基于功率譜分析的純電動汽車驅(qū)動電機故障實時預(yù)警方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及的純電動汽車驅(qū)動電機故障預(yù)警方法，尤其是涉及基于功率譜分析的 純電動汽車驅(qū)動電機故障實時預(yù)警方法。
【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、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] 本發(fā)明目的在于提供一種基于功率譜分析的純電動汽車驅(qū)動電機故障實時預(yù)警 方法。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取下述技術(shù)方案： 本發(fā)明所述基于功率譜分析的純電動汽車驅(qū)動電機故障實時預(yù)警方法，按照下述步驟 進行： 第一步，在純電動汽車的左、右前輪懸架上和驅(qū)動電機保護罩上分別安裝第一、第二、 第三三軸加速度傳感器;第一、第二三軸加速度傳感器用于感知路況對車體振動的影響，第 三三軸加速度傳感器用于檢測驅(qū)動電機的振動強度； 第二步、將第一、第二、第三三軸加速度傳感器采集到的振動數(shù)據(jù)經(jīng)過信號調(diào)理電路模 塊輸出給數(shù)字信號處理器進行轉(zhuǎn)換處理，得到所述左、右前輪懸架和驅(qū)動電機保護罩位置 處的振動強度和頻率的振動譜信息； 第三步、將第二步得到的振動譜信息通過CAN通信模塊傳輸給純電動汽車的整車控制 器； 第四步、所述整車控制器將收到的振動譜數(shù)據(jù)解耦合，得到驅(qū)動電機獨立的實時振動 功率譜，然后將實時振動功率譜與整車控制器數(shù)據(jù)庫中的驅(qū)動電機標(biāo)準(zhǔn)振動功率譜進行對 比，當(dāng)實時振動功率譜與驅(qū)動電機標(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，實現(xiàn)對驅(qū)動電機故障的實時預(yù)警。
[0006] 本發(fā)明優(yōu)點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)動電機保護罩上的第三三軸加速度傳感器，對行駛的純 電動汽車實時進行振動測量，純電動汽車的整車控制器通過對觀測向量解耦合以消除路況 干擾，得到獨立的驅(qū)動電機實際功率譜，將實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，從而達到早期識別驅(qū)動電機故障之目的。
【附圖說明】
[0007] 圖1是本發(fā)明的電路原理結(jié)構(gòu)框圖。
[0008] 圖2是本發(fā)明所述第一、第二、第三三軸加速度傳感器的安裝位置示意圖。
【具體實施方式】
[0009] 如圖1、2所示，本發(fā)明所述基于功率譜分析的純電動汽車驅(qū)動電機故障實時預(yù)警 方法，按照下述步驟進行： 第一步，在純電動汽車的左、右前輪懸架1、2上和驅(qū)動電機保護罩3上分別安裝第一、第 二、第三三軸加速度傳感器4、5、6;第一、第二三軸加速度傳感器4、5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)動電機的振動強度； 第二步、將第一、第二、第三三軸加速度傳感器4、5、6采集到的振動數(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)進行轉(zhuǎn)換處理，得到所 述左、右前輪懸架1、2和驅(qū)動電機保護罩3位置處的振動強度(功率)和頻率的振動譜信息； 第三步、將第二步得到的振動譜信息通過CAN通信模塊傳輸給純電動汽車的整車控制 器(VCU); 第四步、整車控制器將收到的振動譜數(shù)據(jù)解耦合，得到驅(qū)動電機獨立的實時振動功率 譜，然后將實時振動功率譜與整車控制器數(shù)據(jù)庫中的驅(qū)動電機標(biāo)準(zhǔn)振動功率譜進行對比， 當(dāng)實時振動功率譜與驅(qū)動電機標(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，實現(xiàn)對驅(qū)動電機故障的實時預(yù)警。
