CN105372062A - 基于瞬态电流测汽车空调齿轮系配合性方法、系统及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于瞬态电流测汽车空调齿轮系配合性的方法、系统及其应用，其包括如下步骤：将汽车空调伺服电机进行固定锁紧，基于汽车电机瞬态电流测量系统，对汽车空调伺服电机的控制回路进行电流信号采集；并对电流信号进行处理和测量分析，得到待测汽车空调伺服电机齿轮系的机械配合性数据。通过测量电机运转过程中电流大小、变化率等数据，能动态探测汽车伺服电机齿轮系齿轮之间的配合间隙、齿轮圆度及电机运转异响的侦测判定，将齿轮圆度偏差引起齿轮配合偏差的机械配合性，用瞬态电流波形分析，以及相关参数量化进行表现，用于对伺服电机的技术分析测量及生产辅助测量，从而提高开发及生产效率。
Description
技术领域
本发明属于机电一体化传感器电子测量技术领域，具体涉及一种基于瞬态电流测汽车空调齿轮系配合性方法、系统及应用。
背景技术
汽车空调伺服电机产品由塑料壳体、微电机、塑料齿轮组及位置传感器(碳膜电位器)等元件组成，通过电机加电旋转带动减速齿轮组并带动位置传感器，位置传感器反馈电压信号给控制单元(即汽车空调ECU)确认是否已经到达位置而断电，实现闭环控制的一个角度输出的器件；
对于汽车空调伺服电机产品，齿轮系的齿轮圆度偏差及齿轮间的机械配合偏差，是影响电机品质的关键指标，但长期以来没有好的方法，实现动态的测量齿轮间的机械配合状况以及用数据值尝试量化；
开发一种测量系统，动态探测汽车伺服电机齿轮系的齿轮圆度偏差及齿轮间的机械配合偏差，对本行业技术开发和批量生产意义重大。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种能够动态探测汽车伺服电机齿轮系的齿轮圆度偏差及齿轮间的机械配合偏差的基于瞬态电流测汽车空调齿轮系配合性方法、系统及应用。
一种基于瞬态电流测汽车空调齿轮系配合性的方法，其特征在于，包括如下步骤：
将汽车空调伺服电机进行固定锁紧，基于汽车电机瞬态电流测量系统，对汽车空调伺服电机的控制回路进行电流信号采集；并对电流信号进行处理和测量分析，得到待测汽车空调伺服电机齿轮系的机械配合性数据。
一种基于瞬态电流测汽车空调齿轮系配合性的方法，其特征在于，包括如下步骤：
将汽车空调伺服电机进行固定锁紧，基于汽车电机瞬态电流测量系统，以汽车空调伺服电机的输出轴连接蜗杆为初始测试状态，并逐级增加一级齿轮，直至形成一个完整的汽车空调伺服电机齿轮系，对每一级状态的控制回路分别进行电流信号采集，并对电流信号进行处理和测量分析，得到待测汽车空调伺服电机齿轮系的机械配合性数据。
一种基于瞬态电流测汽车空调齿轮系配合性的系统，其特征在于，包括，
汽车空调伺服电机；
用于对汽车空调伺服电机进行电流信号采集的信号采集模块；
用于对电流信号进行处理和测量分析，从而得到待测汽车空调伺服电机齿轮系的机械配合性数据的汽车电机瞬态电流测量系统。
一种基于瞬态电流测汽车空调齿轮系配合性方法的应用，其特征在于，包括以下步骤：
取相同数量的合格汽车空调伺服电机齿轮系与淘汰汽车空调伺服电机齿轮系，分别对合格汽车空调伺服电机齿轮系与淘汰汽车空调伺服电机齿轮系进行基于瞬态电流测汽车空调齿轮系配合性的方法的检测，得到每一个汽车空调伺服电机齿轮系的机械配合性数据；
