1.本發(fā)明涉及燃料電池的技術領域，特別是涉及一種燃料電池離心空壓機振動試驗方法、系統(tǒng)及裝置。

背景技術：

2.在碳達峰和碳中和的背景下，二氧化碳的排放要求日以嚴苛。由于燃料電池車輛工作時只產生水和熱量，燃料電池系統(tǒng)越來越受到人們的關注。離心空壓機作為燃料電池系統(tǒng)的“心臟”，具有體積小、噪音低、無油和高效率的優(yōu)點。故眾多燃料電池系統(tǒng)廠家采用離心空壓機作為空氣子系統(tǒng)技術路線。

3.然而，車輛在日常行駛中不可避免地存在振動，離心空壓機在怠速和啟停工況時由于氣模剛度較低，容易產生空氣軸承磨損，從而影響離心空壓機的壽命和性能。因此，振動作為衡量離心空壓機可靠性和耐久性的十分重要的標準。

4.振動加速方法影響到離心空壓機的壽命評估。現(xiàn)有技術中，振動老化多采用頻域老化法，即把路譜信號轉換為頻譜后，增加振動幅值，提高零件受力，以達到與實車等效疲勞的目的。但是，上述方法適用于金屬結構件，無法模擬實車振動老化工況，不適用于燃料電池空壓機。

技術實現(xiàn)要素：

5.鑒于以上所述現(xiàn)有技術的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種燃料電池離心空壓機振動試驗方法、系統(tǒng)及裝置，能夠模擬實車路況的振動加速老化方法，有效提高了測試效率及測試準確率。

6.為實現(xiàn)上述目的及其他相關目的，本發(fā)明提供一種燃料電池離心空壓機振動試驗方法，包括以下步驟：定義車輛使用場景和試驗場工況；在某一車輛使用場景和試驗場工況下，采集燃料電池的離心空壓機的路譜振動信號；獲取所述離心空壓機的空氣軸承的疲勞壽命曲線；基于所述路譜振動信號和所述空氣軸承的疲勞壽命曲線生成加速老化振動時域載荷譜；將所述加速老化振動時域載荷譜輸入振動系統(tǒng)，以基于所述振動系統(tǒng)對所述離心空壓機進行時域振動加速老化試驗。

