专利名称：后桥噪声质量在线检测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及汽车后桥噪声质量在线检测系统。
背景技术：
人们生活水平的提高和对周围环境的日益关注使得人们对于汽车乘坐的舒适性和汽车内部噪声有了更高的要求。我国已经出台了公路交通噪声控制的法规，对汽车在行驶时的噪声水平作了明确的规定。各汽车厂商也认识到汽车整车噪声对汽车质量的重要意义。路面噪声测试表明，汽车后桥作为汽车传动系的重要组成部分，在汽车行驶时对汽车整车噪声和乘坐舒适性有着巨大的影响。
目前，后桥生产厂家主要采用测量后桥的声压值来反映其噪声水平。该方法虽然设备简单，但是测量时的声学环境对测量精度会产生很大影响，特别是在制造车间背景噪声很大的情况下，测量的声压值不能准确地反映后桥噪声的真实水平。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种后桥噪声质量在线检测系统，用来检测各种型号后桥的噪声水平，更好地满足低噪声要求，同时为了适应生产节拍，系统满足实时性要求，实现在线检测。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是本发明的结构特点是由“T”型试验台、数据采集与处理系统，以及控制系统构成；所述“T”型试验台前部为满足声学反射要求的刚性平台，刚性平台上安装有两组用于调整后桥试验姿态、并由升降电机驱动的升降台，被测后桥支撑在升降台上；试验台的后部是由滑台电机驱动的动力滑台，按设定速度和转向为被测后桥提供驱动力的主电机设置在动力滑台上，主电机的输出轴与被测后桥驱动轴连接；所述数据采集与处理系统中，围绕被测后桥设置矢量声强探头，所述各矢量声强探头在被测后桥的外围形成矩形包络面；在左右两侧升降台上各设置一个振动传感器；来自矢量声强探头的噪声信号和来自振动传感器的振动信号输入至信号调理器整理放大后经信号采集器传送至用于噪声质量评定和故障诊断的工业控制计算机；所述控制系统是以所述工业控制计算机为上位机，与所述上位机构成“主从式”结构的下位机为可编程控制器PLC，在所述上位机与下位机之间通过串行RS232口通信；所述下位机是以上位机的控制指令和监测仪表以及手动开关信号为输入信号，输出逻辑控制信号；后桥定位装夹和声强探头定位的执行机构是以所述下位机输出的逻辑控制信号为执行输入信号；所述下位机通过变频器为主电机、滑台电机和升降电机提供转速和转向控制信号。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在1、本发明设置“T”型试验台，前端为出于声学目的而设计刚性平台，可有效地防止车桥噪声的泄漏和吸收；刚性平面上安装的两个升降台，可实现被测车桥的姿态调整，从而适应不同型号车桥的测量；后部为动力滑台，可方便地与被测车桥连接，并提供有效动力；整个试验台结构紧凑，操作简便。
2、本发明设置声强探头，采用声强测量的相关技术，较之已有技术中声压值测量的方式更具有抗干扰能力强、测量精度高、受环境噪声影响小、响应速度快等优势，能很好地适应工业现场在线检测的要求。
3、本发明可以在数据采集和处理系统中采用多通道信号调理器和多通道并行信号采集器，实现多通道连续实时测量，保证有足够的测量数据冗余和精度；4、本发明控制系统设置“主从式”结构，上位机采用工业控制计算机，下位机采用可编程控制器，使得控制系统工作稳定可靠，抗干扰能力强，适用于工业现场环境运行；通过采用互锁电路，由一台变频器拖动四台电机，可以节约成本，降低系统整体造价。
图1为本发明系统中试验台俯视结构示意图。
图2为本发明系统中试验台主视结构示意图。
图3为本发明系统硬件结构框图。
图4为本发明电机控制原理图。
图5为本发明控制方法流程图。
图6为本发明可编程控制器PLC接线示意图。
图中标号1动力滑台、2升降台、3后桥、4刚性平台、5升降电机、6主电机、7滑台电机、8矢量声强探头、9振动传感器。
以下结合附图，并通过具体实施方式
对本发明作进一步描述
