專利名稱：汽車后橋壽命預(yù)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壽命預(yù)測(cè)系統(tǒng)，具體地說(shuō)，涉及一種用于汽車后橋的壽命 預(yù)測(cè)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
汽車后橋是汽車傳動(dòng)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(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，有20%的汽車事故是由于后橋故障造成的。在 后橋運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，如果能比較準(zhǔn)確地對(duì)后橋故障做出預(yù)測(cè)，這樣既可以有效地 預(yù)防后橋故障的發(fā)生，又可以減少不必要的維修，節(jié)約開(kāi)支，提高其壽命。
目前，國(guó)際上有代表性的預(yù)測(cè)系統(tǒng)有美國(guó)Entek公司的IRD-890PM檢測(cè)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(shè)備的離線預(yù)測(cè)，雖然功能比較強(qiáng)大，但是價(jià)格也比較昂貴，而且 維護(hù)、更新和改進(jìn)都比較困難。而國(guó)內(nèi)以預(yù)知維護(hù)為目標(biāo)的智能狀態(tài)在線預(yù)測(cè) 系統(tǒng)還很少。專利《汽車信息預(yù)警與零件壽命預(yù)測(cè)系統(tǒng)與方法》(公開(kāi)號(hào)-CN101064025)提出了一種汽車信息預(yù)警與零件壽命預(yù)測(cè)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)采 集、發(fā)送、診斷，但該系統(tǒng)是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)中汽車的維修記錄與零件的信息 來(lái)推測(cè)汽車零件安全使用壽命的期限，由于零件的個(gè)體差異與工作環(huán)境等原因， 使得預(yù)報(bào)的精度不高。而且目前還缺乏專門針對(duì)汽車后,的在線預(yù)測(cè)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(yù)測(cè)系統(tǒng)，能夠?qū)ζ嚭髽蜻\(yùn)行 壽命提供更高精度的預(yù)測(cè)。
為了實(shí)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(yù)測(cè)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(jī)，所述壓電傳感器將采集的振動(dòng)信號(hào)輸出給所述放大電路進(jìn)行放大后，再輸 出給所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，該模數(shù)轉(zhuǎn)換電路輸出數(shù)字信號(hào)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(hào)傳輸給PC機(jī)，所述PC機(jī)接收 的數(shù)字信號(hào)分析處理并建立預(yù)測(cè)模型后，進(jìn)行壽命預(yù)測(cè)，其關(guān)鍵在于
所述PC機(jī)包括有
用于設(shè)置兩個(gè)狀態(tài)參數(shù)閾值QR、 QK以及模型階次閾值的裝置； 用于設(shè)置通道號(hào)CH=0的裝置；首先根據(jù)第一通道采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)。 用于調(diào)整通道采集信號(hào)的裝置；
所述振動(dòng)信號(hào)經(jīng)放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換后送入PC機(jī)，首先將振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行調(diào)整， 調(diào)整公式如下
a =——
其中，/表示當(dāng)前通道采集的數(shù)據(jù)點(diǎn)的電壓值，s表示對(duì)應(yīng)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(dòng)量值，經(jīng)過(guò)信號(hào) 調(diào)整，真實(shí)反映出后橋的振動(dòng)信息。
用于計(jì)算所述兩個(gè)狀態(tài)參數(shù)均方根值RMS和峭度系數(shù)Kv作為兩組時(shí)間序 列的裝置；
均方根值RMS反映了信號(hào)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(duì)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(yù)測(cè)指標(biāo)穩(wěn)定性不好，而均方根值RMS穩(wěn)定性好，但對(duì) 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(yù)測(cè)效果更好。根據(jù)當(dāng)前通道采集的數(shù)據(jù)分別計(jì)算RMS和Kv， RMS按下式計(jì)算
<formula>formula see original document page 8</formula>
其中，",為當(dāng)前通道在某一固定長(zhǎng)時(shí)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(zhǎng)度， 一個(gè)數(shù)據(jù)序列計(jì)算一個(gè)RMS值，多個(gè)連續(xù)的等時(shí)間間隔 的數(shù)據(jù)序列對(duì)應(yīng)計(jì)算出多個(gè)函S值，組成RMS時(shí)間序列。 同時(shí)，每個(gè)體S對(duì)應(yīng)一個(gè)Kv， Kv按下式計(jì)算
