一种故障在线监测的汽车轮毂轴承单元及监测方法技术

本发明专利技术提供一种故障在线监测的汽车轮毂轴承单元，其特征在于：包括轮毂轴承单元、以及故障监测系统；所述故障监测系统置于轮毂轴承单元的壳体内；所述故障监测系统包括弹性膜片压力传感器、信号调节辅助电路、电子控制单元ECU、监测系统接插件、辅助电源及显示器。另外本发明专利技术还提供一种汽车轮毂轴承单元在线监测方法。

【技术实现步骤摘要】
一种故障在线监测的汽车轮毂轴承单元及监测方法
本专利技术提供一种故障在线监测的汽车轮毂轴承单元及监测方法，属于汽车轮毂轴承单元

技术介绍
与通用轴承相比较，轿车轮毂轴承单元是技术复杂程度相对较高的一类轴承。自1938年SKF公司制造的轮毂轴承单元问世以来，轮毂轴承单元就一直向着高载荷能力、结构紧凑、免维护、高可靠性以及轻量化方向发展。汽车整车厂对关键零部件的早期失效要求越来越严格。轮毂轴承单元早期失效的典型现象为出现异响、车轮晃动等，这些现象都是由于轮毂轴承单元的轴向游隙变动引起的，因此，研究轴向游隙对轿车轮毂轴承单元性能的影响很有意义。轮毂轴承单元轴向游隙显著影响轴承内部的载荷分布和位移以及由内部接触载荷决定的疲劳寿命。为了获得更长的疲劳寿命并提高力矩刚性，必需对轮毂轴承单元施加合适的轴向预载荷，以使轴承在负的轴向游隙下工作，该游隙的合理性直接影响到轮毂轴承单元的工作寿命。当负游隙不够时，轮毂轴承单元在受载状态下容易松旷而形成振动；当负游隙过量时，造成滚道的接触应力过大而产生早期疲劳，这两种状态对轴承的寿命均不利。对于采用轴铆合实现预紧的轮毂轴承单元，在实施预紧前需确保轴承处于适当的原始轴向游隙并有效控制轴向预紧载荷。轮毂轴承单元处于一个合适的轴向负游隙时系统寿命最长,但随着轴向负游隙进一步增大(即轴向预载荷增大),疲劳寿命迅速降低。现有轮毂轴承单元轴向游隙测量方法：轮毂轴承单元法兰盘与底座配合，对外圈端面用加载头施加卸载力，所施加的力刚好使得拨模在一定的扭矩下能拨动内侧钢球，记录下此时卸载力，为装车件的卸载力，接下来可以通过程序设计计算出轮毂轴承单元轴向载荷和轴向游隙。该检测方法不能实现在线监测，且操作复杂，不能在车辆行驶中及时发现问题。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有技术中汽车轮毂轴承单元不能在线监测以及监测方法复杂难以操作且诊断结果不准确的缺陷和不足，提供了一种故障在线监测的汽车轮毂轴承单元及监测方法。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种故障在线监测的汽车轮毂轴承单元，包括轮毂轴承单元以及故障监测系统；所述故障监测系统置于轮毂轴承单元前端的壳体内；所述故障监测系统包括弹性膜片压力传感器、信号调节辅助电路、电子控制单元ECU、监测系统接插件、辅助电源及显示器，所述弹性膜片压力传感器安装在轮毂轴承单元的内圈和法兰内圈前端之间，用于采集内圈和法兰内圈之间的变形量、并转换为轮毂轴承单元的轴向载荷信号，信号调节辅助电路用于接收弹性膜片压力传感器采集的轴向载荷信号、进行调理滤波转换、并发送给电子控制单元ECU，电子控制单元ECU根据信号调节辅助电路发送的电信号进行故障判断，并根据设定的轮毂轴承单元轴向游隙与轴向载荷关系计算出轮毂轴承单元的轴向游隙值，所述监测系统接插件用于连接电子控制单元ECU和显示器，所述辅助电源用于向故障监测系统供电。进一步，汽车轮毂轴承单元还包括ABS传感系统，所述ABS传感系统包括ABS传感器和磁极，所述ABS传感器安装在轮毂轴承单元的壳体内，若干个所述磁极均匀安装在铆合后的法兰内圈的前端外壁上，所述ABS传感器和所述磁极相互配合起到制动防抱死的作用。