CN114755459A - 一种基于残差评估法的转速传感器状态监测方法 - Google Patents

一种基于残差评估法的转速传感器状态监测方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于残差评估法的转速传感器状态监测方法，属于液力机械传动装置技术领域。本发明的监测方法通过对转速传感器信号残差的判断，成功地解决了液力机械传动装置转速传感器状态的实时精准监测难题，该方法已经成功地应用于多型传动***故障诊断策略设计中。

Description

一种基于残差评估法的转速传感器状态监测方法
技术领域
本发明属于液力机械传动装置技术领域，具体涉及一种基于残差评估法的转速传感器状态监测方法。
背景技术
随着装备工业的飞速发展，自动变速装置作为一种典型的传动装置在特种车辆领域得到了广泛的应用。转速信号作为重要的控制变量在换挡过程控制和液力变矩器解闭锁控制中起着决定性作用。转速信号的可信度是***进行控制的先决条件，因此，对泵轮转速、涡轮转速和输出轴转速传感器状态进行诊断至关重要。但是由于传感器安装间隙、传感器接插件松动、电磁干扰等异常状态，都可能造成转速传感器信号异常，研究一种转速传感器状态的有效监测方法，对提升自动变速装置的可靠性具有重要意义。
检索国内外的相关专利和文献，发现“一种转速传感器信号的异常状态诊断方法和装置”，公开了一种基于转速幅值阈值和转速变化率阈值的诊断方法，但是分析该专利发现，该专利在转速传感器诊断时没有分析自动变速装置的运行状态，也就是在换挡和非换挡时均进行诊断，由于自动变速装置在换挡过程中的非线性特征，为避免出现状态误诊，转速幅值阈值和转速变化率阈值均为极限工况阈值，这样容易造成异常状态漏诊，影响故障诊断的实时性。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何解决液力机械传动装置转速传感器状态的实时精准监测难题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于残差评估法的转速传感器状态监测方法，包括以下步骤：
步骤10自动变速装置工况识别：采集自动变速装置目标挡位和实际挡位，判断自动变速装置是否处于在挡工况；
步骤20、在自动变速装置处于在挡工况的情况下进行转速信号采集；
步骤30、信号幅值判断：对三个转速传感器进行幅值判断，判别转速信号幅值是否超过设定的阈值范围；
步骤40、信号残差判断：对三个转速传感器进行信号残差计算，并与残差阈值进行比较，判别转速信号是否存在异常波动情况；
步骤50、故障强度累积：对信号幅值异常进行时间强度累积，对信号残差异常进行次数强度累积；当两种累积强度之一超过阈值范围，则确认转速传感器发生故障；
步骤60、故障自愈诊断：对确认故障的转速传感器进行热循环监测，当累积正常次数超过故障自愈阈值时，故障自愈。
优选地，步骤10具体为：
步骤101，判断实际挡位与目标挡位是否一致，如一致，则自动变速装置处于在挡工况，进入步骤20；否则自动变速装置处于换挡工况，返回步骤101。
优选地，步骤20具体为：
步骤201，对自动变速装置的泵轮转速、涡轮转速、输出轴转速三个传感器信号进行采集，并对转速传感器采集的频率信号进行滤波处理。
优选地，步骤30具体为：
步骤301：判断传感器转速是否大于最小阈值，如果大于最小阈值，进入步骤302；否则进入步骤50；
步骤302：判断传感器转速是否小于最大阈值，如果小于最大阈值，进入步骤40；否则进入步骤50。
优选地，步骤40具体为：
步骤401：判断信号残差是否小于残差阈值，如果小于残差阈值，则返回步骤101；否则进入步骤503；
步骤50具体为：
步骤501：累积时间强度，每收到一次信号幅值超阈值，则累加一次计时周期，若没收到信号幅值超阈值，则累积时间强度清零；
步骤502：判断累积时间强度是否大于时间强度阈值，若大于时间强度阈值，进入步骤505；否则，返回步骤501，重新判断；
步骤503：累积次数强度，每收到一次信号残差超阈值，则次数强度加一次，若没收到信号残差超阈值，则累积次数强度减一次；
步骤504：判断累积次数强度是否大于次数强度阈值，若大于次数强度阈值，进入步骤505；否则，返回步骤503，重新判断；
步骤505：确认传感器故障，并发出传感器故障信号。
优选地，步骤60具体为：
