CN116026606B - 一种用于检测车辆传动系统的复合振动的方法以及设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及振动检测技术领域，提供一种用于检测车辆传动系统的复合振动的方法以及设备，方法包括步骤：通过相机采集系统检测传动轴在工作中的位移数据，其中相机采集系统包括至少3个相机，至少3个相机设置在传动轴的轴向的不同检测点；通过转速测试系统检测传动轴在工作过程中的转速数据，其中转速测试系统包括多个转速传感器，多个转速传感器设置在传动轴的轴向的两端；根据位移数据和转速数据，获取车辆传动系统的共振频率以及传动轴的转换位移数据、转角数据；根据转换位移数据和转角数据，判断并确定车辆传动系统的复合振动的形式。解决现有技术中对车辆传动系统的振动过程的分析结果误差大、可行度低的问题。

Description

一种用于检测车辆传动系统的复合振动的方法以及设备

技术领域

本申请涉及振动检测技术领域，更具体地说，是涉及一种用于检测车辆传动系统的复合振动的方法以及设备。

背景技术

汽车传动系统主要由离合器、变速箱、传动轴和差速器组成，为一典型的链状结构系统。工作过程中，传动系统主要出现三种振动形式，即弯曲振动、扭转振动与垂向振动，且三种振动同时出现、相互影响，形成了一种“弯-扭-垂”耦合的非线性复杂振动，随着传动系统向高速化与轻量化方向发展，通常会进一步加剧轴系的振动，对车辆的NVH性能、动力经济性能，以及可靠性能产生严重影响。传动系统复合振动识别是传动系统振动控制的基础。现有的研究仅关注传动系统单一振动形式的识别，对传动系统复合振动识别技术的研究较少。例如传动系统弯曲振动主要是通过加速度传感器采集传动系统的振动数据，通过幅频特性分析，结合传动系统的模态，来判断传动系统的共振频率与弯曲振动形式；传动系统扭转振动主要是通过转速传感器采集传动系统的转速数据，通过幅频特性分析，判断扭转振动共振频率，但是不能精准分析扭转振动的模态。

现有的车辆传动系统的振动多以复合振动形式展现，现有方法多对车辆传动系统的单一振动形式进行分析和研究，不能够真实反映传动系统振动特性。由于车辆传动系统是一个非线性动力学系统，现有的分析方法使得对车辆传动系统的振动过程的分析结果误差大、可行度低。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本申请的目的在于提供一种用于检测车辆传动系统的复合振动的方法以及设备，解决现有技术中对车辆传动系统的振动过程的分析结果误差大、可行度低的问题。

为实现上述目的，本申请采用的技术方案是：

一方面，本申请提供一种用于检测车辆传动系统的复合振动的方法，方法包括以下步骤：

通过相机采集系统检测传动轴在工作中的位移数据，其中相机采集系统包括至少3个相机，至少3个相机设置在传动轴的轴向的不同检测点；

通过转速测试系统检测传动轴在工作过程中的转速数据，其中转速测试系统包括多个转速传感器，多个转速传感器设置在传动轴的轴向的两端；

根据位移数据和转速数据，获取车辆传动系统的共振频率以及传动轴的转换位移数据、转角数据；

根据转换位移数据和转角数据，判断并确定车辆传动系统的复合振动的形式。

可选地，通过相机采集系统检测传动轴在工作中的位移数据的步骤中具体包括：

建立整车坐标系OXYZ，且对每个相机分别建立相机坐标系O_nX_nY_nZ_n，其中整车坐标系中的OX-OZ平面与各相机的O_nX_n-O_nZ_n位于同一平面，n为相机的个数且沿轴向按为1至n依次排列；