7.于本發(fā)明一實施例中，還包括在所述時域振動加速老化試驗完畢后，測量所述離心空壓機性能，評估試驗前后性能差異。

8.于本發(fā)明一實施例中，所述車輛使用場景包括車輛類型信息、行駛路面信息；所述試驗場工況包括各類行駛路面占比、行駛速度和載荷。

9.于本發(fā)明一實施例中，還包括對所述路譜振動信號進行預處理，以基于預處理后的路譜振動信號和所述空氣軸承的疲勞壽命曲線生成加速老化振動時域載荷譜；

10.對所述路譜振動信號進行預處理包括以下步驟：

11.剔除所述路譜振動信號中的異常信號；

12.對剔除異常信號后的路譜振動信號進行低通濾波。

13.于本發(fā)明一實施例中，獲取所述離心空壓機的空氣軸承的疲勞壽命曲線包括以下步驟：

14.在保持頻譜一致的情況下，采用不同的振幅對空氣軸承進行振動試驗，獲取所述空氣軸承的疲勞壽命曲線。

15.于本發(fā)明一實施例中，基于所述路譜振動信號和所述空氣軸承的疲勞壽命曲線生成加速老化振動時域載荷譜包括以下步驟：

16.基于所述空氣軸承的疲勞壽命曲線，在所述路譜振動信號中剔除小于疲勞極限且不會造成損傷的振動，保留至少第一預設比例以上的損傷，生成所述加速老化振動時域載荷譜。

17.于本發(fā)明一實施例中，所述第一預設比例為95％。

18.本發(fā)明提供一種燃料電池離心空壓機振動試驗系統(tǒng)，包括定義模塊、采集模塊、獲取模塊、生成模塊和輸入模塊；

19.所述定義模塊用于定義車輛使用場景和試驗場工況；

20.所述采集模塊用于在某一車輛使用場景和試驗場工況下，采集燃料電池的離心空壓機的路譜振動信號；

21.所述獲取模塊用于獲取所述離心空壓機的空氣軸承的疲勞壽命曲線；

22.所述生成模塊用于基于所述路譜振動信號和所述空氣軸承的疲勞壽命曲線生成加速老化振動時域載荷譜；

23.所述輸入模塊用于將所述加速老化振動時域載荷譜輸入振動系統(tǒng)，以基于所述振動系統(tǒng)對所述離心空壓機進行時域振動加速老化試驗。

24.本發(fā)明提供一種燃料電池離心空壓機振動試驗控制終端，包括：處理器及存儲器；

25.所述存儲器用于存儲計算機程序；

26.所述處理器用于執(zhí)行所述存儲器存儲的計算機程序，以使所述燃料電池電壓監(jiān)測控制器執(zhí)行上述的燃料電池離心空壓機振動試驗方法。

27.本發(fā)明提供一種燃料電池離心空壓機振動試驗裝置，包括上述的燃料電池離心空壓機振動試驗控制終端和振動系統(tǒng)；

28.所述振動系統(tǒng)包括振動臺體、振動控制器和固定工裝；離心空壓機基于所述固定工裝固定在所述振動臺體上；所述振動控制器用于根據(jù)燃料電池離心空壓機振動試驗控制終端輸入的加速老化振動時域載荷譜控制所述振動臺體進行振動，以實現(xiàn)所述離心空壓機的時域振動加速老化試驗。

29.如上所述，本發(fā)明的燃料電池離心空壓機振動試驗方法、系統(tǒng)及裝置，具有以下有益效果：

30.(1)能夠模擬實車路況的振動加速老化方法，振動水平更加貼近實車運行工況，減少了頻域振動中的過大振幅；

31.(2)在保留95％疲勞損傷的前提下，時域振動接近實車行駛效果，且減少近93％振動耐久時間，提高了測試效率；

32.(3)適用于多個平臺的離心式空壓機，減少了測試次數(shù)，降低了開發(fā)成本。

附圖說明

33.圖1顯示為本發(fā)明的燃料電池離心空壓機振動試驗方法于一實施例中的流程圖；

34.圖2顯示為本發(fā)明的空氣軸承的疲勞壽命曲線于一實施例中的示意圖；

35.圖3顯示為本發(fā)明的燃料電池離心空壓機振動試驗系統(tǒng)于實施例一中的結構示意圖；

36.圖4顯示為本發(fā)明的燃料電池離心空壓機振動試驗控制終端于實施例一中的結構示意圖；

37.圖5顯示為本發(fā)明的燃料電池離心空壓機振動試驗裝置于實施例一中的結構示意圖。

38.元件標號說明

39.31

???????

定義模塊

40.32

???????

采集模塊

41.33

???????

獲取模塊

42.34

???????

生成模塊

43.35

???????

輸入模塊

44.41

???????

處理器

45.42

???????

存儲器

46.51

???????

燃料電池離心空壓機振動試驗控制終端

47.52

???????

振動系統(tǒng)

48.521

??????

振動臺體

49.522

??????

振動控制器

50.523

??????