其中，^、 N表示的意思與RMS計(jì)算公式中的意思相同。多個(gè)連續(xù)的等時(shí)間間隔 的數(shù)據(jù)序列對(duì)應(yīng)計(jì)算出多個(gè)Kv值，組成Kv時(shí)間序列。
用于對(duì)RMS時(shí)間序列建模并獲得RMS預(yù)測(cè)值的裝置；利用當(dāng)前RMS時(shí)間序 列建模后獲得將來(lái)汽車后橋的RMS值。
用于對(duì)Kv時(shí)間序列建模并獲得Kv預(yù)測(cè)值的裝置；利用當(dāng)前Kv時(shí)間序列建 模后獲得將來(lái)汽車后橋的Kv值。
用于判斷RMS預(yù)測(cè)值〉QR并且Kv預(yù)測(cè)值〉QK是否同時(shí)成立的裝置；
如果成立，則進(jìn)入用于報(bào)警的裝置；表明在某一段時(shí)間后，汽車后橋會(huì)出 現(xiàn)故障，對(duì)該預(yù)測(cè)故障做出報(bào)警提示。
如果不成立，則進(jìn)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(gè)通道對(duì)應(yīng)一個(gè)壓電傳感器，每一次預(yù)測(cè)都要對(duì)所有壓電傳 感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后，預(yù)測(cè)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(shè)置通道號(hào)CH^的裝置；表明已 經(jīng)完成一次對(duì)所有壓電傳感器采集數(shù)據(jù)的分析，需要再次從第一個(gè)壓電傳感器 采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析預(yù)測(cè)。
如果CH〉通道數(shù)不成立，則進(jìn)入用于CH《H+1的裝置;.表明還未完成一次 對(duì)所有壓電傳感器采集數(shù)據(jù)的分析，接著進(jìn)行下一個(gè)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(hào)的裝置。在分析每個(gè)壓電傳感器采集的 數(shù)據(jù)之前，都要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整。
所述用于對(duì)RMS時(shí)間序列建模并獲得RMS預(yù)測(cè)值的裝置包括有
用于RMS時(shí)間序列預(yù)處理的裝置；預(yù)處理后得到的數(shù)據(jù)更符合模型參數(shù)估
計(jì)的要求，使預(yù)測(cè)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(shè)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(méi)有大于模型階次閾值，則進(jìn)入用于計(jì)算最小信息準(zhǔn)則數(shù)AIC 值的裝置；
AIC即最小信息準(zhǔn)則，該準(zhǔn)則的基本思想是根據(jù)模型的預(yù)報(bào)誤差來(lái)判斷模型
的階數(shù)是否合適，最小的AIC值對(duì)應(yīng)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(jìn)入用于選擇AIC值最小的模型階次
進(jìn)行模型參數(shù)估計(jì)的裝置；當(dāng)模型階次大于模型階次閾值時(shí)，表示已完成設(shè)定
階次內(nèi)AIC值的計(jì)算，此時(shí)選取最小的AIC值對(duì)應(yīng)的模型階次進(jìn)行模型參數(shù)估
計(jì)，得到擬合出的模型。
用于模型預(yù)測(cè)獲得RMS估計(jì)值的裝置；所述RMS估計(jì)值指對(duì)RMS時(shí)間序列
經(jīng)預(yù)處理后所得數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)。
用于RMS估計(jì)值逆變換獲得RMS預(yù)測(cè)值的裝置。所述RMS預(yù)測(cè)值是將RMS
估計(jì)值經(jīng)過(guò)逆變換后得到的均方根值RMS，是原有認(rèn)S時(shí)間序列的預(yù)測(cè)。 所述用于對(duì)Kv時(shí)間序列建模并獲得Kv預(yù)測(cè)值的裝置包括有 用于Kv時(shí)間序列預(yù)處理的裝置；預(yù)處理后得到的數(shù)據(jù)更符合模型參數(shù)估計(jì)
的要求，使預(yù)測(cè)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(shè)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(méi)有大于模型階次閾值，則進(jìn)入用于計(jì)算最小信息準(zhǔn)則數(shù)AIC 值的裝置；
AIC即最小信息準(zhǔn)則，該準(zhǔn)則的基本思想是根據(jù)模型的預(yù)報(bào)誤差來(lái)判斷模型 的階數(shù)是否合適，最小的AIC值對(duì)應(yīng)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(jìn)入用于選擇AIC值最小的模型階次 進(jìn)行模型參數(shù)估計(jì)的裝置；當(dāng)模型階次大于模型階次閾值時(shí)，表示己完成設(shè)定 階次內(nèi)AIC值的計(jì)算，此時(shí)選取最小的AIC值對(duì)應(yīng)的模型階次進(jìn)行模型參數(shù)估 計(jì)，得到擬合出的模型。
