[0001] 本发明涉及装置故障诊断技术领域，更具体地，涉及一种新能源汽车传动系统故障诊断方法、系统和存储介质。

[0002] 随着新能源汽车技术的不断发展和价格优势，2023年我国新能源汽车销售949.5万辆，市场占率已经高达31.6％。目前，为减小体积空间，提高功率密度，新能源汽车混动箱已经难以看见同往常燃油汽车传动箱一样的多档结构，同时，为满足汽车轮端输出功率与转速，电机最高转速均突破万转，平均功率更是在140kW以上，当其长时间处于高车速运行时，其传动箱齿轮系以高速高功率运行，一旦期间发生了齿轮等传动箱的故障，将对车辆、车辆乘客、周围其他车辆及其乘客产生严重威胁。

[0003] 现有技术的故障监测装置等并不针对齿轮等传动箱的故障进行实时监测，造成故障诊断效率低、诊断准确性差且难以用于车辆进行实时监测。

[0004] 因此，本发明提出了一种新能源汽车传动箱故障诊断方法、系统和存储介质，能够集成于汽车驱动系统，实现实时监测，有效提高故障诊断的效率、实时性及准确性。

[0052] 现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

[0053] 以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

[0054] 对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

[0055] 在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

[0056] 应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

[0057] 本发明实施例提供的一种新能源汽车传动箱故障诊断方法的执行主体为一种新能源汽车传动箱故障诊断系统。该新能源汽车传动箱故障诊断方法的控制器可以是计算机设备，该计算机设备可以是电子设备或者服务器，也可以是电子设备或服务器中的中央处理器(central processing unit，CPU)。

[0058] 图3为本发明实施例提供的一种新能源汽车传动箱故障诊断系统的结构示意图。如图3所示，该新能源汽车传动箱故障诊断系统可以包括：至少一个处理器11、存储器12、通信接口13和通信总线14。

[0059] 其中，处理器11是新能源汽车传动箱故障诊断系统的控制中心，其可以是一个CPU，微处理单元，或一个或多个用于控制本发明实施例程序执行的集成电路。

[0060] 作为一种实施例，处理器11可以包括一个或多个CPU，例如图3中所示的CPU0和CPU1。且，作为一种实施例，新能源汽车传动箱故障诊断系统可以包括多个处理器，例如图3中所示的处理器11和处理器15。这些处理器中的每一个可以是一个单核处理器(Single‑CPU)，也可以是一个多核处理器(Multi‑CPU)。

[0061] 存储器12可以是只读存储器(read‑only memory，ROM)或可存储静态信息和指令的其他类型的静态存储设备，随机存取存储器(random access memory，RAM)或者可存储信息和指令的其他类型的动态存储设备，也可以是电可擦可编程只读存储器(electrically erasable programmable read‑only memory，EEPROM)、只读光盘(compact disc read‑only memory，CD‑ROM)或其他光盘存储、光碟存储(包括压缩光碟、激光碟、光碟、数字通用光碟、蓝光光碟等)、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质，但不限于此。存储器12可以是独立存在，通过通信总线14与处理器11相连接。存储器12也可以和处理器
11集成在一起。

[0062] 在具体的实现中，存储器12，用于存储本发明中的数据和执行本发明的软件程序。处理器11可以通过运行或执行存储在存储器12内的软件程序，以及调用存储在存储器12内的数据，执行新能源汽车传动箱故障诊断系统的各种功能。

[0063] 通信接口13，使用任何收发器一类的装置，用于与其他设备或通信网络通信，如无线接入网(radio access network，RAN)，无线局域网(wireless local area networks，WLAN)等。通信接口13可以包括接收单元实现接收功能，以及发送单元实现发送功能。

[0064] 通信总线14可以包括一通路，在上述组件之间传送信息。

[0065] 需要指出的是，图3中示出的结构并不构成对新能源汽车传动箱故障诊断系统的限定，除图3所示部件之外，该新能源汽车传动箱故障诊断系统可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

[0066] 实施例1

[0067] 基于上述对一种新能源汽车传动箱故障诊断的系统的结构的介绍，本发明提供了一种新能源汽车传动箱故障诊断方法，参照图1、图4、图5和图6包括步骤：

[0068] S1：选择连接点，连接点为齿轮传动箱上安装振动传感器的位置，振动传感器与控制器电连接，包括步骤：

[0069] S11：运行控制器1和与控制器1电连接的齿轮传动箱2，齿轮传动箱2内设置电机3和依次啮合的n级齿轮4，n为大于等于1的正整数；S12：对控制器1和齿轮传动箱2进行CAE仿真；S13：选择齿轮传动箱2外壳上对振动激励敏感的位置为连接点；

