基于功率譜分析的純電動汽車驅動電機故障實時預警系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及的純電動汽車驅動電機故障預警系統，尤其是涉及基于功率譜分 析的純電動汽車驅動電機故障實時預警系統。
【背景技術】
[0002] 功率譜分析法用于設備故障檢測，已經廣泛應用于機械行業。此方法通過比較當 前的功率譜與預先記錄的正常工作情況下的功率譜的差異，來發現早期故障，以避免事故 發生。
[0003] 目前，將振動功率譜分析的原理用于汽車故障預警的相關工作一直在進行。在傳 統汽車中，由于在各種復雜道路情況下，車輛的振動功率譜與路況高度相關，且由于發動 機、變速箱、油栗等動力系統的存在，使得振動源過多并且相互影響，功率譜中耦合很多環 境因素，造成對故障辨識的可靠性較低。因此，通過振動準確快速地定位動力系統故障難度 較大，目前還未見諸有關這方面的報道。
【發明內容】
[0004] 本實用新型目的在于提供一種基于功率譜分析的純電動汽車驅動電機故障實時 預警系統。
[0005] 為實現上述目的，本實用新型采取下述技術方案：
[0006] 本實用新型所述基于功率譜分析的純電動汽車驅動電機故障實時預警系統，包括 安裝在純電動汽車左、右前輪懸架上的第一、第二三軸加速度傳感器(三維振動加速度傳感 器），和安裝在純電動汽車驅動電機保護罩上的第三三軸加速度傳感器(三維振動加速度傳 感器）；所述第一、第二、第三三軸加速度傳感器的信號輸出端分別通過信號調理電路模塊 與數字信號處理器對應的一個信號輸入接口連接;所述數字信號處理器的通信接口通過 CAN通信模塊與純電動汽車的整車控制器通信連接。
[0007] 本實用新型優點在于通過安裝在純電動汽車左、右前輪懸架上的第一、第二三軸 加速度傳感器，和安裝在純電動汽車驅動電機保護罩上的第三三軸加速度傳感器，對行駛 的純電動汽車進行振動測量，純電動汽車的整車控制器通過對觀測向量解耦合消除路況干 擾，得到獨立的驅動電機實際功率譜，將實時功率譜信息與純電動汽車的整車控制器內的 標準數據庫比對，從而達到早期識別驅動電機故障之目的。
【附圖說明】
[0008] 圖1是本實用新型的電路原理結構框圖。
[0009] 圖2是本實用新型所述第一、第二、第三三軸加速度傳感器的安裝位置示意圖。
【具體實施方式】
[0010] 如圖1、2所示，本實用新型所述基于功率譜分析的純電動汽車驅動電機故障實時 預警系統，包括安裝在純電動汽車左、右前輪懸架1、2上的第一、第二三軸加速度傳感器3、 4,和安裝在純電動汽車驅動電機保護罩5上的第三三軸加速度傳感器6;第一、第二三軸加 速度傳感器3、4用于感知路況對車體振動的影響，第三三軸加速度傳感器6用于檢測驅動電 機的振動強度。第一、第二、第三三軸加速度傳感器3、4、6的信號輸出端分別將米集到的振 動數據經過信號調理電路模塊輸出給數字信號處理器(DSP:digital signal processor) 進行轉換處理，得到反映振動強度(功率)和頻率的振動譜信息，并將振動譜信息通過CAN通 信模塊傳至純電動汽車的整車控制器(VCU);整車控制器將收到的振動譜數據解耦合，得到 驅動電機獨立的實時振動功率譜，并將實時振動功率譜與整車控制器內的數據庫中驅動電 機標準振動功率譜進行對比，當實時振動功率譜與驅動電機標準振動功率譜相差超出設定 的范圍值時，整車控制器向駕駛員發出提示，實現對驅動電機故障的實時預警。
[0011]本實用新型的工作原理簡述如下：
