CN109296733A - 一种汽车分动箱故障监测系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种汽车分动箱故障监测系统及方法，涉及车载监控设备技术领域，其包括转速传感器，其设置在分动箱的输出轴上，其感应面朝向输出轴的齿轮齿顶和齿轮齿根，用于监测输出轴的实时转速；监控设备，其与转速传感器信号连接，用于比较输出轴的实时转速与正常转速阈值，当实时转速小于正常转速阈值时，发出离合器报警信号；上位机，其与监控设备信号连接，用于显示输出轴的实时转速，以及根据监控设备是否发出离合器报警信号显示离合器报警信息。本发明的汽车分动箱故障监测系统，能较为全面监测分动箱的工作状态、工作时间和故障信息，并进行故障报警，准确度和自动化程度较高。

Description

一种汽车分动箱故障监测系统及方法
技术领域
本发明涉及车载监控设备技术领域，具体涉及一种汽车分动箱故障监测系统及方法。
背景技术
随着当前汽车科技的日趋发展，汽车所具有的功能越来越丰富。为了满足多轴驱动以及各种工况下的功能需求，一般需要采用分动箱对原始动力进行分配传输。分动箱是将发动机动力进行分配输出的关键部件，是保证车辆实现能量转换和其他功能实现的基本条件。汽车的分动箱如果发生故障，整个车辆的使用性能将大打折扣，依赖分动箱输出作为能量来源的发电功能、空调功能等将完全丧失，因此需要对分动箱工作过程中的信息进行监控，对出现的故障进行警示。
分动箱通过轴承齿轮的组合将柴油机输出的动力分开输出，使用电磁离合器来对动力输出进行控制。分动箱工作的核心部件是轴承齿轮和离合器，这两个部件也是发生故障频率很高的部位。通常情况下，电磁离合器工作一段时间后，就需要进行维修检查或者更换。分动箱运行监控需要针对分动箱内的轴承尺寸和电磁离合器进行监测。
传统意义上的分动箱通常设置透明观察孔，通过人眼观察分动箱内齿轮油位的质量的油位高低，进而判断分动箱工作是否可靠。这种方法只能间接了解分动箱内部的齿轮的磨损情况，自动化程度低、依赖人工经验，准确度非常低。
目前常用的分动箱、齿轮箱等产品，通常使用油液分析和振动、噪声等检测分析来检测早期故障，通常用于试验室或者生产现场的监测。由于实际工作中的振动、噪声影响，这种检测方式并不适合用于工作过程中的状态监测。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种汽车分动箱故障监测系统及方法，可对分动箱离合器的工作状态进行分析判断。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种汽车分动箱故障监测系统，用于带有离合器的分动箱的故障监测与报警，其包括：
转速传感器，其设置在分动箱的输出轴上，其感应面朝向上述输出轴的齿轮齿顶和齿轮齿根，用于监测上述输出轴的实时转速；
监控设备，其与上述转速传感器信号连接，用于比较输出轴的实时转速与正常转速阈值，当实时转速小于正常转速阈值时，发出离合器报警信号；
上位机，其与上述监控设备信号连接，用于显示上述输出轴的实时转速，以及根据监控设备是否发出离合器报警信号显示离合器报警信息。
在上述技术方案的基础上，上述转速传感器为接近开关传感器，上述监控设备根据上述转速传感器产生的波形的频率计算输出轴的转速。
在上述技术方案的基础上，还包括：
压力传感器，其设置于分动箱的离合器驱动油路内，用于监测离合器驱动油路内的齿轮油压；
上述监控设备还用于比较齿轮油压与安全油压阈值，当齿轮油压超出安全油压阈值时，发出油压报警信号；
上述上位机还用于显示上述离合器驱动油路内的齿轮油压，以及根据监控设备是否发出油压报警信号显示油压报警信息。
在上述技术方案的基础上，还包括：
温度传感器，其设置于分动箱内，用于监测分动箱内的当前油温；
上述监控设备还用于比较当前油温与安全油温阈，在当前油温超出安全油温阈值时，发出油温报警信号；
上述上位机还用于显示上述分动箱内的当前油温，以及根据监控设备是否发出油温报警信号显示油温报警信息。
在上述技术方案的基础上，上述监控设备包括：
采集单元，其用于采集输出轴的实时转速、齿轮油压和当前油温信号；
主控单元，其用于对采集模块采集得到的信号进行综合判断和故障分析；