用于模型預(yù)測(cè)獲得Kv估計(jì)值的裝置；所述Kv估計(jì)值指對(duì)Kv時(shí)間序列經(jīng)預(yù) 處理后所得數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)。
用于Kv估計(jì)值逆變換獲得Kv預(yù)測(cè)值的裝置。所述Kv預(yù)測(cè)值是將Kv估計(jì) 值經(jīng)過(guò)逆變換后得到的峭度系數(shù)Kv，是原有Kv時(shí)間序列的預(yù)測(cè)。
所述時(shí)間序列預(yù)處理的裝置包括有遞歸處理機(jī)構(gòu)和差分處理機(jī)構(gòu)，所述遞 歸處理按下式進(jìn)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(dāng)前值； 所述差分處理按下式進(jìn)行
= -
其中，V/^為差分值。
遞歸處理可以消除隨機(jī)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(shì)，對(duì)遞歸后的數(shù)據(jù)進(jìn)行一階差分處理后，得到平穩(wěn)序列，從而提高預(yù)測(cè) 的精度。
所述時(shí)間序列模型為滑動(dòng)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(dòng)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(dòng)平均系數(shù)，"(/)為零均值、方差為^的獨(dú)立同分布白噪
聲序列，；^)為平穩(wěn)序列。
時(shí)間序列的基本思想是某些時(shí)間序列是依賴于時(shí)間的一組隨機(jī)變量，構(gòu) 成該時(shí)間序列的單個(gè)序列值雖然具有不確定性，但整個(gè)序列的變化卻有一定的 規(guī)律性，可以用相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型來(lái)近似描述。滑動(dòng)平均自回歸模型是時(shí)間序列 模型中最常用、最成熟的一種模型，它形式簡(jiǎn)單，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)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(dá)到最小方差意義下的最優(yōu)預(yù)測(cè)，是一種 精度較高的時(shí)序短期預(yù)測(cè)方法，因此選用該模型來(lái)進(jìn)行汽車后橋壽命的預(yù)測(cè)。
由于本模型中涉及兩個(gè)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(shè)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(dòng)平均部分的階次，k=p+q+2， N為序列^j長(zhǎng)
度，6^2為狀態(tài)參數(shù)序列經(jīng)過(guò)預(yù)處理后得到的新序列的方差的估計(jì)值，該估計(jì)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(dòng)平均系 數(shù)的矩估計(jì)，6"2為狀態(tài)參數(shù)序列經(jīng)過(guò)預(yù)處理后得到的新序列的方差。
為了實(shí)現(xiàn)汽車后橋故障的遠(yuǎn)程診斷，所述pc機(jī)還將接收的數(shù)據(jù)和報(bào)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(hào)輸入端與微控 制器的第一信號(hào)輸出端連接，信號(hào)輸出端與pc機(jī)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(hào)輸入端與微控 制器的第二信號(hào)輸出端連接，信號(hào)輸出端通過(guò)轉(zhuǎn)換器與pc機(jī)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(hào)輸入端與微控制器的第三信號(hào)輸出端連接， 該can控制器的信號(hào)輸出與can收發(fā)器的信號(hào)輸入端連接，can收發(fā)器的信號(hào)輸 出端經(jīng)can總線與pc機(jī)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(duì)汽車后橋的壽命 預(yù)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用滑動(dòng)平均自回歸模型，并結(jié)合遞歸處理和差分處理進(jìn)行 預(yù)處理，使預(yù)處理后的數(shù)據(jù)能更有利于進(jìn)行模型參數(shù)估計(jì)，從而能夠?qū)ζ嚭?橋運(yùn)行壽命提供更高精度的預(yù)測(cè)。


圖l是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明的預(yù)測(cè)流程圖3是本發(fā)明中對(duì)rms時(shí)間序列建模并獲得副s預(yù)測(cè)值的流程圖； 圖4是本發(fā)明中對(duì)Kv時(shí)間序列建模并獲得Kv預(yù)測(cè)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(shí)施例1中均方根值RMS的實(shí)測(cè)與預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)比； 圖7是本發(fā)明實(shí)施例1中峭度系數(shù)Kv的實(shí)測(cè)與預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)比。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步對(duì)本發(fā)明加以說(shuō)明。 實(shí)施例1:
如圖l所示 一種汽車后橋壽命預(yù)測(cè)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(jī)6，所述壓電傳感器 1將采集的振動(dòng)信號(hào)輸出給所述放大電路2進(jìn)行放大后，再輸出給所述模數(shù)轉(zhuǎn)換 電路3進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，該模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3輸出數(shù)字信號(hào)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(hào)傳輸給PC機(jī)6，所述PC機(jī)6接收的數(shù) 字信號(hào)分析處理并建立預(yù)測(cè)的時(shí)間序列模型后，進(jìn)行壽命預(yù)測(cè)，為了實(shí)現(xiàn)汽車 后橋故障的遠(yuǎn)程診斷，所述PC機(jī)6還將接收的數(shù)據(jù)和報(bào)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(shí)施例中設(shè)置有4個(gè)型號(hào)為BZ1101型壓電傳感器1，相 應(yīng)通道數(shù)為4路。本實(shí)施例采用型號(hào)為AT89S52型微控制器5，微控制器5的四 個(gè)信號(hào)輸入端PI. 3 P1. 6接收模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3的數(shù)字信號(hào)。
如圖5所示本實(shí)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(hào)輸入端DATA0 DATA7與微控制器4的第一信號(hào)輸 出端P2口連接，信號(hào)輸出端D+、 D-與PC機(jī)6連接。
如圖2所示所述PC機(jī)6包括有
用于設(shè)置兩個(gè)狀態(tài)參數(shù)閾值QR、 QK以及模型階次閾值的裝置； 用于設(shè)置通道號(hào)CH^的裝置；首先根據(jù)第一通道采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)。 用于調(diào)整通道采集信號(hào)的裝置；
所述振動(dòng)信號(hào)經(jīng)放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換后送入PC機(jī)，首先將振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行調(diào)整， 調(diào)整公式如下 <formula>formula see original document page 14</formula>
其中，/表示當(dāng)前通道采集的數(shù)據(jù)點(diǎn)的電壓值，S表示對(duì)應(yīng)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(diǎn)的振動(dòng)量值， 經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)整，真實(shí)反映出后橋的振動(dòng)信息。
用于計(jì)算所述兩個(gè)狀態(tài)參數(shù)均方根值RMS和峭度系數(shù)Kv作為兩組時(shí)間序 列的裝置；
根據(jù)當(dāng)前通道采集的數(shù)據(jù)分別計(jì)算RMS和Kv，函S按下式計(jì)算
<formula>formula see original document page 14</formula>其中，",為當(dāng)前通道在某一固定長(zhǎng)時(shí)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(zhǎng)度， 一個(gè)數(shù)據(jù)序列計(jì)算一個(gè)RMS值，多個(gè)連續(xù)的等時(shí)間間隔 的數(shù)據(jù)序列對(duì)應(yīng)計(jì)算出多個(gè)脂S值，組成RMS時(shí)間序列。
同時(shí)，每個(gè)RMS對(duì)應(yīng)一個(gè)Kv， Kv按Z式計(jì)算
<formula>formula see original document page 14</formula>
其中，a,、 N表示的意思與RMS計(jì)算公式中的意思相同。多個(gè)連續(xù)的等時(shí)間間隔 的數(shù)據(jù)序列對(duì)應(yīng)計(jì)算出多個(gè)Kv值，組成Kv時(shí)間序列。
如以2分鐘為時(shí)間間隔，每2分鐘內(nèi)采集的振動(dòng)數(shù)據(jù)經(jīng)調(diào)整后得到的數(shù)據(jù) 序列就可以計(jì)算出一個(gè)RMS和一個(gè)Kv，如總共采集84分鐘的數(shù)據(jù)，得到的RMS 時(shí)間序列和Kv時(shí)間序列的長(zhǎng)度都是42。
用于對(duì)RMS時(shí)間序列建模并獲得RMS預(yù)測(cè)值的裝置；禾U用當(dāng)前RMS時(shí)間序 列建模后獲得將來(lái)汽車后橋的RMS值。
本發(fā)明中采用的時(shí)間序列模型為滑動(dòng)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(dòng)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(dòng)平均系數(shù)，"(o為零均值、方差為^的獨(dú)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(duì)RMS時(shí)間序列建模并獲得RMS預(yù)測(cè)值的裝置包括
有
用于RMS時(shí)間序列預(yù)處理的裝置；
