一種基于磨損機(jī)理的車用傳動(dòng)裝置的磨損隨機(jī)過(guò)程試驗(yàn)預(yù)測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于磨損機(jī)理的車用傳動(dòng)裝置的磨損隨機(jī)過(guò)程試驗(yàn)預(yù)測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 工程應(yīng)用上，對(duì)車用傳動(dòng)裝置磨損有影響的因素均有一定隨機(jī)性，且與時(shí)間有關(guān)， 故需通過(guò)隨機(jī)過(guò)程精確地反映車用傳動(dòng)裝置磨損的規(guī)律性和動(dòng)態(tài)性，達(dá)到試驗(yàn)預(yù)測(cè)的目 的。
[0003] 本發(fā)明基于磨損機(jī)理，通過(guò)偏最小二乘回歸方法（Partial Least-Squares，PLS)， 利用車用傳動(dòng)裝置滑塊的磨損正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)建立滑塊磨損率的預(yù)測(cè)模型，在此基礎(chǔ)上，通 過(guò)全壽命試驗(yàn)確定磨損隨機(jī)過(guò)程變量分布類型，建立了車用傳動(dòng)裝置的磨損隨機(jī)過(guò)程基本 模型，明確了模型參數(shù)的確定方法。
[0004] 相關(guān)技術(shù)背景：
[0005] 車用傳動(dòng)裝置磨損機(jī)理：車用傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，包括多種組件，如滑塊、同步器 體、拔叉環(huán)、密封環(huán)等，但是其中最易發(fā)生磨損失效的，或者說(shuō)在整個(gè)車用傳動(dòng)裝置中磨損 最要發(fā)生部位就是滑塊，而滑塊的磨損失效往往也是導(dǎo)致車用傳動(dòng)裝置發(fā)生故障的主要原 因，所以需特別針對(duì)車用傳動(dòng)裝置滑塊進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，包括分析磨損率與影響因素關(guān)系的 正交試驗(yàn)、明確滑塊磨損三個(gè)階段（磨合期、穩(wěn)定期、劇烈期）的全壽命試驗(yàn)、研究其磨損統(tǒng) 計(jì)特性的隨機(jī)試驗(yàn)等等。
[0006] 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法：是研究多因素多水平的一種設(shè)計(jì)方法，其選取的樣本點(diǎn)具有"均 勻分散，齊整可比"的正交性，據(jù)此進(jìn)行試驗(yàn)。
[0007] 偏最小二乘回歸分析法（PLS):是一種新型的多元統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析方法，主要包括 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理、提取成分、計(jì)算回歸系數(shù)、實(shí)現(xiàn)回歸、非標(biāo)準(zhǔn)化還原、優(yōu)化建模等。它主要 研究的是多因變量對(duì)多自變量的回歸建模，特別當(dāng)各變量間存在多重相關(guān)性時(shí)，用偏最小 二乘回歸法更為有效。
[0008] 有關(guān)車用傳動(dòng)裝置的磨損隨機(jī)過(guò)程試驗(yàn)預(yù)測(cè)方法中，最為關(guān)鍵的是其磨損率預(yù)測(cè) 與隨機(jī)過(guò)程模型參數(shù)的確定方法，現(xiàn)有的近似實(shí)現(xiàn)方案中，僅做到了實(shí)現(xiàn)機(jī)械組件磨損率 的預(yù)測(cè)，對(duì)于車用傳動(dòng)裝置，尚未針對(duì)其磨損特性建立有效可行的磨損隨機(jī)過(guò)程模型，而其 磨損率的預(yù)測(cè)方法應(yīng)用性不強(qiáng)，主要是利用傳統(tǒng)多元線性回歸方法（最小二乘回歸法）對(duì) 磨損試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行建模來(lái)計(jì)算磨損率，而且磨損試驗(yàn)通常采用的僅為單一樣本件，沒(méi)有充 分考慮多因素多水平間的相互作用。
[0009]目前比較常用的技術(shù)是利用傳統(tǒng)多元線性回歸方法（最小二乘回歸分析法）對(duì)磨 損試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行建模來(lái)計(jì)算磨損率。在普通多元線性回歸的應(yīng)用中，最典型的問(wèn)題就是沒(méi) 有充分考慮自變量之間的多重相關(guān)性。在傳統(tǒng)多元回歸分析中，變量的多重相關(guān)性就會(huì)嚴(yán) 重危害參數(shù)估計(jì)，使模型誤差增大，穩(wěn)定性降低，尤其在傳動(dòng)裝置的機(jī)械磨損系統(tǒng)中，工況 環(huán)境復(fù)雜，對(duì)組件磨損有影響的因素眾多，因素變量之間存在嚴(yán)重的多重相關(guān)性。
