汽车传动轴运行状态监测装置及检测传动轴故障的方法与流程

本发明涉及传动轴技术领域，具体的说是汽车传动轴运行状态监测装置及检测故障的方法。

背景技术：

传动轴是汽车传动系中传递动力的重要部件，它的作用是与变速箱、驱动桥一起将发动机的动力传递给车轮，使汽车产生驱动力，传动轴状态健康与否对车辆的安全有巨大的影响。在车辆行驶过程中实时对传动轴的状态进行监测，并根据监测结果及时向驾驶员发出故障警告，是保证车辆行驶安全的重要手段，但是在现有技术中还缺乏此类方法。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的不足，本发明提供一种汽车传动轴运行状态监测装置及检测传动轴故障的方法，能够在车辆行驶过程中对传动轴的故障情况进行实时监测，并且能够根据监测结果向驾驶员发出报警。

为了实现上述目的，本发明采用的具体方案为：

汽车传动轴运行状态监测装置，包括固定套设在汽车转动轴的轴套上的安装座，在安装座上固定设置有用于对传动轴的振动状态进行监测的主振动监测装置，在装配有该传动轴的汽车内部还固定设置有用于对汽车整体的振动状态进行监测的从振动监测装置，主振动监测装置和从振动监测装置均通过zigbee技术无线连接至zigbee中心节点，在zigbee中心节点中存储有振动阈值，zigbee中心节点从主振动监测装置和从振动监测装置获取传动轴和汽车整体的振动数据，并将两种振动数据和振动阈值进行对比以判断传动轴是否发生故障。

所述主振动监测装置包括由顶板、底板和四个侧板围合出的箱体，在箱体内设置有振动传感器；所述振动传感器包括柱状的本体，本体的一端上设置有引线，本体的另外一端上固定设置有感应头，感应头的周侧壁上设置有第一螺纹，感应头的靠近本体的部分上固定套设有安装螺母；所述底板上固定设置有底座，底座的上表面的中心处开设有螺孔，所述感应头通过第一螺纹固定设置在螺孔中；所述安装螺母的周侧套设有限位盘，限位盘的周侧通过第二螺纹连接有套筒，第一螺纹和第二螺纹的旋进方向相反，套筒的下端套设在所述底座上，套筒的上端固定连接有主板，主板上设置有电源适配器和zigbee终端节点，所述振动传感器通过引线与电源适配器和zigbee终端节点电连接；所述套筒的周侧还设置有若干个电源，电源通过电源连接线与所述电源适配器电连接；所述从振动监测装置的结构与所述主振动监测装置的结构相同。

所述套筒的上端的外壁上固定设置有连接环，所述主板通过若干个第二螺栓与所述连接环固定连接。

所述套筒的周侧还设置有若干个隔板，隔板垂直设置并且与顶板和底板固定连接，在隔板的上部开设有穿线孔，所述电源设置在隔板与侧板之间，且电源的电源连接线从穿线孔中穿出；

所述顶板的上表面还均匀固设有若干个散热鳍片；所述主板上还设置有发射天线，发射天线与zigbee终端节点电连接并用于提高zigbee终端节点的发射功率。

所述从振动监测装置固定设置在汽车控制台上，且从振动监测装置的电源与汽车电源电连接。

所述套筒的下端通过若干个沿圆周方向均匀分布的第一螺栓与所述底座固定连接。

所述限位盘的上表面还固定设置有两个定位块，且两个定位块关于限位盘的轴线对称。

汽车传动轴运行状态监测装置检测传动轴故障的方法，具体步骤如下：

s1、初始化zigbee中心节点，设置两个振动阈值x1和x2，并且有0<x1<x2，其中0～x1是正常范围，x1～x2是警告范围，大于x2的范围是异常范围；

s2、当汽车启动时，zigbee中心节点启动并自动与主振动监测装置和从振动监测装置组网；

s3、在汽车行进过程中，由主振动监测装置和从振动监测装置实时对传动轴和汽车的振动状态进行监测；

s4、主振动监测装置在监测过程中，执行自动休眠机制，自动休眠机制包括以下步骤：

p1、主振动监测装置进行时间为t的高性能监测，高性能监测实时向zigbee中心节点发送监测值，如果在时间t内监测到大于x1的监测值，则刷新时间t，如果监测值在时间t内均处于0～x1的范围内，则主振动监测装置进入休眠模式，单次休眠时间为t；

