CN113757017A - 发动机起动机健康估计 - Google Patents
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Abstract
通过远程处理系统使用经由包括边缘计算系统的远程信息处理控制单元提供的操作数据来执行发动机起动机健康估计。可响应于发动机成功起动的实际或观测到的转速偏离预测的发动机转速的部分超过阈值量来确定起动机的健康异常。
Description
背景技术
本公开涉及发动机健康估计设备、方法、系统、过程和技术。发动机健康估计旨在估计发动机和/或一个或多个发动机部件的健康以确定失灵的、出故障的或不恰当地操作的发动机系统或部件，并且在故障发生之前提供维护、修理或更换。已经提出一些针对发动机健康估计的提议；然而，现有方法有许多缺点、不足和未实现的潜力。仍然存在对本文中公开的独特的设备、方法、系统和技术的实质需要。
说明性实施方案的公开内容
为了清楚、简洁和准确地描述本公开的说明性实施方案、制造和使用本公开的方式和过程以及为了使得能够实践、制造和使用本公开，现在将参照某些示例性实施方案，包括图中所示的那些实施方案，并且将使用特定语言来描述本公开。然而，应理解，不会由此产生对本发明的范围的限制，并且本发明包括并保护本领域技术人员将想到的对示例性实施方案的这种更改、修改和进一步应用。
发明内容
一个实施方案是独特的发动机起动机健康估计过程。另一实施方案是独特的发动机起动机健康评定系统。其他实施方案包括用于发动机起动机健康估计的独特的方法、技术和设备。根据本公开的发动机起动机健康估计可包括与处于评估下的发动机起动机的数据收集、数据准备、数据分析和健康估计有关的系统特征和过程操作。根据以下描述和附图，其他实施方案、形式、目标、特征、优点、方面和益处应变得显而易见。
附图说明
图1是示出示例性发动机起动机健康估计系统的某些方面的示意图。
图2是示出示例性发动机起动机健康估计系统的某些方面的示意图。
图3是示出示例性发动机起动机健康估计过程的某些方面的流程图。
图4是示出在发动机成功起动之后随着时间的推移的发动机转速和电池电压的曲线图。
图5是示出示例性发动机起动机异常检测过程的某些方面的流程图。
具体实施方式
参照图1，示出了根据一个示例性实施方案的起动机健康估计系统100的某些方面。系统100包括部件的组合，所述部件包括连接到起动机104和交流发电机106的内燃发动机102。起动机104和交流发电机106连接到能量存储装置108，诸如电池。系统100的部件可设置在车辆110上；然而，也预期用于系统100的非车辆应用程序。
系统100还包括接收来自发动机102的操作的数据112的远程信息处理控制单元115。远程信息处理控制单元115包括远程信息处理装置114和边缘计算系统116，使得数据112可被实时地提供给边缘计算系统116。远程信息处理控制单元115连接到远程处理系统118，并且能够操作以向远程处理系统118提供由边缘计算系统116预处理的至少数据112'的子集。预处理的数据112'包括量化起动机104的健康以供边缘计算系统116和远程处理系统118中的至少一者分析来确定对起动机104的健康的估计的值和/或值的子集。
远程信息处理控制单元115和远程处理系统118中的每一者以及系统100的其他部件可在包括根据本公开的技术专门配置的一个或多个计算机的一个或多个计算机系统中实施，以提供本文中描述的配置和功能。在某些实施方案中，远程信息处理装置114和边缘计算系统116可设置在车辆110上。在某些形式中，远程信息处理控制单元115和系统118的部分中的一个或多个，以及系统100的其他部件可包括网络可访问的云计算平台。
参照图2，提供了多个传感器120、122、124以用于收集各种类型的数据112。例如，发动机传感器120可收集发动机数据，诸如发动机转速、发动机成功起动的时间、发动机起动失败的时间、从点火事件/转动起动开始到达到成功起动的发动机转速阈值的平均发动机转速，以及从转动起动开始到起动失败的平均发动机转速。环境传感器122可收集环境数据，诸如环境气温、环境气压、冷却剂温度、油温和离合器状态(如果离合器设置在车辆110上的话)。电压传感器124可收集电压数据，诸如从点火事件之时到发动机成功起动的最大、最小和平均电池电压。
可输出含有来自传感器120、122、124的数据的信号以由远程信息处理控制单元115直接接收，和/或可将所述信号输出到发动机102的车载控制计算机，诸如发动机控制模块(ECM)126。然后通过远程信息处理控制单元115将至少预处理的数据112’的子集传输到远程处理系统118。远程处理系统118分析从由传感器120、122、124收集的数据112得到的至少预处理的数据112’的子集，并且使用一个或多个模型和/或算法来确定对起动机104的健康的估计。健康估计可由远程处理系统118分别输出到操作者、车队管理者和/或维修技术人员的一个或多个输出装置130、132、134。
