CN113468662B - 采用敲击指数曲面评价变速器齿轮敲击水平的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用敲击指数曲面评价变速器齿轮敲击水平的方法，其包括如下步骤：S1，建立变速器处于某档位下的齿轮敲击力学模型；S2，将发动机实际运行转速范围等间隔划分为多个转速均值点，在不同转速均值点施加相应的转速激励；S3，计算得到变速器总体敲击指数曲线；S4，将多个转速均值点下的总体敲击指数曲线拟合，得到该档位下变速器总体敲击指数关于转速均值、转速波动值的敲击指数曲面；S5，重复S1至S4，得到其他档位下的敲击指数曲面；S6，将得到的敲击指数曲面与目标曲面进行比较，定量评价变速器齿轮敲击水平。其解决了在变速器设计阶段不能提前评估变速器本体敲击水平的问题。

Description

采用敲击指数曲面评价变速器齿轮敲击水平的方法
技术领域
本发明涉及车辆变速器，具体涉及采用敲击指数曲面评价变速器齿轮敲击水平的方法。
背景技术
随着汽车产业的不断发展及消费升级，消费者对车辆动力性、经济性要求越来越高。发动机趋向涡轮增压、大扭矩的方向发展，变速器趋向更多档位数量以及双离合的方向发展。变速器档位数量增多以及双离合预挂档策略，导致变速器齿轮敲击灵敏度变大，同时发动机输出扭振激励变大，使车内齿轮敲击噪声呈恶化的趋势，影响整车声品质。
目前，针对变速器敲击的评价主要是基于台架或整车试验数据，计算变速器敲击程度，或者基于仿真计算结果，计算单个或多个参数对变速器齿轮敲击的影响。以上均没有形成在变速器设计开发计阶段定量评价变速器齿轮敲击水平的方法，无法评价变速器本体敲击水平的好坏。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用敲击指数曲面评价变速器齿轮敲击水平的方法，其解决了在变速器设计阶段不能提前评估变速器本体敲击水平的问题
本发明所述的采用敲击指数曲面评价变速器齿轮敲击水平的方法，其包括如下步骤：
S1，建立变速器处于某档位下的齿轮敲击力学模型；
S2，将发动机实际运行转速范围等间隔划分为多个转速均值点，在不同转速均值点施加相应的转速激励，转速激励为转速均值点与转速波动值之和，转速波动值随时间呈单调递增趋势；
S3，计算得到某转速均值点下的非承载齿轮副啮合力，将单个非承载齿轮副啮合力高通滤波后进行均方根运算，得到单个非承载齿轮副随转速波动变化的敲击指数曲线，然后将所有非承载齿轮副的敲击指数曲线拟合，得到该档位下变速器总体敲击指数曲线；
S4，将多个转速均值点下的总体敲击指数曲线拟合，得到该档位下变速器总体敲击指数关于转速均值、转速波动值的敲击指数曲面；
S5，重复S1至S4，得到其他档位下的敲击指数曲面；
S6，将得到的敲击指数曲面与目标曲面进行比较，若敲击指数曲面低于目标曲面，表示变速器齿轮敲击水平较好，若敲击指数曲面超出目标曲面，表示变速器齿轮敲击水平较差。
进一步，所述S1的齿轮敲击力学模型中的非承载齿轮副的接触采用间隙非线性刚度和间隙非线性阻尼，即齿面非接触区间，非承载齿轮副的刚度和阻尼为零，齿面接触区间，非承载齿轮副的刚度或阻尼为定值，齿轮拖曳力矩包括齿轮搅油力矩和轴承阻力矩，油液温度与变速器设计工作温度相同。
进一步，所述S2中的转速波动值采用正弦函数形式，幅值A与时间t的关系为：A(t)＝6·t，频率根据发动机点火主阶次o确定，频率
Figure BDA0003134175750000021
Figure BDA0003134175750000022
为第i个转速均值点，i为正整数；
第i个转速均值点对应的转速激励
Figure BDA0003134175750000023
进一步，所述S3中对第i个转速均值点下的第j个非承载齿轮副随时间变化的啮合力Fij(t)进行高通滤波运算，j为正整数，滤除非承载齿轮副克服齿轮拖曳力矩产生的低频成分，高通滤波截止频率设置为转速波动值最大激励频率fm的1.2倍，得出仅包含高频成分的非承载齿轮副啮合力FHpij(t)；将高通滤波后的非承载齿轮副啮合力FHpij(t)进行均方根运算，得到各对非承载齿轮副随时间变化的敲击指数曲线
