專利名稱：汽車后橋壽命預測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種壽命預測系統(tǒng)，具體地說，涉及一種用于汽車后橋的壽命 預測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
汽車后橋是汽車傳動系統(tǒng)中的重要組成部件，其工作可靠性的高低，直接
影響整個系統(tǒng)的運行。根據(jù)統(tǒng)計，有20%的汽車事故是由于后橋故障造成的。在 后橋運轉(zhuǎn)過程中，如果能比較準確地對后橋故障做出預測，這樣既可以有效地 預防后橋故障的發(fā)生，又可以減少不必要的維修，節(jié)約開支，提高其壽命。
目前，國際上有代表性的預測系統(tǒng)有美國Entek公司的IRD-890PM檢測維修 系統(tǒng)、丹麥D&K公司的COMPASSTYPE3540系統(tǒng)、TYPE3560系統(tǒng)等，這些系 統(tǒng)一般用于設備的離線預測，雖然功能比較強大，但是價格也比較昂貴，而且 維護、更新和改進都比較困難。而國內(nèi)以預知維護為目標的智能狀態(tài)在線預測 系統(tǒng)還很少。專利《汽車信息預警與零件壽命預測系統(tǒng)與方法》(公開號-CN101064025)提出了一種汽車信息預警與零件壽命預測系統(tǒng)，可實現(xiàn)對數(shù)據(jù)采 集、發(fā)送、診斷，但該系統(tǒng)是通過網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫中汽車的維修記錄與零件的信息 來推測汽車零件安全使用壽命的期限，由于零件的個體差異與工作環(huán)境等原因， 使得預報的精度不高。而且目前還缺乏專門針對汽車后,的在線預測系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種汽車后橋壽命預測系統(tǒng)，能夠?qū)ζ嚭髽蜻\行 壽命提供更高精度的預測。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下 一種汽車后橋壽命預測系統(tǒng)， 包括有壓電傳感器、放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、微控制器、通訊接口電路和PC 機，所述壓電傳感器將采集的振動信號輸出給所述放大電路進行放大后，再輸 出給所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，該模數(shù)轉(zhuǎn)換電路輸出數(shù)字信號給所述微 控制器后，微控制器經(jīng)通訊接口電路將數(shù)字信號傳輸給PC機，所述PC機接收 的數(shù)字信號分析處理并建立預測模型后，進行壽命預測，其關(guān)鍵在于
所述PC機包括有
用于設置兩個狀態(tài)參數(shù)閾值QR、 QK以及模型階次閾值的裝置； 用于設置通道號CH=0的裝置；首先根據(jù)第一通道采集的數(shù)據(jù)進行預測。 用于調(diào)整通道采集信號的裝置；
所述振動信號經(jīng)放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換后送入PC機，首先將振動信號進行調(diào)整， 調(diào)整公式如下
a =——
其中，/表示當前通道采集的數(shù)據(jù)點的電壓值，s表示對應壓電傳感器的靈 敏度，m表示所述放大電路的放大倍數(shù)，a為調(diào)整后得到的振動量值，經(jīng)過信號 調(diào)整，真實反映出后橋的振動信息。
用于計算所述兩個狀態(tài)參數(shù)均方根值RMS和峭度系數(shù)Kv作為兩組時間序 列的裝置；
均方根值RMS反映了信號的平均能量的大小，峭度系數(shù)Kv反映了沖擊能量 的大小，由于峭度系數(shù)Kv對于沖擊脈沖及沖擊類故障敏感，特別是在故障發(fā)展 的早期，峭度系數(shù)值有明顯增加，但是隨著故障的繼續(xù)發(fā)展，敏感度下降，因 此僅把峭度系數(shù)Kv作為預測指標穩(wěn)定性不好，而均方根值RMS穩(wěn)定性好，但對 早期故障不敏感，腹S隨著故障的增加而呈現(xiàn)遞增的狀態(tài)，所以二者配合使用， 預測效果更好。根據(jù)當前通道采集的數(shù)據(jù)分別計算RMS和Kv， RMS按下式計算