具体实施例方式参见图1、图2，本实施例中，试验台的整体呈“T”字型，前部为满足声学反射要求的刚性平台4，刚性平台4上安装有左右两组用于调整后桥试验姿态、并由升降电机5驱动的升降台2，被测后桥3支撑在左右两侧的升降台2上，对同一系列的后桥3，在姿态调整好之后，不需再进行调整。
试验台的后部是由滑台电机7驱动的动力滑台1，按设定速度和转向为被测后桥3提供驱动力的主电机5设置在动力滑台1上，主电机5的输出轴与被测后桥3的驱动轴连接；主电机5分别以500r/min，1100r/min和2200r/min的转速驱动后桥3，在这三挡转速下，分别对系统进行数据采集和声功率运算分析，并获得所测后桥的噪声质量等级。若噪声检测满足质量标准的要求则继续进行下一台后桥的检测；若不合格则需要在100～2200r/min的连续升减速过程中继续完成后桥的异响故障诊断。
数据采集与处理系统是整个后桥噪声在线检测系统的关键部分，它不仅要有足够的测量精度和稳定性，而且其测量速度也必须跟上生产节拍。
图1、图2所示，本实施例中，噪声信号测量采用了十四只高精度传声器组成七对矢量声强探头8用于测量噪声信号。根据声强法测量噪声的要求，这七对矢量声强探头8围绕在被测后桥3的周围进行布置，构成一个矩形包络面。同时，为了防止声音泄漏和吸收，在后桥3的下方安装光滑矩形平面底座，构成刚性反射平面，即刚性平台4。由于布置在后桥3上方的两对矢量声强探头8对于后桥3的装卸形成阻碍，因而，这两对矢量声强探头采用移动式结构，在装卸后桥时将其移开，移动动作由电气控制实现。
参见图3，来自矢量声强探头的噪声信号经过信号调理器整理放大，由信号采集器传送至工业控制计算机。具体实施中，信号调理器采用多通道高精度调理器，保证信号不失真；信号采集器采用多通道并行采集器，保证信号连续实时采集，满足工业现场在线检测要求。在工业控制计算机中将测得的声信号对整个矩形包络面进行积分运算，由于外界噪声对包络面的积分为零，则运算结果可消除外界噪声的影响，积分值为被测车桥自身噪声的声功率值，从而最终获得所测后桥的噪声质量等级。对于噪声质量超标的后桥，系统自动转入故障诊断程序。此时，数据采集与处理系统除了采集噪声信号外，同时采集振动信号。在左右升降台上各安装一只高精度振动传感器，采集的振动信号经过上述信号调理器和信号采集器传送至工业控制计算机，连同噪声信号一起运算和分析，从而确定故障类型和位置。
图3所示，控制系统是以工业控制计算机为上位机，与上位机构成“主从式”结构的下位机为可编程控制器(PLC)，在上位机与下位机之间通过串行RS232口通信；由上位机完成噪声信号的采集和运算、噪声质量的分等、故障诊断、测试系统参数标定、测量数据管理、检测报表生成和打印，并与下位机进行通信以及处理、显示运行状态和参数的画面组态等功能；下位机是以上位机的控制指令和监测仪表以及手动开关信号为输入信号，输出逻辑控制信号；后桥定位装夹和声强探头定位的执行机构是以下位机输出的逻辑控制信号为执行输入信号；下位机通过变频器为主电机、滑台电机和升降电机提供转速和转向控制信号。
图3所示的系统中，手动开关向PLC提供开关信号，提示PLC执行装夹、测试、自检等动作；监测仪器用来监测电机的转动情况以及系统的运行情况；显示及报警部分用来显示系统运行状态，以及在出错时提供声光报警。
具体实施中还包括关于试验台装夹部分试验台装夹部分的动作主要包括升降台的升降、前后移动、左右移动和角度调整，并有动力滑台的前后移动，后桥的夹紧与松开。其中，升降台的升降、动力滑台的前后移动，后桥的夹紧与松开由电气控制，其他动作由机械装置手动执行。
关于主电机的转速控制根据噪声检测的要求，噪声检测时，动力主电机提供500r/min、1100r/min和2200r/min共三种转速，并保持10～20s；故障诊断时，动力主电机提供100～2200r/min连续升速和2200～100r/min连续减速。
