重型车辆amt故障预测和健康管理系统研究

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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