CN108760295B - 基于nvh性能的识别离合器匹配不佳导致变速器振动的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于NVH性能的识别离合器匹配不佳导致变速器振动的方法，将离合器安装在动力总成样机上，在变速器连接离合器一端的变速器壳体表面上布设用于采集NVH性能参数的传感器；通过急加速工况使发动机连续加速，从而使得发动机转速从怠速或零转速持续上升；传感器采集发动机转速上升过程中变速器的NVH性能参数；选取NVH性能参数最大值作为原始频谱分析数据；根据原始频谱分析数据生成振动频谱图，观察振动频谱图中是否出现宽频振动特征，若是则表明存在离合器匹配不佳的问题。本发明还公开一种消除变速器因离合器匹配不佳产生振动的方法。本发明能快速锁定振动原因，化主观判断为客观标准。
Description
技术领域
本发明涉及汽车NVH性能分析技术领域，尤其是一种利用NVH性能来判断汽车产生振动和噪声的原因是离合器匹配不佳的方法。
背景技术
NVH性能是衡量汽车制造质量的一个综合指标，包括噪声、振动和声振粗糙度（Noise、Vibration、Harshness），其中，声振粗糙度又可称为不平顺性或冲击特性，与振动和噪声的瞬态性质有关，描述了人体对振动和噪声的主观感受，不能直接用客观测量方法来度量。乘员在汽车中的舒适性感受以及由于振动引起的汽车零部件强度和寿命问题都属于NVH的研究范畴。
汽车离合器是连接发动机输出端与变速器输入端之间的重要部件，其主要作用是平顺地结合发动机与传动系，带动平稳起步；平顺换档，减少齿轮啮合冲击。若离合器刚度太小，在传动系受到冲击载荷或紧急制动等非稳定工况下，不能具有很好的缓冲能力；若刚度太大，会使传动系固有频率提升，从而落到发动机的常用转速区间中，引起共振，产生振动与噪声。为同时满足减振性能和缓冲性能的要求，要求离合器的各种性能参数之间具有良好的匹配性，如离合器的刚度、阻尼、摩擦片材料等。
当离合器结合发动机与变速器时，由于惯性的作用会将发动机输出端的冲击力矩通过离合器传递给变速器输入端，若离合器匹配不佳（即离合器的各种性能参数之间匹配不佳）会导致旋转过程中转速波动，转速波动会产生很大的冲击能量激励，这种能量激励会辐射到变速器壳体上会造成变速器振动，并可能伴随有噪声的发生，当振动达到一定程度后，就会影响整车驾驶平顺性及舒适性等。
由于汽车结构复杂，包含若干部件，每种部件都有可能是引起振动和噪声的原因，因此，如何确定汽车产生振动和噪声的根源是提高汽车NVH性能的关键。目前在查找离合器匹配不佳产生的振动噪声原因依赖于经验丰富的工程师、选型、出问题后通过对换样车与对标车的方式进行主观评价，但这样的解决问题的方法有时并不能完全有效解决离合器匹配问题。甚至可能会降低效率增加工作量，导致不能及时解决该问题。在此，发明人针对性的提出一种能够快速判断因离合器匹配不佳导致振动和噪声的方法。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提供一种基于NVH性能的识别离合器匹配不佳导致变速器振动的方法，解决现有技术中对确定因离合器匹配不佳导致变速器振动时，依赖经验进行主观判断的技术问题，能够提供一种客观的判断指标，能够提高判断结果的一致性，能够降低判断过程的难度，能够提高判断的效率。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：一种基于NVH性能的识别离合器匹配不佳导致变速器振动的方法，包括以下步骤：
步骤1：将待测试离合器安装在动力总成样机上，即离合器的动力输入端与发动机的动力输出端连接，离合器的动力输出端与变速器的动力输入端连接；
步骤2：围绕变速器连接离合器一端的变速器壳体表面，周向布设至少4个用于采集NVH性能参数的传感器；
步骤3：通过急加速工况使发动机连续加速，从而使得发动机转速从怠速或零转速持续上升；
步骤4：在进行步骤3的同时，所述传感器采集发动机转速上升过程中变速器的NVH性能参数；