[0070] S2：采集连接点的振动信号和电机转速信号；

[0071] S3：计算齿轮转频和齿轮啮频；

[0072] S4：设计高通滤波器对振动信号滤波，得到齿轮振动信号；

[0073] S5：对齿轮振动信号进行傅里叶变换，获得齿轮振动频谱；

[0074] S6：由齿轮振动频谱获取啮频幅值及边带幅值和；

[0075] S7：通过边带幅值和与啮频幅值计算得到边频比；

[0076] S8：对比边频比与齿轮故障阈值，判断齿轮4是否出现故障。

[0077] 具体的，本发明提供了一种新能源汽车传动系统故障诊断的方法，包括步骤：

[0078] S1：选择连接点；连接点为齿轮传动箱上安装振动传感器的位置，振动传感器与控制器电连接，包括步骤：

[0079] S11：运行控制器1和与控制器1电连接的齿轮传动箱2，齿轮传动箱2内设置电机3和依次啮合的n级齿轮4，n为大于等于1的正整数；S12：对控制器1和齿轮传动箱2进行CAE仿真；S13：选择齿轮传动箱2外壳上对振动激励敏感的位置为连接点；

[0080] 需要说明的是，振动传感器5的一端连接控制器1，振动传感器5的另一端连接齿轮传动箱2的连接点，齿轮传动箱2包括多个连接点，连接点即为诊断过程主要分析的位置，控制器1及齿轮传动箱2运行时，以啮合点为加速度激励点，进行传动箱总成频率响应分析，提取齿轮传动箱2壳体上加速度明显的位置，即可作为连接点，便于之后对新能源汽车传动箱故障的诊断，提高准确性。

[0081] 需要说明的是，齿轮传动箱2可以为汽车的驱动系统中的齿轮传动箱2。

[0082] 需要说明的是，齿轮传动箱2包括电机3和依次啮合的n级齿轮4，n为大于等于1的正整数，齿轮4包括与电机3的输出轴连接的第一级齿轮，第一级齿轮4与第二级齿轮啮合，第二级齿轮与第三级齿轮啮合，以此类推，齿轮传动箱2内包括啮合的第n‑1级齿轮和第n级齿轮，为之后分析诊断齿轮4传动故障提供一定的功能基础。

[0083] 需要说明的是，CAE(Computer Aided Engineering)指工程设计中的计算机辅助工程，指用计算机辅助求解分析复杂工程和产品的结构力学性能，以及优化结构性能等，把工程(生产)的各个环节有机地组织起来，其关键就是将有关的信息集成，使其产生并存在于工程(产品)的整个生命周期。

[0084] S2：采集连接点的振动信号和电机3转速信号；

[0085] 需要说明的是，控制器1开始运行并进入扭矩模式时，采集振动传感器5传来的实时振动信号，因控制器1需要控制电机3运行，因此其内部存在电机3转速信号。

[0086] S3：计算齿轮转频和齿轮啮频；

[0087] S4：设计高通滤波器对振动信号滤波，得到齿轮振动信号；

[0088] S5：对齿轮振动信号进行傅里叶变换，获得齿轮振动频谱；

[0089] S6：由齿轮振动频谱获取啮频幅值及边带幅值和；

[0090] S7：通过边带幅值和与啮频幅值计算得到边频比；

[0091] S8：对比边频比与齿轮故障阈值，判断齿轮4是否出现故障。

[0092] 可以理解的是，新能源汽车传动系统故障诊断方法通过在CAE仿真选择的齿轮传动箱2上的连接点处设置振动传感器5，振动传感器5与控制器1连接，通过控制器1内部实时采集由振动传感器5输出的连接点的振动信号和电机3转速信号，根据控制器1采集的电机3转速信号计算传动箱内各级齿轮4的齿轮啮频及齿轮转频；设置高通滤波器对振动信号滤波，得到齿轮振动信号，对齿轮振动信号进行傅里叶变换齿轮振动频谱，由齿轮振动频谱中获取各齿轮的啮频幅值与啮频周围的转频边带幅值和，将边带幅值和与啮频幅值相除得到边频比后，与齿轮故障阈值相比较，以此判断齿轮传动箱2是否存在故障，本发明提供的新能源汽车传动系统故障诊断的方法根据齿轮振动频谱提取当前齿轮4运行特征值评估齿轮4健康状态能够提升诊断故障的准确性，加快诊断效率；

