CN101029855A - 机动车即时故障检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机动车即时故障检测方法及装置，本发明所采用的方法是：在机动车运行中的关键零件附近设置声音传感器，声音传感器的输出通过噪音信号收集单元和噪音信号处理单元将所检测到的声音与预设置在一个存储有原始声音信息的噪音信号数据库存储单元中的声音信息进行比较，从而得到该部件是否已经损坏或者将要损坏的信息，并将该信息通过结果信号展示单元及时告知机动车驾驶员。本发明利用监测机动车机械设备运转时所产生的自然声音作为需要收集的信号源，随时了解监测机动车在行驶过程中的机械设备运行状况，准确率极高，如前期原始数据库的资料收集的详细的话，故障判断准确率超过98％。

Description

机动车即时故障检测方法及装置

                       技术领域

本发明属于一种机动车故障检测方法及装置，特别是一种机动车即时故障检测方法及装置。

                       背景技术

目前绝大多数机动车驾驶员对机动车机械故障的修理知识一点都不懂，只知道开车，直到机动车机械故障严重到影响运行的地步才会去到修理厂。而往往由于故障拖延，使零件损伤扩大，花掉不少冤枉钱。特别是在机动车行驶过程中发生故障时，需要维修人员及时救援，然而机动车一套机械设备的零部件冗繁，需要专业的维修员来监测及确定故障的所在，但维修员不可能把检查时所需的全部零部件随身携带(机械设备零部件有一部分因为体积大，重量重非常不好携带)。维修员会因反复判断故障所在，来回取配件而造成工作效率下降(单位时间内可以维修的机器个数的下降)维修费用上涨(维修员来回路费，工时费，机械设备不能运转的误工费)。

机动车在行使过程中噪音是非常大的，汽车的“悬挂系统”在行驶过程中，因为和轮胎的距离非常近，轮胎因为和地面摩擦噪音简称“轮噪”，还有汽车在行驶中遇空气阻力发出的噪音简称“空噪”，这两种噪音非常的大。在所驾驶汽车车窗和车门都关好的情况下行驶，是很难察觉到轮噪和空噪的存在，却可以很清楚的听到零部件工作时的噪音(一部分高档车隔音做的非常好零部件工作时的噪音也很难听到了)，但是在马路上观察别的车辆行使确可以很容易的发现轮噪和空噪的存在，却听不到车辆行使中零部件的噪音。说的通俗点开车时听的到发动机的运转的声音，却听不到轮噪和空噪；但是在马路上听的到轮噪和空噪，却听不到汽车发动机的运转的声音。这样从理论上从噪音源区域到驾驶室之间必然有一个点，轮噪和空噪的是非常小的。

                    发明内容

本发明的目的是提供一种利用收集机动车机械运行噪音信息，通过对比预先收集的各个部件各种运行状态的机械运行噪音原始数据库，达到适时检明该部件是否已经损坏或者将要损坏，之后通过直观方式表达，随时发现被监测机械设备的大小故障的机动车即时故障检测方法及装置，以克服上述的不足。

为了实现上述目的，本发明所采用的方法是：在机动车运行中的关键零件附近设置声音传感器(如麦克风)，声音传感器的输出通过噪音信号收集单元和噪音信号处理单元将所检测到的声音与预设置在一个存储有原始声音信息的噪音信号数据库存储单元中的声音信息进行比较，从而得到该部件是否已经损坏或者将要损坏的信息，并将该信息通过结果信号展示单元及时告知机动车驾驶员。

本发明的装置由声音传感器、噪音信号收集单元、噪音信号处理单元、噪音信号数据库存储单元和结果信号展示单元构成，其特点是：多个传感器分别设置在机动车运行中的关键零件附近，每个传感器的输出分别与噪音信号收集单元的输入端相连，噪音信号收集单元的输出与噪音信号处理单元相接，噪音信号处理单元还与噪音信号数据库存储单元相互连接，噪音信号处理单元的输出与结果信号展示单元相连接。

本发明利用监测机动车机械设备运转时所产生的自然声音，作为需要收集的信号源，随时了解监测机动车在行驶过程中的机械设备运行状况，准确率极高，如前期原始数据库的资料收集的详细的话，故障判断准确率超过98％(取决于声音传感器的灵敏度、噪音信号处理单元的软件等因素)。本发明使被监测中机械设备的操作者在操作过程中，随时发现被监测机械设备的大小故障，及时修理，避免机械设备带病服役所造成的工作效率下降，损失扩大化，维修费用上涨等。

