CN113984375A - 用于监控传动轴状况的系统和方法 - Google Patents

Abstract

提供了用于通过包括配备有多个传感器和万向节控制器的万向节来监控传动轴的状况的方法和系统。在一个示例中，一种方法可包括传送来自耦合到机动交通工具的传动轴的万向接头(万向节)的多个传感器的传感器数据，该多个传感器包括耦合到万向节的万向节交叉头的加速度计、耦合到该万向节交叉头的陀螺仪、耦合到该万向节交叉头的应变计、以及耦合到该万向节的第一耳轴的第一温度传感器。

Description

用于监控传动轴状况的系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年7月9日提交的题为“SYSTEMS AND METHODS FOR MONITORINGA DRIVE SHAFT CONDITION(用于监控传动轴状况的系统和方法)”的印度临时专利申请No.202011029209的优先权。出于所有目的，前述申请的所有内容通过援引结合于此。

技术领域

本说明书一般涉及用于监控传动轴状况的方法和系统。

背景技术

诸如重型卡车等机动交通工具可包括用于将该机动交通工具的发动机所产生的功率传送至多个轮子的传动轴。例如，传动轴的旋转可导致耦合到多个轮子的一个或多个轮轴旋转，由此向该多个轮子提供动力。然而，在机动交通工具的寿命中，传动轴状况可能退化。例如，在机动交通工具运行期间暴露于机械和热应力可使得传动轴退化以使得被指示更换传动轴。此外，在一些示例中，传动轴的退化状况可导致交通工具运行期间的非预期和非期望部件退化。为了降低这样的非预期和非期望部件退化的发生率，可定期更换传动轴。

然而，在未完全了解传动轴状况的情况下，传动轴更换可以发生在传动轴状况使得需要更换之前，这导致交通工具所有者的部件和维修成本增加。例如，传动轴可能在传动轴状况退化之前被更换。此外，在非预期部件退化导致维修和/或更换的情况下，不完整地了解传动轴状况可使得维修和/或更换过程复杂化，这进一步增加了交通工具所有者的部件和维修成本。例如，在不了解传动轴状况的情况下，可指示附加时间来诊断部件退化的原因。作为示例，对于拥有大型交通工具编队的客户来说，这些问题可能会是复杂的，并且可能会降低客户满意度，同时增加客户挫败感。因此，需要用于监控诸如传动轴的估计寿命之类的传动轴状况的方法和系统。

发明内容

为了解决上述和其他问题中的至少某一些，提供了用于传动轴状况监控的实施例。作为示例，一种方法包括：传送来自耦合到机动交通工具的传动轴的万向接头(万向节)的多个传感器的传感器数据，该多个传感器包括耦合到万向节的万向节交叉头的加速度计、耦合到该万向节交叉头的陀螺仪、耦合到该万向节交叉头的应变计、以及耦合到该万向节的第一耳轴的第一温度传感器。

作为示例，来自该多个传感器的传感器数据可由万向节控制器来采集，该万向节控制器可以是耦合到万向节的计算设备。此外，万向节控制器可以将传感器数据传送至网关以供存储和进一步处理。具体而言，网关可记录传感器数据，并且可将传感器数据传送至包括机器学习算法的远程服务器。传感器数据可被输入到机器学习算法中，该机器学习算法可输出传动轴的估计寿命。基于传动轴的估计寿命，可调整传动轴保养时间表和传动轴更换时间表中的至少一者。例如，传动轴更换和/或传动轴保养可基于传动轴的估计寿命来延迟或提前。

以此方式，传动轴的状况(例如，传动轴的估计寿命)可被监控，这可降低部件和维修成本，同时提高客户满意度。通过向万向节提供万向节控制器和多个传感器，包括温度、关节角度、转速、振动和扭矩的传动轴数据可被传送至远程服务器以供处理，诸如确定传动轴的估计寿命。例如，通过提供传动轴状况监控，机动交通工具的传动轴可基于对传动轴状况的实时了解来更换，以降低过早更换的发生率，同时降低部件退化的发生率。此外，通过提供传动轴状况监控，交通工具所有者可远程监控传动轴状况，诸如在交通工具由另一驾驶员操作时，这可提高客户满意度并提供经济效益。

应该理解，提供以上概述以通过简化形式介绍以下详细描述中进一步描述的一些概念。这并不旨在标识所要求保护主题的关键或必要特征，所要求保护主题的范围由具体实施方式之后的权利要求书来唯一地限定。此外，所要求保护的主题不限于解决在上述或本发明的任一部分中提及的任何缺点的实现。

附图说明

图1示出了包括传动轴的示例机动交通工具系统的示意图。

图2A-2B示出了用于监控诸如图1所示的传动轴之类的传动轴的状况的万向接头(万向节)的示意图。

图3示出了包括多个传感器支架的用于监控传动轴状况的万向节的视图。

图4A-4D示出了诸如图3所示的万向节之类的万向节的传感器支架布置的示例视图。

图5示出了用于传送和处理来自诸如图3所示的万向节之类的万向节的传感器数据的示例系统。

图6示出了用于传送和处理来自诸如图3所示的万向节之类的万向节的传感器数据的示例方法。

具体实施方式

应当理解，除了明确指定为相反的情况之外，本发明可假定多种替代取向和步骤顺序。还将理解，在附图中解说并且在以下说明书中描述的组装件、设备和方法仅是发明概念的示例性实施例。因此，除非另外明确地表明，否则与所公开的各实施例相关的特定尺寸、方向或其他物理特征不被认为是限制性的。

