CN109459083B - 一种增程式电动汽车故障诊断实验平台 - Google Patents
一种增程式电动汽车故障诊断实验平台 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种增程式电动汽车故障诊断实验平台，包括台架基座，所述台架基座的下表面固定连接有固定装置，所述台架基座的下表面固定连接有纵横可滑动座，台架基座的上表面固定连接有可调节滑动座，所述可调节滑动座的上侧插接有可升降调节装置，所述可升降调节装置的顶端固定连接有增程器底座。故障发生装置主要可以分为四类：发动机失火故障的模拟、不对中故障的模拟、发电机部件匝间短路故障的模拟机不同类型耦合故障的模拟。故障发生装置作为所述的增程器实验平台中最重要的装置之一，能够对增程式电动汽车实际运行过程中可能出现的故障进行模拟，通过人为的设置故障进行分析，能为增程式电动汽车的故障诊断提供一定的依据。
Description
技术领域
本发明涉及新能源汽车技术领域，具体为一种增程式电动汽车故障诊断实验平台。
背景技术
为了应对能源短缺和环境污染的紧张形势，电动汽车以其节能环保的优势成为研究的热点，但是动力性不足，续航里程短，电池密度低，充电时间较长均制约着电动汽车的发展。混合动力汽车大幅度提高动力性能，改变了传统汽车的运行模式迎来了热潮，然而节能排放上远远不及电动汽车。增程式电动汽车在续航里程上优于纯电动汽车同时在节能排放上低于混合动力汽车，具备经济，环保，低噪声等优点受到了广泛了关注。
增程器作为增程式电动汽车的核心部件，由柴油机、发电机和联轴器部分组成，其运转状态决定着增程式电动汽车的稳定运行和持续工作。增程器一旦发生故障，不但会使增程式电动汽车动力性不足，还会产生噪声和振动，更有甚者造成停机影响，因此进行增程器各类故障的诊断和排除显得尤为重要。而增程器诊断研究的难点在于发生单一故障的同时，还可能出现大量的耦合故障。耦合故障可能只存在于某一部件上，也可能是不同部件发生了不同的故障，耦合故障除了呈现出独自的故障特性，还有可能呈现出耦合后的特性，复杂多变。
如发动机因燃烧不一致、曲柄连杆机构本身的特点等导致其工作相对不平稳，从而产生失火故障；发电机则由于转子运动相对平稳，导致两者运行的平稳性不一致，易造成不平稳现象；联轴器作为增程器的重要连接件，承担着来自不同的输出转矩和激励力作用，且其运动状态受连接件的影响，故工作环境恶劣易发生磨损造成不对中故障。发动机与发电机转子在装配时要求有较高的同轴度，但实际安装时同轴度可能存在偏差，即使安装时满足了同轴度要求，而实际运行过程中仍可能形成同轴度偏差，这都导致增程器可能发生不同类型的耦合故障。
发明内容
（一）解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种增程式电动汽车故障诊断实验平台，解决了现有的增程式电动汽车故障测试困难、故障成因分析不全，耦合故障难以模拟，仿真数据的准确率低缺乏验证，故障部件不全且组合困难问题。
（二）技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种增程式电动汽车故障诊断实验平台，包括台架基座，所述台架基座的下表面固定连接有固定装置，所述台架基座的下表面固定连接有纵横可滑动座，所述台架基座的上表面固定连接有可调节滑动座，所述可调节滑动座的上侧插接有可升降调节装置，所述可升降调节装置的顶端固定连接有增程器底座，所述增程器底座的上表面通过支架固定连接有发电机和发动机，所述发动机的输出轴上固定连接有飞轮，所述发电机转子轴的一端通过联轴器与飞轮的一端固定连接，所述发电机转子轴的一端固定连接有不对中设置标杆，所述发动机的输出轴上固定安装有输出转距传感器和加速度传感器，所述发动机曲轴的一端固定连接有光电转速传感器，所述发电机的转子轴承上固定安装有轴承位移传感器，所述发电机的内腔固定安装有转子温度传感器，所述发电机的转子上固定安装有主轴位移传感器，所述台架基座上表面的一侧固定连接有挡板固定装置，所述挡板固定装置的侧面通过输出电压电流采集装置与发电机的输出端固定连接。
