专利名称：微面汽车驱动桥可靠性台架试验在线监测与故障诊断设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及微面汽车驱动桥技术领域，具体涉及一种微面汽车驱动桥可靠性台架试验在线监测与故障诊断设备。
背景技术：
汽车驱动桥是微面汽车的关键部件之一，且工作条件也最为恶劣。因此它的工作可靠性是保证车辆动力性和行驶性以及燃油经济性的关键。后驱动桥在台架上进行可靠性试验过程中，随着传动轴动力和运动的输入、主减齿轮的啮合传动，包括主减齿轮、支撑轴承、半轴、差速齿轮、车桥等在内零部件，不仅要发生正常的摩擦磨损，而且要产生振动和噪声，润滑油液温度也将发生一定的变化。所以在台架上在对驱动桥进行可靠性试验时，如果研发一套在线监测与故障系统监测驱动桥上关键部位的振动、噪声、温度、扭矩、应力等参数，对研究驱动桥关键零部件的疲劳寿命与可靠性机理、损伤机理、振动噪声机理具有很重大的实用意义。
实用新型内容有鉴于此，本实用新型提供了一种微面汽车驱动桥可靠性台架试验在线监测与故障诊断设备，能够较为全面地监测驱动桥上关键部位的振动、噪声、温度、扭矩、应力等参数，进而能够利用这些参数进行故障诊断和可靠性评估，从而达到在线监测与故障诊断的效果。该方案是这样实现的一种微面汽车驱动桥可靠性台架试验在线监测与故障诊断设备，包括4套振动加速度计、3套扭矩传感器、4套温度传感器、3套应力传感器、4套声级计、以及转速传感器、 信号处理器、数据采集卡各一套、数据低速采集和存储模块、故障诊断模块、数据高速采集模块、数据库、可靠性预测模块，以及图形输出模块；4套振动加速度计分别布置在驱动桥左半轴轴承座、驱动桥主减壳体、驱动桥右半轴轴承座、传动轴联接轴承座处；3套扭矩传感器分别布置在驱动桥左半轴、驱动桥右半轴、传动轴与电机联接之间；4套温度传感器与4个振动加速度计布置位置相同；4套声级计分别布置在距离驱动桥左半轴轴承座50cm的位置、距离驱动桥主减壳体50cm的位置、距离驱动桥右半轴轴承座50cm的位置、距离传动轴联接轴承座50cm的位置；3套应力传感器，分别布置在驱动桥主减壳体、驱动桥左半轴轴承支撑部位、驱动桥右半轴轴承支撑部位；转速传感器，布置在传动轴与电机联接装置之间；信号处理器连接所有传感器和数据采集卡，数据低速采集分别连接大周期数据获取模块和小周期数据获取模块；大周期数据获取模块分别连接数据库、小周期数据获取模块、故障诊断模块和图形输出模块；小周期数据获取模块分别连接数据库、故障诊断模块和图形输出模块；故障诊断模块分别连接数据库、可靠性预测模块和图形输出模块；可靠性预测诊断模块进一步连接数据库和图形输出模块。其中，信号处理器，具有阻抗变换、积分、滤波和放大功能，对所有传感器采集的数据进行数字信号处理后输出给数据采集卡；数据采集卡按照设定频率采集信号处理器处理后的传感器信号；大周期数据获取模块，接收数据采集卡发来的传感器信号，将每分钟内每路传感器信号中的最大值作为大周期数据保存到数据库中，并将大周期数据作为监测数据之一发送给图形输出模块；当振动、噪声或温度信号有效值超过国家标准值或行业标准值时，启动小周期数据获取模块并触发故障诊断模块。小周期数据获取模块，在被启动后从数据采集卡中获取各传感器的实时数据即小周期数据，每个通道数据长度大于4096个点，将小周期数据保存到数据库并且作为监测数据之一发送给图形输出模块；故障诊断模块，在被触发后从数据库提取最近至少2个小时的大周期数据和小周期数据采集模块本次被启动后获得的小周期数据，利用提取的数据进行故障诊断，将故障诊断结果发送给可靠性预测模块和图形输出模块；可靠性预测模块，从数据库提取最近至少2个小时的大周期数据和小周期数据采集模块本次被启动后获得的小周期数据，利用大周期数据、小周期数据、运动部件的运动特征以及故障诊断结果获得各个零部件的健康指数，绘制健康指数随时间变化的趋势曲线， 并利用时间序列模型预测驱动桥可靠性，将可靠性预测结果发送给图形输出模块；图形输出模块，输出监测数据、故障诊断结果、可靠性预测结果；数据库，用于存储各种传感器信号和经过数字信号处理后的各种信号。有益效果本实用新型基于主减齿轮、轴承故障振动噪声机理研究、振动噪声与驱动桥可靠性寿命的关系的理论和实验研究，确定了一系列的关键测点，采用各类传感器监测这些关键测点的振动、噪声、温度、扭矩、转速、应力信号，利用关键测点的传感器信号进行故障诊断，从而达到全面在线监测与故障诊断的效果。本实用新型所设计的驱动桥在线监测与故障诊断系统，可以为驱动桥的可靠性试验提供一个评价标准，有利于对驱动桥振动噪声污染的控制和治理。该系统不仅可以应用汽车驱动桥的监测与故障诊断，还可推广应用于其它机械系统振动噪声信号的采集与分析。
