变速箱故障诊断装置、变速箱故障诊断方法和变速箱

摘要

本发明提供一种变速箱故障诊断装置、一种变速箱故障诊断方法和一种变速箱，变速箱故障诊断装置包括：转速检测单元，检测变速箱中多个轴的转速；中央控制单元，在非换挡期间，根据所述多个轴的转速，得到所述多个轴中两个轴间的转速比，并将所述两个轴间的转速比和固定传动比进行比较，如果二者一致则判定所述两个轴间不存在故障，如果二者不一致则判定所述两个轴间存在故障；和/或在换挡期间，判断所述多个轴的转速的变化区间和/或时间是否超过预定的区间和/或时间范围，如果未超过则判断换挡过程中不存在滑动摩擦异常，如果超过则判断换挡过程中存在滑动摩擦异常。根据本发明，可以轻易地检测出变速箱中的任意两个轴间是否存在故障。

说明书

技术领域

本发明涉及工程机械传动领域，具体而言，涉及一种变速箱故障诊断 装置、一种变速箱故障诊断方法和一种变速箱。

背景技术

工程机械传动系统中设置变速箱，主要是通过液压的方式，控制多片 离合器在带负载状态下接合与脱离，来接通不同的啮合关系齿轮系，使变 速箱的传动比和输出轴的旋转方向发生改变，从而改变整车的行驶速度和 方向(前进或后退)。

变速箱是动力换挡控制系统的重要部件，其工作状况是否正常对工程 机械的整车性能有直接联系。目前，变速箱的故障诊断通常情况下是通过 检测分析变速箱温度、压力口的压力或液压油的油品的方式来诊断变速箱 故障，这些分析方式对环境依赖性大、可靠性差，且液压油油品检查费时 费力。并且，实施这些分析检查通常是故障发生的晚期，此时问题已经很 严重，且是以间接的方式进行诊断，并不能有针对性的有效分析出故障原 因。

因此，需要一种新的针对变速箱故障进行检测的技术方案，能够通过 相对简单的实现方式，在故障出现的初期，即可及时准确地判断出变速箱 内是否存在故障，并确定故障发生原因。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种新的针对变速箱故障进行 检测的技术方案，能够通过相对简单的实现方式，在故障出现的初期，即 可及时准确地判断出变速箱内是否存在故障，并确定故障发生原因。

有鉴于此，本发明提供一种变速箱故障诊断装置，包括：转速检测单 元，检测变速箱中多个轴的转速；中央控制单元，连接至所述转速检测单 元，在非换挡期间，根据所述多个轴的转速，得到所述多个轴中两个轴间 的转速比，并将所述两个轴间的转速比和固定传动比进行比较，如果二者 一致，则判定所述两个轴间不存在故障，如果二者不一致，则判定所述两 个轴间存在故障，和/或在换挡期间，将所述多个轴的转速的变化区间和/ 或时间，与预定的区间和/或时间范围进行比较，如果未超过所述预定的 区间和/或时间范围，则判断换挡过程中不存在滑动摩擦异常，如果超过 所述预定的区间和/或时间范围，则判断换挡过程中存在滑动摩擦异常。 在该技术方案中，固定传动比是固定值，根据齿轮传动的原理可知，其相 当于啮合传动的齿轮的齿数比，由于齿轮齿数固定，所以固定传动比是固 定的，固定传动比可以作为已知数据存储起来，而根据齿轮传动的原理， 非换挡情况下轴间转速比应与轴间固定传动比相同，如果二者不同，则说 明轴间存在故障。对于滑动摩擦异常的判断，具体可以通过相应程序，对 多轴的转速信号进行处理，从其脉宽信号的波形上获知转速变化区间和时 间，如果转速变化区间和时间超过了预定范围，则可判断可能有故障的产 生。

在上述技术方案中，优选地，所述中央控制单元首先判断所述多个轴 中的输入轴与输出轴间是否存在故障，如果存在故障，则逐次判断所述多 个轴中相邻两个轴间是否存在故障。在该技术方案中，可以首先只整体性 地判断变速箱中(即输入轴与输出轴间)是否存在故障，如果存在故障的 话，再具体定位故障处于哪两个轴之间，不需同时检测多组轴间是否存在 故障，数据运算压力较小。

