Способ акустических испытаний усилителя рулевого управления в составе транспортного средства Российский патент 2023 года по МПК G01M13/00 

Изобретение относится к технической акустике, в частности, к исследованиям усилителя рулевого управления транспортного средства (далее УРУТС).

Решение проблемы улучшения акустического комфорта в кабине или пассажирском салоне транспортных средств - важная актуальная задача разработчиков и исследователей транспортной техники, требующая существенных материальных, временных и интеллектуальных ресурсов.

Наиболее мобильными и продуктивными процессами исследований и доводки по виброакустике транспортных средств и их отдельных компонентов, излучающих шум, являются экспериментальные исследования, проводимые в стендовых условиях, с привлечением многообразной техники, позволяющей имитировать скоростные и нагрузочные режимы, идентичные реальным условиям эксплуатации.

Электромеханический УРУТС (далее ЭУРУТС) относится к компонентам транспортного средства, содержащим в своей конструкции приводной электродвигатель, который является характерным источником шумов и вибраций в кабине или пассажирском салоне транспортного средства. При этом электродвигатели современных ЭУРУТС характеризуются относительно слабым собственным акустическим шумовым сигналом. Указанное обстоятельство, в случае проведения исследований с использованием измерительных микрофонов (приемников сигналов динамических откликов), обуславливает необходимость обеспечения низкого шумового фона при проведении таких работ.

Для лучшей воспроизводимости результатов испытаний, обеспечения стабильных нагрузочных режимов исследуемых объектов, проведения акустических измерений без существенного наложения на их результаты паразитного воздействия от излучающих шум узлов и агрегатов испытываемого транспортного средства, стендового оборудования, задействованного в испытаниях, в том числе от его звукоотражающих корпусных / каркасных компонентов, определение акустических характеристик УРУТС предпочтительно осуществлять в акустических безэховых или полубезэховых камерах, обеспечивающих минимизацию искажений свободного акустического поля, формируемого техническими устройствами, не входящими в состав исследуемого объекта. Безэховая или полубезэховая испытательные камеры представляет собой автономное помещение, установленное на виброизолированном фундаменте, оснащённое стендовым динамометрическим (содержащим приводные и/или тормозные / нагрузочные агрегаты) и измерительным оборудованием, а также вспомогательными установками. Для приближения акустических свойств безэховых камер к свойствам свободного звукового поля акустические импедансы (сопротивления) пористых структур звукопоглощающих материалов, которыми футерованы звукоотражающие поверхности стен и потолка (для безэховых и полубезэховых камер), пола (для безэховых камер), а также корпусные / каркасные элементы расположенного в камерах оборудования, выполнены направленно согласованными с акустическим импедансом воздушной среды в свободном пространстве камер.

Из материалов к патенту на изобретение RU 2610846, 6МПК G01M 13/02, G01H 17/00, B62D 5/04, опубл. 16.02.2017, известен размещаемый в безэховой камере стенд для акустических испытаний ЭУРУТС, включающий в себя рамный каркас, силовые элементы которого выполнены несущими, в том числе, тормозной агрегат (устройство нагружения ЭУРУТС), содержащий вал тормозного агрегата, электронный имитатор тахометрического сигнала, пульт управления, а также устанавливаемые на период испытаний измерительные микрофоны и испытываемый ЭУРУТС, содержащий рулевое колесо, электродвигатель ЭУРУТС и выходной вал ЭУРУТС, кинематически соединяемый с валом тормозного агрегата. При этом рулевое колесо ЭУРУТС выполнено оснащённым инерциальным датчиком угловой скорости вращения рулевого колеса, скомбинированным с преобразователем механического сигнала в электрический, устанавливаемыми, на время испытаний, на обращаемой к испытателю (на оппозитной к электродвигателю ЭУРУТС) стороне рулевого колеса, а безэховая камера выполнена оснащённой расположенными в её пультовом помещении регистрирующей и анализирующей аппаратурой, соединённой кабельной линией с измерительными микрофонами, а также источником питания, связанным кабельной линией с электродвигателем ЭУРУТС и электронным имитатором тахометрического сигнала (показано), с преобразователем механического сигнала в электрический и пультом управления (не показано - следует логически).

