CN110044607B - 一种变速器齿轮敲击测试设备及测试、识别方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种变速器齿轮敲击测试设备及测试、识别方法，其包括试验台架、变速器、连接工装、数据采集系统、计算机、第一、第二连接法兰、传动轴、油温传感器和N个齿轮转速传感器，变速器的壳体上开设有N个第一安装孔，N个齿轮转速传感器分别安装在N个第一安装孔内且分别与N个被测齿轮的齿宽正对，变速器的壳体底部开设有第二安装孔，油温传感器安装在第二安装孔内；本发明将引起变速器敲击的主要激励频率与敲击特征相关联，利用正弦波动扭矩产生扭振激励，通过各空套齿轮的转速变化，识别变速器发生敲击时参与敲击的具体空套齿轮，为后续变速器齿轮敲击问题的解决提供明确方向。

Description

一种变速器齿轮敲击测试设备及测试、识别方法
技术领域
本发明属于汽车NVH测试领域，具体涉及一种变速器齿轮敲击测试设备及测试、识别方法。
背景技术
变速器敲击是整车NVH性能的重要评价指标之一。随着增压技术在内燃机行业的推广应用，发动机输出扭矩波动增大，传动系统的扭振响应控制面临巨大挑战。当前传动系统的扭振控制匹配以扭转减振器匹配为主要手段，对变速器本体的敲击特性集中在对其敲击外特性的研究，即变速器对输入端角加速度的敲击响应阈值的测试与评价。
CN106441548A公开了一种变速器齿轮敲击实验及噪声声品质分析方法，其对变速器振动和噪声响应进行了测试和评价，但是其未能将变速器敲击进一步分解到具体空套齿轮，对解决变速器本体的敲击问题没有提供指导方向。
CN106980706A公开了一种变速装置齿轮敲击能量的测量方法及齿轮敲击异响的评价方法，其通过计算得到齿轮敲击能量的方式来识别是否存在敲击异响，能为汽车乘坐舒适性的前期设计和后期改造提供依据，但是在存在敲击异响时，仍然不能确定敲击是由哪些齿轮引起的。
发明内容
本发明的目的是提供一种变速器齿轮敲击测试设备及测试、识别方法，以识别变速器发生敲击时实际参与敲击的空套齿轮，为变速器齿轮敲击问题的解决提供明确方向。
本发明所述的变速器齿轮敲击测试设备，包括试验台架、变速器、连接工装、数据采集系统和计算机（即PC电脑），数据采集系统与计算机电连接，试验台架具有输入端电机和作为负载的输出端控制电机，变速器的壳体通过连接工装固定到输入端电机的壳体上；所述测试设备还包括第一连接法兰、第二连接法兰、传动轴、油温传感器和N个齿轮转速传感器，变速器输入轴通过第一连接法兰与输入端电机的输出轴相连，变速器输出轴与传动轴的一端刚性连接，传动轴的另一端通过第二连接法兰与输出端控制电机的输出轴相连；变速器的壳体上开设有N个第一安装孔，N个齿轮转速传感器分别安装在N个第一安装孔内且分别与N个被测齿轮的齿宽正对，N个齿轮转速传感器与所述数据采集系统电连接，齿轮转速传感器用于检测被测齿轮的转速，变速器的壳体底部开设有第二安装孔，所述油温传感器安装在第二安装孔内且与所述数据采集系统电连接，油温传感器用于检测变速器油温。
所述的其中1个齿轮转速传感器与变速器输入轴上的一个刚性连接齿轮的齿宽正对，另外的N-1个齿轮转速传感器分别与N-1个空套齿轮的齿宽正对。
本发明所述的变速器齿轮敲击测试、识别方法，采用上述测试设备，包括：
在变速器内加注设计容量的润滑油，封闭变速器，静置，待不存在漏油的情况下，控制变速器进行磨合预热，使变速器油温达到额定温度（相当于使变速器工作在额定油温下，其通过油温传感器检测的变速器内的油温进行判断）；
控制输入端电机以工况输入转速、工况平均输入扭矩向变速器输入轴输入动力，待输出端控制电机工作在对应的工况设定转速时（相当于变速器输出轴以工况设定转速转动时），控制输入端电机在工况平均输入扭矩的基础上增加正弦波动扭矩，N个齿轮转速传感器检测各被测齿轮的转速，并发送给数据采集系统，数据采集系统采用时间跟踪的方式，记录测试过程中各被测齿轮的转速脉冲信号；
