变速器齿轮敲击实验及噪声声品质分析方法与流程

本发明涉及一种适合应用于车辆机械变速器齿轮敲击实验及定量地评价齿轮敲击噪声强度的方法。

背景技术：

随着车辆动力传动系统技术的不断发展，除动力性和经济性基本性能之外，传动系统振动噪声问题越来越引起整车企业和研究机构的重视。变速器齿轮敲击噪声属于车辆传动系统常见的振动噪声现象，因其具有明显的宽频噪声特性而区别于其他传动系统噪声，该噪声易使驾驶员感到烦躁不安，使驾驶员误以为变速器齿轮系统出现故障，该问题的解决直接影响到车辆品质和企业形象。

变速器齿轮敲击噪声现象是传动系统各部件综合作用的结果，传动系统各部件存在明显的非线性动力学特性，使得解决变速器齿轮敲击问题多需要较大的时间周期以及人力和物力成本。变速器齿轮敲击抑制措施的研究仍处于探索阶段，如传统从动盘式扭转减振器参数调校或者采用双质量飞轮式扭转减振器等，抑制措施的实施多需要大量的实车实验，如何快速、有效地评价变速器齿轮敲击噪声成为亟待解决的难题。目前，仍未有行之有效的变速器齿轮敲击噪声实验方法，仅对所测噪声信号进行频谱分析或者时频分析等，分析比对齿轮敲击抑制措施实施前、后齿轮敲击噪声程度，难以准确确定齿轮敲击发生的频率特征；齿轮敲击噪声评价仍依赖于富有丰富经验的驾驶员定性评价结果，结果带有明显的主观性，受外界环境因素影响较大，反复进行实验时需要消耗大量的人力和物力成本，且仍未能给出合适的客观评价参量以及建立主、客观评价结果之间的关联。

变速器齿轮敲击噪声评价依赖于富有丰富经验的驾驶员定性评价结果，结果带有明显的主观性，受外界环境因素影响较大，多次进行变速器齿轮敲击噪声评价实验时需要消耗大量的人力和物力成本，且仍未能给出明确的齿轮敲击噪声的客观评价参量以及明确的主、客观评价方法之间的关联。

技术实现要素：

本发明提供一种变速器齿轮敲击实验及噪声声品质分析方法，包括下列步骤:

（1）调试好实验车辆状态并准备好所用数据测试和采集设备；

(2）布设传感器和传声器，其中:在变速器壳体上设置振动加速度传感器，靠近驾驶员耳边附近，设置传声器；

(3）分别测试并记录怠速工况和爬行工况下变速器壳体上的振动加速度信号和变速器近处的声压信号，选取有效的实验信号测试组，综合利用频谱分析、时频分析和相干分析方法，确定变速器齿轮敲击振动噪声发生的频率范围；

(4）根据确定的变速器齿轮敲击振动噪声发生的频率范围，设计一种带通滤波器，针对选取的有效实验信号测试组的噪声样本进行滤波处理，用于后续的主、客观评价中；

(5）利用语言清晰度指数心理学参数，计算滤波处理后的齿轮敲击噪声信号客观评价结果，同时进行主观评价实验并计算噪声信号的主观烦躁度值，利用最小二乘法对主观烦躁度和基于语言清晰度指数的客观评价结果进行拟合，得到主、客观评价结果存在线性关系，噪声样本的主观烦躁度与语言清晰度指数关系可表示为：

式中，为主观烦躁度值；为基于语言清晰度指数的计算结果；为常量；为系数；

(6）利用主观评价实验，标定主观烦躁度可接受值，变速器齿轮敲击声品质主观烦躁度评价结论如下：

（7）完成步骤（1）~（6）完成后，即建立针对研究车辆的机械变速器齿轮敲击噪声声品质定量评价方法。

本发有的优点是，本发明确定了变速器齿轮敲击噪声客观评价参量—语言清晰度指数，给出主观烦躁度绩效值与语言清晰度指数的定量线性关系，明确了主客观评价结果间的定量关系和主观烦躁度标定值可快速、有效地用于后续多次实验，该方法可大大地缩短实验周期以及减少人力和物力成本。

