PLATO 用于变速箱噪声测试的优势

钢铁战士

变速箱噪声对于轿车制造商来说是个感兴趣的话题，因为如果它过大则会让顾客感觉不舒服。噪声同时还可能表示变速箱本身存在生产制造的问题。如果是这种情况，它有可能在使用过程中过早的出现故障。因为恼人的噪声，用户会有很多抱怨，但是并不一定说明变速箱会出现早期故障。无论如何，生产商提高生产过程中的一致性总是一件有利的事情，因为这样可以保证所有的产品都具有很高的稳定性。  
所有的变速箱都会产生一些噪声。变速箱生产者的目标应该是保证用户在车内听到的变速箱噪声不太大。   
ABD公司对于变速箱噪声测量的思路是利用 PLATO系统构建特殊的测量并对结果进行分析解释。很多年的经验证明这是非常成功的。 PLATO系统是专门为变速箱振动噪声测试设计开发的。我们一直尝试着将所有的对于变速箱工程师最有用的测量和分析工具置于其中。
PLATO最大的优势在于它能够将车内的主观评价、车内测试、试验室试验和生产线末端试验之间建立相关性。
车内噪声测量和台架测量之间的相关性。
试验室人员对于车内噪声会很感兴趣，因为车内噪声为台架上的噪声测量设定了标准，而且规定了台架上的可接受噪声的实际界限（接受限）。出于同样的原因，车内噪声也有助于变速箱生产线质量控制（如果有产线末端台架）。
PLATO软件能够让台架的试验结果模拟司机在车内进行的主观噪声评价。
在台架上测量得到的变速箱噪声与在车内测量得到的结果不同，因为在台架上噪声直接从变速箱的壳体辐射出来，但在车内司机听到的噪声是经过车身传递后产生变化的。尽管如此，在台架上测量得到的噪声可以通过 PLATO来模拟车内听到的噪声。 在车内听到的变速箱噪声包含很多单独的成分，例如从一轴齿轮产生的噪声和从二轴齿轮产生的噪声。每个噪声源都会产生复杂的噪声类型。PLATO使用阶次分析来测量这些噪声类型。测量是在一系列的转速和扭距的工况下进行。为了在车内完成高效的噪声测量，有必要使用一个麦克风阵列以利用噪声的空间平均值来定义车内噪声。我们倾向于在司机头部周围放置麦克风阵列。PLATO软件包含空间平均的功能（在数据采集过程中同步进行）以及测量一系列转速和扭距的功能。人是对车内所听到的变速箱噪声能否可以接受的最终判定者，但是人不能进行阶次（或频率）分析以便以客观的方式描述噪声。因此，我们需要一种能够将人类主观评价与车内或台架上的客观测量联系起来的技术。PLATO具有一个特有的软件模块来完成这个任务。PLATO可以在台架上设置接受等级，使之与车内变速箱试验的主观评价结果联系。PLATO还能够将变速箱噪声划分为 1至10的等级，模拟人对车内噪声的评判。为了设置一个试验台架并不需要测量车内的噪声。只需要一系列已经完成车内主观评价试验的变速箱及相关的主观评价结果。主观评价是通过大家熟知的主观评分方法（分值在 1至 10）实现的，这种方法在全世界的汽车行业普遍使用。试验证明司机能够对车内变速箱噪声进行非常精确的分级。有经验的司机能够分辨出接受限附近的噪声范围中只有 1到 2dB差别的噪声。因此台架测量系统至少具有如此的灵敏度和重复性。一个简单的噪声测量系统不可能具有足够的分辨力。我们发现在台架上使用麦克风阵列及空间平均的结果能够等同甚至改进有经验的司机的分辨力。因此台架结果一旦取得与车内主观评价的正确的相关性，则可以用于给出精确的主观评价结果。盲眼试验理论已经很多次证明了这点。台架测量与车内噪声的良好的相关性是非常必要的。如果不能取得相关性，则无从得知在台架上测量得到的噪声结果的改变或改进是否会对车内的变速箱主观评价产生影响。 我们竞争对手的噪声试验系统能够对台架的噪声结果进行分析，但却无法判别此变速箱安装在一辆车内的噪声是否具有同样的可接受性。（即两种噪声没有可比性）PLATO还具有更高级的功能，甚至可以定义并按照重要性的次序对司机在进行主观评价时所听到的各种齿轮噪声成分进行排列。这是非常重要的信息，因为它可以指出当变速箱安装在车内时哪部分的噪声才是主导的，因此如果要对变速箱降噪，这部分噪声是应该花精力去研究并降低的。
阶次分析 Order analysis.   
