（机械制造及其自动化专业论文）汽车主减速器在线自动检测技术与系统.pdf

摘要 本文以实际工程项目为依托，论述了如何实现汽车主减速器在线自动检测系 统，同时对相关的故障诊断技术和方法作了初步的研究。 第一章首先说明本课题的项日背景及来源，阐明了汽车主减速器在线自动 检测系统研究的重要意义及作者本人在本课题中所做的主要工作；接着介绍了目 前国内外的汽车检测技术的发展状况及我国汽车综合性能检测技术的发展方向： 然后给出了汽车检测诊断的参数与标准；最后提出了本文的主要研究内容和组织 结构。 第二章本章主要讨论了汽车检测诊断中各种常用的故障诊断信号分析方法 及其应用，包括相关函数分析方法、频域分析方法、小波分析方法、模式识别分 析方法、智能诊断分析方法。 第三章主要介绍和研究了汽车主减速器检测的基础理论。本章首先对驱动 桥、主减速器和差速器的结构和组成作了概述，然后对噪声和振动从其评价指标、 测量方法、产生机理、相互影响关系及控制措施作了较为深入的论述，最后还给 出了主减速器检测的主要参数。 第四章以具体的j q x 4 0 系统为实例。阐述了汽车主减速器在线自动检测系 统的设计。本章首先介绍了系统的设计要求，接着从硬件和软件两方面对该检测 系统主要模块的设计作了详细描述，并着重对软件设计中的几个关键问题进行了 深入的研究和论述，同时给出了相应的代码实现。 第五章本章是在前述章节基础上对j q x 4 0 系统的具体实现，包括系统的总 体结构和具体布置、气动控制系统、辅助系统和自动检测的流程控制，并给出了 已投入运行的主要软件界面及相应说明。 第六章是总结和展望部分本章对全文的工作进行了回顾和总结，并对下 一步的工作提出了一些初步的设想。 关键词：主减速器：噪声测量；振动测量；自动检测；模块化设计 浙江大学硕士学位论文：汽车主减速器在线自动检测技术与系统 a b s t r a c t b a s e do np r a c t i c a lp r o j e c t , t h er e s e a r c ho fh o wt o d e v e l o pa n dh n p l e m e n t a u t o m o t i v ef i n a ld r i v eo n - l i n ea u t o m a t e dt e s ts y s t e mi sp u tf o r w a r di nt h i sd i s s e r t a t i o n ， p r i m a r ye x p l o r a t i o no nr e l a t e df a u l td i a g n o s i st e c h n o l o g ya n dt e c h n i q u ea r ec a r r i e d o u t a s w e l l c h a p t e ro n ef i r s t l yd e s c r i b e st h er e s e a r c hb a c k g r o u n da n dt h eo r i g i no ft h e p r o j e c t t h eg r a n ds i g n i f i c a n c eo ft h er e s e a r c ha n dt h ea u t h o r sm a j o rc o n t r i b u t i o ni s f u r t h e rs t a t e d ，t h e nt h ed e v e l o p m e n ts t a t u so fc o n t e m p o r a r ya u t o m o b i l et e s tt e c h n i q u e o fh o m ea n da b r o a di si n t r o d u c e dt o g e t h e rw i t ht h ed e v e l o p m e n td i r e c t i o no fd o m e s t i c a u t o m o b i l eo v e r a l lp e r f o r m a n c et e s t i ta l s oi n c l u d e st h es e to fp a r a m e t e r sa n d s t a n d a r d so fa u t o m o b i l et e s t f i n a l l yt h em a i nc o n t e n to fr e s e a r c ha n dt h ef a b r i co f d i s s e r t a t i o na r cp r e s e n t e d c h a p t e rt w om a i n l yd i s c u s s e ds o m ek i n d so fu s e f u lf a u l td i a g n o s i ss i g n a l a n a l y s i sm e t h o d sa n dt h e i ra p p l i c a t i o ni na u t o m o