传动总成的下线NVH测试系统及方法
技术领域
本发明涉及汽车传动系统测试领域,尤其涉及传动总成的下线NVH测试系统及方法。
背景技术
传动总成是新能源商用车的传动系中一个重要的部件,其承担着动力的传递和改变汽车传动系速比的工作。在传动总成的工作过程中,任何一个传动总成的异常都会导致传动总成工作异常,从而导致传动总成噪声或早期失效。近年来随着人们对汽车驾驶感受要求的提高,汽车的NVH(Noise、Vibration、Harshness,噪声、振动、声振粗糙度)问题越来越多的引起工程师的关注,而传动总成的NVH问题也是汽车整车NVH问题的重要部分。对于传动总成生产企业来说,传动总成的台架检测主要依靠操作人员对变速器在台架检测的噪声进行主观判断,难以量化评价变速器运转状态,易造成错判和误判。同时,由于没有客观振动测试设备,也为今后的故障诊断带来了很大的困难,因此亟需要设计出传动总成的下线NVH测试系统及方法来对汽车的传动总成进行客观的NVH评价。
发明内容
本发明提供了传动总成的下线NVH测试系统及方法,用于解决现有的传动总成的台架检测主要依靠操作人员对变速器在台架检测的噪声进行主观判断,难以量化评价变速器运转状态,易造成错判和误判的技术问题。
为解决上述技术问题,本发明提出的技术方案为:
一种传动总成的下线NVH测试系统,包括上位机、测试模块、数据采集模块;所述上位机分别与所述测试模块、数据采集模块连接;
所述测试模块用于与所述待测传动总成连接,并根据所述上位机的测试控制指令提供供待测传动总成测试所需的工作转速和工作扭矩;所述数据采集模块用于根据所述上位机的采集指令实时采集所述待测传动总成工作时的振动加速度信号和转速信号,并将所述振动加速度信号和转速信号发送给所述上位机;所述数据采集模块还用于根据上位机的采集指令实时采集待测传动总成测试时的声压信号,并将所述声压信号发送给所述上位机;所述上位机用于接收并对所述振动加速度信号、转速信号以及声压信号进行分析,并根据分析的结果判断所述被测传动总成是否合格。
优选的,所述上位机包括分析模块以及判断模块,所述分析模块分别与所述数据采集模块以及判断模块连接,所述分析模块用于通过阶次追踪算法对所述振动加速度信号、转速信号以及声压信号进行阶层分析,得到并将所述待测传动总成的总振动-各阶次振动值以及总噪声–各阶次噪声值发送给判断模块;
所述判断模块用于将所述待测传动总成的总振动-各阶次振动值以及总噪声–各阶次噪声值分别与其对应的评价阈值进行比较,并根据比较结果判断所述被测传动总成是否合格,当比较出总振动-各阶次振动值以及总噪声–各阶次噪声值均未超出其所对应的、且预设的评价阈值,则判定被测传动总成合格,否则,则判断被测传动总成不合格,并返回超出所对应的评价阈值的异常阶次。
优选的,所述数据采集模块包括数据采集仪、振动加速度传感器、转速传感器以及声压传感器,所述上位机与所述数据采集仪连接,所述数据采集仪还分别与所述振动加速度传感器、转速传感器以及声压传感器连接;
所述振动加速度传感器安装在所述待测传动总成上,在测试时,并采集待测传动总成工作时的振动加速度信号,并将采集到的振动加速度信号输送给数据采集仪;
所述转速传感器用于在进行测试时安装在所述待测传动总成上,在测试时,采集待测传动总成工作时的转速信号,并将采集到的转速信号输送给数据采集仪;
所述声压传感器用于在进行测试时安装在被测传动总成附近,在测试时,采集待测传动总成工作时的声压信号,并将采集到的声压信号输送给数据采集仪;
所述数据采集仪用于接收所述振动加速度信号、转速信号以及声压信号,并将所述振动加速度信号、转速信号以及声压信号从模拟信号转化为数据信号后发送给上位机。
优选的,所述测试模块包括第一控制单元、第二控制单元以及加载电机,所述上位机分别与所述第一控制单元、第二控制单元连接,所述第二控制单元还与所述加载电机连接;
