Rotas Mobil: Geräuschmessungen im Fahrzeug. Optimierung der Korrelation zwischen Prüfstand und Fahrversuch

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1 RotasMobil Rotas Mobil: Geräuschmessungen im Fahrzeug + FFT Ordertracks Optimierung der Korrelation zwischen Prüfstand und Fahrversuch RotasMobil 1

2 Korrelation zwischen Prüfstand und Fahrzeug Im Fahrzeug gibt es Betriebszustände, in denen das Getriebegeräusch deutlicher wahrnehmbar ist als in anderen. In diesen Betriebszuständen muss auch der Prüfstand engere Toleranzen haben als in Betriebszuständen, in denen das Fahrzeug Getriebegeräusche stärker dämpft. Die Betriebszustände lassen sich unterscheiden nach: Getriebetemperatur Gang Laststufe: Zug/Schub Drehmoment Drehzahl Am Prüfstand werden für jeden Gang Zug- und Schubmomente vorgewählt und dann eine Drehzahlrampe abgefahren. Hierfür ist es umso wichtiger, Momente und Drehzahlbereiche so zu wählen, dass die im Fahrzeug kritischen Kombinationen der Betriebszustände angefahren werden. RotasMobil 2

3 Geräuschübertragung in den Innenraum Es gibt eine Reihe von Übertragungswegen des Getriebegeräusches in den Fahrzeug-Innenraum. Diese haben charakteristische Frequenzgänge. Fahrgeräusche, Entstehung und Übertragung Diese Frequenzgänge modifizieren die Getriebegeräusche und bewirken so die Drehzahlund Fahrzeugabhängigkeit der Getriebebewertung. Geräusche von Motor, Fahrtwind und Reifen maskieren das Getriebegeräusch zusätzlich, ebenfalls abhängig vom Betriebszustand. RotasMobil 3

4 Resonanzen im Fahrzeug-Innenraum Mikrofonposition Amplituden (Mikrofonsignal) für die Eigenschwingung mit λ = L/3 Schnelle = 0 am Rand Im Fahrzeug-Innenraum gibt es weiter Einflüsse durch stehende Wellen, die zu Raumresonanzen führen. Diese erschweren die reproduzierbare Messung von Luftschall im Innenraum, speziell bei hohen Frequenzen: Die Anzahl der Eigenschwingungen bis zur Frequenz f gr in einem Raum mit dem Volumen V, der Gesamtoberfläche A und Gesamtkantenlänge L (Schallgeschwindigkeit c = 330 m/s) berechnet sich als: Beispiel: Fahrzeug-Innenraum mit 1,5 * 1,2 * 2 m. V = 4 m 3, A = 14,4 m 2, L = 4,7 m bis Frequenz 100 Hz 500 Hz 1 khz 2 khz Anzahl Eigenschwingungen 1, Lösung: Mittelung über mehrere Mikrofon-Positionen RotasMobil 4

5 Mittelung über mehrere Mikrofone Zum Ausgleich der Innenraum-Resonanzen werden vier Mikrofone im Innenraum des Fahrzeugs angebracht: Seitenscheiben vorne links und rechts, Windschutzscheibe Mitte, Rückbank Mitte. Ein Körperschallsensor befindet sich am Getriebe. Drehzahl M1 M2 M3 M4 Körperschall Ordnungs- Analyse Die Ordnungs-Spektren der Mikrofonsignale werden betragsmäßig gemittelt und gleichen dadurch Innenraum-Resonanzen aus. + FFT Luftschall- Mittelung Mobilsystem mit Notebook im Koffer, mit Mikrofon auf Saugnapf-Halter Spektrogramme Ordnungspegelverläufe RotasMobil 5

6 Messaufgaben und Ziele Fahrzeug-Innengeräusch In jedem Gang werden die Gangradverzahnung und die Triebsatzverzahnung für Zug und Schub auf Anteile im Luftschall untersucht. Referenz zum Körperschall Der Körperschallkanal dient als Referenz und zur Beurteilung, wie viel das Getriebe und wie viel der Übertragungsweg zur Wahrnehmbarkeit des Geräusches führen. Vergleich zum Prüfstand Weiter kann über den Körperschallkanal verglichen werden, inwieweit die Prüfstandsbedingungen mit den Straßenbedingungen übereinstimmen. RotasMobil 6

7 Messgrößen des Mobilsystems Messgrößen für Körperschall und gemittelten Luftschall: 2) Ordnungsspektrum bei 2241 UPM 1) Spektrogramme 2) Ordnungsspektren bei unterschiedlichen Drehzahlen 3) Ordnungspegelverläufe verschiedener Ordnungen 3) Pegel 65. Ordnung über Drehzahl 1) Ordnungs-Spektrogramm 4. Gang Zug RotasMobil 7