以下描述涉及用于监控交通工具的传动轴在交通工具运行期间的状况并基于传动轴状况来提供状况反馈的系统和方法。例如，交通工具可以是包括传动轴的机动交通工具(诸如图1所示)。具体而言，机动交通工具可以是被配置用于非公路用途的重型交通工具。为了监控传动轴状况，至少一个万向节可被配置用于传动轴状况监控，诸如图2A-2B所示。例如，包括多个温度传感器、加速度计、应变计和陀螺仪在内的多个传感器可以耦合到诸如图3所示的万向节。该多个传感器可以通信地耦合到万向节控制器，该万向节控制器可处理来自该多个传感器的传感器数据并传送数据。此外，多个传感器支架可被配置成将多个温度传感器固定至万向节，并且可包括用以促成油液流经万向节耳轴和万向节交叉头(诸如图4A-4D所示)的部件。作为示例，这一被配置用于传动轴状况监控的万向节可包括诸如参照图5描述的计算系统，并且可根据图6的方法来控制以提供关于诸如传动轴的估计寿命之类的传动轴状况的状况反馈。例如，通过监控传动轴状况，可防止传动轴的不必要更换，并且可以在非期望部件退化之前执行传动轴保养。

参照图1，示出了具有万向节状况监控的传动轴可被安装在其中的系统的实施例。具体而言，图1示出了交通工具系统100的实施例的框图，该交通工具系统在此被描绘为机动交通工具106(例如，汽车)，它被配置成经由多个轮子112在公路102上行驶。作为示例，机动交通工具106可以是重型卡车，诸如可用于远距离运输货物。作为另一示例，机动交通工具106可以是被配备用于非公路用途的重型交通工具，诸如挖掘机。例如，机动交通工具106可包括至少3个轮轴(未在图1中示出)。在其他示例中，机动交通工具106可以是被配备用于非公路用途的重型交通工具、中型交通工具、轻型交通工具等中的一者。交通工具系统100可以置备有用于向轮轴提供扭矩的动力源。在一个示例中，交通工具系统100可以是电动交通工具、柴电交通工具或混合电动交通工具之一。在图1所示的示例中，机动交通工具106包括用于经由燃烧产生动力的发动机104。发动机包括多个气缸101(图1仅仅示出了一个代表性气缸)，该多个气缸各自包括至少一个进气阀103、至少一个排气阀105、以及至少一个燃料喷射器107。每一个进气阀、排气阀和燃料喷射器可包括可经由来自发动机104的控制器110的信号来致动的致动器。在其他非限制性实施例中，发动机104可以是诸如发电厂应用中的固定式发动机，或者船舶或如上所述的其他非公路交通工具推进系统中的发动机。

发动机104从进气道114接收供燃烧的进气。进气道114包括对来自机动交通工具以外的空气进行过滤的空气过滤器。发动机中的燃烧所产生的废气被供应至排气道116。废气流经排气道116至机动交通工具的排气系统之外。气缸中的燃烧驱动曲轴164的旋转。在一个示例中，发动机是通过压缩点火来燃烧空气和柴油的柴油发动机。在另一示例中，发动机是双燃料或多燃料发动机，它在压缩空气-气体燃料混合物期间在喷射柴油燃料之际可以燃烧气体燃料和空气的混合物。在其他非限制性实施例中，发动机可另外地或另选地通过压缩点火和/或火花点火来燃烧燃料，包括汽油、煤油、天然气、生物柴油或其他类似密度的石油馏出物。

如图1所描绘的，发动机耦合到包括交流发电机/发电机122的发电系统。例如，发动机是柴油和/或天然气发动机，它产生被传输至机械地耦合到曲轴164的交流发电机/发电机122以及变速器170的扭矩输出。交流发电机/发电机122产生电能，电能可被存储和应用以便于后续传播至各种下游电气部件。在一个示例中，交流发电机/发电机122可以耦合到电力系统126。电力系统126可包括一个或多个电负载，该一个或多个电负载被配置成靠交流发电机/发电机122产生的电力运行，诸如车辆前灯、机舱通风系统和娱乐系统，并且电力系统126可进一步包括被配置成由交流发电机/发电机122产生的电力充电的储能设备(例如，电池)。在一些示例中，交通工具可以是柴电交通工具或全电交通工具，并且交流发电机/发电机122可以向一个或多个电动机提供电力以驱动轮子112。

此外，曲轴164在一个或多个离合器接合时经由变速器170耦合到传动轴172。变速器170可以是齿轮箱、行星齿轮系统或另一种类型的变速器。动力总成可以按各种方式配置，包括并联、串联或串联并联混合交通工具。例如，传动轴172可以直接耦合到机动交通工具106的至少一个轮轴，并以此方式可以向轮子112提供动力。在一些示例中，传动轴172可包括至少一个万向节。作为一个示例，传动轴172可包括将变速器耦合到传动轴的第一万向节以及将传动轴耦合到轮轴的第二万向节。例如，传动轴172的至少一个万向节可包括用于状况监控的传感器阵列，该状况监控可提供关于传动轴状况的反馈，如将参照图2A-3描述的。

在一些实施例中，交通工具系统可进一步包括在排气道中耦合在涡轮增压器120上游和/或下游的后处理系统。在一个实施例中，该后处理系统可包括一个或多个排放控制设备。此类排放控制设备可包括选择性催化还原(SCR)催化剂、三元催化剂、NOx捕集器或各种其他装置或排气后处理系统。在另一实施例中，该后处理系统可另外地或另选地包括柴油氧化催化剂(DOC)和柴油微粒过滤器(DPF)。