所述第一控制单元用于与所述被测传动总成连接,以控制供待测传动总成测试所需的工作扭矩;
所述加载电机用于与所述被测传动总成通过联轴器连接,并根据所述第二控制单元的控制提供供待测传动总成测试所需的工作转速;
所述上位机还用于发送目标扭矩指令给所述第一控制单元,以控制被测传动总成的输出扭矩;所述上位机还用于发送目标转速指令给所述第二控制单元,通过控制加载电机的转速输出,从而间接地控制被测传动总成的输出转速。
优选的,所述第一控制单元和第二控制单元均为电机控制器,所述第一控制单元用于与待测传动总成的驱动电机连接,以控制供待测传动总成测试所需的工作扭矩。
优选的,所述上位机还与一设置在测试系统内的水冷系统连接,所述水冷系统用于根据所述上位机的指令在所述测试系统进行测试工作时,冷却所述第一控制单元、第二控制单元、加载电机以及被测传动总成。
优选的,所述数据采集仪还用于在运行过程中监控被测传动总成和加载电机的温度、转速、扭矩、故障代码等信息,超过报警阈值或读取到故障代码时自动切断电源并发出警报。
一种传动总成的下线NVH测试方法,应用于上述任意一项中所述的传动总成的下线NVH测试系统中,其特征在于,包括以下步骤:
所述上位机发送测试控制指令给所述测试模块,并发送采集指令给所述数据采集模块;
所述数据采集模块接收并根据所述测试控制指令提供给待测试传动总成工作转速和工作扭矩;
所述数据采集模块接收并根据所述采集指令实时采集待测传动总成工作时的声压信号,并将所述声压信号发送给所述上位机;
所述上位机接收并对所述振动加速度信号、转速信号以及声压信号进行分析,并根据分析的结果判断所述被测传动总成是否合格。
优选的,所述上位机接收并对所述振动加速度信号、转速信号以及声压信号进行分析,并根据分析的结果判断所述被测传动总成是否合格,具体包括以下步骤:
通过阶次追踪算法对所述振动加速度信号、转速信号以及声压信号进行阶层分析,计算得到所述待测传动总成的总振动-各阶次振动值以及总噪声–各阶次噪声值;
将所述待测传动总成的总振动-各阶次振动值以及总噪声–各阶次噪声值分别与其对应的评价阈值进行比较,并根据比较结果判断所述被测传动总成是否合格,当比较出总振动-各阶次振动值以及总噪声–各阶次噪声值均未超出其所对应的,且预设的评价阈值,则判定被测传动总成合格,当比较出总振动-各阶次振动值以及总噪声–各阶次噪声值中存在任意项超出其所对应的评价阈值,则判断被测传动总成不合格,并返回超出所对应的评价阈值的异常阶次。
优选的,通过阶次追踪算法对所述振动加速度信号、转速信号以及声压信号进行阶层分析,计算得到所述待测传动总成的总振动-各阶次振动值以及总噪声–各阶次噪声值;具体包括以下步骤:
按照设定的采样频率分别对测试期间内接收到的振动加速度信号、声压信号以及转速信号进行等时间采样,得到采样振动加速度信号、采样声压信号以及采样转速信号;
通过傅里叶变化分别将采样振动加速度信号、采样声压信号以及采样转速信号转化为等角度的振动加速度信号、等角度的声压信号以及等角度的转速信号,进而计算得到所述等角度的振动加速度信号、等角度的声压信号以及等角度的转速信号再次进行傅里叶变化,进而计算得到所述待测传动总成的总振动-各阶次振动值以及总噪声–各阶次噪声值。
本发明具有以下有益效果:
1、本发明中的传动总成的下线NVH测试系统及方法,通过采集振动加速度信号、声压信号和转速信号进行分析,并根据分析的结果判断所述被测传动总成是否合格,从而解决现有的传动总成的台架检测主要依靠操作人员对变速器在台架检测的噪声进行主观判断,难以量化评价变速器运转状态,易造成错判和误判的技术问题,大大提高了NVH测试的效率和准确率。
2、在本发明的优选方案中,通过采集加速度、声压和转速信号,进行阶次分析,通过“总振动、噪声-各阶次振动、噪声”来评价各阶次是否存在振动、噪声过大,不仅判断了是否合格,还直接找出了导致不合格的异常阶次,即故障诊断。
