汽车主减速器振动信号非线性特征研究

论文摘要

工业生产和科学技术的发展对车辆运行的可靠性、可用性、可维修性等提出了更高要求，小波、分形和混沌等现代非线性信号处理方法的出现为车辆检测技术提供了新的理论和思路，不同程度地满足了发展的需求。而寻求更好的非线性时间序列分析方法已成为信号处理领域中的前沿课题。论文结合驱动桥、主减速器及差速器等汽车零部件性能试验机课题，将信号小波降噪、分形和混沌等现代非线性理论应用到车辆产品检测和信号处理中，对设备运行时表现出的各种非线性特征进行了深入研究，为分析车辆零部件的振动特性开辟了途径。主要研究内容有： 考虑主减速器运转中主传动锥齿轮齿侧间隙、时变啮合刚度和齿轮副综合误差等齿轮传动中非线性因素的基础上，运用8自由度锥齿轮非线性动力学模型分析主减速器振动特性，仿真研究主减速器周期、拟周期、混沌等三种典型振动形式，并深入分析了不同参数对系统非线性的动态响应特性的影响和关联维数、最大Lyapunov指数等非线性特征量值对于主减速器振动特性的表征能力。 针对现场测量的信号信噪比低，对信号分析影响较大，将基于解析小波变换模极大值的信号消噪技术应用到主减速器振动信号降噪中。解析小波变换仅反映信号的正频率，其模振荡较之实小波变换要小，为此将由Hilbert变换构造的解析小波基引入小波极大模信号降噪中，汽车主减速器振动信号的实例分析证明，与实小波极大模降噪方法相比，该方法具有更好的降噪效果。 基于GP算法的关联维数计算方法简单，但计算量大，且难以实现自动化。论文从降低关联积分计算量、提高关联维数计算速度和无标度区间的自动识别两个方面进行了探索。提出运用关联积分曲线的二阶局部斜率实现无标度区间的自动识别，从而实现关联维数的自动计算，运用该方法对Lorenz系统的分析证明了其有效性。进而分析了不同工作状态下主减速器振动信号的关联维数和最大Lyapunov指数。研究结果表明，不同状态下主减速器信号的关联维数和最大Lyapunov指数有明显的可分性，两者都可以作为识别信号特征和程度的有效量化指标。此外，论文将多个传感器信号的非线性特征量运用遗传编程优化得到复合特征，结果表明与采用传统的统计特征量作为优化终端符相比，非线性特征终端符得到的信号复合特征能够更好

论文目录

• 摘要
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景和意义
• 1.1.1 汽车振动信号特征研究的意义
• 1.1.2 汽车检测技术的研究现状
• 1.2 非线性理论在信号处理中的应用
• 1.2.1 分形和混沌理论
• 1.2.2 信号处理方法概述
• 1.2.3 非线性方法在信号处理中的应用
• 1.3 论文结构及主要内容
• 第2章 主减速器非线性振动特性仿真研究
• 2.1 主减速器功能和结构简介
• 2.2 主减速器主传动齿轮非线性动力学模型
• 2.2.1 齿轮振动激励非线性因素分析
• 2.2.2 主减速器主传动齿轮非线性动力学建模
• 2.3 主减速器非线性动力学方程求解
• 2.3.1 Runge-Kutta积分原理
• 2.3.2 量纲一化微分方程
• 2.4 主减速器非线性动态特性仿真研究
• 2.4.1 仿真对象参数
• 2.4.2 主减速器典型非线性振动
• 2.4.3 不同参数对主减速器动态特性的影响
• 2.5 本章小结
• 第3章 主减速器振动信号解析小波降噪
• 3.1 解析小波及其极大模
• 3.1.1 Hilbert变换
• 3.1.2 解析小波变换
• 3.1.3 小波变换极大模
• 3.2 小波域降噪方法概述
• 3.3 基于小波极大模降噪
• 3.3.1 实小波极大模降噪
• 3.3.2 解析小波极大模降噪
• 3.4 主减速器振动信号解析小波极大模降噪
• 3.4.1 仿真信号解析小波极大模降噪
• 3.4.2 主减速器振动信号解析小波极大模降噪
• 3.5 本章小结
• 第4章 非线性特征量算法研究
• 4.1 分形和混沌理论基础
• 4.1.1 分形基础理论
• 4.1.2 混沌基础理论
• 4.2 相空间重构技术研究
• 4.2.1 相空间重构原理
• 4.2.2 相空间重构参数选取
• 4.3 关联维数算法研究
• 4.3.1 关联维数定义
• 4.3.2 关联维数算法改进
• 4.3.3 仿真算例
• 4.4 本章小结
• 第5章 主减速器振动信号非线性特征分析
• 5.1 试验设备及主减速器振动信号定性分析
• 5.1.1 试验设备简介
• 5.1.2 主减速器振动信号时频域分析
• 5.2 主减速器振动信号的非线性检验
• 5.2.1 替代数据法原理
• 5.2.2 主减速器振动信号的非线性检验
• 5.3 基于非线性特征量的主减速器振动信号分析
• 5.3.1 基于关联维数的主减速器振动信号特征分析
• 5.3.2 基于Lyapunov指数的主减速器振动信号特征分析
• 5.3.3 基于Poincare截面的主减速器振动信号分析
• 5.4 基于遗传编程主减速器振动信号复合特征构造
• 5.4.1 遗传编程基本原理
• 5.4.2 基于遗传编程的主减速器振动信号复合特征构造
• 5.5 本章小结
• 第6章 汽车传动系零部件性能试验机开发
• 6.1 主减速器性能试验机开发
• 6.1.1 主减速器性能试验机主要功能
• 6.1.2 主减速器性能试验机模块化开发
• 6.2 驱动桥性能试验机开发
• 6.3 试验机软件系统的容错技术
• 6.3.1 试验机软件系统特点
• 6.3.2 试验机软件系统的容错
• 6.4 强背景噪声下主减速器声信号测量
• 6.4.1 强背景下的声信号测量方法
• 6.4.2 主减速器噪声测量
• 6.5 本章小结
• 第7章 结论与展望
• 7.1 论文工作总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 攻读博士期间发表的论文和参加的课题
• 致谢