Vibration of Car Engine Running at Idle Vyhodnocení vibrací automobilu při volnoběhu

Transkript

1 XXIX. ASR '4 Seminar, Instruments and Control, Ostrava, April, 4 9 Vibration of Car Engine Running at Idle Vyhodnocení vibrací automobilu při volnoběhu KOČÍ, Petr Ing., Ph.D., Katedra ATŘ-5, VŠB-TU Ostrava, 7. listopadu, Ostrava - Poruba, 78 petr.koci@vsb.czhomepage Annotation: Subjective feeling of ride comfort is important for today s cars. Random burst shaking while the car engine is running at idle is a phenomenon that is very disturbing for drivers. This phenomenon is a sign that is something wrong for suspicion customers. The paper deals with engine vibration measurements and consecutive assessment of engine trajectory shape. The measurement system was instrumented by PULSE, the signal analyser. Time history of vibration was spited into time interval corresponding to the engine double revolutions. The time records were improved by filtration in the frequency domain using the Fourier transform. The analysis results in planar orbit plots of the engine point where it is attached the absorber. Keywords: vibration, Fourier analysis Úvod Pro pohodlí uživatelů automobilů je důležitý subjektivní pocit klidu. U některých vozidel se při volnoběhu a stání vozidla projevuje nepravidelné škubání. To vyvolává nepříjemný pocit u řidiče a spolujezdců. Příspěvek se zabývá měřením a následně vyhodnocením vzniklého chvění. K měření byl použit analyzátor PULSE a třísměrový akcelerometr. Obr. Umístění akcelerometru Bylo zaznamenán časový průběh dvojotáčky ve tvaru multispektra.

2 XXIX. ASR '4 Seminar, Instruments and Control, Ostrava, April, 4 4 Tab. Ukázka naměřených údajů Z-index: Date: Time: 5:6:5: 5:6:5: 5:6:5: 5:6:4: 5:6:4: 5:6:4: Relative time:,49,4,98 6,94 7, 7,9 Z-axis:,, 4, 9, 94, 95,,59 -,6 -,8 -,7 -,9 -,9 -,5 -,6 -,7 -,74 -, -,7 -,96 -,9 -,9 -,49 -,66 -,65 4, -,86 -,95 -,9 -, -, ,97 -,8-4,6 -,6 -,6 -, 55 -,99 -,98 -,8,45 -, -, ,7 -,76 -,9-4,9 -,4 -, TagsBegin: 5,9 4,54 4,47 Average Speed [RPM]: 799, ,5 6 85,45 Average,9,467,44 Speed [Hz]: 6 797,5,87 5 8,78 8,5 84,94 7,45 8 Datový záznam obsahoval čas každé dvojotáčky, strobováno do kódovacího kotouče motoru. Jeden záznam multispektra trval v průměru,75 sec. A tento čas odpovídá volnoběžným otáčkám motoru 8 ot/min. automobilu. Neupravená data mají následující průběh. Naměřená data - časový průběh dvojotáčky zrychlení [m/s] ,,,,4,5,6,7, čas[s] dvojotáčka_ dvojotáčka_ dvojotáčka_ dvojotáčka_4 Obr. Část průběhu naměřených dat Data byla snímána ve směru jízdy (osa Y) a ve směru vertikálním (osa Z). Uvedené směry jsou zobrazeny na obr..

3 XXIX. ASR '4 Seminar, Instruments and Control, Ostrava, April, 4 4 Osa Z Osa Y Osa X Obr. Vyznačení směru snímání dat Úprava naměřených dat Nepříjemné škubnutí vnímané řidičem a spolujezdci se vyskytovalo nepravidelně po dvou, třech nebo čtyřech sekundách. Pro vyhodnocení měření proto byly podstatné nižší frekvence. Vyšší frekvence se odfiltrovaly s využitím Fourierovy transformace. Časový průběh se transformoval do frekvenční oblasti. Pak se vynulovaly frekvence nad Hz. Takto upravené frekvenční spektrum s převedlo zpět do časové oblasti. Upravený průběh jedné dvojotáčky v ose Y je vidět na následujícím obrázku. Naměřená data - časový průběh dvojotáčky zrychlení [m/s] -,,,,4,5,6,7, čas[s] dvojotáčka_ dvojotáčka_ dvojotáčka_ dvojotáčka_4 Obr. 4 Upravená data z obr. Při chodu motoru vibruje blok motoru kolem středu. Vytvoříme-li graf závislosti upravených dat z osy Y a osy Z, získáme průběh chvění motoru. Teoreticky by daný průběh mohl být podobný kružnici. Protože však jednotlivé válce motoru mají v praxi nestejný výkon, vznikají nepravidelné vibrace a ty modifikují výsledný průběh. Tento fakt se projeví nestejným zrychlením při výbuch. Vzniklé nepravidelnosti pak způsobí, že kromě základních vibrací se objeví vibrace nové, náhodné, které jsou předmětem zkoumání. Byl vytvořen program pro zkoumání jednotlivých průběhů. Na následujícím obrázku je skoro ideální průběh chvění motoru.

