AMT换档过程的噪声分析

AMT换档过程的噪声分析摘要：本文以AMT为研究对象，旨在找出换档过程对换档噪声的影响。

AMT是在原手动变速器和干式离合器的基础上实现换档过程自动化的。

在其换档过程中，对噪声产生影响的主要是由于发动机和变速箱工况参数的变化而引起的换档噪声。

其中，发动机是汽车噪声的主要来源，主要包括：燃烧噪声、机械噪声、进气噪声、排气噪声以及风扇噪声等。

虽然排气噪声和进气噪声是发动机最大最主要的噪声源，但是对于本文所要研究的换档过程中的噪声而言，应该着重研究由于发动机转速与扭矩的改变而引起的机械噪声的变化。

变速箱噪声形成的原因，一般认为有以下几个方面：啮合刚度的变化和传动误差、轮齿的啮合冲击、摩擦力而产生的节点冲击以及变速箱箱体的振动。

在AMT换档过程中，由于传动比发生改变，传动齿轮啮合情况也随之发生变化，导致齿轮啮合刚度发生变化，其所承受的载荷也随之发生变化，产生周期性的冲击也发生了变化，从而导致了齿轮系统振动和噪声的改变。

本文就换挡过程进行分析，提出了噪声的几种形式，为实际换挡提供了理论依据。

关键词：换档品质；噪声源；噪声分析；齿轮啮合1.1 换档品质的定义及研究意义传统的换档品质是指在保证车辆动力性与动力传动系统寿命的前提下，能够迅速而平稳换挡的程度[1]。

而随着现代汽车工业的发展和车辆整体性能的不断提高，换档品质的内容越来越丰富，人们对换档品质的要求也越来越高。

单从平顺性角度出发去研究、解决提高换档品质的问题，已经不适应全面提高换档品质综合水平的时代要求了。

现代意义上换档品质的研究内容主要包括：由于传动比改变引起的换档冲击、转速波动及振动产生的换档噪声等乘坐舒适性指标；考虑能源及环保问题的换档燃油经济性和排放指标；由于换档尖峰载荷对动力传动系统零部件造成影响的使用寿命指标；换档过程响应速度及对驾驶员驾驶意图满足程度的智能化可操纵性指标[2]。

合理地定义换挡品质评价指标，科学地分析不同自动变速系统中各指标相互间的关系及其影响因素，构建换挡品质动态综合评价体系，为动力传动系统匹配标定技术及产品性能的客观评价奠定理论基础，是关于换挡品质评价研究的目的。

车辆的换档品质主要反映在两个方面，即可从对人的影响和对车的影响两个角度来看。

从乘员的感觉来考虑，要求换档过程平顺，无换挡冲击，无较明显的噪声波动，不使乘员产生不适的感觉，对驾驶员来讲还要满足驾驶意图。

对车而言，则关系到结合元件摩擦材料的使用寿命，以及换档过程中产生的动载荷对整个传动系的影响[3-4]。

1.2 研究换档噪声的意义换档品质是变速器综合性能评判的关键指标，是变速器设计、试验、系统匹配标定、生产以及检验的重要依据。

针对换档品质评价指标合理性和评价方法的科学性展开深入研究，构建换档品质评价体系是当前提高换档品质研究领域的关键。

完善的换档品质综合评价体系是换档综合控制的理论依据，是有效提高换档品质的有效保证。

作为换档品质的重要组成部分，对换档噪声进行研究有着十分重要的理论意义和工程应用价值：一、换档过程中，由于传动比发生突变，引起了动力传动系统的转速及扭矩冲击，同时也引起了各部件间的间隙冲击，同时发动机工作状况的改变也对换档时的噪声造成了很大的影响。

通过对换档噪声进行研究，可以深入的了解造成换档噪声的原因，以及各影响因素对换档噪声的影响程度，从而为找出可行的换档噪声控制方法，进而为提高换档品质奠定良好的基础。