所述時(shí)間序列預(yù)處理的裝置包括有遞歸處理機(jī)構(gòu)和差分處理機(jī)構(gòu)，所述遞 歸處理按下式進(jìn)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(dāng)前值； 所述差分處理按下式進(jìn)行<formula>formula see original document page 15</formula>其中，V/^為差分值。
預(yù)處理后得到的數(shù)據(jù)更符合模型參數(shù)估計(jì)的要求，使預(yù)測(cè)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(gè)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(shè)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(méi)有大于模型階次閾值，則進(jìn)入用于計(jì)算最小信息準(zhǔn)則數(shù)AIC 值的裝置；如模型階次閾值為(P， q) = (5， 5)時(shí)，則只有當(dāng)p、 q同時(shí)大于5 時(shí)，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(méi)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(jìn)行模型參數(shù)估計(jì)的裝置；當(dāng)模型階次大于模型階次閾值時(shí)，表示已完成設(shè)定
階次內(nèi)AIC值的計(jì)算，此時(shí)選取最小的AIC值對(duì)應(yīng)的模型階次進(jìn)行模型參數(shù)估 計(jì)，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(dòng)平均部分的階次，k=p+q+2, N為序列的長(zhǎng) 度，62為狀態(tài)參數(shù)序列經(jīng)過(guò)預(yù)處理后得到的新序列的方差的估計(jì)值，該估計(jì)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(dòng)平均系數(shù)的矩估計(jì)，6"2為狀態(tài)參數(shù)序列經(jīng)過(guò)預(yù)處理后得到的新序列的方差。
用于模型預(yù)測(cè)獲得RMS估計(jì)值的裝置；所述RMS估計(jì)值指對(duì)RMS時(shí)間序列 經(jīng)預(yù)處理后所得數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)。
用于RMS估計(jì)值逆變換獲得RMS預(yù)測(cè)值的裝置。所述RMS預(yù)測(cè)值是將RMS 估計(jì)值經(jīng)過(guò)逆變換后得到的均方根值RMS，是原有RMS時(shí)間序列的預(yù)測(cè)。
如圖6所示圖中RMS實(shí)測(cè)值是以2分鐘為時(shí)間間隔計(jì)算出的RMS時(shí)間序 列，可以看出RMS預(yù)測(cè)值與RMS實(shí)測(cè)值基本吻合，說(shuō)明本發(fā)明對(duì)RMS值預(yù)測(cè)的
用于對(duì)Kv時(shí)間序列建模并獲得Kv預(yù)測(cè)值的裝置；利用當(dāng)前Kv時(shí)間序列建 模后獲得將來(lái)汽車后橋的Kv值。
如圖4所示所述用于對(duì)Kv時(shí)間序列建模并獲得Kv預(yù)測(cè)值的裝置包括有:
用于KV時(shí)間序列預(yù)處理的裝置；預(yù)處理后得到的數(shù)據(jù)更符合模型參數(shù)估計(jì) 的要求，使預(yù)測(cè)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(shè)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(méi)有大于模型階次閾值，則進(jìn)入用于計(jì)算最小信息準(zhǔn)則數(shù)A工C 值的裝置；
AIC即最小信息準(zhǔn)則，該準(zhǔn)則的基本思想是根據(jù)模型的預(yù)報(bào)誤差來(lái)判斷模型 的階數(shù)是否合適，最小的AIC值對(duì)應(yīng)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(jìn)入用于選擇AIC值最小的模型階次 進(jìn)行模型參數(shù)估計(jì)的裝置；
用于模型預(yù)測(cè)獲得Kv估計(jì)值的裝置；所述Kv估計(jì)值指對(duì)IW時(shí)間序列經(jīng)預(yù) 處理后所得數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)。
用于Kv估計(jì)值逆變換獲得Kv預(yù)測(cè)值的裝置。所述Kv預(yù)測(cè)值是將Kv估計(jì) 值經(jīng)過(guò)逆變換后得到的峭度Kv，是原有Kv時(shí)間序列的預(yù)測(cè)。
所述用于對(duì)Kv時(shí)間序列建模并獲得Kv預(yù)測(cè)值的裝置與所述用于對(duì)RMS時(shí) 間序列建模并獲得RMS預(yù)測(cè)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(shí)測(cè)值是以2分鐘為時(shí)間間隔計(jì)算出的Kv時(shí)間序列， Kv預(yù)測(cè)值與Kv實(shí)測(cè)值基本吻，，說(shuō)明本發(fā)明對(duì)Kv值的預(yù)測(cè)精度較高。 用于判斷RMS預(yù)測(cè)值〉QR并且Kv預(yù)測(cè)值〉QK是否同時(shí)成立的裝置； 如果成立，則進(jìn)入用于報(bào)警的裝置；表明在某一段時(shí)間后，汽車后橋會(huì)出 現(xiàn)故障，對(duì)該預(yù)測(cè)故障做出報(bào)警提示。
