CN103487252B - 汽车变速器台架耐久试验运行状态监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车变速器台架耐久试验运行状态监测方法，包括如下步骤：1）获取各种信号；2）将转速脉冲信号、扭矩电压信号、振动加速度信号和档位加速度信号处理后输入数据采集器，转换为数字信号输入计算机；3）各监控区间划分；4）计算机利用输入的信号进行角域重采集获得阶次谱;5）各监控区间自学习参考谱线生成；6）将角域重采集获得的实时阶次谱与参考谱比较，若大于设定值，启动报警指令。本发明的汽车变速器台架耐久试验运行状态监控方法，对档位、转速、扭矩和油温参数进行区间划分，能够对各监控区间自学习生成参考阶次谱线。解决了变速器运行工况复杂，监控困难等问题；降低监控系统误报警的次数，提高系统监控的准确性。

Description

汽车变速器台架耐久试验运行状态监测方法

技术领域

本发明涉及的是一种状态监控技术领域的方法，具体是一种针对变速器台架试验的运行状态在线监控实现方法。

背景技术

汽车变速器是其传动系中一个重要的零部件，变速器生产厂家和变速器鉴定单位都希望通过试验来精确确定变速器的寿命，变速器总成台架试验周期长，并且要求其在一定温度、载荷下进行。试验条件的严格保证是十分重要的，所以在试验过程中，监控过程是必须的。试验过程中故障种类多，而且故障的发生具有很大的随机性，这些都给试验人员的判断带来极大困难。试验过程中可能出现因为局部的问题导致变速器大面积破坏，例如断齿是试验过程中时常发生的现象，被试变速器齿轮一个齿断裂后，如不及时停机，断裂后的铁屑有可能卡在被试变速器别的齿轮副中，这就有可能导致被试变速器的大面积损伤。因此要求试验中能实时测量和控制变速器的工作状态，及时发现早期故障，尽量避免因部分零部件的损坏而破坏其他零件。另外，若能够在不打开变速器的情况下判断出哪个齿轮已破坏，可以使试验人员开箱检查更有针对性。如果在变速器发生故障时及时停机，保留初始故障特征，将更有利于设计人员分析故障原因。

状态监控技术根据变速器试验台的信号和特征信息，监控试验台的运行状态，一旦出现异常状态，迅速查明其原因以及预测可能产生的后果，并发出警告和停机。变速器试验台状态监控系统是保障变速器试验产品和试验台运行安全的主要装备，试验中能实时检测和监控被试变速器的运行状态，及时发现早期故障，对保障试验安全、高效的运行条件具有重要的意义。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足之处，本发明提供了一种解决变速器运行工况复杂、监控困难等问题，降低了监控系统误报警次数，提高系统监控准确性的汽车变速器台架耐久试验运行状态监测方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

汽车变速器台架耐久试验运行状态监测方法，该方法包括如下步骤：

1）获取监控信号：

1.1）在驱动电机与变速器输入轴之间安装转速扭矩传感器，通过输入端转速扭矩传感器获取变速器输入端的转速脉冲信号和扭矩应变电压信号；

1.2）在变速器的箱体上安装振动加速度传感器，通过振动加速度传感器获取振动加速度信号；

1.3）在变速器的输出半轴与加载电机之间安装转速扭矩传感器，通过输出端转速扭矩传感器获取输出的转速；用变速器输入转速与输出转速之比获取档位传动比信息；

1.4）在变速器放油孔螺栓上安装温度传感器，通过温度传感器获得变速器油温信号；

2）将获取的输入的转速脉冲信号、扭矩电压信号和振动加速度信号经过放大和滤波处理后输入数据采集器，在数据采集器内将模拟信号转换为数字信号并输入计算机；

3）各监控区间划分：首先按照传动比划分，划分为各个档位；然后在各个挡位内按照输入的转速进行区间划分，划分为转速区间一、转速区间二、…、转速区间m，m≥3；再在各个转速区间内按照输入的扭矩进行区间划分，划分为扭矩区间一、扭矩区间二、…、扭矩区间k，k≥3；最后在各个扭矩区间内按照获取的变速器油温信号进行区间划分，划分为温度区间一、温度区间二、…、温度区间L，L≥3；