警报单元，其用于在主控单元判断当前信号超出安全阈值时，发出报警信号；
通信单元，其用于将主控单元的当前信号和报警信息传送给上位机。
在上述技术方案的基础上，上述采集单元包括与温度传感器连接的温度采集电路、与转速传感器连接的转速采集电路以及与压力传感器连接的压力采集电路。
在上述技术方案的基础上，上述采集单元还设有电压传感器，用于采集离合器电源电压。
在上述技术方案的基础上，上述采集单元还设有电流传感器，用于采集离合器的工作电流。
在上述技术方案的基础上，上述上位机为PC机或者微处理器控制电路。
本发明还提供了一种基于上述的监测系统的监测方法，其包括。
控制安装于分动箱的输出轴上的转速传感器工作，上述转速传感器的感应面朝向上述输出轴的齿轮齿顶和齿轮齿根，利用转速传感器采集分动箱输出轴上的实时转速；
监控设备接收转速传感器采集的实时转速，并与正常转速阈值进行比较，当实时转速小于正常转速阈值时，发出离合器报警信号；
上位机显示上述输出轴的实时转速，以及根据监控设备是否发出离合器报警信号显示离合器报警信息。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明的汽车分动箱故障监测系统，能较为全面监测分动箱的工作状态、工作时间和故障信息，并进行故障报警，准确度和自动化程度较高。
(2)本发明的汽车分动箱故障监测系统，能够通过较少的传感器，获取离合器的工作状态，并对离合器的工作状态进行分析判断，当判断离合器出现损坏、打滑或者不能吸合的故障时发出故障报警。
(3)本发明的转速传感器为接近开关，能够根据分动箱输出轴上的齿轮转动产生不同频率的波形，监测设备可根据波形的频率计算出输出轴的转速，进而判断离合器是否出现打滑或者不能吸合的故障。
附图说明
图1是本发明实施例中汽车分动箱故障监测系统的结构示意图；
图2是本发明实施例中分动箱的结构示意图；
图3是本发明实施例中监控设备的架构示意图；
图4是本发明实施例中采集单元的架构示意图；
图5是本发明实施例中汽车分动箱故障监测系统的工作流程图之一；
图6是本发明实施例中汽车分动箱故障监测系统的工作流程图之二。
图中：1-分动箱，11-齿轮齿顶，12-齿轮齿根，13-离合器驱动油路，14-离合器电源，2-压力传感器，3-转速传感器，4-温度传感器，5-监控设备，51-采集单元，52-主控单元，53-警报单元，54-通信单元，501-电桥，502-仪表放大器，503-第一限流电阻，504-第一光电耦合器，505-采样电阻，506-隔离放大器，5017-稳压管，508-第二限流电阻，509-分压电阻，510-第二光电耦合器，511-电流传感器，6-上位机。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
参见图1和图2所示，本发明实施例提供一种汽车分动箱故障监测系统，用于带有离合器的分动箱1的故障监测与报警，其包括转速传感器3、监控设备5和上位机6。
转速传感器3设置在分动箱1的输出轴上，其感应面朝向输出轴的齿轮齿顶11和齿轮齿根12，用于监测输出轴的实时转速；监控设备5与转速传感器3信号连接，用于比较输出轴的实时转速与正常转速阈值，当实时转速小于正常转速阈值时，发出离合器报警信号；上位机6与监控设备5信号连接，用于显示所述输出轴的实时转速，以及根据监控设备5是否发出离合器报警信号显示离合器报警信息。
优选地，转速传感器3为接近开关传感器，转速传感器3固定安装在齿轮圆周带齿的一侧，转速传感器3的轴线垂直于输出轴上齿轮的轴线。由于转速传感器3安装在分动箱1的输出轴上，能够感应随输出轴转动的齿轮齿顶11和齿轮齿根12的接近和远离，并转化为方波脉冲信号输出，脉冲信号的频率即为转速与输出轴齿数的乘积。
因此转速传感器3可根据分动箱输出轴上的齿轮转动产生不同频率的波形。监控设备5能够根据转速传感器3产生的波形的频率计算输出轴的转速，判断离合器是否出现无法开脱、打滑或者不能吸合的故障。
为了进一步提高汽车分动箱工作的可靠性，上述故障监控系统还包括：
压力传感器2，其设置于分动箱1的离合器驱动油路13内，用于监测离合器驱动油路内的齿轮油压；
监控设备5还与压力传感器2信号连接，用于比较齿轮油压与安全油压阈值，当齿轮油压超出安全油压阈值时，发出油压报警信号；
