СТЕНД ДЛЯ АКУСТИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО УСИЛИТЕЛЯ РУЛЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
ACOUSTIC TEST RIG FOR ELECTRICAL AND MECHANICAL POWER ASSIST SYSTEM FOR VEHICLE

Изобретение относится к контрольно-диагностическому оборудованию - устройствам для измерений и испытаний, в частности к испытательным стендам, применяемым при проведении виброакустических стендовых испытаний электромеханического усилителя рулевого управления транспортного средства (далее ЭУРУТС) в условиях акустической безэховой камеры.
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.
ЭУРУТС относится к компонентам транспортного средства, содержащим в своей конструкции приводной электродвигатель, который является характерным, ярко выделяющимся источником шумов и вибраций в кабине или пассажирском салоне транспортного средства. Экспериментальные исследования компонентов указанного типа имеют ряд особенностей. В тех случаях, когда исследования и доводка проводятся с использованием приемников сигналов динамических откликов исследуемых объектов с помощью измерительных микрофонов, с учетом слабого шумового сигнала, излучаемого непосредственно объектом испытаний, в частности низких уровней шума малогабаритного электродвигателя, возникает, в первую очередь, необходимость обеспечения низкого шумового фона в помещении, где проводятся такие измерения.
Для лучшей воспроизводимости результатов испытаний, обеспечения стабильных нагрузочных режимов исследуемых объектов, качественного проведения акустических измерений без экранирующего воздействия корпусных элементов вспомогательного стендового оборудования и дополнительного паразитного шумового излучения других шумоизлучаемых узлов и агрегатов транспортного средства необходимо свести к минимуму искажение свободного акустического поля, формируемого техническими устройствами, не входящими в состав исследуемых объектов, и другими посторонними факторами.
Для обеспечения необходимых условий испытаний при определении акустических характеристик ЭУРУТС предпочтительно использовать специальные акустические безэховые камеры. Безэховая (полностью заглушенная) испытательная камера представляет собой автономное помещение, установленное на отдельном, виброизолированном от основного здания фундаменте. В безэховой камере размещаются специальные приводные акустические стенды и вспомогательные установки для исследований и экспериментальных оценок, улучшения шумовых характеристик малогабаритных механизмов и систем, содержащих приводной электродвигатель. Для приближения акустических свойств камеры к свободному звуковому полю выполняется направленное согласование акустических импедансов (сопротивлений) воздушной среды в свободном пространстве камеры и в пористой структуре звукопоглощающего материала, футерующего звукоотражающие поверхности стен, потолка, пола камеры. Именно поэтому конструкция звукопоглощающей облицовки стен (пола, потолка) камеры выполняется пористой и имеет структурную плотность (пористость), плавно изменяющуюся по глубине покрытия в направлении распространения звуковых волн к жесткой звукоотражающей поверхности стен (пола, потолка). Причем наибольшая плотность пористой звукопоглощающей облицовки реализуется непосредственно у стенок камеры, а наименьшая - на внешнем (приемном) поверхностном слое звукопоглощающей футеровки стен и потолка помещения испытательной камеры. Необходимые условия такого слабоотражающего волнового согласования сред распространения и поглощения звука в зонах стен и потолка достигаются, в частности, применением различных объемных поглотителей звука клиновой формы (клинья, кулисы). Основными материалами, из которых изготавливаются звукопоглощающие поглотители, являются открытоячеистый пенополиуретан, стекловолокно, супертонкое базальтовое волокно, винипор с огнестойкой пропиткой.
Из уровня техники известен стенд для испытаний электромеханического усилителя руля транспортного средства, представленный в свидетельстве на полезную модель РФ №32265, МПК7 G01D 21/00, опубл. 10.04.2003 г., принятый за прототип. Стенд содержит стол для установки испытуемого изделия, связанного через узлы стыковки с устройством нагружения, соединенным со столом своей подвижной частью и снабженным валом с установленным в его опорах барабаном, на оси которого закреплен ролик с закрепленным на нем канатом, при этом нижняя часть стола снабжена подвеской с регулируемым грузом, соединенным через кронштейн с роликом и канатом. На ложемент стола устанавливается исследуемый ЭУРУТС и с помощью зажима соединяется с валом устройства нагружения. На электродвигатель привода ЭУРУТС через командоаппарат подается напряжение. Выходной вал ЭУРУТС начинает вращаться и передает вращение на вал с закрепленным на нем барабаном, который через ролик с закрепленным на нем канатом способствует наматыванию каната на поверхность барабана, поднимая или опуская груз. Величина груза создает необходимый момент сопротивления на выходном валу ЭУРУТС. Существенным недостатком известного стенда для испытаний ЭУРУТС является наличие в пространстве испытательной камеры массивного стола с большой площадью жесткой звукоотражающей поверхности, расположенной в непосредственной близости от излучающего звук испытуемого объекта и расположенных вокруг него измерительных микрофонов. Звуковые волны, излучаемые исследуемым