轉(zhuǎn)向齒輪實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及汽車的故障監(jiān)控與診斷領(lǐng)域，尤其涉及到一種汽車轉(zhuǎn)向齒輪實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程 監(jiān)控與故障診斷系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來我國汽車工業(yè)飛速發(fā)展，已經(jīng)成為世界第一大汽車生產(chǎn)國，各型汽車也已 經(jīng)走進(jìn)千家萬戶，與此同時(shí)由于汽車故障所導(dǎo)致的車禍時(shí)有發(fā)生，雖然汽車的安全性和可 靠性相較過去都有極大提高，但是汽車在運(yùn)行時(shí)發(fā)生故障難以避免。特別是汽車的轉(zhuǎn)向系 統(tǒng)一旦發(fā)生故障，極有可能導(dǎo)致嚴(yán)重的安全事故，所以很有必要對(duì)汽車的轉(zhuǎn)向齒輪的進(jìn)行 狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，分析并預(yù)測出汽車轉(zhuǎn)向齒輪可能發(fā)生的各類故障情況，從而指導(dǎo)汽車 用戶及時(shí)維修或跟換汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，最大可能的避免因轉(zhuǎn)向齒輪所導(dǎo)致的交通事故。
[0003] 目前在各型汽車中還沒有任何裝置來實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車轉(zhuǎn)向齒輪的實(shí)時(shí)在線監(jiān)控。由于 汽車轉(zhuǎn)向齒輪的振動(dòng)信號(hào)屬于高頻信號(hào)，普通監(jiān)控和故障診斷系統(tǒng)不具有針對(duì)性，無法滿 足汽車轉(zhuǎn)向齒輪的監(jiān)控和故障診斷的要求。同時(shí)，為了滿足汽車遠(yuǎn)距離移動(dòng)的要求，有必要 開發(fā)一種能夠符合汽車實(shí)際使用特點(diǎn)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。本發(fā)明正是為了解決這一難題而提 出的，通過一種汽車轉(zhuǎn)向齒輪實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)采集汽車轉(zhuǎn)向齒輪運(yùn)行狀態(tài)信息，并 傳輸給遠(yuǎn)端服務(wù)器，通過智能診斷算法實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車齒輪故障的在線診斷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明提供一種汽車轉(zhuǎn)向齒輪實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)， 實(shí)時(shí)采集汽車轉(zhuǎn)向齒輪運(yùn)行狀態(tài)信息，并傳輸給遠(yuǎn)端服務(wù)器，通過智能診斷算法實(shí)現(xiàn)對(duì)汽 車齒輪故障的在線診斷。
[0005] 根據(jù)本發(fā)明提供的一種轉(zhuǎn)向齒輪實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)，包括：轉(zhuǎn)向齒輪檢測系 統(tǒng)、遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)；
[0006] 所述轉(zhuǎn)向齒輪檢測系統(tǒng)，包括：振動(dòng)傳感器、采集器、工控機(jī)、無線發(fā)射模塊；
[0007] 振動(dòng)傳感器，用于將轉(zhuǎn)向齒輪的振動(dòng)加速度信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)傳輸給米集器；
[0008] 采集器，用于對(duì)所述電信號(hào)進(jìn)行A/D采集，并將A/D采集得到的數(shù)字信號(hào)傳輸給工 控機(jī)；
[0009] 工控機(jī)，用于將數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)在本地形成轉(zhuǎn)向齒輪狀態(tài)振動(dòng)信息；
[0010] 無線發(fā)射模塊，用于將轉(zhuǎn)向齒輪狀態(tài)振動(dòng)信息進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸給遠(yuǎn)程故障診斷 系統(tǒng)；
[0011] 所述遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)，包括：服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、智能診斷模塊、診斷信息 發(fā)布平臺(tái)；
[0012] 服務(wù)器，用于通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)接收無線發(fā)射模塊發(fā)來的轉(zhuǎn)向齒輪狀態(tài)振動(dòng)信息；
[0013] 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，用于存儲(chǔ)來自服務(wù)器的轉(zhuǎn)向齒輪狀態(tài)振動(dòng)信息；