上位机6还用于显示所述离合器驱动油路内的齿轮油压，以及根据监控设备5是否发出油压报警信号显示油压报警信息。
压力传感器2能够将离合器驱动油路13中的齿轮油的油压转化为4～20mA的电流信号。监控设备5可将该电流信号转换成电压信号并放大为标准的电压信号进行输出，分析并判断离合器工作回路是否正常，即离合器电磁阀工作回路的油压大小，指示是否存在漏油、缺油故障。
在上述实施例的基础上，上述故障监控系统还包括：
温度传感器4，其设置于分动箱1内，用于监测分动箱1内的当前油温；
监控设备5还与温度传感器4信号连接，用于比较当前油温与安全油温阈，在当前油温超出安全油温阈值时，发出油温报警信号；
上位机6还用于显示分动箱1内的当前油温，以及根据监控设备5是否发出油温报警信号显示油温报警信息。
优选地，温度传感器4为三线制的PT100电阻式温度传感器，其自身的电阻能够随温度的变化而变化。监控设备5可将温度传感器4的温度变化转换为变化的电压信号并放大成为标准的电压信号进行输出，分析并判断分动箱1是否存在过热故障，指示是否存在过热、散热不良的故障。
参见图3所示，监控设备5由采集单元51、主控单元52、警报单元53、通信单元54组成，采集单元51与主控单元52连接，主控单元52用于对采集模块采集得到的信息进行综合判断和故障分析，并把实时状态信息和故障报警信息通过通信单元54传送给上位机6。
参见图4所示，采集单元51包括与温度传感器4连接的温度采集电路、与转速传感器3连接的转速采集电路以及与压力传感器2连接的压力采集电路。采集单元51还设有电压传感器和电流传感器，用于采集离合器电源电压和工作电流。通过电流传感器对离合器电磁阀的工作电流进行监测，然后监控设备5判断离合器线圈是否工作正常；通过电压传感器对离合器电磁阀的电源电压进行检测，然后监控设备5判断离合器供电是否正常。
其中，温度传感器4与采集单元51内的电桥501连接，形成完整的测温点桥，将温度变化转换为变化的电压信号，随温度变化的电压信号在再经过仪表放大器502放大，成为标准的电压信号进行输出至主控单元52。
转速传感器3输出的脉冲信号，经采集单元51内的第一限流电阻503后输入第一光电耦合器504后，再进行输出至主控单元52，第一限流电阻503能够对线路进行限流保护，第一光电耦合器504可起隔离作用，防止引入线路干扰。
压力传感器2输出的随压力变化的4～20mA电流信号，经采集单元51内的采样电阻505采样，转换成电压信号后经过隔离放大器506放大，成为标准的电压信号进行输出至主控单元52。
离合器电源14输出经过采集单元51内的稳压管507、第二限流电阻508、分压电阻509后回到负极，第二光电耦合器510并联在分压电阻509两端。正常通电时，离合器电源14的输出电压高于稳压管507导通电压，经过第二限流电阻508和分压电阻509后，能够驱动第二光电耦合器510导通输出高电平，指示电源正常接通，离合器通电；电源未接通或者电压过低时，稳压管507不能导通，第二光电耦合器510输出低电平，指示电源未接通。离合器电源14正极和负极之间还串联电流传感器511和离合器电磁阀，在离合器电源14接通且离合器电磁阀正常工作时，电流传感器511能够检测工作回路中的电流并将其转化为电压进行输出至主控单元52。
因此，采集单元51能够采集油温信号、油压信号和转速信号，并在引入了离合器工作电源并输出给电磁离合器线圈后，能够采集离合器电源电压和工作电流。主控模块52能够接收采集模块51获取的油温、油压、转速、电压和电流信息，对这些数据进行综合分析判断，当达到判定条件时，发出控制信号控制报警单元53发出故障警报，同时通过通信单元54向上位机6上传实时信息和故障信息。
另外主控单元52还可以响应上位机6通过通信单元53发送的查询指令，并回复历史信息。报警单元53能够接收主控单元52的控制指令，发出对应的报警信号，报警信号可以是声、光、振动等单一信号也可以是几种不同信号的组合。通信单元54可将接收到的上位机6发送的查询指令转发给主控单元52，并将主控单元52发送的实时信息、故障信息和响应查询指令后回复的历史信息发送给上位机6。
本实施例中，监控设备5上还设置为可对离合器带载时间和吸合次数进行记录，以电流传感器和转速传感器工作正常作为离合器带载工作的判断依据，得到离合器工作次数和带载工作时间的记录，一旦工作次数和带载工作时间达到设定值则提醒用户进行离合器的检修和更换，从而保证分动箱工作的可靠性。
