基于阶次跟踪的变速箱啸叫噪声初探（最终定稿）

第一篇：基于阶次跟踪的变速箱啸叫噪声初探

基于阶次跟踪的变速箱啸叫噪声初探

摘 要 随着社会经济的不断发展，汽车行业也得到了逐渐的发展和壮大，在日益激烈的市场竞争中，对噪声的控制成为焦点话题。变速箱作为汽车的主要组成部分，能够对噪声的控制起关键性作用。本文将对阶次跟踪、拟合转速以及变换阶次跟踪进行分析，并列举出某变速箱啸叫的具体实验进行研究。

关键词 变速箱；噪声；阶次跟踪

中图分类号 TB53 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2017）17-0216-02

随着人们生活水平逐渐提升，对环境的质量要求越来越高，噪音污染成为危害环境的主要因素。其中，汽车的噪声污染是声音污染的主要来源，同时其噪声大小与汽车质量息息相关。汽车中的噪声来源主要为变速箱，其主要包括齿轮、轴承以及其他零部件，在其进行发动的过程中，将会产生轴转频以及齿轮啮合等相关的噪声。阶次跟踪分析

阶次跟踪的作用是对旋转运动部件中存在的故障进行分析，利用等角度间隔采样的方式将其中存在的波动较大的信号转变为较为平稳的信号，并且包含阶次信息。同时，利用传统频谱的方式对旋转部件的震动和噪声信号等进行分析，并且对声源进行定位，在阶次域中选取出一个阶次信号对其进行跟踪。

阶次又被称为是阶比，在对旋转部件进行研究时，将参考的轴转频称作为是一阶，其余的轴以及部件的频率都被称作为是阶次，是参考轴的倍数。其中，阶次域参考轴转速和频率之间的表达式为：

在此表达式中，代表的是频率，单位为Hz；代表的是参考轴的转速，单位为r/min；例如，参考轴到第i轴的转动速度比的倒数为其所转动的阶次，第i轴的阶次与该齿轮数量相乘能够得到第i轴上齿轮啮合的阶次。

阶次跟踪中的硬件采样主要是通过硬件中的脉冲计数，即旋转部件转过一定的角度算是进行一次脉冲，并对其进行一次采样，最终可以对所采取的信号进行直接的阶次分析。但是由于这种采用的方式所应用的设备较高且较为复杂，因此不适宜进行广泛的推广。利用软件的方式进行采样主要是利用传统的相同时间间隔进行信号的采取，这种方式能够实现向角度间隔转变的采样信号，该方式具有灵活的计算方式，极大地降低了实验成本，因此得到广泛的应用[1]。拟合转速和变换阶次跟踪

2.1 分段三次埃尔米特多项式拟合转速

要想进行等角度间隔的重采样需要利用转速表达式进行，但是，在以往传统的多项式拟合方法中主要采用的是最小二乘法的方式，即依据最小方差拟合。一旦发生转速变化十分显著或者角度范围明显扩大的情况时，获得的转速多项式以及原始变速箱信号之间产生的误差变大，从而使阶次跟踪的精度受到较大的不利影响。

根据分段三次埃尔米特多项式的要求拟合，曲线经过所有已知的原始数据点，一阶导数需要将每一个点连接在一起。原始数据将由n个数据点构成，将每两个点之间的距离看作为一段，那么将会得到n-1段，进而得到n-1个多项式。因此，维多项式系数的矩阵为：

在矩阵A中，每行元素将代表多项式中的系数对变速箱中的轴转速曲线进行拟合，利用分段三次多项式的方式得到转速公式，再利用最小二乘法的方式对转速原始信号以及分段三次拟合后的信号进行对比分析。根据分析结果能够得出，在拟合的精度方面，分段三次多项式将高于最小二乘法。因此，对具有较大波动的离散转速信号的分析中，利用分段三次多项式的方式更能够符合实际需求。