优选的，所述升降调节装置的数量为四个，且四个升降调节装置以矩形阵列的形式设置在增程器底座的下表面，所述可升降调节装置包括套管，所述套管内插接有螺纹套，所述套管的内壁固定连接有电机，所述电机的输出轴固定连接有螺纹杆，所述螺纹杆与螺纹套螺纹连接。
优选的，所述纵横可滑动座的数量为两个，且两个纵横可滑动座并排设置在台架基座的下表面。
优选的，所述固定装置的数量为四个，且四个固定装置以矩形阵列的形式设置在台架基座的下表面。
优选的，所述可调节滑动座的数量为两个，两个可调节滑动座对称设置在台架基座的上表面。
优选的，所述转子温度传感器的接收端与发电机上转子的表面搭接。
优选的，所述输出电压电流采集装置的输出端与上位存储装置电连接。
优选的，所述发动机的内壁固定连接有降噪层，所述降噪层为蜂窝状海绵结构，所述发动机的底部固定连接有减震装置，所述减震装置包括减震发泡板，所述减震发泡板的下表面固定连接有上夹板，所述上夹板的下表面通过减震弹簧与下夹板活动连接。
优选的，所述发电机的表面喷涂有防水涂层。
（三）有益效果
本发明提供了一种增程式电动汽车故障诊断实验平台。具备以下有益效果：
故障发生装置主要可以分为四类：发动机失火故障的模拟、不对中故障的模拟、发电机部件匝间短路故障的模拟及不同类型耦合故障的模拟。故障发生装置作为所述的增程器实验平台中最重要的装置之一，能够对增程式电动汽车实际运行过程中可能出现的故障进行模拟，通过人为的设置故障进行分析，能为增程式电动汽车的故障诊断提供一定的依据。
附图说明
图1为本发明正视图的剖面结构示意图；
图2为本发明发电机正视图的剖面结构示意图；
图3为本发明发动机正视图的剖面结构示意图；
图4为本发明可升降调节装置正视图的剖面结构示意图。
图中：1、台架基座；2、固定装置；3、纵横可滑动座；4、可调节滑动座；5、可升降调节装置；51、套管；52、螺纹套；53、电机；54、螺纹杆；6、增程器底座；7、支架；8、发电机；9、发动机；10、飞轮；11、联轴器；12、不对中设置标杆；13、输出转矩传感器；14、加速度传感器；15、光电速度传感器；16、轴承位于传感器；17、温度传感器；18、主轴位移传感器；19、挡板固定装置；20、电压电流采集装置；21、降噪层；22、防水涂层；23、减震装置；231、减震发泡板；232、上夹板；233、下夹板；234、减震弹簧。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-4所示，本发明提供一种技术方案：一种增程式电动汽车故障诊断实验平台，包括台架基座1，台架基座1的下表面固定连接有固定装置2，固定装置2的数量为四个，且四个固定装置2以矩形阵列的形式设置在台架基座1的下表面，台架基座1的下表面固定连接有纵横可滑动座3，纵横可滑动座3的数量为两个，且两个纵横可滑动座3并排设置在台架基座1的下表面，台架基座1的上表面固定连接有可调节滑动座4，可调节滑动座4的数量为两个，两个可调节滑动座4对称设置在台架基座1的上表面，可调节滑动座4的上侧插接有可升降调节装置5，可升降调节装置5的顶端固定连接有增程器底座6，升降调节装置5的数量为四个，且四个升降调节装置5以矩形阵列的形式设置在增程器底座6的下表面，，可升降调节装置5包括套管51，套管51内插接有螺纹套52，套管51的内壁固定连接有电机53，电机53的输出轴固定连接有螺纹杆54，螺纹杆54与螺纹套52螺纹连接，增程器底座6的上表面通过支架7固定连接有发电机8和发动机9，发电机8的表面喷涂有防水涂层22，发动机9的内壁固定连接有降噪层21，降噪层21为蜂窝状海绵结构，发