本公開涉及一種用于在齒輪系中的齒輪咔嗒聲的激勵的方法和設備。

背景技術：

齒輪系是通過將多個齒輪安裝在框架上使得齒輪的齒嚙合而形成的機械系統(tǒng)。齒輪齒一般設計為確保嚙合齒輪的節(jié)距圓彼此滾動而不滑動，從而提供從一個齒輪至下一個齒輪的平滑傳動運動。配對齒輪的節(jié)距圓之比定義齒輪組的速度比和機械優(yōu)勢。齒輪系的最簡單示例具有兩個齒輪。輸入齒輪(還稱為驅動齒輪)向輸出齒輪(還稱為從動齒輪)傳遞動力。驅動齒輪通常連接至動力源，諸如電機或者引擎。在這種示例中，從動齒輪的轉矩輸出或者力輸出取決于兩個齒輪的尺寸之比。

齒輪咔嗒聲是由齒輪系因組成齒輪的動態(tài)行為所產(chǎn)生的聲音干擾。一般地，齒輪咔嗒聲是激勵力的結果，例如傳遞至輸入齒輪的角速度波動或者施加至安裝齒輪系的框架的外部輸入力、以及齒輪齒的齒廓誤差。齒廓誤差通常是潛在齒輪制造過程的不可避免的結果。齒廓誤差經(jīng)常導致齒隙增加，這樣可以導致嚙合齒輪齒重復沖擊并且回彈。典型地，齒輪咔嗒聲通過嚙合齒輪齒的這種重復沖擊并且回彈而生成，并且在空載或者輕載齒輪中尤其常見。齒輪咔嗒聲可以受支撐齒輪的軸承和相應的齒輪潤滑情況影響并且分散或者產(chǎn)生。

技術實現(xiàn)要素：

用于從裝置中采用的齒輪系引起齒輪咔嗒聲的測試設備包含固定器，該固定器被配置為支撐在固定起始位置處的裝置。測試設備還包含拉桿， 該拉桿可操作地連接至裝置。附加地，測試設備包含控制器，該控制器被配置為控制拉桿向在起始位置處的裝置施加由時間上連續(xù)的數(shù)學函數(shù)定義的力事件。力事件被配置為從齒輪系引起齒輪系咔嗒聲。

施加至裝置的力事件可能導致施加至裝置和至測試設備的零凈脈沖，從而使得測試設備返回至起始位置并且在將力事件每次施加至裝置之后處于靜止狀態(tài)。

由數(shù)學函數(shù)定義的力事件可能具有雷克子波輪廓。

控制器可能附加地被配置為改變數(shù)學函數(shù)，從而調節(jié)力事件的施加速率并且可操作地不考慮所引起的齒輪咔嗒聲。

測試設備還可能包含第一傳感器，該第一傳感器被配置為在將力事件施加裝置之后并且由此所導致的對裝置的加速度進行檢測。第一傳感器可能附加地將所檢測到的加速度傳遞至控制器。

測試設備可能附加地包含第二傳感器，該第二傳感器被配置為由于將力事件施加至裝置導致的對裝置上的應變進行檢測并且將檢測到的應變傳遞至控制器。

測試設備還可能包含麥克風，該麥克風被配置為經(jīng)由麥克風以聲學方式檢測所引起的齒輪咔嗒聲并且將以聲學方式檢測到的所引起的齒輪咔嗒聲傳遞至控制器。

測試設備可能附加地包含揚聲器和監(jiān)視器，該監(jiān)視器可操作地連接至該控制器并且被配置為可視地顯示裝置的所檢測的加速度連同檢測到的所引起的齒輪咔嗒聲，并且經(jīng)由揚聲器可聽地再現(xiàn)以聲學方式檢測到的所引起的齒輪咔嗒聲。

