车用柴油机齿轮异响热试台架测试系统及其测试方法与流程

1.本发明涉及汽车nvh测试技术领域，具体涉及一种车用柴油机齿轮异响热试台架测试系统及其测试方法。


背景技术：

2.随着车用柴油机技术发展，传动系统设计越来越复杂，齿轮副作为柴油机重要的传动件，其传动异响不仅影响用户舒适性感官，也会对整车可靠性造成较大质量风险，成为客户抱怨的一项突出质量问题。
3.当前行业内对柴油机齿轮异响的质量管控主要依靠相关零部件的加工精度和一致性以及组装过程进行管控，效果不佳。同时出厂热试一般依靠操作工感官来判定，因受个人感官上的差异和其他噪音(发动机燃烧噪音、环境背景噪音)因素影响，误判、错判和漏判比例较高，而且通过感官分辨出的异响，也难以快捷、准确的判别异响发生的不良类型。
4.若要通过设备准确和量化判别柴油机齿轮异响的状态，目前主要采用两种方法：一种是柴油机在冷试台架上，在不点火和冷态的条件下，用nvh测试设备进行判定，这种方法存在的问题是：柴油机不点火运行，不能表现整车在实际运转条件下，柴油机传动齿轮的nvh水平；另一种方法是采用非标声学仪器在减少背景噪音的条件下，排查异响源可能的位置，再通过振动频谱对异响类型进行分析和确认，这种方法需花费较多时间排除非齿轮噪音发生源的干扰，而且操作过程复杂，设备价格昂贵，不能满足大批量柴油机的出厂热试需求。


