一种自适应能量增长稀疏性度量的汽车变速箱状态监测方法技术

一种自适应能量增长稀疏性度量的汽车变速箱状态监测方法，包括各挡位下的状态监测指标构建、变速箱整体健康状态监测指标构建与变速箱的状态监测和故障定位；首先获取变速箱的振动信号，通过构建各挡位下的状态监测指标，实现自适应的能量增长稀疏性评估；然后进行加权融合，得到可以反映变速箱整体健康状态的监测指标；再利用监测指标与计算过程中的分段幅值和增长率重要性评估结果进行故障定位；本发明专利技术实现了汽车变速箱的状态自动监测与辅助故障定位，提高汽车变速箱状态监测的准确性。提高汽车变速箱状态监测的准确性。提高汽车变速箱状态监测的准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种自适应能量增长稀疏性度量的汽车变速箱状态监测方法

：
[0001]本专利技术属于汽车变速箱状态监测
，具体涉及一种自适应能量增长稀疏性度量的汽车变速箱状态监测方法。

技术介绍
：
[0002]汽车变速箱是汽车不可或缺的部件，其可靠性影响汽车的整体性能。汽车变速箱在工作时，会经常出现挡位转换，引发冲击或负载变化；且由于汽车变速箱结构的复杂性和运行工况的多变性，对其进行有效的状态监测十分困难。
[0003]汽车变速箱以齿轮为主要传动部件，其常见的故障包括齿面磨损、齿面点蚀和轮齿折断等失效形式。目前常用的变速箱状态监测方法(金光，袁照丹，姜冠伊，等.变速器总成耐久试验早期故障诊断[J].汽车技术，2019(06):53
‑
58.)是观察振动信号阶次谱中齿轮的啮合阶次及其边频带等成分构造监测指标，由于变速箱传动结构复杂和存在传动路径变化，对变速箱进行状态监测存在不同装置的阶次谱差异、监测指标不连续和失效阈值难以设置的缺点。因此，构建能反映变速箱健康状态退化的监测指标，实现变速箱自动状态监测，并进一步得到故障齿轮位置，对汽车变速箱的维护具有重要意义。