[0010] 磨損過(guò)程的確定缺乏理論支持，尤其是在其相關(guān)隨機(jī)過(guò)程模型的建立方面，相關(guān) 研究少之又少，而且針對(duì)車用傳動(dòng)裝置滑塊的磨損問(wèn)題，目前尚未有相關(guān)研究分析，現(xiàn)有的 試驗(yàn)方法沒(méi)有充分考慮到多因素多水平間的相互作用，不足以支持模型的建立，不具備工 程應(yīng)用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于磨損機(jī)理的車用傳動(dòng)裝置的磨損隨機(jī)過(guò)程試驗(yàn) 預(yù)測(cè)方法。
[0012] 本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0013] (1)確定三個(gè)磨損影響因素?fù)Q擋力、轉(zhuǎn)速、硬度，每個(gè)因素取4個(gè)水平，根據(jù)L16(4 3) 的正交設(shè)計(jì)表頭完成磨損試驗(yàn)，采集車用傳動(dòng)裝置滑塊磨損數(shù)據(jù)即磨損量，單位:mm ;
[0014] (2)處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，將磨損量W換算成磨損率u，單位：mm/200次，即單位時(shí)間內(nèi)的 材料磨損量；
[0015] (3)將步驟（1)中確定的磨損影響因素的主效應(yīng)、二次效應(yīng)及交互效應(yīng)組成變量 集合，對(duì)其進(jìn)行相關(guān)性分析，計(jì)算各變量組之間的相關(guān)系數(shù)，驗(yàn)證變量間的多重相關(guān)性，相 關(guān)系數(shù)公式：
[0016]
[0017] 其中：rxy-任意兩組變量X和y的相關(guān)系數(shù)；
[0018] 無(wú)一變量組X的均值；
[0019] F -變量組y的均值；
[0020] (4)利用偏最小二乘法，將步驟（3)的自變量集合標(biāo)準(zhǔn)化處理，提取對(duì)系統(tǒng)具有最 佳解釋能力的新綜合變量，即成分，進(jìn)行模型分析，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化回歸系數(shù)，按照標(biāo)準(zhǔn)化的逆 過(guò)程還原模型，得到原始變量的回歸系數(shù)值，即b。，by by b1];以磨損率u作為因變量，以磨 損影響因素的主效應(yīng)X1、二次效應(yīng)#及交互效應(yīng)xlX]作為自變量，建立磨損率預(yù)測(cè)的二次 多項(xiàng)式模型：
[0021]
[0022] 其中=X1-變量的主效應(yīng)；
[0023] 變量的二次項(xiàng)效應(yīng)；
[0024] 變量間的交互效應(yīng)；
[0025] u一因變量；
[0026] b。，bp by Id1廠回歸系數(shù)，其中b。為常數(shù)項(xiàng)；
[0027] 將求得的回歸系數(shù)值代入磨損率預(yù)測(cè)二次多項(xiàng)式模型，得到基于偏最小二乘回歸 的車用傳動(dòng)裝置滑塊磨損率預(yù)測(cè)模型，同時(shí)利用T 2橢圓圖來(lái)分析樣本點(diǎn)分布，檢測(cè)是否存 CN 105136449 A ^ 3/lb 貝
在取值遠(yuǎn)離樣本點(diǎn)集合平均水平的奇異點(diǎn)，T2橢圓圖中的 〖成分 th在點(diǎn)i處的取值，&是成分th在點(diǎn)i處的樣本方差，當(dāng) ，即在 95%的檢驗(yàn)水平上，樣本點(diǎn)為奇異點(diǎn)，在&八2平面上的T2橢圓圖中表現(xiàn)為超出橢圓區(qū)域之 外便為奇異點(diǎn)，若發(fā)現(xiàn)奇異點(diǎn)，進(jìn)行模型優(yōu)化，刨去奇異點(diǎn)，利用剩余樣本點(diǎn)重新建模，完成 優(yōu)化；
[0028] (5)選取一組樣本件，在換擋力為X1，轉(zhuǎn)速為x2,硬度為X 3這一工況條件下完成一 套全壽命磨損試驗(yàn)，采集磨損數(shù)據(jù)，找到磨損率趨于平穩(wěn)和磨損率驟增的時(shí)間點(diǎn)，以確定磨 損三個(gè)階段的具體劃分，即磨合期、穩(wěn)定期、劇烈期；
[0029] (6)利用全壽命試驗(yàn)數(shù)據(jù)中的磨合期和穩(wěn)定期的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)磨損量 W(t)和磨損量增量AW(t)進(jìn)行K-S法正態(tài)檢驗(yàn)，驗(yàn)證確定車用傳動(dòng)裝置滑塊磨損隨機(jī)過(guò)程 的具體類型；
[0030] 當(dāng)漸近顯著性（雙側(cè)）大于0.05時(shí)，結(jié)果不拒絕原假設(shè)，即服從正態(tài)分布；否則不 服從；
[0031] (7)選取6組樣本件，在換擋力為X1，轉(zhuǎn)速為x2,硬度為X 3這一工況條件下完成一 套隨機(jī)磨損試驗(yàn)，采集磨損數(shù)據(jù)；
[0032] (8)求取具體參數(shù)值偏移系數(shù)和過(guò)程強(qiáng)度〇 ;其中，偏移系數(shù)E在模型中為磨損 率均值，通過(guò)步驟（4)建立的磨損率回歸預(yù)測(cè)模型計(jì)算；