计算机获取所述转速脉冲信号，并进行时频分析和频率切片，提取与正弦波动扭矩的波动频率对应的转速频率切片值，对所述转速频率切片值进行平滑处理，得到各空套齿轮的转速频率切片值和变速器输入轴转速频率切片值；
计算机将各空套齿轮的转速频率切片值除以变速器输入轴转速频率切片值，得到各空套齿轮的速比值Rf，将各空套齿轮的速比值Rf除以对应的各空套齿轮与变速器输入轴的理论速比值R，得到各空套齿轮的敲击评价指标IR，如果测试时间内的某个时刻，某个空套齿轮的敲击评价指标IR大于设定的指标阈值，则表示在该时刻该空套齿轮对变速器敲击有贡献（即该时刻该空套齿轮参与敲击）。
敲击评价指标IR值越大，对应的空套齿轮的敲击贡献越大，选择某个时刻对变速器敲击有贡献的多个空套齿轮中敲击评价指标IR最大的空套齿轮，将该空套齿轮（即所述敲击评价指标IR最大的空套齿轮）作为该时刻引起变速器敲击的主要贡献量，从而可以确定哪一处的空套齿轮才是引起变速器敲击的主要原因，进而可以进行快速整改。
其中，所述正弦波动扭矩的波动频率为当前工况输入转速（也是输入端电机的运行转速）对应的发动机点火阶次频率，所述正弦波动扭矩的波动幅值在测试时间内由0线性增加至当前工况平均输入扭矩的50%。
优选的，所述设定的指标阈值为1.2。
本发明中的工况设定方式为：在转速维度上进行工况划分，工况输入转速以500rmp为步长取发动机怠速至发动机额定转速的部分转速值，工况平均输入扭矩取各挡额定输入扭矩的25%、40%、60%。
优选的，控制变速器进行磨合预热的方式为：使变速器挂1挡，控制输入端电机以3000rpm为工况输入转速、以1挡额定输入扭矩的50%为工况平均输入扭矩，向变速器输入轴输入动力，使变速器油温达到额定温度。
某个工况测试完之后，在进行下一工况测试时，需通过油温传感器判断变速器油温，在变速器油温达到额定温度时，再进行下一工况测试，避免测试结果出现错误。
本发明将引起变速器敲击的主要激励频率与敲击特征相关联，利用正弦波动扭矩产生扭振激励，通过各空套齿轮的转速变化，识别变速器发生敲击时参与敲击的具体空套齿轮，为后续变速器齿轮敲击问题的解决提供了明确方向。
附图说明
图1为本发明中的变速器齿轮敲击测试设备的结构示意图。
图2为变速器敲击测试时齿轮转速传感器和油温传感器在变速器的壳体上的安装示意图。
图3为本发明中的变速器齿轮敲击测试、识别流程图。
具体实施方式
下面以某手动变速器在试验台架上进行敲击测试和识别为例进行说明。
如图1、图2所示的变速器齿轮敲击测试设备，包括试验台架、第一连接法兰2、第二连接法兰9、传动轴3、变速器4、连接工装5、数据采集系统（图中未示出）、计算机（即PC电脑，图中未示出）、油温传感器8和5个齿轮转速传感器7，试验台架具有输入端电机6和作为负载的输出端控制电机1，变速器4的壳体通过连接工装5固定到输入端电机6的壳体上，变速器输入轴10通过第一连接法兰2与输入端电机6的输出轴相连，变速器输出轴12与传动轴3的一端通过花键刚性连接，传动轴3的另一端通过第二连接法兰9与输出端控制电机1的输出轴相连；变速器4的壳体上开设有5个第一安装孔，5个齿轮转速传感器7分别安装在5个第一安装孔内且分别通过BNC线束与数据采集系统的5个采集通道电连接，其中1个齿轮转速传感器7与变速器输入轴10上的一个刚性连接齿轮13的齿宽正对，该齿轮转速传感器用于检测该刚性连接齿轮13的转速（由于该刚性连接齿轮13的转速与变速器输入轴10的转速相等，因此相当于检测变速器输入轴10的转速），另2个齿轮转速传感器7分别与变速器输入轴10上的两个空套齿轮14的齿宽正对，该2个齿轮转速传感器用于检测这两个空套齿轮的转速，剩余的2个齿轮转速传感器7分别与变速器中间轴11上的两个空套齿轮14的齿宽正对，该2个齿轮转速传感器用于检测这两个空套齿轮的转速，5个齿轮转速传感器7不会与变速器内部零部件干涉，变速器能够正常运转；变速器4的壳体底部开设有1个第二安装孔，油温传感器8安装在这个第二安装孔内且通过BNC线束与数据采集系统的另一个采集通道电连接，油温传感器8用于检测变速器油温，数据采集系统与计算机电连接，用于将采集的信号发送给计算机进行处理。
