一种激光雷达的寿命预测方法技术

本发明专利技术公开了一种激光雷达的寿命预测方法，包括以下步骤：对产品进行寿命试验，获取所述寿命试验的实验数据；所述寿命试验过后，分析所述实验数据，判断产品是否出现明显退化或失效，并进行模型分析，具体包括：若产品没有出现明显退化或失效，采用基于试验时间的第一寿命预测模型来预测寿命；若产品出现失效，采用基于失效产品个数的第二寿命预测模型来预测寿命；若产品出现退化，采用基于退化量的第三寿命预测模型来预测寿命，所述第三寿命预测模型包括：收集实验数据中的退化数据，通过退化数据来预测伪寿命，对伪寿命分布进行检验和参数估计，对伪寿命指标进行估计，得出最终寿命的技术方案，本发明专利技术可用于激光雷达的寿命预测。

A Lidar Life Prediction Method

【技术实现步骤摘要】
一种激光雷达的寿命预测方法
本专利技术涉及一种激光雷达的寿命预测方法。
技术介绍
在传统可靠性理论中，产品的状态一般被简化成正常和失效两种离散状态，并以失效时间作为统计分析的对象，即通过大样本寿命试验获取产品失效时间数据，然后使用统计判别方法选择合适的寿命分布模型来描述产品的失效规律，并估计模型的参数，最后通过寿命分布模型评价产品寿命的可靠性。根据定义，传统可靠度可定义为其中T为产品寿命；n为试验样品数；r(t)为直到时刻t的失效样品数。首先，对于激光雷达类的产品，可以用于进行寿命的试验的样本个数有限，即n不会非常大；其次，激光雷达产品通常属于高可靠度、长寿命的产品，在规定试验时间内很难得到足够的失效样本，即r(t)趋于0。另外，传统寿命试验只关心失效时间，不关心失效具体失效原因，对产品改进无太多指导意义，因此只使用传统的寿命试验方法不适用于激光雷达类的产品。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种激光雷达的寿命预测方法，其具有确定可靠性特征量及设计基于其性能的多元失效判据，进行无失效数据、有失效数据和只有退化数据情况的寿命预测以及建立多种寿命预测模型以作比较，加强可靠性的特点。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下：一种激光雷达的寿命预测方法，包括以下步骤：对产品进行寿命试验，获取所述寿命试验的实验数据；所述寿命试验过后，分析所述实验数据，判断产品是否出现明显退化或失效，并进行模型分析，具体包括：若产品没有出现明显退化或失效，采用基于试验时间的第一寿命预测模型来预测寿命；若产品出现失效，采用基于失效产品个数的第二寿命预测模型来预测寿命；若产品出现退化，采用基于退化量的第三寿命预测模型来预测寿命，所述第三寿命预测模型包括：收集实验数据中的退化数据，通过退化数据来预测伪寿命，对伪寿命分布进行检验和参数估计，对伪寿命指标进行估计，得出最终预测的寿命。进一步的，优选地，所述基于试验时间的第一寿命预测模型包括参数估计和点估计，所述参数估计包括：累计工作时间为t时的可靠度单侧置信下限：RL(t)＝exp(-(-lnα)t/(nt0))；可靠度为R时的可靠寿命单侧置信下限：失效率单侧置信下限：MTBF单侧置信下限：其中，置信度1-α＝0.75，n为样品个数，t0为寿命试验时间；所述点估计包括：失效率点估计：MTBF点估计：其中，n为样品个数，t0为寿命试验时间，比较MTBF参数估计和MTBF点估计的大小，产品没有出现明显退化或失效的平均故障间隔时间MTBF未失效、未退化＝min(MTBF参数估计,MTBF点估计)。优选地，所述基于失效产品个数的第二寿命预测模型包括：根据不同判据分别统计出失效产品个数；通过寿命预测公式计算出相应的MTBF失效；取其中最小的MTBF失效作为产品出现失效的平均故障间隔时间。更优选地，所述判据包括平均每帧用时、超时帧占比、格式错误帧占比、随机误差最大值、与初始状态差异、异常值占比和漏帧率。更优选地，所述寿命预测公式包括：失效率点估计：MTBF点估计：其中，r为定时截尾试验的相关失效总数，T*为累积相关试验时间。优选地，所述收集实验数据中的退化数据包括：在所述寿命试验中，有m台产品参加所述寿命试验，且所述寿命试验共进行T小时，可得n个判据矩阵(x1,x2,…,xn)；其中,其中，表示第M台产品第t个小时的第N个指标的值，M＝1,2，...m；t＝1,2,...T；N＝1,2,3...n，假设n个失效判据的失效阈值分别为y1,y2,y3,…,yn。