На основе анализа приведённых в описании конструктивных особенностей стенда для акустических испытаний ЭУРУТС можно предположить и способ проведения исследований ЭУРУТС, который будет заключаться в монтаже исследуемого ЭУРУТС на стенд, в закреплении датчика угловой скорости, скомбинированного с преобразователем механического сигнала в электрический, на рулевом колесе, в установке измерительных микрофонов вблизи корпуса ЭУРУТС, в подаче электропитания на электродвигатель ЭУРУТС, на электронный имитатор тахометрического сигнала, на преобразователь и пульт управления, в установке параметров тормозного агрегата и имитатора тахометрического сигнала в соответствие с требованиями тест-плана испытаний (задания на испытания), во вращении рулевого колеса из одного его крайнего положения в сторону другого с предусмотренной тест-планом испытаний угловой скоростью, контролируемой по данным датчика угловой скорости, в регистрации фиксируемых микрофонами параметров звукового поля, формируемого ЭУРУТС, а также в анализе полученных результатов.

Недостатком описанного выше стенда и реализуемого с его посредством способа является возможность осуществления испытаний лишь автономно устанавливаемых УРУТС, при невозможности учета влияния сопрягаемых с УРУТС элементов, входящих в конструкцию транспортного средства. Упомянутые выше испытания проводят, как правило, на предварительных этапах исследовательских и доводочных работ по виброакустике УРУТС, в то время как окончательную оценку виброакустических характеристик УРУТС и его влияние на виброакустический комфорт в пассажирском салоне (кабине), целесообразно проводить в составе транспортного средства. Для проведения акустических испытаний транспортных средств применяют полубезэховые камеры.

Из патента на изобретение, RU 2680211, МПК G01M 17/00, G01H 17/00, B62D 5/00, опубл. 18.02.2019, известен принятый в качестве прототипа стенд для акустических испытаний УРУТС, находящегося в составе транспортного средства, включающий в себя полубезэховую (со звукоотражающим полом, стены и потолок которой выполнены футерованными звукопоглощающими материалами) испытательную камеру, содержащую закрепляемые на полу камеры, с возможностью виброизоляции от пола, опорные площадки, располагаемые, на период испытаний, под управляемыми колесами транспортного средства, обращаемая к колесам поверхность которых сформирована с шероховатостью и с уклонами в соответствии с требованиями стандартов по испытаниям транспортных средств по шуму, а также измерительные микрофоны, устанавливаемые в контрольных точках салона и/или подкапотного пространства транспортного средства, регистрирующую и записывающую аппаратуру.

На основе анализа приведённых в описании конструктивных особенностей стенда для акустических испытаний УРУТС можно предположить и реализуемый посредством прототипа способ исследований УРУТС, который будет заключаться в установке исследуемого транспортного средства на опорные площадки, в установке измерительных микрофонов в определенных условиями испытаний контрольных точках, в коммутации измерительных микрофонов с регистрирующей и записывающей аппаратурой, в выведении двигателя транспортного средства на режим его холостого хода, в поочередном повороте рулевого колеса транспортного средства сначала в одну, а потом в другую стороны, сопровождаемом регистрацией и записью акустических параметров.

Из уровня техники известно, что акустический шум электродвигателя может изменять свою интенсивность в зависимости от изменения частоты вращения его ротора и/или величины прикладываемой к ротору механической нагрузки. Среди причин (для новых электрических машин) можно выделить, в частности, вариации степени насыщения их магнитопроводов, которые могут усугубляться эксцентриситетом воздушного зазора между статором и ротором, дефектами подшипников, механическими резонансными явлениями статических компонентов электродвигателя и сопрягаемых с ними компонентов УРУТС.

