Способ виброакустических исследований транспортных средств с автоматизированной коробкой переключения передач и имитатор для его осуществления
METHOD OF VEHICLE VIBROACOUSTIC ANALYSIS WITH AUTOMATED TRANSMISSION GEARBOX AND IMITATOR FOR IMPLEMENTATION THEREOF

Изобретение относится к области технической акустики, в частности к виброакустическим исследованиям транспортных средств, преимущественно легковых автомобилей, оборудованных автоматизированной коробкой переключения передач (далее - АКПП).
Решение проблемы уменьшения акустического загрязнения окружающей среды и улучшения акустического комфорта наземных колесных транспортных средств - важная актуальная задача разработчиков и исследователей транспортной техники, требующая больших материальных, временных и интеллектуальных затрат. Наиболее продуктивными процессами исследований и доводки, в частности, колесных транспортных средств по шуму и виброкомфорту являются экспериментальные исследования, проводимые в стендовых условиях, с привлечением многообразной техники имитации скоростных и нагрузочных режимов, идентичных дорожным (полевым) условиям испытаний (например, динамических стендов с беговыми барабанами), стационарной измерительной и анализирующей аппаратуры. Постоянные, не зависящие от погоды и состояния дорожного покрытия условия испытаний, удобство фиксации и анализа измерительной информации способствуют, в связи с этим, все более широкому распространению стендовых исследований виброакустических процессов, протекающих в наземных колесных транспортных средствах.
Технология эффективных и экономически оправданных приемов исследований и доводки автомобиля по виброакустике предусматривает выбор наиболее рациональных путей снижения внутреннего шума (шума внутри кабины или пассажирского салона), связанных как с доработкой конструкции конкретных виброшумоактивных агрегатов, ответственных за генерирование этой виброакустической энергии, так и всех передающих звеньев и путей их передачи в процессах формирования виброакустических полей автомобиля. Известно, что шум и вибрации в салоне автомобиля определяются, в основном, следующими составляющими: структурной составляющей, передающейся от источников шума и вибрации через твердые элементные связи конструкций, агрегатов и систем с кузовом автомобиля, в частности через опорные механические связи силового агрегата, его системы выпуска и агрегатов трансмиссии в виде упруго-демпфирующих виброизоляторов (опор подвески), на элементы силового каркаса и панели кузова, а также воздушной составляющей звуковой энергии, проникающей в салон автомобиля от источников излучения через открытые коммуникационные каналы или панели со слабой звукоизоляцией в воздушное пространство салона автомобиля. Одним из повышенных источников шума и вибрации автомобиля является трансмиссия, в частности, коробка передач. Автомобили, оборудованные АКПП, характеризуются возможной повышенной передачей вибрационной энергии на кузовные элементы с последующим переизлучением шума в салон автомобиля на режиме холостого хода при удержании автомобиля рабочей тормозной системой в режиме «D» (Drive). Источниками трансмиссионной вибрации и шума могут быть как гидротрансформатор, так и механические элементы - упорные игольчатые подшипники, обгонные муфты, дисковые фрикционные элементы управления, зубчатые зацепления планетарных рядов. В условиях возрастающей конкуренции среди производителей легковых автомобилей, для улучшения потребительских свойств в области виброакустического комфорта, кроме стандартных, регламентируемых отраслевыми ГОСТами и правилами, видов испытаний, важно проводить исследовательские и доводочные работы по оценке влияния вклада путей передачи вибрационной энергии, передающейся от трансмиссионных узлов к панелям кузова автомобиля с целью последующей оптимизации, например, элементов подвески автомобиля, оказывающих влияние на виброакустический комфорт в пассажирском салоне.
6
Из патента на изобретение РФ №2439528, МПК  G01M 17/007, G01M 15/00, G01H 9/00, опубл. 10.01.2012, известен принимаемый в качестве прототипа способ идентификации источников шума автомобилей, заключающийся в осуществлении серии предварительных заездов и регистрации параметров внешнего шума транспортного средства на мерном участке, в последующей предварительной идентификации и ранжировании источников шума, в дальнейшей установке транспортного средства на горизонтальной площадке, с дистанцированием его ведущих колес от поверхности площадки, и в проведении уточняющих исследований.
В процессе уточняющих исследований в режиме набора частоты вращения коленчатого вала двигателя, от частоты холостого хода до максимальной, проводят измерение и запись на запоминающее устройство параметров внешнего шума с левой и правой стороны транспортного средства для заданных условиями испытаний передач, получают спектрограммы записанного шума, наносят соответствующие каждой передаче расчетные значения характерных частот и их гармоник, проводят окончательную идентификацию источников шума и их ранжирование в диапазоне частот вращения коленчатого вала.
