CN107436236B - 车辆变速箱的噪声检测方法及检测系统 - Google Patents

车辆变速箱的噪声检测方法及检测系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种车辆变速箱的噪声检测方法及检测系统，其中，方法包括以下步骤：检测变速箱的振动加速度、输入转速与负载转矩；根据振动加速度、输入转速与负载转矩得到变速箱的振动噪声阶次与振动噪声频率范围；获取每个齿轮副的特征阶次与啮合频率范围；通过模态分析得到变速箱的固有频率；根据振动噪声阶次与每个齿轮副的特征阶次比对得到噪声源；根据振动噪声频率范围、固有频率与啮合频率范围得到噪声源与变速箱壳体的共振点。该检测方法不但可以检测出噪声源，而且可以检测出共振点，从而准确识别出振动噪声的根源，提高检测的精确性，有效地提高车辆的舒适性和可靠性。

Description

车辆变速箱的噪声检测方法及检测系统
技术领域
本发明涉及汽车技术领域，特别涉及一种车辆变速箱的噪声检测方法及检测系统。
背景技术
汽车的变速箱为车辆的动力传递部件，其主要作用为在减小转速的同时增大输出扭矩，以使车辆具有良好的动力性。但是，当汽车运转时，变速箱内部构件会不断产生振动冲击，从而很容易辐射噪声。
相关技术中，对于主机厂来说，往往通过整车NVH(Noise、Vibration、Harshness，噪声、振动与声振粗糙度)主观评价来判断振动噪声产生于哪个零部件，然后根据主观评价结果进行NVH试验以进行确认。然而，由于车辆结构复杂，零部件非常多，仅因为变速箱处的振动比较明显就断定其是产生振动噪声的根源并不准确，并且NVH试验只能表明振动噪声的产生位置，并没有准确识别出振动噪声的产生根源。因此，相关技术中的检测方法，检测准确性较低，有待改进。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种车辆变速箱的噪声检测方法，该方法可以准确识别出振动噪声的根源，提高检测的精确性。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种车辆变速箱的噪声检测方法，包括以下步骤：检测变速箱的振动加速度、输入转速与负载转矩；根据所述变速箱的振动加速度、输入转速与负载转矩得到变速箱的振动噪声阶次与振动噪声频率范围；获取所述变速箱中每个齿轮副的特征阶次与啮合频率范围；通过对所述变速箱壳体进行模态分析得到所述变速箱的固有频率；根据所述振动噪声阶次与每个齿轮副的特征阶次比对得到噪声源；根据所述振动噪声频率范围、所述固有频率与所述啮合频率范围得到所述噪声源与所述变速箱壳体的共振点。
进一步地，所述获取所述变速箱中每个齿轮副的特征阶次与啮合频率范围进一步包括：根据各啮合齿轮的齿数关系得到对应的特征阶次；根据输入转速范围得到所述啮合频率范围。
进一步地，如果齿轮处于定轴系，则啮合频率与特征阶次的计算公式分别为：
f＝nZ/60，ord＝Z；
其中，n为输入轴转速，Z为输入轴上的齿轮齿数，f为啮合频率，ord为特征阶次。
进一步地，如果齿轮处于行星齿轮系，则啮合频率与特征阶次的计算公式分别为：
f＝Z(n1±n2)/60，ord＝Z(n1±n2)/n1，
其中，Z为输入轴齿轮齿数，n1为输入轴的转速，n2为转臂的回转速度，f为啮合频率，ord为特征阶次。
可选地，通过设置于所述变速箱上的多个三向加速度传感器得到所述变速箱的振动加速度、输入转速与负载转矩。
相对于现有技术，本发明所述的车辆变速箱的噪声检测方法具有以下优势：
本发明所述的车辆变速箱的噪声检测方法，通过振动噪声阶次与每个齿轮副的特征阶次比对得到噪声源，并且通过振动噪声频率范围、固有频率与啮合频率范围得到共振点，不但可以检测出噪声源，而且可以检测出共振点，从而准确识别出振动噪声的根源，提高检测的精确性，有效地提高车辆的舒适性和可靠性。