二、对换档噪声进行研究，进而提取出换档噪声的评价指标、确定评价方法，则可以丰富换档品质评价体系的内容，使之更加全面、更加实用。

三、随着汽车工业的飞速发展，人们对于汽车，尤其是轿车的乘坐舒适性提出了越来越高的要求。

换挡噪声的研究对于降低车内噪声有着十分积极的作用。

四、换挡噪声的研究对于换档平顺性以及整个换档品质的研究也有着相辅相成的作用[5]。

目前，将换档噪声作为评价换档品质的重要指标已经被国内外专家学者所认可。

因此明确其产生原因；分析其影响因素就成为了进行换档品质评价体系研究的重要环节。

本文针对影响换档品质的这一个重要因素即换档噪声进行研究，意在找出影响车辆换档噪声的各个影响因素，并对其影响程度进行分析，从而为搭建起换档噪声与换档品质评价等级标准之间的相互联系奠定一定的理论基础。

2.1 换档噪声研究的国内外发展状况2.1.1 国内研究现状在车辆换档噪声的研究方面，国内外相关的专题研究还不多见。

国内在此领域的研究多是在纯主观评价方面。

由于自动变速器换档噪声不仅涉及到众多因素，而且也和车辆的驾驶者与乘坐者的主观感觉有关，因此，在对换档噪声进行评价时，国内主要延用驾驶员满意程度为衡量标准的主观评价方法，即请一些有经验的、受过专门训练的驾驶测评人员进行实时评定，通过试驾打分来评价一个系统换档噪声的好坏。

通常把评定等级定为1－10个级别来进行主观打分[6]。

2.1.2 国外的研究发展状况国外对于换档噪声的研究工作也处于起步的状态，其中大部分都是基于声音品质本身的研究，其理论基础是 Zwicker 的声音心理学。

其中比较有代表性的变速箱噪声研究是Steven Becker 和Scott X. Yu 提出的两参数噪声评价方法[7]。

他们的研究基于人体对噪声的感应心理，对宽带噪声、窄带噪声和低通噪声进行了重点的研究。

根据这三个指标的各自的含义，合成一个把可接受噪声数量化的指标。

利用这一指标可以完全或者部分地代替主观评价。

他们所提出的两参数为：整车噪声和齿轮噪声的最小差值 x ，窄带噪声和齿轮噪声的最小差值 y 。

这两个参数的提出对于后人的研究有着十分重要的参考价值。

其最终得出的结论是：)(r210y a x a c a ++=其中：r ——评定的噪声等级；x ——整车噪声和齿轮噪声的最小差值；y ——窄带噪声和齿轮噪声的最小差值；c ——由频率确定的系数。

这样便建立起了可测或可算的声音参量与评价等级间的客观对应关系。

此方法大大简化了对变速箱噪声的评价方法，但是Steven Becker和Scott X. Yu研究的美中不足在于他们的研究依然是针对噪声品质的本身来进行研究，并且只研究了变速箱在各个档位工作时的情况，而并没有针对换档过程中噪声的变化以及评价指标进行系统详尽的分析与研究。

而研究换档过程中噪声的变化，分析引起该变化的影响因素，以及各因素对噪声的影响程度显然才是研究换档噪声、继而提出换档噪声客观评价方法的关键。

本文针对AMT车辆换档过程，围绕噪声的波动与各工况参数之间的关系展开研究，并确定了各工况参数对换档噪声波动情况的影响大小。

3.1 电控机械式自动变速器（AMT）简介AMT既具有液力自动变速器自动变速的优点，又保留了原手动变速器齿轮传动效率高、成本低、结构简单、易制造的长处。

它揉合了二者的优点，是非常适合我国国情的机电液一体化高新技术产品。

AMT是在现生产的机械变速器上进行改造，保留了绝大部分原总成部件，只改变其中手动操作系统的换档杆部分，生产继承性好，改造的投入费用少，非常容易被生产厂家接受。

它的缺点是非动力换档，这虽然可以通过电控软件方面来得到一定弥补，但是还是严重影响了其总体换档品质。

由于AMT是非动力换档，在起步和换档品质上与占主导地位的AT相比有一定差距，故主要用于中低档乘用车和商用车。

因此人们研究出了动力换档机械式自动变速器，主要有辅助扭矩型和双离合器式自动变速器（DCT），其中DCT融合了AT和传统的AMT的优点，是目前世界特别是欧洲大力研究和发展的新一代自动变速器。