在上述技术方案中，优选地，所述中央控制单元检测到在所述两个轴 间存在故障时，还结合已知的故障信息，定位所述两个轴间产生故障的部 件。在该技术方案中，实现了故障点的具体定位，例如，在无法正常换挡 时可以判断故障与离合器有关，结合本方案就可以定位到具体是哪两个轴 间的离合器出了问题，反之，如果可以确定离合器没有问题的话，也就可 以推断出可能是这两个轴间的齿轮系有问题。

在上述技术方案中，优选地，所述转速检测单元包括：在所述多个轴 上设置的速度传感器，用来检测所述多个轴的转速。在该技术方案中，速 度传感器设置简单，可实施性强，能够准确地检测到转速信号，来完成故 障诊断。

在上述技术方案中，优选地，所述转速检测单元包括：发动机检测单 元，通过检测发动机的转速来获取所述多个轴中输入轴的转速；在所述多 个轴中除所述输入轴外的剩余轴上设置的速度传感器，用来检测多个轴中 除所述剩余轴的转速。在该技术方案中，由于输入轴的转速可以直接由发 动机得到，可以减少一个速度传感器的设置。

本发明还提供一种变速箱故障诊断方法，包括：步骤202，检测变速 箱中多个轴的转速；步骤204，在非换挡期间，根据所述多个轴的转速， 得到所述多个轴中两个轴间的转速比，并将所述两个轴间的转速比和固定 传动比进行比较，如果二者一致，则判定所述两个轴间不存在故障，如果 二者不一致，则判定所述两个轴间存在故障；和/或步骤206，在换挡期 间，将所述多个轴的转速的变化区间和/或时间，与预定的区间和/或时间 范围进行比较，如果未超过所述预定的区间和/或时间范围，则判断换挡 过程中不存在滑动摩擦异常，如果超过所述预定的区间和/或时间范围， 则判断换挡过程中存在滑动摩擦异常。在该技术方案中，在该技术方案 中，固定传动比是固定值，根据齿轮传动的原理可知，其相当于啮合传动 的齿轮的齿数比，由于齿轮齿数固定，所以固定传动比是固定的，固定传 动比可以作为已知数据存储起来，而根据齿轮传动的原理，非换挡情况下 轴间转速比应与轴间固定传动比相同，如果二者不同，则说明轴间存在故 障。对于滑动摩擦异常的判断，具体可以通过相应程序，对多轴的转速信 号进行处理，从其脉宽信号的波形上获知转速变化区间和时间，如果转速 变化区间和时间超过了预定范围，则可判断可能有故障的产生。

在上述技术方案中，优选地，所述步骤204具体包括：首先判断所述 多个轴中的输入轴与输出轴间是否存在故障，如果存在故障，则逐次判断 所述多个轴中相邻两个轴间是否存在故障。在该技术方案中，可以首先只 整体性地判断变速箱中(即输入轴与输出轴间)是否存在故障，如果存在 故障的话，再具体定位故障处于哪两个轴间，不需同时检测多组轴间是否 存在故障，数据运算压力较小。

在上述技术方案中，优选地，还包括：在所述两个轴间存在故障时， 还结合已知的故障信息，定位所述两个轴间产生故障的部件。在该技术方 案中，实现了故障点的具体定位，例如，在无法正常换挡时可以判断故障 与离合器有关，结合本方案就可以定位到具体是哪两个轴间的离合器出了 问题，反之，如果可以确定离合器没有问题的话，也就可以推断出可能是 这两个轴间的齿轮系有问题。

在上述技术方案中，优选地，所述步骤202具体包括：在所述多个轴 上设置速度传感器，来检测所述多个轴的转速。在该技术方案中，速度传 感器设置简单，可实施性强，能够准确地检测到转速信号，来完成故障诊 断。

在上述技术方案中，优选地，所述步骤202具体包括：通过检测发动 机的转速来获取所述多个轴中输入轴的转速，以及在所述多个轴中除所述 输入轴外的剩余轴上设置速度传感器，来检测除所述剩余轴的转速。在该 技术方案中，由于输入轴的转速可以直接由发动机得到，可以减少一个速 度传感器的设置，发动机的转速较容易获取，例如可以根据液力变矩器的 工作情况即可反应其转速。

本发明还提供一种变速箱，包括：上述的变速箱故障诊断装置。在该 技术方案中，在变速箱的工作过程中，如果出现了稳态或动态的故障，都 可以及时地自我检测出来，以便于对变速箱的维护，保证整车的正常工 作，可广泛地用于平地机、装载机、机械式压路机等使用变速箱传动的设 备之上。

