Sistema imbarcabile per il rilievo in missione della qualità vibroacustica veicolo a fine linea

Author(s):
D. Bagnasco - FIAT AUTO
G. Boreanaz - CENTRO RICERCHE FIAT
L. Celiberti - CENTRO RICERCHE FIAT
V. Falasca - CENTRO RICERCHE FIAT
A. Pozzi - WINTEK

Industry:
Automotive

Products:
Data Acquisition, LabVIEW, CAN

The Challenge:
Migliorare il processo di monitoraggio della qualità vibroacustica che riveste un ruolo sempre più determinante nella valutazione del veicolo da parte dei clienti di fine linea, con la conseguente riduzione delle dispersioni di produzione ed un impatto significativo sui costi di garanzia.

The Solution:
Abbinare alla valutazione soggettiva un sistema di rilievo strumentale che, senza appesantire la fase di testing, consenta di avere un riscontro oggettivo - quindi stabile nel tempo indipendentemente dall’operatore - sulla qualità viboracustica di fine linea. Partendo dalle conoscenze CRF di qualità percepita, è stata studiata e definita una procedura di prova oggettiva applicabile a fine linea di produzione atta a valutare la qualità vibroacustica dei veicoli prodotti giornalmente negli stabilimenti FIAT, garantendone un livello di qualità costante e controllato. L’utilizzo di un sistema hardware e software National Instruments ha permesso la realizzazione della procedura stessa e l’utilizzo dell’hardware necessario per la qualifica oggettiva da parte di personale non esperto.

L’obiettivo del progetto è quello di definire una procedura di prova oggettiva a fine linea di produzione atta a valutare la qualità vibroacustica dei veicoli prodotti giornalmente negli stabilimenti FIAT, al fine di garantirne un livello di qualità costante e controllato.

A tale scopo è stata sviluppata una metodologia per la definizione di una procedura di prova efficace e snella, in grado di discriminare i veicoli uscenti a fine linea in funzione delle loro prestazioni acustiche e vibrazionali. Contestualmente, sono stati individuati gli strumenti hardware e software necessari al raggiungimento delle prestazioni di acquisizione ed elaborazioni dati richieste.

Lo svolgimento dell’attività ha dunque percorso due fasi parallele:

1. La prima, legata all’individuazione ed allo sviluppo della procedura di prova con vettura strumentata, da svolgersi su piste interne allo stabilimento ed orientata alla ricerca dei parametri prestazionali da utilizzare per il monitoraggio nel tempo delle qualità acustiche e vibrazionali della linea di produzione.

2. La seconda, legata alla definizione di un sistema hardware e software dedicato, le cui specifiche fossero in grado di rispettare alcuni vincoli imposti dal tipo di applicazione: in particolare leggerezza, robustezza, facilità di montaggio e di applicazione, che rispondessero ai requisiti di ergonomicità e di uso massivo da parte di personale non specializzato.

La prima fase, svolta dal CRF, ha utilizzato come competenze di riferimento quelle relative all’oggettivazione della qualità percepita [1]. In particolare si sono utilizzate le metodologie relative agli Indici di Qualità basati sulla correlazione tra parametri psico-acustici e vibrazionali del veicolo, misurati su un insieme di percorsi rappresentativo della missione cliente.
Ne è risultata la definizione di un protocollo di prova (fig.1) che, a partire dalle piste disponibili all’interno dello stabilimento, ha individuato nel passaggio su pavé, su fondo liscio e su ostacolo, gli input stradali per la valutazione di rumore motore, rumore strada e vibrazioni.
Per il monitoraggio del rumore si è scelto di utilizzare un manichino binaurale (B&K, Sound Quality Head and Torso Simulator — Types 4100), poiché assommava i vantaggi legati alla facilità di montaggio in vettura con la garanzia della ripetibilità della misura (il manichino viene posto su sedile passeggero sempre nella stessa posizione). Parallelamente alla misura acustica, sono state monitorate anche le accelerazioni in guida sedile (figg.1-2) attraverso il posizionamento di un accelerometro triassiale B&K (mod.4506) con opportuna staffa studiata per proteggere l’accelerometro stesso e garantire un facile e veloce montaggio.