步骤601：进行热循环累积，车辆每发动一次，传感器故障不出现，累积正常次数一次，若出现故障，则累积正常次数清零；
步骤602：判断累积正常次数是否大于故障自愈阈值，如大于故障自愈阈值，进入步骤603；否则，返回步骤601，继续进行热循环累积，累积传感器正常次数；
步骤603：传感器故障自愈，传感器正常，并发出传感器正常信号。
优选地，信号残差r的计算公式如下：
Figure BDA0003580119030000031
式中：n(t)：实际转速；
Figure BDA0003580119030000032
预估转速；计算公式如下：
Figure BDA0003580119030000041
式中：ε为角加速度偏差。
优选地，ε由发动机特性决定。
优选地，ε取3％-5％。
优选地，故障自愈阈值设为40。
(三)有益效果
本发明的监测方法通过对转速传感器信号残差的判断，成功地解决了液力机械传动装置转速传感器状态的实时精准监测难题，通过该监测方法，可对液力机械传动装置的泵轮转速、涡轮转速和输出轴转速等转速信号状态进行诊断，实现液力机械传动装置转速传感器故障的及时准确诊断，提升车辆故障准确诊断能力。该方法已经成功地应用于多型传动***故障诊断策略设计中。
附图说明
图1为本发明方法的主要流程图；
图2为本发明方法的具体转速传感器状态诊断流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本发明为一种基于残差评估法的转速传感器状态监测方法，可应用于任何装备有液力机械传动装置(如综合传动装置、AT变速器等车辆)的车辆故障诊断***(健康管理***)设计中。
参考图1、图2，本发明提供了一种基于残差评估法的转速传感器状态监测方法，包括如下步骤：
(步骤10)自动变速装置工况识别：采集自动变速装置目标挡位和实际挡位，判断自动变速装置是否处于在挡工况：步骤101，判断实际挡位与目标挡位是否一致，如一致，则自动变速装置处于在挡工况，进入20；否则自动变速装置处于换挡工况，返回步骤101；
(步骤20)转速信号采集：步骤201，对自动变速装置的泵轮转速、涡轮转速、输出轴转速三个传感器信号进行采集，并对转速传感器采集的频率信号进行滤波处理；
(步骤30)信号幅值判断：对三个转速传感器分别进行幅值判断，判别转速信号幅值是否超过设定的阈值范围：
(步骤301)：判断传感器转速是否大于最小阈值，如果大于最小阈值，进入步骤302；否则进入步骤501；
(步骤302)：判断传感器转速是否小于最大阈值，如果小于最大阈值，进入步骤401；否则进入步骤501；
(步骤40)信号残差判断：对三个转速传感器进行信号残差计算，并与残差阈值进行比较，判别转速信号是否存在异常波动情况：
(步骤401)：判断信号残差是否小于残差阈值，如果小于残差阈值，则返回步骤101；否则进入步骤503；
信号残差r的计算公式如下：
Figure BDA0003580119030000051
式中：n(t)：实际转速；
Figure BDA0003580119030000052
预估转速；计算公式如下：
Figure BDA0003580119030000053
式中：ε：角加速度偏差；由发动机特性决定，通常取3％-5％；
(步骤50)故障强度累积：对信号异常状态进行强度累积，超过设定强度阈值，则确认故障：
(步骤501)：累积时间强度，每收到一次信号幅值超阈值，则累加一次计时周期，若没收到信号幅值超阈值，则累积时间强度清零；
(步骤502)：判断累积时间强度是否大于时间强度阈值，若大于时间强度阈值，进入步骤505；否则，返回步骤501，重新判断；
(步骤503)：累积次数强度，每收到一次信号残差超阈值，则次数强度加一次，若没收到信号残差超阈值，则累积次数强度减一次；
(步骤504)：判断累积次数强度是否大于次数强度阈值，若大于次数强度阈值，进入步骤505；否则，返回步骤503，重新判断；
(步骤505)：确认传感器故障，并发出传感器故障信号；
(步骤60)故障自愈诊断：对确认故障的转速传感器进行热循环监测，当累积正常次数超过故障自愈阈值时，故障自愈：
(步骤601)：进行热循环累积，车辆每发动一次，传感器故障不出现，累积正常次数一次，若出现故障，则累积正常次数清零；
(步骤602)：判断累积正常次数是否大于故障自愈阈值(阈值通常设为40)，如大于故障自愈阈值，进入步骤603；否则，返回步骤601，继续进行热循环累积，累积传感器正常次数；