測試設備還可能包含致動器，諸如電磁振動器，可操作地連接至拉桿并且被配置為生成力事件。

主題裝置可能是用于車輛的轉向機構。

還公開了一種用于從裝置中采用的齒輪系引起齒輪咔嗒聲的方法。

上述特征和優(yōu)點和本公開的其他特征和優(yōu)點通過用于執(zhí)行所述的公 開的各個實施例和最佳模式的以下詳細說明在結合所附附圖和對應權利要求書時變得顯而易見。

附圖說明

圖1是具有根據(jù)本公開采用齒輪系的轉向機構的典型車輛的示例圖。

圖2是在圖1中示出轉向機構的特寫示意頂視圖，圖示了布置在測試設備的固定器上的轉向機構。

圖3是根據(jù)本公開的代表性雷克子波力事件的圖表。

圖4是用于從在圖1-圖2中示出的轉向機構中的齒輪系引起齒輪咔嗒聲的方法的流程圖。

具體實施方式

參照附圖，其中，相同參考號指貫穿多個視圖的相同部件，圖1示出了機動車10的示意圖。車輛10包含生成輸出轉矩T的動力源12，諸如內(nèi)燃機。動力源12通過傳動組件18和驅動軸22和/或24可操作地連接至路面車輪14和/或路面車輪16，以便將輸出轉矩T傳遞至路面20并且向車輛10提供推進。

如圖所示，車輛10還包含被配置為經(jīng)由轉動路面車輪14控制車輛的方向的轉向機構26，諸如轉向齒條。轉向機構26被配置為響應于來自轉向車輪32處的車輛10的操作員的輸入而通過經(jīng)由聯(lián)桿30將轉向節(jié)28旋轉來轉動路面車輪14。如本領域技術人員所理解，轉向機構26通常將經(jīng)由轉向軸34連接至轉向機構26的轉向車輪32的旋轉運動轉換為轉動路面車輪14所需的線性運動。轉向機構26還可能提供齒輪減速，從而使車輛操作員更容易轉動路面車輪14。雖然圖1示出了路面車輪14是由動力源12驅動并且由轉向機構26轉動，但是還應當設想到其中當只驅動路面車輪16時只有路面車輪14轉向的車輛架構。轉向機構26包含支撐并且容納齒輪系38的轉向殼體36。齒輪系38包含圖2中示意地所示的多個嚙 合齒輪38A，該嚙合齒輪38A確定轉向機構26的速度比和機械優(yōu)點。

通常，路面20極少完全光滑。因此，隨著車輛越過路面20，在路面車輪14接觸路面20的點處產(chǎn)生一定量的路面沖擊能量。因此，路面缺陷提供經(jīng)由路面車輪14引導進入轉向機構26中的激勵力F。這種路面沖擊能量通常通過路面車輪14、轉向節(jié)28、聯(lián)桿30、轉向殼體36和轉向力輔助裝置39(如果包含這些裝置)傳遞。路面沖擊能量可能導致齒輪系38中的嚙合齒輪38A進行高度雙向加速并且產(chǎn)生可聽噪音，通常稱為齒輪咔嗒聲。

嚙合齒輪38A通常展現(xiàn)出齒廓變動和誤差，該齒廓變動和誤差是用于制造齒輪的潛在制造過程和工具的不可避免的結果。嚙合齒輪38A的齒廓變動和誤差經(jīng)常導致齒輪系38中的齒隙增加。這樣的齒隙可導致嚙合齒輪齒38A在隨著車輛10越過路面20而受力F激振時重復沖擊和回彈。因此，齒輪系38中的齒輪咔嗒聲是通常隨著激勵力F的幅度變化的齒輪系的動態(tài)響應。