b i l et e s t i n g , i n c l u d i n gc o r r e l a t i v e f u n c t i o na n a l y s i s m e t h o d ，f r e q u e n c yd o m a i na n a l y s i sm e t h o d ，w a v e l e ta n a l y s i s m e t h o d ，p a t t e r nc l a s s i f i c a t i o na n a l y s i sm e t h o d ，i n t e l l i g e n td i a g n o s i sa n a l y s i sm e t h o d c h a p t e rt h r e ef o c u s e so ut h ei n t r o d u c t i o na n dr e s e a r c ho fb a s i cp r i n c i p l eo f a u t o m o t i v ef i n a ld r i v et e s t a f t e rab r i e fo v e r v i e wo ft h es t r u c t u r e sa n dc o m p o s i t i o n s o ft h ed r i v i n ga x l e ，t h ef i n a ld r i v ea n dt h ed i f f e r e n t i a l ，f r o mt h ep e r s p e c t i v eo fn o i s e a n dv i b r a t i o n , d i s c u s s i o no ne v a l u a t i o ni n d e x ，m e a s u r e m e n tm e t h o d s ，o c c m t e l i c c m e c h a n i s m , i n t e r a c t i o nr e l a t i o n s h i pa n dc o n t r o lm e a s u r e sa r es u f f i c i e n t l yc o n d u c t e d f i n a l l yt h em a i np a r a m e t e r su s e di nf i n a ld r i v et e s ta r eg i v e n c h a p t e rf o u rc i t e s c o n c r e t ep r o j e c tj q x 4 0a se x a m p l et oe s t a b l i s h e st h e a r c h i t e c t u r eo ft h et e s ts y s t e m i tb e g i n sw i t ht h ed e s i g nr e q u i r e m e n t so ft h es y s t e m , d e t a i l e dd e s c r i p t i o n so nk e ym o d u l e sb o t hi nh a r d w a r ea n ds o f t w a r ea r cf o l l o w e d s e v e r a lc r u c i a lp r o b l e m s0 1 1s o f t w a r ed e s i g na r et h o r o u g h l ys t u d i e da n dp r e s e n t e d , t h e c o r r e s p o n d i n gc o d e s a r ea l s og i v e n c h a p t e rf i v eo n t h ef o u n d a t i o no f t h ef o r e g o i n gc h a p t e r s ，t h i sc h a p t e ry i e l d st h e c o n c r e t e i m p l e m e n t a t i o n o fj q x 4 0 i ti n c l u d e st h eo v e r a l la r c h i t e c t u r ea n d a r r a n g e m e n to ft h es y s t e m , t h ep n e u m a t i cc o n t r o ls u b s y s t e m , t h ea u x i l i a r ys u b s y s t e m a n dt h ep r o c e s sc o n t r o lo f a u t o m a t i ct e s li ta l s o 百v 铝t h em a i nl a y o u t so f t h es o f t w a r e w h i c hh a sb e e np u ti nu a n dr e l a t e de x p l a i n a t i o n t h ec o n c l u s i o na n da c h i e v e m e n to ft h ed i s s e r t a t i o na l es u m m a r i z e di nc h a p t e r s i x ，t h ef u r t h e rw o r ka n dr e l a t e ds u g g e s t i o n sa r eg i v e nt h e r et o o 浙江大学硕士学位论文；汽车主减速器在线自动检测技术与系统 。