根据以上技术方案，可以实现一种变速箱故障诊断装置、一种变速箱 故障诊断方法和一种变速箱，这样简单的监控多轴转速即可有效地做到分 析判断变速箱故障，形成简单易操作且可靠性强的工程机械变速箱故障诊 断专家系统，可实现变速箱故障在线诊断，是早期的、直接的诊断，这样 既可以实时预防变速箱工作异常，延长变速箱寿命，还可以保证其正常运 作，提高工程机械的可靠性。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的变速箱故障诊断装置的框图；

图2是根据本发明的一个实施例的变速箱故障诊断方法的流程图；

图3是根据本发明的一个实施例的变速箱的框图；

图4是根据本发明的一个实施例的变速箱故障诊断装置的工作原理示 意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附 图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不 冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是， 本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明 的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

图1是根据本发明的一个实施例的变速箱故障诊断装置的框图。

如图1所示，本发明提供一种变速箱故障诊断装置100，包括：转速 检测单元102，检测变速箱中多个轴的转速；中央控制单元104，连接至 所述转速检测单元102，在非换挡期间，根据所述多个轴的转速，得到所 述多个轴中两个轴间的转速比，并将所述两个轴间的转速比和固定传动比 进行比较，如果二者一致，则判定所述两个轴间不存在故障，如果二者不 一致，则判定所述两个轴间存在故障，和/或在换挡期间，将所述多个轴 的转速的变化区间和/或时间，与预定的区间和/或时间范围进行比较，如 果未超过所述预定的区间和/或时间范围，则判断换挡过程中不存在滑动 摩擦异常，如果超过所述预定的区间和/或时间范围，则判断换挡过程中 存在滑动摩擦异常。在该技术方案中，固定传动比是固定值，根据齿轮传 动的原理可知，其相当于啮合传动的齿轮的齿数比，由于齿轮齿数固定， 所以固定传动比是固定的，固定传动比可以作为已知数据存储起来，而根 据齿轮传动的原理，非换挡情况下轴间转速比应与轴间固定传动比相同， 如果二者不同，则说明轴间存在故障。对于滑动摩擦异常的判断，具体可 以通过相应程序，对多轴的转速信号进行处理，从其脉宽信号的波形上获 知转速变化区间和/或时间范围，如果转速变化区间和/或时间范围超过了 预定范围，则可判断可能有故障的产生。

在上述技术方案中，所述中央控制单元104首先判断所述多个轴中的 输入轴与输出轴间是否存在故障，如果存在故障，则逐次判断所述多个轴 中相邻两个轴间是否存在故障。在该技术方案中，可以首先只整体性地判 断变速箱中(即输入轴与输出轴间)是否存在故障，如果存在故障的话， 再具体定位故障处于哪两个轴间，不需同时检测多组轴间是否存在故障， 数据运算压力较小。

在上述技术方案中，所述中央控制单元检测到在所述两个轴间存在故 障时，还结合已知的故障信息，定位所述两个轴间产生故障的部件。在该 技术方案中，实现了故障点的具体定位，例如，在无法正常换挡时可以判 断故障与离合器有关，结合本方案就可以定位到具体是哪两个轴间的离合 器出了问题，反之，如果可以确定离合器没有问题的话，也就可以推断出 可能是这两个轴间的齿轮系有问题。

在上述技术方案中，所述转速检测单元102包括：在所述多个轴上设 置的速度传感器1022，用来检测所述多个轴的转速。在该技术方案中， 速度传感器设置简单，可实施性强，能够准确地检测到转速信号，来完成 故障诊断。

在上述技术方案中，所述转速检测单元102包括：发动机检测单元 1024，通过检测发动机的转速来获取所述多个轴中输入轴的转速；在所述 多个轴中除所述输入轴外的剩余轴上设置的速度传感器1022，用于来检 测除所述剩余轴的转速。在该技术方案中，由于输入轴的转速可以直接由 发动机得到，可以减少一个速度传感器的设置。