进一步，所述磁极共48个。进一步，所述轮毂轴承单元包括法兰内圈、法兰外圈、内圈、前保持架、后保持架、钢球、前密封圈、后密封圈、温度传感器及螺栓；所述法兰内圈和车轮轮毂由螺栓通过个螺栓孔连接，所述内圈套合在法兰内圈前端，与所述法兰外圈形成保持架通道A；所述前保持架安装在内圈与法兰外圈形成的环形凹槽中，所述后保持架安装在法兰外圈与法兰内圈形成的环形凹槽中；所述前保持架和后保持架都放置在保持架通道A中，且前保持架和后保持架中设有钢球。进一步，所述法兰外圈的内壁设有温度传感器，用以监测保持架通道A中的温度。本专利技术还提供一种汽车轮毂轴承单元的故障在线监测方法，步骤如下：安装在轮毂轴承单元的内圈和法兰内圈前端之间的弹性膜片压力传感器采集内圈和法兰内圈之间的变形量，并转换得到轮毂轴承的轴向载荷信号；信号调节辅助电路接收弹性膜片压力传感器采集的的轴向载荷信号进行调理滤波转换，然后发送给电子控制单元ECU；电子控制单元ECU根据信号调节辅助电路发送的电信号进行故障判断，并根据设定的轮毂轴承单元轴向游隙与轴向载荷关系计算出轮毂轴承单元的轴向游隙值；根据故障形式对应的轴向游隙值及变化规律判断轮毂轴承单元对应的故障失效形式，然后设定轮毂轴承单元轴向游隙阈值，若轮毂轴承单元的轴向游隙值大于设定游隙阈值，则在显示器上显示故障码。进一步，轮毂轴承的轴向游隙值计算过程如下：设施加在轮毂轴承单元的轴向载荷为Fa，内圈和法兰内圈之间产生的相对轴向位移为δa，接触角由α0变为α；轮毂轴承在自身的预紧力即轴向载荷Fa的作用下，满足如下方程：上式中：z—钢球颗数；Kn—载荷-位移常数；B—总曲率，B＝fi+fo-1；fi，fo—内、外圈沟曲率系数；D—钢球直径；在轴向载荷Fa的作用下，内列轴承产生的轴向位移为δai，外列轴承产生的轴向位移为δao，则：δai＝δao＝δa(3)由于外列轴承轴向被固定，所以外列轴承轴向位移与内列轴承叠加，即轮毂轴承单元的游隙值δ表示为：δ＝δai+δao＝2δa(4)Fa由弹性膜片压力传感器测得，根据(2)式可得α，将α带入(1)式，可得δa，由(4)式可得轮毂轴承单元轴向游隙值δ，从而根据轮毂轴承轴向载荷获得轴向游隙值。本专利技术所达到的有益技术效果：(1)结构简单易安装拆卸，可实时在线获得轮毂轴承单元工况(2)使用弹性膜片压力传感器可直接测量得到轮毂轴承单元轴向载荷，进一步获得对应的轮毂轴承单元轴向游隙，进而获得对应的轮毂轴承单元工况，监测可靠实用。附图说明图1本专利技术之轮毂轴承单元结构示意图；图2本专利技术之故障监测系统结构示意图；图3本专利技术之故障监测系统组成框图；图4本专利技术之在轴向载荷作用下外圈和法兰内圈轴向位移和接触角变化示意图。其中：1法兰内圈；2螺栓；3后密封圈；4法兰外圈；5温度传感器；6钢球；7前保持架；8前密封圈；9内圈；10弹性膜片压力传感器；11信号调节与辅助电路；12电子控制单元ECU；13监测系统接插件；14辅助电源；15ABS传感器；16磁极；17壳体；18后保持架；A保持架通道。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。下面结合附图和实施例对本专利技术专利进一步说明。