固定工裝

具體實施方式

51.以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。需說明的是，在不沖突的情況下，以下實施例及實施例中的特征可以相互組合。

52.需要說明的是，以下實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關的組件而非按照實際實施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復雜。

53.本發(fā)明的燃料電池離心空壓機振動試驗方法、系統(tǒng)及裝置通過模擬實車路況的振動加速老化方法，有效提高了離心空壓機壽命和性能的測試效率及測試準確率，極具實用性。

54.如圖1所示，于一實施例中，本發(fā)明的燃料電池離心空壓機振動試驗方法包括以下步驟：

55.步驟s1、定義車輛使用場景和試驗場工況。

56.具體地，所述車輛使用場景包括車輛類型信息、行駛路面信息。其中，對車輛使用場景進行分類，可分為乘用車和商用車。所述乘用車又可分為小轎車、suv、越野車、皮卡等，所述商用車又可分為物流車、渣土車、半掛車、礦車工程機械等。所述行駛路面信息包括搓衣板路、鵝卵石路、比利時路、高環(huán)路等。所述試驗場工況包括各類行駛路面占比、行駛速度和載荷。

57.步驟s2、在某一車輛使用場景和試驗場工況下，采集燃料電池的離心空壓機的路譜振動信號。

58.具體地，針對某一特定的車輛使用場景和試驗場工況，測量所述離心空壓機所受到的路面振動，從而獲得所述路譜振動信號。

59.于本發(fā)明一實施例中，還包括對所述路譜振動信號進行預處理。對所述路譜振動信號進行預處理包括以下步驟：

60.a)剔除所述路譜振動信號中的異常信號。

61.其中，所述異常信號是指明顯不符合路譜振動信號閾值區(qū)間的信號。

62.b)對剔除異常信號后的路譜振動信號進行低通濾波。

63.具體地，對剔除異常信號后的路譜振動信號進行低通濾波，獲取低于預設頻率(如200hz)的路譜振動信號。這是因為高頻振動不會對離心空壓機產生疲勞損傷。其中疲勞損傷是由于循環(huán)載荷引起的裂紋起始及其持續(xù)擴展，這種損傷是一個累積的過程。

64.步驟s3、獲取所述離心空壓機的空氣軸承的疲勞壽命曲線。

65.具體地，在保持頻譜一致的情況下，采用不同的振幅對空氣軸承進行振動試驗，獲取如圖2所示的空氣軸承的疲勞壽命曲線。

66.步驟s4、基于所述路譜振動信號和所述空氣軸承的疲勞壽命曲線生成加速老化振動時域載荷譜。

67.具體地，基于所述空氣軸承的疲勞壽命曲線，在所述路譜振動信號中剔除小于疲勞極限且不會造成損傷的振動，保留至少第一預設比例(如95％)以上的損傷，生成所述加速老化振動時域載荷譜。

68.步驟s5、將所述加速老化振動時域載荷譜輸入振動系統(tǒng)，以基于所述振動系統(tǒng)對所述離心空壓機進行時域振動加速老化試驗。

69.具體地，模擬實車安裝方式，將離心空壓機放置在所述振動系統(tǒng)上，將加速老化振動時域載荷譜輸入到所述振動系統(tǒng)，使用路譜仿真功能，在離心空壓機運功狀態(tài)下，對其進行時域振動老化評估。優(yōu)選地，在所述時域振動加速老化試驗完畢后，測量所述離心空壓機性能，評估試驗前后性能差異。若性能滿足，則判斷所述離心空壓機條件合格；若性能不滿足，則需要對所述離心空壓機的空氣軸承進行優(yōu)化。

70.于本發(fā)明一實施例中，所述振動系統(tǒng)包括振動臺體振動控制器和固定工裝；離心空壓機基于所述固定工裝固定在所述振動臺體上；所述振動控制器用于根據(jù)燃料電池離心空壓機振動試驗控制終端輸入的加速老化振動時域載荷譜控制所述振動臺體進行振動，以實現(xiàn)所述離心空壓機的時域振動加速老化試驗。

71.如圖3所示，于一實施例中，本發(fā)明的燃料電池離心空壓機振動試驗系統(tǒng)包括定義模塊31、采集模塊32、獲取模塊33、生成模塊34和輸入模塊35。