(步骤603)：传感器故障自愈，传感器正常，并发出传感器正常信号。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于残差评估法的转速传感器状态监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤10自动变速装置工况识别：采集自动变速装置目标挡位和实际挡位，判断自动变速装置是否处于在挡工况；
步骤20、在自动变速装置处于在挡工况的情况下进行转速信号采集；
步骤30、信号幅值判断：对三个转速传感器进行幅值判断，判别转速信号幅值是否超过设定的阈值范围；
步骤40、信号残差判断：对三个转速传感器进行信号残差计算，并与残差阈值进行比较，判别转速信号是否存在异常波动情况；
步骤50、故障强度累积：对信号幅值异常进行时间强度累积，对信号残差异常进行次数强度累积；当两种累积强度之一超过阈值范围，则确认转速传感器发生故障；
步骤60、故障自愈诊断：对确认故障的转速传感器进行热循环监测，当累积正常次数超过故障自愈阈值时，故障自愈。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤10具体为：
步骤101，判断实际挡位与目标挡位是否一致，如一致，则自动变速装置处于在挡工况，进入步骤20；否则自动变速装置处于换挡工况，返回步骤101。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤20具体为：
步骤201，对自动变速装置的泵轮转速、涡轮转速、输出轴转速三个传感器信号进行采集，并对转速传感器采集的频率信号进行滤波处理。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤30具体为：
步骤301：判断传感器转速是否大于最小阈值，如果大于最小阈值，进入步骤302；否则进入步骤50；
步骤302：判断传感器转速是否小于最大阈值，如果小于最大阈值，进入步骤40；否则进入步骤50。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤40具体为：
步骤401：判断信号残差是否小于残差阈值，如果小于残差阈值，则返回步骤101；否则进入步骤503；
步骤50具体为：
步骤501：累积时间强度，每收到一次信号幅值超阈值，则累加一次计时周期，若没收到信号幅值超阈值，则累积时间强度清零；
步骤502：判断累积时间强度是否大于时间强度阈值，若大于时间强度阈值，进入步骤505；否则，返回步骤501，重新判断；
步骤503：累积次数强度，每收到一次信号残差超阈值，则次数强度加一次，若没收到信号残差超阈值，则累积次数强度减一次；
步骤504：判断累积次数强度是否大于次数强度阈值，若大于次数强度阈值，进入步骤505；否则，返回步骤503，重新判断；
步骤505：确认传感器故障，并发出传感器故障信号。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤60具体为：
步骤601：进行热循环累积，车辆每发动一次，传感器故障不出现，累积正常次数一次，若出现故障，则累积正常次数清零；
步骤602：判断累积正常次数是否大于故障自愈阈值，如大于故障自愈阈值，进入步骤603；否则，返回步骤601，继续进行热循环累积，累积传感器正常次数；
步骤603：传感器故障自愈，传感器正常，并发出传感器正常信号。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，信号残差r的计算公式如下：
Figure FDA0003580119020000021
式中：n(t)：实际转速；
Figure FDA0003580119020000031
预估转速；计算公式如下：
Figure FDA0003580119020000032
式中：ε为角加速度偏差。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，ε由发动机特性决定。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，ε取3％-5％。
10.如权利要求6所述的方法，其特征在于，故障自愈阈值设为40。
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