Figure BDA0003134175750000024
Δt为时间变化量；根据转速波动幅值与时间的关系A(t)＝6·t，将敲击指数曲线的时间坐标转换为转速波动幅值坐标,得出敲击指数随转速波动幅值的变化关系RIij(A)；将所有非承载齿轮副的敲击指数曲线RIij(A)进行平方和、再开方运算，得到第i个转速均值点下的所有非承载齿轮副的总体敲击指数曲线
Figure BDA0003134175750000025
本发明通过建立齿轮敲击力学模型、施加转速激励，计算得到敲击指数曲面，利用敲击指数曲面与目标曲面相比较对变速器齿轮敲击水平进行定量评价，若敲击指数曲面低于目标曲面，表示敲击水平较好，满足要求，若敲击指数曲面超出目标曲面，表示敲击水平较差，需要齿轮优化设计或采用减振效果较好的扭转减振器。实现了在变速器开发设计阶段定量评价变速器齿轮敲击水平，有利于变速器箱体设计及后续整车传动系统扭振匹配。
附图说明
图1是本发明的流程示意图；
图2是本发明的齿轮敲击力学模型示意图；
图3是本发明转速激励曲线示意图；
图4是本发明非承载齿轮副啮合力的计算结果示意图；
图5是本发明不同转速均值点下变速器总体敲击指数曲线示意图；
图6是本发明敲击指数曲面与目标曲面的对比示意图。
图中，1—输入轴，2—中间轴，3—承载齿轮副，4—非承载齿轮副，5—转速激励。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作详细说明。
参见图1，所示的采用敲击指数曲面评价变速器齿轮敲击水平的方法，其包括如下步骤：
S1，根据变速器某档位齿轮布置形式及动力传递路线，建立变速器处于某档位下的齿轮敲击力学模型，参见图2，在建立的齿轮敲击力学模型中，变速器的输入轴1与中间轴2之间的承载齿轮副3仅考虑速比关系，所有运转的非承载齿轮副4考虑转动惯量、节圆直径、齿面接触刚度及阻尼、拖曳力矩等参数。非承载齿轮副4的接触采用间隙非线性刚度和间隙非线性阻尼，即齿面非接触区间，非承载齿轮副的刚度和阻尼为零，齿面接触区间，非承载齿轮副的刚度或阻尼为定值，齿轮拖曳力矩包括齿轮搅油力矩和轴承阻力矩，其中搅油力矩考虑油液粘度随油温的变化，在建立的齿轮敲击力学模型中油液温度与变速器设计工作温度相同。
S2，将发动机实际运行转速范围等间隔划分为多个转速均值点，在不同转速均值点施加相应的变速器输入轴1的转速激励，转速激励为转速均值点与转速波动值之和，转速波动值随时间呈单调递增趋势。参见图3，转速波动值采用正弦函数形式，幅值A与时间t的关系为：A(t)＝6·t，具体地，激励持续时间为10s，幅值A为由零单调递增至60rpm；频率根据发动机点火主阶次o确定，频率
Figure BDA0003134175750000031
Figure BDA0003134175750000032
为第i个转速均值点，i为正整数；进而第i个转速均值点对应的转速激励
Figure BDA0003134175750000033
S3，参见图4，计算得到第i个转速均值点下的各非承载齿轮副4随时间变化的啮合力Fij(t)，对所有非承载齿轮副4的啮合力Fij(t)进行高通滤波运算，j为正整数，滤除非承载齿轮副克服齿轮拖曳力矩产生的低频成分，高通滤波截止频率设置为转速波动值最大激励频率fm的1.2倍，得出仅包含高频成分的非承载齿轮副啮合力FHpij(t)。
将高通滤波后的非承载齿轮副啮合力FHpij(t)进行均方根运算，得到各对非承载齿轮副随时间变化的敲击指数曲线
Figure BDA0003134175750000034
Δt为时间变化量；根据转速波动幅值与时间的关系A(t)＝6·t，将敲击指数曲线的时间坐标转换为转速波动幅值坐标,得出敲击指数随转速波动幅值的变化关系RIij(A)；参见图5，将所有非承载齿轮副的敲击指数曲线RIij(A)进行平方和、再开方运算，得到第i个转速均值点下的所有非承载齿轮副的总体敲击指数曲线