阶次分析更受推崇是因为它可以简便地将齿轮产生的噪声成分与其他噪声区分开来。（请见附件中关于阶次分析的解释）。台架上的噪声试验应通过一个含有 5或 6个麦克风的阵列完成，测量结果在空间应该是平均的。如果只使用少数的麦克风并且不进行空间平均，则结果将不具备足够的重复性并且会对试验室中的温度的微小改变而过度敏感。阶次分析能够将齿轮产生的噪声与台架本身产生的噪声轻易区分。它还能够区分台架本身和共振产生的噪声。PLATO软件可以将台架试验结果分析到齿轮啮合阶次（一对轮齿每次啮合产生的噪声事件）、谐波和旁带。分析结果可以绘制成阶次图（某一阶次下噪声随着转速或扭距变化产生的变化）。齿啮合阶次河蟹波给出了关于噪声等级和主观评价质量的信息。旁带给出了在时域中的周期变化特性。阶次图构成了主观评价和客观测量之间相关性的基础。 加速及减速的变速台架试验可以反应齿轮生产的质量，齿轮齿啮合力和轴的动态特性和变速箱壳体之间的相互影响。轴的动态特性受轴承的质量和基本设计影响。制造公差、组装公差和设计影响壳体的动态特性。所有这些因素的相互影响产生了变速箱噪声。PLATO软件能够将动态响应结果与齿轮啮合力结果区分. 在试验室中，PLATO能够完成噪声结果的详细检查或者与预先设定的接受限进行半自动的对比。这与生产线末端的自动评价试验类似。试验室中的半自动评价非常有用，因为它能够给出对结果的迅速纵览，并在所有的变速箱中进行简单但有效的对比。
数据采集方法 Data sampling methods. 阶次分析需要一个轴转速同步信号。PLATO提供阶次分析结果可计算出的一种方法。推荐的方法是使用每转 512或 1024个脉冲的同步信号，此信号由台架输入轴上的编码器产生。PLATO使用此信号将振动噪声信号在试验过程中实时数字化，与轴旋转同步。这样能够避免在使用简单的同步信号时会产生的循环转速变化或快速转速变化所引入的误差和错误。如果一个周期只有一个速度脉冲或几个速度脉冲，分析过程中会产生错误。多数的竞争对手的系统使用时域信号后处理来计算阶次分析。此方法同样也可以在 PLATO上实现（如果需要的话），但是我们强烈推荐直接的转速同步采样，这在其他系统上是不能够进行的。
试验的控制以保证可重复性 Control of tests to ensure repeatability.  
当进行变速箱比较试验时，保证试验台架每次的工况都相同是一个基本但是重要的要求。噪声试验可以按照恒扭距及变转速、恒扭距及恒转速、变扭距及恒转速、变扭距及变转速的情况进行。对于大多数的噪声试验，我们推荐使用变速试验，因为相对于恒速试验它能够产生更多有用的信息。有时我们希望在不同扭距下进行速度扫描以研究特定的操作工况。在噪声试验中，PLATO可以记录转速和扭距，并且能够在试验条件超出预设的容许带时拒绝这个试验。这样就保证了不同变速箱进行比较时试验工况的可重复性。这一点是其他试验系统不能提供的。  
能听度Audibility.  
基于阶次谱，能够评价变速箱不同部件的噪声能听度。人类的听力系统非常复杂。它能够使一个噪声（能够在分析中轻易可见）掩盖住另一个噪声，并让它不被听到，尽管在分析中清晰可见。PLATO具有能听度评价功能。
扭转振动 Torsional vibration.  
扭转振动在很多方面都是很有趣的。如果一个台架造成扭转振动，它能够影响台架上的变速箱的噪声。PLATO能够使用一个轴编码器或轮齿感应传感器对扭转振动进行分析。这个特性对于研究车辆中的变速箱振动非常有用。在车辆开发过程中分析问题上它非常有用。 桥和变速箱中的齿轮产生微小幅度的轴扭转振动，这是因为齿轮非理想啮合造成的。这些振动对于噪声是较重要的影响因素，因为它是振动从桥或变速箱传递至车辆悬架的方式，因此在车内产生噪声。这些扭转振动可以使用 PLATO来测量，只需要在试验台架上安装相应的传感器。
脉冲噪声 Impulsive noise.  