确定整车坐标系的Z轴与与各相机的O_nX_n-O_nZ_n坐标系的Z_n轴之间的夹角γ_n；

通过各相机采集传动轴在相机坐标系内的径向位移数据h_n，其中传动轴处于匀加速工况下进行采集。

可选地，通过转速测试系统检测传动轴在工作过程中的转速数据的步骤具体包括：

对相机进行预先设置，使多个相机的排列方向平行于传动轴的轴向；

在传动轴的轴向的不同的检测点上沿圆周方向等间隔设置数个光斑，相机的光心在光斑所在的平面内且与光斑重合；

在相机的坐标系内，标定相机的光心到像平面的垂直距离以及光心在像平面内投影位置，以使相机所拍摄的像平面的坐标统一到对应相机的相机坐标系中。

可选地，通过转速测试系统检测传动轴在工作过程中的转速数据，其中转速测试系统包括多个转速传感器的步骤具体包括：

对转速传感器进行预先设置，使多个转速传感器的排列方向平行于传动轴的轴向，并在传动轴的轴向的两端位置且沿圆周方向等间隔设置数个光栅，使转速传感器对准光栅；

通过各转速传感器采集传动轴两端的转速数据，其中在传动轴处于匀加速工况下进行采集。

可选地，根据位移数据和转速数据，获取车辆传动系统的共振频率以及传动轴的转换位移数据、转角数据的步骤中具体包括：

对各相机所采集到的径向位移数据h_n进行FFT处理，得到位移数据幅频特性曲线，并分析得到传动系统的位移共振频率；

将相机坐标系下的传动轴各位置的径向位移数据转化到整车坐标系下，得到转动轴各位置的转换位移数据H_n；其中H_n＝h_n cosγ_n；

对传动轴两端的转速数据进行FFT处理，得到转速数据幅频特性曲线，并分析得到传动系统的转动共振频率；

对传动轴两端的转速数据进行积分处理得到传动轴两端的转角数据α₁与α₂。

可选地，根据转换位移数据和转角数据，判断并确定车辆传动系统的复合振动的形式的步骤中：

根据转换位移数据H_n和转角数据α₁与α₂，获取转换位移数据的时域曲线，以及两端转角α₁与α₂的时域曲线；

根据各位置的转换位移数据H_n，得到相邻位置之间的位移差值H_差，其中H_差＝H_n—H_n+1；

根据传动轴两端的转角数据α₁与α₂；得到两端之间的转角差值α_差，其中α_差＝α₁—α₂；

根据H_差和α_差，得到车辆传动系统的复合振动的形式。

可选地，的根据H_差和α_差，得到车辆传动系统的复合振动的形式的步骤中：

当各H_差＝0，且α_差＝0，确定车辆传动系统未发生振动；

当各H_差≠0，且α_差＝0，确定车辆传动系统产生弯曲振动；

当各H_差＝0，且α_差≠0，确定车辆传动系统产生扭转振动；

当各H_差≠0，且α_差≠0，确定车辆传动系统产生弯曲-扭转复合振动。

可选地，根据转换位移数据和转角数据，判断并确定车辆传动系统的复合振动的形式的步骤之后还包括步骤：

根据位移数据、转角数据以及共振频率发生时间，判断并确定车辆传动系统的弯曲模态和扭转模态。

可选地，根据位移数据、转角数据以及共振频率发生时间，判断并确定车辆传动系统的弯曲模态和扭转模态的步骤具体包括：

根据传动轴的各检测点的径向位移数据h_n的幅频特性曲线，以及传动轴前端与后端转速数据的幅频特性曲线，确定传动轴的共振频率发生的时间t₁-t_k，k表示发生共振的次数；

分别绘制t₁-t_k各时刻的传动轴的各检测点在整车坐标系下的位移图，其中横坐标表示传动轴位置，纵坐标表示位移，并对各检测点的位移连线，以判断传动系统的弯曲模态；

分别绘制t₁-t_k时刻的传动轴的两端的转角图，其中横坐标表示传动轴的位置，纵坐标表示转角，并对两端的转角连线，以判断传动系统的扭转模态。

另一方面，本申请还提出一种用于检测车辆传动系统的复合振动的设备，其中包括至少3个相机以及至少2个转速传感器；

相机和转速传感器用于实现如上所述的用于检测车辆传动系统的复合振动的方法。

本申请提供的一种用于检测车辆传动系统的复合振动的方法的有益效果至少在于：通过相机采集系统的设置及传动轴的位移检测而得到位移数据，通过转速测试系统的设置及传动轴的转速检测而得到转速数据，根据位移数据和转速数据而计算得到传动轴的转换位移数据、转角数据，并根据转换位移数据和转角数据，判断并确定车辆传动系统的复合振动的形式。实现了传动系统复合振动的识别与判断，可以有效提高传动系统复合振动的识别精度，本传检测车辆传动系统的复合振动的方法具有实用性强和可操作强的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的一种用于检测车辆传动系统的复合振动的方法的主要步骤的流程图；

