[转帖]汽车传动系扭转振动实验后处理workflow

hyacinth

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hyacinth

汽车传动系统(Driveline)
从广义上说，汽车传动系统包括发动机到汽车驱动轮之间的一系列旋转部件以及由发动机驱动的附件。一般包括：发动机、离合器、变速器、减速器、差速器、驱动半轴及轮胎等，对于发动机前置后驱动(FR)的车辆而言，还有较长的传动轴。FR汽车传动系统的一般组成是：离合器à变速器à传动轴à减速器à差速器à驱动轴à轮胎。
汽车传动系统的基本作用是将发动机产生的动力传递给驱动车轮，其首要任务是与发动机协同工作，以保证汽车能在不同使用条件下正常行驶，并保证车辆具有良好的动力性和燃油经济性。一般地，任何型式的传动系统必须具有以下功能：
①减速增矩和变速
减速增矩：使驱动轮的转速降低为发动机的若干分之一，相应地使驱动轮得到的转矩增大到发动机转矩的若干倍。在机械式传动系统中，若忽略摩擦，则驱动轮转矩与发动机转矩之比等于发动机转速与驱动轮转速之比，二者统称为传动比。
变速：汽车的使用条件，诸如汽车的实际装载质量，道路坡度，路面关况以及道路宽度，交通状况和曲率所允许的车速等都在很大范围内不断变化。另外，就活塞发动机而言，在其整个范围内，转矩的变化不大，而功率燃油消耗率的变化却很大，因而保证发动机能保持在有转速范围内工作，而汽车牵引力和速度又能在足够大范围内变化，应当使传动系传动比能在最大值与最小值之间变化，即传动系应起变速作用。
②实现汽车倒驶
汽车在某些情况下（如进入停车场或车库，在窄路上掉头时），需要倒向行驶。然而内燃机是不能反向旋转,一般结构措施是在变速器内加设倒档（具有中间齿轮的减速齿轮副）。
③必要时中断传动
内燃机只能在无负荷情况下运动，而且起动后的转速必须保持在最低稳定转速以上，否则即可能熄灭。所在汽车起步之前，必须将发动机与驱动轮之间的传动路线切断，以便起动发动机。发动机进入正常怠速运转后，再逐渐地恢复传动系的传动能力，亦即从零开始逐渐对发动机曲轴加载，则加大节气门开度，以保证发动机不致熄灭，且汽车能平稳起步。
此外，在变换传动系传动比档位（换档）以及对汽车进行制动之前，也都有必要暂时中断动力传递。为此，在发动机与变速器之间，可装设一个依靠摩擦来传动，且其主动和从动部分可在驾驶员操纵下彻底分离，随后再柔和接合的机构一离合器。
在汽车长时间停驻时，以及在发动机不停止运转情况下，使汽车暂时停驻，或在汽车获得相当高的车速后，欲停止对汽车供给动力，使之靠自身惯性进行长距离滑行时，传动系应能长时间保持在中断传动状态。为此，变速器应设有空档，即所有各档齿轮都能自动保持在脱离传动位置的档位。
④差速作用
当汽车转弯行驶时，左右车轮在同一时间内滚过的距离不同，驱动桥内装有差速器，使左右两驱动轮可以不同的角速度旋转。

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色标触发原理图

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传动系统测试点选取

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扭振信号的测量原理
为了测取传动系统在特定稳定输入工作状态下的扭转振动输出，在输出端安装DK10传感器测取转动角速度置信号，经过后处理得到输出点的扭转振动信号。汽车传动系统不仅有扭转振动，而且还有弯曲振动，为了准备测量扭振，测点应选在靠近支撑端，弯曲变形相对较小而刚性较大的部分。本次实验选取2个测点，如图1所示：第1测点位于变速器输出轴，尽量靠近支撑处,该处信号反映传动系统的扭转振动情况；第2测点位于减速器输入轴，尽量靠近支撑处,该处信号反映有万向节影响下的传动系统扭振情况。要测取的数据：1)1、2测点处在不同稳态工况下的扭振加速度信号;2)两个万向节输入输出轴的夹角;
扭振信号的测量原理：
将一个圆等分为60份，每份等分角为θ=30o,如图4所示，黑白相间，设定以黑色为触发（暗通），每周有30个触发，两次触发之间经过2θ角位移。
如果转轴均速转动，则转过每个2θ的时间相等；如果转轴有扭振存在，则转过每个2θ的时间不相等。用光电传感器记录经过两个相邻2θ角的时间为ti和ti+1 ,得到两次采样的角速度为vi和vi+1，这样从开始测量到结束测量有一个角速度的序列vi(i=1,2,…,n),求得角速度的均值为：

再用每次采样的角速度vi减去角速度的均值则得到一个每次采样的角速度变化序列：

再对角速度的变化进行积分，则得到角位移的变化，这个指标来衡量扭转的程度：

设轴的转速为n(rpm)，色标暗通触发数量为N，则传感器的脉冲频率为 f=nN/60(Hz)。
采样频率 一般应为脉冲频率的2.5~3倍。本次实验中N=30,即：f=n/2 (Hz)
表3采样频率与脉冲频率
转速n(rpm) 1500 2000 2500 3000 3500 4000
传感器脉冲频率f (Hz) 750 1000 1250 1500 1750 2000
采样频率fs=2f(Hz) 1500 2000 2500 3000 3500 4000
采样频率fs=2.5f (Hz) 1875 2500 3125 3750 4375 5000
采样频率fs=3f(Hz) 2250 3000 3750 4500 5250 6000

hyacinth

扭转振动评价指标
扭转振动评价指标:
测量所得数据为角速度ω(t)，可以将角速度表示为：

由于扭转振动体现在角速度的波动量上△ω(t)，所以进行去均值处理，只保留角速度波动量△ω(t)。以下的指标都是根据扭振角速度信号△ω(t)来得到的,用来分析传动系统扭转振动的程度和分布情况。
8.1.1扭振角速度幅频特性(deg/s)

8.1.2扭振烈度(有效值deg/s)
扭振信号振动频率成分复杂，大量振动失效分析表明：不同频率的振动有不同的危害，在相同的振幅下，振动频率越高，产生的危害越大。同时由于振动的能量与速度的平方成正比，为充分考虑高频振动对旋转系统运行安全的影响，在旋转系统振动状态的评定中更多采用振动烈度。扭振角速度均方根值(root mean square)，即扭振烈度为：
8.1.3扭振角位移变化时序(deg)

8.1.4扭振角速度PSD谱

eversoon

辛苦了，那么多图片不容易啊！很有收获。

eversoon

请教楼主一个问题：
你提到的“扭转振动评价指标”中，各项指标都需要达到什么标准才算是通过呢？
还有就是各种积分或者是求和的运算怎么实现的？
本人接触振动不久，所以在这里请教了！

lvyonghl

前段时间跟老板去襄樊二汽做过一个汽车平顺性的实验

现在可以比较下了。

建议楼主将其做成word，方便下载。

svtech

不知搂主是否自己开发的测量系统。不过传感器的分辨率有点低。如果进行阶次分析，看不到高阶次的结果。有现成的扭振测量分析仪可卖。
请参阅www.sv-china.com中的rotec扭振测量系统。

sanguozhi2004

高深啊，看不懂啊