参照图3，示出了示出示例性发动机起动机健康估计过程300的某些方面的流程图。过程300在点火事件和发动机试图起动时开始并进行到操作302，在操作302处操作发动机102以生成数据112。在远程信息处理控制单元115的远程信息处理装置114处接收数据112并且在操作304处通过边缘计算系统116预处理数据112，然后将所述数据传输到远程处理系统118，如操作307所指示。在操作307处，通过远程处理系统118分析至少预处理的数据112’的子集，并且通过远程处理系统118基于对预处理的数据的子集的分析来确定对起动机104的健康的估计。在操作310处，可将从分析确定的对起动机104的健康的估计输出到例如操作者、车队管理者和维修技术人员的一个或多个输出装置。
在实施方案中，在操作307处的分析包括分析诸如来自上文讨论的传感器120、122、124的发动机数据、环境数据和电压数据。在一个实施方案中，在分析中使用模型来确定当发动机转速大于阈值发动机转速时电池108达到阈值电池电压的时间的差异。在一个实施方案中，模型可由以下等式表示：
在等式1中，
(发动机成功起动的发动机转速阈值)；
；
；
；
；
并且
。可通过将预测的
与观测到的
进行比较来确定发动机起动机健康的异常。如果观测到的发动机转动起动速度超出预期的或预测的发动机转动起动速度的部分超过阈值量，则检测到起动机异常。图4中示出了示出等式1的模型的实现方式的示例。
图5中示出了起动机异常检测过程500。过程500在操作502处开始以确定在与发动机起动相关联的转动起动期间电池108的转动起动Vδ(电池电压的变化)。如果Vδ在范围内，则过程500在操作506处继续以根据上文参照图3和图4描述的过程检测起动机104的健康。根据起动机104的健康估计的结果，过程500继续并在操作510处确定起动机104是异常的，或在操作514处确定起动机是正常的。
如果确定Vδ异常高，则过程500在操作504处继续以确定发动机102的转动起动速度。如果确定转动起动速度异常高或异常低，则过程500在操作512处继续以输出对电池和起动机的警告。如果在操作504处确定转动起动速度在范围内，则过程500继续并在操作514处确定起动机是正常的。
如果确定Vδ异常低，则过程500在操作508处继续以确定发动机102的转动起动速度。如果确定转动起动速度异常高或在范围内，则过程500继续并在操作514处确定起动机是正常的。如果转动起动速度异常低，则过程500继续并且在操作512处输出对电池和起动机的警告。
远程信息处理控制单元115可包括使用例如电线、光学链路、通信线、电源线、无线电信号、超声波信号、红外信号或其他信号来传送数据112、112’的任何合适的无线或有线数据传送机制。远程信息处理控制单元115可为无线的、硬连线的、模拟的、光学的或数字的。远程信息处理控制单元115可直接从传感器120、122、124和/或从ECM 126接收信息。
在一个实施方案中，远程信息处理控制单元115包括全球定位(GPS)单元；用于移动通信的外部接口，诸如全球移动通信系统(GSM)、通用分组无线电业务(GPRS)、Wi-Fi、WiMax或长期演进(LTE)；电子处理单元；微控制器和/或微处理器；移动通信单元；和智能地存储关于车辆的传感器数据的信息的一定量的存储器。
远程信息处理控制单元115可包括边缘计算系统116，例如，在云外并设置在发动机102、车辆110上，和/或在地理上接近系统100以支持边缘计算应用程序和数据112的实时预处理的一个或多个计算机处理器和/或服务器。远程信息处理控制单元115和/或边缘计算系统116还可包括用以从ECM 126接收数据112的全部或子集的接收器，用于存储用于执行过程300的全部或一部分的数据和/或计算机程序指令的存储器，以及用以使用任何合适的无线或有线通信协议将预处理的数据112’的子集和健康估计传输到远程处理系统118的传输器。
远程处理系统118可包括例如位于云计算服务中或远离发动机102和远程信息处理控制单元115的其他位置的计算机处理器和/或服务器。远程处理系统118可经由任何合适的方式，诸如通过互联网经由有线和/或无线通信使用任何合适的通信协议来与远程信息处理控制单元115通信。远程处理系统118还可包括用于存储由远程信息处理控制单元115传输的数据或数据的子集的存储器。远程处理系统118还可包括用于执行过程300的全部或一部分的计算机程序指令，以及用以将起动机104的健康估计或异常指示传输到输出装置130、132、134的传输器。
输出装置130、132、134可包括例如以下各项中的一个或多个：计算机、膝上型计算机、平板计算机、智能电话、应用程序、仪表板显示器、终端、屏幕、打印机、扬声器、灯或其他可视指示器和故障代码。输出装置130、132、134包括用以从远程处理系统118接收起动机104的健康估计和/或异常的指示的接收器。