本发明的另一个目的在于提出一种车辆变速箱的噪声检测系统，该系统可以准确识别出振动噪声的根源，提高检测的精确性。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种车辆变速箱的噪声检测系统，包括：检测模块，用于检测变速箱的振动加速度、输入转速与负载转矩；第一获取模块，用于根据所述变速箱的振动加速度、输入转速与负载转矩得到变速箱的振动噪声阶次与振动噪声频率范围；第二获取模块，用于获取所述变速箱中每个齿轮副的特征阶次与啮合频率范围；分析模块，用于通过对所述变速箱壳体进行模态分析得到所述变速箱的固有频率；对比模块，用于根据所述振动噪声阶次与每个齿轮副的特征阶次比对得到噪声源；计算模块，用于根据所述振动噪声频率范围、所述固有频率与所述啮合频率范围得到所述噪声源与所述变速箱壳体的共振点。
进一步地，所述第一获取模块包括：特征阶次获取单元，用于根据各啮合齿轮的齿数关系得到对应的特征阶次；啮合频率获取单元，用于根据输入转速范围得到所述啮合频率范围。
进一步地，当齿轮处于定轴系时，啮合频率与特征阶次的计算公式分别为：
f＝nZ/60，ord＝Z；
其中，n为输入轴转速，Z为输入轴上的齿轮齿数，f为啮合频率，ord为特征阶次。
进一步地，当齿轮处于行星齿轮系时，啮合频率与特征阶次的计算公式分别为：
f＝Z(n1±n2)/60，ord＝Z(n1±n2)/n1，
其中，Z为输入轴齿轮齿数，n1为输入轴的转速，n2为转臂的回转速度，f为啮合频率，ord为特征阶次。
可选地，所述检测模块通过设置于所述变速箱上的多个三向加速度传感器得到所述变速箱的振动加速度、输入转速与负载转矩。
所述的车辆变速箱的噪声检测系统与上述的车辆变速箱的噪声检测方法相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的车辆变速箱的噪声检测方法的流程图；
图2为本发明实施例所述的变速箱内部的传动结构示意图；
图3为本发明实施例所述的车辆变速箱的噪声检测系统的结构框图；以及
图4为本发明实施例所述的第一获取模块的结构框图。
附图标记说明：
10-车辆变速箱的噪声检测系统；100-检测模块、200-第一获取模块、300-第二获取模块、400-分析模块、500-对比模块、600-计算模块；201-特征阶次获取单元和202-啮合频率获取单元。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
图1是本发明实施例的车辆变速箱的噪声检测方法的流程图。
如图1所示，根据本发明一个实施例的车辆变速箱的噪声检测方法，包括以下步骤：
在步骤S101中，检测变速箱的振动加速度、输入转速与负载转矩。
可选地，在本发明的一个实施例中，通过设置于变速箱上的多个三向加速度传感器得到变速箱的振动加速度、输入转速与负载转矩。需要说明的是，三向加速度传感器的设置方式和个数可以根据实际情况进行设置，在此不作具体限制。
在步骤S102中，根据变速箱的振动加速度、输入转速与负载转矩得到变速箱的振动噪声阶次与振动噪声频率范围。
举例而言，如图2所示，以具有两挡变速箱的车辆(速比为一挡15.7、二挡5.36)为例，变速箱外形及内部传动结构如图所示，其包含一个行星齿轮机构及两对齿轮副，其中，行星齿轮机构仅在一挡时工作，一挡时，速比2.93与速比5.36相乘即得到一挡速比15.7。
具体地，在半消声室内，首先可以将车辆固定在四驱转鼓试验台上，并且在变速箱壳体表面布置三向加速度传感器。采集方式有很多种，例如使用LMS数据采集系统和CANCASE等软、硬件采集信号数据。进一步地，本发明实施例可以测试变速箱处于一挡空载、一挡负载(40N.m)、二挡空载、二挡负载(40N.m)四种工况下，变速箱壳体表面的振动加速度、输入转速、负载转矩等信号，进而在测量结束之后，对测量数据进行处理分析，从而得出振动噪声的阶次、频率及转速范围，并且得到振动噪声频率范围。
也就是说，在本发明的实施例中，首先进行NVH实验，NVH实验的使用设备、测点布置及测试工况根据实际情况均可以有所不同，在此不作具体限制。
在步骤S103中，获取变速箱中每个齿轮副的特征阶次与啮合频率范围。
其中，在本发明的一个实施例中，获取变速箱中每个齿轮副的特征阶次与啮合频率范围进一步包括：根据各啮合齿轮的齿数关系得到对应的特征阶次；根据输入转速范围得到啮合频率范围。
进一步地，如果齿轮处于定轴系，则啮合频率与特征阶次的计算公式分别为：
f＝nZ/60，ord＝Z；
