1.本发明属于车辆故障监控技术领域,尤其涉及一种车桥故障检测诊断系统及其方法。
背景技术:2.城市公交车、长短途客运车、物流运输车、货运卡车、各类特种车、消防车、矿卡运输车等车辆底盘上分布有不同类型车桥总成,而轮毂分总成属于车桥上重要组成部分,其外部与钢圈轮胎相连接,用于支撑轮胎,轮毂内部分布两个圆锥滚子轴承,实现轮胎的滚动。轮毂中的轴承属于易损件,运行到一定里程数后损坏。目前上述车辆所用车桥,其轮毂轴承何时损坏失效基本靠人工判断,存在损坏或者故障的轴承继续使用,会导致整车运行时振动会不断加大,对于乘用车,乘客体验会变差;油封寿命缩短,底盘车桥或者其它部位发生漏油现象;造成悬挂损坏,尤其是橡胶缓冲件;制动衬片与制动盘异常摩擦卡滞,使行车阻力大大增加,滚动不畅,极易导致整个轮端高温烧蚀;左右车轮制动差异和左右车轮的轴承损坏均会导致车辆跑偏,影响转弯和车辆稳定性,胎噪变大,高速行驶时存在较大安全隐患;如果为前桥轮毂轴承损坏,转向系统失灵,影响人身安全。
3.前、后桥总成制动系统为常规盘式或者鼓式制动器,车辆在运行过程中,无法了解当前制动温度是否偏高、制动器工作是否正常,以及是否需要立即进行保养维修等问题比较被动。一般制动器上安装有温度传感器,但是无法对制动器是否发生抱死,以及预警作用的提示不够精准。
4.车桥内主减速器总成无法监测主被动齿轮啮合运行状态,无法监测主锥轴承和差速器轴承运行状态,无法监测主减是否高温过热,无法诊断主减状态是否良好,运行是否正常,直到主减内部零件损坏时,必须通过更换大批量配件或主减速器总成才能将故障解除,配件及维修费用高,增加成本;车辆行驶过程中主减速器总成发热,温度值高于120℃后,可能会造成整车着火;主减速器总成高温引起润滑条件恶化,驱动桥内部压力升高,油封老化、磨损加剧,造成漏油现象。
5.现有专利号为cn201710548727.7一种基于无线传感器网络的轮胎状态智能监测系统,包括基于无线传感器网络的轮胎参数采集平台、轮胎安全状态智能预警模型;所述基于无线传感器网络的轮胎参数采集平台检测轮胎温度、车轮加速度、轮胎压力和环境温度,轮胎安全状态智能预警模型根据采集平台的检查参数输出轮胎的安全状态。现有的轮胎监测系统具备监测轮胎温度、加速度、压力的功能,仅针对轮胎的安全性能进行控制,但是,对车桥来说将轮毂上轴承、制动器、主减速器总成如何进行统一的监控和诊断,是现有专利中无法获得的启示。
技术实现要素:6.本发明的目的是为了解决上述技术问题,而提供车桥故障检测诊断系统及其方法,从而实现利用检测诊断系统将轮毂上轴承、制动器、主减速器总成的运行状态准确监
控,并提前预警,形成统一高效的系统化的管理。为了达到上述目的,本发明技术方案如下:
7.车桥故障检测诊断系统,包括集成在车桥传感器上的传感器预处理模块和集成在微控制器上的微控制器模块,所述传感器预处理模块包括感知采集单元、转换处理单元、传感器数据收发单元、电池单元;所述微控制器模块包括微控制器、数据接收及指令发送单元、外部设备单元、电源单元,
8.所述感知采集单元将采集到的压力数据、温度数据、电压数据、运动加速度数据输送至转换处理单元,所述转换处理单元对于感知采集单元发送的数据进行整合,并通过传感器数据收发单元向外通讯传递,
9.所述数据接收及指令发送单元接收来自传感器数据收发单元的数据信息,所述微控制器将接收的数据信息进行处理判断,将监测轴承位置的检测点的温度数值和振动频率作为一组计算数据,将监测制动器的检测点的温度数值和气室的进气入口的气压数值作为一组计算数据,各组计算数据处于设定的预警范围内,则通过外部设备单元进行预警信息的显示和提醒。
10.具体的,所述传感器预处理模块根据车桥上需要监测位置进行设置,所述微控制器模块处于驾驶室平台上。
11.具体的,所述传感器数据收发单元包括低频接收器和高频发射器。
12.具体的,所述外部设备单元包括显示模块、声音模块和储存模块。
13.具体的,所述数据接收及指令发送单元接收来自高频发射器的数据信息,并发送指令至低频接收器。
14.具体的,所述微控制器模块还包括硬件复位单元,所述硬件复位单元包括上电复位模块和按钮复位模块。
15.具体的,所述微控制器内单独设置振动传感器,所述微控制器受振动即被唤醒,车辆持续一定时间的振动频率,所述控制器单元通过数据接收及指令发送单元发出指令唤醒车桥传感器。
16.车桥故障检测诊断方法,包括以下步骤:
17.1)提供车桥传感器,所述车桥传感器采集温度数据、压力数据、加速度数据,将加速度数据转换为振动频率数据;