p2、在休眠模式下，主振动监测装置持续对传动轴的振动状态进行低性能监测，低性能监测将所有监测到的在0～x1范围内的监测值记为0并暂时存储，同时中断向zigbee中心节点发送监测值；

p3、在主振动监测装置进入休眠模式并持续了时间t之后，主振动监测装置中断休眠模式，一次性将暂时存储的监测值发送给zigbee中心节点，然后进行持续时间为的高性能监测，如果在的时间内监测结果仍然在0～x1的范围内，则主振动监测装置再次进入休眠模式；

p4、如果主振动监测装置在单次休眠时间t内监测到大于x1的振动值，则主振动监测装置立即中断休眠模式并开设进行高性能监测，如果监测值在x1～x2范围内，则主振动监测装置开始进行持续时间为2t的高性能监测，如果监测值在大于x2的范围内，则主振动监测装置开始进行持续时间为的高性能监测；

s5、从振动监测装置在监测过程中，持续向zigbee中心节点发送监测数据；

s6、zigbee中心节点在接受到主振动监测装置发送来的监测值后与从振动监测装置发送来的监测值进行对比，对比情况及对应措施如下：

c1、在同一时刻，如果主振动监测装置和从振动监测装置的监测值都在0～x1或者x1～x2或者大于x2的范围内，则不做处理；

c2、如果主振动监测装置的监测值在x1～x2，从振动监测装置的监测值在0～x1，则zigbee中心节点判定传动轴可能出现故障，并通过无线方式向车主手机发出故障预警，在发出n次故障预警后，zigbee中心节点判定传动轴出现故障，并向车主手机发出报警。

优选地，t＞t。

有益效果：

1、本发明通过主振动监测装置对传动轴的振动状况进行监测，通过从振动监测装置对汽车整体的振动状况进行监测，利用主振动监测装置的结果对传动轴的健康状况进行判断，利用从振动监测装置对主振动监测装置的监测结果进行修正，有效避免了误判的发生，确保判断结果的准确性；

2、主振动监测装置通过自动休眠机制，有效地延长了电源单次充电的使用时间，还能延长装置的使用寿命；

3、通过限位盘和套筒的配合，实现锁紧振动传感器，防止振动传感器松动的目的，能够有效保证振动传感器工作状态的稳定，进而防止振动传感器的监测值出现异常；

4、主振动监测装置在传动轴两侧的质量分布是均匀的，不会对传动轴的动平衡产生影响。

附图说明

图1是整体结构示意图；

图2是主振动监测装置结构示意图；

图3是限位盘结构示意图；

图4是振动传感器结构示意图；

图5是扭矩传感器设置方式示意图。

附图标记：1、轴套，2、安装座，3、主振动监测装置，4、底板，5、侧板，6、顶板，7、散热鳍片，8、电源，801、电源连接线，9、套筒，10、底座，11、连接环，12、第一螺栓，13、限位盘，1301、定位块，1302、六角孔，14、振动传感器，1401、引线，1402、本体，1403、安装螺母，1404、感应头，15、主板，16、隔板，1601、穿线孔，17、电源适配器，18、发射天线，19、zigbee终端节点，20、第二螺栓，21、轴杆，22、扭矩传感器，2201、环状电极，2202、环状天线，2203、隔离环，23、供电及发信装置，24、密封盘。

具体实施方式

下面根据附图具体说明本发明的实施方式。

如图1至4所示，汽车传动轴运行状态监测装置，包括固定套设在汽车转动轴的轴套1上的安装座2，在安装座2上固定设置有用于对传动轴的振动状态进行监测的主振动监测装置3，在装配有该传动轴的汽车内部还固定设置有用于对汽车整体的振动状态进行监测的从振动监测装置，主振动监测装置3和从振动监测装置均通过zigbee技术无线连接至zigbee中心节点，在zigbee中心节点中存储有振动阈值，zigbee中心节点从主振动监测装置3和从振动监测装置获取传动轴和汽车整体的振动数据，并将两种振动数据和振动阈值进行对比以判断传动轴是否发生故障。