预期本公开的各个方面。根据一个方面，一种用于起动机健康估计的方法包括：操作发动机，所述发动机包括电池和由所述电池供电以起动所述发动机的起动机；将来自所述发动机的起动的数据传输到远程信息处理控制单元，所述远程信息处理控制单元包括远程信息处理装置和用于预处理所述数据的边缘计算系统；利用连接到所述远程信息处理控制单元的远程处理系统执行对至少所述预处理的数据的子集的分析；响应于对所述预处理的数据的所述子集的所述分析来估计所述起动机的健康；以及从所述远程处理系统输出对所述起动机的所述健康的所述估计。
在该方法的一个实施方案中，将对所述健康的所述估计输出到操作者、车队管理者和维修技术人员中的至少一者。
在该方法的一个实施方案中，所述预处理的数据的所述子集包括从发动机起动开始到发动机成功起动和发动机起动失败中的一者的平均发动机转速。所述预处理的数据的所述子集可包括环境数据、发动机操作数据和与所述电池相关联的电压数据。所述环境数据可包括环境气温、环境气压、冷却剂温度和油温。
在一个实施方案中，所述方法包括在执行对所述预处理的数据的所述子集的所述分析之前确定所述电池的转动起动电压在预定范围内。可响应于在所述发动机的起动期间的所述发动机的实际转速来确定对所述起动机的所述健康的所述估计，并且所述方法可包括响应于所述实际转速超出通过对所述预处理的数据的所述子集的所述分析确定的预测的转速的部分超过阈值量来确定所述起动机的异常。
在该方法的一个实施方案中，所述远程处理系统是云计算服务。所述云计算服务可经由互联网连接而连接到所述远程信息处理控制单元。
在一个实施方案中，所述方法包括将来自所述发动机的操作的至少所述预处理的数据的所述子集从所述远程信息处理控制单元输入到所述远程处理系统；以及在所述远程处理系统上执行所述分析。
根据本公开的另一方面，提供了一种分布式发动机健康估计系统，所述分布式发动机健康估计系统包括内燃发动机，所述内燃发动机包括电池和由所述电池供电的起动机。该系统包括远程信息处理控制单元，所述远程信息处理控制单元被配置为在所述内燃发动机的起动期间接收和传输与所述内燃发动机、所述起动机和所述电池相关联的数据，并且所述远程信息处理控制单元包括远程信息处理装置和被配置为预处理所述数据的边缘计算系统。该系统包括不同于并且远离所述发动机和所述远程信息处理控制单元的远程处理系统。所述远程处理系统包括服务器和/或计算装置，并且所述远程处理系统被配置为分析至少所述预处理的数据的子集，并且响应于所述分析来估计所述起动机的健康。
在一个实施方案中，所述远程处理系统包括被配置为从所述远程信息处理控制单元接收所述预处理的数据的所述子集的云计算服务。在一个实施方案中，所述内燃发动机设置在车辆上。
在一个实施方案中，所述远程处理系统被配置为输出对所述起动机的所述健康的所述估计。所述远程处理系统可被连接以将对所述起动机的所述健康的所述估计输出到操作者、车队管理者和维修技术人员中的至少一者的输出装置。
在一个实施方案中，所述预处理的数据的所述子集包括从发动机起动开始到发动机成功起动和发动机起动失败中的一者的平均发动机转速。所述预处理的数据的所述子集可包括环境数据、发动机操作数据和与所述电池相关联的电压数据。所述环境数据可包括环境气温、环境气压、冷却剂温度和油温。
在一个实施方案中，处理器和/或服务器被配置为响应于所述内燃发动机起动的实际转动起动速度与通过对所述预处理的数据的所述子集的所述分析确定的预期转动起动速度的比较来估计所述起动机的所述健康。所述处理器和/或服务器可被配置为响应于所述实际转动起动速度与所述预期转动起动速度相差的部分超过阈值量来确定所述起动机的所述健康的所述估计的异常。
尽管已经在附图和前面的描述中详细示出和描述了对本公开的说明性实施方案，但是这在本质上被认为是说明性的而不是限制性的，应当理解，仅仅示出和描述了某些示例性实施方案，并且落在所要求保护的发明的精神内的所有改变和修改都受到保护。应理解，虽然对词语的使用(诸如在以上描述中利用的更可取的、优选地、优选的或更优选的)指示这样描述的特征可能是更合乎期望的，但这并不是必需的，并且缺少这些词语的实施方案可以被认为在本发明的范围内，所述范围由所附权利要求书限定。在阅读权利要求书时，当使用诸如“一个”、“一种”、“至少一个”或“至少一部分”的词语时的意图是，除非在权利要求书中特别地相反地陈述，否则无意将权利要求限制于仅一个物品。当使用语言“至少一部分”和/或“一部分”时，除非特别地相反地陈述，否则所述项目可包括一部分和/或整个项目。
Claims (20)
1.一种用于起动机健康估计的方法，所述方法包括：
操作发动机，所述发动机包括电池和由所述电池供电以起动所述发动机的起动机；