技术实现要素：

5.本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种车用柴油机齿轮异响热试台架测试系统及其测试方法，实现柴油机总成在出厂热试中快速判定齿轮异响类型，结构简单，成本较低，方法便捷。
6.为实现上述目的，本发明所设计的车用柴油机齿轮异响热试台架测试系统，包括安装在待测柴油机上的若干个振动采集装置，所述振动采集装置通过噪音信号线缆连有信号处理器，所述信号处理器连有nvh测控设备，所述nvh测控设备还连有转速pid计算模块，所述nvh测控设备连有转速信号线，所述转速pid计算模块连有油门信号线。
7.优选地，所述振动采集装置包括与所述噪音信号线缆连接的nvh振动传感器，所述nvh振动传感器通过螺纹拧紧在转接工装上，所述转接工装通过螺纹拧紧在所述待测柴油机的测试部位上。
8.优选地，所述nvh振动传感器为三象限加速度传感器。
9.一种所述车用柴油机齿轮异响热试台架测试系统的测试方法，包括如下步骤：
10.a)设定测试参数：柴油机齿轮异响测试前，在所述nvh测控设备中设定测试参数；
11.b)建立标准规格：将充分磨合的柴油机在出厂热试台架上连续测试至少5次的重复性测试，充分磨合的目的是减少柴油机初期传动齿轮啮合特性变化所引起的测试差异，
获得nvh数据，每个齿轮阶次的nvh声强峰值标准差不超过1db，在nvh测试重复性满足要求的基础上，建立齿轮异响的标准规格和失效样本数据库；
12.c)安装振动采集装置：完成出厂热试所需的油液电气连接作业后，在待测柴油机靠近传动齿轮的位置安装振动采集装置；
13.d)连接转速传感器和油门控制模块：将待测柴油机上的转速传感器与所述转速信号线连接，将待测柴油机上的油门控制模块与所述油门信号线连接；
14.e)恒定工况nvh测试：起动待测柴油机，完成热机磨合以及其他检测工况后，进行nvh恒定工况测试，得出振动-频段模式的nvh数据和曲线，恒定工况分别有怠速、低速、中速；
15.f)加减速工况nvh测试：进行nvh加减速工况测试，得出转速-振动模式的nvh数据和曲线；
16.g)异响判定：待测柴油机经过异响测试，获得nvh数据，与所述nvh测控设备中设定的标准规格对比，合格下线，若不合格，与失效样本数据库中的样本数据和曲线对比，与哪种类型异响齿轮特征一致，可判断齿轮异响的部位和类型，根据齿轮异响的部位和类型，进行修理、组装或零部件管控的对策，然后返回所述步骤e)，继续进行测试。
17.优选地，所述步骤a)中，测试参数包括转速工况、测试时间、阶次、采样频率及fft计算参数。
18.优选地，所述步骤b)中，建立标准规格包括如下步骤：
19.b1)将充分磨合柴油机替换所述步骤c)～步骤f)中的待测柴油机，获得充分磨合柴油机的样本nvh特征数据，用来评估nvh测试系统重复性，在nvh测试系统符合重复性要求的基础上，获得所述步骤c)～步骤f待测柴油机样本nvh特征数据；
20.b2)采用“平均值
±
3倍标准差”方法，选取至少50台份样本nvh特征数据，对具有明显特征的转速段或频段的数据进行统计、分析；
21.b3)根据柴油机音振开发目标和样本nvh特征数据的一致性，结合感官评估，建立合格齿轮传动的nvh标准规格；
22.b4)根据不同传动齿轮的阶次特征，将标准规格设置在所述nvh测控设备的自动测试程序中；
23.b5)分别建立不同类型异响齿轮的柴油机样本，获得相应失效的nvh数据，寻找异常特征，建立nvh失效样本数据库。
24.优选地，所述步骤c)中，所述振动采集装置的安装部位包括缸体侧、发动机前端或缸盖顶部、发动机后端或缸盖顶端。
25.优选地，所述步骤f)中，进行nvh加减速工况测试时，加减速工况设定从怠速每隔x(rpm)测试一个点，经过过渡时间t(s)，升到中速，然后再逐步每隔x(rpm)和过渡时间t(s)，降到怠速，转速间隔根据转速控制精度和稳定性设定。
26.本发明与现有技术相比，具有以下优点：
27.1、振动采集装置体积小，安装方便可靠，并且在布置较少的振动传感器的条件下，实现更多维度的nvh振动信号采集，可适用于测试效率要求高的作业拆装环节；
28.2、转速信号由转速传感器采集，通过转速信号线传输至nvh测控设备显示转速，并传输至转速pid计算模块，根据设定转速和油门标定模式，计算出油门控制所需的电压值，
通过油门控制，转速达到一个实际值，转速传感器将实际转速再传输至转速pid计算模块，对油门控制所需的电压进行pid闭环调节，直到实际转速达到设定转速，该结构基于柴油机电控系统，实现转速精确控制，无需安装额外的转速采集装置，具备结构简单、响应速率快、转速平稳的特点，可自动模拟整车在匀速、加减速的工况条件，从而实现不同工况下nvh测试功能；
29.3、设定测试参数可根据传动齿轮的旋转周期、结构特征换算，设定不同齿轮对应的阶次，如106阶次，代表曲轴驱动齿轮(106个齿)的nvh检出设定，该方法根据可能发生异响的传动齿轮专门设定，针对性强，可减小背景噪音的干扰，排除非齿轮噪音频率和阶次源对nvh测试结果的影响；
30.4、测试工况包括恒定和加减速工况，分别模拟整车在匀速和加减速行驶时的柴油机齿轮传动的感官表现，恒定工况转速设置可突出传动齿轮振动特性，便于在非齿轮传动引起的噪音背景下分辨出齿轮异响，加减速工况转速设置可覆盖齿轮传动异响发生的转速范围；
31.5、标准规格以nvh振动限值、转速、频段、异常点数量等参数的形式设置在nvh测控设备的测试程序中，自动判定合格与否，可适用于自动化和标准化要求较高的出厂热试中；
32.6、异响类型判定通过建立失效样本数据库的方式，可适用不同类型齿轮异响症状的快速判别，能够为柴油机组装过程、零部件质量管控、异常修理提供具体的参考方案；
33.7、该测试系统结构简单、成本较低，方法便捷，可快速判定异响类型，适用于大批量柴油机的出厂热试。
附图说明
34.图1为本发明车用柴油机齿轮异响热试台架测试系统的结构示意图；
35.图2为图1中振动采集装置的结构示意图；
36.图3为本发明车用柴油机齿轮异响热试台架测试系统测试方法的流程图；
37.图4为nvh测试结果与齿轮异响样本数据比对示意图。