Соответственно, недостатком прототипа и реализуемого с его посредством способа является отсутствие учёта влияния угловой скорости вращения рулевого колеса на излучаемый УРУТС шум. При этом использование датчика угловой скорости вращения рулевого колеса, устанавливаемого по аналогии с решением по патенту RU 2610846 на обращаемой к испытателю стороне рулевого колеса транспортного средства, стесняет действия испытателя, находящегося во время теста на водительском месте транспортного средства, а также затрудняет коммутацию датчика с аппаратурой, используемой в качестве индикатора угловой скорости вращения рулевого колеса.

Задачей изобретения является создание способа акустических испытаний УРУТС в составе транспортного средства, обеспечивающего учёт влияния угловой скорости вращения рулевого колеса на излучаемый УРУТС шум.

Задача решается в способе акустических испытаний УРУТС в составе транспортного средства, заключающемся в установке исследуемого транспортного средства на опорные площадки полубезэховой камеры, в установке измерительных микрофонов в заданных условиями испытаний контрольных точках, в коммутации измерительных микрофонов с регистрирующей и записывающей аппаратурой, в переводе двигателя транспортного средства на режим холостого хода, в поочередном повороте рулевого колеса транспортного средства сначала в одну, а затем в другую стороны, в регистрации и записи фиксируемых микрофонами акустических параметров.

Технический результат достигается тем, что

- в качестве регистрирующей аппаратуры используют анализатор спектра звуковых частот, устанавливаемый в салоне транспортного средства, а в качестве аппаратуры, записывающей частотно-амплитудные характеристики излучаемого УРУТС шума, ноутбук (портативный компьютер) устанавливаемый в салоне транспортного средства в зоне визуальной доступности испытателю, при этом ноутбук также используют в качестве индикатора (указателя) угловой скорости вращения рулевого колеса;

- в процессе испытаний используют датчик угловой скорости вращения рулевого колеса, образованный стробоскопическим диском, неподвижно закреплённым на удалённой от испытателя стороне рулевого колеса коаксиально к геометрической оси его вращения, и диффузным оптическим, предпочтительно лазерным, детектором, закреплённым на неподвижной части транспортного средства с возможностью оптического взаимодействия со стробоскопическим диском, где оптический детектор выполнен соединённым с ноутбуком;

- на первом этапе исследований транспортное средство устанавливают на опорные площадки полубезэховой камеры, производят установку стробоскопического диска, диффузного оптического детектора и измерительных микрофонов, затем выполняют коммутацию измерительных микрофонов с анализатором спектра частот, а анализатора спектра частот и диффузного оптического детектора с ноутбуком, после чего запускают двигатель, прогревают его до рабочей температуры, а после прогрева переводят двигатель на режим его холостого хода и включают анализатор спектра звуковых частот и компьютер;

- на втором этапе исследований производят поворот рулевого колеса в его крайнее левое положение, запускают на анализаторе спектра цикл регистрации данных и вращают рулевое колесо по ходу часовой стрелки с угловой скоростью 180 град/с на заданное условиями испытаний количество оборотов, исключающее соприкосновение ограничителя хода рулевой рейки со стенкой окна картера рулевого механизма в крайнем левом положении рулевой рейки, регистрируемые анализатором спектра частотно-амплитудные характеристики излучаемого УРУТС шума записывают в память ноутбука;

- на третьем этапе исследований производят доворот рулевого колеса в его крайнее правое положение, запускают на анализаторе спектра цикл регистрации данных и вращают рулевое колесо против хода часовой стрелки с угловой скоростью 180 град/с, на заданное условиями испытаний количество оборотов, исключающее соприкосновение ограничителя хода рулевой рейки со стенкой окна картера рулевого механизма в крайнем правом положении рулевой рейки, регистрируемые анализатором спектра частотно-амплитудные характеристики излучаемого УРУТС шума записывают в память ноутбука;

- на четвёртом и пятом этапах исследований повторяют действия второго и третьего этапов, но с вращением рулевого колеса с угловыми скоростями 360 град/с;

- на шестом и седьмом этапах исследований повторяют действия второго и третьего этапов, но с вращением рулевого колеса с угловыми скоростями 540 град/с;

- после завершения всех этапов исследования выполняют анализ частотно-амплитудных характеристиках излучаемого УРУТС шума, сохранённых в памяти ноутбука.