<formula>formula see original document page 8</formula>
其中，",為當前通道在某一固定長時間內(nèi)采集的數(shù)據(jù)經(jīng)調(diào)整后得到的數(shù)據(jù)序列，
N為該數(shù)據(jù)序列的長度， 一個數(shù)據(jù)序列計算一個RMS值，多個連續(xù)的等時間間隔 的數(shù)據(jù)序列對應計算出多個函S值，組成RMS時間序列。 同時，每個體S對應一個Kv， Kv按下式計算
其中，^、 N表示的意思與RMS計算公式中的意思相同。多個連續(xù)的等時間間隔 的數(shù)據(jù)序列對應計算出多個Kv值，組成Kv時間序列。
用于對RMS時間序列建模并獲得RMS預測值的裝置；利用當前RMS時間序 列建模后獲得將來汽車后橋的RMS值。
用于對Kv時間序列建模并獲得Kv預測值的裝置；利用當前Kv時間序列建 模后獲得將來汽車后橋的Kv值。
用于判斷RMS預測值〉QR并且Kv預測值〉QK是否同時成立的裝置；
如果成立，則進入用于報警的裝置；表明在某一段時間后，汽車后橋會出 現(xiàn)故障，對該預測故障做出報警提示。
如果不成立，則進入用于判斷CH〉通道數(shù)是否成立的裝置；通道數(shù)與壓電 傳感器數(shù)相等，每個通道對應一個壓電傳感器，每一次預測都要對所有壓電傳 感器采集的數(shù)據(jù)進行分析后，預測汽車后橋的壽命。
如果CH〉通道數(shù)成立，則返回到所述用于設置通道號CH^的裝置；表明已 經(jīng)完成一次對所有壓電傳感器采集數(shù)據(jù)的分析，需要再次從第一個壓電傳感器 采集的數(shù)據(jù)進行分析預測。
如果CH〉通道數(shù)不成立，則進入用于CH《H+1的裝置;.表明還未完成一次 對所有壓電傳感器采集數(shù)據(jù)的分析，接著進行下一個壓電傳感器采集數(shù)據(jù)的分 析。
返回到所述用于調(diào)整通道采集信號的裝置。在分析每個壓電傳感器采集的 數(shù)據(jù)之前，都要對數(shù)據(jù)進行調(diào)整。
所述用于對RMS時間序列建模并獲得RMS預測值的裝置包括有
用于RMS時間序列預處理的裝置；預處理后得到的數(shù)據(jù)更符合模型參數(shù)估
計的要求，使預測精度更高。
用于模型階次初始化的裝置；所述模型階次初始值設為1。 用于判斷所述模型階次是否大于所述模型階次閾值的裝置； 如果模型階次沒有大于模型階次閾值，則進入用于計算最小信息準則數(shù)AIC 值的裝置；
AIC即最小信息準則，該準則的基本思想是根據(jù)模型的預報誤差來判斷模型
的階數(shù)是否合適，最小的AIC值對應最合適的模型階次。
用于增加所述模型階次的裝置；模型階次按1逐漸遞增。 返回到所述用于判斷模型階次是否大于模型階次閾值的裝置； 如果模型階次大于模型階次閾值，則進入用于選擇AIC值最小的模型階次
進行模型參數(shù)估計的裝置；當模型階次大于模型階次閾值時，表示已完成設定
階次內(nèi)AIC值的計算，此時選取最小的AIC值對應的模型階次進行模型參數(shù)估
計，得到擬合出的模型。
用于模型預測獲得RMS估計值的裝置；所述RMS估計值指對RMS時間序列
經(jīng)預處理后所得數(shù)據(jù)的預測。
用于RMS估計值逆變換獲得RMS預測值的裝置。所述RMS預測值是將RMS
估計值經(jīng)過逆變換后得到的均方根值RMS，是原有認S時間序列的預測。 所述用于對Kv時間序列建模并獲得Kv預測值的裝置包括有 用于Kv時間序列預處理的裝置；預處理后得到的數(shù)據(jù)更符合模型參數(shù)估計
的要求，使預測精度更高。
用于模型階次初始化的裝置；所述模型階次初始值設為1。 用于判斷所述模型階次是否大于所述模型階次閾值的裝置； 如果模型階次沒有大于模型階次閾值，則進入用于計算最小信息準則數(shù)AIC 值的裝置；
AIC即最小信息準則，該準則的基本思想是根據(jù)模型的預報誤差來判斷模型 的階數(shù)是否合適，最小的AIC值對應最合適的模型階次。