步骤5：比较各个传感器检测到的NVH性能参数，选取NVH性能参数最大值作为原始频谱分析数据；
步骤6：根据原始频谱分析数据生成振动频谱图，所述振动频谱图是以频率为横轴，以转速为纵轴，并以不同的色相代表不同的振幅；
步骤7：观察振动频谱图，判断振动频谱图中是否出现宽频振动特征，所述宽频振动特征为在一定转速下，沿横轴方向连续分布有若干振动频率，从而形成带状分布；
步骤8：若振动频谱图中出现宽频振动特征，则表明离合器在宽频振动特征对应的转速下存在离合器匹配不佳的问题，即变速器产生振动的原因是离合器在宽频振动特征对应的转速下性能参数匹配不佳；若振动频谱图中未出现宽频振动特征，则表明变速器产生振动的原因不是离合器在宽频振动特征对应的转速下性能参数匹配不佳。
优选的，所述用于采集NVH性能参数的传感器包括用于采集振动数据的振动传感器。
优选的，用于采集NVH性能参数的传感器还包括用于采集噪声数据的噪声传感器。
优选的，振动传感器为三向振动传感器，所述振动传感器水平或竖直安装在变速器壳体的平坦表面上；噪声传感器通过围绕变速器壳体的支架周向近场10cm布设在变速器壳体表面外侧；噪声传感器的前端带有风球，噪声传感器前端指向变速器壳体表面并且风球的轴线垂直于变速器轴线。
优选的，步骤5中比较同类型传感器检测到的NVH性能参数，选取同类型的NVH性能参数最大值作为原始频谱分析数据，即同时选取振动数据最大值和噪声数据最大值作为原始频谱分析数据。
优选的，振动频谱图像的背景为纯色，并以零振幅所对应的色相作为背景色。
本发明还提供一种消除变速器因离合器匹配不佳产生振动的方法，包括以下步骤：
步骤101，确定离合器的初始性能参数，包括离合器片的刚度、阻尼以及材料；
步骤102，采用本发明的基于NVH性能的识别离合器匹配不佳导致变速器振动的方法，确定变速器产生振动的原因是否为离合器在宽频振动特征对应的转速下性能参数匹配不佳；若是，则进入步骤103；若否，则结束；
步骤103：调整离合器的性能参数；
步骤104：利用本发明的基于NVH性能的识别离合器匹配不佳导致变速器振动的方法获取与当前离合器性能参数对应的变速器的振动频谱图，判断当前振动频谱图中是否出现宽频振动特征，若否，则表明已消除离合器匹配不佳的问题，变速器不会再因离合器匹配不佳而振动，则结束；若是，则回到步骤103。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、离合器匹配不佳造成离合器发生转速波动，转速波动会产生很大的冲击能量激励，这种能量激励会辐射到变速器壳体上，使得变速器振动的频率分布特征为宽频振动特征，这与其它原因引起振动的频率分布特征明显不同。本发明通过采集NVH性能参数以生成振动频谱图，通过观察振动频谱图中是否出现宽频振动特征来进行直观的判断，十分方便快捷。
2、本发明在采集NVH性能参数时周向均匀布设至少4个传感器，是为了获得能够显著表示变速器振动的NVH性能参数，以便为后期能够生成具有显著宽频振动特征的振动频谱图。
3、通过急加速工况使发动机连续加速，从而使得发动机转速从怠速或零转速速持续上升，使得传感器能够采集到不同转速下的NVH性能参数，从而使得振动频谱图上能够显示不同转速下的频率分布特征，这样不但能够通过振动频谱图来判断是否存在离合器匹配不佳的问题，还能具体的知道是在哪种转速下存在离合器匹配不佳的问题。
4、三向振动传感器能够采集到变速器XYZ三个方向上的振动，从而能够生成对应三个方向上的振动频谱图，从而实现多维度识别，提高识别的准确性。
5、振动传感器安装在变速器壳体的平坦表面上能够使得变速器的振动更好的传递到振动传感器上，另外三向振动传感器水平或竖直安装能够使得振动传感器的测量方向与空间直角坐标系的三轴方向一致，从而提高数据采集的准确性。
6、噪声传感器通过围绕变速器壳体的支架周向近场10cm布设在变速器壳体表面外侧；能够保证噪声传感器采集到近场噪声，避免距离过远采集到背景噪声，从而提高数据采集的准确性。噪声传感器的前端带有风球，噪声传感器前端指向变速器壳体表面并且风球的轴线垂直于变速器轴线，使得变速器的噪声能最大限度的传递到噪声传感器内，减少噪声损失。