72.所述定義模塊31用于定義車輛使用場景和試驗場工況。

73.所述采集模塊32與所述定義模塊31相連，用于在某一車輛使用場景和試驗場工況下，采集燃料電池的離心空壓機的路譜振動信號。

74.所述獲取模塊33與所述采集模塊32相連，用于獲取所述離心空壓機的空氣軸承的疲勞壽命曲線。

75.所述生成模塊34與所述采集模塊32和所述獲取模塊33相連，用于基于所述路譜振動信號和所述空氣軸承的疲勞壽命曲線生成加速老化振動時域載荷譜。

76.所述輸入模塊35與所述生成模塊34相連，用于將所述加速老化振動時域載荷譜輸入振動系統(tǒng)，以基于所述振動系統(tǒng)對所述離心空壓機進行時域振動加速老化試驗。

77.其中，定義模塊31、采集32、獲取模塊33、生成模塊34和輸入模塊35的結構和原理與上述燃料電池離心空壓機振動試驗方法中的步驟一一對應，故在此不再贅述。

78.需要說明的是，應理解以上裝置的各個模塊的劃分僅僅是一種邏輯功能的劃分，實際實現(xiàn)時可以全部或部分集成到一個物理實體上，也可以物理上分開。且這些模塊可以全部以軟件通過處理元件調用的形式實現(xiàn)；也可以全部以硬件的形式實現(xiàn)；還可以部分模塊通過處理元件調用軟件的形式實現(xiàn)，部分模塊通過硬件的形式實現(xiàn)。例如，x模塊可以為單獨設立的處理元件，也可以集成在上述裝置的某一個芯片中實現(xiàn)，此外，也可以以程序代碼的形式存儲于上述裝置的存儲器中，由上述裝置的某一個處理元件調用并執(zhí)行以上x模塊的功能。其它模塊的實現(xiàn)與之類似。此外這些模塊全部或部分可以集成在一起，也可以獨立實現(xiàn)。這里所述的處理元件可以是一種集成電路，具有信號的處理能力。在實現(xiàn)過程中，上述方法的各步驟或以上各個模塊可以通過處理器元件中的硬件的集成邏輯電路或者軟件形式的指令完成。

79.例如，以上這些模塊可以是被配置成實施以上方法的一個或多個集成電路，例如：一個或多個特定集成電路(application specific integrated circuit，簡稱asic)，或，一個或多個微處理器(digital signal processor，簡稱dsp)，或，一個或者多個現(xiàn)場可編程門陣列(field programmable gate array，簡稱fpga)等。再如，當以上某個模塊通過處理元件調度程序代碼的形式實現(xiàn)時，該處理元件可以是通用處理器，例如中央處理器(central processing unit，簡稱cpu)或其它可以調用程序代碼的處理器。再如，這些模塊可以集成在一起，以片上系統(tǒng)(system

?

on

?

a

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chip，簡稱soc)的形式實現(xiàn)。

80.如圖4所示，于一實施例中，本發(fā)明的燃燃料電池離心空壓機振動試驗控制終端包括：處理器41及存儲器42。

81.所述存儲器42用于存儲計算機程序。

82.所述存儲器42包括：rom、ram、磁碟、u盤、存儲卡或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質。

83.所述處理器41與所述存儲器42相連，用于執(zhí)行所述存儲器42存儲的計算機程序，以使所述燃料電池離心空壓機振動試驗控制終端執(zhí)行上述的燃料電池離心空壓機振動試驗方法。

84.優(yōu)選地，所述處理器41可以是通用處理器，包括中央處理器(central processing unit，簡稱cpu)、網(wǎng)絡處理器(network processor，簡稱np)等；還可以是數(shù)字信號處理器(digital signal processor，簡稱dsp)、專用集成電路(application specific integrated circuit，簡稱asic)、現(xiàn)場可編程門陣列(field programmable gate array，