Заявляемый способ акустических испытаний иллюстрируется рисунками:

Фиг. 1, где изображена полубезэховая камера с установленным в камере исследуемым автомобилем снабжённым УРУТС;

Фиг. 2, где условно изображены рулевое колесо, стробоскопический диск, диффузный оптический детектор и ноутбук (условно показано мнемоническое изображение персонального компьютера).

Позициями на фиг. 1-2 обозначены:

1 - исследуемый автомобиль;

2 - опорные площадки;

3 - полубезэховая камера;

4 - измерительные микрофоны;

5 - срез выхлопной трубы транспортного средства;

6 - приёмный раструб устройства отвода выхлопных газов полубезэховой камеры;

7 - вал рулевого колеса (показан условно);

8 - рулевое колесо;

9 -стробоскопический диск;

10 - блок подрулевых переключателей (показан условно);

11 -диффузный оптический детектор;

12 - ноутбук.

Заявляемый способ акустических испытаний усилителя рулевого управления в составе транспортного средства реализуется следующим образом:

На первом этапе исследуемый транспортное средство 1 устанавливают на опорные площадки 2 полубезэховой камеры 3 и размещают в его салоне / кабине анализатор спектра звуковых частот (не показан) и ноутбук 12. Измерительные микрофоны 4 устанавливают в определенных условиями испытаний контрольных точках (например, в салоне и/или в подкапотном пространстве - в ближнем звуковом поле, генерируемым исследуемым электромеханическим или гидравлическим УРУТС) и осуществляют их коммутацию с анализатором спектра звуковых частот (не показан), который, в свою очередь, соединяют с ноутбуком 12.

Вблизи открытого среза выхлопной трубы 5 системы выпуска отработавших газов двигателя транспортного средства устанавливают приёмный раструб 6 устройства дистанционного отвода выхлопных газов полубезэховой камеры 3. На предварительно снятом с транспортного средства рулевом колесе 8 закрепляют стробоскопический диск 9 содержащий чередующиеся сектора черного и белого цвета. После установки стробоскопического диска 9 рулевое колесо 8 возвращают на его штатное место. На неподвижном блоке подрулевых переключателей 10 устанавливают диффузный оптический, предпочтительно лазерный, детектор 11 и соединяют его с ноутбуком. При этом оптический детектор 11 устанавливают с возможностью считывания им оптической информации со стробоскопического диска 9 рулевого колеса 8, а ноутбук располагают в зоне визуальной доступности, по меньшей мере для испытателя.

По завершении монтажных и коммутационных работ запускают двигатель и прогревают его до рабочей температуры. После прогрева двигатель переводят в режим холостого хода и включают анализатор спектра звуковых частот и компьютер.

На втором этапе исследований производят поворот рулевого колеса в его крайнее левое положение, запускают на анализаторе спектра цикл (заданный условиями испытаний период времени) регистрации данных и вращают рулевое колесо по ходу часовой стрелки (вправо) с угловой скоростью 180 град/с (режим вращения с малой скоростью) на заданное условиями испытаний количество оборотов (предопределено конструктивом рулевого механизма), исключающее соприкосновение ограничителя хода рулевой рейки со стенкой окна картера (точнее трубы картера) рулевого механизма в крайнем левом положении рулевого колеса, фиксируемые измерительными микрофонами и регистрируемые анализатором спектра частотно-амплитудные характеристики излучаемого УРУТС шума записывают в память ноутбука.