出于研發(fā)轉向機構26且具體來說出于減小齒輪咔嗒聲的目的，可預期在受控制的實驗室條件期間再現(xiàn)并且驗證齒輪系38在車輛10的實際操作期間展現(xiàn)出的齒輪系的動態(tài)響應。如圖2中所示，測試設備40被配置用于從由諸如轉向機構26的裝置采用的齒輪系(例如，齒輪系38)引起齒輪咔嗒聲。雖然測試設備40可能被配置為接受采用在概念上類似于齒輪系38的任何齒輪系的另一個裝置，但是為了簡單起見，本公開將主要描述關于轉向機構26的測試設備。然而，應當容易理解，無論是在汽車還是其他行業(yè)中使用，所公開的測試設備40可能用于實驗室測試并且具體來說用于引起采用類似于齒輪系38的齒輪系的其他裝置中的齒輪咔嗒聲。

測試設備40包含被配置為將轉向機構26支撐在固定起始或初始位置P0中的固定器或測試臺42。測試設備40還包含可操作地連接至轉向機構26的拉桿44。測試設備40附加地包含可操作地連接至拉桿并且被配置為生成力事件(諸如力脈沖)Fi的致動器46。致動器46可能被配置成電磁振動器或足以向轉向機構26生成重復力事件Fi的其他力輸入裝置或者采 用類似于齒輪系38的齒輪系的任何其他裝置。如圖2中所示，測試設備40還包含被配置為操作致動器46并且經(jīng)由拉桿44將力事件Fi施加至轉向機構26的控制器48。在起始位置P0處將力事件Fi施加至轉向機構26并且預期表示轉向機構通常隨著車輛10越過路面20而經(jīng)歷的激勵力F。

力事件Fi可以相對于轉向機構26的任何角度而施加，諸如匹配將力F施加至車輛10中的轉向機構的實際角度，或相對于轉向殼體36同軸。力事件Fi被配置為從齒輪系38引起齒輪系咔嗒聲并且是由時間上連續(xù)的數(shù)學函數(shù)50定義。力事件Fi被配置為導致施加零凈脈沖于轉向機構26和測試設備40，使得測試設備返回到起始位置P0并且處于靜止狀態(tài)，即，每次施加力事件于轉向機構之后沒有剩余的力作用于其上。

控制器48可能被配置為個人計算機并且包含有形且非暫時性的存儲器。存儲器可能是參與提供計算機可讀數(shù)據(jù)或程序指令的任何可記錄介質。這種介質可能有許多形式，包含但不限于非易失性介質和易失性介質。例如，非易失性介質可能包含光盤或磁盤和其他持久存儲器。例如，易失性存儲器可能包含可能構成主存儲器的動態(tài)隨機訪問存儲器(DRAM)。這些指令可能由包含同軸電纜、銅線和光纖(包含導線，導線包括耦合到處理器上的系統(tǒng)總線)的一種或多種傳輸介質傳輸包含包含?？刂破?8的存儲器還可能包含軟盤、軟磁盤、硬盤、磁帶、任何其他磁性介質、CD-ROM、DVD、任何其他光學介質等。控制器48可以被配置或配備有其他所需計算機硬件，諸如高速時鐘、必需的模數(shù)(A/D)和/或數(shù)模(D/A)電路、任何必要的輸入/輸出電路和裝置(I/O)以及合適的信號調節(jié)和/或緩存電路?？刂破?8所需的或由此可以訪問的任何算法可能存儲在存儲器中并且自動地執(zhí)行以提供所需功能。

·定義力事件Fi的數(shù)學函數(shù)50可能具有如圖3中所示的雷克子波的輪廓。在數(shù)學和數(shù)字分析中，雷克子波是高斯函數(shù)的負歸一化二階導數(shù)(即，相當于縮放和歸一化的第二埃爾米特函數(shù))。雷克子波是連續(xù)子波族的特定情況(即，視為Hermitian子波的連續(xù)子波變換中使用的子波)。從數(shù)學上來說，雷克子波通常被表達為：

$\mathrm{\ψ}\left(t\right)=\frac{2}{\sqrt{3\mathrm{\σ}}{\mathrm{\π}}^{\frac{1}{4}}}(1-\frac{t^2}{{\mathrm{\σ}}^2})\frac{{-t}^2}{{e2\mathrm{\σ}}^2}$