7、采用振动传感器和噪声传感器同时进行采集，能够起到互补的作用，提高数据采集的准确性，并且同时利用振动数据和噪声数据生成振动频谱图，由于噪声数据的频谱在振动数据的频谱上叠加，从而使得振动频谱图上的频率分布特征在视觉上更加明显，更加便于观察。
8、振动频谱图像的背景为纯色，避免了背景对频率分布特征造成干扰，并以零振幅所对应的色相作为背景色，这样能将频率分布特征显示出来，避免背景色与某一振幅颜色相同，而导致具有该振幅的频率分布特征无法显示。
9、本发明的消除变速器因离合器匹配不佳产生振动的方法能够通过振动频谱图展示直观的调整效果，利于提高调整效率，缩短调节离合器参数的周期。
附图说明
图1是根据NVH性能参数生成的变速器壳体XYZ三方向的振动总级图；
图2是根据NVH性能参数生成的变速器壳体X轴方向上的振动频谱图；
图3是根据NVH性能参数生成的变速器壳体Y轴方向上的振动频谱图；
图4是根据NVH性能参数生成的变速器壳体Z轴方向上的振动频谱图；
图5是初始状态与优化后变速器壳体XYZ三方向的振动总级对比图；
图6是初始状态与优化后变速器壳体XYZ三方向的振动频谱对比图。
具体实施方式
下面结合附图和优选实施方式对本发明作进一步的详细说明。发明人经大量试验和统计发现：当离合器结合发动机与变速器时，由于惯性的作用会将发动机输出端的冲击力矩通过离合器传递给变速器输入端，若离合器匹配不佳（即离合器的各种性能参数之间匹配不佳）会导致旋转过程中转速波动，转速波动会产生很大的冲击能量激励，这种能量激励会辐射到变速器壳体上，使得变速器振动的频率分布特征（需要采集NVH性能参数来生成频率分布特征）为宽频振动特征，这与其它原因引起振动的频率分布特征明显不同。因此，发明人产生了通过宽频振动特征来判断是否因离合器匹配不佳导致变速器振动的发明构思。
一种基于NVH性能的识别离合器匹配不佳导致变速器振动的方法，包括以下步骤：
步骤1：将待测试离合器安装在动力总成样机上，即离合器的动力输入端与发动机的动力输出端连接，离合器的动力输出端与变速器的动力输入端连接。
步骤2：在变速器连接离合器一端的变速器壳体表面上，周向均匀布设至少4个用于采集NVH性能参数的传感器。在采集NVH性能参数时周向均匀布设至少4个传感器，是为了获得能够显著表示变速器振动的NVH性能参数，以便为后期能够生成具有显著宽频振动特征的振动频谱图。
步骤3：通过急加速工况使发动机连续加速，从而使得发动机转速从怠速或零转速持续上升，本具体实施方式中是从怠速1000Rpm上升到5000Rpm；急加速工况是指通过一次性全开节气门(即将油门一脚踩到底，节气门即油门)，急加速工况使发动机连续加速使得传感器能够采集到不同转速下的NVH性能参数，从而使得振动频谱图上能够显示不同转速下的频率分布特征，这样不但能够通过振动频谱图来判断是否存在离合器匹配不佳的问题，还能具体的知道是在哪种转速下存在离合器匹配不佳的问题。
步骤4：在进行步骤3的同时，所述传感器采集发动机转速上升过程中变速器的NVH性能参数；在室内或室外进行NVH性能参数的采集；室内的背景噪声不大于20分贝，可在带转毂的半消音实验室进行；室外的背景噪声至少低于被测噪声10分贝。在不启动发动机时，通过布设在变速器壳体外周的噪声传感器便能测得背景噪声，启动发动机后，便能得到被测噪声，若背景噪声与被测噪声的差值小于10分贝，则更换测试环境，直到满足室外的背景噪声至少低于被测噪声10分贝的要求。
步骤5：比较各个传感器检测到的NVH性能参数，选取NVH性能参数最大值作为原始频谱分析数据。
步骤6：利用噪声振动分析软件（如LMS test.lab），根据原始频谱分析数据生成振动频谱图，变速器的振动被分解为空间直角坐标系上XYZ三个方向上的振动分量，如图2至图4所示，每个振动分量都生成对应的振动频谱图，所述振动频谱图是以频率为横轴，以转速为纵轴，并以不同的色相代表不同的振幅；振动频谱图像的背景为纯色，并以零振幅所对应的色相作为背景色。振动频谱图像的背景为纯色，避免了背景对频率分布特征造成干扰，并以零振幅所对应的色相作为背景色，这样能将频率分布特征显示出来，避免背景色与某一振幅颜色相同，而导致具有该振幅的频率分布特征无法显示。