其中，n为输入轴转速，Z为输入轴上的齿轮齿数，f为啮合频率，ord为特征阶次。
进一步地，如果齿轮处于行星齿轮系，则啮合频率与特征阶次的计算公式分别为：
f＝Z(n1±n2)/60，ord＝Z(n1±n2)/n1，
其中，Z为输入轴齿轮齿数，n1为输入轴的转速，n2为转臂的回转速度，f为啮合频率，ord为特征阶次。
也就是说，在本发明的实施例中，由阶次跟踪定理，一般可以设定输入轴的转动频率为1阶，通过计算各啮合齿轮的齿数关系可得对应的特征阶次ord，同时，根据输入转速范围可以计算出各齿轮副的啮合频率范围f，如图2所示，具体如下：对于定轴系，齿轮啮合频率为f＝nZ/60，ord＝Z，式中：n为输入轴转速，Z为输入轴上的齿轮齿数；对于行星齿轮系，齿轮啮合频率为f＝Z(n1±n2)/60，ord＝Z(n1±n2)/n1。式中：Z为输入轴齿轮齿数，n1为输入轴的转速，n2为转臂的回转速度，方向相反时，取正号。
在步骤S104中，通过对变速箱壳体进行模态分析得到变速箱的固有频率。
例如，使用Ansys Workbench软件对变速箱壳体进行约束模态的仿真分析，进而可以提取其前20阶的模态特性(包括频率和振型)，从而可以得到变速箱的固有频率。
在本发明的实施例中，模态分析可以使用多种软件进行仿真或者直接做模态试验，在此不作具体限制。
在步骤S105中，根据振动噪声阶次与每个齿轮副的特征阶次比对得到噪声源。
可以理解的是，对上述NVH试验得出的振动噪声阶次和计算得出的各齿轮副的特征阶次进行对比分析，从而可以判断出变速箱的振动噪声具体是由哪个齿轮副产生的，进而检测出噪声源。
在步骤S106中，根据振动噪声频率范围、固有频率与啮合频率范围得到噪声源与变速箱壳体的共振点。
进一步地，对NVH试验得出的振动噪声频率范围和变速箱壳体的模态分析结果即固有频率进行对比分析，并结合计算得出的各齿轮副啮合频率范围，从而可以判断出变速箱产生振动噪声的具体的齿轮副与壳体的共振点，即噪声源与变速箱壳体的共振点。
与相关技术中的检测方法相比，变速箱振动噪声有两个根源：齿轮副的啮合冲击、齿轮副与壳体的共振，进而本发明实施例可以明确变速箱振动噪声的产生根源，为下一步制定整改措施提供必要条件，有效地提高车辆的舒适性和可靠性。
本发明所述的车辆变速箱的噪声检测方法，通过振动噪声阶次与每个齿轮副的特征阶次比对得到噪声源，并且通过振动噪声频率范围、固有频率与啮合频率范围得到共振点，不但可以检测出噪声源，而且可以检测出共振点，从而准确识别出振动噪声的根源，提高检测的精确性，有效地提高车辆的舒适性和可靠性，简单便捷。
进一步地，如图3所示，本发明的实施例公开了一种车辆变速箱的噪声检测系统10，其包括：检测模块100、第一获取模块200、第二获取模块300、分析模块400、对比模块500与计算模块600。
具体而言，如图3所示，检测模块100用于检测变速箱的振动加速度、输入转速与负载转矩。第一获取模块200用于根据变速箱的振动加速度、输入转速与负载转矩得到变速箱的振动噪声阶次与振动噪声频率范围。第二获取模块300用于获取变速箱中每个齿轮副的特征阶次与啮合频率范围。分析模块400用于通过对变速箱壳体进行模态分析得到变速箱的固有频率。对比模块500用于根据振动噪声阶次与每个齿轮副的特征阶次比对得到噪声源。计算模块600用于根据振动噪声频率范围、固有频率与啮合频率范围得到噪声源与变速箱壳体的共振点。本发明实施例的检测系统10不但可以检测出噪声源，而且可以检测出共振点，从而准确识别出振动噪声的根源，提高检测的精确性，有效地提高车辆的舒适性和可靠性，简单易实现。
进一步地，如图4所示，第一获取模块200包括：特征阶次获取单元201和啮合频率获取单元202。其中，特征阶次获取单元201用于根据各啮合齿轮的齿数关系得到对应的特征阶次，啮合频率获取单元202用于根据输入转速范围得到啮合频率范围。
进一步地，当齿轮处于定轴系时，啮合频率与特征阶次的计算公式分别为：
f＝nZ/60，ord＝Z；
其中，n为输入轴转速，Z为输入轴上的齿轮齿数，f为啮合频率，ord为特征阶次。
进一步地，当齿轮处于行星齿轮系时，啮合频率与特征阶次的计算公式分别为：
f＝Z(n1±n2)/60，ord＝Z(n1±n2)/n1，