在本表達中，ψ(t)表示與時間成函數(shù)關系的雷克子波。

控制器48另外可能附加地被配置為改變數(shù)學函數(shù)50，以由此調節(jié)力事件Fi經(jīng)由拉桿44到轉向機構26的目標施加速率50A(如圖3中所示)。力事件Fi的施加速率50A的這種調節(jié)預期改變齒輪系38的激勵，以可操作地“不考慮”所引起的齒輪咔嗒聲。換句話來說，控制器48可以被編程為改變數(shù)學函數(shù)50的參數(shù)，以確定齒輪系38剛剛開始展現(xiàn)出可聽齒輪咔嗒聲時的力事件Fi的目標施加速率50A。力事件Fi的目標施加速率50A可隨著采用齒輪系38的裝置的具體應用或用途而改變，諸如隨著特定車輛10而改變。因此，力事件Fi的目標施加速率50A可能從類似于車輛10的車輛的道路測量或經(jīng)由合適的經(jīng)驗模擬而獲得。

可能有數(shù)種原因來不考慮目標施加速率50A。這些原因中的一個可以為由控制器48控制的施加速率并未由測試設備40精確地再現(xiàn)。在這種情況下，來自轉向機構26中的齒輪系38的噪音響應可以通過插值到目標施加速率50A中來估計，并且因此應由特定測試系列中實際上實現(xiàn)的力事件而不考慮或掩蓋。不考慮目標施加速率50A的另一個原因可能為解釋力事件Fi的目標施加速率50A可由于常見的波動變量(諸如輪胎充氣壓力)或其他容易的可修改因素(諸如特定車輛的輪胎大小和質量)而在特定車輛架構方面有所改變的可能性。如果測試施加速率的范圍仍然不考慮新的目標施加速率50A，那么可能從先前進行的測試中估計來自已改進車輛架構的齒輪系38的噪音響應，且隨后將不需要任何附加的測試。

測試設備40還可能包含第一傳感器52，該第一傳感器52被配置為由于將力事件Fi施加至轉向機構導致的對轉向機構26的加速度進行檢測，并且將已檢測的加速度傳遞至控制器48。測試設備40還可能包含第二感器54，該第二傳感器54被配置為由于將力事件Fi施加至轉向機構26導致的對裝置上的應變力進行檢測，并且將已檢測的應變力傳遞至控制器48。因此，第二傳感器可能允許控制器通過與轉向機構26隨著車輛10越 過路面20而通常經(jīng)歷的激勵力F相比來驗證力事件Fi的幅度。測試設備40還可能包含麥克風56，該麥克風56被配置為以聲學方式檢測所引起的齒輪咔嗒聲并且將已檢測到的所引起的齒輪咔嗒聲傳遞至控制器48。

測試設備40還可能包含監(jiān)視器48，該監(jiān)視器48可操作地連接至控制器48并且被配置為可視地顯示轉向機構26的已檢測加速度連同由麥克風56以聲學方式檢測到的所引起的齒輪咔嗒聲。控制器48可能被編程為生成從齒輪系38引起的與不同力事件Fi成函數(shù)關系的齒輪咔嗒聲的可視化表示，諸如圖表或表格形式。進而，監(jiān)視器58可能允許力事件Fi的不同施加速率50A的視覺比較和這些實驗施加速率如何影響由麥克風56檢測的齒輪系38的可聽齒輪咔嗒聲。測試設備40還可能包含揚聲器59，該揚聲器59可操作地連接至控制器48并且被配置為可聽地再現(xiàn)以聲學方式檢測到的所引起齒輪咔嗒聲。作為附加的優(yōu)點，測試設備40可能允許在不需要每次重新設計時均在實際車輛10中執(zhí)行測試的情況下驗證轉向機構26和齒輪系38本身的各項設計迭代的效力。

