas knocking cannot be accurately determined in the case of FIG. 6B. That is, in the case of FIG. 6A, since only the abnormal sound A2 is extracted, knocking can be accurately determined, whereas in the case of FIG. 6B, the abnormal sound B2 that is a knocking sound. The influence of the abnormal sound B1 that is not a knocking sound is greater than that, and it is difficult to determine knocking.
In contrast, in the present embodiment, data extraction is determined at the starting point of abnormal noise. For example, in the case of FIG. 6B, only the abnormal sound B2 whose start point is within the range of the angle αβ is extracted, and the abnormal sound B1 is removed because the start point is out of the range. Therefore, even in the situation of FIG. 6B, only the abnormal sound B1 suspected of knocking is extracted, so that knocking can be determined accurately.

上述したように本実施の形態によれば、異音のピーク値と開始点を求め、それに基づいてノッキングの発生条件を特定でき、それを元にデータの絞込みを行っているので、ノッキングの判定をより正確に行うことができる。   As described above, according to the present embodiment, the peak value and starting point of the abnormal sound are obtained, and the occurrence condition of knocking can be specified based on the peak value, and the data is narrowed down based on that. Can be performed more accurately.

10…ノック判定装置、12…エンジン、14…マイク、16…角度センサ、18…プロセッサ、20…表示器、22…アンプ、24…AD変換器、26…AD変換器、28…記録媒体   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Knock determination apparatus, 12 ... Engine, 14 ... Microphone, 16 ... Angle sensor, 18 ... Processor, 20 ... Display device, 22 ... Amplifier, 24 ... AD converter, 26 ... AD converter, 28 ... Recording medium

Claims (3)

回転体で発生した音を検出する検出手段と、前記検出手段で得た信号を処理する信号処理手段と、を備えた異音解析装置において、
前記信号処理手段は、
前記検出手段で得た信号を複数の周波数帯域に分離する処理と、
該分離した周波数帯域ごとに異音の開始点とピーク点を求める処理と、
前記開始点の時刻を前記回転体の回転角度に変換する処理と、
前記開始点の回転角度と前記ピーク点の大きさとの関係を示す散布図を表示部に表示させる処理とを行うことを特徴とする異音解析装置。
In an abnormal sound analysis apparatus comprising a detection means for detecting a sound generated by a rotating body, and a signal processing means for processing a signal obtained by the detection means,
The signal processing means includes
A process of separating the signal obtained by the detection means into a plurality of frequency bands;
Processing for obtaining the starting point and peak point of abnormal noise for each separated frequency band ;
A process of converting the time of the start point into a rotation angle of the rotating body;
An abnormal sound analyzing apparatus that performs a process of displaying a scatter diagram showing a relationship between a rotation angle of the start point and a size of the peak point on a display unit .
前記散布図は前記周波数帯域ごとに作成され、該周波数帯域ごとの散布図が並べて表示されることを特徴とする請求項1の異音解析装置。 2. The abnormal sound analysis apparatus according to claim 1 , wherein the scatter diagram is created for each frequency band, and the scatter diagrams for the frequency bands are displayed side by side. 前記信号処理手段は、前記回転角度の所定の範囲内で開始する異音のデータを抽出し、該抽出したデータについて全ての前記周波数帯域の総和を求めることを特徴とする請求項1または2の異音解析装置。 3. The signal processing unit according to claim 1, wherein the signal processing unit extracts abnormal sound data that starts within a predetermined range of the rotation angle, and obtains a sum of all the frequency bands for the extracted data. Abnormal sound analysis device.
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