图2是本发明实施例一的一种用于检测车辆传动系统的复合振动的方法的详细步骤流程图；

图3是本发明实施例一的一种用于检测车辆传动系统的复合振动的方法的检测原理框图；

图4是本发明实施例一的一种用于检测车辆传动系统的复合振动的方法的检测模型示意图；

图5是本发明实施例一的一种用于检测车辆传动系统的复合振动的方法的传动轴位移数据幅频特性曲线；

图6是本发明实施例一的一种用于检测车辆传动系统的复合振动的方法的传动轴转角数据幅频特性曲线；

图7是本发明实施例一的一种用于检测车辆传动系统的复合振动的方法的传动轴位移差数据时域曲线；

图8是本发明实施例一的一种用于检测车辆传动系统的复合振动的方法的传动轴转角差数据时域曲线；

图9是本发明实施例一的一种用于检测车辆传动系统的复合振动的方法的传动轴弯曲模态示意图；

图10是本发明实施例一的一种用于检测车辆传动系统的复合振动的方法的传动轴扭转模态示意图。

其中，图中各附图标记：

1、第一传动轴；2、第二传动轴；3、第三传动轴；4、转速传感器；5、转速采集器；6、相机；7、相机控制器。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请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用以解释本申请，并不用于限定本申请。

实施例一

如图1、图2、图3所示，本实施例的提供一种用于检测车辆传动系统的复合振动的方法，主要应用于车辆的传动系统的振动检测与分析。传动轴为车辆传动系统的主要部件，车辆的传动系统的振动形式主要通过传动轴的振动而体现出来，传动轴的振动形式分为弯曲振动、扭转振动以及弯曲-扭转复合振动。弯曲振动主要体现在位移的变化，扭转振动主要体现在转角的变化，弯曲-扭转复合振动体现为位移和转角均改变。本方法主要包括以下步骤：

步骤S100、通过相机采集系统检测传动轴在工作中的位移数据，其中相机采集系统包括至少3个相机，至少3个相机设置在传动轴的轴向的不同检测点。

具体过程中，如图4所示，在一个传动轴上(以第一传动轴1为例)通过至少3个相机6设置在传动轴的轴向上的不同的检测点，相机拍照的方式进行对比而获取到传动轴在工作中的不同检测点的位置变化情况，根据位置变化而得到相应的位移变化量，从而可以获取到位于数据。为使位移数据的获取更准确，3个相机分别设置在一根传动轴的前端、中间和后端位置，因此在传动轴的前端、中间和后端分别设置为检测点。3个检测点之间等距设置，以方便后续的位移数据计算。本实施例中的相机采用高速相机，这样可以快速捕捉到转轴的检测点的位置变化，使测量更精确。(需要补充高速相机的规格)

本步骤S100具体包括以下步骤：

步骤S110、建立整车坐标系OXYZ，且对每个相机分别建立相机坐标系O_nX_nY_nZ_n，其中整车坐标系中的OX-OZ平面与各相机的O_nX_n-O_nZ_n位于同一平面，n为相机的个数且沿轴向按为1至n依次排列。

具体过程中，需要先对相机采集系统进行预先设置，使多个相机的排列方向平行于传动轴的轴向，例如采用第一相机、第二相机和第三相机间隔设置，并分别位于传动轴的前端、中端和后端。每个相机分别对应传动轴上的前端检测点、中端检测点以及后端检测点(检测点只是标识检测的位置)。在传动轴的轴向的不同的检测点上沿圆周方向等间隔设置数个光斑，光斑作为一种标记，其在传动轴上的位置固定，容易被相机所拍摄到，相机的光心在光斑所在的平面内且与光斑重合。即在一个检测点位置上的数个光斑环绕传动轴的圆周一圈均匀分布。光斑的数量为M个，其中M为传动轴的外圆周长(2πr，r为传动轴半径，单位为cm)以厘米为单位的整数部分；这样使得每个光斑之间的弧长按大约1cm的值进行设置。通过该距离排列光斑，便于被相机所拍摄到，且能保证测量精度。

以车辆在水平方向放置时的前后方向为X方向，左右方向为Y方向，上下方向为Z方向建立整车坐标系OXYZ。且对每个相机分别建立相机坐标系O_nX_nY_nZ_n，其中整车坐标系中的OX-OZ平面(竖直平面)与各相机的O_nX_n-O_nZ_n位于同一平面，X_n为沿传动轴的轴向，Z_n为在竖直平面内的沿传动轴的径向。相应的，第一相机的相机坐标系为O₁X₁Y₁Z₁，第二相机的相机坐标系为O₂X₂Y₂Z₂，第三相机的相机坐标系为O₃X₃Y₃Z₃。

在相机的坐标系内，标定相机的光心到像平面的垂直距离以及光心在像平面内投影位置，以使相机所拍摄的像平面的坐标统一到对应相机的相机坐标系中。通过该过程，可以使相机所拍摄的像上的各坐标，转换到相机坐标系下，从而直接通过相机坐标系就可以表示所拍摄的相片中的某一光斑的具体坐标。