如图1-3所示，本专利技术提供一种故障在线监测的汽车轮毂轴承单元，包括轮毂轴承单元、以及故障监测系统；所述故障监测系统置于轮毂轴承单元前端的壳体17内；所述故障监测系统包括弹性膜片压力传感器10、信号调节辅助电路11、电子控制单元ECU12、监测系统接插件13、辅助电源14及显示器，所述弹性膜片压力传感器10安装在轮毂轴承单元的内圈9和法兰内圈1前端之间，用于采集内圈9和法兰内圈1之间的变形量、并转换为轮毂轴承单元的轴向载荷信号，信号调节辅助电路11用于接收弹性膜片压力传感器10采集的轴向载荷信号、然后进行调理滤波转换、并发送给电子控制单元ECU12，电子控制单元ECU12根据信号调节辅助电路11发送的电信号进行故障判断、并根据设定的轮毂轴承单元轴向游隙与轴向载本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种故障在线监测的汽车轮毂轴承单元，其特征在于：包括轮毂轴承单元以及故障监测系统；所述故障监测系统置于轮毂轴承单元前端的壳体内；所述故障监测系统包括弹性膜片压力传感器、信号调节辅助电路、电子控制单元ECU、监测系统接插件、辅助电源及显示器，所述弹性膜片压力传感器安装在轮毂轴承单元的内圈和法兰内圈前端之间，用于采集内圈和法兰内圈之间的变形量、并转换为轮毂轴承单元的轴向载荷信号，信号调节辅助电路用于接收弹性膜片压力传感器采集的轴向载荷信号、进行调理滤波转换、并发送给电子控制单元ECU，电子控制单元ECU根据信号调节辅助电路发送的电信号进行故障判断，并根据设定的轮毂轴承单元轴向游隙与轴向载荷关系计算出轮毂轴承单元的轴向游隙值，所述监测系统接插件用于连接电子控制单元ECU和显示器，所述辅助电源用于向故障监测系统供电。

【技术特征摘要】
1.一种故障在线监测的汽车轮毂轴承单元，其特征在于：包括轮毂轴承单元以及故障监测系统；所述故障监测系统置于轮毂轴承单元前端的壳体内；所述故障监测系统包括弹性膜片压力传感器、信号调节辅助电路、电子控制单元ECU、监测系统接插件、辅助电源及显示器，所述弹性膜片压力传感器安装在轮毂轴承单元的内圈和法兰内圈前端之间，用于采集内圈和法兰内圈之间的变形量、并转换为轮毂轴承单元的轴向载荷信号，信号调节辅助电路用于接收弹性膜片压力传感器采集的轴向载荷信号、进行调理滤波转换、并发送给电子控制单元ECU，电子控制单元ECU根据信号调节辅助电路发送的电信号进行故障判断，并根据设定的轮毂轴承单元轴向游隙与轴向载荷关系计算出轮毂轴承单元的轴向游隙值，所述监测系统接插件用于连接电子控制单元ECU和显示器，所述辅助电源用于向故障监测系统供电。2.根据权利要求1所述的故障在线监测的汽车轮毂轴承单元，其特征在于：汽车轮毂轴承单元还包括ABS传感系统，所述ABS传感系统包括ABS传感器和磁极，所述ABS传感器安装在轮毂轴承单元的壳体内，若干个所述磁极均匀安装在铆合后的法兰内圈的前端外壁上，所述ABS传感器和所述磁极相互配合起到制动防抱死的作用。3.根据权利要求2所述的故障在线监测的汽车轮毂轴承单元，其特征在于：所述磁极共48个。4.根据权利要求1所述的故障在线监测的汽车轮毂轴承单元，其特征在于：所述轮毂轴承单元包括法兰内圈、法兰外圈、内圈、前保持架、后保持架、钢球、前密封圈、后密封圈、温度传感器及螺栓；所述法兰内圈和车轮轮毂由螺栓通过个螺栓孔连接，所述内圈套合在法兰内圈前端，与所述法兰外圈形成保持架通道A；所述前保持架安装在内圈与法兰外圈形成的环形凹槽中，所述后保持架安装在法兰外圈与法兰内圈形成的环形凹槽中；所述前保持架和后保持架都放置在保持架通道A中，且前保持架和后保持架中设有钢球。5.根据权利要求1所述的故障在线监测的汽车轮毂轴承单元，其特征在于：所述法兰外圈的内壁设有温度传感器，用以...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁宏山，臧利国，刘建，赵振东，严冬霞，尹荣栋，
申请(专利权)人：江苏昊鹏机械有限公司，南京工程学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32