一种变速器抖动原因确认装置及方法

摘要

本发明公开了一种变速器抖动原因确认装置及方法，所述装置通过模拟变速器使用环境，利用阶次分析的方法能够快速、准确的找到因变速器齿轮等旋转零部件引起的变速器抖动问题的原因。

说明书

技术领域

本发明涉及变速器振动试验领域，具体为一种变速器抖动原因确认装置及方法。

背景技术

随着人们对汽车舒适性要求的提高，因变速器抖动而导致的整车舒适性下降的问题越来越受到整车生产厂家的重视，但如何确定变速器抖动问题的原因成为解决该问题的难点。

如专利CN102564756A公开了一种汽车变速器振动分析试验方法及装置，该专利通过模拟汽车变速器基本运行环境，手动调节变速器档位后实现变速器升速和降速过程，但是该专利存在很大局限性和不足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种变速器抖动原因确认装置及方法，通过模拟整车变速器使用环境，能够快速、准确的找到因变速器齿轮等旋转零部件引起的变速器抖动问题的原因。

本发明所述的变速器抖动原因确认装置，包括台架控制系统、档位执行器、发动机、变速器、负载电机、数据采集系统和故障分析仪，所述台架控制系统分别控制发动机、档位执行器和负载电机工作运行，发动机输出端与变速器输入端连接，变速器输出端与负载电机连接，档位执行器根据台架控制系统的指令，将变速器置于相应的档位，所述数据采集系统采集来自发动机、变速器和负载电机的参数信息，并将相应的数据反馈至台架控制系统和故障分析仪。

本发明所示的变速器抖动原因确认方法，包括以下步骤：

第一步：根据变速器结构，建立变速器各档位时变速器中各旋转零部件的阶次模型，并在台架控制系统中设置整车重量、不同车速下的滑动阻力和变速器各档速比；

第二步：台架控制系统控制发动机、负载电机和档位执行器启动，数据采集系统开始采集转速、油门、扭矩、档位、阶次采集参数；

第三步：台架控制系统发出换档指令，通过档位执行器将变速器置于要求档位；

第四步：台架控制系统通过控制发动机油门大小实现发动机输出转速和扭矩变换，并通过改变负载电机的负载大小，使负载电机模拟整车不同车速下的滑行阻力，从而实现变速器抖动工况再现；

第五步：数据采集系统将采集来自变速器的转速、扭矩、档位和阶次信息反馈至故障分析仪，故障分析仪根据上述参数信息得到阶次数据谱线，找出其中振幅较大的阶次并与第一步中的阶次模型进行对比分析，确定出不在变速器动力传递路线上但阶次振幅较大的零部件，从而判定变速器抖动原因。

本发明具有以下优点：

（1）负载电机可以模拟整车阻力：台架控制系统可以控制负载电机实现模拟整车上坡、下坡以及不同车速下的滑行阻力，更接近于实车阻力状态。

（2）台架控制系统能够模拟真人驾驶操作行为：台架控制系统通过综合控制发动机和档位执行器，能够实现发动机在各种油门情况下变速器的升、降档等动态操作，使发动机和变速器的动作更接近于实车真人驾驶操作。

（3）本确认方法能够快速、准确的查找到因变速器齿轮等旋转零部件引起的变速器抖动问题的原因。

附图说明

图1是所述确认装置的结构简示图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细阐述，以下实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。

如图1所示的变速器抖动原因确认装置，包括台架控制系统1、档位执行器2、发动机3、变速器4、负载电机5、数据采集系统6和故障分析仪7。其中，所述台架控制系统分别控制发动机、档位执行器和负载电机工作运行。数据采集系统6采集来自发动机3、变速器4和负载电机5的参数信息，并将相应的数据反馈至台架控制系统和故障分析仪。发动机3输出端与变速器4输入端连接，变速器4输出端与负载电机5连接，档位执行器2根据台架控制系统的指令，将变速器置于相应的档位。所述故障分析仪为德国莱尔浩福公司生产的德尔塔故障分析仪。

