專利名稱：微面汽車驅動橋可靠性臺架試驗在線監測與故障診斷設備的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及微面汽車驅動橋技術領域，具體涉及一種微面汽車驅動橋可靠性臺架試驗在線監測與故障診斷設備。
背景技術：
汽車驅動橋是微面汽車的關鍵部件之一，且工作條件也最為惡劣。因此它的工作可靠性是保證車輛動力性和行駛性以及燃油經濟性的關鍵。后驅動橋在臺架上進行可靠性試驗過程中，隨著傳動軸動力和運動的輸入、主減齒輪的嚙合傳動，包括主減齒輪、支撐軸承、半軸、差速齒輪、車橋等在內零部件，不僅要發生正常的摩擦磨損，而且要產生振動和噪聲，潤滑油液溫度也將發生一定的變化。所以在臺架上在對驅動橋進行可靠性試驗時，如果研發一套在線監測與故障系統監測驅動橋上關鍵部位的振動、噪聲、溫度、扭矩、應力等參數，對研究驅動橋關鍵零部件的疲勞壽命與可靠性機理、損傷機理、振動噪聲機理具有很重大的實用意義。
實用新型內容有鑒于此，本實用新型提供了一種微面汽車驅動橋可靠性臺架試驗在線監測與故障診斷設備，能夠較為全面地監測驅動橋上關鍵部位的振動、噪聲、溫度、扭矩、應力等參數，進而能夠利用這些參數進行故障診斷和可靠性評估，從而達到在線監測與故障診斷的效果。該方案是這樣實現的一種微面汽車驅動橋可靠性臺架試驗在線監測與故障診斷設備，包括4套振動加速度計、3套扭矩傳感器、4套溫度傳感器、3套應力傳感器、4套聲級計、以及轉速傳感器、 信號處理器、數據采集卡各一套、數據低速采集和存儲模塊、故障診斷模塊、數據高速采集模塊、數據庫、可靠性預測模塊，以及圖形輸出模塊；4套振動加速度計分別布置在驅動橋左半軸軸承座、驅動橋主減殼體、驅動橋右半軸軸承座、傳動軸聯接軸承座處；3套扭矩傳感器分別布置在驅動橋左半軸、驅動橋右半軸、傳動軸與電機聯接之間；4套溫度傳感器與4個振動加速度計布置位置相同；4套聲級計分別布置在距離驅動橋左半軸軸承座50cm的位置、距離驅動橋主減殼體50cm的位置、距離驅動橋右半軸軸承座50cm的位置、距離傳動軸聯接軸承座50cm的位置；3套應力傳感器，分別布置在驅動橋主減殼體、驅動橋左半軸軸承支撐部位、驅動橋右半軸軸承支撐部位；轉速傳感器，布置在傳動軸與電機聯接裝置之間；信號處理器連接所有傳感器和數據采集卡，數據低速采集分別連接大周期數據獲取模塊和小周期數據獲取模塊；大周期數據獲取模塊分別連接數據庫、小周期數據獲取模塊、故障診斷模塊和圖形輸出模塊；小周期數據獲取模塊分別連接數據庫、故障診斷模塊和圖形輸出模塊；故障診斷模塊分別連接數據庫、可靠性預測模塊和圖形輸出模塊；可靠性預測診斷模塊進一步連接數據庫和圖形輸出模塊。其中，信號處理器，具有阻抗變換、積分、濾波和放大功能，對所有傳感器采集的數據進行數字信號處理后輸出給數據采集卡；數據采集卡按照設定頻率采集信號處理器處理后的傳感器信號；大周期數據獲取模塊，接收數據采集卡發來的傳感器信號，將每分鐘內每路傳感器信號中的最大值作為大周期數據保存到數據庫中，并將大周期數據作為監測數據之一發送給圖形輸出模塊；當振動、噪聲或溫度信號有效值超過國家標準值或行業標準值時，啟動小周期數據獲取模塊并觸發故障診斷模塊。