CN105620290A - 基于功率谱分析的纯电动汽车驱动电机故障实时预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于功率谱分析的纯电动汽车驱动电机故障实时预警方法，在纯电动汽车的左、右前轮悬架上和驱动电机保护罩上安装三轴加速度传感器；将三轴加速度传感器采集到的振动数据经过信号调理电路模块输出给数字信号处理器进行转换处理，得到左、右前轮悬架和驱动电机保护罩位置处的振动强度和频率的振动谱信息，通过CAN通信模块传输给纯电动汽车的整车控制器解耦合，得到驱动电机独立的实时振动功率谱，将实时振动功率谱与整车控制器数据库中的驱动电机标准振动功率谱进行对比，当实时振动功率谱与驱动电机标准振动功率谱相差超出设定的范围值时，整车控制器向驾驶员发出提示，达到早期识别驱动电机故障之目的。

Description

基于功率谱分析的纯电动汽车驱动电机故障实时预警方法

技术领域

本发明涉及的纯电动汽车驱动电机故障预警方法，尤其是涉及基于功率谱分析的纯电动汽车驱动电机故障实时预警方法。

背景技术

功率谱分析法用于设备故障检测，已经广泛应用于机械行业。此方法通过比较当前的功率谱与预先记录的正常工作情况下的功率谱的差异，来发现早期故障，以避免事故发生。

目前，将振动功率谱分析的原理用于汽车故障预警的相关工作一直在进行。在传统汽车中，由于在各种复杂道路情况下，车辆的振动功率谱与路况高度相关，且由于发动机、变速箱、油泵等动力系统的存在，使得振动源过多并且相互影响，功率谱中耦合很多环境因素，造成对故障辨识的可靠性较低。因此，通过振动准确快速地定位动力系统故障难度较大，目前还未见诸有关这方面的报道。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于功率谱分析的纯电动汽车驱动电机故障实时预警方法。

为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：

本发明所述基于功率谱分析的纯电动汽车驱动电机故障实时预警方法，按照下述步骤进行：

第一步，在纯电动汽车的左、右前轮悬架上和驱动电机保护罩上分别安装第一、第二、第三三轴加速度传感器；第一、第二三轴加速度传感器用于感知路况对车体振动的影响，第三三轴加速度传感器用于检测驱动电机的振动强度；

第二步、将第一、第二、第三三轴加速度传感器采集到的振动数据经过信号调理电路模块输出给数字信号处理器进行转换处理，得到所述左、右前轮悬架和驱动电机保护罩位置处的振动强度和频率的振动谱信息；

第三步、将第二步得到的振动谱信息通过CAN通信模块传输给纯电动汽车的整车控制器；

第四步、所述整车控制器将收到的振动谱数据解耦合，得到驱动电机独立的实时振动功率谱，然后将实时振动功率谱与整车控制器数据库中的驱动电机标准振动功率谱进行对比，当实时振动功率谱与驱动电机标准振动功率谱相差超出设定的范围值时，整车控制器向驾驶员发出提示，实现对驱动电机故障的实时预警。

本发明优点在于通过安装在纯电动汽车左、右前轮悬架上的第一、第二三轴加速度传感器，和安装在纯电动汽车驱动电机保护罩上的第三三轴加速度传感器，对行驶的纯电动汽车实时进行振动测量，纯电动汽车的整车控制器通过对观测向量解耦合以消除路况干扰，得到独立的驱动电机实际功率谱，将实时功率谱信息与纯电动汽车的整车控制器内的标准数据库比对，从而达到早期识别驱动电机故障之目的。

附图说明

图1是本发明的电路原理结构框图。

图2是本发明所述第一、第二、第三三轴加速度传感器的安装位置示意图。

具体实施方式

如图1、2所示，本发明所述基于功率谱分析的纯电动汽车驱动电机故障实时预警方法，按照下述步骤进行：

第一步，在纯电动汽车的左、右前轮悬架1、2上和驱动电机保护罩3上分别安装第一、第二、第三三轴加速度传感器4、5、6；第一、第二三轴加速度传感器4、5用于感知路况对车体振动的影响，第三三轴加速度传感器6用于检测驱动电机的振动强度；

