基于功率譜分析的純電動汽車驅(qū)動電機(jī)故障實(shí)時預(yù)警系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及的純電動汽車驅(qū)動電機(jī)故障預(yù)警系統(tǒng)，尤其是涉及基于功率譜分 析的純電動汽車驅(qū)動電機(jī)故障實(shí)時預(yù)警系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 功率譜分析法用于設(shè)備故障檢測，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于機(jī)械行業(yè)。此方法通過比較當(dāng) 前的功率譜與預(yù)先記錄的正常工作情況下的功率譜的差異，來發(fā)現(xiàn)早期故障，以避免事故 發(fā)生。
[0003] 目前，將振動功率譜分析的原理用于汽車故障預(yù)警的相關(guān)工作一直在進(jìn)行。在傳 統(tǒng)汽車中，由于在各種復(fù)雜道路情況下，車輛的振動功率譜與路況高度相關(guān)，且由于發(fā)動 機(jī)、變速箱、油栗等動力系統(tǒng)的存在，使得振動源過多并且相互影響，功率譜中耦合很多環(huán) 境因素，造成對故障辨識的可靠性較低。因此，通過振動準(zhǔn)確快速地定位動力系統(tǒng)故障難度 較大，目前還未見諸有關(guān)這方面的報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本實(shí)用新型目的在于提供一種基于功率譜分析的純電動汽車驅(qū)動電機(jī)故障實(shí)時 預(yù)警系統(tǒng)。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取下述技術(shù)方案：
[0006] 本實(shí)用新型所述基于功率譜分析的純電動汽車驅(qū)動電機(jī)故障實(shí)時預(yù)警系統(tǒng)，包括 安裝在純電動汽車左、右前輪懸架上的第一、第二三軸加速度傳感器(三維振動加速度傳感 器），和安裝在純電動汽車驅(qū)動電機(jī)保護(hù)罩上的第三三軸加速度傳感器(三維振動加速度傳 感器）；所述第一、第二、第三三軸加速度傳感器的信號輸出端分別通過信號調(diào)理電路模塊 與數(shù)字信號處理器對應(yīng)的一個信號輸入接口連接;所述數(shù)字信號處理器的通信接口通過 CAN通信模塊與純電動汽車的整車控制器通信連接。
[0007] 本實(shí)用新型優(yōu)點(diǎn)在于通過安裝在純電動汽車左、右前輪懸架上的第一、第二三軸 加速度傳感器，和安裝在純電動汽車驅(qū)動電機(jī)保護(hù)罩上的第三三軸加速度傳感器，對行駛 的純電動汽車進(jìn)行振動測量，純電動汽車的整車控制器通過對觀測向量解耦合消除路況干 擾，得到獨(dú)立的驅(qū)動電機(jī)實(shí)際功率譜，將實(shí)時功率譜信息與純電動汽車的整車控制器內(nèi)的 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫比對，從而達(dá)到早期識別驅(qū)動電機(jī)故障之目的。
【附圖說明】
[0008] 圖1是本實(shí)用新型的電路原理結(jié)構(gòu)框圖。
[0009] 圖2是本實(shí)用新型所述第一、第二、第三三軸加速度傳感器的安裝位置示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010] 如圖1、2所示，本實(shí)用新型所述基于功率譜分析的純電動汽車驅(qū)動電機(jī)故障實(shí)時 預(yù)警系統(tǒng)，包括安裝在純電動汽車左、右前輪懸架1、2上的第一、第二三軸加速度傳感器3、 4,和安裝在純電動汽車驅(qū)動電機(jī)保護(hù)罩5上的第三三軸加速度傳感器6;第一、第二三軸加 速度傳感器3、4用于感知路況對車體振動的影響，第三三軸加速度傳感器6用于檢測驅(qū)動電 機(jī)的振動強(qiáng)度。第一、第二、第三三軸加速度傳感器3、4、6的信號輸出端分別將米集到的振 動數(shù)據(jù)經(jīng)過信號調(diào)理電路模塊輸出給數(shù)字信號處理器(DSP:digital signal processor) 進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，得到反映振動強(qiáng)度(功率)和頻率的振動譜信息，并將振動譜信息通過CAN通 信模塊傳至純電動汽車的整車控制器(VCU);整車控制器將收到的振動譜數(shù)據(jù)解耦合，得到 驅(qū)動電機(jī)獨(dú)立的實(shí)時振動功率譜，并將實(shí)時振動功率譜與整車控制器內(nèi)的數(shù)據(jù)庫中驅(qū)動電 機(jī)標(biāo)準(zhǔn)振動功率譜進(jìn)行對比，當(dāng)實(shí)時振動功率譜與驅(qū)動電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)振動功率譜相差超出設(shè)定 的范圍值時，整車控制器向駕駛員發(fā)出提示，實(shí)現(xiàn)對驅(qū)動電機(jī)故障的實(shí)時預(yù)警。