3、在本发明中的优选方案中,可以人工设定需要进行判定或评价的阶次和评价阈值,因此可以适用于不同型号、不同形式的传动总成,无论是单电机还是电机-减速箱或电机-变速箱,都可以通过设定不同的参数来进行测试。
4、在本发明中的优选方案中,上位机在运行过程中监控被测传动总成和加载电机的温度、转速、扭矩、故障代码等信息,超过报警阈值或读取到故障代码时自动切断电源并发出警报;
5、在本法优选方案中,本发明能检测电机啸叫、齿轮啸叫、齿轮敲击等异响、噪声。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外,本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图,对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请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是本发明实施例二的传动总成的下线NVH测试系统结构简图;
图2是本发明实施例一的传动总成的下线NVH测试系统结构简图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明,但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例一:
如图1所示,本发明公开了一种传动总成的下线NVH测试系统,包括:包括上位机、测试模块、数据采集模块;所述上位机分别与所述测试模块、数据采集模块连接;
所述测试模块用于与所述待测传动总成连接,并根据所述上位机的测试控制指令提供供待测传动总成测试所需的工作转速和工作扭矩;所述数据采集模块用于根据所述上位机的采集指令实时采集所述待测传动总成工作时的振动加速度信号和转速信号,并将所述振动加速度信号和转速信号发送给所述上位机;其特征在于,所述数据采集模块还用于根据上位机的采集指令实时采集待测传动总成测试时的声压信号,并将所述声压信号发送给所述上位机;所述上位机用于接收并对所述振动加速度信号、转速信号以及声压信号进行分析,并根据分析的结果判断所述被测传动总成是否合格。
此外,本发明还公开了一种传动总成的下线NVH测试方法,包括以下步骤:
所述上位机发送测试控制指令给所述测试模块,并发送采集指令给所述数据采集模块;
所述数据采集模块接收并根据所述测试控制指令提供给待测试传动总成工作转速和工作扭矩;
所述数据采集模块接收并根据所述采集指令实时采集待测传动总成工作时的声压信号,并将所述声压信号发送给所述上位机;
所述上位机接收并对所述振动加速度信号、转速信号以及声压信号进行分析,并根据分析的结果判断所述被测传动总成是否合格。
本发明中的传动总成的下线NVH测试系统及方法,通过采集振动加速度信号、声压信号和转速信号进行分析,并根据分析的结果判断所述被测传动总成是否合格,从而解决现有的传动总成的台架检测主要依靠操作人员对变速器在台架检测的噪声进行主观判断,难以量化评价变速器运转状态,易造成错判和误判的技术问题,大大提高了NVH测试的效率和准确率。
实施例二:
实施例二是实施例的优选实施例,其与实施例一的不同之处,对实施例一中的测试系统的功能和结构进行了拓展与优化。
由于传动总成中发生故障会在噪声中进行体现,因此,可以分析传动总成的噪声值来判断所述传动总成是否发生故障,然而现有的NVH测试方法往往是通过分析传动总成的总噪声还判断所述传动总成是否具有故障,这样的方法一是判断的不够准确,二是即使判断出来,也不能确定是由于什么原因造成的,无法对故障进行定位因此,为了解决上述问题通过大量实验发现传动总成的某阶次噪声和总噪声挨得越接近,说明总噪声的能量越多的是由该阶次能量引起,或者说该阶次噪声对总噪声贡献量越大,因此可以通过计算总噪声-各阶次噪声值来判断所述传动总成问题是由哪个阶层的噪声引起的,该值越小,该阶次越存在问题。同理,为了减少误判,在本发明中采用总振动-各阶次振动值和总噪声-各阶次噪声值来判断和定位传动总成是否具有故障,以及具有故障,故障是由哪阶次噪声引起的。