步骤S120、确定整车坐标系的Z轴与与各相机的O_nX_n-O_nZ_n坐标系的Z_n轴之间的夹角γ_n。

通过确定的各坐标系后，从而需要得到整车坐标系与各相机的相机坐标系之间的转换关系，通过确定两个坐标系之间的夹角，以便于后续将各相机坐标系转化到车辆坐标系下，使各坐标数据统一而方便计算。确定坐标系O₁X₁Y₁Z₁的Z₁轴与坐标系OXYZ的Z轴间夹角γ₁；确定坐标系O₂X₂Y₂Z₂的Z₂轴与坐标系OXYZ间的Z轴间夹角γ₂；确定坐标系O₃X₃Y₃Z₃的Z₃轴与坐标系OXYZ间的Z轴间夹角γ₃。

步骤S130、通过各相机采集传动轴在相机坐标系内的径向位移数据h_n，其中传动轴处于匀加速工况下进行采集。

具体过程中，在传动轴旋转过程中的匀加速工况下，通过各相机拍摄传动轴上的光斑变化情况，根据光斑的径向变化情况，可以计算出检测点的径向变化量，将该变化量转换到相机坐标系内，从而通过各相机采集传动轴的前端、中间以及后端的径向位移数据h₁、h₂与h₃。

步骤S200、通过转速测试系统检测传动轴在工作过程中的转速数据，其中转速测试系统包括多个转速传感器，多个转速传感器设置在传动轴的轴向的两端。

具体过程中，通过转速测试系统检测传动轴的前后两端的转速数据，以方便对传动轴的转动情况进行分析。

本步骤S200具体包括以下步骤：

步骤S210、对转速传感器进行预先设置，使多个转速传感器的排列方向平行于传动轴的轴向，并在传动轴的轴向的两端位置且沿圆周方向等间隔设置数个光栅，使转速传感器对准光栅。

具体过程中，如图4所示，将第一转速传感器和第二转速传感器(以第一传动轴1两端的转速传感器4为例)分别位于传动轴前端与后端，并在前端和后端的对应位置均设置数个光栅，且每个位置的数个光栅环绕传动轴的圆周一圈均匀分布，光栅数量为L，L为传动轴的外圆周长(2πr，r为传动轴半径，单位为cm)以厘米为单位的整数部分。在传动轴前端与后端分别布置的第一转速传感器与第二转速传感器均应垂直对准光栅，以更准确的测量传动轴的前端和后端两个位置的转速。

步骤S220、通过各转速传感器采集传动轴两端的转速数据，其中在传动轴处于匀加速工况下进行采集。

在传动轴旋转过程中的匀加速工况下，通过第一转速传感器和第二转速传感器分别测量得到传动轴上的前端和后端的转速数据。

步骤S300、根据位移数据和转速数据，获取车辆传动系统的共振频率以及传动轴的转换位移数据、转角数据。

具体过程中，通过获取车辆传动系统的共振频率，可以为后续确定系统的共振时刻和共振次数。通过传动轴的转换位移数据、转角数据可以对传动轴的振动方式进行判断。步骤S300具体包括以下步骤：

步骤S310、对各相机所采集到的径向位移数据h_n进行FFT处理，得到位移数据幅频特性曲线，并分析得到传动系统的位移共振频率。

步骤S320、将相机坐标系下的传动轴各位置的径向位移数据转化到整车坐标系下，得到转动轴各位置的转换位移数据H_n；其中H_n＝h_n cosγ_n。

转换位移数据H_n是将相机坐标系下的传动轴各位置的径向位移数据h_n转化到整车坐标系。方便在同一坐标系下进行数据计算。

步骤S330、对传动轴两端的转速数据进行FFT处理，得到转速数据幅频特性曲线，并分析得到传动系统的转动共振频率。

步骤S340、对传动轴两端的转速数据进行积分处理得到传动轴两端的转角数据α₁与α₂。

步骤S400、根据转换位移数据和转角数据，判断并确定车辆传动系统的复合振动的形式。

具体过程中，根据转换位移数据可以得到第一检测点与第二检测点之间的径向位移差，第二检测点与第三检测点之间的径向位移差。根据转角数据，可以得到传动轴两端的转角差值。通过对其一致性进行判断，从而可以得到传动轴的振动状态。步骤S400具体包括如下步骤：