第二步、将第一、第二、第三三轴加速度传感器4、5、6采集到的振动数据经过信号调理电路模块输出给数字信号处理器（DSP：digitalsignalprocessor）进行转换处理，得到所述左、右前轮悬架1、2和驱动电机保护罩3位置处的振动强度（功率）和频率的振动谱信息；

第三步、将第二步得到的振动谱信息通过CAN通信模块传输给纯电动汽车的整车控制器（VCU）；

第四步、整车控制器将收到的振动谱数据解耦合，得到驱动电机独立的实时振动功率谱，然后将实时振动功率谱与整车控制器数据库中的驱动电机标准振动功率谱进行对比，当实时振动功率谱与驱动电机标准振动功率谱相差超出设定的范围值时，整车控制器向驾驶员发出提示，实现对驱动电机故障的实时预警。

本发明的工作原理简述如下：

本预警系统主要关注振动频率在50kHz以内的振动。实施过程中整车控制器执行内部程序：

1、根据香农采样定理，第一、第二和第三三轴加速度传感器(三维振动加速度传感器)4、5、6采样频率设定为100KHz，采样周期为10us。采样窗口时间为10ms，共1000个采样点。每个采样点均包括一个三维的振动数据。取其各维度“平方和”数值代表振动功率。对该1000个振动功率点进行FFT（（FastFourierTransformation），快速傅氏变换），得到该处的振动功率谱。根据驱动电机、车体的固有频率和谐振频率，选取最具代表性的若干频率下的谱值。

2、通过结构设计仿真软件和整车试验，得到任意振动源对车辆内部任意点的振动能量传递系数。选取左、右前轮悬架1、2和驱动电机罩3作为三轴加速度传感器的安装位置。

设矩阵

Yf为左、右前轮悬架1、2和驱动电机保护罩3三个位置处三轴加速度传感器在某频率f下的振动能量谱的观测向量。

矩阵

Af为某频率f下的能量传递系数矩阵，该矩阵为对角矩阵。

矩阵

Xf为左、右前轮悬架1、2和驱动电机保护罩3三个位置处当前实际振动能量谱向量。

因此：

Yf=Af×Xf

求解上式得

Xf=Yf÷Af

其中，分量即为某频率下驱动电机实际振动功率谱的信息，从而消除路面振动源对驱动电机造成的影响。

3、根据车辆前期试验获得的驱动电机在标准工况下（正常工况）的振动功率谱（正常工况下驱动电机的扭矩、转速离散数据），针对当前驱动电机扭矩和转速值，使用B样条算法进行曲线拟合处理，得到近似的功率谱值。比对上述计算的振动功率谱，即可找出驱动电机是否出现异常现象。

Claims (1)

1.一种基于功率谱分析的纯电动汽车驱动电机故障实时预警方法，其特征在于：按照下述步骤进行：

第一步，在纯电动汽车的左、右前轮悬架上和驱动电机保护罩上分别安装第一、第二、第三三轴加速度传感器；第一、第二三轴加速度传感器用于感知路况对车体振动的影响，第三三轴加速度传感器用于检测驱动电机的振动强度；

第二步、将第一、第二、第三三轴加速度传感器采集到的振动数据经过信号调理电路模块输出给数字信号处理器进行转换处理，得到所述左、右前轮悬架和驱动电机保护罩位置处的振动强度和频率的振动谱信息；

第三步、将第二步得到的振动谱信息通过CAN通信模块传输给纯电动汽车的整车控制器；

第四步、所述整车控制器将收到的振动谱数据解耦合，得到驱动电机独立的实时振动功率谱，然后将实时振动功率谱与整车控制器数据库中的驱动电机标准振动功率谱进行对比，当实时振动功率谱与驱动电机标准振动功率谱相差超出设定的范围值时，整车控制器向驾驶员发出提示，实现对驱动电机故障的实时预警。