其中，Z为输入轴齿轮齿数，n1为输入轴的转速，n2为转臂的回转速度，f为啮合频率，ord为特征阶次。
可选地，检测模块100可以通过设置于变速箱上的多个三向加速度传感器得到变速箱的振动加速度、输入转速与负载转矩，提高检测的准确性。
需要说明的是，本发明实施例的车辆变速箱的噪声检测系统的具体实现方式与车辆变速箱的噪声检测方法的具体实现方式类似，为了减少冗余，此处不做赘述。
本发明所述的车辆变速箱的噪声检测系统，通过振动噪声阶次与每个齿轮副的特征阶次比对得到噪声源，并且通过振动噪声频率范围、固有频率与啮合频率范围得到共振点，不但可以检测出噪声源，而且可以检测出共振点，从而准确识别出振动噪声的根源，提高检测的精确性，有效地提高车辆的舒适性和可靠性，简单易实现。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种车辆变速箱的噪声检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
检测变速箱的振动加速度、输入转速与负载转矩；
根据所述变速箱的振动加速度、输入转速与负载转矩得到变速箱的振动噪声阶次与振动噪声频率范围；
获取所述变速箱中每个齿轮副的特征阶次与啮合频率范围，其中，所述获取所述变速箱中每个齿轮副的特征阶次与啮合频率范围进一步包括：根据各啮合齿轮的齿数关系得到对应的特征阶次；根据输入转速范围得到所述啮合频率范围；
通过对所述变速箱壳体进行模态分析得到所述变速箱的固有频率；
根据所述振动噪声阶次与每个齿轮副的特征阶次比对得到噪声源；以及
根据所述振动噪声频率范围、所述固有频率与所述啮合频率范围得到所述噪声源与所述变速箱壳体的共振点。
2.根据权利要求1所述的车辆变速箱的噪声检测方法，其特征在于，如果齿轮处于定轴系，则啮合频率与特征阶次的计算公式分别为：
f＝nZ/60，ord＝Z；
其中，n为输入轴转速，Z为输入轴上的齿轮齿数，f为啮合频率，ord为特征阶次。
3.根据权利要求1所述的车辆变速箱的噪声检测方法，其特征在于，如果齿轮处于行星齿轮系，则啮合频率与特征阶次的计算公式分别为：
f＝Z(n1±n2)/60，ord＝Z(n1±n2)/n1，
其中，Z为输入轴齿轮齿数，n1为输入轴的转速，n2为转臂的回转速度，f为啮合频率，ord为特征阶次。
4.根据权利要求1所述的车辆变速箱的噪声检测方法，其特征在于，通过设置于所述变速箱上的多个三向加速度传感器得到所述变速箱的振动加速度。
5.一种车辆变速箱的噪声检测系统，其特征在于，包括：
检测模块，用于检测变速箱的振动加速度、输入转速与负载转矩；
第一获取模块，用于根据所述变速箱的振动加速度、输入转速与负载转矩得到变速箱的振动噪声阶次与振动噪声频率范围，其中，所述第一获取模块包括：特征阶次获取单元，用于根据各啮合齿轮的齿数关系得到对应的特征阶次；啮合频率获取单元，用于根据输入转速范围得到所述啮合频率范围；
第二获取模块，用于获取所述变速箱中每个齿轮副的特征阶次与啮合频率范围；
分析模块，用于通过对所述变速箱壳体进行模态分析得到所述变速箱的固有频率；
对比模块，用于根据所述振动噪声阶次与每个齿轮副的特征阶次比对得到噪声源；以及
计算模块，用于根据所述振动噪声频率范围、所述固有频率与所述啮合频率范围得到所述噪声源与所述变速箱壳体的共振点。
6.根据权利要求5所述的车辆变速箱的噪声检测系统，其特征在于，当齿轮处于定轴系时，啮合频率与特征阶次的计算公式分别为：
f＝nZ/60，ord＝Z；
其中，n为输入轴转速，Z为输入轴上的齿轮齿数，f为啮合频率，ord为特征阶次。
7.根据权利要求5所述的车辆变速箱的噪声检测系统，其特征在于，当齿轮处于行星齿轮系时，啮合频率与特征阶次的计算公式分别为：
f＝Z(n1±n2)/60，ord＝Z(n1±n2)/n1，
其中，Z为输入轴齿轮齿数，n1为输入轴的转速，n2为转臂的回转速度，f为啮合频率，ord为特征阶次。
8.根据权利要求5所述的车辆变速箱的噪声检测系统，其特征在于，所述检测模块通过设置于所述变速箱上的多个三向加速度传感器得到所述变速箱的振动加速度。
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