На третьем этапе исследований производят доворот рулевого колеса в его крайнее правое положение, запускают на анализаторе спектра цикл регистрации данных и вращают рулевое колесо против хода часовой стрелки (влево) с угловой скоростью 180 град/с, на заданное условиями испытаний количество оборотов, исключающее соприкосновение ограничителя хода рулевой рейки со стенкой окна картера рулевого механизма в крайнем правом положении рулевого колеса, фиксируемые измерительными микрофонами и регистрируемые анализатором спектра частотно-амплитудные характеристики излучаемого УРУТС шума записывают в память ноутбука.

На четвёртом и пятом этапах исследований повторяют действия второго и третьего этапов, но с вращением рулевого колеса с угловыми скоростями 360 град/с (режим вращения со средней скоростью).

На шестом и седьмом этапах исследований повторяют действия второго и третьего этапов, но с вращением рулевого колеса с угловыми скоростями 540 град/с (режим вращения с большой скоростью).

Контроль величины угловой скорости вращения рулевого колеса, в процессе осуществления каждого из этапов, выполняют на основании показаний, отображаемых на экране ноутбука, которые, в свою очередь, формируются на основе информации, считываемой диффузным оптическим детектором со стробоскопического диска.

Информацию о величинах угловых скоростей вращения рулевого колеса, имевших место в процессе выполнения тестов записывают в память ноутбука.

После завершения всех этапов исследования выполняют анализ частотно-амплитудных характеристиках излучаемого УРУТС шума, сохранённых в памяти ноутбука, а также сравнение их максимальных значений с показателями регламентирующей документации.

Выбор трех режимов вращения рулевого колеса (вращение с малой средней и большой угловыми скоростями) соответствует наиболее распространенным эксплуатационным режимам работы усилителя рулевого управления при парковке транспортного средства.

Заявляемый способ обеспечивает учёт влияния угловой скорости вращения рулевого колеса на излучаемый усилителем рулевого управления акустический шум, параметры которого являются существенным фактором при оценке потребительских свойств транспортного средства по параметру «шум усилителя рулевого управления».

Изобретение относится к технической акустике, в частности к исследованиям усилителя рулевого управления в составе транспортного средства. При реализации способа транспортное средство устанавливают в полубезэховой камере на опорных площадках с заданной шероховатостью. На рулевом колесе, со стороны усилителя рулевого управления, устанавливают стробоскопический диск, а на обращаемой к стробоскопическому диску неподвижной части транспортного средства - оптический детектор. Анализатор спектра звуковых частот и ноутбук размещают в салоне, а измерительные микрофоны в контрольных точках салона и/или подкапотного пространства. Коммутируют измерительные микрофоны, анализатор спектра, ноутбук и оптический детектор. После прогрева двигателя выводят его на режим холостого хода. Далее производят поворот рулевого колеса в его крайнее левое положение, запускают на анализаторе спектра цикл регистрации данных и вращают рулевое колесо по ходу часовой стрелки с угловой скоростью 180 град/с на заданное условиями испытаний количество оборотов. Затем производят доворот рулевого колеса в его крайнее правое положение, вновь запускают на анализаторе спектра цикл регистрации данных и вращают рулевое колесо против хода часовой стрелки с угловой скоростью 180 град/с на заданное условиями испытаний количество оборотов. Испытания повторяют для угловых скоростей вращении рулевого колеса 360 град/с и 540 град/с. Контроль величины угловой скорости вращения рулевого колеса, в процессе осуществления каждого из этапов, выполняют на основании показаний, отображаемых на экране ноутбука и формируемых на основе информации, считываемой диффузным оптическим детектором со стробоскопического диска. Зарегистрированные анализатором спектра частотно-амплитудные характеристики шума, излучаемого усилителем рулевого управления, а также величины угловых скоростей вращения рулевого колеса, имевшие место в процессе выполнения тестов, записывают в память ноутбука. Технический результат заключается в возможности проведения испытаний, обеспечивающих учёт влияния угловой скорости вращения рулевого колеса на излучаемый усилителем рулевого управления акустический шум. 2 ил.