如图1所描绘的，交通工具系统进一步包括冷却系统150(例如，发动机冷却系统)。冷却系统150使冷却剂循环通过发动机104以吸收发动机废热并将加热的冷却剂配送至热交换器，诸如散热器152(例如，散热器热交换器)。在一个示例中，冷却剂可以是水或防冻液。在另一示例中，冷却剂可以是水和防冻液的混合物。风扇154可以耦合到散热器152以便在交通工具在发动机104正在运行的同时缓慢地移动或停止时维持穿过散热器152的空气流。在一些示例中，风扇转速可由控制器110控制。由散热器152冷却的冷却剂可进入罐体(未示出)。冷却剂然后可由水泵或冷却剂泵156泵送回到发动机或交通工具系统的另一部件。冷却剂可经由一系列水管线来泵送，以使得一个或多个水管线将散热器流体耦合到泵，一个或多个水管线将泵流体耦合到发动机，并且一个或多个水管线将发动机104流体耦合到散热器。在一些示例中，水管线可由柔性材料(诸如举例而言聚氨酯或橡胶)制造。在其它示例中，水管线可由非柔性材料(诸如铜或钢)制造。

控制器110可以被配置成控制与机动交通工具相关的各种部件。例如，控制器110可以是微型计算机，包括微处理器单元、输入/输出端口、用于存储在非瞬态只读存储器中的可执行程序(例如，可执行指令)和校准值的电子存储介质。作为示例，交通工具系统的各种部件可以经由通信信道或数据总线来耦合到控制器110。在一个示例中，控制器110包括计算机控制系统。控制器110可以从交通工具系统的传感器接收各种信号。在一些示例中，控制器110可包括各自相互通信的不止一个控制器，诸如用于控制发动机的第一控制器以及用于控制交通工具的其他运行参数(诸如发动机负载、发动机转速、制动扭矩等)的第二控制器。第一控制器可被配置成基于从第二控制器接收到的输出来控制各种致动器，和/或第二控制器可被配置成基于从第一控制器接收到的输出来控制各种致动器。

控制器110可以从多个传感器接收信息并且可以向多个致动器发送控制信号。控制器110在监督发动机和/或交通工具的控制和管理时可被配置成从各种发动机传感器接收信号，如在此进一步详述的，以便确定运行参数和运行状况，并相应地调整各种发动机致动器以控制发动机和/或交通工具的操作。例如，控制器110可以从各种发动机传感器接收信号，包括但不限于对以下各项的测量：发动机转速、发动机负载、进气歧管空气压力、增压压力、排气压力、环境压力、环境温度、排气温度、微粒过滤器温度、微粒过滤器背压、发动机冷却剂压力等。诸如冷却剂温度传感器之类的附加传感器可位于冷却系统中。因此，控制器110可通过向诸如交流发电机/发电机122、燃料喷射器107、阀门、冷却剂泵156等各种部件发送命令来控制发动机和/或交通工具。例如，控制器110可控制发动机冷却系统中的限制元件(例如，诸如阀门)的操作。其他致动器可以耦合到交通工具中的各种位置。

如以上参照图1详述的，机动交通工具106的传动轴172可包括万向节，该万向节具有多个传感器以监控该传动轴的状况。例如，多个传感器可以耦合到该万向节以测量传动轴的温度、振动、关节角度、转速、以及扭矩。作为示例，此类数据可用于确定传动轴的估计寿命，这可用于调整传动轴的保养时间表和更换时间表中的至少一者。例如，通过经由万向节的传感器阵列监控传动轴状况，可减少过早的传动轴更换。此外，作为另一示例，通过经由万向节传感器监控传动轴状况，可以在部件退化之前维修传动轴，这可降低总维修成本。

因此，图2A-3示出了诸如参照图1描述的传动轴172之类的传动轴的万向节201的示意图，该传动轴包括用于监控传动轴状况的传感器阵列。图2A-3将被共同描述，其中相同的部件编号相同并且不在各附图之间重新介绍。此外，参考轴299被包括在图2A-3中的每一者中以将该视图与以下描述的相对定向相比较。首先，图2A示出了万向节201的第一示意性视图200。如参考轴299所示，图2的视图200在x-y平面中。如图2A所示，万向节201是包括万向节交叉头202的十字形万向接头。相对于参考轴299，第一中心轴298平行于y轴，而第二中心轴297平行于x轴。

印刷电路板(PCB)218被示为固定地耦合到万向节交叉头202的中心。例如，PCB218是以第一中心轴298和第二中心轴297的交叉点为中心的基本上圆形的盘。例如，PCB218可包括印刷电路系统，并且可以经由有线连接通信地耦合到多个传感器。PCB 218可包括多个电子部件，诸如万向节控制器240。例如，万向节控制器240可以是微型计算机，包括微处理器单元、输入/输出端口、用于存储在非瞬态只读存储器中的可执行程序(例如，可执行指令)和校准值的电子存储介质。为了处理由万向节控制器240从多个传感器采集到的传感器数据，万向节控制器240可经由诸如低功耗蓝牙(BLE)连接等无线连接来将数据传送至交通工具的网关。交通工具的网关可存储来自万向节控制器的传感器数据，并且还可将该传感器数据的至少一部分传送至远程服务器以供附加处理，诸如对传感器数据应用机器学习以确定传动轴的估计寿命。例如，PCB 218可包括BLE信标，该信标可启用万向节控制器240与网关之间的无线连接。网关可存储传感器数据，并且还可无线地将传感器数据传送至远程服务器以供进一步处理。作为示例，这样的传感器数据可提供关于传动轴状况的实时状况反馈，这可减少不必要的维修和更换。此外，状况反馈可随时间被监控，并且可用于调整交通工具运行，诸如使用频率。万向节控制器240和其他计算机化的部件以下将参照图5更详细地描述。