步骤S410、根据转换位移数据H_n和转角数据α₁与α₂，获取转换位移数据的时域曲线，以及两端转角α₁与α₂的时域曲线。

具体过程中，对于第一相机、第二相机和第三相机的采集数据，绘制H₁＝h₁cosγ₁、H₂＝h₂ cosγ₂与H₃＝h₃ cosγ₃的时域曲线。对于第一转速传感器和第二转速传感器的采集数据，绘制传动轴两端转角α₁与α₂的时域曲线。

步骤S420、根据各位置的转换位移数据H_n，得到相邻位置之间的位移差值H_差，其中H_差＝H_n-H_n+1。

具体过程中，计算位移差值H₁-H₂，即(h₁ cosγ₁-h₂ cosγ₂)；与H₂—H₃，即(h₂cosγ₂-h₃ cosγ₃)。

步骤S430、根据传动轴两端的转角数据α₁与α₂；得到两端之间的转角差值α_差，其中α_差＝α₁—α₂。

步骤S440、根据H_差和α_差，得到车辆传动系统的复合振动的形式。

当各H_差＝0，且α_差＝0，确定车辆传动系统未发生振动；即h₁ cosγ₁-h₂ cosγ₂＝0，h₂cosγ₂-h₃ cosγ₃＝0，α₁—α₂＝0，表明传动系统平稳转动，没有发生振动。

当各H_差≠0，且α_差＝0，确定车辆传动系统产生弯曲振动；当h₁ cosγ₁-h₂cosγ₂≠0，h₂cosγ₂-h₃ cosγ₃≠0，α₁—α₂＝0，表明传动系统产生弯曲振动。

当各H_差＝0，且α_差≠0，确定车辆传动系统产生扭转振动；当h₁ cosγ₁-h₂cosγ₂＝0，h₂cosγ₂-h₃ cosγ₃＝0，α₁—α₂≠0，表明传动系统产生扭转振动。

当各H_差≠0，且α_差≠0，确定车辆传动系统产生弯曲-扭转复合振动；当h₁ cosγ₁-h₂cosγ₂≠0，h₂cosγ₂-h₃ cosγ₃≠0，α₁—α₂≠0，表明传动系统产生弯曲与扭转复合振动。

步骤S500、根据位移数据、转角数据以及共振频率发生时间，判断并确定车辆传动系统的弯曲模态和扭转模态。

通过该步骤，可以对车辆传动系统进行复合模态的识别分析。步骤S500具体如下：

步骤S510、根据传动轴的各检测点的径向位移数据h_n的幅频特性曲线，以及传动轴前端与后端转速数据的幅频特性曲线，确定传动轴的共振频率发生的时间t₁-t_k，k表示发生共振的次数。

具体过程中，根据传动轴的前端、中部与后端径向位移数据h₁、h₂与h₃的幅频特性曲线，以及传动轴前端与后端转速数据的幅频特性曲线，共振次数为k＝4次，确定传动轴的共振频率发生的时间t₁、t₂、t₃与t₄。

步骤S520、分别绘制t₁-t_k各时刻的传动轴的各检测点在整车坐标系下的位移图，其中横坐标表示传动轴位置，纵坐标表示位移，并对各检测点的位移连线，以判断传动系统的弯曲模态。

具体过程中，在整车坐标系下，分别绘制t₁、t₂、t₃与t₄时刻的传动轴前端、中部与后端的位移图，其中横坐标表示传动轴位置，纵坐标表示位移，并对三个位置的位移连线，判断传动系统的弯曲模态。

步骤S530、分别绘制t₁-t_k时刻的传动轴的两端的转角图，其中横坐标表示传动轴的位置，纵坐标表示转角，并对两端的转角连线，以判断传动系统的扭转模态。

具体过程中，分别绘制t₁、t₂、t₃与t₄时刻的传动轴的前端与后端的转角图，其中横坐标表示传动轴的位置，纵坐标表示转角，并对两个位置转角连线，判断传动系统的扭转模态。