图1为本实用新型在线监测与故障诊断设备的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图并举实施例，对本实用新型进行详细描述。本实用新型提供了一种微面汽车驱动桥可靠性台架试验在线监测与故障诊断设备，基于主减齿轮、轴承故障振动噪声机理研究、振动噪声与驱动桥可靠性寿命关系的理论和实验研究，确定了一系列的关键测点，采用各类传感器监测这些关键测点的振动、噪声、 温度、扭矩、转速、应力信号，利用关键测点的传感器信号进行故障诊断，从而达到在线监测与故障诊断的效果。图1为本实用新型在线监测与故障诊断设备的结构示意图，如图1所示，该设备包括4套振动加速度计、3套扭矩传感器、4套温度传感器、3套应力传感器、4套声级计、1套转速传感器、1套信号处理器和控制单元；控制单元包括数据采集卡、数据低速采集和存储模块、故障诊断模块、数据高速采集模块、数据库、可靠性预测模块，以及图形输出模块。 4套振动加速度计分别布置在驱动桥左半轴轴承座、驱动桥主减壳体、驱动桥右半轴轴承座、传动轴联接轴承座处；3套扭矩传感器分别布置在驱动桥左半轴、驱动桥右半轴、传动轴与电机联接之间；4套温度传感器与4个振动加速度计布置位置相同；4套声级计分别布置在距离驱动桥左半轴轴承座50cm的位置、距离驱动桥主减壳体50cm的位置、 距离驱动桥右半轴轴承座50cm的位置、距离传动轴联接轴承座50cm的位置；3套应力传感器，分别布置在驱动桥主减壳体、驱动桥左半轴轴承支撑部位、驱动桥右半轴轴承支撑部位；转速传感器，布置在传动轴与电机联接装置之间。信号处理器连接所有传感器和数据采集卡，数据低速采集分别连接大周期数据获取模块和小周期数据获取模块；大周期数据获取模块分别连接数据库、小周期数据获取模块、故障诊断模块和图形输出模块；小周期数据获取模块分别连接数据库、故障诊断模块和图形输出模块；故障诊断模块分别连接数据库、可靠性预测模块和图形输出模块；可靠性预测诊断模块进一步连接数据库和图形输出模块。下面对除传感器的各模块功能进行详细描述。信号处理器，具有阻抗变换、积分、滤波和放大功能，对所有传感器采集的数据进行数字信号处理后输出给数据采集卡。数据采集卡按照设定频率和数据长度采集信号处理器处理后的传感器信号。大周期数据获取模块，接收数据采集卡发来的传感器信号，将每分钟内每路传感器信号中的最大值作为大周期数据保存到数据库中，从而获得了振动、噪声、温度、扭矩、驱动桥桥壳主要部位应力信号长周期性规律，并将大周期数据作为监测数据之一发送给图形输出模块，以便图形输出模块输出显示。当振动、噪声或温度信号有效值超过国家标准值或行业标准值的10%时，可以判定后驱动桥工作异常，启动小周期数据获取模块并触发故障诊断模块。小周期数据获取模块，在被启动后从数据采集卡中获取各传感器的实时数据即小周期数据，数据长度可以任意设定，但每个通道数据长度大于4096个点，本实施例中设定每个通道数据长度为4096，将获取的小周期数据保存到数据库并且作为监测数据之一发送给图形输出模块。故障诊断模块，在被触发后从数据库提取最近至少2个小时的大周期数据和小周期数据采集模块本次被启动后获得的4096个点的小周期数据，利用提取的振动、噪声、温度、扭矩、驱动桥桥壳主要应力信号的时域、频域和幅域参数，尤其是峭度系数，完成驱动桥主要零部件的常规故障诊断，常规故障诊断包括齿轮的磨损、点蚀、胶合，轴承的磨损、疲劳点蚀、裂纹、轴的裂纹，将故障诊断结果发送给可靠性预测模块和图形输出模块。本模块中，可以采用三层神经网络建立振动、噪声、温度、扭矩等参数与各种故障的内在联系。可靠性预测模块，从数据库提取最近至少2个小时的大周期数据和小周期数据采集模块本次被启动后获得的小周期数据，利用大周期数据、小周期数据、运动部件的运动特征以及故障诊断结果获得各个零部件的健康指数，绘制健康指数随时间变化的趋势曲线， 并利用时间序列模型预测驱动桥可靠性，将可靠性预测结果发送给图形输出模块。 图形输出模块，输出监测数据、故障诊断结果、可靠性预测结果(屏幕显示与打印)，完成试验报告的生成与打印工作。数据库，用于存储各传感器信号和经过数字信号处理后的各种信号。