步骤7：观察振动频谱图，判断振动频谱图中是否出现宽频振动特征，所述宽频振动特征为在一定转速下，沿横轴方向连续分布有若干振动频率，从而形成带状分布，例如，图2至图4中矩形虚线框中即为宽频振动特征，所对应的转速为2515Rpm。另外，从图1中可以看出，在转速2515Rpm，变速器的振幅均大于0 ，说明变速器发生了振动。
步骤8：若振动频谱图中出现宽频振动特征，则表明离合器在宽频振动特征对应的转速下存在离合器匹配不佳的问题，即变速器产生振动的原因是离合器在宽频振动特征对应的转速下性能参数匹配不佳；若振动频谱图中未出现宽频振动特征，则表明变速器产生振动的原因不是离合器在宽频振动特征对应的转速下性能参数匹配不佳。
本具体实施方式中，所述用于采集NVH性能参数的传感器包括用于采集振动数据的振动传感器与用于采集噪声数据的噪声传感器,为了使噪声采集更加准确，每次测试前需将噪声传感器重新标定；步骤5中比较同类型传感器检测到的NVH性能参数，选取同类型的NVH性能参数最大值作为原始频谱分析数据，即同时选取振动数据最大值和噪声数据最大值作为原始频谱分析数据。采用振动传感器和噪声传感器同时进行采集，能够起到互补的作用，提高数据采集的准确性，并且同时利用振动数据和噪声数据生成振动频谱图，由于噪声数据的频谱在振动数据的频谱上叠加，从而使得振动频谱图上的频率分布特征在视觉上更加明显，更加便于观察。
本具体实施方式中，振动传感器为三向振动传感器，所述振动传感器水平或竖直安装在变速器壳体的平坦表面上；噪声传感器通过围绕变速器壳体的支架周向近场10cm布设在变速器壳体表面外侧；噪声传感器的前端带有风球，噪声传感器前端指向变速器壳体表面并且风球的轴线垂直于变速器轴线。
三向振动传感器能够采集到变速器XYZ三个方向上的振动，从而能够生成对应三个方向上的振动频谱图，从而实现多维度识别，提高识别的准确性。振动传感器安装在变速器壳体的平坦表面上能够使得变速器的振动更好的传递到振动传感器上，另外三向振动传感器水平或竖直安装能够使得振动传感器的测量方向与空间直角坐标系的三轴方向一致，从而提高数据采集的准确性。噪声传感器通过围绕变速器壳体的支架周向近场10cm布设在变速器壳体表面外侧；能够保证噪声传感器采集到近场噪声，避免距离过远采集到背景噪声，从而提高数据采集的准确性。噪声传感器的前端带有风球，噪声传感器前端指向变速器壳体表面并且风球的轴线垂直于变速器轴线，使得变速器的噪声能最大限度的传递到噪声传感器内，减少噪声损失。
一种消除变速器因离合器匹配不佳产生振动的方法，包括以下步骤：
步骤101，确定离合器的初始性能参数，包括离合器片的刚度、阻尼以及材料；
步骤102，采用本具体实施方式中基于NVH性能的识别离合器匹配不佳导致变速器振动的方法，确定变速器产生振动的原因是否为离合器在宽频振动特征对应的转速下性能参数匹配不佳；若是，则进入步骤103；若否，则结束；
步骤103：调整离合器的性能参数，可以单独调整离合器片的刚度或阻尼，也可以刚度和阻尼同时调节，还可以更换离合器片材料。
步骤104：利用本具体实施方式中的基于NVH性能的识别离合器匹配不佳导致变速器振动的方法获取与当前离合器性能参数对应的变速器的振动频谱图，判断当前振动频谱图中是否出现宽频振动特征，若否，则表明已消除离合器匹配不佳的问题，变速器不会再因离合器匹配不佳而振动，则结束；若是，则回到步骤103。
通过本发明的消除变速器因离合器匹配不佳产生振动的方法，能够快速识别变速器发生振动的原因是否为离合器匹配不佳导致，在确定是由离合器匹配不佳导致变速器振动后，能够通过振动频谱图展示直观的调整效果，利于提高调整效率，缩短调节离合器参数的周期。从图5与图6可以看出，本发明对于提高变速器的NVH性能具有显著效果，图5中可以看出，在转速2515Rpm下，在离合器参数调整后，变速器的振幅接近于0，变速器发生微弱的振动（由别的原因所引起），在图中可以看出，在离合器参数调整后，变速器的振动频谱图上已经没有宽频振动特征，整个振动频谱图几乎为背景色，说明离合器匹配不佳的问题已经消除，变速器因离合器匹配不佳导致的振动现象得到消除。
