JP7006243B2

JP7006243B2 - ギアノイズ判定装置

Info

Publication number: JP7006243B2
Application number: JP2017244222A
Authority: JP
Inventors: 秀一平野
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2017-12-20
Filing date: 2017-12-20
Publication date: 2022-01-24
Anticipated expiration: 2037-12-20
Also published as: JP2019109211A

Description

本開示は、ギアノイズ判定装置に関する。

車両等のエンジンにおいては、クランクシャフトからギアトレインを介して取り出した回転動力を動弁機構や補機の駆動源として用いている。このようなギアトレインは、互いに噛合する複数のギアを有しており、これらのギアはノイズの発生源となり得る。また、車両やエンジン等を構成する部品のばらつき等によりギアノイズの大きさには、ばらつきが発生することがある。また、ばらつきによりギアノイズの大きさが大きくなった場合、ギアノイズが完成品の品質に影響する場合がある。

ギアノイズを検知するため、ギアユニットから発生する騒音をマイクロフォンで検出するとともに、ギアユニットの回転速度を速度検出器で検出し、該回転速度に比例した所要の周波数の成分のみをマイクロフォンの出力信号から抽出してノイズの判定を行う方法がある（特許文献１参照）。

特開昭５９－１６４９３８号公報

しかしながら、上記方法による判定結果は、必ずしもギアノイズの受信者が異常音と感じる騒音と一致するものではなかった。

本開示の技術は、ギアノイズの受信者の聴感と整合性の高いギアノイズ判定装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本開示の技術は、所定の回転数の範囲内でオーダートラッキングを実施してギアノイズの判定を行うギアノイズ判定装置であって、検査対象のギアの歯数に対応するオーダートラッキングの結果得られた音圧に基づいて評価指標を算出する演算部と、観測者が異常と感じるレベルの音圧を閾値として予め保存する閾値保存部と、前記演算部により算出された前記評価指標の値と、前記閾値保存部において保存されている前記閾値とを比較し、前記評価指標の値が前記閾値を超えている場合は、警告を実施するための信号を発する比較判定部と、を備える、ことを特徴とする。

前記演算部は、前記検査対象のギアの歯数に対応するオーダートラッキングの結果得られた音圧を所定周波数範囲で平均化し、得られた値を第１の評価指標とすることができる。

また、前記演算部は、まず、前記検査対象のギアの基音についてのオーダートラッキングの結果得られた音圧を所定周波数範囲で平均化して指標Ａとし、次に、前記検査対象のギアの倍音についてのオーダートラッキングの結果得られた音圧Ｐを所定周波数範囲で平均化して指標Ｂとし、さらに前記指標Ａ及び前記指標Ｂについて加重平均を取って得られた値を第２の評価指標とすることができる。

さらに、前記演算部は、前記オーダートラッキングを実施中に、検査対象のギアの音圧と、前記ギアの周囲の環境音の音圧を取得し、対象周波数における両者の値を比較して、両者の値が近似する場合は、以後の判定を中止することができる。

本開示の上記技術によれば、上記構成を備えるので、ギアノイズの受信者の聴感と整合性の高いギアノイズ判定装置を提供することができる。

本実施形態に係るギアノイズ判定装置を含む測定系全体の構成図である。図１のギアノイズ判定装置の構成を示すブロック図である。３次元のノイズ成分分析図である。本実施形態に係るギアノイズ判定方法を示すフローチャートである。他の実施形態に係るギアノイズ判定方法を示すフローチャートである。

以下、本実施形態を添付図に基づいて説明する。同一の部品（又は構成）には同一の符号を付してあり、それらの名称及び機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
［全体構成］
図１に、本実施形態に係るギアノイズ判定装置を含む測定系全体の構成を示す。