分别计算得到合格汽车空调伺服电机齿轮系的合格阈值和淘汰汽车空调伺服电机齿轮系的淘汰阈值，以合格阈值和淘汰阈值作为产品的检测标准；
对待测产品进行基于瞬态电流测汽车空调齿轮系配合性的方法的检测，得到机械配合性数据，将待测产品的机械配合性数据分别与合格阈值和淘汰阈值相比较，从而判断待测产品是否合格。
本发明所述基于瞬态电流测汽车空调齿轮系配合性的方法、系统及其应用，通过测量电机运转过程中电流大小、变化率等数据，能动态探测汽车伺服电机齿轮系齿轮之间的配合间隙、齿轮圆度及电机运转异响的侦测判定，将齿轮圆度偏差引起齿轮配合偏差的机械配合性，用瞬态电流波形分析，以及相关参数量化进行表现，用于对伺服电机的技术分析测量及生产辅助测量，从而提高开发及生产效率。
附图说明
图1为汽车空调伺服电机齿轮系的结构示意图；
图2为本发明所述基于瞬态电流测汽车空调齿轮系配合性的方法中进行电流信号采集的流程框图；
图3为本发明所述基于瞬态电流测汽车空调齿轮系配合性的方法中瞬态电流上升模式的特征图谱描述；
图4为本发明所述基于瞬态电流测汽车空调齿轮系配合性的方法中瞬态电流下降模式的特征图谱描述；
图5为本发明所述基于瞬态电流测汽车空调齿轮系配合性的系统的功能模块框图；
图6为图4中信号采集模块的子功能模块框图；
图7为汽车电机瞬态电流测量系统中合格产品的瞬态电流测量波形图；
图8为汽车电机瞬态电流测量系统中不合格产品的瞬态电流测量波形图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在汽车空调伺服电机齿轮系中，当伺服电机10运转时，齿轮系之间因配合间隙的变化会导致齿轮系传递阻力的变化，进而，伺服电机10会因为需要克服齿轮系阻力变化而相应发生驱动电流的突变，反之，基于上述原理，本发明提供一种基于瞬态电流测汽车空调齿轮系配合性的方法。
图1为汽车空调伺服电机齿轮系的结构示意图。
本发明所述一种基于瞬态电流测汽车空调齿轮系配合性的方法，其包括如下步骤：
将汽车空调伺服电机10进行固定锁紧，基于汽车电机瞬态电流测量系统，对汽车空调伺服电机10的控制回路进行电流信号采集；并对电流信号进行处理和测量分析，得到待测汽车空调伺服电机齿轮系的机械配合性数据。
所述基于瞬态电流测汽车空调齿轮系配合性的方法，其通过检测伺服电机10的驱动电流的变化和电流波形分析，来检测汽车空调伺服电机齿轮系的机械配合性。
进一步的，所述基于瞬态电流测汽车空调齿轮系配合性的方法，其包括以下步骤：基于汽车电机瞬态电流测量系统，以汽车空调伺服电机10的输出轴连接蜗杆20为初始测试状态，并逐级增加一级齿轮30，直至形成一个完整的汽车空调伺服电机齿轮系，对每一级的状态分别进行电流信号采集，并对电流信号进行处理和测量分析，得到待测汽车空调伺服电机齿轮系的机械配合性数据。
其通过对每一级的状态分别进行电流信号的测量分析，能够得到每一级状态的机械配合性数据，通过对分析能够得知每一级齿轮30的机械配合性，便于准确的查找出机械配合性较差的一级齿轮30，方便后期维修。
其中，所述汽车电机瞬态电流测量系统是由LABVIEW软件开发平台编写的。
如图2所示，所述进行电流信号采集，具体包含以下步骤：
根据汽车电机瞬态电流测量系统发出信息采集控制指令向汽车空调伺服电机10输出正负电压；
基于正负电压，汽车空调伺服电机10带动齿轮系正转或反转，模拟空调风门的双向转动；