[0014] 智能診斷模塊，用于對(duì)轉(zhuǎn)向齒輪狀態(tài)振動(dòng)信息進(jìn)行特征提取，從而判別出轉(zhuǎn)向齒 輪的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)故障進(jìn)行提前預(yù)警；
[0015] 診斷信息發(fā)布平臺(tái)，用于對(duì)轉(zhuǎn)向齒輪的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)發(fā)布，并提供轉(zhuǎn)向齒輪 的運(yùn)行狀態(tài)的歷史數(shù)據(jù)的查詢服務(wù)。
[0016] 優(yōu)選地，所述振動(dòng)傳感器，包括非接觸式電渦流位移振動(dòng)傳感器，所述非接觸式電 渦流位移振動(dòng)傳感器包括：傳感器探頭、前置調(diào)理模塊；
[0017] 所述傳感器探頭，用于向轉(zhuǎn)向齒輪安裝軸的金屬被測表面發(fā)射電渦流和感應(yīng)金屬 被測表面的磁通，根據(jù)電磁效應(yīng)將磁通變化轉(zhuǎn)換為電流變化，進(jìn)而輸出電流信號(hào)；
[0018] 所述前置調(diào)理模塊，包括：振蕩器、檢測電路、放大器以及線性補(bǔ)償電路；
[0019] 振蕩器，用于將傳感器探頭輸出的電流信號(hào)轉(zhuǎn)化成調(diào)頻和調(diào)幅的載波信號(hào)；
[0020] 檢測電路，用于從經(jīng)過振蕩器調(diào)頻和調(diào)幅后的載波信號(hào)中提取低頻信號(hào)；
[0021] 放大器，用于對(duì)檢測電路輸出的低頻信號(hào)進(jìn)行放大后作為放大輸出信號(hào)輸出；
[0022] 線性補(bǔ)償電路，用于對(duì)放大輸出信號(hào)進(jìn)行調(diào)理得到的反饋信號(hào)反饋給振蕩器。
[0023] 優(yōu)選地，所述振動(dòng)傳感器包括兩個(gè)同規(guī)格的非接觸式電渦流位移振動(dòng)傳感器，該 兩個(gè)同規(guī)格的非接觸式電渦流位移振動(dòng)傳感器以分布對(duì)稱的方式安裝在轉(zhuǎn)向齒輪的兩側(cè)， 并且非接觸式電渦流位移振動(dòng)傳感器距離轉(zhuǎn)向齒輪的相對(duì)位置保持不變，從而在轉(zhuǎn)向齒輪 安裝軸向方向上的振動(dòng)情況由這兩個(gè)非接觸式電渦流位移振動(dòng)傳感器分別監(jiān)測得到。
[0024] 優(yōu)選地，所述的智能診斷模塊，包括如下裝置：
[0025] 第一處理裝置，用于小波包分解，具體地，將轉(zhuǎn)向齒輪狀態(tài)振動(dòng)信息k(t)進(jìn)行分 解，公式如下：
[0026] X= <k(t),Φ(t) >
[0027] 式中，〈·，·>為內(nèi)積運(yùn)算，Φ( ·)為小波包分解濾波器組，t為時(shí)間變量，x表示 分解系數(shù)序列；
[0028] 第二處理裝置，用于節(jié)點(diǎn)重采樣，具體地，對(duì)所得分解系數(shù)序列X按每個(gè)小波包底 層節(jié)點(diǎn)進(jìn)行重采樣，采樣函數(shù)為：
[0029]X'=G(sort(X，assending)，0·5)
[0030] 式中，？表示重采樣后的系數(shù)序列，G(·，0. 5)表示采樣函數(shù)，0. 5為重采樣比例 參數(shù)，即：
[0031]G(x,0. 5)= {xj,ieQodd
[0032] 其中，{x丄ie表示取分解系數(shù)序列x中所有的奇數(shù)順序序列值；sort( ·) 為排序函數(shù)；assending為升序參數(shù)，升序參數(shù)函數(shù)表示對(duì)輸入序列進(jìn)行升序排列；
[0033] 第三處理裝置，用于節(jié)點(diǎn)熵值計(jì)算，具體地，求重采樣后的系數(shù)序列X'的作為熵 值的平方和，公式如下：
[0034] s=sum(x'）2=Σ(X'）2
[0035] 式中，s表示熵值的計(jì)算結(jié)果；
[0036] 將各個(gè)小波包分解的底層節(jié)點(diǎn)的熵值的計(jì)算結(jié)果的集合組成向量作為信號(hào)特征 向量S，記為S= {s};
[0037] 第四處理裝置，用于歸一化，具體地，對(duì)用于訓(xùn)練數(shù)據(jù)集的所有信號(hào)特征向量求得 均值μ和標(biāo)準(zhǔn)方差σ，進(jìn)行歸一化處理，得到歸一化后的特征向量S'，其中：
[0038] S' = {(s-y)/〇}
[0039] 第五處理裝置，用于基準(zhǔn)距離判別，具體地，將訓(xùn)練數(shù)據(jù)集中轉(zhuǎn)向齒輪無故障運(yùn)行 的數(shù)據(jù)所得特征向量作為基準(zhǔn)向量％，計(jì)算任意輸入數(shù)據(jù)的特征向量S與基準(zhǔn)向量s。的余 弦歐式距離sim(s,s。）：
[0040]
[0041] 式中，Θ表示特征向量S與基準(zhǔn)向量s。之間余弦角度；
[0042] 若所得的余弦歐式距離小于閾值0. 1，則認(rèn)為轉(zhuǎn)向齒輪處于故障狀態(tài)。
[0043] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：
[0044] 1、本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向齒輪的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)的在線監(jiān)控，從而分析出汽車轉(zhuǎn) 向系統(tǒng)的可能存在的故障和工作狀態(tài)，對(duì)汽車的維護(hù)和避免事故提供可靠地技術(shù)指導(dǎo)。