本実施形態において、測定系１は、例えばエンジンＥのギアを検査対象とし、具体的には、シリンダーブロック（及び、又はクランクケース）内を貫通するクランクシャフト２の一端に設けられた駆動ギア３と、補機６に設けられ駆動ギア３と噛合する従動ギア５とを含むギアトレイン４を検査対象とする。なお、検査対象は、クランクシャフト２の出力側に設けられたフライホイール７と該フライホイール７と噛合するスターターモータギア９とを対象としてもよく、あるいはエンジンＥの不図示の動弁機構等や不図示のトランスミッション等の他の部位にも適用することができる。

また、ギアトレイン４の近傍には、マイクロフォン２２と、回転センサ２４が配置され、ギアノイズ判定装置１０に接続されている。また、ギアノイズ判定装置１０は、スピーカ２６とパーソナルコンピューター（以下、ＰＣと記す）２８に接続されている。ギアノイズ判定装置１０の構成の詳細については、後述する。
（回転センサ２４）
回転センサ２４は、本実施形態では、駆動ギア３の回転数を検知するためのものである。回転センサ２４としては、駆動ギア３に対してパルス光を照射し、その反射光を検知することによって回転数を検知する光学式センサや公知の電磁式センサ等を用いることができる。また、クランクシャフト２の一部に切欠き（目印）を設けて、それを検知することによっても駆動ギア３の回転数を検知することができる。
［ギアノイズ判定装置１０の構成］
図２に、ギアノイズ判定装置１０の構成を示す。

ギアノイズ判定装置１０は、検査対象のギアのオーダートラッキングにおいて、マイクロフォン２２及び回転センサ２４からの出力信号を入力する入力部１２と、入力部１２に入力された信号を用いて所定の手法で演算し、評価指標を算出する演算部１４と、予め所定のレベルの音の大きさを閾値として保存する閾値保存部１６と、演算部１４で算出した評価指標と閾値保存部１６に保存された閾値とを比較判定する比較判定部１８と、比較判定部１８による結果をスピーカ２６やＰＣ２８へ出力するための出力部１９とを備える。以下、各構成部について説明する。
（入力部１２）
入力部１２は、検査対象のギア（本実施形態では、ギアトレイン４）のオーダートラッキングを実施した際に、マイクロフォン２２及び回転センサ２４からの出力信号を入力する。ここで、オーダートラッキングとは、回転速度を意図的に変化させ、その回転速度に追従して対応する次数成分のみを抜き出して分析する手法である。オーダートラッキングの実施により、図３に示すような３次元のノイズ成分分析図が得られる。ここで、Ｘ軸は周波数（ｆ）、Ｙ軸は回転速度（Ｎ）、Ｚ軸は発生音の音圧（Ｐ）である。また、ｎは次数（歯数）である。本実施形態では、ギアトレイン４の特性に応じた回転速度（又は回転数）の範囲内でオーダートラッキングが行われる。

マイクロフォン２２から入力された信号（即ち、集音された音）は音圧Ｐとして後述する演算部１４へ出力される。また、回転センサ２４から入力された信号は、回転速度または回転数の値に変換されて演算部１４へ出力される。
（演算部１４）
演算部１４は、入力部１２からの出力値を用いて所定の手法で演算し、幾つかの評価指標を算出する。

具体的には、演算部１４は、入力部１２から得られた回転数の値（ｒｐｍ）から周波数（ｆ）を算出し、ギアトレイン４の歯数に対応するオーダートラッキングの結果得られた値（音圧）を所定周波数範囲で平均化し、得られた値を第１の評価指標（以下、評価指標１と記す）とする。

また、演算部１４は、まず、ギアトレイン４の基音についてのオーダートラッキングの結果得られた値（音圧）を所定周波数範囲で平均化し、得られた値を指標Ａとする。次に、演算部１４は、ギアトレイン４の倍音についてのオーダートラッキングの結果得られた値（音圧）を所定周波数範囲で平均化し、得られた値を指標Ｂとする。これらの指標Ａ及び指標Ｂについて加重平均を取って第２の評価指標（以下、評価指標２と記す）とする。