将来自所述发动机的起动的数据传输到远程信息处理控制单元，所述远程信息处理控制单元包括远程信息处理装置和用于预处理所述数据的边缘计算系统；
利用连接到所述远程信息处理控制单元的远程处理系统执行对至少所述预处理的数据的子集的分析；
响应于对所述预处理的数据的所述子集的所述分析来估计所述起动机的健康；以及
从所述远程处理系统输出对所述起动机的所述健康的所述估计。
2.如权利要求1所述的方法，其中将对所述健康的所述估计输出到操作者、车队管理者和维修技术人员中的至少一者。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述预处理的数据的所述子集包括从发动机起动开始到发动机成功起动和发动机起动失败中的一者的平均发动机转速。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述预处理的数据的所述子集包括环境数据、发动机操作数据和与所述电池相关联的电压数据。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述环境数据包括环境气温、环境气压、冷却剂温度和油温。
6.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括在执行对所述预处理的数据的所述子集的所述分析之前确定所述电池的转动起动电压在预定范围内。
7.如权利要求6所述的方法，其中响应于在所述发动机的起动期间的所述发动机的实际转速来确定对所述起动机的所述健康的所述估计，并且所述方法还包括响应于所述实际转速超出通过对所述预处理的数据的所述子集的所述分析确定的预测的转速的部分超过阈值量来确定所述起动机的异常。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述远程处理系统是云计算服务。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述云计算服务经由互联网连接而连接到所述远程信息处理控制单元。
10.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括将来自所述发动机的操作的至少所述预处理的数据的所述子集从所述远程信息处理控制单元输入到所述远程处理系统；以及在所述远程处理系统上执行所述分析。
11.一种分布式发动机健康估计系统，所述分布式发动机健康估计系统包括：
内燃发动机，所述内燃发动机包括电池和由所述电池供电的起动机；
远程信息处理控制单元，所述远程信息处理控制单元被配置为在所述内燃发动机的起动期间接收和传输与所述内燃发动机、所述起动机和所述电池相关联的数据，所述远程信息处理控制单元包括远程信息处理装置和被配置为预处理所述数据的边缘计算系统；以及
远程处理系统，所述远程处理系统不同于并且远离所述发动机和所述远程信息处理控制单元，所述远程处理系统包括服务器和/或计算装置，其中所述远程处理系统被配置为分析至少所述预处理的数据的子集，并且响应于所述分析来估计所述起动机的健康。
12.如权利要求11所述的分布式发动机健康估计系统，其中所述远程处理系统包括被配置为从所述远程信息处理控制单元接收所述预处理的数据的所述子集的云计算服务。
13.如权利要求11所述的分布式发动机健康估计系统，其中所述远程处理系统被配置为输出对所述起动机的所述健康的所述估计。
14.如权利要求13所述的分布式发动机健康估计系统，其中所述远程处理系统被连接以将对所述起动机的所述健康的所述估计输出到操作者、车队管理者和维修技术人员中的至少一者的输出装置。
15.如权利要求11所述的分布式发动机健康估计系统，其中所述内燃发动机设置在车辆上。
16.如权利要求11所述的分布式发动机健康估计系统，其中所述预处理的数据的所述子集包括从发动机起动开始到发动机成功起动和发动机起动失败中的一者的平均发动机转速。
17.如权利要求16所述的分布式发动机健康估计系统，其中所述预处理的数据的所述子集包括环境数据、发动机操作数据和与所述电池相关联的电压数据。
18.如权利要求17所述的分布式发动机健康估计系统，其中所述环境数据包括环境气温、环境气压、冷却剂温度和油温。
19.如权利要求11所述的分布式发动机健康估计系统，其中处理器和/或服务器被配置为响应于所述内燃发动机起动的实际转动起动速度与通过对所述预处理的数据的所述子集的所述分析确定的预期转动起动速度的比较来估计所述起动机的所述健康。
20.如权利要求19所述的分布式发动机健康估计系统，其中所述处理器和/或服务器被配置为响应于所述实际转动起动速度与所述预期转动起动速度相差的部分超过阈值量来确定所述起动机的所述健康的所述估计的异常。
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