用于增加所述模型階次的裝置；模型階次按1逐漸遞增。
返回到所述用于判斷模型階次是否大于模型階次閾值的裝置；
如果模型階次大于模型階次閾值，則進入用于選擇AIC值最小的模型階次 進行模型參數(shù)估計的裝置；當模型階次大于模型階次閾值時，表示己完成設定 階次內(nèi)AIC值的計算，此時選取最小的AIC值對應的模型階次進行模型參數(shù)估 計，得到擬合出的模型。
用于模型預測獲得Kv估計值的裝置；所述Kv估計值指對Kv時間序列經(jīng)預 處理后所得數(shù)據(jù)的預測。
用于Kv估計值逆變換獲得Kv預測值的裝置。所述Kv預測值是將Kv估計 值經(jīng)過逆變換后得到的峭度系數(shù)Kv，是原有Kv時間序列的預測。
所述時間序列預處理的裝置包括有遞歸處理機構(gòu)和差分處理機構(gòu)，所述遞 歸處理按下式進行
<formula>formula see original document page 10</formula>
其中，/^為回歸值，x"為狀態(tài)參數(shù)序列當前值； 所述差分處理按下式進行
= -
其中，V/^為差分值。
遞歸處理可以消除隨機因素的干擾，但是遞歸處理后的數(shù)據(jù)具有明顯的線 性趨勢，對遞歸后的數(shù)據(jù)進行一階差分處理后，得到平穩(wěn)序列，從而提高預測 的精度。
所述時間序列模型為滑動平均自回歸模型，表示為
其中，P、 q分別是自回歸部分和滑動平均部分的階次，-力=1，2,…，p)、《(f = 1,2,…，g) 分別為自回歸系數(shù)和滑動平均系數(shù)，"(/)為零均值、方差為^的獨立同分布白噪
聲序列，；^)為平穩(wěn)序列。
時間序列的基本思想是某些時間序列是依賴于時間的一組隨機變量，構(gòu) 成該時間序列的單個序列值雖然具有不確定性，但整個序列的變化卻有一定的 規(guī)律性，可以用相應的數(shù)學模型來近似描述?；瑒悠骄曰貧w模型是時間序列 模型中最常用、最成熟的一種模型，它形式簡單，對數(shù)據(jù)進行擬合比較方便， 便于分析數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)和內(nèi)在性質(zhì)，能達到最小方差意義下的最優(yōu)預測，是一種 精度較高的時序短期預測方法，因此選用該模型來進行汽車后橋壽命的預測。
由于本模型中涉及兩個參數(shù)P、 q，因此在所述用于模型階數(shù)初始化的裝置 中，設置(P， q) = (l， 1)，在所述用于增加模型階次的裝置中，P、 q交替增加l， 如第一增加(P, q) = (2， 1)，第二次增加(p， q)二(2， 2)，第三次增加(p， q) = (3， 2)等等。
所述AIC值由下式獲得
其中，P、 q分別為自回歸部分和滑動平均部分的階次，k=p+q+2， N為序列^j長
度，6^2為狀態(tài)參數(shù)序列經(jīng)過預處理后得到的新序列的方差的估計值，該估計值
由下式得到
.2 l + ^+…+《"
其中，《(/ = 1，2,...,/7)、《(/^:1，2，…，《)分別為自回歸系數(shù)和滑動平均系 數(shù)的矩估計，6"2為狀態(tài)參數(shù)序列經(jīng)過預處理后得到的新序列的方差。
為了實現(xiàn)汽車后橋故障的遠程診斷，所述pc機還將接收的數(shù)據(jù)和報警信息 上傳至局域網(wǎng)和/或英特網(wǎng)。
所述通訊接口電路為usb接口芯片，該usb接口芯片的信號輸入端與微控 制器的第一信號輸出端連接，信號輸出端與pc機連接。
所述通訊接口電路為485總線芯片，該485總線芯片的信號輸入端與微控 制器的第二信號輸出端連接，信號輸出端通過轉(zhuǎn)換器與pc機連接。
所述通訊接口電路為can總線電路，該can總線電路由c緒控制器和can 收發(fā)器組成，所述can控制器的信號輸入端與微控制器的第三信號輸出端連接， 該can控制器的信號輸出與can收發(fā)器的信號輸入端連接，can收發(fā)器的信號輸 出端經(jīng)can總線與pc機連接。