在本发明中,总噪声-各阶次噪声值包括总噪声-1阶次噪声值、总噪声-2阶次噪声值,……,总噪声-N阶次噪声值;N为传动总成所包含的噪声阶次数;
如某传动总成的总噪声的噪声阶次数为10需要评价1到10阶,就要计算(总噪声–1阶噪声)、(总噪声–2阶噪声)...(总噪声–10阶噪声)
总振动-各阶次振动值包括总振动-1阶次振动值、总振动-2阶次振动值,……,总振动-M阶次振动值;M为传动总成的总振动所包含的阶次数;
总噪声-第i阶次噪声值=总噪声值-第i阶次噪声值,其中,i的取值为[1,N];总振动-第j阶次振动值=总振动值-第j阶次振动值,其中,j的取值为[1,M]。
在本实施例中提供一种如图2所示的传动总成的下线NVH测试系统,包括上位机、水冷系统、数据采集模块以及测试模块,数据采集模块包括数据采集仪、振动加速度传感器、转速传感器以及声压传感器,测试模块包括第一控制单元(即图2中的控制单元1)、第二控制单元(即图2中的控制单元2)以及加载电机。在本实施例中声压传感器使用麦克风。
被测传动总成和加载电机通过联轴器连接;上位机软件给控制单元1发送目标扭矩指令,从而控制被测传动总成的输出扭矩;上位机给控制单元2发送目标转速指令,通过控制加载电机的转速输出,从而间接地控制被测传动总成的输出转速;上位机控制水冷系统对控制单元1、被测传动总成、控制单元2和加载电机进行冷却,水冷系统分为两路,分别对控制单元1、被测传动总成和控制单元2、加载电机进行冷却;加速度计安装在被测传动总成壳体上,麦克风布置在被测传动总成正上方并距离被测传动总成30厘米,转速传感器采集被测传动总成的输出转速,数字采集仪采集加速度计、麦克风和转速传感器数据,上位机分析模块对采集的数据进行分析,对被测传动总成的NVH水平进行评价,并给出被测传动总成是否合格的结果。所述第一控制单元和第二控制单元均为电机控制器,所述第一控制单元用于与待测传动总成的驱动电机连接,以控制供待测传动总成测试所需的工作扭矩。
在本实施例中,上位机采用阶次跟踪算法对振动、声压信号进行分析:按照设定的采样频率采集加速度信号、声压信号和转速后,再进行阶次分析,通过阶次切片,通过“总振动-各阶次振动值以及总噪声–各阶次噪声值”评价各阶次振动对总振动的贡献、各阶次噪声对总噪声的贡献程度,从而判定被测传动总成是否合格。其中,上位机包括参数设置模块,分析模块以及判断模块,参数设置模块用于设置测试参数:被测传动总成编号、测试人员编号、两路水冷系统输出温度、测试工况(升速、降速、被测传动总成输出转速、被测传动总成输出扭矩、需进行评价的阶次、评价阈值);
分析模块用于通过阶次追踪算法对所述振动加速度信号、转速信号以及声压信号进行阶层分析,得到并将所述待测传动总成的总振动-各阶次振动值以及总噪声–各阶次噪声值发送给判断模块:
按照设定的采样频率分别对测试期间内接收到的振动加速度信号、声压信号以及转速信号进行等时间采样,得到采样振动加速度信号、采样声压信号以及采样转速信号;
通过傅里叶变化分别将采样振动加速度信号、采样声压信号以及采样转速信号转化为等角度的振动加速度信号、等角度的声压信号以及等角度的转速信号,进而计算得到所述等角度的振动加速度信号、等角度的声压信号以及等角度的转速信号再次进行傅里叶变化,进而计算得到所述待测传动总成的总振动-各阶次振动值以及总噪声–各阶次噪声值。
测试工况运行完成后,上位机分析模块对数据进行分析处理:
4-1)得到振动加速度信号、采样声压信号以及采样转速信号后,以△T为时间步长得到第一帧时域数据;