如图3所示的变速器齿轮敲击测试、识别方法，采用上述测试设备，包括：
第一步、制定试验工况表：试验工况表包含工况输入转速、工况平均输入扭矩、正弦波动扭矩、与工况输入转速对应的输出端控制电机1的工况设定转速。在转速维度上进行工况划分，工况输入转速以500rmp为步长取发动机怠速至发动机额定转速的部分转速值（比如工况输入转速的取值为700rmp、1200rmp、1700rmp、...、4200rmp、4700rmp等）；以各挡额定输入扭矩的25%、40%、60%设置工况平均输入扭矩（比如工况平均输入扭矩的取值为1挡额定输入扭矩的25%、1挡额定输入扭矩的40%、1挡额定输入扭矩的60%、2挡额定输入扭矩的25%、...、3挡额定输入扭矩的60%等），正弦波动扭矩的波动频率为工况输入转速对应的发动机点火阶次频率，正弦波动扭矩的波动幅值在测试时间内由0线性增加至当前工况平均输入扭矩的50%。
第二步、控制变速器磨合预热：在变速器内加注设计容量的润滑油，封闭变速器，静置，待不存在漏油的情况下，控制变速器4挂1挡，控制输入端电机6以3000rpm为工况输入转速、以1挡额定输入扭矩的50%为工况平均输入扭矩，向变速器输入轴10输入动力，进行变速器磨合预热，使变速器油温达到额定温度，其通过油温传感器8检测的变速器内的油温判断变速器油温是否达到额定温度（即变速器油温是否达到额定运行温度），如果变速器油温达到了额定运行温度，则可进行后续测试，如果变速器油温未达到额定运行温度，则需继续进行磨合预热，直至达到额定温度。
第三步、控制变速器按照试验工况运行，采集转速信号：按照试验工况表设置运行工况，控制输入端电机6以工况输入转速、工况平均输入扭矩向变速器输入轴10输入动力，待输出端控制电机1工作在对应的工况设定转速时（相当于变速器输出轴1以工况设定转速转动时），控制输入端电机6在工况平均输入扭矩的基础上增加正弦波动扭矩，5个齿轮转速传感器7检测各被测齿轮的转速，并发送给数据采集系统，数据采集系统采用时间跟踪的方式，记录测试过程中变速器输入轴上的刚性连接齿轮13的转速脉冲信号（对应于变速器输入轴的转速脉冲信号）和4个空套齿轮14的转速脉冲信号，并发送给计算机。
第四步、进行时频分析和频率切片：计算机获取转速脉冲信号，并进行时频分析，分析频率为正弦波动扭矩的波动频率，频率带宽取该波动频率的±1%，对时频分析结果进行频率切片，提取与正弦波动扭矩的波动频率对应的转速频率切片值，对这些转速频率切片值进行平滑处理，得到4个空套齿轮14的转速频率切片值和变速器输入轴转速频率切片值。
第五步、计算敲击评价指标IR：计算机将4个空套齿轮14的转速频率切片值分别除以变速器输入轴转速频率切片值，得到4个空套齿轮14的速比值Rf，将4个空套齿轮的速比值Rf分别除以对应的4个空套齿轮与变速器输入轴的理论速比值R，得到4个空套齿轮14的敲击评价指标IR，即IR=Rf/R。
第六步、识别空套齿轮是否参与敲击：如果测试时间内的某个时刻，某个空套齿轮的敲击评价指标IR大于1.2，则表示在该时刻该空套齿轮对变速器敲击有贡献（即该时刻该空套齿轮参与敲击），否则表示该时刻该空套齿轮未参与敲击。
敲击评价指标IR值越大，对应的空套齿轮的敲击贡献越大，选择某个时刻对变速器敲击有贡献的多个空套齿轮中敲击评价指标IR最大的空套齿轮，将敲击评价指标IR最大的空套齿轮作为该时刻引起变速器敲击的主要贡献量，从而可以确定哪一处的空套齿轮才是引起变速器敲击的主要原因，进而可以进行快速整改。
某个工况测试完之后，在进行下一工况测试时，需通过油温传感器8判断变速器油温，保证变速器油温达到额定温度时，再进行下一工况测试。