一! ! k e yw o r d s ：恤a ld r i v e ；n o i s em e a s u r e m e n t ；v i b r a t i o nm e a s u r e m e n t ；a u t o m a t e d t e s t ；m o d u l a rd e s i g n 浙江大学硕士学位论文：汽车主减速器在线自动检测技术与系统 学号产型! 堡! 丝 学位论文原创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得逝鎏盘堂或其他教育机 构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献 均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：畅川 签字日期：幻d 6 年。月吵日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解逝姿盘堂有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和 借阅。本人授权迸姿盘茎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：、妒屠武 签字日期：彬6 年j 月7 日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 导师签名： q 嶂 j l 签字目期：66 年? 月乞 电话： 邮编： 1 1 课题介绍 第一章绪论 【内容提要】本章在说明了课题的项目背景和来源之后，比较详细地介绍了国内 外汽车捡测技术的现状与发展状况及我国汽车综合性能检测技术的发展方向，接 着简要地阐明了汽车检测诊断的基本方法及其参数与标准，然后论述了目前国内 外的自动化技术最后介绍了本论文的主要工作和组织情况以及作者在本项目中 所做的主要工作 i i 课题介绍 i i i 项目背景【0 1 埘1 汽车生产过程的检测技术，作为现代制造技术的重要组成部分，是监督、控 制生产过程和产品质量的“眼睛”和手段辆汽车由上千万个品种的零部件组 成，在大批量连续生产过程中，为了保证整车的技术性能和使用要求，产品设计 和工艺部门要对每一种零部件，从原材料进厂、铸锻冲过程、机械加工和热处理， 直到总成和整车的装配试验过程的各个生产环节，制定出质量标准指标和工艺技 术参数，并加以有效的控制， 生产过程的检测技术，不但能够准确地判断这些质量性能指标和工艺技术参 数是否已经达到设计要求，即产品是否合格。而且更为重要的是通过对检测数据 的分析处理，能够准确判断这些性能指标和技术参数失控的状况和可能产生的原 因。这使得一方面通过检测设备的信息反馈，对工艺设备及时的调整来消除失控 现象；另方面也为产品设计和工艺设计部门采取有效的改进措施提供了可靠的 科学依据，从而达到保证产品质量和稳定生产过程的目的这就是通常所说的， 检测技术对产品质量和稳定生产所起的“能动的反作用”。 尽管产品的高质量是制造过程实现的而不是通过检测获得的。但是从某种 角度出发，我们仍可以这样说：“没有检测就没有产品的质量”因此，一个国家 ( 或一个企业) 的检测技术水平，实际上是这个国家( 或这个企业) 生产技术水 平的集中体现和反映。此外，先进的检测技术和工艺技术的结合将有力地促进和 提高生产过程机械化、自动化的水平，有效地减轻工人劳动强度，提高劳动生产 率，降低原材料的消耗，从而为企业带来丰厚的经济利益。 浙江大学硕士学位论文：汽车主减速器在线自动检测技术与系统 1 1 2 项目来源 噪声声级是汽车主减速器重要的性能指标之一，我国汽车行业标准 0 c y 2 9 0 6 3 1 9 9 2 0 b n4 1 2 5 - 8 5 ) 和o c t5 6 8 - 1 9 9 9 ( j b3 9 8 7 - 8 5 ) 燕j 噪声的最大声级 值设置了相关标准。本项目源于受客户的委托，为其提供一套检测主减速器性能 和噪声声级的在线检测系统，对生产线上即将投入驱动桥装配的主减速器按照其 现场的生产节拍，在不同试验条件下进行噪声检测，同时测量振动加速度、转速、 扭矩等指标以及差速性能测试等辅助项目。 为此，我们成功地研制了j q x 4 0 汽车主减速器综合性能检测系统，在计算 机测控技术的基础上综合了机械、电子、气动、传感等技术，能够较好地模拟主 减速器的工作状况。该系统安装在主减速器生产线上，主要用于在线检测，自动 化程度高，功能全，使用方便。 