變速器敲擊噪聲測試方法

徐海山

(唐山愛信齒輪有限責任公司，河北唐山 063033)

?

變速器敲擊噪聲測試方法

徐海山

(唐山愛信齒輪有限責任公司，河北唐山 063033)

敲擊噪聲是變速器開發過程中面臨的重要課題，而敲擊噪聲的測試方法研究在行業中還處于起步階段。實踐過程中，通過在變速器輸入軸施加回轉加速度，在變速器外側測量噪聲分貝值的變化，可以獲得變速器敲擊噪聲隨扭轉加速度變化而變化的數據曲線。通過分析數據曲線，可以得知敲擊噪聲發生的起點以及敲擊噪聲對回轉加速度的敏感度。

變速器；敲擊噪聲；測試方法；回轉加速度；敏感度

0 引言

為兼顧發動機的油耗和動力，三缸、增壓發動機的應用越來越普遍，發動機扭矩的波動幅值隨之變大，輸入到變速器的轉速波動幅值也隨之顯著提升。轉速波動幅值的提升，使得變速器內部空轉齒輪副之間發生敲擊噪聲的頻度大幅增加，這就給變速器的性能開發帶來一個新的課題——敲擊噪聲的優化[1]。要優化敲擊噪聲，首先要具備敲擊噪聲的識別和測試能力。行業里對敲擊噪聲的測試方法研究還處于起步階段，測試任務主要依賴于國外測試機構。為此，快速探索并掌握此項測試技術成為國內變速器公司迫在眉睫的任務。

1 敲擊噪聲測試方法

1.1 測試原理

如圖1所示，驅動電機模擬發動機，向變速器輸入回轉加速度，麥克風測得變速器噪聲的變化，并輸出噪聲-加速度曲線。通過曲線分析可獲得變速器噪聲對輸入軸回轉加速度的敏感度以及對應關系[2]。

圖1 敲擊噪聲測試原理圖

1.2 測試過程分析

1.2.1 平穩驅動

變速器掛上某一擋位，驅動電機M1以某一轉速平穩運轉，加載電機M2、M3施加負載。此時，通過麥克風測得平穩運轉時變速器的噪聲分貝值。此時的噪聲分貝值為沒有發生敲擊噪聲的數值。

1.2.2 施加回轉加速度

變速器運轉平穩后，控制M1模擬發動機施加回轉加速度。回轉加速度從0～2 000 rad/s2逐漸變化，通過麥克風記錄變速器噪聲分貝值的實時數值。此時的噪聲分貝值與平穩運轉時噪聲分貝值的差值，即為變速器隨輸入端回轉加速變化而發生敲擊噪聲所引起。

1.3 測試結果分析

以某變速器三擋為例，輸入軸轉速2 000 r/min，驅動扭矩100 N·m。此時測得的噪聲分貝值與輸入軸回轉加速度的對應關系如圖2所示。在點a，回轉加速度為0，此時的聲壓為變速器在此轉速、扭矩工況下的基礎噪聲。在點b，噪聲開始升高，為變速器敲擊噪聲的開始點。把點b對應的回轉加速度定義為此變速器的客觀敏感度值。在點b，雖然變速器齒輪開始產生敲擊，但因聲壓較低，在駕駛室很難聽到，此時的回轉加速度并不作為變速器的允許輸入極限值。在點c，變速器噪聲超過某一聲壓級時(例如80 dB)，在駕駛室內，人耳也可以聽到明顯的敲擊噪聲，產生不舒適感。點c對應的回轉加速度值(此例為1 000 rad/s2)即為此變速器3擋在2 000 r/min時的主觀敏感度。低于此數值，客戶通常能夠接受，高于此數值，會引起客戶的抱怨。因為車輛本身的隔振和隔音結構的差別，駕駛員對于敲擊噪聲的主觀敏感度會有顯著不同。也就是說，變速器對回轉加速度的主觀敏感度隨車輛狀態和客戶要求的不同而不同。有了客戶對某車輛上敲擊噪聲的認可后，再從臺架上測得敲擊噪聲曲線，從而獲得變速器針對某個車輛的一對一的敏感度數據。獲得了變速器的主觀敏感度，就為變速器的結構優化以及變速器與車輛的匹配性確認提供了依據。

圖2 敲擊噪聲曲線

2 測試注意事項

2.1 環境

要保證臺架測試數據的準確性，需要消除環境因素的影響，因此，通常要求在本底噪聲低于60 dB的半消音室內進行測試，測試設備在半消音室內的布局如圖1所示。驅動電機M1和加載電機M3布置在消音室外，考慮到傳動軸的長度和效率加載電機M2布置在消音室內，但需要對電機進行消音包裹以避免電機噪聲對測試結果產生影響。

2.2 電機

驅動電機M1可模擬發動機的扭轉振動，通常需要輸出0～2 000 rad/s2的回轉加速度，這就需要采用小慣量電機，對于最大輸出扭矩500 N·m以下的電機，通常轉動慣量不高于0.1 kg·m2時可滿足測試要求。加載電機M2、M3需要模擬車輛的負載，為模擬車輛的慣性，保持輸出轉速的穩定性，需要在加載電機端匹配模擬整車的慣量盤。