Figure BDA0003134175750000041
S4，参见图6，将不同转速均值点下的总体敲击指数曲线RIoveralli(A)拟合，得到该档位下变速器总体敲击指数关于转速均值、转速波动值的敲击指数曲面
Figure BDA0003134175750000042
对于变速器而言，当工作油温确定时，外部输入激励主要为输入轴1侧的转速激励，敲击指数曲面反映了变速器齿轮敲击程度关于二者的关系，进而能够量化变速器敲击水平。
S5，重复S1至S4，得到其他档位下的敲击指数曲面；
S6，将得到的敲击指数曲面与目标曲面进行比较，若敲击指数曲面低于目标曲面，表示变速器齿轮敲击水平较好，满足要求，若敲击指数曲面超出目标曲面，表示变速器齿轮敲击水平较差，不满足要求，需要优化齿轮系统设计或优化整车传动系统的扭振。
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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种采用敲击指数曲面评价变速器齿轮敲击水平的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，建立变速器处于某档位下的齿轮敲击力学模型；
S2，将发动机实际运行转速范围等间隔划分为多个转速均值点，在不同转速均值点施加相应的转速激励，转速激励为转速均值点与转速波动值之和，转速波动值随时间呈单调递增趋势；所述转速波动值采用正弦函数形式，幅值A与时间t的关系为：A(t)＝6·t，频率根据发动机点火主阶次o确定，频率
Figure FDA0003562906400000011
为第i个转速均值点，i为正整数；
第i个转速均值点对应的转速激励
Figure FDA0003562906400000012
S3，计算得到某转速均值点下的非承载齿轮副啮合力，将单个非承载齿轮副啮合力高通滤波后进行均方根运算，得到单个非承载齿轮副随转速波动变化的敲击指数曲线，然后将所有非承载齿轮副的敲击指数曲线拟合，得到该档位下变速器总体敲击指数曲线；对第i个转速均值点下的第j个非承载齿轮副随时间变化的啮合力Fij(t)进行高通滤波运算，j为正整数，滤除非承载齿轮副克服齿轮拖曳力矩产生的低频成分，高通滤波截止频率设置为转速波动值最大激励频率fm的1.2倍，得出仅包含高频成分的非承载齿轮副啮合力FHpij(t)；
将高通滤波后的非承载齿轮副啮合力FHpij(t)进行均方根运算，得到各对非承载齿轮副随时间变化的敲击指数曲线
Figure FDA0003562906400000013
Δt为时间变化量，根据转速波动幅值与时间的关系A(t)＝6·t，将敲击指数曲线的时间坐标转换为转速波动幅值坐标,得出敲击指数随转速波动幅值的变化关系RIij(A)；
将所有非承载齿轮副的敲击指数曲线RIij(A)进行平方和、再开方运算，得到第i个转速均值点下的所有非承载齿轮副的总体敲击指数曲线
Figure FDA0003562906400000014
S4，将多个转速均值点下的总体敲击指数曲线拟合，得到该档位下变速器总体敲击指数关于转速均值、转速波动值的敲击指数曲面；
S5，重复S1至S4，得到其他档位下的敲击指数曲面；
S6，将得到的敲击指数曲面与目标曲面进行比较，若敲击指数曲面低于目标曲面，表示变速器齿轮敲击水平较好，若敲击指数曲面超出目标曲面，表示变速器齿轮敲击水平较差。
2.根据权利要求1所述的采用敲击指数曲面评价变速器齿轮敲击水平的方法，其特征在于：所述S1的齿轮敲击力学模型中的非承载齿轮副的接触采用间隙非线性刚度和间隙非线性阻尼，即齿面非接触区间，非承载齿轮副的刚度和阻尼为零，齿面接触区间，非承载齿轮副的刚度或阻尼为定值，齿轮拖曳力矩包括齿轮搅油力矩和轴承阻力矩，油液温度与变速器设计工作温度相同。
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