小周期數據獲取模塊，在被啟動后從數據采集卡中獲取各傳感器的實時數據即小周期數據，每個通道數據長度大于4096個點，將小周期數據保存到數據庫并且作為監測數據之一發送給圖形輸出模塊；故障診斷模塊，在被觸發后從數據庫提取最近至少2個小時的大周期數據和小周期數據采集模塊本次被啟動后獲得的小周期數據，利用提取的數據進行故障診斷，將故障診斷結果發送給可靠性預測模塊和圖形輸出模塊；可靠性預測模塊，從數據庫提取最近至少2個小時的大周期數據和小周期數據采集模塊本次被啟動后獲得的小周期數據，利用大周期數據、小周期數據、運動部件的運動特征以及故障診斷結果獲得各個零部件的健康指數，繪制健康指數隨時間變化的趨勢曲線， 并利用時間序列模型預測驅動橋可靠性，將可靠性預測結果發送給圖形輸出模塊；圖形輸出模塊，輸出監測數據、故障診斷結果、可靠性預測結果；數據庫，用于存儲各種傳感器信號和經過數字信號處理后的各種信號。有益效果本實用新型基于主減齒輪、軸承故障振動噪聲機理研究、振動噪聲與驅動橋可靠性壽命的關系的理論和實驗研究，確定了一系列的關鍵測點，采用各類傳感器監測這些關鍵測點的振動、噪聲、溫度、扭矩、轉速、應力信號，利用關鍵測點的傳感器信號進行故障診斷，從而達到全面在線監測與故障診斷的效果。本實用新型所設計的驅動橋在線監測與故障診斷系統，可以為驅動橋的可靠性試驗提供一個評價標準，有利于對驅動橋振動噪聲污染的控制和治理。該系統不僅可以應用汽車驅動橋的監測與故障診斷，還可推廣應用于其它機械系統振動噪聲信號的采集與分析。
圖1為本實用新型在線監測與故障診斷設備的結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖并舉實施例，對本實用新型進行詳細描述。本實用新型提供了一種微面汽車驅動橋可靠性臺架試驗在線監測與故障診斷設備，基于主減齒輪、軸承故障振動噪聲機理研究、振動噪聲與驅動橋可靠性壽命關系的理論和實驗研究，確定了一系列的關鍵測點，采用各類傳感器監測這些關鍵測點的振動、噪聲、 溫度、扭矩、轉速、應力信號，利用關鍵測點的傳感器信號進行故障診斷，從而達到在線監測與故障診斷的效果。圖1為本實用新型在線監測與故障診斷設備的結構示意圖，如圖1所示，該設備包括4套振動加速度計、3套扭矩傳感器、4套溫度傳感器、3套應力傳感器、4套聲級計、1套轉速傳感器、1套信號處理器和控制單元；控制單元包括數據采集卡、數據低速采集和存儲模塊、故障診斷模塊、數據高速采集模塊、數據庫、可靠性預測模塊，以及圖形輸出模塊。 4套振動加速度計分別布置在驅動橋左半軸軸承座、驅動橋主減殼體、驅動橋右半軸軸承座、傳動軸聯接軸承座處；3套扭矩傳感器分別布置在驅動橋左半軸、驅動橋右半軸、傳動軸與電機聯接之間；4套溫度傳感器與4個振動加速度計布置位置相同；4套聲級計分別布置在距離驅動橋左半軸軸承座50cm的位置、距離驅動橋主減殼體50cm的位置、 距離驅動橋右半軸軸承座50cm的位置、距離傳動軸聯接軸承座50cm的位置；3套應力傳感器，分別布置在驅動橋主減殼體、驅動橋左半軸軸承支撐部位、驅動橋右半軸軸承支撐部位；轉速傳感器，布置在傳動軸與電機聯接裝置之間。信號處理器連接所有傳感器和數據采集卡，數據低速采集分別連接大周期數據獲取模塊和小周期數據獲取模塊；大周期數據獲取模塊分別連接數據庫、小周期數據獲取模塊、故障診斷模塊和圖形輸出模塊；小周期數據獲取模塊分別連接數據庫、故障診斷模塊和圖形輸出模塊；故障診斷模塊分別連接數據庫、可靠性預測模塊和圖形輸出模塊；可靠性預測診斷模塊進一步連接數據庫和圖形輸出模塊。