評価指標２は、下式
評価指標２＝（Ｗ１・指標Ａ＋Ｗ２・指標Ｂ）／（Ｗ１＋Ｗ２）
により、求めることができる。

ここで、指標Ａについての係数Ｗ１と、指標Ｂについての係数Ｗ２は、公知の重回帰分析により、一次式の回帰直線に乗るような値として決定することができる。
（閾値保存部１６）
閾値保存部１６は、観測者が異常と感じるレベルの音の大きさ（音圧）を閾値として予め保存する。閾値は、対象物が壊れたり、故障したりする際に発せられるレベルの音の大きさではなく、観測者が聴感で異常と感じるレベルの音の大きさである。従って、故障として聞こえる音の大きさよりも小さいものである。また、この閾値は、ある程度トレーニングを積んだ観測者によって予め実験を行い、この実験結果を平均化して決定される。従って、個人によるばらつきの影響を極めて小さくすることができる。
（比較判定部１８、出力部１９）
比較判定部１８は、演算部１４により算出された評価指標１または評価指標２の値と、閾値保存部１６において保存されている閾値とを比較し、評価指標１または評価指標２の値が閾値を超えている場合は、出力部１９に対して警告を実施するための信号を発する。

出力部１９は、比較判定部１８から警告を実施するための信号を受信した場合、スピーカ２６に警報を生じさせ、また、ＰＣ２８のモニターに警報画面を表示する。
（マイクロフォン２２）
マイクロフォン２２は、ギアトレイン４に対向して配置され、ギアトレイン４の近傍の音を集音する。ただし、ギアトレイン４の近傍のみならず、ギアトレイン４の周囲の環境音も集音するように、指向性の無いマイクを用いることが好ましい。
（ギアノイズ判定方法）
次に、本実施形態に係るギアノイズ判定方法について、図４のフローチャートに基づいて、説明する。

まず、検査対象のギア（本実施形態ではギアトレイン４）の歯数に対応するオーダートラッキングが実施される（ステップＳ０１）。

次に、演算部１４は、ギアトレイン４の音圧と、ギアトレイン４の周囲の環境音の音圧を取得し、対象周波数における両者の値を比較する。この２つの値が近似する場合は、検査対象のギアのオーダートラッキングの測定結果は、環境騒音（例えば、工場内での車両の走行音やクラクション音による外部の騒音）の影響を受けている可能性が高い。このため、オーダートラッキングの測定結果に誤りが高いと考えられ、以後の判定を中止する（ステップＳ０２のＮＯ、ステップＳ０３）。

上記２つの値が近似していない場合は、検査対象のギアのオーダートラッキングが周辺部の音の影響を受けていないとして（ステップＳ０２のＹＥＳ）、演算部１４は、オーダートラッキングの結果得られた値（音圧）を所定周波数範囲で平均化し、評価指標１を算出する（ステップＳ０４）。

次に、比較判定部１８は、演算部１４により算出された評価指標１の値と、閾値保存部１６において保存されている閾値とを比較し（ステップＳ０５）、評価指標１の値が閾値を超えている場合（ステップＳ０５でＹＥＳ）は、出力部１９に対して警告を実施するための信号を発する。出力部１９は、スピーカ２６に警報を生じさせ、また、ＰＣ２８のモニターに警報画面を表示する（ステップＳ０６）。他方、評価指標１の値が閾値を超えていない場合（ステップＳ０５でＮＯ）は、警告を実施せずに、終了する。

次に、他の実施形態に係るギアノイズ判定方法について、図５のフローチャートに基づいて、説明する。

まず、検査対象のギア（本実施形態ではギアトレイン４）の基音と倍音についてオーダートラッキングが実施される（ステップＳ１１）。

次に、図４のステップＳ０２のＮＯ、ステップＳ０３と同様に、対象周波数における値が周辺部の音の影響を受けている場合は、以後の判定を中止する（ステップＳ１２のＮＯ、ステップＳ１３）。