如上面關于圖1-圖3所述，圖4描繪了從齒輪系38引起齒輪咔嗒聲的方法60。如上所述，齒輪系38可能由裝置(例如轉向機構26)采用。該方法60在方框62開始，提供具有固定器42、拉桿44和控制器48的測試設備40。在方框62之后，該方法前進至方框64。在方框64中，該方法包含經(jīng)由固定器42支撐在固定起始位置P0處具有齒輪系38的裝置。在方框64之后，該方法前進至方框66。在方框66中，該方法包含將拉桿44可操作地連接至該裝置，例如在支撐并容納齒輪系38的轉向殼體36處。

在方框66之后，該方法前進至方框68，其中該方法包含將由數(shù)學函數(shù)50所定義的力事件Fi施加至在起始位置P0處的裝置，從而從齒輪系38引起齒輪咔嗒聲。如上述關于圖1-圖3所述，控制器48利用數(shù)學函數(shù)50編程以通過經(jīng)由拉桿44將力事件F施加至轉向殼體36以從齒輪系38引起齒輪咔嗒聲。力事件F被i配置成將零凈脈沖施加至該裝置并且包含將測試設備40返回起始位置P0。因此，在將力事件Fi每次施加至該裝置之后，測試設備40處于靜止狀態(tài)。同樣如以上所述，數(shù)學函數(shù)50可能具有雷克子波輪廓。

如上面關于圖1-圖3所述，在方框68中，該方法可能包含經(jīng)由控制器48改變數(shù)學函數(shù)50，從而調節(jié)力事件Fi的施加速率，以可操作地不考慮引起的齒輪咔嗒聲。在方框68之后，該方法前進至方框70。在方框70中，該方法包含經(jīng)由第一傳感器52由于對該裝置施加力事件Fi導致的對該裝置的加速度進行檢測，并經(jīng)由第一傳感器將檢測到的加速度傳遞至控制器48。在方框70之后，該方法前進至方框72。在方框72中，該方法包含經(jīng)由第二傳感器54由于對該裝置施加力事件Fi導致的對該裝置上的應變進行檢測，并經(jīng)由第二傳感器將檢測到的應變傳遞至控制器48。

在方框72之后，該方法可能前進至方框74。在方框74中，該方法包含經(jīng)由麥克風56以聲學方式檢測所引起的齒輪咔嗒聲并從麥克風將檢測到的引起的齒輪咔嗒聲傳遞至控制器48。

在方框74之后，該方法可能前進至方框76。在方框76中，該方法包含通過使用監(jiān)視器58可視地顯示裝置的檢測到的加速度連同檢測到的引起的齒輪咔嗒聲。在方框76中，該方法可能包含經(jīng)由麥克風56以聲學方式檢測所引起的齒輪咔嗒聲并將以聲學方式檢測到的引起的齒輪咔嗒聲傳遞至控制器48。附加地，在方框76中，該方法可能包含經(jīng)由監(jiān)視器58可視地顯示裝置的所檢測到的加速度連同檢測到的引起的齒輪咔嗒聲，并經(jīng)由揚聲器59可聽地再現(xiàn)以聲學方式檢測到的引起的齒輪咔嗒聲?？傮w而言，該方法60可能允許對在該裝置(例如轉向機構26)中采用的齒輪系38中的齒輪咔噠聲進行分析并在受控實驗室環(huán)境中對各種設計迭代進行驗證。

詳細說明和附圖說明或附圖對本公開是支持性的和描述性的，但本公開的范圍僅由權利要求書定義。雖然已詳細描述用于實施所要求保護的公開的一些的最佳模式和其他實施例，存在各種可作為選擇的設計和實施例，用于實施所附權利要求書中的本公開。另外，在本說明書中提到的各種實施例的附圖或特征中示出的實施例不一定被理解為彼此獨立的實施例。相反，實施例的一個實例中所述的每個特征可以與來自其他實施例的一個或多個其他所需特征結合，從而導致未用語言描述或通過參考附圖的其他實施例。因此，這樣的其他實施例在所附權利要求書的范圍的框架之 內(nèi)。