在组装的过程中齿轮有时会收到轻微的损伤。这会产生一种规律性的敲击噪声。这个噪声伴随齿轮啸叫产生，通常幅值低于齿轮啸叫，但是它依然可以被听见。它不能通过传统的阶次或频率分析来分析。PLATO通过使用一种“同步事件”分析能够探测这种敲击和滴答的噪声，从而使敲击和滴答噪声从齿轮啸叫和其他噪声中分离开。
生产和组装错误探测
过多的齿轮啸叫有可能是由不正确的齿型产生的，但它还可能由其他组装错误造成，例如轴承漏装或挤进的垫圈。阶次分析对于探测这些问题是一种强大的工具。
模式识别Pattern recognition.
PLATO的结果可以在 FOCUS软件中进行后处理。FOCUS搜索结果以从数据中抽取和分类可识别的模式。不同的变速箱错误具有不同的结果模式。通过对噪响变速箱利用可接受的变速箱结果的包络线进行对比，FOCUS可以提取不同的模式并识别任何错误的重现。这就是自动错误探测功能。   
决定是测量噪声或是振动 Deciding whether to measure noise or vibration.  
与多数分析系统一样 PLATO使用 8或 16个数据采集通道，可以对噪声和振动进行测量，或者对两者同时测量。一些试验系统制造商假定变速箱噪声可以通过振动测量的结果来演绎出。这并不一定正确。很多仅仅基于振动测量试验系统（其他供应商的产品）已经被淘汰，因为它们不能得到与车内听到的噪声相关的结果。使用振动分析可以很容易将很吵和很安静的变速箱区分开。几乎所有的系统都能做到这点。困难的任务是将噪声接受限附近的变速箱精确地可重复地区分开。使用振动测量要完成这点是很困难的，有时候是不可能的。ABD的经验是在台架上使用麦克风而不是加速度传感器进行噪声测量可以建立车内噪声与台架结果之间的相关性。因此 ABD更倾向于使用麦克风来进行主要的测量。加速度传感器对于研究一些特殊的问题时有用。我们推荐在变速箱周围使用一个含有 5个或 6个麦克风的阵列用于噪声测量。   
变速箱耐久试验 Endurance testing of gearboxes.
PLATO可以连续监测一个耐久性试验，测量噪声或振动或其他参数。PLATO还可以在所测量信号过大时提供警报或停机信号。如果试验序列没有正确的进行，PLATO能够立刻反应并报警。结果给出试验的完整记录并可以显示齿轮和轴承在损坏的过程中如何变化。  
PLATO车内测量系统 PLATO in vehicle measurement system.
车内测量系统是 PLATO的移动版本，包括一个用于测量司机头部周围的噪声的麦克风帽子。车内系统也可以在试验室中使用，只需在变速箱周围安装一个独立的麦克风阵列，以及所需要的加速度传感器。
生产线检测 Production line testing.
PLATO具有很多特性可以用于变速箱生产线自动噪声试验，以及按照适用于生产线检测的方式显示结果。这些特性同样在试验室系统中可以使用，使得生产线检测和试验室试验之间具有兼容性。我们可以和我们的用户一起开发生产线试验能力。
关于阶次分析的注释。Note on order analysis.
传统的频率分析对每秒内发生噪声时间进行计算。图形结果通常显示的是幅值在 Y轴以及频率在 X轴。数据通过一个在固定的时钟频率采集，通常为 2.56 x最大的所感兴趣的频率。数据使用 FFT算法处理。此处理将频率比例切分为特定的频率带，所以当进行变速试验时齿轮噪声成分根据速度不同从一个带转换至另一个带。当噪声成分移过频带时会产生周期性的幅值误差。这个误差可被修正，但是不能简单完成。阶次分析使用的是与频率分析类似的 FFT算法，但是数据采集是不同的。在阶次分析中采样时钟与轴转动同步，因此在低速时采样时钟处于低频率，而在高速时处于高频率。这样做的结果是噪声事件，例如齿轮噪声，能够与转动同步，在所有速度上都保持在相同的阶次带上。这样就极大的简化了数据处理，并将频移产生的周期误差去除。结果被绘制成 Y轴为幅值 X轴为阶次的图像。阶次代表了轴在每个转动周期内产生的噪声或振动事件。例如，阶次 1代表每个周期产生一个噪声事件，阶次 22代表轴每个周期内产生 22个噪声事件。输入轴上的 22个齿的齿轮能够在阶次 22上及谐波上（44，66，88等）产生噪音。采样率由阶次范围及所要求的分辨率来决定。阶次分析对于齿轮箱噪声振动分析是一种更加优秀的方法。