Il sistema studiato prevede la misura di rumore ed accelerazione veicolo ed il confronto di parametri di sintesi che, con l’obiettivo di una qualificazione a fondo linea della vettura, vengono confrontati con valori limite di accettabilità rappresentati da opportune soglie. Tali soglie sono state verificate attraverso l’applicazione della metodologia ad un insieme significativo di veicoli uscenti dalla linea di produzione (il numero dei veicoli utilizzati per validare la metodologia è stato maggiore di 100). Si è quindi confermata l’affidabilità dei parametri estratti attraverso la correlazione con giudizi soggettivi espressi sia attraverso riascolti in cuffia sia con valutazioni di collaudatori professionisti direttamente su vettura. In fig.2 è riportato lo schema della procedura completa.

La seconda fase, svolta in collaborazione con WINTEK, National Instruments Alliance Member, è consistita nella definizione e realizzazione dell’hardware e del software necessari per ingegnerizzare il processo di qualifica a fine linea, che tenesse conto dell’obiettivo di caratterizzare un elevato numero di veicoli al giorno e che l’operazione venisse svolta da parte di personale non esperto.
Questa richiesta, assieme alla specifica sul numero di canali analogici (2 microfoni e tre canali accelerometrici) e di acquisizione dati da rete CAN, alla banda passante richiesta (banda acustica: 20 kHz e frequenza di campionamento pari a 51200 S/s), ed alla velocità del processore minima atta a garantire l’elaborazione in tempo reale dei dati acquisiti, ha indotto ad individuare il sistema compatto “Kub-8“ proposto da WINTEK. Tale sistema, basato su microprocessore a basso consumo (Via C3), ben si adatta ad applicazioni imbarcabili garantendo inoltre un basso livello di rumorosità di funzionamento. Sono state installate nel sistema due schede National Instruments la prima delle quali, dedicata all’acquisizione di segnali vibroacustici ad otto canali (NI PCI-4472) ad alte prestazioni (convertitori a 24 bit delta-sigma, campionamento simultaneo, filtri antialias, alimentazione dei trasduttori di tipo Iepe) e la seconda (NI PCI CAN) dedicata all’interfacciamento con la rete CAN di vettura.
Il software per la gestione della acquisizione e dell’elaborazione dei dati è stato progettato ed implementato da Wintek su specifica CRF, utilizzando NI LabVIEW. Tale scelta è stata motivata dalla possibilità offerta da tali strumenti di gestire in modo snello la creazione di software dedicato; in particolare utilizzando i prodotti National Instruments si è garantito l’obiettivo di realizzare il sistema completo in tempi relativamente brevi, con la funzionalità di un prodotto facile da usare ed aggiornare e compatibile con sistemi già in uso presso il CRF (hardware, formato dati), oltre che facile da “interfacciare” con altri software.
Ne è risultato un prodotto dedicato che gestisce la parte di prova in pista (fig.3). In particolare, attraverso opportune interfacce, l’operatore a fine linea viene guidato durante la prova ed interagisce con il sistema attraverso un monitor “touch screen”, dando consensi o rifiuti in maniera guidata.

La procedura finale risulta composta da sei principali fasi (Riconoscimento veicolo, Riscaldamento, Passaggio su Pavé, Passaggio Ostacolo, Accelerata Veloce, Analisi Dati e Diagnosi Finale passa-non passa), che trovano corrispondenza nel software sviluppato e nelle sue interfacce. Per ciascuna fase sono stati studiati e realizzati dei criteri basati sulla elaborazione in “Real-Time” dei dati acquisiti (sia analogici che da rete CAN) finalizzati al controllo automatico della bontà di esecuzione della manovra, in modo tale da garantire una elevata ripetibilità delle prove stesse e il confronto tra i dati acquisiti sui diversi veicoli da differenti operatori.

Output finale della attività è stato la messa in produzione della procedura di valutazione della qualità uscente a fondo linea e la creazione di un database in grado di seguire il periodo di produzione del veicolo e di documentare il livello di qualità e la sua evoluzione per l’intero ciclo vita del veicolo.

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