本发明设计的变速器齿轮敲击实车实验方法，包括振动加速度传感器和传声器布置方案，具有可重复性并可快速有效地分析出变速器齿轮敲击发生的频率特征；创新性地提出可建立变速器齿轮敲击噪声主观烦躁度结果与基于语言清晰度指数的计算结果的定量线性关系，定量评价方法可重复地应用于多次实验中噪声声品质评价，该评价方法可大大缩短实验周期以及减少人力和物力成本。

附图说明

附图1是本发明的流程图；

附图2是传声器位置示意图；

附图3是图3的侧视图；

附图4是加速度传感器布设位置示意图；

附图5是噪声主观烦噪度与语言清晰度指数关系曲线图；

附图6是声品质评价函数确定后齿轮高敲击噪声实验流程；

图中标号说明:

1-中驾驶员座椅；2-传声器；3-变速器壳体；4-加速度传感器；5-变速器轴承处；

a-为70cm;b-为10cm;c-为20cm;d-为30cm。

具体实施方式

（1）调试好实验车辆状态并准备好所用数据测试和采集设备，布置振动加速度传感器和传声器：驾驶员人耳处传声器布置方案如图2中所示，传声器空间布置位置如图中要求；变速器壳体上的振动加速度传感器和近处的传声器如图4中所示，振动加速度传感器分别布置在变速器传动轴的轴承座和变速器轴向中部的壳体表面上，原则是选择大且平的壳体表面以便于粘贴加速度传感器，变速器近处的传声器布置在距离为30±2cm且正对于变速器轴向中部壳体表面上的振动加速度传感器的空间位置。其中，变速器壳体表面的振动加速度传感器和变速器近处传声器布置方案，应充分考虑车辆的实际机械结构而选择合适的粘贴位置或者固定位置。

（2）选取平直的实验场地，实验时应在天气良好且无风或者微风条件下进行，测量时车辆门窗处于关闭状态，车内其他辅助设备如无特殊要求不允许开启，保证车内本底噪声比所测车内噪声低至少10dB(A)，且测试应不会被偶然的声源所干扰。分别调试车辆处于怠速工况和爬行工况，其中怠速工况时变速器置于空挡，驾驶员完全释放油门踏板和制动踏板，车辆处于驻车状态；爬行工况时变速器置于一挡或者二挡，驾驶员完全释放油门踏板和制动踏板，车辆处于缓慢前行状态。

（3）分别测试并记录怠速工况和爬行工况下变速器壳体上的振动加速度信号和变速器近处的声压信号，选取有效的实验信号测试组，综合利用频谱分析、时频分析和相干分析方法，确定变速器齿轮敲击振动噪声发生的频率范围。

（4）根据确定的变速器齿轮敲击振动噪声发生的频率范围，设计一种带通滤波器，针对选取的有效实验信号测试组的噪声样本就行滤波处理，用于后续的主、客观评价中。

（5）利用语言清晰度指数心理学参数，计算滤波处理后的齿轮敲击噪声信号客观评价结果，同时进行主观评价实验并计算噪声信号的主观烦躁度值，噪声样本的主观烦躁度和基于语言清晰度指数的客观评价结果如图5中所示。利用最小二乘法对主观烦躁度和基于语言清晰度指数的客观评价结果进行拟合，可见，主、客观评价结果存在线性关系。噪声样本的主观烦躁度与语言清晰度指数关系可表示为：

式中，为主观烦躁度值；为基于语言清晰度指数的计算结果；为常量；为系数。

（6）利用主观评价实验，标定主观烦躁度可接受值，如图5中所示，变速器齿轮敲击声品质主观烦躁度评价结论如下：

（7）完成步骤（1）~（6）完成后，即建立针对研究车辆的机械变速器齿轮敲击噪声声品质定量评价方法。当根据工程实际需求，需要多次对目标车辆进行变速器齿轮敲击噪声声品质评价时，其流程如图6中所示，重复步骤（1）~（4）后，计算基于语言清晰度指数的客观评价结果，直接利用公式（1）计算主观烦躁度值，最后利用公式（2）判断所测变速器齿轮敲击噪声样本的声品质可接受程度。