1 1 3 主减速器检测的意义 主减速器作为汽车驱动桥的重要组成部分，广泛应用于各类车辆中，它的质 量的优劣直接影响整车的性能，它的失效往往是诱发整车故障的重要因素。因而 对主减速器进行检测有着重大的现实意义：通过对噪声、振动等指标的测量不仅 可以准确地判断产品是否合格，减少次品装配到驱动桥后的返工量，降低成本； 同时，通过对检测数据的分析和处理，能够正确判断质量失控状况及产生的原因， 为调整工艺设备、改进产品设计提供可靠的科学依据，有助于制造企业对其产品 实施质量控制和品质保证。 1 2 汽车检测技术发展概况【0 3 埘1 汽车检测技术是伴随着汽车技术的发展而发展的。在汽车发展的早期，人们 主要是通过有经验的维修人员发现汽车的故障并作有针对性的修理，即过去人们 常讲的“望( 眼看) ”、“闻( 耳听) ”、“切( 手摸) ”方式。随着现代科学技术的 进步，特别是计算机技术的进步，汽车检测技术也飞速发展。目前人们能依靠各 种先进的仪器设备，对汽车进行不解体检测，而且安全、迅速、可靠。 1 2 1 国外汽车检测技术发展状况 汽车检测技术是从无到有逐步发展起来的，早在5 0 年代，在一些工业发达 国家就形成了以故障诊断，和性能调试为主的单项检测技术和生产单项检测设 浙江大学硕士学位论文t 汽车主减速器在线自动检铡技术与系统 备。6 0 年代初期进入我国的汽车检测试验设备有美国的发动机分析仪、英国的 发动机点火系统故障诊断仪和汽车道路试验速度分析仪等，这些都是国外早期发 展的汽车检测设备。6 0 年代后期，国外汽车检测诊断技术发展很快，并且大量 应用了电子、光学，理化与机械相结合的光机电、理化机电一体化检测技术。例 如：非接触式车速仪、前照灯检测仪、车轮定位仪、排气分析仪等都是光机电、 理化机电一体化的检测设备 进入7 0 年代以来，随着计算机技术的发展，出现了汽车检测诊断、数据采 集处理自动化、检测结果直接打印等功能的汽车性能检测仪器和设备。在此基础 上，为了加强汽车管理，各工业发达国家相继建立了汽车检测站和检测线，使汽 车检测镱4 度化。 ( 1 ) 制度化 在德国，汽车的检测工作由交通部门统一领导，在全国各地建有由交通部门 认证的汽车检测场( 站) ，负责新车的登记和在用车的安全检测，修理厂维修过 的汽车也要经过汽车检测场的检测，以确定其安全性能和排放是否符合国家标 准。在日本，汽车的检测工作由运输省统一领导。运输省在全国设有“国家检车 场”和经过批准的“民问检测场”，代替政府执行车检工作。其中“国家检测场”主 要负责新车登记和在用车安全检测；“民间检测场 通常设在汽车维修厂内，经政 府批准并受政府委托对汽车进行安全检测。 ( 2 ) 标准化 工业发达国家的汽车检测有一整套的标准。判断受检汽车技术状况是否良 好，是以标准中规定的数据为准则，检查结果是以数字显示，有量化指标，以避 免主观上的误差。国外比较重视安全性能和排放性能的检测。例如：荚国规定， 修理过的汽车必须经过严格的排放检测方能出厂。除对检测结果有严格完整的标 准以外，国外对检测设备也有标准规定，如检测设备的检测性能、具体结构、检 测精度等都有相应标准。对检测设备的使用周期、技术更新等也有具体要求。 ( 3 ) 智能化、自动化检测 随着科学技术的进步，国外汽车检测设备在智能化、自动化、精密化、综合 化方面都有新的发展，应用新技术开拓新的检测领域，研制新的检测设备随着 电子计算机技术的发展，出现了汽车检测诊断、控制自动化、数据采集自动化、 检测结果直接打印等功能的现代综合性能检测技术和设备例如：国外生产的汽 车制动检测仪、全自动前照灯检测仪、发动机分析仪、发动机诊断仪、计算机四 轮定位仪等检测设备，都具有较先进的全自动功能。进入8 0 年代后，计算机技 术在汽车检测技术领域的应用进一步向深度和广度发展，已出现集检测工艺、操 作、数据采集和打印、存储，显示等功能予一体的系统软件，使汽车检测线实现 了全自动化，这样不仅可避免人为的判断错误，提高了检测准确性；而且可以把 浙缸大学硕士学位论文：汽车主减速器在线自动检嗣技术与系统 受检汽车的技术状况储存在计算机中，既可作为下次检验参考，还可供处理交通 事故参考。 1 2 2 国内汽车检测技术发展状况 我国从6 0 年代开始研究汽车检测技术，为满足汽车维修需要，当时交通部 主持进行了发动机汽缸漏气量检测仪、点火正视灯等检测仪器的研究和开发。 7 0 年代，我国大力发展了汽车检测技术，汽车不鼹体检测技术及设备被列 为国家科委的开发应用项目。由交通部主持研制开发了反力式汽车制动试验台、 惯性式汽车制动试验台、发动机综合检测仪和汽车性能综合检验台( 具有制动性 检测、底盘测功、速度测试等功能) 等。 进入8 0 年代，随着国民经济的发展，科学技术的各个领域都有了较快的发 展，汽车检测及诊断技术也随之得到了快速发展，加之我国的汽车制造业和公路 交通运输业发展迅猛，对汽车检测诊断技术和设备的需求也与日俱增。我国机动 车持有量迅速增加，随之两来的是交通安全和环境保护等社会问题。如何保证车 辆快速、经济、灵活，并尽可能不造成社会公害等问题，已逐渐被提到政府有关 部门的议事日程，因而促进了汽车诊断和检测技术的发展。交通部主持研制开发 了汽车制动试验台、侧滑试验台、轴( 轮) 重仪、速度试验台、灯光检测仪、发 动机综合分析仪、底盘测功机等。