簡稱fpga)或者其他可編程邏輯器件、分立門或者晶體管邏輯器件、分立硬件組件。

85.如圖5所示，于一實施例中，本發(fā)明的燃料電池離心空壓機振動試驗裝置包括上述的燃料電池離心空壓機振動試驗控制終端51和振動系統(tǒng)52。

86.所述振動系統(tǒng)52包括振動臺體521、振動控制器522和固定工裝523。

87.所述固定工裝523與所述振動臺體521相連，離心空壓機基于所述固定工裝523固定在所述振動臺體521上。

88.所述振動控制器522與所述振動臺體521與所述燃料電池離心空壓機振動試驗控制終端51相連，用于根據(jù)燃料電池離心空壓機振動試驗控制終端51輸入的加速老化振動時域載荷譜控制所述振動臺體521進行振動，以實現(xiàn)所述離心空壓機的時域振動加速老化試驗。

89.下面通過具體實施例來進一步闡述本發(fā)明的燃料電池離心空壓機振動試驗方法。

90.采用本發(fā)明的本發(fā)明的燃料電池離心空壓機振動試驗方法所產生的時域振動信號和實車振動信號的參數(shù)比較如表1所示。

91.表1、時域振動信號與實車振動信號對比

[0092] 實車振動信號時域振動信號疲勞損傷100％95.06％試驗時間1013s76.5s

[0093]

因此，在保留95％疲勞損傷的前提下，本發(fā)明的燃料電池離心空壓機振動試驗方法將試驗時間從1013s減少至76.5s，時域振動接近實車行駛效果且減少近93％耐久時間。

[0094]

另外，頻域振動的振動幅值明顯大于時域振動，頻域振動法不適合離心空壓機，其振動遠大于日常行駛水平。而本發(fā)明的燃料電池離心空壓機振動試驗方法采用的時域振動未放大振動幅值，只是剔除無損傷的小振幅，適用于離心空壓機。

[0095]

綜上所述，本發(fā)明的燃料電池離心空壓機振動試驗方法、系統(tǒng)及裝置能夠模擬實車路況的振動加速老化方法，振動水平更加貼近實車運行工況，減少了頻域振動中的過大振幅；在保留95％疲勞損傷的前提下，時域振動接近實車行駛效果，且減少近93％振動耐久時間，提高了測試效率；適用于多個平臺的離心式空壓機，減少了測試次數(shù)，降低了開發(fā)成本。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術中的種種缺點而具高度產業(yè)利用價值。

[0096]