下面對除傳感器的各模塊功能進行詳細描述。信號處理器，具有阻抗變換、積分、濾波和放大功能，對所有傳感器采集的數據進行數字信號處理后輸出給數據采集卡。數據采集卡按照設定頻率和數據長度采集信號處理器處理后的傳感器信號。大周期數據獲取模塊，接收數據采集卡發來的傳感器信號，將每分鐘內每路傳感器信號中的最大值作為大周期數據保存到數據庫中，從而獲得了振動、噪聲、溫度、扭矩、驅動橋橋殼主要部位應力信號長周期性規律，并將大周期數據作為監測數據之一發送給圖形輸出模塊，以便圖形輸出模塊輸出顯示。當振動、噪聲或溫度信號有效值超過國家標準值或行業標準值的10%時，可以判定后驅動橋工作異常，啟動小周期數據獲取模塊并觸發故障診斷模塊。小周期數據獲取模塊，在被啟動后從數據采集卡中獲取各傳感器的實時數據即小周期數據，數據長度可以任意設定，但每個通道數據長度大于4096個點，本實施例中設定每個通道數據長度為4096，將獲取的小周期數據保存到數據庫并且作為監測數據之一發送給圖形輸出模塊。故障診斷模塊，在被觸發后從數據庫提取最近至少2個小時的大周期數據和小周期數據采集模塊本次被啟動后獲得的4096個點的小周期數據，利用提取的振動、噪聲、溫度、扭矩、驅動橋橋殼主要應力信號的時域、頻域和幅域參數，尤其是峭度系數，完成驅動橋主要零部件的常規故障診斷，常規故障診斷包括齒輪的磨損、點蝕、膠合，軸承的磨損、疲勞點蝕、裂紋、軸的裂紋，將故障診斷結果發送給可靠性預測模塊和圖形輸出模塊。本模塊中，可以采用三層神經網絡建立振動、噪聲、溫度、扭矩等參數與各種故障的內在聯系。可靠性預測模塊，從數據庫提取最近至少2個小時的大周期數據和小周期數據采集模塊本次被啟動后獲得的小周期數據，利用大周期數據、小周期數據、運動部件的運動特征以及故障診斷結果獲得各個零部件的健康指數，繪制健康指數隨時間變化的趨勢曲線， 并利用時間序列模型預測驅動橋可靠性，將可靠性預測結果發送給圖形輸出模塊。 圖形輸出模塊，輸出監測數據、故障診斷結果、可靠性預測結果(屏幕顯示與打印)，完成試驗報告的生成與打印工作。數據庫，用于存儲各傳感器信號和經過數字信號處理后的各種信號。該設備還可以包括參數設置模塊，完成驅動橋型號、主減齒輪齒數、模數、軸承型號、信號采集頻率、 數據長度等設置。參數標定模塊，完成振動、噪聲、溫度等傳感器的標定，標定完成后將具體數值保存到數據庫中。數據管理功能模塊，用于管理數據庫，對設計結果和原始輸入參數進行調用，并對存儲輸入輸出的文件進行管理和修改。綜上所述，以上僅為本實用新型的較佳實施例而已，并非用于限定本實用新型的保護范圍。凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
權利要求1.一種微面汽車驅動橋可靠性臺架試驗在線監測與故障診斷設備，其特征在于，包括 4套振動加速度計、3套扭矩傳感器、4套溫度傳感器、3套應力傳感器、4套聲級計、以及轉速傳感器、信號處理器、數據采集卡各一套、數據低速采集和存儲模塊、故障診斷模塊、數據高速采集模塊、數據庫、可靠性預測模塊，以及圖形輸出模塊；4套振動加速度計分別布置在驅動橋左半軸軸承座、驅動橋主減殼體、驅動橋右半軸軸承座、傳動軸聯接軸承座處；3套扭矩傳感器分別布置在驅動橋左半軸、驅動橋右半軸、傳動軸與電機聯接之間； 