[0045] 2、通過廣泛的應(yīng)用，本發(fā)明可以對(duì)不同批次的汽車轉(zhuǎn)向齒輪設(shè)計(jì)和加工中可能導(dǎo) 致的故障缺陷進(jìn)行分析，從而可以達(dá)到產(chǎn)品的批次控制盒質(zhì)量管理。
[0046] 3、由于本發(fā)明采用基于無線移動(dòng)通信的方式實(shí)現(xiàn)汽車數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸功能，所以 對(duì)車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展具有推動(dòng)作用。
【附圖說明】
[0047] 通過閱讀參照以下附圖的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更 明顯：
[0048] 圖1為本發(fā)明的監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0049] 圖2為本發(fā)明的數(shù)據(jù)鏈路圖。
[0050] 圖3為非接觸電渦流位移振動(dòng)傳感器測量結(jié)構(gòu)示意圖。
[0051] 圖中：
[0052] 1-探頭
[0053] 2-被測物體
[0054] 3-磁通
[0055] 4-渦流
【具體實(shí)施方式】：
[0056] 以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)一步的說明， 以充分了解本發(fā)明的目的、特征和效果。
[0057]圖1所示，本發(fā)明所提供的一種汽車轉(zhuǎn)向齒輪實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，包括：汽車轉(zhuǎn)向 齒輪檢測裝置和汽車轉(zhuǎn)向齒輪故障診斷系統(tǒng)。具體實(shí)施時(shí)，振動(dòng)傳感器安裝在汽車轉(zhuǎn)向齒 輪傳動(dòng)軸與軸承的連接部位，當(dāng)汽車轉(zhuǎn)向齒輪工作時(shí)，齒輪的振動(dòng)會(huì)沿著傳動(dòng)軸被振動(dòng)傳 感器感知，并將振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)；采用2M/s的高速采集器將高頻振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行模數(shù) 轉(zhuǎn)換，并通過USB總線傳輸給安裝在汽車上的工控機(jī)上，工控機(jī)首先對(duì)這些振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行 預(yù)處理，然后控制無線發(fā)射模塊將這些數(shù)據(jù)通過3G/4G網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)竭h(yuǎn)端服務(wù)器。位于監(jiān)控 中心的服務(wù)器終端在接收到該檢測終端數(shù)據(jù)后，存儲(chǔ)在面向故障診斷特點(diǎn)的數(shù)據(jù)系統(tǒng)中， 然后通過智能診斷算法對(duì)當(dāng)前所有數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，從而得出汽車轉(zhuǎn)向齒輪的運(yùn)行狀態(tài) 并能夠發(fā)現(xiàn)潛在的設(shè)備故障。
[0058] 本發(fā)明具體實(shí)施例中，各個(gè)汽車中所安裝的轉(zhuǎn)向齒輪檢測裝置都有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)編 號(hào)，并通過無線發(fā)射模塊將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為移動(dòng)通信信號(hào)，在基站的中轉(zhuǎn)下直接傳輸給連 接在以太網(wǎng)中具有固定IP地址的服務(wù)器上。如圖2所示。
[0059] 本發(fā)明具體實(shí)施例中，汽車轉(zhuǎn)向齒輪檢測裝置可以直接通過汽車上的蓄電池供 電。傳感器、采集器和無線發(fā)射模塊的供電電源可以通過工控機(jī)的內(nèi)部電壓轉(zhuǎn)化電路解決， 并通過各型接口為其供電，工控機(jī)的輸入電壓24V直流，汽車上的蓄電池可以供電24V直流 電，所以可以直接用汽車蓄電池為整個(gè)檢測裝置供電。
[0060] 本發(fā)明具體實(shí)施例中，遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)中對(duì)振動(dòng)信號(hào)采用重采樣小波包熵的處理方 式，小波包具體采用消失矩為3階的雙正交小波進(jìn)行分解，所得分解系數(shù)按每個(gè)小波包底 層節(jié)點(diǎn)進(jìn)行重采樣，具體按統(tǒng)計(jì)函數(shù)G(sort(x,assending, 1/2))進(jìn)行重新采樣，采樣后的 系數(shù)求其平方熵值，以得到描述信號(hào)的特征。由正常時(shí)的振動(dòng)信號(hào)給出基準(zhǔn)特征。在故障 時(shí)，其特征會(huì)產(chǎn)生偏離，此時(shí)對(duì)新的信號(hào)特征采用歸一化的歐式距離函數(shù)求得偏離程度，以 此作為故障診斷的判據(jù)。
[0061] 本發(fā)明通過在每個(gè)汽車上安裝轉(zhuǎn)向齒輪檢測裝置，汽車轉(zhuǎn)向齒輪的運(yùn)行狀態(tài)信息 實(shí)時(shí)傳輸給遠(yuǎn)端的智能診斷系統(tǒng)中，同時(shí)檢測裝置采用汽車蓄電池供電，無需額外供電源。
[0062] 更為具體地，根據(jù)本發(fā)明提供的