在几种自动变速器中，AMT的性能价格比最高。

在中低档乘用车和商用车上应用前景非常广阔。

3.2 AMT原理与系统组成3.2.1AMT 的原理固定轴式齿轮变速器是实现有级排档的传统机构，以其效率高、成本低、生产工艺成熟的特点而获得广泛应用。

它从滑动齿轮变速开始，经过多齿的齿套啮合，进而广泛采用同步器变速；但这种变速存在着换档困难、动力中断以及驾驶员水平对车辆行驶性能有较大影响等缺陷。

所以人们总期望在同步变速基础上实现自动化。

微机的出现和发展，提供了对其合理控制并进行起步、换档的可能。

AMT用先进的电子技术改造传统的手动变速器，不仅保留了原齿轮变速器效率高，成本低的长处，而且还具备了液力自动变速器采用自动换档所带来的全部优点。

它以特有的经济、方便、安全、舒适性而备受所有驾驶者的欢迎，成为各国开发的热点。

起步与换档是控制功能的主要内容，驾驶员通过加速踏板和操纵杆向电子控制单元（ECU）传递控制信号；电子控制单元采集发动机转速传感器、车速传感器等信号，时刻掌握着车辆的行驶状态；电子控制单元（ECU）根据这些信号按存储于其中的最佳程序：动态三参数最佳换档规律、离合器模糊控制规律、发动机供油自适应调节规律等，对发动机供油、离合器的分离与结合、变速器换档三者的动作与时序实现最佳匹配。

从而获得优良的燃油经济性与动力性能以及平稳起步与迅速换档的能力，以达到驾驶员所期望的结果。

3.2.2 AMT 的电子控制系统组成AMT电控系统由下列三部分组成：1）执行机构：包括电动机（步进电动机和直流电动机）、电磁阀（普通电磁阀和高速电磁阀）、液压缸（离合器动作缸和选、换档油缸）等；2）传感器：包括速度传感器 (发动机转速传感器、输入轴转速传感器、车速传感器)、油门开度传感器、档位传感器等；3）电控单元（ECU）：包括 CPU、ROM、RAM、I/O接口等。

AMT控制的基本思想是：根据驾驶员的意图（加速踏板、制动踏板、选择器开关等）、车辆的状态（发动机转速、输入轴转速、车速、档位等）和路面情况，依据设定的规律（换档规律、离合器接和规律等），通过相应的执行机构（供油控制执行机构、换档执行机构、离合器分离和接合执行机构），对车辆的动力传动系统（发动机、离合器、变速器）进行联合操纵。

如下图所示：3.3典型的 AMT 换档过程分析换档品质是指在保证汽车动力性与动力传动系统寿命的前提下，能够迅速而平稳换档的程度，换挡过程中影响换档品质的因素有：1）换档时发动机传来的力矩e T 和从车轮来的阻力矩r T 不协调；2）同步时，主、被动齿轮有较大转速差；3）换上档后，接合离合器时，主、从动片的转速差比较大。

换档过程是发动机、离合器、变速器联合操纵的过程。

在自动换档过程中，机械式变速器传动比g i 突然变化，使车轮牵引力矩 T 随之突变，如果发动机仍然保持换档前的工作状态，就会造成整车纵向加速度的突变，使换档品质恶化。

汽车在低档行驶时，同样工况下，传动系中传递的扭矩比高档时传递的扭矩要大。

这意味着传动轴和半轴这两处弹性较大的地方发生了较大的扭转。

因此在低档位切换中，车轮速度可能会发生较大的波动。

因此对低档间换挡应更为关注。

4.1自动变速器车辆换档噪声的产生车辆换档噪声在国际上并没有严格的定义。