主振动监测装置3包括由顶板6、底板4和四个侧板5围合出的箱体，在箱体内设置有振动传感器14。振动传感器14包括柱状的本体1402，本体1402的一端上设置有引线1401，本体1402的另外一端上固定设置有感应头1404，感应头1404的周侧壁上设置有第一螺纹，感应头1404的靠近本体1402的部分上固定套设有安装螺母1403。顶板6的上表面还均匀固设有若干个散热鳍片7。底板4上固定设置有底座10，底座10的上表面的中心处开设有螺孔，感应头1404通过第一螺纹固定设置在螺孔中。

安装螺母1403的周侧套设有限位盘13，限位盘13的上表面还固定设置有两个定位块1301，且两个定位块1031关于限位盘13的轴线对称。限位盘13的周侧通过第二螺纹连接有套筒9，第一螺纹和第二螺纹的旋进方向相反，套筒9的下端套设在底座10上并通过若干个第一螺栓12与底座10固定连接，套筒9的上端的外壁上固定设置有连接环11，连接环11通过若干个第二螺栓20固定链接有主板15，套筒9的上端固定连接有主板15，主板15上设置有电源适配器17和zigbee终端节点19，振动传感器14通过引线1401与电源适配器17和zigbee终端节点19电连接。主板15上还设置有发射天线18，发射天线18与zigbee终端节点19电连接并用于提高zigbee终端节点19的发射功率。

套筒9的周侧还设置有若干个隔板16，隔板16垂直设置并且与顶板6和底板4固定连接，在隔板16与侧板5之间设置有若干个电源8，电源8通过电源连接线801与电源适配器17电连接，且电源8的电源连接线801从穿线孔1601中穿出。

从振动监测装置的结构与主振动监测装置3的结构相同，从振动监测装置固定设置在汽车控制台上，且从振动监测装置的电源8与汽车电源电连接。

现有的振动传感器在安装的时候大都采用的是螺纹固定的方式，但是设置在传动轴上的时候，因为传动轴处于一个比较封闭的环境中，如果振动传感器发生松动，会造成监测值与实际情况之间产生较大的偏差，而造成对传动轴状态的判断失误，同时又很难对其进行调整，会导致监测系统失效。为了防止振动传感器14松动或者脱落，在安装螺母1403上套设一个限位盘13，限位盘13通过开设在中心处的六角孔1302与安装螺母1403配合，振动传感器14安装好之后，将套筒9与限位盘13连接，然后把套筒9的下端通过第一螺栓12与底座10固定连接好。因为感应头1404上的第一螺纹的旋进方向和连接环13上的第二螺纹旋进方向是相反的，所以如果振动传感器14发生松动，那么振动传感器14会向上移动，进而带动限位环13向上移动，但是限位环13在套筒9的作用下无法向上移动，就可以锁紧振动传感器14防止其脱落。

在结构上，主振动监测装置3的结构是对称的，安装时使主振动监测装置3的对称轴与轴套1平行，能够使主振动监测装置3在传动轴两侧的质量分布是均匀的，从而不会因为主振动监测装置3自身的质量分布不均对传动轴造成影响，从而能够保证监测结果的准确性。

汽车传动轴运行状态监测装置检测传动轴故障的方法，具体步骤如下：

s1、初始化zigbee中心节点，设置两个振动阈值x1和x2，并且有0<x1<x2，其中0～x1是正常范围，x1～x2是警告范围，大于x2的范围是异常范围；

s2、当汽车启动时，zigbee中心节点启动并自动与主振动监测装置和从振动监测装置组网；

s3、在汽车行进过程中，由主振动监测装置和从振动监测装置实时对传动轴和汽车的振动状态进行监测；

s4、主振动监测装置在监测过程中，执行自动休眠机制，自动休眠机制包括以下步骤：

p1、主振动监测装置进行时间为t的高性能监测，t＞t，高性能监测实时向zigbee中心节点发送监测值，如果在时间t内监测到大于x1的监测值，则刷新时间t，如果监测值在时间t内均处于0～x1的范围内，则主振动监测装置进入休眠模式，单次休眠时间为t；