以重庆青山公司生产的MF515五档变速器为例，利用上述装置对该变速器抖动原因进行确认的方法，包括以下步骤：

第一步，根据所述变速器的结构，建立变速器各档位时的阶次模型。该型号变速器为前置前驱变速器，具有1根输入轴、1根输出轴、1个主减速器（含差速器）、5个前进档、1个倒档。其中各前进档以及倒档的主动齿轮在输入轴上，各前进档和倒档的从动齿轮、主减小齿轮在输出轴上，倒档中间齿轮位于倒档轴上，主减大齿轮位于差速器壳上，1、2档同步器位于输出轴上，3、4、5档同步器位于输入轴上。因此1、2档主动齿轮与输入轴同步转动（即阶次相同），3、4、5档从动齿轮与输出轴同步转动（即阶次相同），倒档采用直齿，没有同步器。

以该变速器位于倒档时为例建立阶次模型，采用德尔塔故障分析仪的阶次建模方法：

首先需要设置阶次模型建立的同步化对象，一般设置变速器转速输入端或者转速输出端零部件作为同步化对象。在此设置变速器转速输出端零部件，即差速器壳为同步化对象，其他零部件的模型在该零部件阶次的基础上进行建立，则挂上倒档时变速器各旋转零部件的阶次模型分别为：

主减大齿轮的阶次=差速器壳阶次；

主减大齿轮与主减小齿轮啮合阶次=差速器壳阶次×主减大齿轮齿数；

主减小齿轮阶次=主减大齿轮与主减小齿轮啮合阶次÷主减小齿轮齿数=差速器壳阶次×主减大齿轮齿数÷主减小齿轮齿数；

输出轴阶次=主减小齿轮阶次=差速器壳阶次×主减大齿轮齿数÷主减小齿轮齿数；

倒档从动齿轮阶次=输出轴阶次=差速器壳阶次×主减大齿轮齿数÷主减小齿轮齿数；

倒档从动齿轮与倒档中间齿轮啮合阶次=倒档从动齿轮阶次×倒档从动齿轮齿数=差速器壳阶次×主减大齿轮齿数÷主减小齿轮齿数×倒档从动齿轮齿数；

倒档中间齿轮阶次=倒档从动齿轮与倒档中间齿轮啮合阶次÷倒档中间齿轮齿数=差速器壳阶次×主减大齿轮齿数÷主减小齿轮齿数×倒档从动齿轮齿数÷倒档中间齿轮齿数；

倒档中间齿轮与倒档主动齿轮啮合阶次=倒档中间齿轮阶次×倒档中间齿轮齿数=差速器壳阶次×主减大齿轮齿数÷主减小齿轮齿数×倒档从动齿轮齿数÷倒档中间齿轮齿数×倒档中间齿轮齿数=差速器壳阶次×主减大齿轮齿数÷主减小齿轮齿数×倒档从动齿轮齿数；

倒档主动齿轮阶次=倒档中间齿轮与倒档主动齿轮啮合阶次÷倒档主动齿轮齿数=差速器壳阶次×主减大齿轮齿数÷主减小齿轮齿数×倒档从动齿轮齿数÷倒档主动齿轮齿数；

输入轴阶次=倒档主动齿轮阶次=差速器壳阶次×主减大齿轮齿数÷主减小齿轮齿数×倒档从动齿轮齿数÷倒档主动齿轮齿数；

1档主动齿轮阶次=输入轴阶次=差速器壳阶次×主减大齿轮齿数÷主减小齿轮齿数×倒档从动齿轮齿数÷倒档主动齿轮齿数；

1档主动齿轮与从动齿轮啮合阶次=1档主动齿轮阶次×1档主动齿轮齿数=差速器壳阶次×主减大齿轮齿数÷主减小齿轮齿数×倒档从动齿轮齿数÷倒档主动齿轮齿数×1档主动齿轮齿数；

1档从动齿轮阶次=1档主动齿轮与从动齿轮啮合阶次÷1档从动齿轮齿数=差速器壳阶次×主减大齿轮齿数÷主减小齿轮齿数×倒档从动齿轮齿数÷倒档主动齿轮齿数×1档主动齿轮齿数÷1档从动齿轮齿数；