上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發(fā)明的權利要求所涵蓋。技術特征：

1.一種燃料電池離心空壓機振動試驗方法，其特征在于：包括以下步驟：定義車輛使用場景和試驗場工況；在某一車輛使用場景和試驗場工況下，采集燃料電池的離心空壓機的路譜振動信號；獲取所述離心空壓機的空氣軸承的疲勞壽命曲線；基于所述路譜振動信號和所述空氣軸承的疲勞壽命曲線生成加速老化振動時域載荷譜；將所述加速老化振動時域載荷譜輸入振動系統(tǒng)，以基于所述振動系統(tǒng)對所述離心空壓機進行時域振動加速老化試驗。2.根據(jù)權利要求1所述的燃料電池離心空壓機振動試驗方法，其特征在于：還包括在所述時域振動加速老化試驗完畢后，測量所述離心空壓機性能，評估試驗前后性能差異。3.根據(jù)權利要求1所述的燃料電池離心空壓機振動試驗方法，其特征在于：所述車輛使用場景包括車輛類型信息、行駛路面信息；所述試驗場工況包括各類行駛路面占比、行駛速度和載荷。4.根據(jù)權利要求1所述的燃料電池離心空壓機振動試驗方法，其特征在于：還包括對所述路譜振動信號進行預處理，以基于預處理后的路譜振動信號和所述空氣軸承的疲勞壽命曲線生成加速老化振動時域載荷譜；對所述路譜振動信號進行預處理包括以下步驟：剔除所述路譜振動信號中的異常信號；對剔除異常信號后的路譜振動信號進行低通濾波。5.根據(jù)權利要求1所述的燃料電池離心空壓機振動試驗方法，其特征在于：獲取所述離心空壓機的空氣軸承的疲勞壽命曲線包括以下步驟：在保持頻譜一致的情況下，采用不同的振幅對空氣軸承進行振動試驗，獲取所述空氣軸承的疲勞壽命曲線。6.根據(jù)權利要求1所述的燃料電池離心空壓機振動試驗方法，其特征在于：基于所述路譜振動信號和所述空氣軸承的疲勞壽命曲線生成加速老化振動時域載荷譜包括以下步驟：基于所述空氣軸承的疲勞壽命曲線，在所述路譜振動信號中剔除小于疲勞極限且不會造成損傷的振動，保留至少第一預設比例以上的損傷，生成所述加速老化振動時域載荷譜。7.根據(jù)權利要求6所述的燃料電池離心空壓機振動試驗方法，其特征在于：所述第一預設比例為95％。8.一種燃料電池離心空壓機振動試驗系統(tǒng)，其特征在于：包括定義模塊、采集模塊、獲取模塊、生成模塊和輸入模塊；所述定義模塊用于定義車輛使用場景和試驗場工況；所述采集模塊用于在某一車輛使用場景和試驗場工況下，采集燃料電池的離心空壓機的路譜振動信號；所述獲取模塊用于獲取所述離心空壓機的空氣軸承的疲勞壽命曲線；所述生成模塊用于基于所述路譜振動信號和所述空氣軸承的疲勞壽命曲線生成加速老化振動時域載荷譜；所述輸入模塊用于將所述加速老化振動時域載荷譜輸入振動系統(tǒng)，以基于所述振動系統(tǒng)對所述離心空壓機進行時域振動加速老化試驗。

9.一種燃料電池離心空壓機振動試驗控制終端，其特征在于：包括：處理器及存儲器；所述存儲器用于存儲計算機程序；所述處理器用于執(zhí)行所述存儲器存儲的計算機程序，以使所述燃料電池電壓監(jiān)測控制器執(zhí)行權利要求1至8中任一項所述的燃料電池離心空壓機振動試驗方法。10.一種燃料電池離心空壓機振動試驗裝置，其特征在于：包括權利要求9所述的燃料電池離心空壓機振動試驗控制終端和振動系統(tǒng)；所述振動系統(tǒng)包括振動臺體、振動控制器和固定工裝；所述離心空壓機基于所述固定工裝固定在所述振動臺體上；所述振動控制器用于根據(jù)燃料電池離心空壓機振動試驗控制終端輸入的加速老化振動時域載荷譜控制所述振動臺體進行振動，以實現(xiàn)所述離心空壓機的時域振動加速老化試驗。

技術總結

本發(fā)明提供一種燃料電池離心空壓機振動試驗方法、系統(tǒng)及裝置，包括以下步驟：定義車輛使用場景和試驗場工況；在某一車輛使用場景和試驗場工況下，采集燃料電池的離心空壓機的路譜振動信號；獲取所述離心空壓機的空氣軸承的疲勞壽命曲線；基于所述路譜振動信號和所述空氣軸承的疲勞壽命曲線生成加速老化振動時域載荷譜；將所述加速老化振動時域載荷譜輸入振動系統(tǒng)，以基于所述振動系統(tǒng)對所述離心空壓機進行時域振動加速老化試驗。本發(fā)明的燃料電池離心空壓機振動試驗方法、系統(tǒng)及裝置能夠模擬實車路況的振動加速老化方法，有效提高了測試效率及測試準確率。效率及測試準確率。效率及測試準確率。

技術研發(fā)人員：張巍 陳久坤 段凱磊 蔣正浩 周任凱

受保護的技術使用者：上海重塑能源科技有限公司

技術研發(fā)日：2021.09.09

技術公布日：2021/12/3