18.2)微控制器外部唤醒车桥传感器启动工作模式或车桥传感器内部唤醒启动工作模式,将温度数据、压力数据、振动频率数据、对应车桥传感器id编号通过无线射频通讯传输至微控制器,车桥传感器每隔一段时间将监测数据发送至微控制器;
19.3)所述微控制器接收数据并将数据信息进行处理判断,根据存储容量大小,定期进行旧数据丢弃及新数据保存;
20.4)所述微控制器对接收数据是否正常进行判定,将轮毂上车桥传感器检测的温度数据和振动频率数据共同分析,从而判断轮毂上轴承是否出现异常状况;将制动器上车桥传感器检测的温度数据和气室上车桥传感器检测的气压数据共同分析,从而判断制动器是否出现异常状态;将差速器总成外壳上车桥传感器检测的温度数据和振动频率数据共同分析,从而判断差速器总成是否出现异常状态;上述数据分析结果出现异常时,对比前n次时段的数据值,若偏差超过设定范围,则向外部设备发送报警信息;
21.5)外部设备将报警信息进行视觉显示和语音提示。
22.具体的,步骤2)中所述微控制器外部唤醒车桥传感器启动工作模式步骤具体为所述微控制器发送指令至所述车桥传感器,所述车桥传感器低频接收指令后执行发送数据,将温度数据、压力数据、振动频率数据、对应车桥传感器id编号通过高频发射器发给所述微控制器。
23.具体的,步骤2)中所述车桥传感器内部唤醒启动工作模式步骤具体为所述车轮瞬间运动时所述车桥传感器被唤醒,开始检测数据,当运动状态持续一定时间后,将温度数据、压力数据、振动频率数据、对应车桥传感器id编号通过高频发射器发给所述微控制器。
24.与现有技术相比,本发明车桥故障检测诊断系统及其方法的有益效果主要体现在:
25.将传感器预处理模块和微控制器模块通过无线射频通讯传输数据,使得车桥传感器可以安装在车桥上不同的位置进行监测,不受传输线束布置的影响;可利用微控制器外部唤醒车桥传感器,也可以通过微控制器模块内设置振动传动器,车桥传感器内部唤醒启动工作模式,车桥传感器能有效节电,对于无线通讯的车桥传感器至关重要;通过监测轮毂上轴承的温度变化和振动大小,判断轴承是否正常,通过监测制动器的温度变化和气室的气压情况,判断制动器是否正常,通过监测主减速器总成内轴承的温度变化和振动大小,判断轴承是否正常,以上各个位置的车桥传感器将整个车桥上待监测位置形成自动化的监控系统,该监控系统实现轴承、制动器、主减速器总成的功能反馈,在驾驶室平台内通过微控制器针对异常情况能及时做出预警,极大程度避免重大维修损耗,在出现异常的初期即可及时发现,降低维修成本,通过将多组数据结合分析处理的方式,能保证监测数据的准确性和稳定性,得到的异常反馈即为应当更换和维修的部件状态。
附图说明
26.图1为本发明实施例一按钮复位模块电路示意图;
27.图2为本实施例一上电复位模块电路示意图;
28.图3为本实施例一系统的框架图;
具体实施方式
29.下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。
30.实施例一:
31.参照图1-3所示,本实施例为车桥故障检测诊断系统,包括传感器预处理模块和微控制器模块。传感器预处理模块根据车桥上需要监测位置进行设置,传感器预处理模块集成在车桥传感器上。微控制器模块与传感器预处理模块通过射频通信输送信息,微控制器模块处于驾驶室平台上,微控制器模块集成在微控制器上。
32.传感器预处理模块包括感知采集单元、转换处理单元、传感器数据收发单元、电池单元;感知采集单元将采集到的压力数据、温度数据、电压数据、运动加速度数据输送至转换处理单元,转换处理单元对于感知采集单元发送的数据进行整合,并通过传感器数据收发单元向外通讯传递。其中运动加速度数据经过转换处理单元处理转换为相应的振动频率数值。
33.压力数据具体指车桥传感器检测车桥上气室的进气入口的气压数值,温度数据具体指车桥传感器检测轮毂上装配轴承的温度数值、制动器的温度数值、主减速器总成内装配轴承的温度数值。加速度数据具体指车桥传感器检测车辆的加速度数值、以及经过计算获得轮毂上装配轴承的振动频率,和主减速器总成内装配轴承的振动频率。电压数据指检测电池单元的电压。具体的,检测轮毂上轴承的温度和振动频率能反应该处轴承是否损坏,是否需要增加润滑。检测制动器温度和气室气压能反应制动器的是否运行正常。主减速器总成包括差速器总成,差速器总成的外壳内设有与驱动件配合的轴承,检测该处轴承的振动能量能和温度能反应主减速器总成内主被动动齿啮合的情况。
34.传感器数据收发单元包括低频接收器和高频发射器,低频接收器负责125khz低频数据接收,高频发射器负责315-434mhz高频数据发射传输。