p2、在休眠模式下，主振动监测装置持续对传动轴的振动状态进行低性能监测，低性能监测将所有监测到的在0～x1范围内的监测值记为0并暂时存储，同时中断向zigbee中心节点发送监测值；

p3、在主振动监测装置进入休眠模式并持续了时间t之后，主振动监测装置中断休眠模式，一次性将暂时存储的监测值发送给zigbee中心节点，然后进行持续时间为的高性能监测，如果在的时间内监测结果仍然在0～x1的范围内，则主振动监测装置再次进入休眠模式；

p4、如果主振动监测装置在单次休眠时间t内监测到大于x1的振动值，则主振动监测装置立即中断休眠模式并开设进行高性能监测，如果监测值在x1～x2范围内，则主振动监测装置开始进行持续时间为2t的高性能监测，如果监测值在大于x2的范围内，则主振动监测装置开始进行持续时间为的高性能监测；

s5、从振动监测装置在监测过程中，持续向zigbee中心节点发送监测数据；

s6、zigbee中心节点在接受到主振动监测装置发送来的监测值后与从振动监测装置发送来的监测值进行对比，对比情况及对应措施如下：

c1、在同一时刻，如果主振动监测装置和从振动监测装置的监测值都在0～x1或者x1～x2或者大于x2的范围内，则不做处理；

c2、如果主振动监测装置的监测值在x1～x2，从振动监测装置的监测值在0～x1，则zigbee中心节点判定传动轴可能出现故障，并通过无线方式向车主手机发出故障预警，在发出n次故障预警后，zigbee中心节点判定传动轴出现故障，并向车主手机发出报警。

在实际情况中，因为传动轴附近是很难接线的，因此主振动监测装置3采用无线的方式对检测值进行传输，也就导致了主振动监测装置3必须自备电源，为了延长一次充电的使用时间，必须尽量在保证监测效果的情况下降低能源的消耗。本发明通过自动休眠机制，使主振动监测装置3能够根据监测值的具体情况执行高性能监测或者低性能监测，在汽车平稳行驶并且监测值无异常的情况下，进入低性能监测，通过中断无线传输和降低计算复杂度来降低能耗，从而延长单次充电的使用时间以及装置的使用寿命。

在汽车行驶过程中，传动轴的振动情况除了受自身状况影响外，还会受到汽车行驶状况的影响，在颠簸路况中，汽车整体的振动也会叠加到传动轴的振动上，容易引起对传动轴振动情况的误判，本发明通过在汽车内增加从振动监测装置来对主振动监测装置3的监测值进行校验，从而有效避免了此类误判的发生。因为从振动监测装置和zigbee中心节点都是设置在汽车内部的，因此比较方便走线，可以直接与汽车电源连接，无需执行自动休眠机制。

如图5所示，在传动轴的轴杆21上还固定设置有扭矩传感器22，扭矩传感器22为接触式扭矩传感器，为现有技术，再次不再详述。在扭矩传感器22上并列设置有两个环状电极2201和一个环状天线2202，且相邻的两个环状电极2201之间和环状电极2201与环状天线2202之间均设置有隔离环2203。环状电极2201、环状天线2202和隔离环2203均贯通轴套1，在轴套1上固定设置有供电及发信装置23，且供电及发信装置23与轴套1通过密封盘24固定连接，密封盘24能够确保不会有杂质进入到轴杆21与轴套1之间。供电及发信装置23通过两个电刷与两个环状电极2201配合持续向扭矩传感器22供电，扭矩传感器22的监测数据则通过环状天线2202实时传输给供电及发信装置23，供电及发信装置23上也设置有一个zigbiee终端节点，并通过该zigbee终端节点将扭矩传感器22的监测值实时发送给zigbee中心节点，zigbee中心节点在接收到扭矩检测值后，通过扭矩监测值计算出车辆载重，并将载重值和绝对时间无线传输给驾驶员手机，如果驾驶员手机有信号，则通过移动网络将载重值和绝对时间传输给交管部门，交管部门发现汽车超载即可及时将其拦截，避免危险发生；考虑到在很多地区移动网络信号状况不佳，如果驾驶员手机无信号，则手机将载重值和绝对时间暂时存储，待信号良好的时候再统一发送给交管部门。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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……”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。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。