Claims (7)

1.一种变速器齿轮敲击测试、识别方法，采用的测试设备包括试验台架、变速器（4）、连接工装（5）、数据采集系统和计算机，数据采集系统与计算机电连接，试验台架具有输入端电机（6）和作为负载的输出端控制电机（1），变速器（4）的壳体通过连接工装（5）固定到输入端电机（6）的壳体上；其特征在于：还包括第一连接法兰（2）、第二连接法兰（9）、传动轴（3）、油温传感器（8）和N个齿轮转速传感器（7），变速器输入轴（10）通过第一连接法兰（2）与输入端电机（6）的输出轴相连，变速器输出轴（12）与传动轴（3）的一端刚性连接，传动轴（3）的另一端通过第二连接法兰（9）与输出端控制电机（1）的输出轴相连；变速器（4）的壳体上开设有N个第一安装孔，N个齿轮转速传感器（7）分别安装在N个第一安装孔内，N个齿轮转速传感器（7）中的1个与变速器输入轴（10）上的一个刚性连接齿轮（13）的齿宽正对，另外的N-1个齿轮转速传感器（7）分别与N-1个空套齿轮（14）的齿宽正对，N个齿轮转速传感器（7）与所述数据采集系统电连接，变速器（4）的壳体底部开设有第二安装孔，所述油温传感器（8）安装在第二安装孔内且与所述数据采集系统电连接；所述方法包括：
在变速器内加注设计容量的润滑油，封闭变速器，静置，待不存在漏油的情况下，控制变速器（4）进行磨合预热，使变速器油温达到额定温度；
控制输入端电机（6）以工况输入转速、工况平均输入扭矩向变速器输入轴（10）输入动力，待输出端控制电机（1）工作在对应的工况设定转速时，控制输入端电机（6）在工况平均输入扭矩的基础上增加正弦波动扭矩，N个齿轮转速传感器（7）检测各被测齿轮的转速，并发送给数据采集系统，数据采集系统采用时间跟踪的方式，记录测试过程中各被测齿轮的转速脉冲信号；
计算机获取所述转速脉冲信号，并进行时频分析和频率切片，提取与正弦波动扭矩的波动频率对应的转速频率切片值，对所述转速频率切片值进行平滑处理，得到各空套齿轮的转速频率切片值和变速器输入轴转速频率切片值；
计算机将各空套齿轮的转速频率切片值除以变速器输入轴转速频率切片值，得到各空套齿轮的速比值Rf，将各空套齿轮的速比值Rf除以对应的各空套齿轮与变速器输入轴的理论速比值R，得到各空套齿轮的敲击评价指标IR，如果测试时间内的某个时刻，某个空套齿轮的敲击评价指标IR大于设定的指标阈值，则表示在该时刻该空套齿轮对变速器敲击有贡献。
2.根据权利要求1所述的变速器齿轮敲击测试、识别方法，其特征在于：选择某个时刻对变速器敲击有贡献的多个空套齿轮中敲击评价指标IR最大的空套齿轮，将该空套齿轮作为该时刻引起变速器敲击的主要贡献量。
3.根据权利要求2所述的变速器齿轮敲击测试、识别方法，其特征在于：所述正弦波动扭矩的波动频率为当前工况输入转速对应的发动机点火阶次频率，所述正弦波动扭矩的波动幅值在测试时间内由0线性增加至当前工况平均输入扭矩的50%。
4.根据权利要求1或2或3所述的变速器齿轮敲击测试、识别方法，其特征在于：所述设定的指标阈值为1.2。
5.根据权利要求1或2或3所述的变速器齿轮敲击测试、识别方法，其特征在于：在转速维度上进行工况划分，工况输入转速以500rmp为步长取发动机怠速至发动机额定转速的部分转速值，工况平均输入扭矩取各挡额定输入扭矩的25%、40%、60%。
6.根据权利要求1或2或3所述的变速器齿轮敲击测试、识别方法，其特征在于：控制变速器（4）进行磨合预热的方式为：使变速器（4）挂1挡，控制输入端电机（6）以3000rpm为工况输入转速、以1挡额定输入扭矩的50%为工况平均输入扭矩，向变速器输入轴（10）输入动力。
7.根据权利要求1或2或3所述的变速器齿轮敲击测试、识别方法，其特征在于：在进行下一工况测试时，需控制变速器油温达到额定温度。
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