技术实现思路
：
[0004]为了克服上述现有技术存在的缺点，本专利技术的目的在于提供了一种自适应能量增长稀疏性度量的汽车变速箱状态监测方法，实现了汽车变速箱的状态自动监测与辅助故障定位，提高汽车变速箱状态监测的准确性。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：
[0006]一种自适应能量增长稀疏性度量的汽车变速箱状态监测方法，首先获取变速箱的振动信号，通过构建各挡位下的状态监测指标，实现自适应的能量增长稀疏性评估；然后进行加权融合，得到能够反映变速箱整体健康状态的监测指标；再利用监测指标与计算过程中的分段幅值和增长率重要性评估结果进行故障定位。
[0007]一种自适应能量增长稀疏性度量的汽车变速箱状态监测方法，包括以下步骤：
[0008]1)各挡位下的状态监测指标构建：
[0009]1.1)获取基础数据：采集汽车变速箱台架实验全寿命振动信号，采样方式为等角度采样，并经快速傅里叶变换得到t时刻的原始阶次谱信号y
t
＝[y0,y1,
…
,y
N
]，其对应的阶次序列为x＝[0,x
δ
,2x
δ
,
…
,N
·
x
δ
]，阶次谱是一个具有(N+1)个点组成的离散的阶次域信号，其分辨率为x
δ
；时刻t的取值范围为[t
start
,t
end
]，即汽车变速箱台架实验全寿命时间，映射G(t)＝{g,c}得到t时刻的挡位g与排挡循环次数c，即t时刻是第c次循环到挡位g；还需要变速箱结构的基本信息，如挡位g∈g，g为映射G(t)＝{g,c}得到的所有时刻对应的挡位g的集合；各挡位的啮合阶次Order
g
＝[Order1,Order2,
…
,Order
n
]，其中Order
i
,i∈1,
…
,n表示挡位g下第i对齿轮的啮合阶次，共有n个啮合阶次；此外，还需要根据历史监测结果设置监测指标报警阈值，若没有历史监测数据或监测数据差异大，则取默认报警阈值为0.3；
[0010]1.2)去啮合阶次成分：在阶次谱中去除当前挡位下的各个啮合阶次与其高次谐波成分，即设置g挡位下每个时刻的阶次谱中对应于参与传动的齿轮的啮合阶次成分的值为0；
[0011]1.3)分段求幅值和：将去啮合阶次成分后的阶次谱均分为E个阶次段，则每个阶次段的谱线数为每个阶次范围宽度为位于挡位g下的时刻t时，阶次谱分段各段幅值和为：
[0012][0013]1.4)计算分段幅值和增长率：计算变速箱在各挡位第1循环内的阶次谱分段幅值和的均值为：
[0014][0015]式中，N
t
为满足G(t)＝{g,1}的时刻的数量；
[0016]记向量逐元素相除为以μ
g,1
为分段能量增长率计算的参考值，在t时刻的阶次谱分段幅值和增长率为：
[0017][0018]1.5)分段幅值和增长率重要性评估：对得到的分段幅值和增长率使用α
‑
softmax(
·
)函数进行重要性评估，使具有较大增长率的阶次段分得较大的权重值，而增长率小甚至负增长的阶次段分得较小的权重值；分段重要性评估的具体公式为：
[0019][0020]其中α1>0，是一个用于控制ω稀疏性的参数；
[0021]1.6)分段幅值和增长稀疏性度量：根据阶次谱中不同阶次段的能量增长，筛选出变化最大的前K个阶次段，构建挡位g下的分段幅值和增长稀疏性度量指标SCSI，以指示变速箱的健康状态，其公式为：
[0022][0023]其中sort(
·
)是降序排序函数，K是SCSI
t,g
计算时采用的具有较大能量增长率的阶次段数，即计算SCSI
t,g
时采用降序排序后的前K个阶次段；由于ω
t
各元素的总和为1，故得到的SCSI
t,g
有确定的上下界，即SCSI
t,g
∈[0,1]；
[0024]2)变速箱整体健康状态监测指标构建：
[0025]2.1)扩展各挡位下的SCSI指标至全时间段：挡位g下的SCSI
t,g
只在{t|G(t)＝{g,
c}}时计算，扩展挡位g下的SCSI
t,g
指标到其他时刻，则是把{t|G(t)≠{g,c}}时SCSI
t,g
的值取成最接近的SCSI
t,g
，即SCSI
t
′
,g
,t
′
＝max({t|G(t)＝{g,c}})，对于不同的挡位g∈g，在任意时刻都对应的有SCSI
t,g
；
[0026]2.2)评估不同挡位SCSI指标的重要性：对同一时刻各挡位下的SCSI
t,g
使用α
‑
softmax(
·
)函数进行重要性评估，使指标数据较高的分得较大的权重值；评估的具体公式为：
[0027][0028]其中α2>0，是一个用于控制稀疏性的参数；
[0029]2.3)加权融合不同挡位的SCSI指标：将同一时刻不同挡位下的SCSI
t,g
按的权重加权融合成反映变速箱整体健康状态的指标WHI，具体公式如下：
[0030][0031]3)变速箱状态监测与故障定位：得到的WHI用于监测变速箱整体的健康状态，WHI的值越小，表示变速箱当前状态与正常状态越接近，即健康状态越好；WHI的值越大，表示变速箱当前状态与正常状本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自适应能量增长稀疏性度量的汽车变速箱状态监测方法，其特征在于：首先获取变速箱的振动信号，通过构建各挡位下的状态监测指标，实现自适应的能量增长稀疏性评估；然后进行加权融合，得到能够反映变速箱整体健康状态的监测指标；再利用监测指标与计算过程中的分段幅值和增长率重要性评估结果进行故障定位。2.一种自适应能量增长稀疏性度量的汽车变速箱状态监测方法，其特征在于，包括以下步骤：1)各挡位下的状态监测指标构建：1.1)获取基础数据：采集汽车变速箱台架实验全寿命振动信号，采样方式为等角度采样，并经快速傅里叶变换得到t时刻的原始阶次谱信号y
t
＝[y0,y1,
…
,y
N
]，其对应的阶次序列为x＝[0,x
δ
,2x
δ
,
…
,N
·
x
δ
]，阶次谱是一个具有(N+1)个点组成的离散的阶次域信号，其分辨率为x
δ
。时刻t的取值范围为[t
start
,t
end
]，即汽车变速箱台架实验全寿命时间，映射G(t)＝{g,c}得到t时刻的挡位h与排挡循环次数c，即t时刻是第c次循环到挡位g；还需要变速箱结构的基本信息，挡位g∈g，g为映射G(t)＝{g,c}得到的所有时刻对应的挡位g的集合；各挡位的啮合阶次Order
g
＝[Order1,Order2,
…
,Order
n
]，其中Order
i
,i∈1,
…
,n表示挡位g下第i对齿轮的啮合阶次，共有n个啮合阶次；此外，还需要根据历史监测结果设置监测指标报警阈值，若没有历史监测数据或监测数据差异大，则取默认报警阈值为0.3；1.2)去啮合阶次成分：在阶次谱中去除当前挡位下的各个啮合阶次与其高次谐波成分，即设置g挡位下每个时刻的阶次谱中对应于参与传动的齿轮的啮合阶次成分的值为0；1.3)分段求幅值和：将去啮合阶次成分后的阶次谱均分为E个阶次段，则每个阶次段的谱线数为每个阶次范围宽度为位于挡位g下的时刻t时，阶次谱分段各段幅值和为：1.4)计算分段幅值和增长率：计算变速箱在各挡位第1循环内的阶次谱分段幅值和的均值为：式中，N
t
为满足G(t)＝{g,1}的时刻的数量；记向量逐元素相除为以μ
g,1
为分段能量增长率计算的参考值，在t时刻的阶次谱分段幅值和增长率为：1.5)分段幅值和增长率重要性评估：对得到的分段幅值和增长率使用α
‑
soft...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷亚国，任去病，李乃鹏，李熹伟，李响，杨彬，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：