变速箱敲击噪声的调制分析方法

理论与算法2018-2

变速箱敲击噪声的调制分析方法

管文烨

(上海汽车变速器有限公司，上海，200072 )

摘要：齿轮敲击噪声是变速器噪声的一种类型，由于敲击噪声具有穿透力高的特点，容易被乘客察觉并影响乘坐舒适性。常 规的齿轮敲击噪声主要采用时域考核指标来识别，本文提了一种新的分析方法，即调制分析方法。本文首先对仿真的敲击信号 做调制分析，验证其方法的有效性，接着再对生产线上真实的油泵敲击信号作了调制分析。结果证明该方法能够有效识别油泵 噪声信号。

关键词：调制分析；噪声；NVH

Modulation analysis for the detection of transmission gear rattle noise

Guan Wenye

(Shanghai Automobile Gear Works,Shanghai, 200072)

Abstract : Gear rattle noise is one type of transmission gear noise,and it is characterized by easy penetration,so it can be sensed and complained by the passengers.Conventional method is mainly based on time-domain evaluations.In this paper,we present a new method,L e.，modulation analysis. A simulated gear rattle noise is first analyzed with this method,to verify the effeteness of this method.The real gear rattle noise from the real-time measured oil pump is further analyzed.The results prove that the modulation analysis presents a powerful tool in detecting gear rattle noise.

K e y w o r d s： Modulation Analysis ;Noise ;NVH

〇引言

车辆的噪声来源于不同零件。主要的噪声除了发动机，还包 括风，轮胎和其他零件。它们影响车辆的整体N V H水平。其中一 个来源于变速箱的噪声成分是齿轮敲击。该噪声是由齿轮产生，并且可能仅在特定的工况下发生，齿轮敲击噪声能显著降低整体 N V H的评分，甚至被认为是质量缺陷。针对此类噪声，时域分析是 主流和有效的方法。但是，除了频谱,也可以根据敲击噪声的的成 分组成进行相关信息分析。本文提出了一种新的方法来分析齿轮 敲击，即调制分析方法。

1齿轮敲击驗

齿轮敲击噪声是变速器噪声的一种类型，由于敲击噪声具 有穿透力高的特点，容易被乘客察觉并影响乘坐舒适性。

齿轮敲击噪声是发生在啮合非承载齿轮，承载齿轮对和换挡 组件(如同步器、滑套等)上的一种冲击现象。啮合的齿轮,无论是 加载或非加载的，在某种条件下相互碰撞并产生敲击噪声。一般 来说，变速器敲击噪声产生的主要原因是动力传递系统存在着较 明显的扭矩波动。发动机在运行过程中因缸内气体的燃烧爆发、活塞的往复运动以及曲柄连杆机构的旋转运动，导致发动机输出 扭矩呈现周期性变化，从而使发动机输出转速不平衡，表现为一 定的转速波动。这一转速波动通过弹性离合器系统传到变速器轴 系，传递到变速器动力流中的每一对齿轮，导致变速器内部非工 作部件在允许的工作间隙内可能产生不规则的来回敲打现象，传 递至车内表现为变速器敲击噪声。

齿轮敲击噪声是两种不同机械机构产生的一定带宽的空气 传播噪声。其中的一部分噪声由轮齿直接进行噪声辐射：另一部分为齿轮振动通过变速器的结构导致变速器壳体振动从而进行 噪声辐射。经过变速器壳体的“滤波”作用,轮齿敲击产生的噪声 的频谱将不同于变速器壳体振动的频率成分，正因为如此，传递 到变速器外部空气中的敲击噪声容易被乘客察觉。虽然齿轮敲击 噪声不会影响变速器的正常工作，但它们却常常被乘客抱怨，因此有必要对齿轮敲击噪声系统的研宄，并使该类噪声得到最大的 抑制以提高乘坐舒适性。

2调制分析

首先对信号做窗口傅里叶变换(Windowed Fourier Transform)

；*AT*(l-o)+JV-l t.…

P(»,/) = — ^p i j c^e1N(1)

其中：

具有P (k)的：振动信号在k点的采样值

N: F F T长度。n:频率指数（该下标代表的频率）。〇:重叠系数，0表示相邻窗口无重叠，1表示完全重叠。

1 :窗口指数(第n个时间窗口）。W:权重函数(Hamming)。

在频谱的每个频率点上表示了在相应的载波频率处的包络 信号(调制信号)。我们通过P(n,1)序列的绝对值（模）的FFT 来得到调制频谱Pm (n,m)

(n>m)=w%\p^ *w(0|e ⑵其中：m为调制频率指数。

M为FF T长度。

调制频率的分辨率D f…S

2018.2理论与算法

图1模拟的敲击信号

在得到模拟的敲击信号后，我们先进行窗口傅里叶变换，得

到的分时频谱图P(n,l)为：

调制频谱P m(n,m)为

我们在对怂(》，w)所有的n取最大值，gp

P^{n) =vas^m Pm{n,m)(5)

图2模拟敲击信号的分时傅立叶变换

g g J l i i l

E L E C T R O N I C T E S T

图4模拟敲击信号的调制分析peak-ho 1d图

这样就可以明显看到，在2H z处，调制频率的幅值达到最大 值，其频率与仿真的敲击信号一致。这也说明所选取的算法参数 也是合理的。

4油泵敲击噪声信号的调制分析

在D C T总成中，油泵敲击噪声也时常发生。目前生产线上主 要采用时域考核指标来识别该噪声，直接频谱考核或阶次考核并 不能有效识别；但是我们同样可以调制分析的方法来识别敲击 噪声信号。

图5给出了某一总成的油泵敲击信号的时域图，信号的采 样周期为20KHz，持续时间0.8s。

周期性冲击（敲击）周期为0.0396秒，对应的频率约为25. 25Hz。考虑到该工况的转速为1500RPM，则对应的阶次为 1.015(=67/66)阶，实际对应油泵的噪声。

图6给出了该油栗冲击信号的分时Fourier变换，从图可 以看出在7200H z左右，周期性变化趋势最明显。

图7和图8分别给出了油泵敲击信号的调制分析图和对应 的peak h o l d图，由图可见，在25. 53H z处存在尖峰(该频率与时 域直观得到的25. 25H z相对应)，它们的值存在差异是由于调制

41 I

最高调制频率则为：

通过以上公式计算，可以得到敲击振动信号的调制频率。

3模拟敲击信号仿真与分析

在对真实的变速箱敲击振动信号运用该算法前，我们先

模拟敲击信号。图1给出了模拟的敲击信号，它的采用频率为

10000Hz，持续10s,敲击频率为2Hz，傅里叶变换窗口取4096点，

重叠系数为0.9.

图3

模拟敲击信号的调制分析图