如果不成立，則進(jìn)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(gè)通道對(duì)應(yīng)一個(gè)壓電傳感器，每一次預(yù)測(cè)都要對(duì)所有壓電傳 感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后，預(yù)測(cè)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(shè)置通道號(hào)01=0的裝置；表明己 經(jīng)完成一次對(duì)所有壓電傳感器采集數(shù)據(jù)的分析，需要再次從第一個(gè)壓電傳感器 采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析預(yù)測(cè)。
如果CH〉通道數(shù)不成立，則進(jìn)入用于CH《H+1的裝置；表明還未完成一次
對(duì)所有壓電傳感器采集數(shù)據(jù)的分析，接著進(jìn)行下一個(gè)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(hào)的裝置。在分析每個(gè)壓電傳感器采集的 數(shù)據(jù)之前，都要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整。
實(shí)施例2:
本實(shí)施例與實(shí)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(hào)輸入端R0、 DI、 Zg、 DE與微控制器4的第二信號(hào)輸出端RXD、 TXD、 Pl. 7連接，信號(hào)輸出
端A、 B通過(guò)轉(zhuǎn)換器與PC機(jī)6連接。 實(shí)施例3:
本實(shí)施例與實(shí)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(hào)輸入端AD0 AD7與微控 制器4的第^信號(hào)輸出端P0 口連接，該CAN控制器的信號(hào)輸出端TX0、 RX0與 CAN收發(fā)器的信號(hào)輸入端TXD、 RXD連接，CAN收發(fā)器的信號(hào)輸出端.CANH和CANL 經(jīng)CAN總線與PC機(jī)6連接。
權(quán)利要求
1、一種汽車后橋壽命預(yù)測(cè)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(jī)(6)，所述壓電傳感器(1)將采集的振動(dòng)信號(hào)輸出給所述放大電路(2)進(jìn)行放大后，再輸出給所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(3)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，該模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(3)輸出數(shù)字信號(hào)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(hào)傳輸給PC機(jī)(6)，所述PC機(jī)(6)接收的數(shù)字信號(hào)分析處理并建立預(yù)測(cè)的時(shí)間序列模型后，進(jìn)行壽命預(yù)測(cè)，其特征在于所述PC機(jī)(6)包括有用于設(shè)置兩個(gè)狀態(tài)參數(shù)閾值QR、QK以及模型階次閾值的裝置；用于設(shè)置通道號(hào)CH＝0的裝置；用于調(diào)整通道采集信號(hào)的裝置；用于計(jì)算所述兩個(gè)狀態(tài)參數(shù)均方根值RMS和峭度系數(shù)Kv作為兩組時(shí)間序列的裝置；用于對(duì)RMS時(shí)間序列建模并獲得RMS預(yù)測(cè)值的裝置；用于對(duì)Kv時(shí)間序列建模并獲得Kv預(yù)測(cè)值的裝置；用于判斷RMS預(yù)測(cè)值＞QR并且Kv預(yù)測(cè)值＞QK是否同時(shí)成立的裝置；如果成立，則進(jìn)入用于報(bào)警的裝置；如果不成立，則進(jìn)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(shè)置通道號(hào)CH＝0的裝置；如果CH＞通道數(shù)不成立，則進(jìn)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(hào)的裝置。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述汽車后橋壽命預(yù)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述用于對(duì)RMS時(shí)間序列建模并獲得RMS預(yù)測(cè)值的裝置包括有 用于RMS時(shí)間序列預(yù)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(méi)有大于模型階次閾值，則進(jìn)入用于計(jì)算最小信息準(zhǔn)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(jìn)入用于選擇AIC值最小的模型階次 進(jìn)行模型參數(shù)估計(jì)的裝置；用于模型預(yù)測(cè)獲得RMS估計(jì)值的裝置；用于所述歴S估計(jì)值逆變換獲得RMS預(yù)測(cè)值的裝置。