                    附图说明

图1为本发明的原理框图。

图2为本发明实施例传感器设置点示意图。

                  具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述，但下述实施例不应理解为对本发明的限制。

机动车有很多零部件，大都直接或间接的关系到行车的安全，以武汉市出产的爱丽舍轿车为例，爱丽舍轿车在行使过程中噪音的特点，可以把噪音分为五大部分，分别是“左前悬挂系统”，“右前悬挂系统”，“左后悬挂系统”，“右后悬挂系统”，“发动机，变速箱，转向系统”。这五个部分是汽车安全行使的最重要的，危及汽车安全行驶的机械故障95％都发生在这五个方面。所以将5个声音传感器分别设置在每个系统中，其设置的位置需反应该系统中每个关键零件的声音信息。

本发明以爱丽舍轿车的左前悬挂系统(图2)为例：

爱丽舍轿车在行驶中的左前悬挂系统包括：(各个零部件在完好的时候工作噪音是很小的，可以忽略)

前托价1，三角臂3，转向节5，传动轴8：起的是基础作用。大部分零部件都安装在它的上面。这个零部件因为用的材质很好，除非遇到猛烈的撞击，自身的损坏机率是很小的；并且没有什么摩损，该部件发出的噪音可以忽略。

横向稳定杆2，连接杆6，横杆衬套14：当汽车转弯或悬架垂直变形不等时，利用其自身被扭转产生阻止车身侧倾的反力矩，来减小车身的侧倾和摆动，保证汽车的稳定行驶。这套零部件中连接杆6，横杆衬套14是容易损坏的部件，但是损坏后不会产生很大的后果，只是噪音相当的大，故发生故障后应该及时更换，以免其噪音掩盖了其他关键部位的噪音，从而影响本发明的准确性。

球头销4是连接三角臂3与转向节5的重要部件。球头销除了垂直的和横向的负载外，还起到支点的作用，使汽车转向时车轮能够转动。因此，球头销工作一段时间后会磨损。当球头销磨损后，会使间隙增大，轮胎发生异常磨损，轮胎寿命减短。严重磨损后，球头销会发生分解，造成三角臂3与转向节5的分离，造成汽车瘫痪。损坏后由于内部间隙过大，在行驶过程中会上下跳动产生噪音。

前减振器7是缓解车辆的颠簸的零部件。减振器缺油时，往往导致减振器发出噪音，这是因为减振器是靠缸内的液压油在小孔中来回流动产生阻力作用而实现减振的。一但缺油，则减振器失去减振功能。此时汽车在不平的路面行驶时，就会产生比较大的噪音。

轮毂轴承9位置在钢圈中间用于连接传动轴与轮毂(用于安装轮胎的零部件)，如果损坏的话，会导致轮胎磨损不均匀，轮胎寿命减短。最坏的结果是钢圈从传动轴上脱落，导致重大安全事故的发生。一般‘轮毂轴承’的寿命是3万至4万公里，轮毂轴承9寿命会根据路况(路况差产生的颠簸强度加大)，驾驶习惯(如急刹车，高速转向，等)而减少轮毂轴承9的使用寿命，驾驶员不好根据轮毂轴承9的使用时间来判断轮毂轴承9是否损坏。轮毂轴承9价格也比较高，如果没有损坏就更换会造成很大的浪费。轮毂轴承9的结构是很常见的轴承结构：里外大小两组同心钢圈，钢圈中是一组大约20个钢弹珠(不同车型，个数也许会有少许差别)。轮毂轴承9在使用过程中钢弹珠在钢圈内不停的做旋转，钢圈和钢弹珠在一个全封闭的结构里。轮毂轴承9使用寿命到了时，钢弹珠的会产生疲劳，导致钢弹珠内部结构产生破坏，导致钢弹珠破损，某个钢弹珠破损后的碎粒会留在轮毂轴承9的封闭的环境里。这时轮毂轴承9产生的工作噪音是与正常工作时是不一样的(因为有破损的钢弹珠碎粒在轮毂轴承的封闭的环境里)，钢弹珠破损的个数到了一定比例轮毂轴承9就会脱落，造成重大后果。本发明就是利用了如轮毂轴承9损坏时和正常时工作噪音的不同之处。