механизмом, отражаются от звукоотражающей поверхности стола, тем самым искажая условия свободного звукового поля в рабочем пространстве камеры и снижая точность и качество оценочных результатов измерений акустических характеристик ЭУРУТС. Кроме этого, сами опорные несущие стойки монтажного стола подвержены вибрационному возбуждению, что приводит к переизлучению ими «паразитного» корпусного шума, искажающего результаты измерений реальных сигналов, генерируемых непосредственно объектом исследований. Конструкция известного стенда позволяет проводить испытания ЭУРУТС лишь как автономного изделия, без сопрягаемых элементов, используемых в конструкции транспортного средства (в частности, легкового автомобиля), что является значительным недостатком с точки зрения выполнения исследовательских и доводочных виброакустических работ. В этой связи необходимо отметить важность проведения исследования ЭУРУТС совместно с штатными крепежными, монтажными элементами и элементами управления, непосредственно используемыми в автомобиле (например, с поперечиной и кронштейнами панели приборов, а также рулевым колесом). Исследования ЭУРУТС в виде комплексной динамической системы, включающей всю совокупность элементов, предусмотренных конструкцией готового изделия, повышает качество экспериментальных, виброакустических испытаний. В современных легковых автомобилях в составе ЭУРУТС, как правило, применяется электронный блок управления, который приводит в действие электродвигатель ЭУРУТС только при подаче тахометрического сигнала от датчика оборотов двигателя внутреннего сгорания автомобиля. В известном стенде для испытаний ЭУРУТС отсутствует устройство имитации такого сигнала, что не позволяет включать электродвигатель, используя непосредственно разъемы блока управления. Также отсутствует контроль скорости вращения входного вала ЭУРУТС. Таким образом, конструкция стенда не дает возможности регистрировать уровни шумового излучения ЭУРУТС в зависимости от скорости вращения рулевого колеса.
Задачей предлагаемого технического решения является улучшение виброакустических свойств стенда для акустических испытаний ЭУРУТС, проводимых в условиях акустической безэховой камеры, и расширение арсенала его функциональных возможностей.
Указанная задача в условиях акустической безэховой камеры решается с использованием стенда для акустических испытаний ЭУРУТС, содержащего объемный несущий каркас на котором установлен испытываемый ЭУРУТС, взаимодействующий с устройством нагружения, измерительные микрофоны, регистрирующую и анализирующую аппаратуру, источник питания постоянного тока электродвигателя ЭУРУТС. Испытываемый ЭУРУТС установлен на поперечине панели приборов, имеющей электронный имитатор тахометрического сигнала (далее ЭИТС) и пульт управления, смонтированной посредством кронштейнов на объемном несущем каркасе. ЭУРУТС содержит с одной стороны входной вал с рулевым колесом, на котором закреплен датчик скорости, состоящий из инерционной массы с плечом, шестерни редуктора, информационного диска и оптического датчика, а с другой стороны выходной вал, соединенный с валом устройства нагружения. При этом ЭИТС выполнен в виде электронного генератора прямоугольных импульсов с возможностью изменения частоты посредством переменного резистора. Измерительные микрофоны располагаются в непосредственной близости от корпуса исследуемого ЭУРУТС, а регистрирующая и анализирующая аппаратуры с источником питания постоянного тока электродвигателя выполнены установленными снаружи акустической безэховой камеры.
Изобретение поясняется следующими чертежами.
На фиг. 1 представлена безэховая акустическая камера с установленным в ней заявляемым в качестве изобретения стендом для акустических испытаний ЭУРУТС.
На фиг. 2 представлен вид спереди на стенд для акустических испытаний ЭУРУТС.
На фиг. 3 представлен вид сбоку на стенд для акустических испытаний ЭУРУТС.
На фиг. 4 показана конструкция датчика скорости вращения рулевого колеса.
На фиг. 5 показана электрическая схема датчика скорости вращения рулевого колеса.
На фиг. 6 показан возможный вариант электрической схемы ЭИТС.
Позициями на чертежах обозначены:
1 - внешняя бетонная оболочка безэховой камеры;
2 - внутренняя бетонная оболочка безэховой камеры;
3 - звукопоглощающая облицовка кулисного типа;
4 - звукопрозрачный пол;
5 - объемный несущий каркас стенда;
6 - электромеханический усилитель рулевого управления транспортного средства (ЭУРУТС);
7 - вертикальные стойки;
8 - поперечные балки;
9 - поперечина панели приборов;
10 - электронный имитатор тахометрического сигнала (ЭИТС);
11 - пульт управления;
12 - стойка устройства нагружения;
13 - устройство нагружения;
14 - вал устройства нагружения;
15 - выходной вал ЭУРУТС;
16 - нижний ролик;
17 - трос;
18 - верхний ролик;
19 - груз;
20 - блок управления ЭИТС;
21 - источник питания постоянного тока;
22 - пультовое помещение;
23 - электродвигатель ЭУРУТС;
24 - входной вал ЭУРУТС;
25 - рулевое колесо;
26 - датчик скорости вращения;
27 - корпус датчика скорости;
28 - инерционная масса;
29 - плечо;
30 - шестерни редуктора;
31 - информационный диск;
32 - оптический датчик;
33 - электронная плата;
34 - оптоэлектронный датчик;
35 - измерительные микрофоны;
36 - регистрирующая и анализирующая аппаратура;
37 - устройство регулирования напряжения питания;
38 - микрофонный кабель;
39 - кабель питания.