图2是根据本发明的一个实施例的变速箱故障诊断方法的流程图；

如图2所示，本发明还提供一种变速箱故障诊断方法，包括：步骤 202，检测变速箱中多个轴的转速；步骤204，在非换挡期间，根据所述 多个轴的转速，得到所述多个轴中两个轴间的转速比，并将所述两个轴间 的转速比和固定传动比进行比较，如果二者一致，则判定所述两个轴间不 存在故障，如果二者不一致，则判定所述两个轴间存在故障；和/或步骤 206，在换挡期间，将所述多个轴的转速的变化区间和/或时间，与预定的 区间和/或时间范围进行比较，如果未超过所述预定的区间和/或时间范 围，则判断换挡过程中不存在滑动摩擦异常，如果超过所述预定的区间和 /或时间范围，则判断换挡过程中存在滑动摩擦异常。在该技术方案中， 在该技术方案中，固定传动比是固定值，根据齿轮传动的原理可知，其相 当于啮合传动的齿轮的齿数比，由于齿轮齿数固定，所以固定传动比是固 定的，固定传动比可以作为已知数据存储起来，而根据齿轮传动的原理， 非换挡情况下轴间转速比应与轴间固定传动比相同，如果二者不同，则说 明轴间存在故障。对于滑动摩擦异常的判断，具体可以通过相应程序，对 多轴的转速信号进行处理，从其脉宽信号的波形上获知转速变化区间和时 间，如果转速变化区间和时间超过了预定范围，则可判断可能有故障的产 生。

在上述技术方案中，所述步骤204具体包括：首先判断所述多个轴中 的输入轴与输出轴间是否存在故障，如果存在故障，则逐次判断所述多个 轴中相邻两个轴间是否存在故障。在该技术方案中，可以首先只整体性地 判断变速箱中(即输入轴与输出轴间)是否存在故障，如果存在故障的 话，再具体定位故障处于哪两个轴间，不需同时检测多组轴间是否存在故 障，数据运算压力较小。

在上述技术方案中，还包括：在所述两个轴间存在故障时，还结合已 知的故障信息，定位所述两个轴间产生故障的部件。在该技术方案中，实 现了故障点的具体定位，例如，在无法正常换挡时可以判断故障与离合器 有关，结合本方案就可以定位到具体是哪两个轴间的离合器出了问题，反 之，如果可以确定离合器没有问题的话，也就可以推断出可能是这两个轴 间的齿轮系有问题。

在上述技术方案中，所述步骤202具体包括：在所述多个轴上设置速 度传感器，来检测所述多个轴的转速。在该技术方案中，速度传感器设置 简单，可实施性强，能够准确地检测到转速信号，来完成故障诊断。

在上述技术方案中，所述步骤202具体包括：通过检测发动机的转速 来获取所述多个轴中输入轴的转速，以及在所述多个轴中除所述输入轴外 的剩余轴上设置速度传感器，来检测除所述剩余轴的转速。在该技术方案 中，由于输入轴的转速可以直接由发动机得到，可以减少一个速度传感器 的设置，发动机的转速较容易获取，例如可以根据液力变矩器的工作情况 即可反应其转速。

图3是根据本发明的一个实施例的变速箱的框图。

如图3所示，本发明还提供一种变速箱300，包括：上述的变速箱故 障诊断装置100。在该技术方案中，在变速箱的工作过程中，如果出现了 稳态或动态的故障，都可以及时地自我检测出来，以便于对变速箱的维 护，保证整车的正常工作，可广泛地用于平地机、装载机、机械式压路机 等使用变速箱传动的设备之上。

图4是根据本发明的一个实施例的变速箱故障诊断装置的工作原理示 意图。

在本发明的一个实施例中，公开了一种工程机械变速箱故障在线诊断 专家系统(装置)，其工作原理是：针对动力换挡变速箱的换挡控制，在 不同挡位传动系组合模式下，各挡位下变速箱齿轮的传动比固定，通过监 测多轴转速，即可得到在非换挡期间分析计算得到不同挡位的转速比，比 较是否满足相应挡位下变速箱齿轮的固有传动比，以此判断落实变速箱故 障原因点，分析变速箱的稳态故障；同样在换挡期间通过实时监测多轴转 速可以判断换挡过程中滑动摩擦是否正常，由此分析判断变速箱动态故 障。

具体地，根据图4所示，来详细说明一下本发明的技术方案。

在图4所示的定轴式动力换挡变速箱中，通过多组大小不同的外啮合 的齿轮组合，可以实现不同的行驶速度与行驶方向(前进或后退)。如图 4所示，C1-C8为离合器(电磁阀)，1-16为齿轮。轴A为输入轴，其上 没有配置离合器。轴E为输出轴，配置离合器C7和C8。其余轴B、轴 C、轴D上分别配置离合器C1和C2、C3和C4、C5和C6。