4 XXIX. ASR '4 Seminar, Instruments and Control, Ostrava, April, Obr. 5 Ideální, pravidelný chod motoru (dvojotáčka) Provedeme-li rozbor změny zrychlení během dvojotáčky získáme následující graf. Z něj je vidět, kdy je největší změna zrychlení. Ta nastává při výbuch. Protože se jedná o dvojotáčku, jsou v grafu dva tyto okamžiky. Změna zrychlení během hvojotáčky (rozsah - 7 ) změna zrychlení [m/s],,5,, úhel otočení [ ] Sání Výbuch Sání Výbuch Sání Obr. 6 Průběh změny zrychlení předcházejícího obrázku Dojde-li vlivem nestejného výkonu jednotlivých válců k namodulování dalších frekvencí, změní se průběh chodu motoru. To je dokumentováno na následujícím obrázku.

5 XXIX. ASR '4 Seminar, Instruments and Control, Ostrava, April, Obr. 7 Průběh kmitání motoru při chvění Na obrázku 7 je vidět překřížený průběh křivky. To je způsobeno pohybem motoru v ose překřížený průběh křivky. To je způsobeno pohybem motoru v ose Y. Z tohoto průběhu se dá usoudit, že tento směr je pro další rozbor důležitý. Změna zrychlení během hvojotáčky (rozsah - 7 ) změna zrychlení [m/s],,5,, úhel otočení [ ] Obr. 8 Průběh změny zrychlení předcházejícího obrázku Vzhledem ke konstrukci automobilu je logické, že případné vibrace se projeví v tom směru, kde je nejmenší tuhost. A ta je ve jízdy, směru osy Y. Proto pro vyšetřování zákmitů další rozbor byl prováděn s daty osy Y. Z naměřených dat se vybral průběh, který se nejvíce přiblížil ke ideální sinusovce. Tento průběh se pak vzal jako normál. Od tohoto průběhu se pak odečítaly všechny další dvojotáčky.

6 XXIX. ASR '4 Seminar, Instruments and Control, Ostrava, April, 4 44 Změna zrychlení vzhledem k normálu zrychlení m/s],5, ,5 - -,5 - dvojotáčka [ ] Obr. 9 Rozdíl ve zrychlení mezi normálovou a následnou dvojotáčkou Spojením jednotlivých rozdílů dvojotáček vznikl časový průběh zákmitů v délce trvání 7 sekund. Obr. Změna zrychlení během sedmi sekund Závěr Zpracováním naměřených dat se analyzovalo chování motoru v osách Y a Z. Motor se chvěje především v vertikálním směru, ale má také složku horizontální (v ose Y) Složka v ose Z - - Složka v ose Y - Obr. Směry kmitání motoru Vzhledem ke konstrukci automobilu tento směr vynikne.

7 XXIX. ASR '4 Seminar, Instruments and Control, Ostrava, April, 4 45 Dalším rozborem vynikly a byly ohodnoceny zákmity, které vnímá řidič a spolujezdci a které mohou vyvolat obavy o stav automobilu. Podstatný přínos provedeného zpracování je v tom, že pomocí běžného akcelerometru bylo možné vyhodnotit rázy (záškuby). 4 Použitá literatura KOČÍ, P. Assessment of machine Tool Dynamic Properties. In Proceedings of International Carpathian Control Conference. High Tatras : TU Košice, May 6-9,, pp. -8. ISBN KOČÍ, P. Experimentální analýza síly působící při obrábění. In Experimentální Analýza Napětí. Milovy : VUT Brno, , pp. 5. ISBN KOČÍ, P. Machine Tool Structure Stiffness Measurements for Decreasing Vibration Level. In Aktive Nois and Vibration Kontrol Methods, Krakow (Poland) : AGH Krakow, , pp. 7. ISBN součástí publikace je i CD s celým příspěvkem SMUTNÝ, L., TŮMA, J., KOČÍ, P., ŠKUTA, J. & JURÁK, M. Research Laboratory of Noise and Vibration Diagnostics at the Department of Control Systems and Instrumentation. In Active Noise and Vibration Control Methods. Krakow (Poland) : AGH Krakow, , p. 54 (Abstract Proceedings). Full paper 6 pp. [CD ROM Proceedings]. ISBN součástí publikace je i CD s celým příspěvkem TŮMA, J., SMUTNÝ, L., Kočí, P. Experimences and Device of R&D Laboratory of Noise and Vibration Diagnostics at Department of Control Systems & Instrumentation VŠB-TU Ostrava. In Principia Cybernetica. Liberec : TU Liberec,.-5.9., s ISBN