[0011]本實(shí)用新型的工作原理簡述如下：
[0012] 本預(yù)警系統(tǒng)主要關(guān)注振動頻率在50kHz以內(nèi)的振動。實(shí)施過程中整車控制器執(zhí)行 內(nèi)部程序：
[0013] 1、根據(jù)香農(nóng)采樣定理，第一、第二和第三三軸加速度傳感器(三維振動加速度傳感 器)3、4、6采樣頻率設(shè)定為100ΚΗz，采樣周期為10us。采樣窗口時間為10ms，共1000個采樣 點(diǎn)。每個采樣點(diǎn)均包括一個三維的振動數(shù)據(jù)。取其各維度"平方和"數(shù)值代表振動功率。對該 1000個振動功率點(diǎn)進(jìn)行FFT( (Fast Fourier Transformation)，快速傅氏變換），得到該處 的振動功率譜。根據(jù)驅(qū)動電機(jī)、車體的固有頻率和諧振頻率，選取最具代表性的若干頻率下 的譜值。
[0014] 2、通過結(jié)構(gòu)設(shè)計仿真軟件和整車試驗(yàn)，得到任意振動源對車輛內(nèi)部任意點(diǎn)的振動 能量傳遞系數(shù)。選取驅(qū)動電機(jī)和左、右前輪懸架1、2作為三軸加速度傳感器的安裝位置。
[0015] 設(shè)矩陣
[0016]
[0017] Yf為左、右前輪懸架1、2和驅(qū)動電機(jī)保護(hù)罩5三個位置處三軸加速度傳感器在某頻 率f下的振動能量譜的觀測向量。
[0018] 矩陣
[0020] Af為某頻率f下的能量傳遞系數(shù)矩陣，該矩陣為對角矩陣。
[0021] 矩陣
[0022]
[0023] Xf為左、右前輪懸架1、2和驅(qū)動電機(jī)保護(hù)罩5三個位置處當(dāng)前實(shí)際振動能量譜向 量。
[0024] 因此：
[0025] Yf= AfXXf
[0026] 求解上式得
[0027] Xf=Yf+Af
[0028] 其中，分量即為某頻率下驅(qū)動電機(jī)實(shí)際振動功率譜的信息，從而消除路面振動源 對驅(qū)動電機(jī)造成的影響。
[0029] 3、根據(jù)車輛前期試驗(yàn)獲得的驅(qū)動電機(jī)在標(biāo)準(zhǔn)工況下(正常工況)的振動功率譜(正 常工況下驅(qū)動電機(jī)的扭矩、轉(zhuǎn)速離散數(shù)據(jù)），針對當(dāng)前驅(qū)動電機(jī)扭矩和轉(zhuǎn)速值，使用B樣條算 法進(jìn)行曲線擬合處理，得到近似的功率譜值。比對上述計算的振動功率譜，即可找出驅(qū)動電 機(jī)是否出現(xiàn)異?，F(xiàn)象。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于功率譜分析的純電動汽車驅(qū)動電機(jī)故障實(shí)時預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于:包括 安裝在純電動汽車左、右前輪懸架上的第一、第二三軸加速度傳感器，和安裝在純電動汽車 驅(qū)動電機(jī)保護(hù)罩上的第三三軸加速度傳感器;所述第一、第二、第三三軸加速度傳感器的信 號輸出端分別通過信號調(diào)理電路模塊與數(shù)字信號處理器對應(yīng)的一個信號輸入接口連接;所 述數(shù)字信號處理器的通信接口通過CAN通信模塊與純電動汽車的整車控制器通信連接。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于功率譜分析的純電動汽車驅(qū)動電機(jī)故障實(shí)時預(yù)警系統(tǒng)，包括安裝在純電動汽車左、右前輪懸架上的第一、第二三軸加速度傳感器和安裝在驅(qū)動電機(jī)保護(hù)罩上的第三三軸加速度傳感器；第一、第二、第三三軸加速度傳感器的信號輸出端通過信號調(diào)理電路模塊與數(shù)字信號處理器對應(yīng)的一個信號輸入接口連接；數(shù)字信號處理器的通信接口通過CAN通信模塊與純電動汽車的整車控制器通信連接。本實(shí)用新型優(yōu)點(diǎn)在于對行駛的純電動汽車進(jìn)行振動測量，純電動汽車的整車控制器通過對觀測向量解耦合消除路況干擾，得到獨(dú)立的驅(qū)動電機(jī)實(shí)際功率譜，將實(shí)時功率譜信息與純電動汽車的整車控制器內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫比對，從而達(dá)到早期識別驅(qū)動電機(jī)故障之目的。
【IPC分類】B60L3/00
【公開號】CN205256026
【申請?zhí)枴緾N201521084563
【發(fā)明人】袁建州, 劉洋, 李晨, 趙靜藝, 劉建, 于麗娜, 魏禎祁, 付攀
【申請人】鄭州日產(chǎn)汽車有限公司
【公開日】2016年5月25日
【申請日】2015年12月23日