[0012] 本預警系統主要關注振動頻率在50kHz以內的振動。實施過程中整車控制器執行 內部程序：
[0013] 1、根據香農采樣定理，第一、第二和第三三軸加速度傳感器(三維振動加速度傳感 器)3、4、6采樣頻率設定為100ΚΗz，采樣周期為10us。采樣窗口時間為10ms，共1000個采樣 點。每個采樣點均包括一個三維的振動數據。取其各維度"平方和"數值代表振動功率。對該 1000個振動功率點進行FFT( (Fast Fourier Transformation)，快速傅氏變換），得到該處 的振動功率譜。根據驅動電機、車體的固有頻率和諧振頻率，選取最具代表性的若干頻率下 的譜值。
[0014] 2、通過結構設計仿真軟件和整車試驗，得到任意振動源對車輛內部任意點的振動 能量傳遞系數。選取驅動電機和左、右前輪懸架1、2作為三軸加速度傳感器的安裝位置。
[0015] 設矩陣
[0016]
[0017] Yf為左、右前輪懸架1、2和驅動電機保護罩5三個位置處三軸加速度傳感器在某頻 率f下的振動能量譜的觀測向量。
[0018] 矩陣
[0020] Af為某頻率f下的能量傳遞系數矩陣，該矩陣為對角矩陣。
[0021] 矩陣
[0022]
[0023] Xf為左、右前輪懸架1、2和驅動電機保護罩5三個位置處當前實際振動能量譜向 量。
[0024] 因此：
[0025] Yf= AfXXf
[0026] 求解上式得
[0027] Xf=Yf+Af
[0028] 其中，分量即為某頻率下驅動電機實際振動功率譜的信息，從而消除路面振動源 對驅動電機造成的影響。
[0029] 3、根據車輛前期試驗獲得的驅動電機在標準工況下(正常工況)的振動功率譜(正 常工況下驅動電機的扭矩、轉速離散數據），針對當前驅動電機扭矩和轉速值，使用B樣條算 法進行曲線擬合處理，得到近似的功率譜值。比對上述計算的振動功率譜，即可找出驅動電 機是否出現異常現象。
【主權項】
1. 一種基于功率譜分析的純電動汽車驅動電機故障實時預警系統，其特征在于:包括 安裝在純電動汽車左、右前輪懸架上的第一、第二三軸加速度傳感器，和安裝在純電動汽車 驅動電機保護罩上的第三三軸加速度傳感器;所述第一、第二、第三三軸加速度傳感器的信 號輸出端分別通過信號調理電路模塊與數字信號處理器對應的一個信號輸入接口連接;所 述數字信號處理器的通信接口通過CAN通信模塊與純電動汽車的整車控制器通信連接。
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于功率譜分析的純電動汽車驅動電機故障實時預警系統，包括安裝在純電動汽車左、右前輪懸架上的第一、第二三軸加速度傳感器和安裝在驅動電機保護罩上的第三三軸加速度傳感器；第一、第二、第三三軸加速度傳感器的信號輸出端通過信號調理電路模塊與數字信號處理器對應的一個信號輸入接口連接；數字信號處理器的通信接口通過CAN通信模塊與純電動汽車的整車控制器通信連接。本實用新型優點在于對行駛的純電動汽車進行振動測量，純電動汽車的整車控制器通過對觀測向量解耦合消除路況干擾，得到獨立的驅動電機實際功率譜，將實時功率譜信息與純電動汽車的整車控制器內的標準數據庫比對，從而達到早期識別驅動電機故障之目的。
【IPC分類】B60L3/00
【公開號】CN205256026
【申請號】CN201521084563
【發明人】袁建州, 劉洋, 李晨, 趙靜藝, 劉建, 于麗娜, 魏禎祁, 付攀
【申請人】鄭州日產汽車有限公司
【公開日】2016年5月25日
【申請日】2015年12月23日