优选地，上位机6为PC机或者微处理器控制电路。上位机6可以对分动箱工作过程中的各种信息和故障状态实时显示，还可以对分动箱的历史信息和故障记录进行查询。
本发明实施例还提供一种汽车分动箱故障监测方法，其包括。
控制安装于分动箱1的输出轴上的转速传感器3工作，转速传感器3的感应面朝向输出轴的齿轮齿顶11和齿轮齿根12，利用转速传感器3采集分动箱1输出轴上的实时转速；
监控设备5接收转速传感器3采集的实时转速，并与正常转速阈值进行比较，当实时转速小于正常转速阈值时，发出离合器报警信号；
上位机显示输出轴的实时转速，以及根据监控设备5是否发出离合器报警信号显示离合器报警信息。
监控设备5内的采集单元51还设有电压传感器和电流传感器，用于采集离合器电源电压和工作电流。
上述汽车分动箱故障监测方法还包括利用分动箱1的离合器驱动油路13内的压力传感器2采集离合器驱动油路内的齿轮油压，以及利用分动箱1内的温度传感器4采集分动箱1内的当前油温。
具体得，首先由安装在分动箱1上的各类传感器获取分动箱工作过程中的实时参数原始信号，各原始信号传输到监控设备5内部的采集单元51；经过采集单元51的信号变换和采集，将原始信号转换成标准的可供主控单元52识别的包含分动箱实时参数信息的标准信号；主控单元52获取到分动箱的实时参数信息后，按照一定时间间隔对实时信息进行存储并通过通信单元54向上位机6上传，同时还要进行综合分析，一旦有实时参数信息达到故障报警条件，主控单元52即会按照当前时间存储故障信息，并控制报警单元53发出报警信号，同时通过通信单元54将故障信息进行上传。上位机6可根据需求通过通信单元54向主控单元52发送查询指令，主控单元52接收到查询指令后，通过通信单元54向上位机6返回历史信息。
本实施例中，上位机6可以对分动箱工作过程中的各种信息和故障状态实时显示，还可以对分动箱的历史信息和故障记录进行查询。同时，上位机6上还设置有离合器工作次数和带载工作时间的记录，一旦工作次数和带载工作时间达到设定值，则提醒用户进行离合器的检修和更换，从而保证分动箱工作的可靠性。
参见图5所示，本发明实施例提供的汽车分动箱故障监测系统工作过程如下：
步骤701：分别获取当前的实时转速、电源电压和工作电流信号，然后将各信号进行实时存储并向上位机上传；
步骤702：判断离合器是否通电，若是，执行步骤705，否则，执行步骤703；
步骤703：判断输出轴是否依然有转速，若是，执行步骤704，否则，返回步骤701；
步骤704：输出离合器无法脱开报警信号，并向上位机上传，然后返回步骤701；
步骤705：判断离合器工作电流是否正常，若是，执行步骤707，否则执行步骤706；
步骤706：输出离合器电磁阀故障信号，并执行步骤703；
步骤707：判断输出轴转速是否正常，若是，执行步骤709，否则执行步骤708；
步骤708：输出离合器打滑或者无法吸合报警信号，并向上位机上传故障信息，然后返回步骤701；
步骤709：记录离合器累计带载时间和累计吸合次数，然后返回步骤701。
通过电流传感器511、电压传感器和转速传感器对离合器电磁阀的工作电流、工作电压和转速进行监测，获取离合器的工作状态，并对离合器的工作状态进行分析判断，当判断离合器出现损坏、打滑或者不能吸合的故障时发出故障报警。
参见图6所示，本发明另一实施例提供的汽车分动箱故障监测的具体流程如下：
步骤801：分别获取当前的油温、油压、转速、电源电压和工作电流信号，然后将各信号进行实时存储并向上位机上传；
步骤802：判断油温是否超出安全油温阈值，若是，执行步骤803，否则，执行步骤804；
步骤803：输出当前油温报警信号，并向上位机上传，然后返回步骤801；
步骤804：判断齿轮油压是否超出安全油压阈值，若是，执行步骤805，否则，执行步骤806；
步骤805：输出油压报警信号，并向上位机上传，然后返回步骤801；
步骤806：判断离合器是否通电，若是，执行步骤809，否则，执行步骤807；
步骤807：判断输出轴是否依然有转速，若是，执行步骤808，否则，返回步骤801；
步骤808：输出离合器无法脱开报警信号，并向上位机上传，然后返回步骤801；
