[發(fā)明專利]振動信號多域特征融合的電控制動系統(tǒng)傳動故障診斷方法

在審

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• 申請日: 2022-05-17
• 公開（公告）號: CN114943250A
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發(fā)明（設計）人: 郭斌;陳麗平;趙靜;閆晗;譚新新;陳威;金建輝
• 申請（專利權）人: 杭州沃鐳智能科技股份有限公司
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/62
• 代理公司: 杭州惟臻專利代理事務所(普通合伙) 33398
• 代理人: 陳輝

本發(fā)明公開了振動信號多域特征融合的電控制動系統(tǒng)傳動故障診斷方法，本發(fā)明通過模擬實車制動過程，采集汽車電控制動助力電機工作時振動信號和輸出位移信號，并分離出故障特征數(shù)據(jù)，融合時域特征值分析、時頻域短時傅里葉分析、基于位移重采樣的階次分析三種方法，基于支持向量機的模式識別診斷汽車電控制動助力電機傳動故障，判斷汽車電控制動助力電機的合格性，避免有安全隱患的汽車電控制動助力系統(tǒng)部件流入市場。

技術領域

本發(fā)明涉及檢測領域，尤其是涉及振動信號多域特征融合的電控制動系統(tǒng)傳動故障診斷方法。

背景技術

傳動故障診斷在主減速器、變速箱、電機、發(fā)動機等領域運用很廣泛，例如合肥工業(yè)大學趙志軍基于階次分析與振速法對汽車主減速器的質量進行了研究；同濟大學的王遠程提出階次分析在齒輪變速箱故障診斷中的應用,武漢科技大學張翔基于階次分析的風機齒輪箱振動信號分析與故障診斷；東北大學鄭頔基于多領域混合建模的汽車動力傳動系統(tǒng)的振動與噪聲分析技術；吉林大學劉英杰乘用車動力總成NVH性能匹配與控制研究等。主減速器、變速箱、電機和發(fā)動機都是只有旋轉運動，可以連續(xù)采集振動數(shù)據(jù)，并且可以直接采集轉速信號進行階次分析，但汽車電控制動助力系統(tǒng)電機將通過滾珠絲桿將電機的旋轉運動轉化為直線運動，因為絲桿限制了運動的范圍，只能采集有限的數(shù)據(jù)，且無法采集電機的轉速數(shù)據(jù)，不適用與傳統(tǒng)的階次分析方法。電動助力器制動時包含旋轉運動和直線運動兩種運動形式，目前沒有傳動故障診斷的相應方法。

汽車電控制動助力系統(tǒng)電機在運轉中，會產(chǎn)生多種頻率的振動，不同的結構單元會有不同的振動分量，不同的工作狀態(tài)，振動信號也不同。當機械結構存在故障時，汽車電控制動助力系統(tǒng)電機會產(chǎn)生新的振動分量或某些振動分量的幅值會增大。

業(yè)內也已有專門的振動噪聲分析軟件，例如比利時LMS公司的LMS Test.Lab軟件集成了數(shù)據(jù)采集、數(shù)字信號處理、結構試驗、旋轉機械分析、聲學和環(huán)境試驗等功能，可直接分析得出振動信號階次數(shù)據(jù)，但該軟件需要連續(xù)采集振動數(shù)據(jù)，汽車電控制動助力系統(tǒng)電機基于快速制動的需求，在緊急制動時，從制動踏板啟動，到制動踏板全行程走完實現(xiàn)制動，工作的時間沒有超過1秒，制動傳動機構大齒輪旋轉圈數(shù)只有幾圈，采集的有效數(shù)據(jù)非常有限，采集數(shù)據(jù)從數(shù)量上不能滿足LMS Test.Lab軟件的測試要求。此外，LMS Test.Lab價格較為昂貴，且無法實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場的在線實時診斷，適用于實驗室分析處理。奧地利的DEWESOFT公司的DEWESOFT X3軟件集成了信號采集、FFT變換分析、STFT變換分析、階次跟蹤等功能，但階次跟蹤需要同時采集轉速和振動信號，而FFT變換只適用于勻速旋轉且旋轉周期已知的情況下分析。汽車電控制動助力系統(tǒng)電機的運動是非勻速、非穩(wěn)態(tài)，且無法采集轉速信號。

綜上所述，齒輪箱、電機、發(fā)動機等常規(guī)旋轉機械可以連續(xù)采集，可采集大量振動數(shù)據(jù)進行分析，汽車電控制動助力系統(tǒng)電機制動過程較快，且行程有限，采集的振動數(shù)據(jù)少，不容易診斷傳動故障。業(yè)內的振動噪聲分析軟件雖然集成了采集、分析等很多功能，但都不能提供模擬負載，且測試條件苛刻，需要同步采集轉速信號。汽車電控制動助力系統(tǒng)電機通過絲桿將電機的旋轉運動轉化為直線運動，電機及傳動機構封閉于制動部件殼體內，由直線運動的推桿進行輸出，無法采集轉速數(shù)據(jù)，因此不能使用常規(guī)的階次分析方法。

而汽車零部件的異常振動主要是由內部的機械裝置損壞或工作狀態(tài)不正常引起的。常見的故障部位主要有齒輪、軸承、軸、箱體緊固體等。汽車零部件最主要的故障部位是齒輪，對于電動助力器而言，主要故障部位也是齒輪。當電動助力器運轉時，由于制造誤差和局部損壞以及裝配不良等因素的影響，電動助力器的齒輪和外部的干涉力相互作用，產(chǎn)生復雜的振動信號。齒輪常見的損傷形式有：齒面膠合、齒面磨損、輪齒斷裂、齒面接觸疲勞等。因此目前需要一種能夠在電機轉動時檢測傳動齒輪是否正常的方法。

發(fā)明內容