35.微控制器模块包括控制器单元、数据接收及指令发送单元、外部设备单元、电源单元、硬件复位单元。数据接收及指令发送单元接收来自高频发射器的数据信息,并发送指令至低频接收器将唤醒感知采集单元重新进入工作状态。外部设备单元包括显示模块、声音模块和储存模块。控制器单元将接收的数据信息进行处理判断,将轮毂上装配轴承的温度数值和振动频率作为一组计算数据,将制动器的温度数值和气室的进气入口的气压数值作为一组计算数据,将主减速器总成内装配轴承的温度数值和振动频率数值作为一组计算数据,转换处理单元内储存有针对车桥上各个对应位置的预警信息范围,三组计算数据若处于各自预警设定的范围,则通过外部设备单元进行预警信息显示和提醒。
36.当控制器单元判断数据信息中压力超过阈值进行高压或者低压报警;当温度超过阈值进行高温报警;当振动频率超过阈值进行故障报警。相应的显示模块显示报警信息对应的id编号车桥传感器位置,可以直观的看出车桥上故障位置。储存模块对预警信息进行储存,方便随时提取和分析。电源单元为数据接收及指令发送单元、外部设备单元、硬件复位单元供电,可选为太阳能电池、外接电池、锂离子电池。
37.硬件复位单元包括上电复位模块和按钮复位模块,按钮复位模块通过手动按钮复位,需要在复位输入端rst上加入高电平,如图1所示。在rst端和正电源vcc之间接一个按钮。当按下按钮时,则vcc的+5v电平就会直接加到rst端。按钮保持接通达数十毫秒,能够满足复位的时间要求。
38.上电复位模块的电路在系统上电时提供复位脉冲,让微控制器处于复位状态一段时间,以保证微控制器的电源电路、时钟电路等稳定工作之后,再让微控制器开始正常工作。复位时间的选择是十分重要的,选取不恰当会影响系统的正常工作。如图2所示是一种rc复位电路,电源接通时候,通过r1对c2进行充电,经过一段延迟后加到电路当中产生复位信号,这个复位信号的上升速度低于电源的上电速度,当复位引脚检测到高电平时候,系统复位结束,进入正常工作状态。
39.微控制器内单独设置振动传感器,开关车门或者车辆瞬间振动时,微控制器即被唤醒,但不发送指令给车桥传感器;车辆点火启动时,发动机或者电动机会以特定频率振动,当监测到该振动频率保持5s以上,微控制器开始正常工作,数据接收及指令发送单元发送指令唤醒车桥传感器。
40.微控制器故障时,可以通过上电复位模块或按钮复位模块重启系统。
41.实施例二:
42.车桥故障检测诊断方法,包括以下步骤:
43.提供车桥传感器,该车桥传感器具备温度检测功能、压力检测功能和加速度检测功能,是一种集成化传感器,质量轻且易于安装;将车桥传感器安装于车桥上待检测位置,待检测位置具体为分别安装于轮毂上靠近轴承的位置、安装于靠近制动器的位置、安装于气室的进气入口位置、安装于差速器总成外壳靠近轴承的位置。由于车桥传感器并非直接接触动态部件进行温度检测,车桥传感器的安装位置尽可能靠近需要检测的位置,设定检测点的阈值同样会计算检测点与待测位置之间的距离损耗值。车桥传感器采集温度数据、压力数据、电压数据、加速度数据,将加速度数据转换为振动频率数据,电压数据为车桥传感器内电池的电压数值。
44.微控制器外部唤醒车桥传感器启动工作模式,微控制器发送指令至车桥传感器,车桥传感器低频接收指令后执行发送数据,将温度数据、压力数据、电压数据、振动频率数据、对应车桥传感器id编号通过高频发射器发给微控制器;
45.或车桥传感器内部唤醒启动工作模式,微控制器内置振动传感器,其受到瞬间振动时,车桥传感器被唤醒,开始检测数据,当运动状态持续一定时间后,将温度数据、压力数据、振动频率数据、对应车桥传感器id编号通过高频发射器发给微控制器。
46.车桥传感器每隔一段时间将监测数据发送至微控制器,车桥传感器检测车辆静止超过一定时间,自动进入休眠状态,相应的微控制器也进入休眠,不再发送数据,有效节电,直至被加速器信号或微控制低频指令唤醒。
47.微控制器接收数据,微控制器将数据信息进行处理判断,根据存储容量大小,定期进行旧数据丢弃及新数据保存。微控制器根据数据保存计算空间占用率,若空间占用率超过90%,选择删除之前数据并覆盖。
48.微控制器对接收数据是否正常进行判定,将轮毂上车桥传感器检测的温度数据和振动频率数据共同分析,从而判断轮毂上轴承是否出现异常状况,当温度较高,振动能量较大时,轴承出现损坏,及时进行预警;将制动器上车桥传感器检测的温度数据和气室上车桥传感器检测的气压数据共同分析,从而判断制动器是否出现异常状态,当检测制动器温度过高,可能发生制动抱死问题,当检测左右车轮上的左右气室的气压不平衡,存在左右车轮上制动力不平衡情况,发生制动跑偏,当检测气室的气压不足时,存在制动力不足的情况,拉长制动距离,造成行车的危险状态,实时对制动器的温度和气室的气压变化进行监测,能及时进行预警,防患于未然。