步骤809：判断离合器工作电流是否正常，若是，执行步骤811，否则执行步骤810；
步骤810：输出离合器电磁阀故障信号，并执行步骤807；
步骤811：判断输出轴转速是否正常，若是，执行步骤813，否则执行步骤812；
步骤812：输出离合器打滑或者无法吸合报警信号，并向上位机上传故障信息，然后返回步骤801；
步骤813：记录离合器累计带载时间和累计吸合次数，然后返回步骤801。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。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 (10)

1.一种汽车分动箱故障监测系统，用于带有离合器的分动箱(1)的故障监测与报警，其特征在于，其包括：
转速传感器(3)，其设置在分动箱(1)的输出轴上，其感应面朝向所述输出轴的齿轮齿顶(11)和齿轮齿根(12)，用于监测所述输出轴的实时转速；
监控设备(5)，其与所述转速传感器(3)信号连接，用于比较输出轴的实时转速与正常转速阈值，当实时转速小于正常转速阈值时，发出离合器报警信号；
上位机(6)，其与所述监控设备(5)信号连接，用于显示所述输出轴的实时转速，以及根据监控设备(5)是否发出离合器报警信号显示离合器报警信息。
2.如权利要求1所述的汽车分动箱故障监测系统，其特征在于：所述转速传感器(3)为接近开关传感器，所述监控设备(5)根据所述转速传感器(3)产生的波形的频率计算输出轴的转速。
3.如权利要求1所述的汽车分动箱故障监测系统，其特征在于，还包括：
压力传感器(2)，其设置于分动箱(1)的离合器驱动油路内，用于监测离合器驱动油路内的齿轮油压；
所述监控设备(5)还用于比较齿轮油压与安全油压阈值，当齿轮油压超出安全油压阈值时，发出油压报警信号；
所述上位机(6)还用于显示所述离合器驱动油路内的齿轮油压，以及根据监控设备(5)是否发出油压报警信号显示油压报警信息。
4.如权利要求3所述的汽车分动箱故障监测系统，其特征在于，还包括：
温度传感器(4)，其设置于分动箱(1)内，用于监测分动箱(1)内的当前油温；
所述监控设备(5)还用于比较当前油温与安全油温阈，在当前油温超出安全油温阈值时，发出油温报警信号；
所述上位机(6)还用于显示所述分动箱(1)内的当前油温，以及根据监控设备(5)是否发出油温报警信号显示油温报警信息。
5.如权利要求4所述的汽车分动箱故障监测系统，其特征在于，所述监控设备(5)包括：
采集单元(51)，其用于采集输出轴的实时转速、齿轮油压和当前油温信号；
主控单元(52)，其用于对采集模块采集得到的信号进行综合判断和故障分析；
警报单元(53)，其用于在主控单元(52)判断当前信号超出安全阈值时，发出报警信号；
通信单元(54)，其用于将主控单元(52)的当前信号和报警信息传送给上位机(6)。
6.如权利要求5所述的汽车分动箱故障监测系统，其特征在于：所述采集单元(51)包括与温度传感器(4)连接的温度采集电路、与转速传感器(3)连接的转速采集电路以及与压力传感器(2)连接的压力采集电路。
7.如权利要求6所述的汽车分动箱故障监测系统，其特征在于：所述采集单元(51)还设有电压传感器，用于采集离合器电源电压。
8.如权利要求6所述的汽车分动箱故障监测系统，其特征在于：所述采集单元(51)还设有电流传感器，用于采集离合器的工作电流。
9.如权利要求1所述的汽车分动箱故障监测系统，其特征在于：所述上位机(6)为PC机或者微处理器控制电路。
10.一种基于权利要求1所述的监测系统的监测方法，其特征在于，其包括。
控制安装于分动箱(1)的输出轴上的转速传感器(3)工作，所述转速传感器(3)的感应面朝向所述输出轴的齿轮齿顶(11)和齿轮齿根(12)，利用转速传感器(3)采集分动箱(1)输出轴上的实时转速；
监控设备(5)接收转速传感器(3)采集的实时转速，并与正常转速阈值进行比较，当实时转速小于正常转速阈值时，发出离合器报警信号；
上位机显示所述输出轴的实时转速，以及根据监控设备(5)是否发出离合器报警信号显示离合器报警信息。
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