有益效果與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提出了一種專門針對汽車后橋的壽命 預測系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用滑動平均自回歸模型，并結(jié)合遞歸處理和差分處理進行 預處理，使預處理后的數(shù)據(jù)能更有利于進行模型參數(shù)估計，從而能夠?qū)ζ嚭?橋運行壽命提供更高精度的預測。


圖l是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明的預測流程圖3是本發(fā)明中對rms時間序列建模并獲得副s預測值的流程圖； 圖4是本發(fā)明中對Kv時間序列建模并獲得Kv預測值的流程圖； 圖5是本發(fā)明中通訊接口電路與微控制器連接電路圖6是本發(fā)明實施例1中均方根值RMS的實測與預測結(jié)果對比； 圖7是本發(fā)明實施例1中峭度系數(shù)Kv的實測與預測結(jié)果對比。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例進一步對本發(fā)明加以說明。 實施例1:
如圖l所示 一種汽車后橋壽命預測系統(tǒng)，包括有壓電傳感器l、放大電路
2、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3、微控制器4、通訊接口電路5和PC機6，所述壓電傳感器 1將采集的振動信號輸出給所述放大電路2進行放大后，再輸出給所述模數(shù)轉(zhuǎn)換 電路3進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，該模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3輸出數(shù)字信號給所述微控制器4后， 微控制器4經(jīng)通訊接口電路5將數(shù)字信號傳輸給PC機6，所述PC機6接收的數(shù) 字信號分析處理并建立預測的時間序列模型后，進行壽命預測，為了實現(xiàn)汽車 后橋故障的遠程診斷，所述PC機6還將接收的數(shù)據(jù)和報警信息上傳至局域網(wǎng)7 和/或英特網(wǎng)8。
如圖l、 5所示本實施例中設置有4個型號為BZ1101型壓電傳感器1，相 應通道數(shù)為4路。本實施例采用型號為AT89S52型微控制器5，微控制器5的四 個信號輸入端PI. 3 P1. 6接收模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3的數(shù)字信號。
如圖5所示本實施例中，所述通訊接口電路5為PD工USBD12型USB接口 芯片，該USB接口芯片的信號輸入端DATA0 DATA7與微控制器4的第一信號輸 出端P2口連接，信號輸出端D+、 D-與PC機6連接。
如圖2所示所述PC機6包括有
用于設置兩個狀態(tài)參數(shù)閾值QR、 QK以及模型階次閾值的裝置； 用于設置通道號CH^的裝置；首先根據(jù)第一通道采集的數(shù)據(jù)進行預測。 用于調(diào)整通道采集信號的裝置；
所述振動信號經(jīng)放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換后送入PC機，首先將振動信號進行調(diào)整， 調(diào)整公式如下 <formula>formula see original document page 14</formula>
其中，/表示當前通道采集的數(shù)據(jù)點的電壓值，S表示對應壓電傳感器的靈
敏度，m表示所述放大電路的放大倍數(shù)，"為調(diào)整后得到的數(shù)據(jù)點的振動量值， 經(jīng)過信號調(diào)整，真實反映出后橋的振動信息。
用于計算所述兩個狀態(tài)參數(shù)均方根值RMS和峭度系數(shù)Kv作為兩組時間序 列的裝置；
根據(jù)當前通道采集的數(shù)據(jù)分別計算RMS和Kv，函S按下式計算
<formula>formula see original document page 14</formula>其中，",為當前通道在某一固定長時間內(nèi)采集的數(shù)據(jù)經(jīng)調(diào)整后得到的數(shù)據(jù)序列，