国家在“六五”期间重点推广了汽车检狈9 和诊 断技术。 在单台检测设备研制成功的基础上，为了保证汽车技术状况良好，加强在用 汽车的技术管理，充分发挥汽车检测设备的使用，交通部于1 9 8 0 年开始有计划 的在全国公路运输和车辆管理系统( 交通部当时负责汽车监理) 筹建汽车检测站， 检铡内容以汽车安全性检测为主。 8 0 年代初，交通部在大连市建立了国内第一个汽车检测站。从工艺上提出 将各种单台检测设备安装联线，构成功能齐全的汽车检测线，其检铡纲领为3 0 0 0 0 辆次年。继大连检测站之后，作为“六五”科技项目，交通部先后要求1 0 多个省 市、自治区交通厅( 局) 筹建汽车检测站。8 0 年代中期，汽车监理由公安部主 管，公安部在交通部建设汽车检测站的基础上进行了推广和发展仅1 9 9 0 年底 统计，全国已有汽车检测站6 0 0 多个，形成了遍布全国的汽车检测网。 1 9 9 0 年交通部发布汽车运输业车辆技术管理规定，1 9 9 1 年交通部发布汽 车运输业车辆综合性驻检测站管理办法以后，全国又掀起了建设汽车综合性能 检测站的高潮。到1 9 9 7 年，全国已建立汽车综合性能检测站近千家。 与此同时，汽车的检测技术和设备也得到了大力发展。7 0 年代国内仅能生 产少量的，简单的检测诊断设备。目前全国生产汽车综合性能检测设备的厂家已 浙江大学硕士学位论文t 汽车主减速器在线自动检测技术与系统 达6 0 多个。除交通部门外，机械、城建、高等院校等部门也进入了汽车检测设 备研制、开发、生产和销售领域。我国已能自己生产全套汽车检测设备，如大型 的，技术复杂的汽车底盘测功机、发动机综合分析仪、四轮定位仪、悬挂检测台、 制动检测台、排气分析仪、灯光检测仪等。 1 2 - 3 我国汽车综合性能检测技术的发展方向 我国汽车综合性能检测经历了从无到有，从小到大；从引进技术、引进检测 设备，到自主研究开发，推广应用；从单一性能检测到综合检测，取得了很大的 进步。尤其是检测设备的研制生产得到了快速发展，缩小了与先进国家的差距。 如今汽车检测中通用的制动试验台、侧滑试验台、底盘测功机等，国内己自给自 余，而且结构形式多样。我们虽然已经取得了很大的进步，但与世界先进水平相 比，还有一定的距离。 ( 1 ) 汽车检测技术基础规范化 我国检测技术发展过程中，普遍重视硬件技术，忽略或是轻视了难度大、投 入多、社会效益明显的检测方法、限值标准等基础性技术的研究。随着检测手段 的完善，与硬件相配套的检测技术软件将进一步完善。今后我国应重点开展下述 汽车检测技术基础研究：制定和完善汽车检测项目的检测方法和限值标准，如驱 动轮输出功率、底盘传动系的功率损耗、滑行距离、加速时间和距离、发动机燃 料消耗率、悬架性能、可靠性等；制定营运汽车技术状况检测评定细则，统一规 范全国各地的检测要求和操作技术；制定用于综合性能检测站的大型检测设备的 形式认证规则，以保证综合性能检测站履行其职责。 ( 2 ) 汽车检测设备智能化 目前国外的汽车检测设备己大量应用光、机，电一体化技术，并采用计算机 测控，有些检测设备具有专家系统和智能化功能，能对汽车技术状况进行检测， 并能诊断出汽车故障发生的部位和原因，引导维修人员迅速排除故障。我国目前 的汽车检测设备在采用专家系统和智能化诊断方面与国外相比还存在较大差距。 如四轮定位检测系统，电喷发动机综合检测仪等，还主要依靠进口。今后我们要 在汽车检测设备智能化方面加快发展速度。 ( 3 ) 汽车检测管理网络化 目前我国的汽车综合性能检测站部分已实现了计算机管理系统检测，虽然计 算机管理系统采用了计算机测控，但各个站的计算机测控方式千差万别。即使采 用计算机网络系统技术的，也仅仅是一个站内部实现了网络化。随着技术和管理 的进步，今后汽车检测将实现真正的网络化( 局域网) ，从而做到信息资源共享、 软硬件资源共享。在此基础上，利用信息高速公路将全国的汽车综合性能检测站 浙江大学硕士学位论文：汽车主减速器在线自动检测技术与系统 1 3 汽车检测诊断技术 联成一个广域网，使上级交通管理部门可以及时了解各地区车辆状况。 1 , 3 汽车检测诊断技术 1 3 i 汽车检测诊断的基本方法阻埘】 6 汽车在工作过程中，各种零件和总成都处于装配状态，无法对零件进行直接 测试。因此，对汽车进行诊断都采用间接测量，如通过振动、噪声、温度等物理 量的测量，间接诊断汽车的技术状况。为提高测量精度，作出科学、准确的诊断， 应采用合适的检测诊断方法。 i 人工测试方法 初期的汽车测试技术主要是由具备丰富的实践经验和一定的理论知识的技 术人员利用简单工具，在不解体汽车或局部解体情况下，根据汽车在工作中表现 出来的外部异常状况，通过眼看、手摸、耳听等手段，边检查、边试验、边分析， 进而对汽车技术状况进行定性分析或对故障部位和原因进行判断。这种方法不需 要专用的仪器设备，可随时随地应用。但对检测人员的经验依赖性强，要求其具 有较高的技术水平，且存在检测速度慢、准确性差及不能定量分析等缺点。 2 现代仪器设备测试法 可在汽车不解体情况下，利用各种专用仪器和设备，对汽车、总成或机构进 行测试，并通过对诊断参数测试值、变化特性曲线、波形等的分析判断，定量确 定汽车技术状况或确诊故障部位和原因。