刹车片10结构是钢片上有磨擦材料，当摩擦材料磨损完了后，钢片与轮毂摩擦，发出噪音。

球笼11：因为爱丽舍轿车是前轮驱动的设计，故前轮既是驱动轮又是转向轮，所以传动轴必须有转向的功能，球笼11的功能就是实现这一功能的主要零部件。球笼11一头连接轮毂上。另一头是个内空的设计，里面有6个弹子，弹子被钢网罩分开，传动轴从弹子中穿过。球笼11里面靠黄油润滑，所以是一个密封的设计。传动轴转动时，弹子可以根据方向的变换，起到动力方向的改变。当钢网罩磨损后(钢网罩在汽车转向时承受着非常大的扭力)会有某个部分发生断裂，部分碎片会留在球笼的密封的环境内，产生很大的噪音。如果严重损坏，会导致方向卡死。

衬套12、球铰13(弹性铰节)、横杆衬套14都是橡胶配件，用于减轻车内各零部件的震动。时间长后会因为橡胶弹力失效，而产生很大的噪音。损坏后应及时更换，以免其噪音掩盖了其他关键部位的噪音，从而影响本发明的准确性。

方向机球头15工作原理与球头销4相似，是用于连接转向节5与方向机系统的部件，磨损后会造成转向异常，方向机球头15分解后，会导致方向失灵。

从上述对爱丽舍轿车的左前悬挂系统的分析，可以明确知道产生噪音的关键零件为：球头销4、前减振器7、轮毂轴承9、刹车片10、球笼11、方向机球头15。

爱丽舍轿车的“左前悬挂系统”的声音传感器的设置在蓄电池的下方。因为该处位于被检测的“左前悬挂系统”的上方，对“左前悬挂系统”需要监测的各个零部件的工作噪音收集效果好，该处正前方(以驾驶员坐在驾驶室里正在驾驶时的方向做参考)是一个几乎封闭的环境，空噪的干扰非常小(空噪的影响区域主要集中在汽车底盘以下)。该处左边与左前轮之间已装有挡泥板，挡泥板可以很好减弱的轮噪对该处的影响，而且该处与其他主要噪音源区域距离也较远。所以，该处比较适合做传感器设置点。传感器设置点根据车型的不同，位置会有少许差异，要根据实际情况来安排。具体设置点的位置需要反复寻找测试，才能定下最科学的位置。