N為該數(shù)據(jù)序列的長度， 一個數(shù)據(jù)序列計算一個RMS值，多個連續(xù)的等時間間隔 的數(shù)據(jù)序列對應計算出多個脂S值，組成RMS時間序列。
同時，每個RMS對應一個Kv， Kv按Z式計算
<formula>formula see original document page 14</formula>
其中，a,、 N表示的意思與RMS計算公式中的意思相同。多個連續(xù)的等時間間隔 的數(shù)據(jù)序列對應計算出多個Kv值，組成Kv時間序列。
如以2分鐘為時間間隔，每2分鐘內(nèi)采集的振動數(shù)據(jù)經(jīng)調(diào)整后得到的數(shù)據(jù) 序列就可以計算出一個RMS和一個Kv，如總共采集84分鐘的數(shù)據(jù)，得到的RMS 時間序列和Kv時間序列的長度都是42。
用于對RMS時間序列建模并獲得RMS預測值的裝置；禾U用當前RMS時間序 列建模后獲得將來汽車后橋的RMS值。
本發(fā)明中采用的時間序列模型為滑動平均自回歸模型，表示為
<formula>formula see original document page 14</formula>
其中，P、 q分別是自回歸部分和滑動平均部分的階次，A(/= 1,2,…,/7)、功=1,2,…,《)
分別為自回歸系數(shù)和滑動平均系數(shù)，"(o為零均值、方差為^的獨立同分布白噪
聲序列，It0為平穩(wěn)序列。
如圖3所示所述用于對RMS時間序列建模并獲得RMS預測值的裝置包括
有
用于RMS時間序列預處理的裝置；
所述時間序列預處理的裝置包括有遞歸處理機構(gòu)和差分處理機構(gòu)，所述遞 歸處理按下式進行-
<formula>formula see original document page 15</formula>其中，/^ 為回歸值，、為狀態(tài)參數(shù)序列當前值； 所述差分處理按下式進行<formula>formula see original document page 15</formula>其中，V/^為差分值。
預處理后得到的數(shù)據(jù)更符合模型參數(shù)估計的要求，使預測精度更高。
用于模型階次初始化的裝置；
用于判斷所述模型階次是否大于所述模型階次閾值的裝置； 用于增加所述模型階次的裝置；模型階次按1逐漸遞增。 由于本模型中涉及兩個參數(shù)P、 q，因此在所述用于模型階數(shù)初始化的裝置 中，設置(P， q) = (l， 1)，在所述用于增加模型階次的裝置中，P、 q交替增加l， 如第一增加(P， q)二(2， 1)，第二次增加(p， q)二(2， 2)，第三次增加(p， q) = (3， 2)等等。
如果模型階次沒有大于模型階次閾值，則進入用于計算最小信息準則數(shù)AIC 值的裝置；如模型階次閾值為(P， q) = (5， 5)時，則只有當p、 q同時大于5 時，判斷為模型階次大于模型階次閾值，否則判斷為模型階次沒有大于模型階 次閾值。
返回到所述用于判斷模型階次是否大于模型階次閾值的裝置；
如果模型階次大于模型階次閾值，則迸入用于選擇AIC值最小的模型階次 進行模型參數(shù)估計的裝置；當模型階次大于模型階次閾值時，表示已完成設定
階次內(nèi)AIC值的計算，此時選取最小的AIC值對應的模型階次進行模型參數(shù)估 計，得到擬合出的模型。
所述AIC值由下式獲得
j/C(m)二2A: +鹿(《2)
其中，P、 Q分別為自回歸部分和滑動平均部分的階次，k=p+q+2, N為序列的長 度，62為狀態(tài)參數(shù)序列經(jīng)過預處理后得到的新序列的方差的估計值，該估計值 由下式得到-<formula>formula see original document page 16</formula>
其中，&(/ = 1，2,... 《(f二1,2，…，《)分別為自回歸系數(shù)和滑
動平均系數(shù)的矩估計，6"2為狀態(tài)參數(shù)序列經(jīng)過預處理后得到的新序列的方差。
用于模型預測獲得RMS估計值的裝置；所述RMS估計值指對RMS時間序列 經(jīng)預處理后所得數(shù)據(jù)的預測。