[0010] 本發(fā)明的工作原理簡述如下： 本預(yù)警系統(tǒng)主要關(guān)注振動頻率在50kHz以內(nèi)的振動。實施過程中整車控制器執(zhí)行內(nèi)部 程序： 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） 4、5、6采樣頻率設(shè)定為IOOKHz，采樣周期為10us。采樣窗□時間為10ms，共1000個采樣點。每 個采樣點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 個振動功率點進行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、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。
[0011] 2、通過結(jié)構(gòu)設(shè)計仿真軟件和整車試驗，得到任意振動源對車輛內(nèi)部任意點的振動 能量傳遞系數(shù)。選取左、右前輪懸架1、2和驅(qū)動電機罩3作為三軸加速度傳感器的安裝位置。 [0012] 設(shè)矩陣
Yf為左、右前輪懸架1、2和驅(qū)動電機保護罩3三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。
[0013] 矩陣
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。
[0014] 矩陣
Xf為左、右前輪懸架1、2和驅(qū)動電機保護罩3三個位置處當(dāng)前實際振動能量譜向量。
[0015] 因此： Yf= AfXXf 求解上式得 Xf=Yf+Af 其中，分量即為某頻率下驅(qū)動電機實際振動功率譜的信息，從而消除路面振動源對驅(qū) 動電機造成的影響。
[0016] 3、根據(jù)車輛前期試驗獲得的驅(qū)動電機在標(biāo)準(zhǔn)工況下(正常工況)的振動功率譜(正 常工況下驅(qū)動電機的扭矩、轉(zhuǎn)速離散數(shù)據(jù)），針對當(dāng)前驅(qū)動電機扭矩和轉(zhuǎn)速值，使用B樣條算 法進行曲線擬合處理，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 機是否出現(xiàn)異常現(xiàn)象。
【主權(quán)項】
1. 一種基于功率譜分析的純電動汽車驅(qū)動電機故障實時預(yù)警方法，其特征在于:按照 下述步驟進行： 第一步，在純電動汽車的左、右前輪懸架上和驅(qū)動電機保護罩上分別安裝第一、第二、 第三三軸加速度傳感器;第一、第二三軸加速度傳感器用于感知路況對車體振動的影響，第 三三軸加速度傳感器用于檢測驅(qū)動電機的振動強度； 第二步、將第一、第二、第三三軸加速度傳感器采集到的振動數(shù)據(jù)經(jīng)過信號調(diào)理電路模 塊輸出給數(shù)字信號處理器進行轉(zhuǎn)換處理，得到所述左、右前輪懸架和驅(qū)動電機保護罩位置 處的振動強度和頻率的振動譜信息； 第三步、將第二步得到的振動譜信息通過CAN通信模塊傳輸給純電動汽車的整車控制 器； 第四步、所述整車控制器將收到的振動譜數(shù)據(jù)解耦合，得到驅(qū)動電機獨立的實時振動 功率譜，然后將實時振動功率譜與整車控制器數(shù)據(jù)庫中的驅(qū)動電機標(biāo)準(zhǔn)振動功率譜進行對 比，當(dāng)實時振動功率譜與驅(qū)動電機標(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，實現(xiàn)對驅(qū)動電機故障的實時預(yù)警。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于功率譜分析的純電動汽車驅(qū)動電機故障實時預(yù)警方法，在純電動汽車的左、右前輪懸架上和驅(qū)動電機保護罩上安裝三軸加速度傳感器；將三軸加速度傳感器采集到的振動數(shù)據(jù)經(jīng)過信號調(diào)理電路模塊輸出給數(shù)字信號處理器進行轉(zhuǎn)換處理，得到左、右前輪懸架和驅(qū)動電機保護罩位置處的振動強度和頻率的振動譜信息，通過CAN通信模塊傳輸給純電動汽車的整車控制器解耦合，得到驅(qū)動電機獨立的實時振動功率譜，將實時振動功率譜與整車控制器數(shù)據(jù)庫中的驅(qū)動電機標(biāo)準(zhǔn)振動功率譜進行對比，當(dāng)實時振動功率譜與驅(qū)動電機標(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，達到早期識別驅(qū)動電機故障之目的。
【IPC分類】B60L3/00
【公開號】CN105620290
【申請?zhí)枴緾N201510977929
【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6月1日
【申請日】2015年12月23日