关于变频器组态设计参见图4，在同一试验台中，需要使用四台型号功率各不相同的电机，包括主电机5.5KW、动力滑台上的滑台电机250W、以及左右两台升降电机250W，由于在测量时不同时运转，因此采用一台三菱变频器以及由接触器1KM、2KM、3KM和4KM构成的互锁电路进行拖动，互锁电路包括接触器1KM与2KM、3KM、4KM实现互锁，3KM与4KM同步工作，2KM与3KM及4KM互锁。图4所示，当继电器K24吸合时，接触器1KM的电磁铁吸合，主回路导通，主电机工作，此时接触器1KM的常闭触点断开，使其他三个电机连接的接触器控制回路处于断开状态，保证主电机工作时，其他三台电机停机；当继电器K25吸合时，接触器2KM的电磁铁吸合，主回路导通，滑台电机工作，此时接触器2KM的常闭触点断开，使其他三个电机连接的接触器控制回路处于断开状态，保证滑台电机工作时，其他三台电机停机；当继电器K1(或K2)吸合时，接触器3KM(或4KM)的电磁铁吸合，主回路导通，升降电机工作，此时接触器3KM(或4KM)的常闭触点断开，使主电机和滑台电机连接的接触器控制回路处于断开状态，保证升降电机工作时，主电机和滑台电机停机；继电器K1吸合时，左升降电机工作，继电器K2吸合时，右升降电机工作，继电器K1和K2同时吸合时，左、右升降电机同时工作。
在变频器中，首先安排端子AU用于REX多段速信号的输入，然后通过设定参数来确定主电机、滑台电机和升降电机的不同运行速度；在各电机工作时，通过触点信号(RH、RM、RL、REX)的组合选择其运行速度。
具体实施中，PLC程序基本模块包括1、报警；2、系统自动/手动转换；3、系统的自诊断功能。
4、滑台电机的转速控制，滑台电机要求实现高速进和低速进以及高速后退3种控制。
5、升降电机的转速控制。
6、后桥主电机的转速控制，要求实现正反转，连续升降速，500/1100/2200r/min3挡速度。
7、压紧系统和检测传感器到位的控制。
其控制方法流程如图5所示考虑到检测系统的实时性要求、数据处理计算量以及用户界面的友好性，系统软件选择Windows作为开发平台，采用Visual C++6.0作为开发工具，直接对底层硬件进行操作，从而提高了应用程序的效率。
在线检测系统的软件结构检测过程是根据声强探头采集的声音信号，计算出每对矢量声强探头的声强，然后按照声强探头的布置位置以及各包络的面积并考虑到声强探头安全保护壳对声音的吸收等因素，计算后桥在不同转速下的声功率，并显示其波形。如果噪声指标合格，则按照质量分等标准划分等级；如果超标，则重新测量。两次测量的声功率差如果小于1dB，则转入故障识别子程序。
当后桥的噪声超出标准时，系统提示进行故障识别。此时，驱动电机在8秒内匀速从100r/min上升到2200r/min，然后保持10秒，再在8秒内匀速从2200r/min减速到100r/min。在此期间，测量系统进行连续采样，通过计算，得到相应的声功率谱和主要优势频率。综合优势频率和噪声谱阵，对故障作初步判别，然后采用倒谱分析和峭度分析，并结合敏感点的结构振动信号，获得故障特征，最后根据故障知识库的故障模型确定可能的故障类型和部位。
参见图6，关于可编程控制器(PLC)的接线S14为急停按钮，当出现不正常状态时，按下此按钮，可编程控制器(PLC)输入端X0导通，所有输出端断开，系统停止工作；恢复正常后，抬起此按钮，系统恢复。
S13为手动/自动转换按钮，打到手动档，输入端X2导通，系统进入手动状态，此时主电机的三挡转速需要人工干预才能切换；打到自动档，输入端X2断开，系统进入自动状态，此时主电机的三挡转速可以自动切换。
S12为滑台高速前进按钮，按下此按钮，输入端X2导通，输出端Y6、Y13、Y14、Y16、Y27导通，滑台电机高速正转；再次按下此按钮，输入端X2断开，滑台电机停止。
S25为滑台低速前进按钮，一直按下此按钮，输入端X46导通，输出端Y0、Y13、Y17、Y27导通，滑台电机低速正转；松开此按钮，输入端X46断开，滑台电机停止。
S11为滑台后退按钮，按下此按钮，输入端X4导通，输出端Y6、Y12、Y15、Y16、Y27导通，滑台电机高速反转；再次按下此按钮，输入端X4断开，滑台电机停止。
S10为左右升降台同时上升按钮，一直按下此按钮，输入端X11导通，输出端Y6、Y7、Y10、Y13、Y20、Y30、Y31导通，左右升降电机同时正转；松开此按钮，输入端X11断开，左右升降电机同时停止。