用于RMS估計值逆變換獲得RMS預測值的裝置。所述RMS預測值是將RMS 估計值經(jīng)過逆變換后得到的均方根值RMS，是原有RMS時間序列的預測。
如圖6所示圖中RMS實測值是以2分鐘為時間間隔計算出的RMS時間序 列，可以看出RMS預測值與RMS實測值基本吻合，說明本發(fā)明對RMS值預測的
用于對Kv時間序列建模并獲得Kv預測值的裝置；利用當前Kv時間序列建 模后獲得將來汽車后橋的Kv值。
如圖4所示所述用于對Kv時間序列建模并獲得Kv預測值的裝置包括有:
用于KV時間序列預處理的裝置；預處理后得到的數(shù)據(jù)更符合模型參數(shù)估計 的要求，使預測精度更高。
用于模型階次初始化的裝置；所述模型階次初始值設為1。 用于判斷所述模型階次是否大于所述模型階次閾值的裝置；
如果模型階次沒有大于模型階次閾值，則進入用于計算最小信息準則數(shù)A工C 值的裝置；
AIC即最小信息準則，該準則的基本思想是根據(jù)模型的預報誤差來判斷模型 的階數(shù)是否合適，最小的AIC值對應最合適的模型階次。
用于增加所述模型階次的裝置；模型階次按1逐漸遞增。
返回到所述用于判斷模型階次是否大于模型階次閾值的裝置；
如果模型階次大于模型階次閾值，則進入用于選擇AIC值最小的模型階次 進行模型參數(shù)估計的裝置；
用于模型預測獲得Kv估計值的裝置；所述Kv估計值指對IW時間序列經(jīng)預 處理后所得數(shù)據(jù)的預測。
用于Kv估計值逆變換獲得Kv預測值的裝置。所述Kv預測值是將Kv估計 值經(jīng)過逆變換后得到的峭度Kv，是原有Kv時間序列的預測。
所述用于對Kv時間序列建模并獲得Kv預測值的裝置與所述用于對RMS時 間序列建模并獲得RMS預測值的裝置釆用的方法一樣，只是建模的數(shù)據(jù)不同， 就不再詳述。
如圖7所示圖中Kv實測值是以2分鐘為時間間隔計算出的Kv時間序列， Kv預測值與Kv實測值基本吻，，說明本發(fā)明對Kv值的預測精度較高。 用于判斷RMS預測值〉QR并且Kv預測值〉QK是否同時成立的裝置； 如果成立，則進入用于報警的裝置；表明在某一段時間后，汽車后橋會出 現(xiàn)故障，對該預測故障做出報警提示。
如果不成立，則進入用于判斷CH〉通道數(shù)是否成立的裝置；通道數(shù)與壓電 傳感器數(shù)相等，每個通道對應一個壓電傳感器，每一次預測都要對所有壓電傳 感器采集的數(shù)據(jù)進行分析后，預測汽車后橋的壽命。
如果CH〉通道數(shù)成立，則返回到所述用于設置通道號01=0的裝置；表明己 經(jīng)完成一次對所有壓電傳感器采集數(shù)據(jù)的分析，需要再次從第一個壓電傳感器 采集的數(shù)據(jù)進行分析預測。
如果CH〉通道數(shù)不成立，則進入用于CH《H+1的裝置；表明還未完成一次
對所有壓電傳感器采集數(shù)據(jù)的分析，接著進行下一個壓電傳感器采集數(shù)據(jù)的分 析。
返回到所述用于調(diào)整通道采集信號的裝置。在分析每個壓電傳感器采集的 數(shù)據(jù)之前，都要對數(shù)據(jù)進行調(diào)整。
實施例2:
本實施例與實施例1的結(jié)構(gòu)和工作原理大致相同，其不同之處在于所述
通訊接口電路5為MAX485型485總線芯片，該485總線芯片的信號輸入端R0、 DI、 Zg、 DE與微控制器4的第二信號輸出端RXD、 TXD、 Pl. 7連接，信號輸出
端A、 B通過轉(zhuǎn)換器與PC機6連接。 實施例3:
本實施例與實施例1的結(jié)構(gòu)和工作原理大致相同，其不同之處在于所述 通訊接口電路5為CAN總線電路，該CAN總線電路由SJA1000型CAN控制器和 PCA82C250型CAN收發(fā)器組成，所述CAN控制器的信號輸入端AD0 AD7與微控 制器4的第^信號輸出端P0 口連接，該CAN控制器的信號輸出端TX0、 RX0與 CAN收發(fā)器的信號輸入端TXD、 RXD連接，CAN收發(fā)器的信號輸出端.CANH和CANL 經(jīng)CAN總線與PC機6連接。
權(quán)利要求