2.2 短时傅里叶变换阶次的跟踪

在现实工作中，随着时间的变化频率也将发生不同的改变，利用短时傅里叶变换的方式将能够在充分反应信号隐藏的内部信息同时，又能够将不同频率产生的时间进行展现。在该变换的过程中，利用窗函数来截取部分信号，并且对所截取的信号进行傅里叶变换，取得一定时间段内该信号的变换数值。同时，将窗函数的位置不断进行改变，从而得到不同时间段的变换数值。傅里叶变换除了能够将频域中的信息进行表达之外，在其进行的阶次跟踪过程中，同样可以通过窗函数中的中心数值获取转速的相关信息。在对等角度重采样信号进行变换时能够得到多个阶段中的傅里叶变换数值，将其进行连接插值之后将能够获取到转速信号，这将能够实现对任何阶信号进行提取跟踪。某变速箱啸叫的具体实验分析

本文将对A车型手动变速箱中存在的啸叫问题进行实验分析。首先，在车厢的不同位置处设置多个4189类型的传声器，并将光电式转速传感器设置在发动机位置。在不同的行驶状态下对发动机中传出的转速信号和噪声进行采集，其中，前者的重采样率为100Hz，后者的采样率为20Hz，利用阶次跟踪的方式将噪声信号进行记录和定位，从而对噪声的特征进行分析。

在分段三次多项式拟合以及傅里叶的变换基础上，利用MATLAB进行计算阶次跟踪脚本程序的编写，进而对阶次进行分析和跟踪计算。例如，中控台中的传声器所收集到的噪音，利用等角度间隔重采样之后将噪声转变为角度域的信号，再与相同时间采样信号进行对比能够得出噪声的频率将随着对应的转速变化而发生改变。将两种方式的实验结果就进行对比能够看出，由于在转速拟合中具有较大的误差存在，因此利用最小二乘法进行的多项式拟合的噪声阶次谱，难以对A型车中的二档齿轮噪声进行准确的计算。在实验中出现的阶峰值都将数据阶次混淆的现象。而利用分段三次多项式进行的噪声阶次谱中，由于转速的精度较高，因此阶次谱中的分析也十分准确，更加适用于转速波动较大的情况下[2]。

对于为提升分析精度而导致的阶次谱线发生密集或者掺杂大量阶次成分的现象，应该属于在对信号进行采样的过程中所混入的成分。根据此次对于A型车进行的噪声实验能够得出，通常用户所能够接受的噪声主要为：一挡变速箱中的声音与车厢内正常的噪声低7.5dB；除一挡之外的挡位，其变速箱中的噪声应比车内平均噪声低15dB。车厢内的平均噪声压级主要源于车厢内所设置的传感器所记录的信号以及任意时间段内的声压级平均值。此外，利用阶次跟踪能够通过三维阶次谱将变速箱中二挡的某几个阶次进行提取，跟随变速箱中轴转速的变化而在声压方面发生改变，同时在转速发生改变的情况下，车内的噪声平均值能够减少15dB。变速箱中二挡声压级在2 700～3 700r/min的范围内时，车内的平均声压级将减少15dB，达到50dB左右，具有明显的啸叫噪声；变速箱中二挡声压级在3 000～4 700r/min的范围内时，车内的平均声压级将减少15dB，达到50dB左右，依然具有明显的啸叫噪声。根据此次实验能够充分得出噪声语谱图与实际的主观感受完全相符。结论

综上所述，随着社会经济的不断发展，汽车行业也得到了逐渐的发展和壮大，噪声的控制已经成?槭谐【赫?的焦点。变速箱作为汽车的主要组成部分，能够对噪声的控制起关键性作用。本文将利用最小二乘法以及分段三次埃尔米特多项式进行对比分析，并通过具体的车厢噪声实验加以证实。此外，利用傅里叶变换对阶次进行跟踪分析，进一步证明了实验结果的有效性。

参考文献

[1]龙月泉，石晓辉，施全.基于阶次跟踪的变速箱噪声源识别[J].噪声与振动控制，2012，29（1）：77-81.[2]王鹏，吴光强，栾文博.基于平滑伪维格纳分布与阶次跟踪的汽车变速器啸叫噪声分析[J].机械传动，2014，38（9）：128-133.