Работает предлагаемый стенд следующим образом.
Безэховая (полностью заглушенная) испытательная камера представляет собой автономное помещение, установленное на отдельном, виброизолированном от основного здания фундаменте, и содержит внешнюю 1 и внутреннюю 2 бетонные оболочки, внутреннюю звукопоглощающую облицовку кулисного типа 3, звукопрозрачный пол 4.
Объемный несущий каркас 5 стенда для акустических испытаний ЭУРУТС 6, установленный в безэховой камере, выполнен в виде вертикальных стоек 7, жестко замкнутых между собой поперечными балками 8. Вертикальные стойки 7 и поперечные балки 8 выполнены из металлического замкнутого, с пустотелым сечением, трубчатого профиля, полость которого заполнена кварцевым песком для обеспечения требуемого высокого шумовибродемпфирующего эффекта в структуре стоек. Внешние поверхности стенок стоек и балок несущего каркаса футерованы звукопоглощающими панелями (не показаны).
На объемном несущем каркасе 5 стенда смонтирована штатная поперечина панели приборов 9, в частности, легкового автомобиля, в конструкции которого используется испытываемый ЭУРУТС 6. Поперечина панели приборов 9 содержит ЭИТС 10 и пульт управления 11. К вертикальным стойкам 7 объемного несущего каркаса 5 жестко смонтированы стойки 12 устройства нагружения. Устройство нагружения 13 содержит вал устройства нагружения 14, стыкуемый посредством карданного соединения с выходным валом 15 испытываемого ЭУРУТС 6. Консольный участок вала устройства нагружения 14 имеет нижний ролик 16 с накрученным на него тросом 17, противоположный конец которого через верхний ролик 18 соединен с регулируемым грузом 19. Подбором веса груза 19 регулируется момент сопротивления на выходном валу 15 ЭУРУТС 6. На блок управления 20 ЭИТС подается питание от источника питания постоянного тока 21, находящегося в пультовом помещении 22, а также имитационный тахометрический сигнал от ЭИТС 10, необходимый для включения электродвигателя 23 ЭУРУТС 6/14. На входном валу 24 ЭУРУТС 6 смонтировано рулевое колесо 25 с закрепленным на нем датчиком скорости вращения 26 рулевого колеса 25. Датчик скорости вращения 26 рулевого колеса 25 состоит из корпуса 27, в котором размещены следующие компоненты: инерционная масса 28, плечо 29, шестерни редуктора 30, информационный диск 31, оптический датчик 32, электронная плата 33. Электрическая схема оптического датчика 32 представлена на фиг. 5. В частном случае исполнения схема включает оптоэлектронный датчик 34, например, типа OPB666N и цепи питания из резисторов R1, R2. Работает датчик скорости вращения 26 следующим образом. При вращении рулевого колеса 25 вместе с ним вращается корпус датчика скорости 27. При этом под воздействием инерционной массы 28 плечо 29 всегда остается в одном положении, что приводит к вращению шестерен редуктора 30 и информационного диска 31. Скорость вращения информационного диска 31 в несколько раз превышает скорость вращения рулевого колеса 25, что необходимо для обеспечения высокой точности измерения. Информационный диск 31 представляет собой непрозрачный шкив с отверстиями, расположенными по внешнему краю шкива. При прохождении края диска с отверстием через окно оптического датчика 32 последний вырабатывает сигнал в виде прямоугольных импульсов амплитудой 5 вольт, частота следования которых F прямо пропорциональна скорости вращения рулевого колеса и равна
F=hnr,
-1
где h - скорость вращения рулевого колеса, с;
n - число отверстий информационного диска;
r - передаточное число редуктора.
ЭИТС 10 представляет собой электронный генератор прямоугольных импульсов амплитудой 5 вольт, частоту которых можно менять с помощью переменного резистора RV1 в пределах 20-500 Гц (600-15000 об/мин). Управление подачей питания и тахометрического сигнала на блок управления ЭУРУТС 6 осуществляется с помощью пульта управления 11.
Измерительные микрофоны 35 (см. фиг. 1) располагаются в непосредственной близости вокруг излучающего звук ЭУРУТС 6.
Регистрирующая и анализирующая аппаратура 36, а также источник питания постоянного тока 21 с устройством регулирования напряжения питания 37, выполненные установленными за пределами акустической безэховой камеры с помощью микрофонного кабеля 38 и кабеля питания 39, располагаются в отдельном пультовом помещении 22.
Применение заявляемого стенда при проведении акустических испытаний ЭУРУТС в условиях акустической безэховой камеры позволяет обеспечить стабильные нагрузочные режимы исследуемых объектов, качественное проведение акустических измерений за счет исключения влияний паразитного шумового излучения, формируемого техническими устройствами, не входящими в состав исследуемых объектов, и других посторонних факторов.