1、一種汽車后橋壽命預測系統(tǒng)，包括有壓電傳感器(1)、放大電路(2)、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(3)、微控制器(4)、通訊接口電路(5)和PC機(6)，所述壓電傳感器(1)將采集的振動信號輸出給所述放大電路(2)進行放大后，再輸出給所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(3)進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，該模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(3)輸出數(shù)字信號給所述微控制器(4)后，微控制器(4)經(jīng)通訊接口電路(5)將數(shù)字信號傳輸給PC機(6)，所述PC機(6)接收的數(shù)字信號分析處理并建立預測的時間序列模型后，進行壽命預測，其特征在于所述PC機(6)包括有用于設置兩個狀態(tài)參數(shù)閾值QR、QK以及模型階次閾值的裝置；用于設置通道號CH＝0的裝置；用于調(diào)整通道采集信號的裝置；用于計算所述兩個狀態(tài)參數(shù)均方根值RMS和峭度系數(shù)Kv作為兩組時間序列的裝置；用于對RMS時間序列建模并獲得RMS預測值的裝置；用于對Kv時間序列建模并獲得Kv預測值的裝置；用于判斷RMS預測值＞QR并且Kv預測值＞QK是否同時成立的裝置；如果成立，則進入用于報警的裝置；如果不成立，則進入用于判斷CH＞通道數(shù)是否成立的裝置；如果CH＞通道數(shù)成立，則返回到所述用于設置通道號CH＝0的裝置；如果CH＞通道數(shù)不成立，則進入用于CH＝CH+1的裝置；返回到所述用于調(diào)整通道采集信號的裝置。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述汽車后橋壽命預測系統(tǒng)，其特征在于所述用于對RMS時間序列建模并獲得RMS預測值的裝置包括有 用于RMS時間序列預處理的裝置； 用于模型階次初始化的裝置；用于判斷所述模型階次是否大于所述模型階次閾值的裝置； 如果模型階次沒有大于模型階次閾值，則進入用于計算最小信息準則數(shù)AIC 值的裝置；用于增加所述模型階次的裝置；返回到所述用于判斷模型階次是否大于模型階次閾值的裝置； 如果模型階次大于模型階次閾值，則進入用于選擇AIC值最小的模型階次 進行模型參數(shù)估計的裝置；用于模型預測獲得RMS估計值的裝置；用于所述歴S估計值逆變換獲得RMS預測值的裝置。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述汽車后橋壽命預測系統(tǒng)，其特征在于所述用于對 Kv時間序列建模并獲得Kv預測值的裝置包括有用于Kv時間序列預處理的裝置； 用于模型階次初始化的裝置；用于判斷所述模型階次是否大于所述模型階次閾值的裝置； 如果模型階次沒有大于模型階次閾值，則進入用于計算最小信息準則數(shù)A工C 值的裝置；用于增加所述模型階次的裝置；返回到所述用于判斷模型階次是否大于模型階次閾值的裝置； 如果模型階次大于模型階次閾值，則進入用于選擇AIC值最小的模型階次 進行模型參數(shù)估計的裝置； 用于模型預測獲得Kv估計值的裝置；用于所述Kv估計值逆變換獲得Kv預測值的裝置。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述汽車后橋壽命預測系統(tǒng)，其特征在于所述時間序列預處理的裝置包括有遞歸處理機構(gòu)和差分處理機構(gòu)，所述遞歸處理按下式進行<formula>formula see original document page 4</formula>其中，/《"為回歸值，x"為狀態(tài)參數(shù)時間序列當前值； 所述差分處理按下式進行<formula>formula see original document page 4</formula>其中，V/^"為差分值。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述汽車后橋壽命預測系統(tǒng)，其特征在于所述時 間序列模型為滑動平均自回歸模型，表示為<formula>formula see original document page 4</formula>其中，P、q分別是自回歸部分和滑動平均部分的階次，^、l,2,…,p)、^、1,2，…,《) 分別為自回歸系數(shù)和滑動平均系數(shù)，。