Способ-прототип направлен на определение источников внешнего и внутреннего шума транспортного средства комбинированным расчетно-экспериментальным методом. Однако, данный способ не позволяет произвести оценку путей передачи вибрационной энергии, производимой трансмиссией, в частности АКПП, в обитаемый отсек (кокпит) транспортного средства. Такая оценка необходима для проведения доводочных работ, направленных на уменьшение уровней вибрации, передающихся на панели кузова и, соответственно, уровней структурного (корпусного) шума, переизлучаемого в кокпит транспортного средства с сопутствующим ухудшением виброакустического комфорта.
Задачей предлагаемого способа и устройства для его осуществления является расширение функциональных возможностей виброакустических исследований транспортных средств, преимущественно автомобилей, оборудованных АКПП.
Задача решается в способе, заключающемся в осуществлении серии предварительных заездов и регистрации параметров внешнего шума транспортного средства на мерном участке, в последующей предварительной идентификации и ранжировании источников шума, в дальнейшей установке транспортного средства на горизонтальной площадке, с дистанцированием его ведущих колес от поверхности площадки, и в проведения уточняющих исследований.
Задача решается тем, что по результатам предварительной идентификации и ранжирования источников шума определяют контрольные точки, где осуществляют установку акселерометров. В процессе уточняющих исследований в режиме набора частоты вращения коленчатого вала двигателя от частоты холостого хода до максимальной и на заданных условиями испытаний режимах работы трансмиссии выполняют предварительные измерения и запись на записывающее устройство параметров виброускорений, зарегистрированных акселерометрами в заданных контрольных точках. Затем, производят демонтаж ведущих колес и штатных приводных полуосей транспортного средства взамен которых устанавливают имитатор привода колес. После чего, в режиме набора частоты вращения коленчатого вала двигателя от частоты холостого хода до максимальной на заданных условиями испытаний режимах работы трансмиссии, выполняют повторное измерение и запись на записывающее устройство параметров виброускорений, зарегистрированных акселерометрами в заданных контрольных точках. После завершения повторных измерений и записи параметров виброускорений производят их сравнение с данными предварительных измерений и сопоставление с данными предварительной идентификации и ранжирования источников внешнего шума. На основании сравнительно-сопоставительного анализа принимают решение о необходимости производства доводочных работ.
Для реализации предлагаемого способа виброакустических исследований автомобиля используют имитатор привода колес, образованный горизонтально расположенной балкой, двумя разнесенными неподвижно соединенными с балкой вертикальными стойками, отстоящие от балки концы каждой из которых выполнены снабженными опорами вращения, а также раскосами и полуосями имитатора, где балка выполнена с возможностью крепления к полу испытательной камеры поперечно к продольной геометрической оси автомобиля, отстоящие от стоек концы каждого из раскосов выполнены с возможностью крепления к полу испытательной камеры, каждая из полуосей имитатора выполнена с возможностью установки одного из ее оппозитных концов в опоре вращения стойки, а другого из ее оппозитных концов в гнезде полуоси трансмиссии испытываемого транспортного средства.
Устройство имитатора привода колес, далее имитатор, используемого в процессе проведения уточняющих исследований по заявляемому способу, и схема его применения поясняются рисунками:
Фиг. 1, где схематически показано устройство имитатора привода колес,
Фиг. 2, где схематически показано применение имитатора.
Этап повторных измерений процесса уточняющих исследований по изобретению реализуется, в том числе, посредством имитатора 1, образованного горизонтально расположенной балкой 2, двумя разнесенными и жестко соединенными с балкой вертикальными стойками 3, отстоящие от балки 2 концы каждой из которых выполнены снабженными опорами вращения 4, а также раскосами 5 и установленными в опорах вращения полуосями 6 имитатора, каждая из которых снабжена шарниром равных угловых скоростей 7, расположенным с отступом от опоры вращения 4. В качестве шарниров равных угловых скоростей 7 предпочтительно использовать штатные шарниры, входящие в конструкцию исследуемого автомобиля. Торцы балки 2 и отстоящие от стоек 3 концы раскосов 5 выполнены снабженными крепежными гнездами 8. Балка 2, стойки 3 и раскосы 5 выполнены полыми, заглушенными, сформированными из толстостенных металлических труб, заполненными сыпучим вибродемпфирующим материалом (например, кварцевым песком). Отстоящие от опоры вращения концы полуосей 6 имитатора выполнены сформированными с возможностью их установки в гнезда полуосей (не показаны) трансмиссии (не показана) испытываемого транспортного средства 9.