検査対象ギアのオーダートラッキングが周辺部の音の影響を受けていない場合（ステップＳ１２のＹＥＳ）、演算部１４は、まず、ギアトレイン４の基音についてのオーダートラッキングの結果得られた値（音圧）を所定周波数範囲で平均化し、得られた値を指標Ａとする。次に、演算部１４は、ギアトレイン４の倍音についてのオーダートラッキングの結果得られた値（音圧）を所定周波数範囲で平均化し、得られた値を指標Ｂとする。これらの指標Ａ及び指標Ｂについて加重平均を取って評価指標２とする（ステップＳ１４）。

次に、比較判定部１８は、演算部１４により算出された評価指標２の値と、閾値保存部１６において保存されている閾値とを比較し（ステップＳ１５）、評価指標２の値が閾値を超えている場合（ステップＳ１５でＹＥＳ）は、出力部１９に対して警告を実施する（ステップＳ１６）。他方、評価指標２の値が閾値を超えていない場合（ステップＳ１５でＮＯ）は、警告を実施せずに、終了する。
（本実施形態の効果）
本実施形態に係るギアノイズ判定装置１０では、演算部１４により評価指標１または評価指標２の値を算出し、観測者が聴感で異常と感じるレベルの音の大きさである閾値と比較しているので、判定結果はギアノイズの受信者の聴感と整合性のある信頼性の高いものとなる。また、オーダートラッキングの対象周波数における値が周辺部の音の影響を受けている場合は、以後の判定を中止するため、無駄な手続きを行うことがなく、オーダートラッキング分析を効率的に行うことができる。

以上、本開示のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本開示の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

例えば、上記実施形態に係るギアノイズ判定装置１０では、マイクロフォン２２により音の大きさを取得したが、マイクロフォン２２の代わりに、振動センサを用いて振動レベルを取得することによって行うこともできる。この場合の振動センサは、振動が出る箇所またはその近傍に取付けられ、例えばギアであればギアの近傍、構造物にギアが付いている場合はその構造物に取付けられることができる。

また、上記実施形態に係るギアノイズ判定装置１０の演算部１４では、基音（１次）と倍音（２次）の値に基づいた加重平均によって評価指標２を求めたが、さらに、３次以降の値を考慮した加重平均によって評価指標を求めることもできる。

Ｅエンジン
１測定系
３駆動ギア
４ギアトレイン
５従動ギア
１０ギアノイズ判定装置
１４演算部
１６閾値保存部
１８比較判定部
２２マイクロフォン
２４回転センサ

Claims

所定の回転数の範囲内でオーダートラッキングを実施してギアノイズの判定を行うギアノイズ判定装置であって、
検査対象のギアの歯数に対応するオーダートラッキングの結果得られた音圧に基づいて評価指標を算出する演算部と、
観測者が異常と感じるレベルの音圧を閾値として予め保存する閾値保存部と、
前記演算部により算出された前記評価指標の値と、前記閾値保存部において保存されている前記閾値とを比較し、前記評価指標の値が前記閾値を超えている場合は、警告を実施するための信号を発する比較判定部と、を備え、
前記演算部は、まず、前記検査対象のギアの基音についてのオーダートラッキングの結果得られた音圧を所定周波数範囲で平均化して指標Ａとし、次に、前記検査対象のギアの倍音についてのオーダートラッキングの結果得られた音圧Ｐを所定周波数範囲で平均化して指標Ｂとし、さらに前記指標Ａ及び前記指標Ｂについて加重平均を取って得られた値を第２の評価指標とする、
ことを特徴とするギアノイズ判定装置。
前記演算部は、前記オーダートラッキングを実施中に、検査対象のギアの音圧と、前記ギアの周囲の環境音の音圧を取得し、対象周波数における両者の値を比較して、両者の値が近似する場合は、以後の判定を中止する、
請求項１に記載のギアノイズ判定装置。