2档主动齿轮阶次=输入轴阶次=差速器壳阶次×主减大齿轮齿数÷主减小齿轮齿数×倒档从动齿轮齿数÷倒档主动齿轮齿数；

2档主动齿轮与从动齿轮啮合阶次=2档主动齿轮阶次×2档主动齿轮齿数=差速器壳阶次×主减大齿轮齿数÷主减小齿轮齿数×倒档从动齿轮齿数÷倒档主动齿轮齿数×2档主动齿轮齿数；

2档从动齿轮阶次=2档主动齿轮与从动齿轮啮合阶次÷2档从动齿轮齿数=差速器壳阶次×主减大齿轮齿数÷主减小齿轮齿数×倒档从动齿轮齿数÷倒档主动齿轮齿数×2档主动齿轮齿数÷2档从动齿轮齿数；

3档从动齿轮阶次=输出轴阶次=差速器壳阶次×主减大齿轮齿数÷主减小齿轮齿数；

3档从动齿轮阶次与主动齿轮啮合阶次=3档从动齿轮阶次×3档从动齿轮齿数=差速器壳阶次×主减大齿轮齿数÷主减小齿轮齿数×3档从动齿轮齿数；

3档主动齿轮阶次=3档从动齿轮阶次与主动齿轮啮合阶次÷3档主动齿轮齿数=差速器壳阶次×主减大齿轮齿数÷主减小齿轮齿数×3档从动齿轮齿数÷3档主动齿轮齿数；

4档从动齿轮阶次=输出轴阶次=差速器壳阶次×主减大齿轮齿数÷主减小齿轮齿数；

4档从动齿轮阶次与主动齿轮啮合阶次=4档从动齿轮阶次×4档从动齿轮齿数=差速器壳阶次×主减大齿轮齿数÷主减小齿轮齿数×4档从动齿轮齿数；

4档主动齿轮阶次=4档从动齿轮阶次与主动齿轮啮合阶次÷4档主动齿轮齿数=差速器壳阶次×主减大齿轮齿数÷主减小齿轮齿数×4档从动齿轮齿数÷4档主动齿轮齿数；

5档从动齿轮阶次=输出轴阶次=差速器壳阶次×主减大齿轮齿数÷主减小齿轮齿数；

5档从动齿轮阶次与主动齿轮啮合阶次=5档从动齿轮阶次×5档从动齿轮齿数=差速器壳阶次×主减大齿轮齿数÷主减小齿轮齿数×5档从动齿轮齿数；

5档主动齿轮阶次=5档从动齿轮阶次与主动齿轮啮合阶次÷5档主动齿轮齿数=差速器壳阶次×主减大齿轮齿数÷主减小齿轮齿数×5档从动齿轮齿数÷5档主动齿轮齿数。

以上便是该变速器挂上倒档时以变速器壳为同步化对象而建立的各零部件的阶次模型。

根据德尔塔故障分析仪阶次计算方法，通常定义同步化对象的阶次为1，即差速器壳的阶次为1，同时将以下各档齿轮齿数代入上述模型，

1档主动齿轮齿数为13，从动齿轮齿数为45；

2档主动齿轮齿数为22，从动齿轮齿数为43；

3档主动齿轮齿数为29，从动齿轮齿数为38；

4档主动齿轮齿数为33，从动齿轮齿数为34；

5档主动齿轮齿数为37，从动齿轮齿数为29；

倒档主动齿轮齿数为13，倒档中间齿轮齿数为33，倒档从动齿轮齿数为42；

主减小齿轮齿数为17，主减大齿轮齿数为73。

则可计算出倒档时变速器各旋转部件的阶次分别为：

差速器壳阶次=1

主减大齿轮阶次=1主减大齿轮与主减小齿轮啮合阶次=1×73=73

主减小齿轮阶次=1×73÷17=4.29

输出轴阶次=1×73÷17= 4.29

倒档从动齿轮阶次= 1×73÷17= 4.29

倒档从动齿轮与倒档中间齿轮啮合阶次=1×73÷17×42= 180.35

倒档中间齿轮阶次=1×73÷17×42÷33= 5.47

倒档中间齿轮与倒档主动齿轮啮合阶次=1×73÷17×42= 180.35

倒档主动齿轮阶次=1×73÷17×42÷13= 13.87

输入轴阶次= 1×73÷17×42÷13= 13.87

1档主动齿轮阶次=1×73÷17×42÷13= 13.87

1档主动齿轮与从动齿轮啮合阶次=1×73÷17×42÷13×13= 180.35

1档从动齿轮阶次=1×73÷17×42÷13×13÷45=4.01