[0093] 实施例2

[0094] 本实施例在实施例1的基础上对S3：计算齿轮转频和啮频，进行具体说明：

[0095] S3：判断模块计算齿轮转频和啮频，包括步骤：

[0096] 齿轮传动箱2包括依次啮合的n级齿轮4，n为大于等于1的正整数，其中，与电机3的输出轴连接的第一级齿轮的转速为n1＝nd，与第一级齿轮啮合的第二级齿轮的转速为n2＝n1*r1，r1＝z1/z2，其中r1为传动比，z1为齿轮4的齿数，nd为电机3的输出轴的转速；

[0097] n级齿轮4的转速为nc＝{n1,n2，n3，...，ni}，i为齿轮级数，齿轮转频为Fr＝{Fr1，Fr2，Fr3，...，Fri}，其中Fr1＝n1/60，齿轮啮频Fg＝{Fg1，Fg2，Fg3，...，Fgj}，其中j为齿轮4的数量。

[0098] 需要说明的是，与电机3的输出轴连接的第一级齿轮4的转速与电机3的输出轴的转速相等，剩余的依次啮合的齿轮4的转速可由传动比计算得到，所以n级齿轮4的转速为nc＝{n1,n2,n3，...，ni}，i为齿轮4级数，齿轮4转频为Fr＝{Fr1，Fr2，Fr3，...，Fri}，其中Fr1＝n1/60，齿轮啮频为齿轮转频与齿数的乘积，齿轮啮频Fg＝{Fg1，Fg2，Fg3，...，Fgj}其中j为齿轮4的数量，计算齿轮转频和齿轮啮频为之后诊断故障提供一定基础。

[0099] 实施例3

[0100] 参照图1‑图6，本发明实施例提供的一种新能源汽车传动箱故障诊断方法包括步骤：

[0101] S1：选择连接点，包括步骤：

[0102] S11：运行控制器1和与控制器1电连接的齿轮传动箱2；

[0103] S12：对控制器1和齿轮传动箱2进行CAE仿真；

[0104] S13：选择齿轮传动箱2外壳上对振动激励敏感的位置为连接点；

[0105] S2：采集连接点的振动信号和电机3转速信号；

[0106] 需要说明的是，控制器1开始运行并进入扭矩模式时，采集振动传感器5传来的实时振动信号，因控制器1需要控制电机3运行，因此其内部存在电机3转速信号nd。

[0107] S3：计算齿轮转频和齿轮啮频；

[0108] 需要说明的是，齿轮传动箱2包括依次啮合的n级齿轮4，其中，与电机3的输出轴连接的第一级齿轮4的转速为n1＝nd，与第一级齿轮4啮合的第二级齿轮4的转速为n2＝n1*r1，r1＝z1/z2，其中r1为传动比，z1为齿轮4的齿数，nd为电机3的输出轴的转速；

[0109] n级齿轮4的转速为nc＝{n1,n2,n3，...，ni}，i为齿轮4级数，齿轮4转频为Fr＝{Fr1，Fr2，Fr3，...，Fri}，其中Fr1＝n1/60，齿轮4啮频Fg＝{Fg1，Fg2，Fg3，...，Fgj}，其中j为齿轮4的数量。

[0110] 需要说明的是，与电机3的输出轴连接的第一级齿轮4的转速与电机3的输出轴的转速相等，剩余的依次啮合的齿轮4的转速可由传动比计算得到，所以第n级齿轮4的转速为nc＝{n1,n2,n3，...，ni}，i为齿轮4级数，齿轮4转频为Fr＝{Fr1，Fr2，Fr3，...，Fri}，其中Fr1＝n1/60，齿轮4啮频Fg＝{Fg1，Fg2，Fg3，...，Fgj}，其中j为齿轮4的数量，计算齿轮4转频和啮频为之后诊断故障提供一定基础。

[0111] S4：设计高通滤波器对振动信号滤波，得到齿轮振动信号，包括步骤：

[0112] S41：设置一个低通滤波器hL(n)，

[0113]

[0114] 其中，sinc表示辛格函数，n代表滤波器的第n个系数，N为滤波器总长度，win表示窗函数。

[0115] S42：将低通滤波器的中各系数的符号取反后，将中心元素加1获得高通滤波器hH(n)，

[0116] h′L(n)＝‑hL(n)