4）计算机利用输入的转速脉冲信号和振动加速度信号进行角域重采集获得阶次谱；

5）各监控区间自学习参考谱线生成：

系统的自学习功能是利用                                               原则来实现的，系统会自动采集该工况的一定量的时域转速脉冲和加速度信号数据，把采集的信号经过滤波处理和角域重采样，然后经傅里叶变换生成阶次谱，对于个阶次谱线中的每一点谱线，计算其均值和标准差S，从而获得其参考值，并使参考值整体相对于零线做了偏移量调整，即得到参考谱线；

；   ；

               

上式中：为均值；为每阶次点对应的幅值；为阶次点个数；是各阶次对应的标准差系数，是各阶次均值的平移量；

6）将角域重采集获得的实时阶次谱与参考谱比较，若大于设定限值，则启动报警指令。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明的汽车变速器台架耐久试验运行状态监控方法，对档位、转速、扭矩和油温参数进行区间划分，能够对各监控区间自学习生成参考阶次谱线。解决了变速器运行工况复杂，监控困难等问题；降低了监控系统误报警的次数，提高了系统监控的准确性。

2、有效提高了变速器运行状态监测的准确性，对变速器运行过程中齿轮、轴承等故障的特征参数能够较早的进行提取和识别，提高了台架运行的安全性，同时如果试验人员较早的发现变速器的故障，便于对产品进行改进和优化。

附图说明

图1为汽车变速器台架耐久试验运行状态监测示意图；

图2为变速器运行状态监控区间划分示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。

针对汽车变速器耐久台架试验状态监测的具体需求，分析汽车变速器性能试验过程中档位、转速、转矩、温度和振动信号等测试技术，选择测试系统所需的硬件如转速脉冲传感器、扭矩传感器、温度传感器和振动加速度传感器、工控机，数据采集卡等，采用阶次分析方法克服了传统频率分析中变转速运动“频率模糊”的缺点，很好的解决了变速器频域特征信号提取的关键技术问题。针对变速器这一监控对象运行工况的复杂性，如档位，转速，扭矩，油温等参数对其振动幅值大小都有重要影响，在初步研究了信号处理理论和阶次分析方法的基础上，采用对档位、转速、扭矩和油温等运行参数进行区间划分，分别对不同工况区间进行监控，当台架上被试变速器首次运行到该区间后，系统开始对本区间的阶次谱的幅值进行自学习，通过对历史数据的学习可以得到作为判断标准的参考谱线，系统把自学习完成后获得的变速器在该区间的运行振动阶次谱和学习获得的参考谱进行对比，从而获得差值，然后对其各阶次的振动幅值的差值进行求和计算得到一个总的趋势阀值，如果此阀值超过设置的上限值则系统报警，提高了监控系统运行的可靠性。