对汽车空调伺服电机10的控制回路的电流进行实时采集；
将实时采集的电流信息反馈给汽车电机瞬态电流测量系统。
本发明所述机械配合性数据包括每个波形中正跃迁或负跃迁的瞬态持续期、幅值、边沿斜率以及下冲和过冲。
具体的，如图3所示，瞬态持续期是极性为上升瞬态时，从波形与低参考电平相交到波形与高参考电平相交时的时间间隔，以秒为单位。测量从波形的左边沿起始，查找位于波形与高参考电平的第一个交点前，波形与低参考电平的所有交点。选取波形与低参考电平的最后一个交点用于计算。极性为上升瞬态时的持续期也称为上升时间；如图4所示，极性为下降瞬态时的持续期也称为下降时间；
瞬态持续期的上升/下降时间，分别反映齿轮系机械配合间隙变小和变大的过程；
幅值是高状态电平和低状态电平的差；反映齿轮系齿轮30机械配合间隙最大与最小的差值大小；
斜率用于衡量高参考电平与低参考电平间瞬态区域中信号的变化率,即：斜率＝(高参考电平-低参考电平)/瞬态持续期；它能够反映齿轮系齿轮30机械配合间隙变化的突变性；
下冲测量出现在上升或下降瞬态之前的局部最小值的高度，由极性确定。下冲测量用高度占信号幅值的百分比表示，用于反映齿轮系因齿轮30机械配合间隙变化，齿顶之间啮合侧系的大小；
过冲测量出现在上升或下降瞬态之前的局部最大值的高度，由极性确定。过冲测量用高度占信号幅值的百分比表示，用于反映齿轮系因齿轮30机械配合间隙变化，齿轮系传递间隙的累计大小。
如图5所示，一种基于瞬态电流测汽车空调齿轮系配合性的系统，其包括，
汽车空调伺服电机10；
用于对汽车空调伺服电机10进行电流信号采集的信号采集模块40；
用于对电流信号进行处理和测量分析，从而得到待测汽车空调伺服电机齿轮系的机械配合性数据的汽车电机瞬态电流测量系统50。
如图6所示，所述信号采集模块40包含以下功能元件：
高速USB数据采集卡41，用于根据汽车电机瞬态电流测量系统发出信息采集控制指令向汽车空调伺服电机10输出正负电压；
伺服电机驱动器芯片42，用于基于正负电压，汽车空调伺服电机10带动齿轮系正转或反转，模拟空调风门的双向转动；
高灵敏度电流传感器43，用于对汽车空调伺服电机10的控制回路的电流进行实时采集；
其中，所述高速USB数据采集卡41将实时采集的电流信息反馈给汽车电机瞬态电流测量系统。
具体的，所述汽车空调伺服电机10通过一基座固定设置。
汽车电机瞬态电流测量系统向高速USB数据采集卡41发出控制指令，使高速USB数据采集卡41向伺服电机驱动器芯片42输出正负电压，伺服电机驱动器芯片42在正负电压的控制下控制电机运转，具体的，当所述高速USB数据采集卡41向伺服电机驱动器芯片42输出正电压时，所述伺服电机10顺时针转动，当所述高速USB数据采集卡41向伺服电机驱动器芯片42输出负电压时，所述伺服电机10逆时针转动。所述高灵敏度电流传感器43设置在汽车空调伺服电机10的控制回路上，实时对控制回路的电流信号进行采集，并通过高速USB数据采集卡41将电流信息反馈给汽车电机瞬态电流测量系统，所述汽车电机瞬态电流测量系统对采集的电流信号进行滤波处理和分析计算，最终得到汽车空调伺服电机齿轮系的机械配合性数据，工作人员通过分析查看这些数据即能得知齿轮系的机械配合性。
一种基于瞬态电流测汽车空调齿轮系配合性的方法的应用，其包括以下步骤：