38.图中各部件标号如下：
39.待测柴油机1、振动采集装置2、噪音信号线缆3、信号处理器4、nvh测控设备5、转速pid计算模块6、转速信号线7、油门信号线8、nvh振动传感器9、转接工装10、转速传感器11、油门控制模块12。
具体实施方式
40.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
41.如图1所示，本发明车用柴油机齿轮异响热试台架测试系统，包括安装在待测柴油机1上的若干个振动采集装置2，振动采集装置2通过噪音信号线缆3连有信号处理器4，信号处理器4连有nvh测控设备5，nvh测控设备5还连有转速pid计算模块6，nvh测控设备5连有转速信号线7，转速pid计算模块6连有油门信号线8。
42.其中，如图2所示，振动采集装置2包括与噪音信号线缆3连接的nvh振动传感器9，nvh振动传感器9通过螺纹拧紧在转接工装10上，转接工装10通过螺纹拧紧在待测柴油机1的测试部位上，nvh振动传感器9为三象限加速度传感器。
43.本实施例车用柴油机齿轮异响热试台架测试系统测试时，如图3所示，包括如下步骤：
44.a)设定测试参数：柴油机齿轮异响测试前，在nvh测控设备5中设定测试参数；
45.b)建立标准规格：将充分磨合的柴油机在出厂热试台架上连续测试至少5次的重复性测试，获得nvh数据，每个齿轮阶次的nvh声强峰值标准差不超过1db，在nvh测试重复性满足要求的基础上，建立齿轮异响的标准规格和失效样本数据库；
46.c)安装振动采集装置：完成出厂热试所需的油液电气连接作业后，在待测柴油机1靠近传动齿轮的位置安装振动采集装置2；
47.d)连接转速传感器11和油门控制模块12：将待测柴油机1上的转速传感器11与转速信号线7连接，将待测柴油机1上的油门控制模块12与油门信号线8连接；
48.e)恒定工况nvh测试：起动待测柴油机，完成热机磨合以及其他检测工况后，进行nvh恒定工况测试，得出振动-频段模式的nvh数据和曲线，恒定工况分别有怠速、低速、中速；
49.f)加减速工况nvh测试：进行nvh加减速工况测试，得出转速-振动模式的nvh数据和曲线；
50.g)异响判定：待测柴油机1经过异响测试，获得nvh数据，如图4所示，与nvh测控设备5中设定的标准规格对比，合格下线，若不合格，与失效样本数据库中的样本数据和曲线对比，与哪种类型异响齿轮特征一致，可判断齿轮异响的部位和类型，根据齿轮异响的部位和类型，进行修理、组装或零部件管控的对策，然后返回步骤e，继续进行测试。
51.其中，步骤a)中，测试参数包括转速工况、测试时间、阶次、采样频率及fft计算参数。
52.步骤b)中，建立标准规格包括如下步骤：
53.b1)将充分磨合柴油机替换步骤c)～步骤f)中的待测柴油机，获得充分磨合柴油机的样本nvh特征数据，用来评估nvh测试系统重复性，在nvh测试系统符合重复性要求的基础上，获得步骤c)～步骤f待测柴油机样本nvh特征数据；
54.b2)采用“平均值
±
3倍标准差”方法，选取至少50台份样本nvh特征数据，对具有明显特征的转速段或频段的数据进行统计、分析，如86阶次振动的明显特征转速段是在中低转速区间；
55.b3)根据柴油机音振开发目标和样本nvh特征数据的一致性，结合感官评估，建立合格齿轮传动的nvh标准规格；
56.b4)根据不同传动齿轮的阶次特征，将标准规格设置在nvh测控设备5的自动测试程序中；
57.b5)分别建立不同类型异响齿轮的柴油机样本，如齿轮间隙异常、缺齿、残齿、齿面硬点等，获得相应失效的nvh数据，寻找异常特征，建立nvh失效样本数据库。
58.步骤c)中，振动采集装置2的安装部位包括缸体侧、发动机前端或缸盖顶部、发动机后端或缸盖顶端，具体的，缸体侧对应平衡轴与曲轴传动齿轮，发动机前端或缸盖顶部对应正时齿轮机构，发动机后端或缸盖顶端对应凸轮轴与高压油泵传动齿轮，测试范围可包含待测柴油机1所有的传动齿轮。
59.步骤f)中，进行nvh加减速工况测试时，加减速工况设定从怠速每隔x(rpm)测试一
个点，经过过渡时间t(s)，升到中速，然后再逐步每隔x(rpm)和过渡时间t(s)，降到怠速，转速间隔根据转速控制精度和稳定性设定。
60.本发明车用柴油机齿轮异响热试台架测试系统及其测试方法，振动采集装置2体积小，安装方便可靠，并且在布置较少的振动传感器的条件下，实现更多维度的nvh振动信号采集，可适用于测试效率要求高的作业拆装环节；转速信号由转速传感器11采集，通过转速信号线7传输至nvh测控设备5显示转速，并传输至转速pid计算模块6，根据设定转速和油门标定模式，计算出油门控制所需的电压值，通过油门控制，转速达到一个实际值，转速传感器11将实际转速再传输至转速pid计算模块6，对油门控制所需的电压进行pid闭环调节，直到实际转速达到设定转速，该结构基于柴油机电控系统，实现转速精确控制，无需安装额外的转速采集装置，具备结构简单、响应速率快、转速平稳的特点，可自动模拟整车在匀速、加减速的工况条件，从而实现不同工况下nvh测试功能；设定测试参数可根据传动齿轮的旋转周期、结构特征换算，设定不同齿轮对应的阶次，如106阶次，代表曲轴驱动齿轮(106个齿)的nvh检出设定，该方法根据可能发生异响的传动齿轮专门设定，针对性强，可减小背景噪音的干扰，排除非齿轮噪音频率和阶次源对nvh测试结果的影响；测试工况包括恒定和加减速工况，分别模拟整车在匀速和加减速行驶时的柴油机齿轮传动的感官表现，恒定工况转速设置可突出传动齿轮振动特性，便于在非齿轮传动引起的噪音背景下分辨出齿轮异响，加减速工况转速设置可覆盖齿轮传动异响发生的转速范围；标准规格以nvh振动限值、转速、频段、异常点数量等参数的形式设置在nvh测控设备5的测试程序中，自动判定合格与否，可适用于自动化和标准化要求较高的出厂热试中；异响类型判定通过建立失效样本数据库的方式，可适用不同类型齿轮异响症状的快速判别，能够为柴油机组装过程、零部件质量管控、异常修理提供具体的参考方案；该测试系统结构简单、成本较低，方法便捷，可快速判定异响类型，适用于大批量柴油机的出厂热试。