此外，万向节201包括第一耳轴204、第二耳轴206、第三耳轴208和第四耳轴209。例如，相对于参考轴299，第一耳轴204沿第一中心轴298在正y方向上从万向节交叉头202延伸，第二耳轴206沿第二中心轴297在正x方向上从万向节交叉头202延伸，第三耳轴208沿第一中心轴298在负y方向上从万向节交叉头202延伸，并且第四耳轴209沿第二中心轴297在负x方向上从万向节交叉头202延伸。例如，万向节交叉头202和耳轴可形成包围万向节201的内部部件的空心壳。此外，视图200示出了第一耳轴204、第二耳轴206、第三耳轴208和第四耳轴209中的每一者的部分横截面，以使得每一个耳轴内部的多个传感器支架被暴露。如所示，第一耳轴204包括第一传感器支架210，第一传感器支架210耦合到第一温度传感器220。另外，第二耳轴206包括第二传感器支架212和第二温度传感器224，第三耳轴208包括第三传感器支架214和第三温度传感器224，并且第四耳轴209包括第四传感器支架216和第四温度传感器226。

换言之，万向节的每一耳轴可包括交叉孔，传感器支架在该交叉孔内延伸。例如，每一个传感器支架可以将每一个温度传感器保持在每一个耳轴内的固定位置。由此，第一温度传感器220、第二温度传感器222、第三温度传感器224和第四温度传感器26中的每一者可监控万向节内的不同位置中的温度。例如，每一个温度传感器可以通信地耦合到PCB218。例如，每一个传感器支架可包封将温度传感器耦合到PCB 218的一个或多个线连接器。作为一个示例，第一传感器支架210可包封将第一温度传感器220通信地耦合到PCB 218的第一线连接器，以使得来自第一温度传感器220的传感器数据可由PCB 218的万向节控制器240接收并存储。

如所示，万向节包括安装到PCB 218的加速度计230。例如，加速度计230可以是用于将移动(例如，诸如加速度和振动)转换成电信号的微机电系统(MEMS)传感器。例如，加速度计230可测量万向节的加速度，并且可向PCB 218传送电信号，并且PCB 218的万向节控制器240可以将该电信号转换成用于万向节的加速度和振动数据。作为示例，在交通工具运行期间，万向节201可由于交通工具运动和传动轴运动而移动和振动。加速度计230可记录所产生的加速度和振动，并且万向节控制器240可将该加速度和振动转换成可读数据。例如，万向节控制器240可将来自加速度计230的传感器数据存储在非易失性存储器中，并且在一些示例中可将传感器数据从加速度计230传送至一个或多个外部设备。

此外，如所示，万向节控制器240包括安装到PCB 218的陀螺仪。作为示例，陀螺仪228可以是用于将旋转移动转换成电信号的MEMS传感器。作为示例，在交通工具运行期间，万向节201可围绕第一中心轴198和第二中心轴197中的至少一者旋转。例如，加速度计230可测量万向节绕轴的角速度，并且可将电信号传送至PCB 218。PCB 218的万向节控制器240可转换电信号以确定万向节在交通工具运行期间的角位置和角速度。例如，万向节控制器240可组合来自加速度计230和陀螺仪228的数据以全面描述万向节的运动，包括万向节的关节角度、转速和振动。

此外，应变计242可以耦合到万向节201以测量扭矩，诸如对传动轴施加的扭矩。具体而言，应变计242可被安装到万向节交叉头202。例如，应变计242可测量围绕万向节的扭转应变，并且应变计数据可用于确定交通工具运行期间的围绕传动轴的扭矩。

接着，图2B示出了万向节201的部分示意性视图250。图2B的视图250相对于图2A的视图200(如参考轴299所示)围绕y轴旋转。此外，图2A所示的一些部件在图2B中省略，以更好地突显万向节201的特征。例如，由万向节交叉头202和四个耳轴形成的空心壳可被省略以突显万向节201的内部部件。图2B示出了包封在保护壳234中的PCB 218。在万向节201的相对于参考轴299的x轴的相对侧，电池236耦合到该万向节。例如，电池236可经由多个线连接器218向PCB 218提供电能，该多个线连接器218可将电池236电耦合到PCB 218。此外，第一传感器支架210在正y方向上延伸，而第三传感器支架在负y方向上延伸。

电池236包括用于向PCB 218传送电能的多个端子238。在一实施例中，电池236是被安装到万向节交叉头的1000mAh纽扣电池。然而，可使用其他电池类型，而不背离本公开的范围。

以此方式，来自多个温度传感器、加速度计、陀螺仪和应变计的传感器数据可经由上述传感器来采集并由万向节控制器240来采集。例如，基于传感器数据，万向节控制器可输出传动轴的温度、传动轴的关节角度、传动轴的转速、传动轴的振动、以及围绕传动轴的扭矩。这些值可被传送至网关(作为示例)，并且可被进一步传送至远程服务器以供附加处理。例如，由万向节控制器输出的数据可用于确定传动轴的估计寿命。作为示例，传动轴的估计寿命可以是直到指示传动轴更换和/或保养的英里数。作为另一示例，传动轴的估计寿命可以是直到指示传动轴更换和/或保养的时间量。作为又一示例，传动轴的估计寿命可以是到传动轴退化的英里数。