49.将差速器总成外壳上车桥传感器检测的温度数据和振动频率数据共同分析,从而判断差速器总成是否出现异常状态,当温度较高,振动能量较大时,轴承出现损坏,主减速器总成内主被动动齿存在啮合偏差情况,及时进行预警;上述数据分析结果出现异常时,对比前n次时段的数据值,n的数值不低于两次,若偏差超过设定范围,则向外部设备发送报警信息;具体的,温度数据在10分钟内升温10℃,振动频率数据10分钟内超过0.6grms振动能量,存在损坏风险。
50.将电压数据进行分析,以此判断电池是否缺电需要更换。
51.当车桥传感器在靠近轴承测量点位置检测温度在0℃-84℃时,处于正常状态;当检测温度在85℃-95℃时,进行温度预警;当检测温度不小于96℃,异常问题,需要及时检修。
52.当车桥传感器在靠近制动器测量点位置根据计算grms值评估振动能量,当振动能量处于0-0.3grms时,表明运行良好,作为基线持续监控,当振动能量处于0.4-0.6grms时,进行预警提醒,需要对轴承润滑,当振动能量处于0.7grms及以上时,需要立即维修更换轴承。
53.当车桥传感器在靠近制动器测量点位置检测温度在0-120℃时,制动器状态良好,作为基线继续监测;当温度大于120℃小于140℃时,预警提醒,制动温度偏高,制动能效下降;当温度不小于150℃时,制动器发生抱死,轮端部件可能被烧毁,出现安全事故。
54.车桥传感器安装于气室的进气入口位置,用于监测气室内气压、温度的变化情况,计算气压上升时间,以此来判断制动器制动相应的时间,以及制动力差异分析,是否存在左右车轮的气压不平衡问题,分析左右车轮的制动力是否不平衡,压力超过8.5bar或者低于5.5bar分别进行高压或者低压报警,当低于设定气压时,制动力不足,能及时预警,避免发生行车危险。
55.当车桥传感器在靠近差速器总成外壳检测轴承的温度,当检测温度在0℃-90℃时,处于正常状态;当检测温度在91℃-119℃时,进行温度预警;当检测温度不小于120℃,异常问题,需要及时检修。
56.外部设备将报警信息进行视觉显示和语音提示。
57.应用上述实施例时,将传感器预处理模块和微控制器模块通过无线射频通讯传输数据,使得车桥传感器可以安装在车桥上不同的位置进行监测,不受传输线束布置的影响;可利用微控制器外部唤醒车桥传感器,也可以通过微控制器模块内设置振动传动器,车桥传感器内部唤醒启动工作模式,车桥传感器能有效节电,对于无线通讯的车桥传感器至关重要;通过监测轮毂上轴承的温度变化和振动大小,判断轴承是否正常,通过监测制动器的温度变化和气室的气压情况,判断制动器是否正常,通过监测主减速器总成内轴承的温度变化和振动大小,判断轴承是否正常,以上各个位置的车桥传感器将整个车桥上待监测位置形成自动化的监控系统,该监控系统实现轴承、制动器、主减速器总成的功能反馈,在驾驶室平台内通过微控制器针对异常情况能及时做出预警,极大程度避免重大维修损耗,在出现异常的初期即可及时发现,降低维修成本,通过将多组数据结合分析处理的方式,能保证监测数据的准确性和稳定性,得到的异常反馈即为应当更换和维修的部件状态。
58.在本发明的描述中,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等均应做广义理解,例如,“连接”可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
59.在本说明书的描述中,术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且,描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
60.虽然本发明所揭露的实施方式如上,但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式,并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员,在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下,可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化,但本发明
的专利保护范围,仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。