通过上述的一种用于检测车辆传动系统的复合振动的方法，可以有效提高传动系统复合振动的识别精度，本传检测车辆传动系统的复合振动的方法具有实用性强和可操作强的优点。

根据上述的方法，结合具体的实施例进行详细的步骤说明，具体如下：

如图4所示，传动轴沿前后方向倾斜设置，且传动轴设置三个分别为第一传动轴1、第二传动轴2和第三传动轴3，依次拼接组成车辆传动系统的传动结构。

步骤S10、相机采集系统的设置及传动轴位移测量：分别在第一传动轴1、第二传动轴2与第三传动轴3的每个的前端、中部与后端沿圆周方向等间隔设置数个光斑，光斑数量为n＝25，各传动轴的半径r为4cm(周长为25.12cm，取整后为25)。在第一传动轴的前端、中部与后端分别布置第一高速相机、第二高速相机与第三高速相机。在第二传动轴的前端、中部与后端分别布置第四高速相机、第五高速相机与第六高速相机。在第三传动轴前端、中部与后端分别布置第七高速相机、第八高速相机与第九高速相机(如图4中的各位置的相机6)。各高速相机的光心在光斑所在的平面内，且与光斑重合。

建立整车坐标系系OXYZ，设置第一高速相机的坐标系O₁X₁Y₁Z₁，确定坐标系O₁X₁Y₁Z₁的Z₁轴与坐标系OXYZ的Z轴间夹角γ₁；设置第二高速相机的坐标系O₂X₂Y₂Z₂，确定坐标系O₂X₂Y₂Z₂的Z₂轴与坐标系OXYZ间的Z轴间夹角γ₂；设置第三高速相机的坐标系O₃X₃Y₃Z₃，确定坐标系O₃X₃Y₃Z₃的Z₃轴与坐标系OXYZ间的Z轴间夹角γ₃；设置第四高速相机的坐标系O₄X₄Y₄Z₄，确定坐标系O₄X₄Y₄Z₄的Z₄轴与坐标系OXYZ间的Z轴间夹角γ₄；设置第五高速相机的坐标系O₅X₅Y₅Z₅，确定坐标系O₅X₅Y₅Z₅的Z₅轴与坐标系OXYZ间的Z轴间夹角γ₅；设置第六高速相机的坐标系O₆X₆Y₆Z₆，确定坐标系O₆X₆Y₆Z₆的Z₆轴与坐标系OXYZ间的Z轴间夹角γ₆；设置第七高速相机的坐标系O₇X₇Y₇Z₇，确定坐标系O₇X₇Y₇Z₇的Z₇轴与坐标系OXYZ间的Z轴间夹角γ₇；设置第八高速相机的坐标系O₈X₈Y₈Z₈，确定坐标系O₈X₈Y₈Z₈的Z₈轴与坐标系OXYZ间的Z轴间夹角γ₈；设置第九高速相机的坐标系O₉X₉Y₉Z₉，确定坐标系O₉X₉Y₉Z₉的Z₉轴与坐标系OXYZ间的Z轴间夹角γ₉。

在相机坐标系内，标定高速相机的内方位信息，即设置光心到像平面的垂直距离，以及设置光心在像平面内投影位置；匀加速工况下，在高速相机坐标系内，采集第一传动轴前端、中部与端的径向位移数据h₁、h₂与h₃，采集第二传动轴前端、中部与端的径向位移数据h₄、h₅与h₆，采集第三传动轴前端、中部与端的径向位移数据h₇、h₈与h₉。

步骤S20、转速测试系统的设置及传动轴转速测量。具体过程中，分别在第一传动轴、第二传动轴与第三传动轴的各传动轴的前端与后端沿圆周方向等间隔设置数个光斑光栅，光栅数量为n＝25，传动轴的半径r为4cm。

在第一传动轴1的前端与后端分别布置第一转速传感器与第二转速传感器，在第二传动轴2的前端与后端分别布置第三转速传感器与第四转速传感器，在第三传动轴3的前端与后端分别布置第五转速传感器与第六转速传感器(如图4中的各位置的转速传感器4)；各个转速传感器安装位置应垂直对准光栅。在匀加速工况下，采集传动轴的转速数据。

步骤S30、试验数据处理与数据分析，识别传动系统共振频率。具体过程中，对传动轴的径向位移数据h1、h2、h3、h4、h5、h6、h7、h8与h9进行FFT处理，得到位移数据幅频特性曲线，如图5所示，该车辆传动系统的位移共振频率分别为28.6Hz、57.5Hz与96.3Hz；将相机坐标系下的第一传动轴、第二传动轴与第三传动轴的各个的前端、中部与后端的径向位移数据转化到整车坐标系下，即为h₁ cosγ₁、h₂ cosγ₂、h₃ cosγ₃、h₄ cosγ₄、h₅ cosγ₅、h₆ cosγ₆、h₇ cosγ₇、h₈ cosγ₈与h₉ cosγ₉。