接着，图3示出了参照图2A-2B描述的万向节201的详细视图300。相同的部件可以编号相同并且不被重复介绍。此外，参考轴299被包括在图3中以示出部件的相对定向。例如，如参考轴299所示，视图300是万向节201的x-y平面视图。视图300示出了包括多个传感器支架布置的万向节201的内部部件。具体而言，如图3所示，万向节的每一个耳轴包括交叉孔、传感器支架布置以及第一支架壳。例如，第一耳轴204包括在第一交叉孔320内延伸的第一传感器支架布置302和第一支架壳310，第二耳轴206包括在第二交叉孔322内延伸的第二传感器支架布置和第二支架壳，第三耳轴208包括在第三交叉孔324内延伸的第三传感器支架布置306和第三支架壳314，并且第四传感器支架布置308和第四支架壳316在交叉孔326内延伸。

此外，图4A-4D示出了传感器支架布置400的示例实施例。例如，传感器支架布置400可以用作图2-3中描述的万向节201中的传感器支架布置，并且可被配置成将温度传感器保持在所需位置。例如，传感器支架布置400可用作如参照图3描述的第一传感器支架布置302、第二传感器支架布置304、第三传感器支架布置306和第四传感器支架布置308之一。图4A-4D中的每一者示出了传感器支架布置的平面横截面视图。例如，切面可包括传感器支架499的中心轴499，以使得该切面与传感器支架布置相交。作为示例，传感器支架400可以围绕中心轴轴对称。例如，传感器支架布置400可容纳温度传感器402和传感器连接器406。例如，传感器连接器406可将温度传感器402通信地耦合到控制器(例如，诸如图2A的万向节控制器240)。传感器连接器406可以在内壳404内延伸。如图4A所示，温度传感器402位于凹陷区域422，该凹陷区域可保护温度传感器402免受碎屑和其他机械应力。例如，该凹陷区域是顶部420中的凹进。此外，传感器支架布置400包括第一凸缘416和第二凸缘418，第一凸缘416比第二凸缘418更宽。此外，下部424可直接位于第二凸缘418下方，而顶部420可直接位于第一凸缘416上方。

如图4B所示，传感器支架布置400可被包括在万向节的交叉孔中，这类似于图3的传感器支架304。例如，传感器支架布置400可位于交叉孔中，以使得第一凸缘416配合在交叉孔的开口408内，并且第二凸缘配合在交叉孔的内部426内。例如，内部426可由支架壳(诸如图3所示的支架壳310)限定。

此外，为了容适用于万向节的润滑剂，传感器支架布置400可包括处于关闭位置的止回阀(NRV)410，该NRV 410可防止润滑剂在非期望方向上流动。例如，可以向万向节提供润滑剂(例如，机油)以降低部件退化的发生率，并且NRV 410可控制润滑剂在发动机运行期间的流动方向。

此外，如图4D所示，传感器支架布置400可包括处于打开位置的NRV阀，如由阀部412和阀部414所示。阀部412和阀部414可将油液引导至多个注油器孔。注油器孔可以是用于使油液流动以润滑万向节的油孔。

为了阐述根据本公开的万向节控制器操作，图5示出了诸如可被包括在万向节中以用于传动轴状况监控的万向节控制器501的框图500。例如，万向节控制器501可以用作图2A的万向节控制器240。例如，万向节控制器501是计算系统并且可以耦合到一个或多个外部设备540。万向节控制器501可执行此处被描述为实施例的一种或多种方法。在一些示例中，万向节控制器501可被配置成监控来自多个传感器的传感器数据，并且将传感器数据传送至外部服务器以供进行数据处理和传动轴状况反馈。万向节控制器501可包括一个或多个处理器，包括操作系统处理器514和接口处理器520。操作系统处理器514可以在计算系统上执行操作系统，并控制扬声器控制器的输入/输出和其他操作。

万向节控制器501可包括用于以非易失性形式存储诸如可由处理器514和520执行的指令等数据的非易失性存储设备508。例如，存储设备508可存储应用数据以使得万向节控制器201能够运行用于连接到信息以便传送至基于云的服务器260的应用。例如，万向节控制器501可以经由传感器数据接收器522来从多个传感器524接收数据。例如，传感器数据接收器522可以诸如经由有线连接来通信地耦合到多个传感器524中的每一者。作为示例，多个传感器524可包括温度传感器、加速度计和陀螺仪，如以上参照图2A描述的。由传感器数据接收器从多个传感器524接收到的数据可被存储在非易失性存储设备508中。万向节控制器501可进一步包括易失性存储器516。例如，易失性存储器516可以是随机存取存储器(RAM)。诸如非易失性存储设备508和/或易失性存储器516之类的非瞬态存储设备可存储在由处理器(例如，操作系统处理器214和/或接口处理器220)执行时执行本公开中描述的诸如图6的方法600等一种或多种方法的指令和/或代码。

万向节控制器501可经由外部设备接口512建立的无线连接来与网关542通信。作为示例，网关542可以与万向节分开地位于机动交通工具中，并且可以是数据记录器设备。例如，万向节控制器501可以经由低功耗蓝牙(BLE)连接向网关542传送传感器数据。然而，可使用诸如近场通信(NFC)、Wi-Fi、超宽带(UWB)等其他无线连接，而不背离本公开的范围。此外，在一些示例中，网关542可以经由有线连接通信地耦合到万向节控制器501。此外，一个或多个应用544可以在网关542上操作。例如，网关542可以耦合到机动交通工具的控制器(例如，机动交通工具106的控制器110)。作为示例，网关可位于机动交通工具的舱体中并且可以经由电池供电。网关可包括诸如SD卡之类的用于存储传感器数据的非易失性存储设备。