Способ акустических испытаний усилителя рулевого управления в составе транспортного средства (УРУТС), заключающийся в установке исследуемого транспортного средства на опорные площадки полубезэховой камеры, в установке измерительных микрофонов в заданных условиями испытаний контрольных точках, в коммутации измерительных микрофонов с регистрирующей и записывающей аппаратурой, в выведении двигателя транспортного средства на режим его холостого хода, в поочередном повороте рулевого колеса транспортного средства сначала в одну, а затем в другую стороны, каждый раз сопровождающемся регистрацией и записью фиксируемых микрофонами акустических параметров, отличающийся тем, что в качестве регистрирующей аппаратуры используют анализатор спектра звуковых частот, устанавливаемый в салоне транспортного средства, а в качестве аппаратуры, записывающей частотно-амплитудные характеристики излучаемого усилителем рулевого управления шума, ноутбук, устанавливаемый в салоне транспортного средства в зоне визуальной доступности для испытателя, при этом ноутбук также используют в качестве индикатора угловой скорости вращения рулевого колеса, в процессе испытаний используют датчик угловой скорости вращения рулевого колеса, образованный стробоскопическим диском, неподвижно закреплённым на удалённой от испытателя стороне рулевого колеса коаксиально к геометрической оси его вращения, и диффузным оптическим детектором, закреплённым на неподвижной части транспортного средства с возможностью оптического взаимодействия со стробоскопическим диском, где оптический детектор выполнен соединённым с ноутбуком, на первом этапе исследований транспортное средство устанавливают на опорные площадки полубезэховой камеры, производят установку стробоскопического диска, диффузного оптического детектора и измерительных микрофонов, затем выполняют коммутацию измерительных микрофонов с анализатором спектра частот, а анализатора спектра частот и диффузного оптического детектора с ноутбуком, после чего запускают двигатель, прогревают его до рабочей температуры, а после прогрева переводят двигатель на режим его холостого хода и включают анализатор спектра звуковых частот и компьютер, на втором этапе исследований производят поворот рулевого колеса в его крайнее левое положение, запускают на анализаторе спектра цикл регистрации данных и вращают рулевое колесо вправо с угловой скоростью 180 град/с на заданное условиями испытаний количество оборотов, исключающее соприкосновение ограничителя хода рулевой рейки со стенкой окна картера рулевого механизма в крайнем левом положении рулевого колеса, фиксируемые измерительными микрофонами и регистрируемые анализатором спектра частотно-амплитудные характеристики излучаемого УРУТС шума записывают в память ноутбука, на третьем этапе исследований производят доворот рулевого колеса в его крайнее правое положение, запускают на анализаторе спектра цикл регистрации данных и вращают рулевое колесо влево с угловой скоростью 180 град/с на заданное условиями испытаний количество оборотов, исключающее соприкосновение ограничителя хода рулевой рейки со стенкой окна картера рулевого механизма в крайнем правом положении рулевого колеса, фиксируемые измерительными микрофонами и регистрируемые анализатором спектра частотно-амплитудные характеристики излучаемого УРУТС шума записывают в память ноутбука, на четвёртом и пятом этапах исследований повторяют действия второго и третьего этапов, но с вращением рулевого колеса с угловыми скоростями 360 град/с, на шестом и седьмом этапах исследований повторяют действия второго и третьего этапов, но с вращением рулевого колеса с угловыми скоростями 540 град/с, после завершения всех этапов исследования выполняют анализ частотно-амплитудных характеристик излучаемого УРУТС шума, сохранённых в памяти ноутбука.