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时间:2019-01-10
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1、重型车辆AMT故障预测和健康管理系统研究 摘要:电控机械式自动变速器(AMT)是影响传动系统性能和保证车辆有效运行的关键部件。针对重型车辆AMT的主要故障特征,设计了重型车辆AMT故障预测和健康管理(PHM)系统的结构,介绍了各部分的功能,对AMTPHM系统的研制具有一定的指导和借鉴意义。 关键词:AMT;PHM;特征提取;多传感器融合;D-S证据;灰色预测。 TheresearchonAMTPrognosticsandHealthManagementsystemofheavyvehicle HuYu1,LiangWei2 (1SpaceonT&CTecho
2、nlogyCo.,Ltd,Chengdu,611731,China;2UniversityofElectronicScienceandTechnology,Chendu,610054,China) Abstract:AMTisthekeyparttoinfluencetheperformanceofthetransmissionsystemandensuretheeffectiveoperationofthevehicle.Aimatthemainfaultfeaturesofheavyvehicle'sAMT,thestructureofAMTPrognostic
3、sandHealthManagementsystemofheavyvehiclewasdesignedandfunctionofdifferentpartswasintroducedinthisarticle,whichhasacertainbrandofreferenceandguidanceontherearshofAMTPHMsystem. Keywords:AMT;PHM;featureextraction;Multy-sensor7fusion;D-Senvidence;greyprediction 电控机械式自动变速器(AutomaticMechani
4、calTransmission,AMT)是在原有手动变速器基本结构不变的情况下,通过加装微机控制的自动操纵机构,取代原来由驾驶员人工完成的离合器分离、接合和选换档操作,以实现换档自动化[1,2]。重型车辆使用环境相对恶劣,条件复杂,造成AMT负载大,容易发生故障。 目前AMT的维修方式主要采用“事后维修”和定期强制保养,带来了一系列问题。事后维修,不坏不修,维修只是在出现了故障后进行的修理,这种方式隐含着对人身安全的威胁和造成财产重大损失的危机。定期强制保养往往造成盲目修理或失修现象[3]。 故障预测和健康管理(PrognosticsandHealthManage
5、ment,PHM)技术是一个涵盖基础材料、机械结构、能源、电子、自动测试、可靠性、信息等多领域的交叉学科和研究热门方向,具有重要的应用价值和现实意义[4,5]。利用对设备状态具有感知、预测和决策能力的PHM技术可以及时地发现AMT关键部件的故障并进行更换,实现AMT保障由定期计划维修向基于状态的维修转变,保证车辆有效运转具有重要意义。 1AMT故障特征 AMT系统保持了车辆原有的发动机、离合器和变速箱的总成结构,仅少量改变了换挡操纵系统,取消了变速箱和换挡手柄之间的机械连接以及离合器踏板,由自动变速箱控制单元(TransmissionControl7Unit,TC
6、U)、传感器和执行机构等组成,以TCU为核心,通过传感器感知车辆运行状态,应用自动变速理论,驱动执行机构控制离合器的结合与分离以及选换挡机构的动作,以实现自动换挡[6]。内部的齿轮和滚动轴承磨损是AMT的主要机械故障。齿轮故障主要分为齿面的磨损、齿面的胶合和擦伤、齿面的接触疲劳、弯曲疲劳与断齿。其中断齿和点蚀是齿轮故障的主要故障模式。轴承常见故障形式有疲劳剥落、磨损、塑性变形、腐蚀、断裂、胶合和保持架损坏等[7]。 2AMTPHM系统 PHM的关键特性是预测和健康管理能力。通过研究AMT的故障特征,从功能划分和模块化设计的角度分析,AMTPHM系统结构如图1所示。
7、AMTPHM系统各部分的主要功能如下: 2.1数据采集与处理 数据采集是PHM系统基础信息获取的源头。齿轮和滚动轴承的故障是在振动方面体现出来的,因此采用振动信号检测是齿轮和滚动轴承故障诊断的主要手段。同时,AMT的滚动轴承及齿轮出现故障会以碰撞、摩擦的形式表现出来,而碰撞、摩擦会导致声信号、高频振动、发热、脉冲声发射及摩擦连续声发射等物理现象[8]。因此,采用加速度传感器、声发射传感器及温度传感器进行数据采集。传感器的选择及其检测的物理量如表1所示。 数据处理使用滤波、平均、统计分析、谱分析等方法处理数据采集的数据,把数据转换成数据库或健康管
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