网关542可以经由无线网络560与位于机动交通工具外部的一个或多个外部设备540耦合和/或通信。例如，网关542可包括全球移动通信系统(GSM)sim卡，该卡可使得网关542能够经由无线网络560建立与外部设备540的无线连接(例如，GSM连接)。在其他示例中，网关542可经由蓝牙、Wi-Fi、UWB或另一合适的无线协议来连接到无线网络560。外部设备540可包括可以是云服务器的远程数据服务器546。例如，远程数据服务器546包括用于提供数据处理的一个或多个应用548。例如，远程数据服务器546可以从万向节传感器接收传感器数据，并且可处理传感器数据，诸如应用处理。在一些示例中，远程数据服务器546可以按可查看格式向一个或多个显示设备554传送经处理的传感器数据。例如，该一个或多个显示设备554可包括个人计算设备，诸如移动电话、膝上型计算机、台式计算机等。例如，用户可以经由该一个或多个外部设备554来查看经处理的传感器数据。

此外，传感器数据可被传送至机器学习(ML)服务器550以供附加分析。ML服务器550可包括诸如深度神经网络等用于分析数据的一个或多个机器学习算法以及传动轴传感器数据的数据库。例如，ML服务器550可包括在传动轴传感器数据上训练的深度神经网络。例如，ML服务器550可进一步分析传感器数据以寻找模式以确定传动轴状况。例如，ML服务器550可使用算法基于传感器数据来确定传动轴的估计寿命。作为另一示例，ML服务器550可基于传感器数据来确定传动轴的故障模式。作为又一示例，ML服务器550可标识要调整的一个或多个交通工具运行参数以延长传动轴寿命。由此，ML服务器550可提供关于传动轴状况的反馈，诸如传动轴的估计寿命。例如，状况反馈可被传送至一个或多个显示设备554并显示给用户。

通过基于来自耦合到万向节的多个传感器的传感器数据来监控传动轴的估计寿命，交通工具的传动轴可以在退化事件之前被更换和/或维修。此外，通过监控传动轴状况，可减低过早的传动轴更换的发生率。例如，在不进行状况监控的情况下，传动轴可以比传动轴状况所指示的更早地被更换。作为另一示例，在不进行状况监控的情况下，传动轴无法在出现非期望噪声、振动和处理(NVH)之前或者在部件退化之前被更换和/或维修。具体而言，基于传感器数据确定的传动轴的估计寿命可以与传动轴的预期寿命相比较。例如，传动轴的预期寿命可以是由制造商提供的传动轴的标准预期寿命。如果传动轴的估计寿命小于传动轴的预期寿命，则传动轴保养和/或更换时间表可以提前，并且如果传动轴的估计寿命大于传动轴的预期寿命，则传动轴保养和/或更换时间表可以延迟。

接着，图6示出了用于操作万向节控制器以提供包括传动轴的估计寿命在内的传动轴的状况反馈的示例方法600。作为示例，方法600可由诸如图5所示的万向节控制器501之类的至少一个控制器来执行。作为另一示例，方法600可由不止一个控制器执行，诸如由万向节控制器、网关以及一个或多个外部服务器，诸如机器学习服务器执行。方法600将参照图1的交通工具106和图2A-3的万向节201来描述，但方法600可以在包括具有状况监控的传动轴的其他系统中应用。用于执行方法600以及本文中所包括的其余方法的指令可由控制器基于存储在控制器的存储器上的指令并与从交通工具系统的传感器(诸如参照图1-4D描述的传感器)接收到的信号相结合地执行。控制器可采用交通工具系统的致动器来根据以下描述的方法调整发动机运行。

在602，方法600包括经由万向节控制器来监控传感器数据。例如，万向节控制器可以经由有线连接来耦合到多个传感器，诸如参照图5的万向节控制器501描述的。例如，多个传感器可包括至少一个温度传感器、至少一个加速度计、至少一个应变计以及至少一个陀螺仪。例如，万向节控制器可以从多个传感器中的每一者接收对应于传感器读数的电信号。作为示例，万向节控制器可将接收到的传感器数据的至少一部分记录在非易失性存储器中。作为另一示例，万向节可以对传感器数据应用信号处理以将来自传感器的电信号转换成可读数据。

在604，方法600包括将传感器数据从万向节控制器传送至网关。例如，万向节控制器可以通信地耦合到交通工具的网关(例如，诸如图5的网关542)。作为示例，网关可被包括在交通工具控制器中或者可以是交通工具中的单独部件。例如，万向节控制器可经由诸如BLE连接等无线连接来与网关通信，以将传感器数据的至少一部分传送至该网关。该网关可以对传感器数据应用信号处理，并且还可将传感器数据存储在非易失性存储器中。例如，网关可以按可读格式保存传感器数据，以使得传感器数据可以在稍后时间被访问(例如，诸如保存在SD卡上)。

在606，方法600包括将传感器数据从网关传送至至少一个远程服务器。例如，网关可经由无线连接通信地耦合到至少一个远程服务器，如参照图5描述的。作为示例，网关包括GSM sim卡，并建立与至少一个远程服务器的GSM连接。例如，网关可以持续地和/或周期性地将传感器数据的至少一部分从万向节控制器传送至至少一个远程服务器。例如，远程服务器可以是用于处理和存储来自万向节控制器的传感器数据的外部服务。作为另一示例，远程服务器可以是机器学习服务器，并且可经由本领域内已知的机器学习技术来分析来自万向节控制器的传感器数据以分析传动轴状况。例如，机器学习服务器可以在来自类似传动轴的训练数据(诸如由传动轴制造商提供的训练数据)集上训练。

