[发明专利]一种故障在线监测的汽车轮毂轴承单元及监测方法

权利要求书

1.一种故障在线监测的汽车轮毂轴承单元，其特征在于：包括轮毂轴承单元以及故障监测系统；所述故障监测系统置于轮毂轴承单元前端的壳体内；

所述故障监测系统包括弹性膜片压力传感器、信号调节辅助电路、电子控制单元ECU、监测系统接插件、辅助电源及显示器，所述弹性膜片压力传感器安装在轮毂轴承单元的内圈和法兰内圈前端之间，用于采集内圈和法兰内圈之间的变形量、并转换为轮毂轴承单元的轴向载荷信号，信号调节辅助电路用于接收弹性膜片压力传感器采集的轴向载荷信号、进行调理滤波转换、并发送给电子控制单元ECU，电子控制单元ECU根据信号调节辅助电路发送的电信号进行故障判断，并根据设定的轮毂轴承单元轴向游隙与轴向载荷关系计算出轮毂轴承单元的轴向游隙值，所述监测系统接插件用于连接电子控制单元ECU和显示器，所述辅助电源用于向故障监测系统供电；

汽车轮毂轴承单元还包括ABS传感系统，所述ABS传感系统包括ABS传感器和磁极，所述ABS传感器安装在轮毂轴承单元的壳体内，若干个所述磁极均匀安装在铆合后的法兰内圈的前端外壁上，所述ABS传感器和所述磁极相互配合起到制动防抱死的作用；所述磁极共48个。

2.根据权利要求1所述的故障在线监测的汽车轮毂轴承单元，其特征在于：所述轮毂轴承单元包括法兰内圈、法兰外圈、内圈、前保持架、后保持架、钢球、前密封圈、后密封圈、温度传感器及螺栓；所述法兰内圈和车轮轮毂由螺栓通过个螺栓孔连接，所述内圈套合在法兰内圈前端，与所述法兰外圈形成保持架通道A；所述前保持架安装在内圈与法兰外圈形成的环形凹槽中，所述后保持架安装在法兰外圈与法兰内圈形成的环形凹槽中；所述前保持架和后保持架都放置在保持架通道A中，且前保持架和后保持架中设有钢球。

3.根据权利要求2所述的故障在线监测的汽车轮毂轴承单元，其特征在于：所述法兰外圈的内壁设有温度传感器，用以监测保持架通道A中的温度。

4.一种汽车轮毂轴承单元的故障在线监测方法，其特征在于：

安装在轮毂轴承单元的内圈和法兰内圈前端之间的弹性膜片压力传感器采集内圈和法兰内圈之间的变形量，并转换得到轮毂轴承的轴向载荷信号；

信号调节辅助电路接收弹性膜片压力传感器采集的的轴向载荷信号进行调理滤波转换，然后发送给电子控制单元ECU；

电子控制单元ECU根据信号调节辅助电路发送的电信号进行故障判断，并根据设定的轮毂轴承单元轴向游隙与轴向载荷关系计算出轮毂轴承单元的轴向游隙值，计算过程如下：

设施加在轮毂轴承单元的轴向载荷为F_a，内圈和法兰内圈之间产生的相对轴向位移为δ_a，接触角由α₀变为α；

轮毂轴承在自身的预紧力即轴向载荷F_a的作用下，满足如下方程：

上式中：z—钢球颗数；K_n—载荷-位移常数；B—总曲率，B＝f_i+f_o-1；f_i，f_o—内、外圈沟曲率系数；D—钢球直径；

在轴向载荷F_a的作用下，内列轴承产生的轴向位移为δ_ai，外列轴承产生的轴向位移为δ_ao，则：

δ_ai＝δ_ao＝δ_a (3)

由于外列轴承轴向被固定，所以外列轴承轴向位移与内列轴承叠加，即轮毂轴承单元的游隙值δ表示为：

δ＝δ_ai+δ_ao＝2δ_a (4)

F_a由弹性膜片压力传感器测得，根据(2)式可得α，将α带入(1)式，可得δ_a，由(4)式可得轮毂轴承单元轴向游隙值δ，从而根据轮毂轴承轴向载荷获得轴向游隙值；

根据故障形式对应的轴向游隙值及变化规律判断轮毂轴承单元对应的故障失效形式，然后设定轮毂轴承单元轴向游隙阈值，若轮毂轴承单元的轴向游隙值大于设定游隙阈值，则在显示器上显示故障码。