对第一传动轴、第二传动轴与第三传动轴的各个的前后两端的转速数据进行FFT处理，得到转速数据幅频特性曲线，如图6所示，传动系统的转速共振频率为57.5Hz与74.5Hz；对第一传动轴、第二传动轴与第三传动轴的前端与后端的转速数据进行积分处理，得到传动轴两端的转角数据α₁、α₂、α₃、α₄、α₅与α₆。

步骤S40、车辆传动系统的复合振动的识别分析：绘制h₁ cosγ₁、h₂ cosγ₂、h₃ cosγ₃、h₄ cosγ₄、h₅ cosγ₅、h₆ cosγ₆、h₇ cosγ₇、h₈ cosγ₈与h₉ cosγ₉的时域曲线，并计算位移差值h₁ cosγ₁-h₂ cosγ₂、h₂ cosγ₂-h₃ cosγ₃，h₄ cosγ₄-h₅ cosγ₅、h₅ cosγ₅-h₆cosγ₆，h₇ cosγ₇-h₈ cosγ₈、h₈ cosγ₈-h₉ cosγ₉。具体如图7所示。

绘制传动轴两端的转角数据α₁、α₂、α₃、α₄、α₅与α₆的时域曲线，并计算转角差值α₁-α₂，α₃-α₄，α₅-α₆；计算结果如图8所示。

根据图7与图8可以判断：t＝2.8s时，传动系统发生弯曲与扭转复合振动；t＝5.0s时，传动系统发生扭转振动；t＝7.2s时，传动系统发生弯曲振动。

步骤S50、车辆传动系统的复合模态的识别分析。根据各传动轴前端、中部与后端径向位移数据的幅频特性曲线，以及各传动轴前端与后端转速数据的幅频特性曲线，确定传动轴的共振频率发生的时间t₁＝2.8s、t₂＝5.0s、与t₃＝7.2s。

在整车坐标系下，分别绘制t₁与t₃时刻的传动轴前端、中部与后端的位移图，其中横坐标表示传动轴位置，纵坐标表示位移；传动系统弯曲模态如图9所示。

分别绘制t₁与t₂时刻的传动轴前端与后端的转角图，其中横坐标表示传动轴的位置，纵坐标表示转角；传动系统扭转模态如图10所示。

通过上述步骤中对具体的车辆传动系统进行分析。可以有效提高传动系统复合振动的识别精度，可以应用到具体的车辆传动系统中，具有实用性强和可操作强的优点。

实施例二

如图4所示，具体相同的构思，本实施例提出一种用于检测车辆传动系统的复合振动的设备，其中，包括至少3个相机6、至少2个转速传感器4、相机控制器7、转速采集器5。对于一个传动轴的车辆传动系统，3个相机分别沿传动轴的轴向进行排列，并对准传动轴的前端、中部以及后端，2个转速传感器分别对应位于传动轴的前端和后端。相机控制器电连接所有相机，并能控制相机进行高速拍照。转速采集器电连接所有的转速传感器，并用于采集转速。

通过相机和转速传感器用于实现如实施例一中所述的用于检测车辆传动系统的复合振动的方法。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于检测车辆传动系统的复合振动的方法，其特征在于，所述方法包括步骤：

通过相机采集系统检测传动轴在工作中的位移数据，其中相机采集系统包括至少3个相机，至少3个相机设置在传动轴的轴向的不同检测点；

通过转速测试系统检测传动轴在工作过程中的转速数据，其中转速测试系统包括多个转速传感器，多个转速传感器设置在传动轴的轴向的两端；

根据位移数据和转速数据，获取车辆传动系统的共振频率以及传动轴的转换位移数据、转角数据，其中所述转换位移数据是将相机坐标系下的传动轴各位置的径向位移数据转化到整车坐标系；

根据转换位移数据和转角数据，判断并确定车辆传动系统的复合振动的形式；

其中，所述通过相机采集系统检测传动轴在工作中的位移数据的步骤具体包括：

建立整车坐标系OXYZ，且对每个相机分别建立相机坐标系O_nX_nY_nZ_n，其中整车坐标系中的OX-OZ平面与各相机的O_nX_n-O_nZ_n位于同一平面，n为相机的个数且沿轴向按为1至n依次排列；