在608，方法600包括基于传感器数据来确定传动轴状况(例如，传动轴的估计寿命)。例如，至少一个远程服务器可分析来自万向节控制器的传感器数据，并且可基于传感器数据来确定传动轴状况。具体而言，远程服务器可基于来自万向节控制器来确定传动轴的估计寿命。作为另一示例，确定传动轴状况可包括估计传动轴已经行驶的英里数。作为又一示例，传动轴状况可包括传动轴的检测到的任何结构损坏。

在610，方法600包括向用户显示估计的传动轴寿命和/或传感器数据。例如，用户可经由诸如移动电话、个人计算机、智能设备等个人计算设备来查看向用户显示的传动轴状况。此外，用户可访问来自万向节控制器的原始和/或经处理传感器数据。例如，用户可访问远程服务器并且可从该远程服务器下载和/或流传输传动轴状况和/或传感器数据。作为示例，个人计算设备可以运行用于访问和显示来自万向节控制器的数据的应用。

在612，方法600包括基于传动轴的估计寿命来调整传动轴保养时间表和传动轴更换时间表中的至少一者。例如，基于传动轴的预期寿命与在608确定的传动轴的估计寿命之间的差异，方法600可调整传动轴保养时间表。传动轴的预期寿命可以是对应于传动轴的预期寿命的以英里和/或小时为单位的预定值，并且可由例如制造商提供。交通工具所有者可基于传动轴的预期寿命来设置传动轴保养时间表和传动轴更换时间表。响应于传动轴的估计寿命小于传动轴的预期寿命，传动轴保养时间表和传动轴更换时间表中的至少一者可以提前，以使得传动轴被更早地维修和/或更换。此外，响应于传动轴的估计寿命大于传动轴的预期寿命，传动轴保养时间表和传动轴更换时间表中的至少一者可以延迟，以使得传动轴被更晚地维修和/或更换。方法600然后可以结束。

方法600可以持续运行，或者可以按预定频率重复以提供对传动轴的状况反馈。在其他示例中，方法600可响应于对状况反馈的请求(诸如来自用户的请求)而运行。如以上详述的，方法600可监控来自耦合到万向节的多个传感器的传感器数据，该万向节耦合到传动轴，并且可传送传感器数据以供处理。具体而言，方法600包括使用传感器数据来确定传动轴的估计寿命。

以此方式，传动轴的状况(例如，传动轴的估计寿命)可以在交通工具使用期间被监控，并且可用于调整传动轴保养时间表和传动轴更换时间表中的至少一者。通过基于来自多个传感器的实时数据来调整传动轴保养和/或更换时间表，可减少不必要的维修成本，从而导致客户满意度提高。例如，通过提供传动轴状况监控，机动交通工具的传动轴可基于对传动轴状况的实时了解来更换，而不是基于来自制造商的预定更换时间表，从而降低过早更换的发生率。作为另一示例，通过基于传感器数据来确定传动轴的估计寿命，传动轴可以在部件退化之前被更换，以降低非预期交通工具故障的发生率。此外，通过提供传动轴状况监控，交通工具所有者可远程监控传动轴状况，诸如在交通工具由另一驾驶员操作时，这可提高客户满意度并提供经济效益。总之，接口传动轴状况并调整保养和/或更换时间表可提高客户对交通工具的满意度。

提供传动轴状况监控的技术效果是可基于来自传感器的实时数据来调整传动轴保养和/或更换时间表。例如，保养和/或更换时间表可基于如在来自传感器的数据的基础上确定的传动轴的估计寿命来提前或延迟。

作为示例，一种方法，包括：传送来自耦合到机动交通工具的传动轴的万向接头(万向节)的多个传感器的传感器数据，该多个传感器包括以下各项中的至少两者：耦合到万向节的万向节交叉头的加速度计、耦合到该万向节交叉头的陀螺仪、耦合到该万向节交叉头的应变计、以及耦合到该万向节的第一耳轴的第一温度传感器。在前述示例中，附加地或可选地，该多个传感器包括加速度计、陀螺仪和第一温度传感器中的每一者，并且进一步包括耦合到万向节的第二耳轴的第二温度传感器、耦合到万向节的第三耳轴的第三温度传感器、以及耦合到万向节的第四耳轴的第四温度传感器。在前述示例中的一者或两者中，附加地或可选地，传送传感器数据包括：经由多个传感器采集传感器数据；经由低功耗蓝牙(BLE)连接来向机动交通工具的网关传送传感器数据；以及经由无线连接将传感器数据从机动交通工具的网关传送至远程服务器。在任何或所有前述示例中，附加地或可选地，该网关包括全球移动通信系统(GSM)sim卡，并且该无线连接是GSM连接。在任何或所有前述示例中，该方法附加地或可选地进一步包括：基于传感器数据来确定传动轴的估计寿命；以及基于该传动轴的估计寿命来调整传动轴更换时间表和传动轴保养时间表中的至少一者。在任何或所有前述示例中，附加地或可选地，确定该传动轴的估计寿命包括：将传感器数据输入到在传动轴传感器数据的数据集上训练的机器学习算法。在任何或所有前述示例中，附加地或可选地，基于该传动轴的估计寿命来调整传动轴更换时间表和传动轴保养时间表中的至少一者包括：响应于该传动轴的估计寿命大于该传动轴的预期寿命，延迟传动轴更换时间表和传动轴保养时间表中的至少一者；以及响应于该传动轴的估计寿命小于该传动轴的预期寿命，提前传动轴更换时间表和传动轴保养时间表中的至少一者。在任何或所有前述示例中，该方法附加地或可选地进一步包括：经由显示设备来显示传感器数据的至少一部分；以及经由该显示设备来显示该传动轴的估计寿命。在任何或所有前述示例中，附加地或可选地，该传感器数据包括该传动轴的温度、该传动轴的振动、该传动轴的关节角度、该传动轴的转速、以及该传动轴的扭矩。