4-2)将振动加速度信号、采样声压信号以及采样转速信号进行傅里叶变换后得到瞬时频谱S0;
4-3)计算该帧数据所对应的时间段内的转速平均值作为n0,因为采样频率很高如25.6K,数据量很大,因此需要以△T(如0.1s、0.5s)为时间步长将一段时间内的信号取平均作为该时间点的数据;
4-4)通过下列第一计算公式计算n0转速下,瞬时频谱S0的以0.5为切片带宽各个阶次对应的频率范围内有效值a0,其中,第一计算公式为:
4-5)通过下列第二计算公式计算n0转速下,瞬时频谱S0总频率范围内的有效值A0,其中,第二计算公式为:
4-6)重复4-1)~4-5)过程,处理第二帧时域数据,直至计算完所有时域数据。得到的a0,a1,a2,...,aN就是特定阶次在各转速下的振动或噪声有效值,A0,A1,A2,...,AN为总体振动或噪声有效值;
所述判断模块接收并将所述待测传动总成的总振动-各阶次振动值以及总噪声–各阶次噪声值分别与其对应的评价阈值进行比较,并根据比较结果判断所述被测传动总成是否合格,其中所述判断模块用于当比较出总振动-各阶次振动值以及总噪声–各阶次噪声值均小于其所对应的评价阈值,则判定被测传动总成合格。具体为:
分别将总噪声–各阶次噪声值中的各个总噪声-第i阶次噪声值(i的取值为[1,N])与其对应的评价阈值进行比较;分别将总振动-各阶次振动值中的各个总振动-第j阶次振动值(j的取值为[1,M])与其对应的评价阈值进行比较:
当比较出各个总噪声-第i阶次噪声值以及各个总振动-第j阶次振动值均小于其所对应的评价阈值,则判定被测传动总成合格。否则只要有任意个评价指标(即总噪声-第i阶次噪声值以及总振动-第j阶次振动值)不小于与其对应的评价阈值则判定被测传动总成不合格,并返回不小于不小于与其对应的评价阈值的评价指标。
在本系统测试具体包括以下步骤:
安装好振动加速度传感器、麦克风、转速传感器,检查传感器及线束是否正常;
设置上位机参数:被测传动总成编号、测试人员编号、两路水冷系统输出温度、测试工况(升速、降速、被测传动总成输出转速、被测传动总成输出扭矩、需进行评价的阶次、评价阈值);
点击上位机的测试开始按钮,上位机自动对控制单元1和控制单元2发送指令,使被测传动总成按照设定的测试工况运行,数字采集仪同时对加速度计、麦克风和转速传感器数据进行采集,并且在运行过程中监控被测传动总成和加载电机的温度、转速、扭矩、故障代码等信息,超过报警阈值或读取到故障代码时自动切断电源并发出警报;
综上可知,本发明中的传动总成的下线NVH测试系统及方法,通过采集振动加速度信号、声压信号和转速信号进行分析,并根据分析的结果判断所述被测传动总成是否合格,从而解决现有的传动总成的台架检测主要依靠操作人员对变速器在台架检测的噪声进行主观判断,难以量化评价变速器运转状态,易造成错判和误判的技术问题,大大提高了NVH测试的效率和准确率。
在本发明的优选方案中,通过采集加速度、声压和转速信号,进行阶次分析,通过“总振动、噪声-各阶次振动、噪声”来评价各阶次是否存在振动、噪声过大,不仅判断了是否合格,还直接找出了导致不合格的异常阶次,即故障诊断。
在本发明中的优选方案中,可以人工设定需要进行判定或评价的阶次和评价阈值,因此可以适用于不同型号、不同形式的传动总成,无论是单电机还是电机-减速箱或电机-变速箱,都可以通过设定不同的参数来进行测试。
在本发明中的优选方案中,上位机在运行过程中监控被测传动总成和加载电机的温度、转速、扭矩、故障代码等信息,超过报警阈值或读取到故障代码时自动切断电源并发出警报;
在本法优选方案中,本发明能检测电机啸叫、齿轮啸叫、齿轮敲击等异响、噪声。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。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。