Claims (8)
1.一种基于NVH性能的识别离合器匹配不佳导致变速器振动的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将待测试离合器安装在动力总成样机上，即离合器的动力输入端与发动机的动力输出端连接，离合器的动力输出端与变速器的动力输入端连接；
步骤2：围绕变速器连接离合器一端的变速器壳体表面，周向布设至少4个用于采集NVH性能参数的传感器；
步骤3：通过急加速工况使发动机连续加速，从而使得发动机转速从怠速或零转速持续上升；
步骤4：在进行步骤3的同时，所述传感器采集发动机转速上升过程中变速器的NVH性能参数；
步骤5：比较各个传感器检测到的NVH性能参数，选取NVH性能参数最大值作为原始频谱分析数据；
步骤6：根据原始频谱分析数据生成振动频谱图，所述振动频谱图是以频率为横轴，以转速为纵轴，并以不同的色相代表不同的振幅；
步骤7：观察振动频谱图，判断振动频谱图中是否出现宽频振动特征，所述宽频振动特征为在一定转速下，沿横轴方向连续分布有若干振动频率，从而形成带状分布；
步骤8：若振动频谱图中出现宽频振动特征，则表明离合器在宽频振动特征对应的转速下存在离合器匹配不佳的问题，即变速器产生振动的原因是离合器在宽频振动特征对应的转速下性能参数匹配不佳；若振动频谱图中未出现宽频振动特征，则表明变速器产生振动的原因不是离合器在宽频振动特征对应的转速下性能参数匹配不佳。
2.根据权利要求1所述的基于NVH性能的识别离合器匹配不佳导致变速器振动的方法，其特征在于：所述用于采集NVH性能参数的传感器包括用于采集振动数据的振动传感器。
3.根据权利要求2所述的基于NVH性能的识别离合器匹配不佳导致变速器振动的方法，其特征在于：用于采集NVH性能参数的传感器还包括用于采集噪声数据的噪声传感器。
4.根据权利要求3所述的基于NVH性能的识别离合器匹配不佳导致变速器振动的方法，其特征在于：振动传感器为三向振动传感器，所述振动传感器水平或竖直安装在变速器壳体的平坦表面上；噪声传感器通过围绕变速器壳体的支架周向近场10cm布设在变速器壳体表面外侧；噪声传感器的前端带有风球，噪声传感器前端指向变速器壳体表面并且风球的轴线垂直于变速器轴线。
5.根据权利要求4所述的基于NVH性能的识别离合器匹配不佳导致变速器振动的方法，其特征在于：步骤5中比较同类型传感器检测到的NVH性能参数，选取同类型的NVH性能参数最大值作为原始频谱分析数据，即同时选取振动数据最大值和噪声数据最大值作为原始频谱分析数据。
6.根据权利要求1所述的基于NVH性能的识别离合器匹配不佳导致变速器振动的方法，其特征在于：在室内或室外进行NVH性能参数的采集；室内的背景噪声不大于20分贝；室外的背景噪声至少低于被测噪声10分贝。
7.根据权利要求1所述的基于NVH性能的识别离合器匹配不佳导致变速器振动的方法，其特征在于：振动频谱图像的背景为纯色，并以零振幅所对应的色相作为背景色。
8.一种消除变速器因离合器匹配不佳产生振动的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤101，确定离合器的初始性能参数，包括离合器片的刚度、阻尼以及材料；
步骤102，采用权利要求1至6中任一所述的基于NVH性能的识别离合器匹配不佳导致变速器振动的方法，确定变速器产生振动的原因是否为离合器在宽频振动特征对应的转速下性能参数匹配不佳；若是，则进入步骤103；若否，则结束；
步骤103：调整离合器的性能参数；
步骤104：利用权利要求1至6中任一所述的基于NVH性能的识别离合器匹配不佳导致变速器振动的方法获取与当前离合器性能参数对应的变速器的振动频谱图，判断当前振动频谱图中是否出现宽频振动特征，若否，则表明已消除离合器匹配不佳的问题，变速器不会再因离合器匹配不佳而振动，则结束；若是，则回到步骤103。
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