8 Beispiel: 1. Gang unauffällig Situation im 1. Gang: 13 Zähne auf der Gangradverzahnung, damit 13. Ordnung Zahneingriff. Der Triebsatz dreht sehr langsam und wird komplett maskiert. Der in diesem Falle kritische Drehzahlbereich von Hz wird bei Motordrehzahlen von 2400 bis 4000 UPM erreicht. Hier ist der Motor bereits zu laut. RotasMobil 8

9 Beispiel 2: Gangradverzahnung hörbar Hier sind Getriebegeräusche mit geringer Amplitude im Drehzahlbereich 1200 bis 2000 UPM des 2. Gangs, vorrangig im Schub, erkennbar. Ursache: Zahneingriff der Gangradverzahnung mit 25. Zähnen auf der Antriebswelle durchläuft einen kritischen Bereich des Fahrzeugs zwischen 500 und 800 Hz: 2. Gang: 1200 UPM = 20 Hz Drehfrequenz, * 25 Ordnung = 500 Hz 2000 UPM = 33 Hz Drehfrequenz, * 25. Ordnung = 830 Hz RotasMobil 9

10 Vergleich Körperschall und Luftschall Körperschall Luftschall RotasMobil 10

11 Beispiel 3: Triebsatzverzahnung hörbar Im 4. Gang kann die Triebsatzverzahnung mit der Ordnung 23,06 im Drehzahlbereich von 1500 bis 2200 UPM mit gewisser Übung wahrgenommen werden. Dies entspricht wieder dem fahrzeugkritischen Frequenzbereich von Hz. Die Maskierung durch Motorgrundgeräusche unterdrückt das Geräusch von 42 db recht stark. Die Gangradverzahnung ist mit 65 Zähnen zu hochfrequent, um im Luftschall aufzufallen. Körperschall Luftschall RotasMobil 11

12 Drehmomente bei Prüfstand und Straße Körperschall 2. Gang: (vergl. die Messungen aus Beispiel 2.) Körperschall, Prüfstand Körperschall, Straßenfahrt Die Schub-Momente des Prüfstands sind im Vergleich zur Straßenfahrt zu hoch eingestellt: Der Zahneingriffs-Pegel im Schub ist auf dem Prüfstand 12 db lauter als im Zug, in der Straßenfahrt sind beide gleich, da dort das Schubmoment viel kleiner als das Zugmoment ausfällt. RotasMobil 12

13 Pegelverläufe bei Prüfstand und Straße Fortsetzung der Analyse des 2. Gangs: Im Fahrzeug und auf dem Prüfstand wurde Körperschall am selben Aufnahmepunkt des Getriebes aufgezeichnet. Hier ist der Pegelverlauf der Gangradverzahnung, 1. Zahneingriffsordnung, im zweiten Gang dargestellt. Im Zug sind die Ordnungspegelverläufe zwischen Fahrzeug und Prüfstand bereits recht gut vergleichbar. Im Schub sind die Pegel des Prüfstands deutlich höher. Dies ist durch die zu hoch gewählten Drehmomente im Schubbetrieb zu erklären. Der Prüfstand sollte mit fahrzeugähnlichen Drehmomenten prüfen. Zug Schub Fahrzeug- Messung Prüfstands- Messung Prüfstands- Messung Fahrzeug- Messung RotasMobil 13

14 RotasMobil Die Messapplikation Die Bedienung einer Messapplikation im Fahrzeug während des Fahrversuchs muss möglichst einfach gehalten sein. Bei RotasMobil kann mit wenigen Tastendrücken durch einen kompletten Prüflauf navigiert werden. Die Getriebe-Parameter (Zähnezahlen) können aus der Parameter-Datenbank der Prüfstände übernommen werden. Alle Messungen werden in Archiv-Dateien gespeichert, die mit dem Präsentations- Programm ausgewertet und direkt mit Prüfstandsmessungen verglichen werden können. RotasMobil 14

15 RotasMobil Die Hardware RotasMobil besteht aus einem kompletten Analysesystem mit 3 DPM42-Signalprozessorkarten, die in einen soliden Koffer eingebaut sind. Zum Mobilsystem gehört ein Notebook, auf dem die Messapplikation ausgeführt wird. Mobilsystem und Notebook werden über den 12V-Stecker des Fahrzeugs mit Strom versogt. Zum Lieferumfang gehören u.a. Mikrofone mit Saugnapfhaltern und Körperschallsensoren. RotasMobil 15

16 Zusammenfassung RotasMobil Synchrone Erfassung von Luftschall und Körperschall. Mittelung des Luftschalls über 4 Mikrofone zur Vermeidung des Effekts von Innenraumresonanzen. Umdrehungssynchrone Ordnungsanalyse. Erfassung von Spektrogrammen und Ordnungspegelverläufen. Direkter Vergleich zwischen Straßenmessungen und Prüfstandsmessungen. Einfache Handhabung während der Fahrt. Integration der Parameter und Analysen mit Linienprüfständen. RotasMobil 16