Процесс уточняющих исследований по изобретению реализуется в безэховой камере (не показана), содержащей горизонтальную площадку, образованную полом (не показан) безэховой камеры или установленной на полу массивной пазовой плитой 10, подготовленным к испытаниям транспортным средством 9 (показан легковой автомобиль), неподвижно расположенным на пазовой плите 10 безэховой камеры, установленным с дистанцированием его ведущих колес от поверхности пазовой плиты 10, а также имитатором 1, расположенным на пазовой плите 10 под транспортным средством 9. Имитатор 1 выполнен неподвижно закрепленным на пазовой плите 10 безэховой камеры посредством крепежных гнезд 8, сформированных в торцах балки 2 и на отстоящих от опор вращения 4 концах раскосов 5 (элементы сопряжения гнезд с пазовой плитой не показаны). Балка 2 имитатора 1 выполнена установленной поперечно, относительно продольной геометрической оси транспортного средства 9. При этом оппозитные к опорам вращения 4 концы каждой из полуосей 6 имитатора 1 выполнены установленными в гнезда полуосей (не показаны) трансмиссии (не показана) испытываемого транспортного средства 9.
Описанные выше конструктивно-технологическое исполнение балки 2, стоек 3 и раскосов 5 имитатора 1, а также способ базирования имитатора 1 на пазовой плите 10 обеспечивают низкую вибровозбудимость имитатора 1 и, как следствие, отсутствие существенного «паразитного» влияния имитатора на виброакустические параметры исследуемого транспортного средства.
Заявляемый способ виброакустических исследований транспортного средства испытаний по изобретению реализуется ниже приведенным образом.
Для предварительной оценки виброакустических характеристик транспортного средства на мерном участке выполняют серию предварительных, на заданных условиями испытаний режимах работы трансмиссии, заездов транспортного средства с одновременной регистрацией и записью параметров внешнего шума, после чего осуществляют предварительную идентификацию и ранжирование источников шума. По результатам предварительной идентификации и ранжирования источников шума определяют контрольные точки, где впоследствии будет осуществлена установка акселерометров. Затем испытываемое транспортное средство размещают в безэховой камере (не показана) на горизонтальной площадке, образованной пазовой плитой 10, установленной на полу (не показан) безэховой камеры. Транспортное средство устанавливают с дистанцированием его ведущих колес от поверхности пазовой плиты 10. В контрольных точках, определенных по результатам предварительной оценки виброакустических характеристик транспортного средства, производят монтаж акселерометров (не показаны) и осуществляют их коммутацию с регистрирующей и измерительной аппаратурой безэховой камеры (не показаны). Контрольные точки, как правило, расположены на поверхности наиболее вибровозбудимых элементов транспортного средства, в числе которых замечены элементы подвески, опоры двигателя, элементы кузова, а также расположенные в кокпите рулевое колесо и рычаг переключения режимов работы АКПП.
Установка акселерометров завершает подготовку транспортного средства к этапу уточняющих исследований.
В режиме набора частоты вращения коленчатого вала двигателя, от частоты холостого хода до максимальной и на заданных условиями испытаний режимах работы трансмиссии, выполняют предварительные измерения виброускорений, зарегистрированных акселерометрами в заданных контрольных точках и запись их параметров на записывающее устройство (не показано).
После проведения предварительных измерений производят демонтаж штатных колес и приводных полуосей (не показаны) транспортного средства 9, размещают имитатор 1 под транспортным средством 9, выполняют установку в гнезда полуосей (не показаны) трансмиссии (не показана) испытываемого транспортного средства 9 оппозитных к опорам вращения 4 концов полуосей 6 имитатора 1, а затем осуществляют фиксацию имитатора 1 на пазовой плите 10.
После чего, в режиме набора частоты вращения коленчатого вала двигателя от частоты холостого хода до максимальной на заданных условиями испытаний режимах работы трансмиссии, выполняют повторное измерение и запись на записывающее устройство параметров виброускорений, зарегистрированных акселерометрами в заданных контрольных точках.
После завершения повторных измерений и записи параметров виброускорений производят сравнение зарегистрированных частотных характеристик исследуемых виброакустических параметров в предварительном и повторном измерениях, а также их сопоставление с данными предварительной идентификации и ранжирования источников внешнего шума. На основании сравнительно-сопоставительного анализа выявляют наиболее критичные, с точки зрения передачи вибрационной энергии, зоны/элементы исследуемого транспортного средства, определяют пути передачи вибрационной энергии и принимают решение о необходимости производства доводочных работ.
Предлагаемый способ виброакустических исследований автомобиля и устройство для его осуществления позволяет произвести оценку путей передачи вибрационной энергии, производимой трансмиссией, преимущественно АКПП, в кокпит транспортного средства, и, таким образом, расширить функциональные возможности известных способов исследования шума транспортного средства.