动机9的底部固定连接有减震装置23，减震装置23包括减震发泡板231，减震发泡板231的下表面固定连接有上夹板232，上夹板232的下表面通过减震弹簧234与下夹板233活动连接，发动机9的输出轴上固定连接有飞轮10，发电机8转子轴的一端通过联轴器11与飞轮10的一端固定连接，发电机8转子轴的一端固定连接有不对中设置标杆12，发动机9的输出轴上固定安装有输出转距传感器13和加速度传感器14，发动机9曲轴的一端固定连接有光电转速传感器15，发电机8的转子轴承上固定安装有轴承位移传感器16，发电机8的内腔固定安装有转子温度传感器17，转子温度传感器17的接收端与发电机8上转子的表面搭接，发电机8的转子上固定安装有主轴位移传感器18，台架基座1上表面的一侧固定连接有挡板固定装置19，挡板固定装置19的侧面通过输出电压电流采集装置20与发电机8的输出端固定连接，输出电压电流采集装置20的输出端与上位存储装置电连接。
工作原理：失火故障发生装置：发动机9实际运转中很多因素会导致出现失火故障，一般由气缸内不完全燃烧或燃烧不良的现象称为失火，而失火故障所表现的特征为气体爆发压力不足，为了人为的模拟不同程度的失火故障，可对应示功图求解出最大的气体爆发压力，实时的气体爆发压力与最大爆发压力的比值即为失火故障程度；
而气缸发火控制装置的具体实施方式为，通过控制喷油量使要模拟的故障缸内喷油不足，从而出现缸内压力不足，用以模拟失火情况。增程器发动机部件使用电控式喷油，通过控制喷油信号用以控制喷油量，进而实现模拟故障缸进油不足，导致失火故障的发生。
由于直接测量缸内压力的大小不便，气缸内高温高压的恶劣工作环境难以安装相应的压力传感器，为了精确地控制喷油信号-失火故障程度的对应关系，可以通过输出的转速信号、转矩信号、加速度信号进行采集分析，进一步分析；因此增程器失火发生装置可以根据控制喷油信号改变气缸内燃烧情况，在气缸保持正常发火的情况下，控制喷油角度也可以实现失火故障的模拟；模拟过程还可以对该故障缸进行停机处理，实现完全失火，用以模拟增程器失火的不同程度。
不对中故障发生装置：发动机9和发电机8转子之间用联轴器11联接构成轴系，传递运动和转矩。由于机器的安装误差、工作状态下热膨胀、承载后的变形以及机器基础的不均匀沉降等，有可能会造成机器工作时各转子轴线之间产生不对中。不对中故障发生装置主要包括联轴器不对中故障及轴承不对中故障，本实验平台中不对中设置标杆12用以模拟联轴器11不对中故障。
发电机匝间短路发生装置：发电机8匝间短路发生装置包括，定子绕组短路发生装置和过流保护装置，定子绕组的单相接地定子绕组的单相接地是发电机易发生的一种故障。通常是因绝缘破坏使其绕组对铁芯短接，虽然此种故障瞬时电流不大，但接地电流会引起电弧灼伤铁芯，同时破坏绕组的绝缘，有可能发展为匝间短路或相间短路。因此在模拟匝间短路故障时需要考虑过流保护装置，短路会引起巨大的短路电流，严重烧坏发电机8，需装设瞬时动作的纵联差动保护。
定子绕组线圈，采用三相三线式，对于接出来的三线任意两线相连，便可实现短路，发电机转子绕组发生匝间短路时将导致转子励磁回路部分绕组短路，在机组运行时主要表现为转子电流上升但无功功率相对减小、气隙磁通畸变导致机组振动加剧，且振动变化趋势与励磁电流变化同步、定子绕组电势和电流中出现各次谐波成分、在转子的轴上感应出轴电压等现象。
发电机转子绕组一点接地和两点接地转子绕组一点接地后虽对发电机8运行无影响，但若再发生另一点接地，则转子绕组一部分被短接造成磁势不平衡而引起机组剧烈振动，产生严重后果。因此，需同时装设转子绕组一点接地保护和两点接地保护。
综上可得，故障发生装置主要可以分为四类：发动机9失火故障的模拟、不对中故障的模拟、发电机8部件匝间短路故障的模拟及不同类型耦合故障的模拟。故障发生装置作为所述的增程器实验平台中最重要的装置之一，能够对增程式电动汽车实际运行过程中可能出现的故障进行模拟，通过人为的设置故障进行分析，能为增程式电动汽车的故障诊断提供一定的依据。