该设备还可以包括参数设置模块，完成驱动桥型号、主减齿轮齿数、模数、轴承型号、信号采集频率、 数据长度等设置。参数标定模块，完成振动、噪声、温度等传感器的标定，标定完成后将具体数值保存到数据库中。数据管理功能模块，用于管理数据库，对设计结果和原始输入参数进行调用，并对存储输入输出的文件进行管理和修改。综上所述，以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种微面汽车驱动桥可靠性台架试验在线监测与故障诊断设备，其特征在于，包括 4套振动加速度计、3套扭矩传感器、4套温度传感器、3套应力传感器、4套声级计、以及转速传感器、信号处理器、数据采集卡各一套、数据低速采集和存储模块、故障诊断模块、数据高速采集模块、数据库、可靠性预测模块，以及图形输出模块；4套振动加速度计分别布置在驱动桥左半轴轴承座、驱动桥主减壳体、驱动桥右半轴轴承座、传动轴联接轴承座处；3套扭矩传感器分别布置在驱动桥左半轴、驱动桥右半轴、传动轴与电机联接之间； 4套温度传感器与4个振动加速度计布置位置相同；4套声级计分别布置在距离驱动桥左半轴轴承座50cm的位置、距离驱动桥主减壳体 50cm的位置、距离驱动桥右半轴轴承座50cm的位置、距离传动轴联接轴承座50cm的位置； 3套应力传感器，分别布置在驱动桥主减壳体、驱动桥左半轴轴承支撑部位、驱动桥右半轴轴承支撑部位；转速传感器，布置在传动轴与电机联接装置之间；信号处理器连接所有传感器和数据采集卡，数据低速采集分别连接大周期数据获取模块和小周期数据获取模块；大周期数据获取模块分别连接数据库、小周期数据获取模块、故障诊断模块和图形输出模块；小周期数据获取模块分别连接数据库、故障诊断模块和图形输出模块；故障诊断模块分别连接数据库、可靠性预测模块和图形输出模块；可靠性预测诊断模块进一步连接数据库和图形输出模块。
2.如权利要求1所述的微面汽车驱动桥可靠性台架试验在线监测与故障诊断设备，其特征在于，信号处理器，具有阻抗变换、积分、滤波和放大功能，对所有传感器采集的数据进行数字信号处理后输出给数据采集卡；数据采集卡按照设定频率采集信号处理器处理后的传感器信号； 大周期数据获取模块，接收数据采集卡发来的传感器信号，将每分钟内每路传感器信号中的最大值作为大周期数据保存到数据库中，并将大周期数据作为监测数据之一发送给图形输出模块；当振动、噪声或温度信号有效值超过国家标准值或行业标准值时，启动小周期数据获取模块并触发故障诊断模块；小周期数据获取模块，在被启动后从数据采集卡中获取各传感器的实时数据即小周期数据，每个通道数据长度大于4096个点，将小周期数据保存到数据库并且作为监测数据之一发送给图形输出模块；故障诊断模块，在被触发后从数据库提取最近至少2个小时的大周期数据和小周期数据采集模块本次被启动后获得的小周期数据，利用提取的数据进行故障诊断，将故障诊断结果发送给可靠性预测模块和图形输出模块；可靠性预测模块，从数据库提取最近至少2个小时的大周期数据和小周期数据采集模块本次被启动后获得的小周期数据，利用大周期数据、小周期数据、运动部件的运动特征以及故障诊断结果获得各个零部件的健康指数，绘制健康指数随时间变化的趋势曲线，并利用时间序列模型预测驱动桥可靠性，将可靠性预测结果发送给图形输出模块； 图形输出模块，输出监测数据、故障诊断结果、可靠性预测结果； 数据库，用于存储各种传感器信号和经过数字信号处理后的各种信号。
专利摘要本实用新型公开了一种微面汽车驱动桥可靠性台架试验在线监测与故障诊断设备，其中4套振动加速度计和4套温度传感器分别布置在驱动桥左、右半轴轴承座、驱动桥主减壳体、传动轴联接轴承座处；3套扭矩传感器分别布置在驱动桥左、右半轴、传动轴与电机联接之间；4套声级计分别布置在距离驱动桥左、右半轴轴承座、驱动桥主减壳体、传动轴联接轴承座50cm的位置；3套应力传感器分别布置在驱动桥主减壳体、驱动桥左、右半轴轴承支撑部位；控制单元采集大、小周期数据以进行故障诊断和可靠性预测。使用本实用新型能够监测驱动桥上关键部位的振动、噪声、温度、扭矩、应力参数，从而实现故障诊断和可靠性评估，达到在线监测与故障诊断的效果。
文档编号G01M17/007GK202119630SQ20112021893
公开日2012年1月18日 申请日期2011年6月26日 优先权日2011年6月26日
发明者余波, 宁梦茜, 宋金响, 张曼, 李惠彬, 钱乾, 黄华 申请人:北京理工大学, 重庆长安汽车股份有限公司