采用微机控制的仪器设备能自动分析、 判断、存储并打印诊断结果。该方法相对于人工测试方法而言极大地提高了诊断 速度，且准确性高、能定量分析；但投资较大，需占用厂房。 3 系统测试法 在计算机测试基础上发展而来的多功能自动化测试方法。在汽车工业高速发 展的过程中，人们对汽车性能的要求在不断提高。电子学、光学、超声学、计算 机理论、传感器等高新技术的广泛应用，进一步提高了汽车测试设备的制造工艺 和新产品质量水平。当前一些测试技术和设备( 如电脑发动机综合诊断系统、电 脑四轮定位测试系统) 的研发与应用使得汽车具备相当强的故障自动诊断能力。 有力地促进了汽车测试设备向数字化、智能化、自动化方向发展 1 3 2 汽车检测诊断参数与标准 汽车检测诊断参数是指能反映汽车技术状况直接或间接特征的参数，根据检 测诊断参数选择方法与原则选出的汽车检测诊断参数可划分为四类f l o l ，如表i - i 浙江大学硕士学位论文：汽车主减速器在线自动检测技术与系统 1 , 3 汽车检测诊断技术 7 所示 第一类是表示系统主要功能的工作过程状态参数，如制动距离、发动机功率 等，它们是系统整体技术状况的评价指标，表明系统是否需要进行深入的检测 与诊断第二类是伴随工作过程状态参数，如热、声、振动等。由于伴随工作 过程的状态参数描述的是检测与诊断对象的局部信息，是被测对象的直接描述， 适合于故障诊断。第三类是由前两类状态参数派生出来的诊断参数。在获取检 测诊断参数时不可避免的会产生误差，为了提高检测与诊断的精度和测量方便 性，在某些条件下不是直接测量参数的物理量，而是测取这些物理量对时间的 一阶或二阶导数。例如：测量振动信号时不是直接测取振动信号的振幅大小， 而是铡取振动加速度。第四类检测诊断参数是几何参数，如间隙、同轴度等。 检测诊断方法检测诊断对象和参数 整车动力性、经济性和安全性 测量综合性能变化 主要检测诊断参数：发动机输出功率、底盘输出功率、汽车滑行 特性、加速性能、制动性能 转向操纵机构，车轮轴承、传动系配合尺寸等 测量几何特性变化主要检测诊断参数：线形间隙，角度间隙、侧滑量、自由行程、 工作行程 测量工作容积密封性 发动机汽缸一活塞组、润滑系、冷却系、供给系，轮胎气压等 主要检测诊断参数：汽缸压缩压力、发动机漏气率、汽缸窜气量、 能变化 进气管真空度、轮胎气压、机油压力等 测量光学、电学、热汽车电系、点火系、发动机转速、前轮定位，冷却系，润滑系、 状态等工作过程参数灯光等 变化 主要检测诊断参数：电压、电流、光通量、温度及其变化速度 发动机，传动系 测量振动和声频变化主要检测诊断参数：振动频率，相位、时频特性、幅频特性、声 缀 测量机油，捧气等化 发动机供给系，点火系、润滑系内部配合副磨损情况 主要检潮诊断参数：箨气中c o ，h c 、n q 等成分含量，机油黏 学成分变化 度，金属杂质含量等 袁1 - 1 汽车检测诊断方法和参数 为了定量地评价汽车及其机构的技术状况，确定维护措施和预报其无故障工 作寿命，单有检测诊断参数是不够的，还必须建立检测诊断参数的标准。检测诊 浙江大学硕士学位论文：汽车主减速器在线自动检测技术与系统 1 a 在线检测与自动检铡系统 8 断参数标准的用途是提供一个比较尺度，如果将测得的参数值与相应的检测诊断 参数标准值相比较，就可以确定汽车是否能够继续使用或预测在给定行驶里程内 汽车的工作能力 所以，狭义理解检测诊断标准就是指检测诊断的标准值，是指从技术、经济 观点分析，在汽车正常运行时，输出各种状态参数的变化范围的允许值。 而全面理解检测诊断标准是对汽车检测诊断的方法、技术要求和限定值等的 统一规定，它包含了检测诊断参数额定值，检测参数的使用极限值和允许值。 汽车检测诊断标准按来源可分为以下三类i 叫； 1 国家标准 是由国家机关制定和颁布的检验标准，具有法制性。这些标准主要用于与汽 车行驶安全和产生公害有关的一些总成或部件的检验。一般来说，这类标准可以 反映汽车或某些机构系统的工作能力。这类标准在使用中应严格控制，以保证国 家标准的严肃性。 2 制造厂检验标准 这类标准一方面与汽车制造中结构参数的工艺误差有关，另一方面与汽车工 作的最佳可靠性、寿命及经济性的优化指标有关，因此主要是一些结构参数的标 准。 3 企业标准 这类标准是汽车运输企业根据汽车的实际使用条件制定的，因为在不同的使 用条件下工作的车辆，不能使用统一的标准。 1 4 在线检测与自动检测系统 1 4 1 在线检测技术 这里所说的在线检测是机械行业中的在线检测，狭义上讲，是在机械加工生 产线及装配线上，加入某一环节，以便对加工中的某些参数或工况进行检测。因 此，可以说，在线检测应当包括检测与控制，也就是说在生产线上应用各种传感 器，对生产产品的某些参数进行监测，将分析处理测量结果所获得的信息。与预 先设定的参数进行比较，然后根据误差信号作出工艺决策( 如报警、停车、反馈 调节等) ，以保证产品的质量或使生产线处于最佳状态下运行【叮l 。 通过应用在线检测技术，会使社会经济效益增加，主要体现在； 1 保证产品质量： 2 节约和降低成本，减少废品，减少材料和能源消耗，减少次品返修率； 3 提高劳动生产率，减轻工人劳动强度。 