取相同数量的合格汽车空调伺服电机齿轮系与淘汰汽车空调伺服电机齿轮系，分别对合格汽车空调伺服电机齿轮系与淘汰汽车空调伺服电机齿轮系进行基于瞬态电流测汽车空调齿轮系配合性的方法的检测，得到每一个汽车空调伺服电机齿轮系的机械配合性数据；
其中，所述基于瞬态电流测汽车空调齿轮系配合性的方法为：将汽车空调伺服电机10进行固定锁紧，基于汽车电机瞬态电流测量系统，对汽车空调伺服电机10的控制回路进行电流信号采集；并对电流信号进行处理和测量分析，得到待测汽车空调伺服电机齿轮系的机械配合性数据。
分别计算得到合格汽车空调伺服电机齿轮系的合格阈值和淘汰汽车空调伺服电机齿轮系作为生产辅助测量，从而提高产品质量及生产效率。
对待测产品进行基于瞬态电流测汽车空调齿轮系配合性的方法的检测，得到机械配合性数据，将待测产品的机械配合性数据分别与合格阈值和淘汰阈值相比较，从而判断待测产品是否合格。
具体的，如果待测产品的机械配合性数据比合格阈值小，则为合格件，如果待测产品的机械配合性数据比淘汰阈值大，则为淘汰件，且所述待测产品的机械配合性数据比合格阈值越小越好，待测产品的机械配合性数据比淘汰阈值越大越差。图7和图8分别为汽车电机瞬态电流测量系统中合格产品与不合格产品的瞬态电流测量波形图；由图7或图8可以看出，合格产品的电流测量波形几乎水平，表明齿轮之间的配合间隙合理，而不合格产品的电流测量波形具有明显尖锐的波峰，表明齿轮之间的配合间隙较大。
当所述待测产品的机械配合性数据位于所述合格阈值与淘汰阈值之间时，则取数量大于相较原始标定的数量的等份合格汽车空调伺服电机齿轮系与淘汰汽车空调伺服电机齿轮系进行检测，直至所述待测产品的机械配合性数据落入合格范围或淘汰范围内。
本发明所述基于瞬态电流测汽车空调齿轮系配合性的方法、系统及其应用，通过测量电机运转过程中电流大小、变化率等数据，能动态探测汽车伺服电机齿轮系齿轮30之间的配合间隙、齿轮30圆度及电机运转异响的侦测判定，将齿轮30圆度偏差引起齿轮30配合偏差的机械配合性，用瞬态电流波形分析，以及相关参数量化进行表现，用于对伺服电机10的技术分析测量及生产辅助测量，从而提高开发及生产效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于瞬态电流测汽车空调齿轮系配合性的方法，其特征在于，包括如下步骤：
将汽车空调伺服电机(10)进行固定锁紧，基于汽车电机瞬态电流测量系统(50)，对汽车空调伺服电机(10)的控制回路进行电流信号采集；并对电流信号进行处理和测量分析，得到待测汽车空调伺服电机齿轮系的机械配合性数据。
2.一种基于瞬态电流测汽车空调齿轮系配合性的方法，其特征在于，包括如下步骤：
将汽车空调伺服电机(10)进行固定锁紧，基于汽车电机瞬态电流测量系统(50)，以汽车空调伺服电机(10)的输出轴连接蜗杆(20)为初始测试状态，并逐级增加一级齿轮(30)，直至形成一个完整的汽车空调伺服电机齿轮系，对每一级状态的控制回路分别进行电流信号采集，并对电流信号进行处理和测量分析，得到待测汽车空调伺服电机齿轮系的机械配合性数据。
3.根据权利要求1或2所述基于瞬态电流测汽车空调齿轮系配合性的方法，其特征在于，所述进行电流信号采集具体包含以下步骤：
根据汽车电机瞬态电流测量系统(50)发出信息采集控制指令向汽车空调伺服电机(10)输出正负电压；
基于正负电压，汽车空调伺服电机(10)带动齿轮系正转或反转，模拟空调风门的双向转动；