[0033] (9)通過(guò)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)求得過(guò)程強(qiáng)度〇，利用步驟（7)隨機(jī)磨損試驗(yàn)數(shù)據(jù)中的不同時(shí) 刻的磨損量W (t)做方差估計(jì)：
[0034]
[0035] 其中：D (t)-磨損量的方差；
[0036] W U1) -第i時(shí)刻的磨損量；
[0037] 斤(/) 一磨損量均值；
[0038] 對(duì)求得的方差值D (t)進(jìn)行線性檢驗(yàn)，建立線性回歸方程D (t) = 〇t+b，即在坐標(biāo) 紙上劃出線性回歸線，其斜率即為過(guò)程的強(qiáng)度σ ;
[0039] (10)根據(jù)步驟（6)磨損隨機(jī)過(guò)程具體類型的確定結(jié)果，建立車用傳動(dòng)裝置滑塊的 磨損隨機(jī)過(guò)程模型：
[0040]
[0041] 其中：W-磨損量，單位：mm
[0042] 漢一維納過(guò)程的偏移系數(shù)；
[0043] σ -維納過(guò)程的過(guò)程強(qiáng)度；
[0044] 將步驟（8)、步驟（9)求得的磨損隨機(jī)過(guò)程模型的偏移系數(shù)f和過(guò)程強(qiáng)度代入此 模型，通過(guò)此模型確定了車用傳動(dòng)裝置的磨損過(guò)程，完成基于磨損機(jī)理的車用傳動(dòng)裝置磨 損試隨機(jī)過(guò)程驗(yàn)預(yù)測(cè)。
[0045] 本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明的目的是解決普通多元回歸分析中自變量之間的 多重相關(guān)性問(wèn)題，充分考慮傳動(dòng)裝置組件磨損影響因素之間的多重相關(guān)性，達(dá)到符合工程 實(shí)際的目的。運(yùn)用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，減少工作量，而且充分考慮到多因素多水平間的相互 作用，真正達(dá)到高效率、快速、經(jīng)濟(jì)的目的。明確車用傳動(dòng)裝置滑塊的磨損隨機(jī)過(guò)程，并建立 磨損隨機(jī)過(guò)程模型，明確模型參數(shù)的確定方法，提出較為完善的磨損試驗(yàn)預(yù)測(cè)方法。本發(fā)明 方法針對(duì)車用傳動(dòng)裝置滑塊的特性，采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法采集磨損數(shù)據(jù)，充分考慮到多 因素多水平間的相互作用，真正做到了通過(guò)少量代表性點(diǎn)來(lái)反映全面性，減少了工作量。本 發(fā)明方法建立了基于偏最小二乘法的車用傳動(dòng)裝置滑塊磨損率回歸預(yù)測(cè)模型，可以對(duì)車用 傳動(dòng)裝置滑塊在不同工況條件下的磨損率做出準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)。本發(fā)明方法確定了車用傳動(dòng)裝 置滑塊的磨損隨機(jī)過(guò)程類型，最終在磨損率回歸預(yù)測(cè)模型的基礎(chǔ)上建立了磨損隨機(jī)過(guò)程模 型，且提出了模型參數(shù)的確定方法，可以對(duì)車用傳動(dòng)裝置滑塊在不同工況條件下的隨機(jī)過(guò) 程進(jìn)行準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)建模，真正達(dá)到了通過(guò)隨機(jī)過(guò)程預(yù)測(cè)車用傳動(dòng)裝置磨損規(guī)律性和動(dòng)態(tài)性 的目的。
【附圖說(shuō)明】
[0046] 圖1未優(yōu)化模型的T2橢圓圖。
[0047] 圖2優(yōu)化后模型的T2橢圓圖。
[0048] 圖3模型檢驗(yàn)結(jié)果。
[0049] 圖4滑塊磨損量K-S正態(tài)檢驗(yàn)結(jié)果輸出圖。
[0050] 圖5滑塊磨損量增量K-S正態(tài)檢驗(yàn)結(jié)果輸出圖。
[0051] 圖6磨損量方差線性回歸圖。
[0052] 圖7為本發(fā)明總流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0053] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述：
[0054] 第1步：確定三個(gè)磨損影響因素（換擋力、轉(zhuǎn)速、硬度），每個(gè)因素取4個(gè)水平，在 不同工況條件下，根據(jù)L 16 (43)的正交設(shè)計(jì)表頭完成磨損試驗(yàn)，采集車用傳動(dòng)裝置滑塊磨損 數(shù)據(jù)（磨損量，單位:mm)。
[0055] 第2步：處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，將磨損量W(單位:mm)換算成磨損率u(單位:mm/200次）， 即單位時(shí)間內(nèi)的材料磨損量，為后續(xù)建模提供量化依據(jù)。
[0056] 第3步：將第1步中確