更优选地，所述通过退化数据来预测伪寿命包括：第M台产品，寿命试验时间为T时xn的判断矩阵为当有周期性和趋势性时，用时间序列模型进行预测；当有趋势性无周期性时，用回归模型进行预测；预测出的f(tM)＝yn时的tM的值即为第M台产品的伪寿命，记为tM，若在寿命试验截尾时间T前已经有超过阈值的现状，则计超过阈值的对应时间t'为其伪寿命。更优选地，所述对伪寿命分布进行检验和参数估计包括：若产品的伪寿命分布为指数分布，记参数估计值为：若产品的伪寿命分布为威布尔分布，记参数估计值为更优选地，所述对伪寿命指标进行估计包括：指数分布寿命指标估计：失效率威布尔分布寿命指标估计：更优选地，所述得出最终寿命包括：将n组失效判据参数(x1,x2,...,xn)，分别采用上述算法，求出n组寿命指标：(MTBF1，λ1),(MTBF2，λ2)...(MTBFn，λn)；定义产品平均无故障工作时间：MTBF最终＝min(MTBF1,MTBF2,…,MTBFn)；产品失效率：λ最终＝max(λ1,λ2,...λn)。本专利技术的有益效果：本专利技术中的失效判据具有成本低，简单易理解，多角度反应产品性能，指标计算基于原始数据且结果精确等特点；本专利技术由于试验数据分析基于反应产品各方面性能的判据指标，分析过程发现的问题对完善试验环境和改进产品性能具有非常积极的作用；本专利技术考虑的寿命预测模型全面考虑了产品试验中会发生的情况，并给出适用于各种情况的模型，对多个模型的结果综合考量可以使的最终寿命的预测值更加可靠。附图说明图1是本专利技术中的几台产品的与初始状态差异的指标随时间的变化情况图；图2是本专利技术中的所有产品的异常值占比的历史数据的分布情况图；图3是本专利技术中的一台产品超出阈值和未超出阈值的异常值占比数据的分布情况以及超出阈值的值占总体的情况图；图4是本专利技术中的一台产品的与初始状态的差异每周变化曲线图；图5是本专利技术中的同一台产品的与初始状态差异每天的变化趋势组合图；图6是本专利技术中的退化产品在某一判据指标的可视化图；图7是本专利技术中的时间序列外推算法图；图8是本专利技术中的时间序列预测结果图；图9是本专利技术中的退化数据集服从指数分布图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本专利技术并能予以实施，但所举实施例不作为对本专利技术的限定。本实施例公开了一种激光雷达的寿命预测方法，包括以下步骤：对产品进行寿命试验，获取所述寿命试验的实验数据，以扫描式的激光雷达为例，输出数据的每一行为扫描一帧的数据，其中包含的信息有：产品型号，目前状态，每帧序号，每帧用时，校验码以及测量值等信息，每台产品每一个小时的数据存放在单独的文件中；判据则包括平均每帧用时：提取每帧测量用时，并将每台设备的平均用时做分析，可以监测电机转速是否平稳；超时帧占比：将每帧测量用时超过一定阈值(反应可以接收的电机转速下界)的帧数所占比例，该指标同样体现了电机的性能；格式错误帧占比：数据传输设备存在一定误码率，该指标能反应数据在传输阶段的错误情况；随机误差最大值：随机误差大小是衡量测量类产品是否稳定的一个重要方面，该指标计算输出值中随机误差的最大值，并给出一个阈值，如果随机误差超出给阈值，我们就将其当作退化数据样本；与初始状态差异：每台性能好的设备应满足长时间稳定运行，即与初始的工作状态差异不大，该指标衡量长时间运转后的同一设备的状态差距程度，该指标越大说明设备稳定性越差；异常值占比：该指标衡量了测量数据的集中度是否达标，异常值占比高则说明数据散度大；漏帧率：利用产品输出信息中的帧序号得到该指标，如果序号不连续则说明存在漏帧现象，该指标反应了在连续工作的状态下数据传输过程的有效性；失效判据本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光雷达的寿命预测方法，其特征在于：包括以下步骤：对产品进行寿命试验，获取所述寿命试验的实验数据；所述寿命试验过后，分析所述实验数据，判断产品是否出现明显退化或失效，并进行模型分析，具体包括：若产品没有出现明显退化或失效，采用基于试验时间的第一寿命预测模型来预测寿命；若产品出现失效，采用基于失效产品个数的第二寿命预测模型来预测寿命；若产品出现退化，采用基于退化量的第三寿命预测模型来预测寿命，所述第三寿命预测模型包括：收集实验数据中的退化数据，通过退化数据来预测伪寿命，对伪寿命分布进行检验和参数估计，对伪寿命指标进行估计，得出最终预测的寿命。