对汽车空调伺服电机(10)的控制回路的电流进行实时采集；
将实时采集的电流信息反馈给汽车电机瞬态电流测量系统(50)。
4.根据权利要求1或2所述基于瞬态电流测汽车空调齿轮系配合性的方法，其特征在于，所述机械配合性数据包括每个波形中正跃迁或负跃迁的瞬态持续期、幅值、边沿斜率以及下冲和过冲；
瞬态持续期：其上升/下降时间分别反映齿轮系机械配合间隙变小和变大的过程；
幅值:反映齿轮系齿轮(30)机械配合间隙最大与最小的差值大小；
斜率：反映齿轮系齿轮(30)机械配合间隙变化的突变性；
下冲：反映齿轮系因齿轮(30)机械配合间隙变化，齿顶之间啮合侧系的大小；
过冲：反映齿轮系因齿轮(30)机械配合间隙变化，齿轮系传递间隙的累计大小。
5.一种基于瞬态电流测汽车空调齿轮系配合性的系统，其特征在于，包括，
汽车空调伺服电机(10)；
用于对汽车空调伺服电机(10)进行电流信号采集的信号采集模块(40)；
用于对电流信号进行处理和测量分析，从而得到待测汽车空调伺服电机齿轮系的机械配合性数据的汽车电机瞬态电流测量系统(50)。
6.根据权利要求5所述的基于瞬态电流测汽车空调齿轮系配合性的系统，其特征在于，所述信号采集模块(40)包含以下功能元件：
高速USB数据采集卡(41)，用于根据汽车电机瞬态电流测量系统(50)发出信息采集控制指令向汽车空调伺服电机(10)输出正负电压；
伺服电机驱动器芯片(42)，用于基于正负电压，汽车空调伺服电机(10)带动齿轮系正转或反转，模拟空调风门的双向转动；
高灵敏度电流传感器(42)，用于对汽车空调伺服电机(10)的控制回路的电流进行实时采集；
其中，所述高速USB数据采集卡(41)将实时采集的电流信息反馈给汽车电机瞬态电流测量系统(50)。
7.一种基于瞬态电流测汽车空调齿轮系配合性方法的应用，其特征在于，包括以下步骤：
取相同数量的合格汽车空调伺服电机齿轮系与淘汰汽车空调伺服电机齿轮系，分别对合格汽车空调伺服电机齿轮系与淘汰汽车空调伺服电机齿轮系进行基于瞬态电流测汽车空调齿轮系配合性的方法的检测，得到每一个汽车空调伺服电机齿轮系的机械配合性数据；
分别计算得到合格汽车空调伺服电机齿轮系的合格阈值和淘汰汽车空调伺服电机齿轮系的淘汰阈值，以合格阈值和淘汰阈值作为产品的检测标准；
对待测产品进行基于瞬态电流测汽车空调齿轮系配合性的方法的检测，得到机械配合性数据，将待测产品的机械配合性数据分别与合格阈值和淘汰阈值相比较，从而判断待测产品是否合格。
8.根据权利要求7所述的基于瞬态电流测汽车空调齿轮系配合性方法的应用，其特征在于，所述合格阈值与淘汰阈值的绝对差值越小越好。
9.根据权利要求8所述的基于瞬态电流测汽车空调齿轮系配合性方法的应用，其特征在于，待测产品的机械配合性数据比合格阈值越小越好，待测产品的机械配合性数据比淘汰阈值越大越差。
10.根据权利要求9所述的基于瞬态电流测汽车空调齿轮系配合性方法的应用，其特征在于，当所述待测产品的机械配合性数据位于所述合格阈值与淘汰阈值之间时，则取数量大于相较原始标定的数量的等份合格汽车空调伺服电机齿轮系与淘汰汽车空调伺服电机齿轮系进行检测，直至所述待测产品的机械配合性数据落入合格范围或淘汰范围内。
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