2档主动齿轮阶次=1×73÷17×42÷13= 13.87

2档主动齿轮与从动齿轮啮合阶次=1×73÷17×42÷13×22=305.21

2档从动齿轮阶次=1×73÷17×42÷13×22÷43=7.10

3档从动齿轮阶次=1×73÷17= 4.29

3档从动齿轮阶次与主动齿轮啮合阶次=1×73÷17×38=163.18

3档主动齿轮阶次=1×73÷17×38÷29=5.63

4档从动齿轮阶次=1×73÷17=4.29

4档从动齿轮阶次与主动齿轮啮合阶次=1×73÷17×34 =191.31

4档主动齿轮阶次=1×73÷17×34÷33=4.42

5档从动齿轮阶次=1×73÷17=4.29

5档从动齿轮阶次与主动齿轮啮合阶次=1×73÷17×29=124.53

5档主动齿轮阶次=1×73÷17×29÷37=3.37

以上便是该变速器挂上倒档时以变速器壳为同步化对象（阶次为1）计算出的各齿轮等旋转零部件的阶次数据。

接下来，在台架控制系统中设置整车重量、不同车速下的滑动阻力、变速器各档速比等控制参数，以及数据采集系统需要采集的转速、油门、扭矩、档位以及阶次采集等采集参数。其中在对阶次采集进行设置时，因前面在对阶次进行建模及计算时，设定了差速器壳为同步化对象，且定义差速器壳的阶次为1，故此处我们需要设置差速器壳为阶次采集同步化对象，所以我们在采集变速器振动信号的同时，需要设置同步采集差速器壳的转速。

第二步，台架控制系统控制发动机启动，控制负载电机和档位执行器处于待机状态，数据采集系统开始采集各参数数据。

第三步，台架控制系统发出换档指令，通过档位执行器将变速器置于倒档，此时发动机和负载电机处于怠速运转。

第四步，台架控制系统控制发动机和负载电机实现变速器抖动工况再现，本实施例中控制发动机油门开度为13%，控制负载电机模拟加载整车在9%坡道上以9km/h速度行驶的阻力，从而使变速器产生抖动。

第五步，数据采集系统将采集来自变速器的转速、扭矩、档位、阶次等信息反馈给故障分析仪，故障分析仪根据上述参数信息计算得到阶次数据谱线，将其与第一步中所计算得到的阶次数据进行如下分析：

根据该变速器的结构，可确定倒档时动力传递路线为：输入轴→倒档主动齿轮→倒档中间齿轮→倒档从动齿轮→输出轴→主减小齿轮→主减大齿轮→差速器壳，因以上动力传递路线中的所有零部件都有扭矩的传递，正常情况下它们的阶次振幅较大，而其他没有在动力传递路线中的零部件因为是空转或者不转，没有扭矩传递，所以理论上阶次振幅较小。

通过分析查看故障分析仪得到的阶次数据谱线，发现以下阶次振幅较大，分别为：1、4.29、5.46、7.10、13.87、73、180.35。通过与第一步中计算得到的阶次数据进行对比，发现7.10阶为二档从动齿轮阶次，正常运转中本应为空转，并不传递扭矩，所以阶次振幅应该较小，而此时出现阶次振幅较大的情况，说明二档齿轮出现了扭矩的传递，其与倒档传递扭矩作用，从而导致了变速器出现抖动问题。

同理的，该变速器挂上其他档位时变速器出现抖动问题的分析方法与上述方法一致，都需要预先建立相应档位的阶次模型，计算出挂上相应档位时变速器各旋转件的阶次数据。然后通过上述装置实现相应档位时变速器抖动工况再现，通过采集此时变速器的各参数信号，将得到的阶次数据谱线进行分析，即在动力传递路线上的零部件有扭矩传递，阶次振幅较大，而不在动力传递路线上的零部件因是空转或不转，本应没有扭矩传递，而如果出现不在动力传递路线上的零部件阶次振幅较大，则可判定该零部件为导致变速器出现抖动问题的原因。