其他需要检测的系统的传感器设置点可以通过以上的原理找到最佳位置。

下面详细介绍本发明的工作原理：

本发明由声音传感器、噪音信号收集单元、噪音信号处理单元、噪音信号数据库存储单元和结果信号展示单元构成。

以下将逐一介绍各个单元的工作原理：本发明介绍以爱丽舍轿车为具体实例，其它的各种车辆可以根据本发明的原理，根据车型的特点，实际情况来实现本发明的功能。

声音传感器：分别设置在“左前悬挂系统”，“右前悬挂系统”，“左后悬挂系统”，“右后悬挂系统”和“发动机，变速箱，转向系统”中，收集各个系统的噪音。

噪音信号收集单元：分别接收来自每个声音传感器声音信息，并将每个模拟的声音信息变换成数字信息后分别传递给噪音信号处理单元。

噪音信号数据库存储单元：数据库存储单元是一组数据库文件，分为两大类，第一类为原始数据库，原始数据库中包括各个零部件正常工作和损坏带病工作时工作噪音数字信息的原始数据；第二类为显示数据库：显示数据库包括所检测噪音数字信息与原始数据库中噪音数字信息相同时所相对应的需要显示的数据。第一类原始数据库中建立起统一的模块，模块为检测的区域，简称区模，把检测区域分为几块，就将建立几块区模。增加检测区域时，将在原始数据库中增加相应的区模。爱丽舍轿车分为5块检测区，包括“左前悬挂系统”，“右前悬挂系统”，“左后悬挂系统”，“右后悬挂系统”，“发动机、变速箱、转向系统”。相应在原始数据库中建立“左前悬挂系统”，“右前悬挂系统”，“左后悬挂系统”，“右后悬挂系统”，“发动机、变速箱、转向系统”五块区模，在区模中根据检测零部件的数量建立对应于每个被检测零部件的模块，零部件模块中的内容为被检测的零部件非正常工作运行时(部件已经损坏仍然带病工作时)的噪音数字信息数据。爱丽舍轿车原始数据库由5个区模组成，每个区模有N个零部件模块(N为该区模内被检测点的个数)组成。零部件模块的类型都一样，如果需要添加新的检测部件，只需要增加模块的数量，区模的类型也都一样，如果需要增加检测区域，只需要增加相应的模块既可。显示数据库的架构与原始数据库一样。原始数据库中的噪音数字信息需要预先采集。如需要“左前悬挂系统”区模的轮毂轴承零部件模块噪音数字信息时，需要采集数个损坏程度不一的轮毂轴承在运转时的噪音，采集的个数越多，本发明的精确度就越高。因为每个声音文件会有差异，再把采集到的声音原始素材在通过计算机统计得出一个轮毂轴承这个零部件损坏工作时的噪音音频范围，继续把范围分为几个档次(如三档，轻度损坏，中度损坏，重度损坏)，保存在原始数据库的“左前悬挂系统”区模中的轮毂轴承零部件模块中。如需要建立其他检测零部件的原始数据库模块，可参照以上方式依次建立。第二类显示数据库建立与原始数据库相一一对应的零部件模块。如中原始数据库建立了个“左前悬挂系统”区模的轮毂轴承零部件模块，显示数据库中也要建立个“左前悬挂系统”区模的轮毂轴承零部件模块，该模块的数据是相对应与原始数据中的情况而显示给操作人员识别的。如原始数据库中的轮毂轴承模块有三个档次：轻度损坏，中度损坏，重度损坏；显示数据库中也要建立个轮毂轴承模块就会有三组数据：轻度损坏，中度损坏，重度损坏。根据显示的方式的不同，显示数据库中模块存储数据会不同

噪音信号处理单元：该单元为计算机系统(如单片机，嵌入式系统)。噪音信号处理单元是将噪音信号收集单元收集到的信号放在暂存器里，中央处理器调用噪音信号数据库存储单元中的原始数据库中该被检测区域的模块(如“左前悬挂系统”区模)中的每个零部件模块进行对比，如该次被检测的“左前悬挂系统”的噪音数据落入该零部件在零部件模块中的音频范围之内，就将该信号被记录一次报错，如果连续报错一定的次数(可以根据零部件的实际情况来定次数)，噪音信号处理单元将从噪音信号数据库存储单元中的中调出该次被检测的零部件(如“左前悬挂系统”区模中的轮毂轴承零部件模块)在显示数据库中相应档次的显示数据(如轻度损坏，中度损坏，重度损坏中的一档)传输到结果信号展示单元显示。被监测的零部件，可能由于机械设备运行过程中，运转的速度不一而发生被检测的零部件运行时噪音时快时慢，可以采用计算机声音信号的周期来规范一个采集周期(如波动信号的的一个波底到下一个波底，类似与心电图)。本发明可同时采集多个区域信号源(爱丽舍轿车分为5部分)，由噪音信号处理单元来分配依次处理。

结果信号展示单元：将噪音信号处理单元调用的噪音信号数据库存储单元中的显示数据库中该次被检测的零部件相应档次的显示数据(如轻度损坏，中度损坏，重度损坏中的一档)通过驾驶员能够很直观的方式获知(如：语音，代码，文字，音乐，仪表，灯光，手机短信，显示器，多媒体技术等)。例如灯光：在驾驶员可以很方便观察的地方，如汽车驾驶室的仪表台中，加装几组灯，根据被检测零部件的个数来决定灯的组数和灯光显示方式，适用于检测零部件较少的情况下，所检测的零部件过多容易发生观测错误。例如：汽车中被检测左前轮毂轴承通过噪音信号收集单元收集了被检测“左前悬挂系统”在运行中的噪音数据。传输到噪音信号处理单元中经过调用噪音信号数据库存储单元中的原始数据库中的“左前悬挂系统”区模的数据，进行对比后，发现被检测轮毂轴承在运行时发出的噪音与原始数据库中的“左前悬挂系统”区模中的轮毂轴承零部件模块的轻度损坏档音频范围连续吻合，噪音信号处理单元持续报错，当报错达到一定的次数(如预先设定为100次)，噪音信号处理单元从在显示数据库中的“左前悬挂系统”区模中的轮毂轴承零部件模块(预先设定的数据轻度损坏档显示为一盏灯，中度损坏显示为两盏灯，重度损坏显示为三盏灯)，调用数据轻度损坏档显示为一盏灯。通过信号线传输到汽车驾驶室的仪表台中的左‘前轮毂轴承’检测组灯(被监测了几组零部件，就设置几组灯，如监测了左‘前轮毂轴承’，相对应在汽车驾驶室的仪表台中设置左‘前轮毂轴承’监测组灯。监测组灯数量根据显示数据库中的模块的设定来控制)。驾驶员就会知道被检测左‘前轮毂轴承’的运行情况，及时修理避免损失扩大(导致轮胎磨损不均匀，轮胎寿命减短)和安全事故的发生。其他的显示方式如显示器可以显示文字提示或图形提示。可以根据实际情况来酌情考虑。