2.3 麥克風

如圖1所示，麥克風用來測量變速器的輻射噪聲。通常規范要求在變速器周邊500 mm位置上、下、左、右均勻布置4個麥克風來測量變速器的綜合聲壓。有時，只用一個麥克風，與變速器的相對位置布置在相當于實車駕駛員耳旁的位置。

2.4 傳感器

扭矩傳感器用來測量電機M1、M2、M3的輸出扭矩。轉速傳感器用來測量電機M1、M2、M3的輸出轉速、回轉加速度。

3 結束語

文中提到的變速器敲擊噪聲測試方法是針對系統的宏觀測試方法，目的是獲得變速器敲擊噪聲對輸入回轉加速度的敏感度。測得此敏感度后，有助于在變速器自身結構的設計優化或在開發階段提出對發動機及離合器的具體要求，實現變速器與發動機及離合器的匹配適用性。另外，通過此臺架測試數據與實車測試數據的比較，可以建立變速器敲擊噪聲的臺架控制基準。

為深入研究并解決變速器的敲擊噪聲，后續還需要精確測量變速器內部每對齒輪的回轉加速度隨輸入軸回轉加速度的變化情況，從而鎖定變速器內敲擊噪聲發生在哪一對齒輪上，并針對性采取消除、吸收、隔斷等解決辦法。

[1]馬小英，彭國民，余波.汽車手動變速器怠速敲擊噪聲研究與優化[J].汽車工程學報，2011(10):44-51. MA X Y，PENG G M，YU B.Gear Rattle Research and Analysis for Automotive Manual Transmissions[J].Chinese Journal of Automotive Engineering，2011(10):44-51.

[2]龔兵,潘甫生,常輝,等.手動變速箱rattle噪聲的仿真和試驗[J].計算機輔助工程,2013,22(5):37-42. GONG B,PAN F S,CHANG H,et al.Simulation and Test of Rattle Noise of Manual Gearbox[J].Computer Aided Engineering,2013,22(5):37-42.

[3]WANG M Y,MANOJ R,ZHAO W.汽車手動變速箱的齒輪敲擊模擬和分析[J].傳動技術,2002(4):27-42. WANG M Y,MANOJ R,ZHAO W.Gear Rattle Modelling and Analysis for Automotive Manual Transmissions[J].Drive System Technique,2002(4):27-42.

[4]項小雷,陳德鑫,李松松.雙中間軸式手動變速器齒輪敲擊噪聲理論及試驗研究[J].汽車技術,2014(11):1-6. XIANG X L,CHEN D X,LI S S.Theoretical & Experimental Research of Gear Rattle Noise of a Double Intermediate Shaft Manual Transmission[J].Automobile Technology,2014(11):1-6.

[5]陳洪方.某車型變速箱Rattle噪聲問題改善研究[J].汽車實用技術,2014(7):32-35. CHEN H F.Researching on Improving Transmission Case Rattle Noise Issue[J].Shiyong Qiche Jishu,2014(7):32-35.

[6]王連生,郝志勇,鄭康,等.考慮齒輪阻滯力矩的變速箱敲擊噪聲仿真與試驗[J].浙江大學學報(工學版)，2014,48(5):911-916. WANG L S,HAO Z Y,ZHENG K,et al.Simulation and Experiment on Transmission Gear Rattle Considering Drag Torque[J].Journal of Zhejiang University(Engineering Science),2014,48(5):911-916.

[7]田雄,李宏成,呂先鋒,等.基于傳遞路徑試驗分析的變速器敲擊噪聲優化[J].振動工程學報,2010,23(6):642-648. TIAN X,LI H C,LV X F,et al.A Study on Transmission Rattle Noise Optimization Based on Transfer Path Test Analysis[J].Journal of Vibration Engineering,2010,23(6):642-648.

[8]SINGH R.Analysis of Automotive Neutral Gear Rattle[J].Journal of Sound and Vibration,1989,131(2):177-196.

[9]WANG H B,GLOVER R,KOVAL J.Analytical and Experimental Study on Gear Rattle in Supercharger[R].SAE Technical Paper,2005.

The Testing Method for Transmission Rattle

XU Haishan

(Tangshan Aisin Gear Co.,Ltd.,Tangshan Hebei 063033,China)

The rattle is an important subject in the development of transmission, and the research on the testing method of rattle is still in the initial stage. In the practice process, by applying rotary acceleration in the input shaft of the transmission, measuring transmission external noise, the data curve of the transmission rattle changing with the rotary acceleration could be obtained. By analyzing the data curve, the starting point of the rattle and the sensitivity of the rattle to the rotary acceleration could be known.

Transmission; Rattle; Testing method; Rotary acceleration; Sensitivity

2017-03-15

徐海山(1970—),男，大學本科，工程師。E-mail:xhs@tagc.com.cn。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.07.021

U463.99

B

1674-1986(2017)07-078-02