S9为左右升降台同时下降按钮，一直按下此按钮，输入端X12导通，输出端Y6、Y7、Y10、Y12、Y21、Y30、Y31导通，左右升降电机同时反转；松开此按钮，输入端X12断开，左右升降电机同时停止。
S20为左升降台上升按钮，一直按下此按钮，输入端X40导通，输出端Y6、Y7、Y10、Y13、Y30、Y34导通，左升降电机正转，指示灯H18点亮；松开此按钮，输入端X40断开，指示灯H18熄灭，左升降电机停止。
S21为左升降台下降按钮，一直按下此按钮，输入端X41导通，输出端Y6、Y7、Y10、Y12、Y30、Y35导通，左升降电机反转，指示灯H19点亮；松开此按钮，输入端X41断开，指示灯H19熄灭，左升降电机停止。
S22为右升降台上升按钮，一直按下此按钮，输入端X42导通，输出端Y6、Y7、Y10、Y13、Y31、Y36导通，右升降电机正转，指示灯H20点亮；松开此按钮，输入端X42断开，指示灯H20熄灭，右升降电机停止。
S23为右升降台下降按钮，一直按下此按钮，输入端X43导通，输出端Y6、Y7、Y10、Y12、Y31、Y37导通，右升降电机反转，指示灯H21点亮；松开此按钮，输入端X43断开，指示灯H21熄灭，右升降电机停止。
S18为主电机正转按钮，S19为主电机反转按钮，S01为主电机低速运转按钮，S02为主电机中速运转按钮，S03为主电机高速运转按钮，S04为主电机连续升速按钮，S05为主电机连续降速按钮。按下S18和S01，输入端X26和X30导通，输出端Y6、Y13、Y26导通，主电机以500r/min正转；按下S18和S02，输入端X26和X31导通，输出端Y7、Y13、Y26导通，主电机以1100r/min正转；按下S18和S03，输入端X26和X32导通，输出端Y10、Y13、Y26导通，主电机以2200r/min正转；按下S19和S01，输入端X27和X30导通，输出端Y6、Y12、Y26导通，主电机以500r/min反转。(注当S13处于自动挡时，按下S18和S01，主电机在规定时间内以500r/min正转后，自动切换到1100r/min和2200r/min)按下S18和S04，输入端X26和X33导通，输出端Y4、Y13、Y26导通，主电机在一定时间内从100r/min连续正转升速到2200r/min，此时在按下S05，输入端X34导通，输出端Y5、Y13、Y26导通，主电机在一定时间内从2200r/min连续正转减速到100r/min。
S07为主电机停止按钮，按下此按钮，输入端X37导通，主电机停止运行。
S08为后桥压紧按钮，按下此按钮，输入端X16导通，输出端Y23导通，压紧气缸动作，压紧后桥。
S15为后桥松开按钮，按下此按钮，输入端X20导通，输出端Y22导通，压紧气缸释放，松开后桥。
S16为后桥上部两个声强探头进位按钮，按下此按钮，输入端X22导通，输出端Y24导通，旋转气缸动作，声强探头进入测试位置。
S17为后桥上部两个声强探头复位按钮，按下此按钮，输入端X24导通，输出端Y25导通，旋转气缸释放，声强探头回到原来位置，便于后桥装卸。
S06为报警消音按钮，按下此按钮，输入端X36导通，输出端Y3断开，Y33导通，报警蜂鸣器F1停止，报警灯H4熄灭，变频器复位。
S24为系统自检按钮，按下此按钮，输入端X44导通，系统进行自我检查，如无故障，则输出端Y2、Y32导通，指示灯H3和H5点亮。
输入端X35与变频器异常输出端连接，当变频器出现故障时，X35导通，输出端Y3导通，报警蜂鸣器F1鸣叫，报警灯H4点亮。
输入端X17连接压紧行程开关，当后桥压紧时，行程开关闭和，X17导通，通知系统后桥已压紧。
输入端X21连接松开行程开关，当后桥松开时，行程开关闭和，X21导通，通知系统后桥已松开输入端X13连接升降台上升到位接近开关，当升降台上升到此位置时，接近开关闭合，X13导通，通知系统升降台已上升至最高位置。
输入端X14连接升降台下降到位接近开关，当升降台下降到此位置时，接近开关闭合，X14导通，通知系统升降台已下降至最低位置。
输入端X15连接升降台上限位行程开关，起保护作用，当上升到位接近开关失效时，升降台继续上升到此位置，行程开关闭合，X15导通，通知系统升降台已上升至极限位置。