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述汽車后橋壽命預(yù)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述用于對(duì) Kv時(shí)間序列建模并獲得Kv預(yù)測(cè)值的裝置包括有用于Kv時(shí)間序列預(yù)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(méi)有大于模型階次閾值，則進(jìn)入用于計(jì)算最小信息準(zhǔn)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(jìn)入用于選擇AIC值最小的模型階次 進(jìn)行模型參數(shù)估計(jì)的裝置； 用于模型預(yù)測(cè)獲得Kv估計(jì)值的裝置；用于所述Kv估計(jì)值逆變換獲得Kv預(yù)測(cè)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(yù)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述時(shí)間序列預(yù)處理的裝置包括有遞歸處理機(jī)構(gòu)和差分處理機(jī)構(gòu)，所述遞歸處理按下式進(jìn)行<formula>formula see original document page 4</formula>其中，/《"為回歸值，x"為狀態(tài)參數(shù)時(shí)間序列當(dāng)前值； 所述差分處理按下式進(jìn)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(yù)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述時(shí) 間序列模型為滑動(dòng)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(dòng)平均部分的階次，^、l,2,…,p)、^、1,2，…,《) 分別為自回歸系數(shù)和滑動(dòng)平均系數(shù)，。W為零均值、方差為52的獨(dú)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(yù)測(cè)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(dòng)于均部分的階次，k二p+q+2， N為序列的長(zhǎng)度，6;2為狀態(tài)參數(shù)序列經(jīng)過(guò)預(yù)處理后得到的新序列的方差的估計(jì)值，該估計(jì)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(dòng)平均系數(shù)的矩估計(jì)，《《為狀態(tài)參數(shù)序列經(jīng)過(guò)預(yù)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(yù)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述PC機(jī) (6)還將接收的數(shù)據(jù)和報(bào)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(yù)測(cè)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(hào)輸入端與微控制器(4) 的第一信號(hào)輸出端連接，信號(hào)輸出端與PC機(jī)(6)連接。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述汽車后橋壽命預(yù)測(cè)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(hào)輸入端與微控制器(4) 的第二信號(hào)輸出端連接，信號(hào)輸出端通過(guò)轉(zhuǎn)換器與PC機(jī)(6)連接。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述汽車后橋壽命預(yù)測(cè)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(hào)輸入端與微控制器(4)的第三信號(hào)輸出端連接，該 CAN控制器的信號(hào)輸出與CAN收發(fā)器的信號(hào)輸入端連接，CAN收發(fā)器的信號(hào)輸出 端經(jīng)CAN總線與PC機(jī)(6)連接。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種汽車后橋壽命預(yù)測(cè)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(jī)，壓電傳感器將采集的振動(dòng)信號(hào)輸出給放大電路進(jìn)行放大后，再輸出給模數(shù)轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，該模數(shù)轉(zhuǎn)換電路輸出數(shù)字信號(hào)給微控制器，微控制器經(jīng)通訊接口電路將數(shù)字信號(hào)傳輸給PC機(jī)，PC機(jī)接收的數(shù)字信號(hào)分析處理并建立預(yù)測(cè)的時(shí)間序列模型后，進(jìn)行壽命預(yù)測(cè)，其特征在于PC機(jī)接收數(shù)字信號(hào)后首先對(duì)信號(hào)進(jìn)行遞歸處理和差分處理的預(yù)處理，然后按通道分別計(jì)算兩個(gè)狀態(tài)參數(shù)平方根值和峭度系數(shù)，組成兩組時(shí)間序列，并對(duì)這兩組時(shí)間序列建模，得到預(yù)測(cè)結(jié)果。本發(fā)明是專門針對(duì)汽車后橋的壽命預(yù)測(cè)系統(tǒng)，預(yù)測(cè)精度較高。
文檔編號(hào)G01M13/02GK101354311SQ20081007023
公開(kāi)日2009年1月28日 申請(qǐng)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(xué), 浩 居, 方杰平, 歐家福, 亮 葛, 邵毅敏, 穎 馬 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)