W為零均值、方差為52的獨立同分布白噪 聲序列，rW為平穩(wěn)序列。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述汽車后橋壽命預測系統(tǒng)，其特征在于所述AIC值 由下式獲得<formula>formula see original document page 4</formula>其中，P、 q分別為自回歸部分和滑動于均部分的階次，k二p+q+2， N為序列的長度，6;2為狀態(tài)參數(shù)序列經(jīng)過預處理后得到的新序列的方差的估計值，該估計值由下式得到 <formula>formula see original document page 5</formula>其中，《(/ = 1，2，...，； )、《(/ = 1，2，...,《)分別為自回歸系數(shù)和滑動平均系數(shù)的矩估計，《《為狀態(tài)參數(shù)序列經(jīng)過預處理后得到的新序列的方差。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述汽車后橋壽命預測系統(tǒng)，其特征在于所述PC機 (6)還將接收的數(shù)據(jù)和報警信息上傳至局域網(wǎng)(7)和/或英特網(wǎng)(8)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述汽車后橋壽命預測系統(tǒng)，其特征在于所述通訊接 口電路(5)為USB接口芯片，該USB接口芯片的信號輸入端與微控制器(4) 的第一信號輸出端連接，信號輸出端與PC機(6)連接。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述汽車后橋壽命預測系統(tǒng)，其特征在于所述通訊接 口電路(5)為485總線芯片，該485總線芯片的信號輸入端與微控制器(4) 的第二信號輸出端連接，信號輸出端通過轉(zhuǎn)換器與PC機(6)連接。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述汽車后橋壽命預測系統(tǒng)，其特征在于所述通訊 接口電路(5)為CAN總線電路，該C緒總線電路由CAN控制器和CAN收發(fā)器組 成，所述CAN控制器的信號輸入端與微控制器(4)的第三信號輸出端連接，該 CAN控制器的信號輸出與CAN收發(fā)器的信號輸入端連接，CAN收發(fā)器的信號輸出 端經(jīng)CAN總線與PC機(6)連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種汽車后橋壽命預測系統(tǒng)，包括有壓電傳感器、放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、微控制器、通訊接口電路和PC機，壓電傳感器將采集的振動信號輸出給放大電路進行放大后，再輸出給模數(shù)轉(zhuǎn)換電路進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，該模數(shù)轉(zhuǎn)換電路輸出數(shù)字信號給微控制器，微控制器經(jīng)通訊接口電路將數(shù)字信號傳輸給PC機，PC機接收的數(shù)字信號分析處理并建立預測的時間序列模型后，進行壽命預測，其特征在于PC機接收數(shù)字信號后首先對信號進行遞歸處理和差分處理的預處理，然后按通道分別計算兩個狀態(tài)參數(shù)平方根值和峭度系數(shù)，組成兩組時間序列，并對這兩組時間序列建模，得到預測結(jié)果。本發(fā)明是專門針對汽車后橋的壽命預測系統(tǒng)，預測精度較高。
文檔編號G01M13/02GK101354311SQ20081007023
公開日2009年1月28日 申請日期2008年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月5日
發(fā)明者俊 劉, 周本學, 浩 居, 方杰平, 歐家福, 亮 葛, 邵毅敏, 穎 馬 申請人:重慶大學