确定整车坐标系的Z轴与与各相机的O_nX_n-O_nZ_n坐标系的Z_n轴之间的夹角γ_n；

通过各相机采集传动轴在相机坐标系内的径向位移数据h_n，其中传动轴处于匀加速工况下进行采集。

2.如权利要求1所述的用于检测车辆传动系统的复合振动的方法，其特征在于，所述通过转速测试系统检测传动轴在工作过程中的转速数据的步骤具体包括：

对相机进行预先设置，使多个相机的排列方向平行于传动轴的轴向；

在传动轴的轴向的不同的检测点上沿圆周方向等间隔设置数个光斑，相机的光心在光斑所在的平面内且与光斑重合；

在相机的坐标系内，标定相机的光心到像平面的垂直距离以及光心在像平面内投影位置，以使相机所拍摄的像平面的坐标统一到对应相机的相机坐标系中。

3.如权利要求1所述的用于检测车辆传动系统的复合振动的方法，其特征在于，所述通过转速测试系统检测传动轴在工作过程中的转速数据的步骤具体包括：

对转速传感器进行预先设置，使多个转速传感器的排列方向平行于传动轴的轴向，并在传动轴的轴向的两端位置且沿圆周方向等间隔设置数个光栅，使转速传感器对准光栅；

通过各转速传感器采集传动轴两端的转速数据，其中在传动轴处于匀加速工况下进行采集。

4.如权利要求3所述的用于检测车辆传动系统的复合振动的方法，其特征在于，所述根据位移数据和转速数据，获取车辆传动系统的共振频率以及传动轴的转换位移数据、转角数据的步骤具体包括：

对各相机所采集到的径向位移数据h_n进行FFT处理，得到位移数据幅频特性曲线，并分析得到传动系统的位移共振频率；

将相机坐标系下的传动轴各位置的径向位移数据转化到整车坐标系下，得到转动轴各位置的转换位移数据H_n；其中H_n＝h_ncosγ_n；

对传动轴两端的转速数据进行FFT处理，得到转速数据幅频特性曲线，并分析得到传动系统的转动共振频率；

对传动轴两端的转速数据进行积分处理得到传动轴两端的转角数据α₁与α₂。

5.如权利要求3所述的用于检测车辆传动系统的复合振动的方法，其特征在于，所述根据转换位移数据和转角数据，判断并确定车辆传动系统的复合振动的形式的步骤具体包括：

根据转换位移数据H_n和转角数据α₁与α₂，获取转换位移数据的时域曲线，以及两端转角α₁与α₂的时域曲线；

根据各位置的转换位移数据H_n，得到相邻位置之间的位移差值H_差，其中H_差＝H_n—H_n+1；

根据传动轴两端的转角数据α₁与α₂；得到两端之间的转角差值α_差，其中α_差＝α₁—α₂；

根据H_差和α_差，得到车辆传动系统的复合振动的形式。

6.如权利要求5所述的用于检测车辆传动系统的复合振动的方法，其特征在于，所述的根据H_差和α_差，得到车辆传动系统的复合振动的形式的步骤中：

当各H_差＝0，且α_差＝0，确定车辆传动系统未发生振动；

当各H_差≠0，且α_差＝0，确定车辆传动系统产生弯曲振动；

当各H_差＝0，且α_差≠0，确定车辆传动系统产生扭转振动；

当各H_差≠0，且α_差≠0，确定车辆传动系统产生弯曲-扭转复合振动。

7.如权利要求1所述的用于检测车辆传动系统的复合振动的方法，其特征在于，所述根据转换位移数据和转角数据，判断并确定车辆传动系统的复合振动的形式的步骤之后还包括步骤：

根据位移数据、转角数据以及共振频率发生时间，判断并确定车辆传动系统的弯曲模态和扭转模态。

8.如权利要求7所述的用于检测车辆传动系统的复合振动的方法，其特征在于，所述根据位移数据、转角数据以及共振频率发生时间，判断并确定车辆传动系统的弯曲模态和扭转模态的步骤具体包括：

根据传动轴的各检测点的径向位移数据h_n的幅频特性曲线，以及传动轴前端与后端转速数据的幅频特性曲线，确定传动轴的共振频率发生的时间t₁-t_k，k表示发生共振的次数；

分别绘制t₁-t_k各时刻的传动轴的各检测点在整车坐标系下的位移图，其中横坐标表示传动轴位置，纵坐标表示位移，并对各检测点的位移连线，以判断传动系统的弯曲模态；

分别绘制t₁-t_k时刻的传动轴的两端的转角图，其中横坐标表示传动轴的位置，纵坐标表示转角，并对两端的转角连线，以判断传动系统的扭转模态。

9.一种用于检测车辆传动系统的复合振动的设备，其特征在于，包括至少3个相机以及至少2个转速传感器；

所述相机和所述转速传感器用于实现如权利要求1-8任一所述的用于检测车辆传动系统的复合振动的方法。