以上通过爱丽舍轿车“左前悬挂系统”的检测原理，和本发明运转方式，大致阐述了本发明的流程。其他的检测区域也可参照来以此类推，其他车型也可以根据其车型的具体构造来稍做调整。

本发明的成本主要是软件开发，声音采集和硬件成本组成。

软件开发成本：同一套软件可以适用与所有车型，不同的车型只是增加或减少模块。批量生产单个成本非常的低。

声音采集成本：为每个零部件模块采集声音素材，每个需要检测的零部件都需要收集N个(N值越大，本发明的精确度越高)该零部件各个损坏程度的声音频率范围，本发明同系列的车型装配量越大，声音采集成本越低。

硬件成本：可以通过当时的市场条件，使用批量规模生产成本降低的方式。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (6)

1、一种机动车即时故障检测方法，所采用的方法是：在机动车运行中的关键零件附近设置声音传感器，声音传感器的输出通过噪音信号收集单元和噪音信号处理单元将所检测到的声音与预设置在一个存储有原始声音信息的噪音信号数据库存储单元中的声音信息进行比较，从而得到该部件是否已经损坏或者将要损坏的信息，并将该信息通过结果信号展示单元及时告知机动车驾驶员。

2、如权利要求1所述的机动车即时故障检测方法，其特征在于：噪音信号数据库存储单元是一组数据库文件，分为两大类，第一类为原始数据库，原始数据库中包括各个零部件正常工作和损坏带病工作时工作噪音数字信息的原始数据；第二类为显示数据库：显示数据库包括所检测噪音数字信息与原始数据库中噪音数字信息相同时所相对应的需要显示的数据。

3、如权利要求2所述的机动车即时故障检测方法，其特征在于：原始数据库中建立起统一的模块，模块为检测的区域，把检测区域分为几块，就将建立几块区域模块，增加检测区域时，在原始数据库中增加相应的区域模块；显示数据库的架构与原始数据库一样。

4、如权利要求3所述的机动车即时故障检测方法，其特征在于：在区域模块中根据检测零部件的数量建立对应于每个被检测零部件的模块，零部件模块中的内容为被检测的零部件非正常工作运行时的噪音数字信息数据，显示数据库建立与原始数据库相一一对应的零部件模块。

5、如权利要求1-4所述的机动车即时故障检测方法，其特征在于：噪音信号处理单元是将噪音信号收集单元收集到的信号放在暂存器里，调用噪音信号数据库存储单元中的原始数据库中该被检测区域的模块中相对应的每个零部件模块进行对比，如该次被检测的噪音数据落入该零部件在零部件模块中的音频范围之内，噪音信号处理单元将从噪音信号数据库存储单元中的中调出该次被检测的零部件在显示数据库中相应档次的显示数据传输到结果信号展示单元显示。

6、一种机动车即时故障检测装置，由声音传感器、噪音信号收集单元、噪音信号处理单元、噪音信号数据库存储单元和结果信号展示单元构成，其特征在于：多个传感器分别设置在机动车运行中的关键零件附近，每个传感器的输出分别与噪音信号收集单元的输入端相连，噪音信号收集单元的输出与噪音信号处理单元相接，噪音信号处理单元还与噪音信号数据库存储单元相互连接，噪音信号处理单元的输出与结果信号展示单元相连接。

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