4套溫度傳感器與4個振動加速度計布置位置相同；4套聲級計分別布置在距離驅動橋左半軸軸承座50cm的位置、距離驅動橋主減殼體 50cm的位置、距離驅動橋右半軸軸承座50cm的位置、距離傳動軸聯接軸承座50cm的位置； 3套應力傳感器，分別布置在驅動橋主減殼體、驅動橋左半軸軸承支撐部位、驅動橋右半軸軸承支撐部位；轉速傳感器，布置在傳動軸與電機聯接裝置之間；信號處理器連接所有傳感器和數據采集卡，數據低速采集分別連接大周期數據獲取模塊和小周期數據獲取模塊；大周期數據獲取模塊分別連接數據庫、小周期數據獲取模塊、故障診斷模塊和圖形輸出模塊；小周期數據獲取模塊分別連接數據庫、故障診斷模塊和圖形輸出模塊；故障診斷模塊分別連接數據庫、可靠性預測模塊和圖形輸出模塊；可靠性預測診斷模塊進一步連接數據庫和圖形輸出模塊。
2.如權利要求1所述的微面汽車驅動橋可靠性臺架試驗在線監測與故障診斷設備，其特征在于，信號處理器，具有阻抗變換、積分、濾波和放大功能，對所有傳感器采集的數據進行數字信號處理后輸出給數據采集卡；數據采集卡按照設定頻率采集信號處理器處理后的傳感器信號； 大周期數據獲取模塊，接收數據采集卡發來的傳感器信號，將每分鐘內每路傳感器信號中的最大值作為大周期數據保存到數據庫中，并將大周期數據作為監測數據之一發送給圖形輸出模塊；當振動、噪聲或溫度信號有效值超過國家標準值或行業標準值時，啟動小周期數據獲取模塊并觸發故障診斷模塊；小周期數據獲取模塊，在被啟動后從數據采集卡中獲取各傳感器的實時數據即小周期數據，每個通道數據長度大于4096個點，將小周期數據保存到數據庫并且作為監測數據之一發送給圖形輸出模塊；故障診斷模塊，在被觸發后從數據庫提取最近至少2個小時的大周期數據和小周期數據采集模塊本次被啟動后獲得的小周期數據，利用提取的數據進行故障診斷，將故障診斷結果發送給可靠性預測模塊和圖形輸出模塊；可靠性預測模塊，從數據庫提取最近至少2個小時的大周期數據和小周期數據采集模塊本次被啟動后獲得的小周期數據，利用大周期數據、小周期數據、運動部件的運動特征以及故障診斷結果獲得各個零部件的健康指數，繪制健康指數隨時間變化的趨勢曲線，并利用時間序列模型預測驅動橋可靠性，將可靠性預測結果發送給圖形輸出模塊； 圖形輸出模塊，輸出監測數據、故障診斷結果、可靠性預測結果； 數據庫，用于存儲各種傳感器信號和經過數字信號處理后的各種信號。
專利摘要本實用新型公開了一種微面汽車驅動橋可靠性臺架試驗在線監測與故障診斷設備，其中4套振動加速度計和4套溫度傳感器分別布置在驅動橋左、右半軸軸承座、驅動橋主減殼體、傳動軸聯接軸承座處；3套扭矩傳感器分別布置在驅動橋左、右半軸、傳動軸與電機聯接之間；4套聲級計分別布置在距離驅動橋左、右半軸軸承座、驅動橋主減殼體、傳動軸聯接軸承座50cm的位置；3套應力傳感器分別布置在驅動橋主減殼體、驅動橋左、右半軸軸承支撐部位；控制單元采集大、小周期數據以進行故障診斷和可靠性預測。使用本實用新型能夠監測驅動橋上關鍵部位的振動、噪聲、溫度、扭矩、應力參數，從而實現故障診斷和可靠性評估，達到在線監測與故障診斷的效果。
文檔編號G01M17/007GK202119630SQ20112021893
公開日2012年1月18日 申請日期2011年6月26日 優先權日2011年6月26日
發明者余波, 寧夢茜, 宋金響, 張曼, 李惠彬, 錢乾, 黃華 申請人:北京理工大學, 重慶長安汽車股份有限公司