需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个引用结构”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种增程式电动汽车故障诊断实验平台，包括台架基座（1），所述台架基座（1）的下表面固定连接有固定装置（2），所述台架基座（1）的下表面固定连接有纵横可滑动座（3），其特征在于：所述台架基座（1）的上表面固定连接有可调节滑动座（4），所述可调节滑动座（4）的上侧插接有可升降调节装置（5），所述可升降调节装置（5）的顶端固定连接有增程器底座（6），所述增程器底座（6）的上表面通过支架（7）固定连接有发电机（8）和发动机（9），所述发动机（9）的输出轴上固定连接有飞轮（10），所述发电机（8）转子轴的一端通过联轴器（11）与飞轮（10）的一端固定连接，所述发电机（8）转子轴的一端固定连接有不对中设置标杆（12），所述发动机（9）的输出轴上固定安装有输出转距传感器（13）和加速度传感器（14），所述发动机（9）曲轴的一端固定连接有光电转速传感器（15），所述发电机（8）的转子轴承上固定安装有轴承位移传感器（16），所述发电机（8）的内腔固定安装有转子温度传感器（17），所述发电机（8）的转子上固定安装有主轴位移传感器（18），所述台架基座（1）上表面的一侧固定连接有挡板固定装置（19），所述挡板固定装置（19）的侧面通过输出电压电流采集装置（20）与发电机（8）的输出端固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种增程式电动汽车故障诊断实验平台，其特征在于：所述升降调节装置（5）的数量为四个，且四个升降调节装置（5）以矩形阵列的形式设置在增程器底座（6）的下表面，所述可升降调节装置（5）包括套管（51），所述套管（51）内插接有螺纹套（52），所述套管（51）的内壁固定连接有电机（53），所述电机（53）的输出轴固定连接有螺纹杆（54），所述螺纹杆（54）与螺纹套（52）螺纹连接。
3.根据权利要求1所述的一种增程式电动汽车故障诊断实验平台，其特征在于：所述纵横可滑动座（3）的数量为两个，且两个纵横可滑动座（3）并排设置在台架基座（1）的下表面。
4.根据权利要求1所述的一种增程式电动汽车故障诊断实验平台，其特征在于：所述固定装置（2）的数量为四个，且四个固定装置（2）以矩形阵列的形式设置在台架基座（1）的下表面。
5.根据权利要求1所述的一种增程式电动汽车故障诊断实验平台，其特征在于：所述可调节滑动座（4）的数量为两个，两个可调节滑动座（4）对称设置在台架基座（1）的上表面。
6.根据权利要求1所述的一种增程式电动汽车故障诊断实验平台，其特征在于：所述转子温度传感器（17）的接收端与发电机（8）上转子的表面搭接。
7.根据权利要求1所述的一种增程式电动汽车故障诊断实验平台，其特征在于：所述输出电压电流采集装置（20）的输出端与上位存储装置电连接。
8.根据权利要求1所述的一种增程式电动汽车故障诊断实验平台，其特征在于：所述发动机（9）的内壁固定连接有降噪层（21），所述降噪层（21）为蜂窝状海绵结构，所述发动机（9）的底部固定连接有减震装置（23），所述减震装置（23）包括减震发泡板（231），所述减震发泡板（231）的下表面固定连接有上夹板（232），所述上夹板（232）的下表面通过减震弹簧（234）与下夹板（233）活动连接。
9.根据权利要求1所述的一种增程式电动汽车故障诊断实验平台，其特征在于：所述发电机（8）的表面喷涂有防水涂层（22）。
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