【技术特征摘要】
1.一种激光雷达的寿命预测方法，其特征在于：包括以下步骤：对产品进行寿命试验，获取所述寿命试验的实验数据；所述寿命试验过后，分析所述实验数据，判断产品是否出现明显退化或失效，并进行模型分析，具体包括：若产品没有出现明显退化或失效，采用基于试验时间的第一寿命预测模型来预测寿命；若产品出现失效，采用基于失效产品个数的第二寿命预测模型来预测寿命；若产品出现退化，采用基于退化量的第三寿命预测模型来预测寿命，所述第三寿命预测模型包括：收集实验数据中的退化数据，通过退化数据来预测伪寿命，对伪寿命分布进行检验和参数估计，对伪寿命指标进行估计，得出最终预测的寿命。2.如权利要求1所述的激光雷达的寿命预测方法，其特征在于，所述基于试验时间的第一寿命预测模型包括参数估计和点估计，所述参数估计包括：累计工作时间为t时的可靠度单侧置信下限：RL(t)＝exp(-(-lnα)t/(nt0))；可靠度为R时的可靠寿命单侧置信下限：失效率单侧置信下限：MTBF单侧置信下限：其中，置信度1-α＝0.75，n为样品个数，t0为寿命试验时间；所述点估计包括：失效率点估计：MTBF点估计：其中，n为样品个数，t0为寿命试验时间，比较MTBF参数估计和MTBF点估计的大小，产品没有出现明显退化或失效的平均故障间隔时间MTBF未失效、未退化＝min(MTBF参数估计,MTBF点估计)。3.如权利要求1所述的激光雷达的寿命预测方法，其特征在于，所述基于失效产品个数的第二寿命预测模型包括：根据不同判据分别统计出失效产品个数；通过寿命预测公式计算出相应的MTBF失效；取其中最小的MTBF失效作为产品出现失效的平均故障间隔时间。4.如权利要求3所述的激光雷达的寿命预测方法，其特征在于，所述判据包括平均每帧用时、超时帧占比、格式错误帧占比、随机误差最大值、与初始状态差异、异常值占比和漏帧率。5.如权利要求3所述的激光雷达的寿命预测...

【专利技术属性】
技术研发人员：宁智文，于成磊，刘慧林，
申请(专利权)人：苏州元联传感技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32