[0117]

[0118] S43：将振动信号同高通滤波器的系数卷积计算后，得到齿轮振动信号SigV(t)，[0119] SigV(t)＝hH(n)×SigVr(t)

[0120] 实时的振动信号为：

[0121] SigVr(t)＝g*sinθ+SigG(t)+SigC(t)+SigN

[0122] 其中，g为重力加速度，θ为振动传感器5与重力加速度的夹角，SigG(t)为初始齿轮4振动信号，SigC(t)为其他振动信号，SigN为背景噪声。

[0123] 需要说明的是，在车辆行驶过程中，因所行驶的路面不存在理想的平面，会引起汽车整体的上下或左右跳动，因此所采集到的实时的振动信号可以表述为：

[0124] SigVr(t)＝g*sinθ+SigG(t)+SigC(t)+SigN

[0125] 其中，g为重力加速度，θ为振动传感器5与重力加速度的夹角，SigG(t)为初始齿轮4振动信号，SigC(t)为其他振动信号，其他振动信号具体的可以为车辆行驶过程中由路面引起的车辆振动并通过悬置/车架引入的振动信号，SigN为背景噪声。

[0126] 需要说明的是车辆行驶过程中，车辆的转向和俯仰角不存在快速突变的状态，因此θ为低频信号。路面引起的车辆振动会经过汽车轮胎、减震等滤波和衰减，因此SigC(t)也只存在低频。所以，使用高通滤波的方式即可有效滤除信号中的重力加速度分量和路面振动分量，为尽量保证信号中的有效信息，可将高通滤波截至频率定为步骤S3：判断模块计算齿轮转频和齿轮啮频中计算的最低齿轮啮频的一半。

[0127] S5：对齿轮振动信号进行傅里叶变换，获得齿轮振动频谱；

[0128] S6：判断模块由齿轮振动频谱获取啮频幅值及边带幅值和；

[0129] S7：通过边带幅值和与啮频幅值计算得到边频比；

[0130] S8：对比边频比与齿轮故障阈值，判断齿轮4是否出现故障。

[0131] 可以理解的是，本发明提供的一种新能源汽车传动系统故障诊断方法，通过在CAE仿真选择的齿轮传动箱2上的连接点处设置振动传感器5，振动传感器5与控制器1连接，通过控制器1内部实时采集由振动传感器5输出的连接点的振动信号和电机3转速信号，根据控制器1采集的电机3转速信号计算传动箱内各级齿轮的齿轮啮频及齿轮转频；设置高通滤波器对振动信号滤波，得到齿轮振动信号，对齿轮振动信号进行傅里叶变换齿轮振动频谱，由齿轮振动频谱中获取各齿轮啮频幅值与啮频周围的转频边带幅值和，将边带幅值和与啮频幅值相除得到边频比后，与齿轮故障阈值相比较，以此判断齿轮传动箱2是否存在故障，本发明提供的新能源汽车传动系统故障诊断的方法根据齿轮振动频谱提取当前齿轮4的运行特征值评估齿轮4健康状态能够提升诊断故障的准确性，加快诊断效率。

[0132] 实施例4

[0133] 参照图1和图2，本实施例在实施例3的基础上对S5：对齿轮振动信号进行傅里叶变换，获得齿轮振动频谱；S6：由齿轮振动频谱获取啮频幅值及边带幅值和；S7：通过边带幅值和与啮频幅值计算得到边频比；S8：对比边频比与齿轮故障阈值，判断齿轮4是否出现故障，进行详细说明：

[0134] S5：对齿轮振动信号进行傅里叶变换，获得齿轮振动频谱，包括步骤：

[0135] 其中， 为傅里叶变换运算。

[0136] 需要说明的是，一对齿轮4啮合时的频谱可以获取第n‑1级齿轮与第n及齿轮4的啮频幅值与啮频周围的边带幅值和；将边带幅值和与啮频幅值相除得到边频比后可以判断齿轮4是否故障。

[0137] S6：由齿轮振动频谱获取啮频幅值及边带幅值和，包括步骤：

[0138] 齿轮啮频Fg＝{Fg1，Fg2Fg3，....，Fgj}由齿轮振动频谱得到齿轮啮频对应的啮频幅值yg＝{yg1，yg2，yg3，...，ygj}，j为齿轮4数；