浙江大学硕士学位论文：汽车主减速器在线自动检测技术与系统 1 , 4 在线检测与自动检测系统 1 4 2 自动检测系统的现状与发展趋势【0 8 】 9 通常把在人工最少参与的情况下，能自动进行测量、数据处理，并以适当方 式显示或输出检测结果的系统称为自动检测系统( a t s ，a u t o m a t e dt e s ts y s t e m ) 。 在自动检测系统中，整个检测工作通常都是在预先编制好的测试程序统一指挥下 自动完成的。 自动检测系统的发展大体经历了三个阶段。 1 第一代自动检测系统 早期的自动检测系统多为专用系统，是针对某项具体任务而设计的，主要用 于要求大量重复检测，要求可靠性高的复杂检测，或者是为了提高检测速度。常 见的第代自动检测系统，主要有数据自动采集系统、产品自动检验系统、自动 分析及自动监测系统等。 第一代自动检测系统至今仍在应用，它们能完成大量的、复杂的检测任务， 承担繁重的数据分析、信息处理工作，快速、准确地给出检测结果。在检测系统 功能丰富、性能提高、使用方便等很多方面比人工检测有明显改迸，甚至可以完 成不少人工检测无法完成的任务，显示出很大的优越性。 第一代自动检测系统的组建和设计存在不少困难，主要是系统设计者需要自 行解决仪器与仪器、仪器与计算机之间的接口问题。因为第一代自动检测系统的 接口电路不具备通用性，所以这种系统适应性差，改变检测内容一般需要重新设 计电路，当系统比较复杂，需要的程控设备较多时，研制工作量很大，所需费用 较高，且无通用性，这是第一代自动检测系统的主要缺点。 2 第二代自动检测系统 自动检测系统在解决了标准化的通用接口母线问题后，使自动检测进入了目 前应用最广泛的第二代。在第二代自动检测系统中，各设备都用标准化的接口和 母线按搭积木的形式连接起来。系统中的各种设备，包括计算机、可程控仪器、 可程控开关等均称为器件或装置( d e v i c e ) ，各器件均配以标准化的接l = l 功能电路， 用统一的无源母线连接起来这种系统组建方便，有专门的通用接口电路，更改、 增加检测内容也很灵活，显示了很大的优越性，因此得到了广泛的应用。 目前，普遍使用的一种可程控仪器的接口系统，是1 9 7 2 年由美国惠普公司 首先提出的，后来定名为h - i b 。之后，为美国电气与电子工程师学会( i e e e ) 及 国际电工委员会0 e c ) 接受并正式颁布了标准文件这套系统在美国常称为 i e e e - 4 8 8 ，g p - i b 和h p - i b ，在欧潍和日本常称为g p i b 和i e c 6 2 5 。但基本内 容是一样的，作为c 6 2 5 的母线系统比难e e 4 8 8 标准及h i - i b 多了一条地线。 g p - i b 主要用于受干扰较小的实验室生产测试条件下的台式自动检测系统， 它可以将不同国家，不同厂商生产的仪器设备。用通用的标准接口和母线连接起 浙江大学硕士学位论文：汽车主减速器在线自动检测技术与系统 1 4 在线检测与自动检测系统 来，避免了以往组建自动检测系统时需要设计专用接口的重复劳动。在这套系统 中，采用b “并联、b y i c 串联的方式传输信息，便于用计算机控制。同时由于它 通用性强，对被连仪器设备没有什么苛刻要求，结构简单，性能可靠，操作灵活、 方便，体积小，价格低廉，因此作为一项国际标准，它获得了广泛承认和应用。 目前，一些微机和电子仪器也开始配备与g p - i b 兼容的功能，已经生产出带这种 接口的微机、计数器、数字万用表，电压标准源、多功能校准器和打印机等多种 仪器设备，还生产了母线控制器和用于m mp c 机及其兼容机的g p i b 接口板和 相应的软件。 采用标准化通用接口母线是第二代自动检铡系统的主要特征。 3 第三代自动检测系统 第一、二代自动检测系统虽然比人工检测显示出前所未有的优越性，但这些 系统中的计算机并没有充分发挥作用，整个系统和它的工作过程基本上还是对人 工检测的模拟。在第三代自动检测系统中用强有力的计算机软件代替传统仪器 的某些硬件，用人的智力资源代替很多物质资源。特别是，在这种系统中用微机 直接参与测试信号的产生和测量特性的解析，即通过计算机直接产生测试信号和 检测功能。这样，仪器中的一些硬件，甚至整个仪器都从系统中“消失”了，而 由计算机及其软件来完成它们的功能，形成一种所谓的“虚拟仪器”( v m u a l i n s t m m e n 0 。在第一、二代自动检测系统中包括多件仪器的检测系统所完成的功 能，在第三代中能由一台以计算机为中心的设备来完成，所以第三代自动检测系 统有时又叫第三代自动检测设备。 第三代自动检测系统的出现给电子测量带来了真正革命性的冲击，在检测原 理、仪器设计等很多方面都产生了重大影响。但第三代自动检测系统尚处于开始 发展的阶段，同时它还存在工作频率不够高等重要缺点，因此它的应用不如第二 代那么普遍。但是可以肯定的是，充分发挥计算机的作用，用计算机的软、硬件 资源代替检测仪器及系统中的大量硬件，是其发展的一个重要方向。 1 a 3 缀机自动检测系统的典型结构研 如图1 - 1 所示，整个系统由下列子系统组成： 1 微机基本子系统( 包括c p u ，r a m ，r o m 或e p r o m 等 2 数据采集子系统及接口 3 。