汽车变速器台架耐久试验运行状态监测方法，该方法包括如下步骤：

1）获取监控信号，如图1所示：

1.1）在驱动电机与变速器输入轴之间安装转速扭矩传感器，通过输入端转速扭矩传感器获取变速器输入端的转速脉冲信号和扭矩应变电压信号；

1.2）在变速器的箱体上安装振动加速度传感器，通过振动加速度传感器获取振动加速度信号；

1.3）在变速器的输出半轴与加载电机之间安装转速扭矩传感器，通过输出端转速扭矩传感器获取输出的转速；用变速器输入转速与输出转速之比获取档位传动比信息；

1.4）在变速器放油孔螺栓上安装温度传感器，通过温度传感器获得变速器油温信号；

2）将获取的输入的转速脉冲信号、扭矩电压信号和振动加速度信号经过放大和滤波处理后输入数据采集器，在数据采集器内将模拟信号转换为数字信号并输入计算机；

3）各监控区间划分，如图2所示：首先按照传动比划分，划分为各个档位（一档、二档、…、倒档）；然后在各个挡位内按照输入的转速进行区间划分，划分为转速区间一、转速区间二、…、转速区间m，m≥3（如果输入的转速为0～6000R/M，可划分0～1000R/M为转速区间一，1000～2000R/M为转速区间二，2000～3000R/M为转速区间三，3000～4000R/M为转速区间四，4000～5000R/M为转速区间五，5000～6000R/M为转速区间六）；再在各个转速区间内按照输入的扭矩进行区间划分，划分为扭矩区间一、扭矩区间二、…、扭矩区间k，k≥3（如果输入的扭矩为0～500 Nm，可划分0～100Nm为扭矩区间一，100～200Nm为扭矩区间二，200～300Nm为扭矩区间三，300～400Nm为扭矩区间四，400～500Nm为扭矩区间五）；最后在各个扭矩区间内按照获取的变速器油温信号进行区间划分，划分为温度区间一、温度区间二、…、温度区间L，L≥3（如果获取的变速器油温为0～110℃，可划分为0～22℃为温度区间一，22～44℃为温度区间二，44～66℃为温度区间三，66～88℃为温度区间四，88～110℃为温度区间五）。

4）计算机对各种信号进行角域重采集获得阶次谱，其目的是克服了传统频率分析中变转速运动“频率模糊”的缺点。

5）各监控区间自学习参考谱线生成：

系统的自学习功能是利用原则来实现的，系统会自动采集该工况的一定量的时域转速脉冲和振动加速度数据（例如100个记录），把采集的信号经过滤波处理和角域重采样，然后经傅里叶变换生成阶次谱，对于阶次谱线中的每一点谱线，计算其标准差S，并使参考谱线整体相对于零线做了偏移量调整，即得到参考谱线。具体做法是：设定100个历史记录作为基础生成参考谱线，首先对变速器运行某种工况作100次数据记录，对于这100个记录，每个记录有N个阶次谱线点，系统在自学习时依次将记录中相对应的谱线点取出，组成个包含100个元素的新数组，即每个数组的所有的点都是对应于一个阶次谱线的。

；   ；

由数理统计方法可得：

分别对这个数组进行处理，得到其均值和标准差，最终生成两个新数组，分别为100个记录相对应的个阶次谱线的均值和标准差。生成参考谱线时，按下面公式：

              

上式中：为均值；为每阶次点对应的幅值；为阶次点个数；是各阶次对应的标准差系数，是各阶次均值的平移量。

6）将角域重采集获得的实时阶次谱与参考谱比较，若大于设定值，则启动报警指令。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.汽车变速器台架耐久试验运行状态监测方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

1）获取监控信号：

1.1）在驱动电机与变速器输入轴之间安装转速扭矩传感器，通过输入端转速扭矩传感器获取变速器输入端的转速脉冲信号和扭矩应变电压信号；

1.2）在变速器的箱体上安装振动加速度传感器，通过振动加速度传感器获取振动加速度信号；

1.3）在变速器的输出半轴与加载电机之间安装转速扭矩传感器，通过输出端转速扭矩传感器获取输出的转速；用变速器输入转速与输出转速之比获取档位传动比信息；

1.4）在变速器放油孔螺栓上安装温度传感器，通过温度传感器获得变速器油温信号；

2）将获取的输入的转速脉冲信号、扭矩应变电压信号和振动加速度信号经过放大和滤波处理后输入数据采集器，在数据采集器内将模拟信号转换为数字信号并输入计算机；

3）各监控区间划分：首先按照传动比划分，划分为各个档位；然后在各个档位内按照输入的转速进行区间划分，划分为转速区间一、转速区间二、…、转速区间m，m≥3；再在各个转速区间内按照输入的扭矩进行区间划分，划分为扭矩区间一、扭矩区间二、…、扭矩区间k，k≥3；最后在各个扭矩区间内按照获取的变速器油温信号进行区间划分，划分为温度区间一、温度区间二、…、温度区间L，L≥3；

4）计算机利用输入的转速脉冲信号和振动加速度信号进行角域重采集获得阶次谱；

5）各监控区间自学习参考谱线生成：

系统的自学习功能是利用                                               原则来实现的，系统会自动采集一定量的时域转速脉冲和振动加速度信号数据，把采集的信号经过滤波处理和角域重采样，然后经傅里叶变换生成阶次谱，对于个阶次谱线中的每一点谱线，计算其均值和标准差S，从而获得其参考值，并使参考值整体相对于零线做了平移量调整，即得到参考谱线；

；   ；

上式中：为均值；为每阶次点对应的幅值；为阶次点个数；是各阶次对应的标准差系数，是各阶次均值的平移量；

6）将角域重采集获得的阶次谱与参考谱线比较，若大于设定限值，则启动报警指令。