[0139] 根据一对啮合齿轮中各个齿轮的齿轮啮频和齿轮啮频对应的齿轮转频取得边带幅值并求和得到边带幅值和ygr＝{ygr1，ygr2，ygr3，…，ygrj}。

[0140] 可选的，根据步骤S3中所计算得到的各齿轮啮频率Fg＝{Fg1,Fg2，Fg3，...，Fgj}，从信号频谱中取出对应的幅值yg＝{yg1，yg2，yg3，...，ygj}，j为齿轮数。根据齿轮啮频和该齿轮4的齿轮转频取得边带幅值并求和ygr＝{ygr1，ygr2,ygr3，...，ygrj}，对于传动系统来说，因为两个齿轮4啮合时，齿轮转频都会调制到齿轮啮频周围，因此存在Fr1与Fr2，本实施例中以图2中为第一级齿轮与第二级齿轮的频谱示意图做示例性说明，参照图2，以(Fg1‑Ft1，Fg1+Ft1)两个频率为横坐标取频谱的y轴幅值，然后相加，即

[0141] S7：通过边带幅值和与啮频幅值计算得到边频比；

[0142] 用边带幅值和除以啮频幅值，得到边频比；

[0143] 边频比 其中，ygr为边带幅值和，yg为啮频幅值。

[0144] S8：对比边频比与齿轮故障阈值，判断齿轮4是否出现故障，包括步骤：

[0145] 将边频比与齿轮故障阈值η＝{η1，η2，η3，…，ηj}相比，得到对比值FT＝{FT1，FT2，FT3，...FTj}

[0146] 其中， 当FT＝1，齿轮4出现故障，FT＝0，齿轮4未出现故障。

[0147] 需要说明的是，因每一个车的悬置、轮胎、悬架都存在差异，实际表现也不一定，所以齿轮故障阈值为不定值，可根据不同车辆进行设定。

[0148] 实施例5

[0149] 本发明提供一种新能源汽车传动系统故障诊断系统，包括：处理器和存储器，存储器用于存储计算机程序代码，计算机程序代码包括计算机指令，当处理器执行计算机指令时，新能源汽车传动系统故障诊断系统执行上述的任一项的新能源汽车传动系统故障诊断方法，本发明提供的新能源汽车传动系统故障诊断的系统可集成在汽车驱动系统上，实时监测系统稳定性，可有效提高汽车行驶安全性能，保障用户人身安全。

[0150] 本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令当计算机指令在新能源汽车传动系统故障诊断的系统运行时，使得新能源汽车传动系统故障诊断系统执行上述任一项的新能源汽车传动系统故障诊断方法。

[0151] 通过上述实施例可知，本发明提供的一种新能源汽车传动系统故障诊断方法、系统和存储介质，至少实现了如下的有益效果：

[0152] 本发明提供的一种新能源汽车传动系统故障诊断的方法，通过在CAE仿真选择的齿轮传动箱上的连接点处设置振动传感器，振动传感器与控制器连接，通过控制器内部实时采集由振动传感器输出的连接点的振动信号Si和电机转速信号，根据控制器采集的电机转速信号计算传动箱内各级齿轮的齿轮啮频及齿轮转频；设置高通滤波器对振动信号滤波，得到齿轮振动信号，对齿轮振动信号进行傅里叶变换齿轮振动频谱，由齿轮振动频谱中获取各齿轮啮频幅值与啮频周围的转频边带幅值和；将边带幅值和与啮频幅值相除得到边频比后，与齿轮故障阈值相比较，以此判断齿轮传动箱是否存在故障，本发明提供的新能源汽车传动系统故障诊断的方法根据齿轮振动频谱提取当前齿轮运行特征值评估齿轮健康状态能够提升诊断故障的准确性，加快诊断效率。

[0153] 本发明提供一种新能源汽车传动系统故障诊断系统，包括：处理器和存储器，存储器用于存储计算机程序代码，计算机程序代码包括计算机指令，当处理器执行计算机指令时，新能源汽车传动系统故障诊断系统执行上述的任一项的新能源汽车传动系统故障诊断方法，本发明提供的新能源汽车传动系统故障诊断的系统可集成在汽车驱动系统上，实时监测系统稳定性，可有效提高汽车行驶安全性能，保障用户人身安全。

[0154] 本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令当计算机指令在新能源汽车传动系统故障诊断的系统运行时，使得新能源汽车传动系统故障诊断系统执行上述任一项的新能源汽车传动系统故障诊断方法。

[0155] 虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。