根据齿轮传动原理可知，啮合传动的两齿轮转速比与其齿数成反比， 传动的各组啮合的齿轮得到的传动比固定，由此可以得到实现各挡位对应 的传动比是固定的。

在变速箱各轴上设置转速传感器，其中轴A与发动机相连，可以通过 发动机转速得到轴A转速，其余四根轴分别通过转速传感器获取信号以实 现多轴转速的监测，通过分析计算可得到各轴转速。

在非换挡期间，通过监测计算得到各轴转速，计算得到轴间转速比， 判断此转速比是否满足该挡位下的传动比，若不满足，则可判断该挡位下 传动过程中的齿轮、轴或离合器等相应故障点，由此判断变速箱稳态故 障，进一步地，通过多次比较，可以具体地判断出故障点是与哪根轴相 关，是齿轮的问题还是离合器的问题。

例如：前进7挡，电磁阀C2、C4、C8得电，齿轮2与5、齿轮4至 7、齿轮8与12、齿轮14与16之间啮合，传递路线为2-5-4-7-8-12-14- 16，则固有传动比i₀为：

$i_0=i_{C2}\times i_{C4}\times i_{C8}=i_{\mathrm{2,5}}\times i_{\mathrm{8,12}}\times i_{\mathrm{14,16}}=\frac{z_5}{z_2}\times \frac{z_{12}}{z_8}\times \frac{z_{16}}{z_{14}},$其中，i_C2表示电磁阀C2对应 的传动比，i_2，5表示齿轮2与齿轮5间的传动比，z₅表示齿轮5的齿轮数 (其他电磁阀对应的传动比、其他齿轮间的传动比，其他齿轮的齿轮数可 以以此类推)。

由于齿数Z固定，则固有传动比i₀不变。

由各轴转速传感器，即可检测得到的多轴转速，则轴转速比i为：

i＝i_轴A-轴B×i_轴B-轴C×i_轴C-轴D×i_轴D-轴E，其中，i_轴1-轴2表示轴A和轴B的转速比 (其他轴间的转速比可以以此类推)。

比较i与i₀，若二者相同，则说明变速箱无故障；若二者不同，说明 变速箱存在稳态故障。再则通过轴A和轴B的转速比(n₁、n₂分别表 示轴A和轴B的转速)与传动比进行比较，相同则说明这两根轴之 间正常，不存在故障，不同则说明这两个轴间传动有异常，可以以此类推 检查各轴运转情况。

进一步地，还可以结合其他的故障检测技术或信息，来具体确定故障 点，例如，在无法正常换挡时可以判断故障与离合器有关，结合本方案就 可以定位到具体是哪两个轴间的离合器出了问题，反之，如果可以确定离 合器没有问题的话，也就可以推断出可能是这两个轴间的齿轮系有问题。

在换挡期间，通过监测多轴转速，即可由脉宽信号得到的换挡过程中 离合器状况。可以利用转速的脉宽信号的波形，来获取转速的变化区间和 时间，再通过与正常标准进行比较，判断转速的变化区间和时间是否正 常，可以分析判断换挡过程中滑动摩擦是否正常，由此分析变速箱动态故 障。

这样通过监测多轴转速即可有效地实现变速箱故障诊断，为工程机械 变速箱故障诊断提供一种简单可靠的故障在线诊断专家系统。

综上所述，通过本发明的技术方案，可以实现一种变速箱故障诊断装 置、一种变速箱故障诊断方法和一种变速箱，本发明的优点在于：只需设 置转速传感器即可监测多轴转速，简单易实现；通过多轴转速监测，判断 非换挡期间的转速比是否满足传动比，即可实现变速箱稳态故障诊断；通 过多轴转速监测，由转速传感器获取脉宽信号分析换挡过程中滑动摩擦是 否正常，由此判断变速箱动态故障。

本发明既考虑非换挡期间的稳态因素，又考虑换挡期间的动态因素， 有效地形成简单易操作且可靠性强的变速箱故障在线诊断专家系统，在故 障早期就可直接的、实时的进行故障诊断，既可以实时预防变速箱工作异 常，延长变速箱寿命，还可以保证其正常运作，提高工程机械的可靠性。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于 本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精 神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明 的保护范围之内。