数据通信子系统及接口 4 数据分配子系统及接口 5 基本f o 子系统及接口 新江大学硕士学位论文：汽车主减速器在线自动检测技术与系统 1 4 在线检测与自动检铡系统 图1 - 1 微机自动检测系统的典型结构 1 1 被检测的各种参数侧如温度流量、压力、位移、速度等) 由传感器变换成 易于后续处理的电信号。如果传感器输出信号太弱或信号品质不高，则应经过前 端预处理电路进行放大、滤波等处理，然后经过数据采集子系统转换成数字量通 过接口送入微机子系统，经过微机运算、变换处理后，由数据分配子系统和接口 输出到执行机构，以实现要求的自动控制；或由基本i ，o 子系统输出用于显示、 记录、打印或绘制成各种图表、曲线等。并由基本y o 子系统完成状态、参数的 设置和人机交互。此外，其它仪器仪表或系统通过通信子系统及接口完成相互之 阔的信息交互和互连。 微机自动检测系统中各子系统的基本功能如下： 1 微机基本子系统 整个系统的核心，对整个系统起监督、管理、控制作用。例如：进行复杂的 信号处理，控制决策，产生特殊的测试信号，控制整个检测过程等。此外，利用 微机强大的信息处理能力和高速运算能力，实现命令识别，逻辑判断，系统动态 特性的自校正，自学习，自诊断，自组织等功能。 2 数据采集子系统及接口 用于和传感器、检测元件、变送器连接，实现参数采集、选路控制、量程自 动切换等功能。在各式各样的微机自动检测系统中，数据采集是必不可少的，被 测对象的有关参数由数据采集子系统收集、整理后，经它的接口传送到微机子系 统中处理。 3 基本0 子系统及接口 用于实现人机对话、输入或改变系统参数、改变系统工作状态，输出检测结 果、动态显示测控过程，实现多种形式输出、显示、记录、报警等功能。 4 通信子系统及接口 用于实现本系统与其它仪器仪表、系统的通信与互连，依靠通信子系统可根 据实际问题需求灵活构造不同规模、不同用途的微机测控系统。通信接口的结构 及设计方法，与采用的总线技术、总线规范有关。例如：有臃4 8 8 ( 或g p m ) 浙江大学硕士学位论文：汽车主减速罂在线自动检测技术与系统 1 5 本论文的主要内容及本人所做工作 总线、r s - 2 3 2 c 总线、s t d 总线、v x i 总线、现场总线等，总线技术及规范不 同，需要采用不同的软硬件接口实现方法和不同的技术平台支撑。 5 数据分配子系统及接口 实现对被测对象、被测试组件、测试信号发生器，甚至于系统本身和检测操 作过程的自动控制。 1 5 本论文的主要内容及本人所做工作 笔者作为主要项目组成员参与了j q x 4 o 主减速器综合性能检 顶系统的试验 方法研究，并完成了全部软件设计及现场调试。 本论文的章节安排如下： 第一章本章首先说明了本课题的背景和来源，介绍了汽车检测技术在国内外的 发展概况，然后阐述了汽车主减速器自动检测系统研究的意义，最后介绍了本文 的主要工作内容。 第二章本章主要论述了汽车检测诊断中各种常用的故障诊断信号分析方法及其 应用。 第三章本章首先对汽车驱动桥及主减速器和差速器的结构作了初步的介绍，然 后对噪声和振动从其评价指标，测量方法，产生机理、相互影响关系及控制措施 作了较为深入的探讨，最后还给出了主减速器检测的主要参数。 第四章本章首先介绍了j q x 4 0 系统的设计要求，接着给出了系统的总体框架， 对系统的设计从硬件和软件两个方面展开了描述，介绍了模块化设计恩想，其中 还针对软件设计中的几个关键问题，如使用v b a 技术实现检测报表的自动生成 和打印，运用动态链接库进行i o 操作，利用r s 2 3 2 进行串口通讯等方面进行了 深入地研究和论述，同时给出了相应的代码实现。 第五章本章是在前述章节基础上对j q x 4 0 系统的具体实现，包括系统的总体布 置、气动控制系统、辅助系统和至关重要的自动检测的流程控制，给出了已投入 运行的主要软件界面并辅以相应的说明。 第六章总结与展望部分首先对本文的工作进行了回顾和总结，然后对下一步 的工作提出了一些初步的设想。 浙江大学硕士学位论文：汽车主减速嚣在线自动检舅技术与系统 2 1 相关函数分析方法 第二章汽车故障诊断的特征信号分析 【内容提要l 本章讨论了各种汽车检测与故障诊断的特征信号分析理论和方法及 英应用 汽车故障诊断中的特征信号是指系统运行过程中随时间而变化的动态信息， 如振动、噪声、温度及反映汽车状态的各种参数。从检测到的信息中，一部分可 以直接进行比较，判断系统状态：大部分信息必须用各种现代手段进行处理，才 能找出内在规律。 2 1 相关函数分析方法 相关函数描述了两个信号之间的关系或紧密程度，揭示了信号波形的结构特 性。也可以描述同一信号的现在值与过去值之间的关系，或者根据过去值、现在 值来估计未来值。 2 1 1 互相关函数 两随机信号样本x ( t ) 和y ( t ) 的互相关函数定义为； r 酥1 ) 2 ；蚍x ( t ) y ( t + 桫 ( 2 1 ) 互相关函数具有以下两个非常重要的性质； 1 两周期信号的互相关函数仍然是同频率的周期信号，但保留了原信号的 相位信息。 2 两个非同频的周期信号互不相关。 利用性质1 可以在检测中进行振源分析，利用性质2 可以进行信号的同频检 测，以判别检测过程信号中是否混有周期性的确定