输入端X45连接升降台下限位行程开关，起保护作用，当下降到位接近开关失效时，升降台继续下降到此位置，行程开关闭合，X45导通，通知系统升降台已下降至极限位置。
输入端X5连接动力滑台移动到位接近开关，当动力滑台以高速移动至此位置时，接近开关闭合，X5导通，滑台电机停止，通知系统滑台电机必须以低速运行。
输入端X6连接动力滑台前进到位接近开关，当动力滑台以低速移动至此位置时，接近开关闭合，X6导通，滑台电机停止，通知系统滑台已到达工作位置。
输入端X7连接动力滑台前限位行程开关，起保护作用，当滑台前进到位接近开关失效时，动力滑台继续移动至此位置，行程开关闭合，X7导通，滑台电机停止，通知系统滑台已前进至极限位置。
输入端X10连接动力滑台后限位行程开关，起保护作用，当滑台后退至此位置，行程开关闭合，X10导通，滑台电机停止，通知系统滑台已后退至极限位置。
输入端X23连接声强探头测试到位接近开关，当车桥上部两对声强探头到达测试位置时，此接近开关闭合，X23导通，通知系统车桥上部两对声强探头已到达测试位置。
输入端X25连接声强探头测试复位接近开关，当车桥上部两对声强探头返回原来位置时，此接近开关闭合，X25导通，通知系统车桥上部两对声强探头已返回原来位置。
输入端X1连接转速信号，经过PLC运算后，由输出端Y1输出至转速表显示转速。
权利要求
1.后桥噪声质量在线检测系统，其特征是由“T”型试验台、数据采集与处理系统，以及控制系统构成；所述“T”型试验台前部为满足声学反射要求的刚性平台(4)，刚性平台(4)上安装有两组用于调整后桥试验姿态、并由升降电机驱动的升降台(2)，被测后桥(3)支撑在升降台(2)上；试验台的后部是由滑台电机(7)驱动的动力滑台(1)，按设定速度和转向为被测后桥(3)提供驱动力的主电机(6)设置在动力滑台(1)上，主电机(6)的输出轴与被测后桥(3)的驱动轴连接；所述数据采集与处理系统中，围绕被测后桥(3)设置矢量声强探头(8)，所述各矢量声强探头(8)在被测后桥(3)的外围形成矩形包络面；在左右两侧的升降台(2)上各设置一个振动传感器(9)；来自矢量声强探头(8)的噪声信号和来自振动传感器(9)的振动信号输入至信号调理器整理放大后经信号采集器传送至用于噪声质量评定和故障诊断的工业控制计算机；所述控制系统是以所述工业控制计算机为上位机，与所述上位机构成“主从式”结构的下位机为可编程控制器(PLC)，在所述上位机与下位机之间通过串行RS232口通信；所述下位机是以上位机的控制指令和监测仪表以及手动开关信号为输入信号，输出逻辑控制信号；后桥定位装夹和矢量声强探头定位的执行机构是以所述下位机输出的逻辑控制信号为执行输入信号；所述下位机通过变频器为主电机、滑台电机和升降电机提供转速和转向控制信号。
2.根据权利要求1所述的后桥噪声质量在线检测系统，其特征是在所述数据采集与处理系统中，采用多通道信号调理器和多通道并行信号采集器。
3.根据权利要求1所述的后桥噪声质量在线检测系统，其特征是所述滑台电机(7)、主电机(6)和两台升降电机(5)的拖动电路共用一台变频器，并在所述主电机(6)、滑台电机(7)和升降电机(5)之间设置由接触器(1KM、2KM、3KM和4KM)构成的互锁电路。
全文摘要
后桥噪声质量在线检测系统，其特征是由“T”型试验台、数据采集与处理系统，以及控制系统构成；“T”型试验台前端为出于声学目的而设计刚性平台，可有效防止车桥噪声的泄漏和吸收；刚性平面上安装两个升降台可实现被测车桥的姿态调整，适应不同型号车桥的测量；后部动力滑台可方便地与被测车桥连接，并提供有效动力；整个试验台结构紧凑，操作简便。本发明控制系统设置“主从式”结构，系统工作稳定可靠，抗干扰能力强，适用于工业现场环境运行；通过采用互锁电路，由一台变频器拖动四台电机，可以节约成本，降低系统整体造价。
文档编号G01M17/007GK1908611SQ200610040939
公开日2007年2月7日 申请日期2006年8月10日 优先权日2006年8月10日
发明者李 昊, 陈剑, 吴振华, 赵旭东, 翟清泉, 邓本波 申请人:合肥工业大学