作为另一示例，一种方法包括：经由无线连接从耦合到传动轴的万向节接收传感器数据；基于该传感器数据来确定该传动轴的估计寿命；以及基于该传动轴的估计寿命来调整传动轴更换时间表和传动轴保养时间表中的至少一者。在前述示例中，附加地或可选地，确定该传动轴的估计寿命包括将该传感器数据输入到机器学习算法，该机器学习算法在传动轴传感器数据的数据集上训练。在前述示例中的一者或两者中，附加地或可选地，基于该传动轴的估计寿命来调整传动轴更换时间表和传动轴保养时间表中的至少一者包括：响应于该传动轴的估计寿命大于该传动轴的预期寿命，延迟传动轴更换时间表和传动轴保养时间表中的至少一者；以及响应于该传动轴的估计寿命小于该传动轴的预期寿命，提前传动轴更换时间表和传动轴保养时间表中的至少一者。在任何或所有前述示例中，附加地或可选地，该传动轴的预期寿命是由传动轴制造商提供的预定值。在任何或所有前述示例中，附加地或可选地，该传感器数据是从多个传感器采集的，该传感器数据包括该传动轴的温度、该传动轴的振动、该传动轴的关节角度、该传动轴的转速、以及该传动轴的扭矩。在任何或所有前述示例中，该方法附加地或可选地进一步包括：经由显示设备来显示来自该多个传感器的传感器数据的至少一部分；以及经由该显示设备来显示该传动轴的估计寿命。

作为又一示例，一种系统，包括：

万向接头(万向节)，包括万向节交叉头、第一耳轴、第二耳轴、第三耳轴和第四耳轴；

在第一耳轴内延伸的第一传感器支架，该第一传感器支架机械地耦合到第一温度传感器；

在第二耳轴内延伸的第二传感器支架，该第二传感器支架机械地耦合到第二温度传感器；

在第三耳轴内延伸的第三传感器支架，该第三传感器支架机械地耦合到第三温度传感器；

在第四耳轴内延伸的第四传感器支架，该第四传感器支架机械地耦合到第四温度传感器；

机械地耦合到万向节交叉头的应变计；以及

耦合到该万向节交叉头的印刷电路板(PCB)，该PCB电耦合到第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器、加速度计、陀螺仪和应变计中的每一者，该加速度计和陀螺仪中的每一者被安装到该PCB。

在任何或所有前述示例中，附加地或可选地，该万向节是跨第一中心轴和第二中心轴对称的，第一中心轴垂直于第二中心轴，第一耳轴以第一中心轴为中心并与第三耳轴同轴，并且第二耳轴以第二中心轴为中心并与第四耳轴同轴。在前述示例中的一者或两者中，附加地或可选地，该加速度计位于第一耳轴和第四耳轴的交叉点处，该陀螺仪位于第三耳轴和第四耳轴的交叉点处，并且该应变计位于第二耳轴和第三耳轴的交叉点处。在任何或所有前述示例中，附加地或可选地，该万向节耦合到机动交通工具的传动轴。在任何或所有前述示例中，附加地或可选地，该PCB通信地耦合到远程服务器，该远程服务器包括指令，指令包括确定该传动轴的估计寿命。

注意，此处包括的示例控制和估计例程可以与各种发动机和/或交通工具系统配置联用。此处公开的控制方法和例程可作为可执行指令被存储在非瞬态存储器中，并且可由包括控制器的控制系统与各种传感器、致动器和其他发送机硬件相结合地执行。此处所描述的具体例程可表示诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等任何数量的处理策略中的一个或多个。由此，所示出的各种动作、操作和/或功能可以按所示顺序执行、并行地执行、或者在某些情况下省略。同样，过程的顺序不是实现此处所描述的示例实施例的特征和/或优点所必需的，而是为了便于说明和描述而提供的。取决于所使用的特定策略，可以反复地执行所示出的动作、操作和/或功能中的一个或多个。此外，所描述的动作、操作和/或功能可通过图形表示将被编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非瞬态存储器中的代码，其中所描述的动作通过执行包括与电子控制器相组合的各种发动机硬件部件的系统中的指令来执行。

图2A-4D示出了具有各种部件的相对定位的示例配置。如果被示为彼此直接接触或直接耦合，则这些元件可以至少在一个示例中被分别称为直接接触或直接耦合。类似地，彼此相连或相邻的所示元件可以至少在一个示例中是分别彼此相连或相邻的。作为示例，彼此共享面接触的部件可称为共享面接触。作为另一示例，彼此隔开且之间只有空间而没有其他部件的元件在至少一个示例中可被称为如此。作为又一示例，被示为在彼此上方/下方、在彼此相对侧、或在彼此左侧/右侧的元件可被称为相对于彼此如此。此外，如在各附图中示出的，在至少一个示例中，最上面的元件或元件点可被称为部件的“顶”并且最下面的元件或元件点可被称为部件的“底”。如此处所使用的，顶/底、上/下、上方/下方可以相对于附图的垂直轴并被用来描述各附图中的元件相对于彼此的定位。由此，被示为在其他元件上方的元件在一个示例中被垂直定位在其他元件的上方。在又一示例中，各附图内所描绘的元件的形状可被称为具有这些形状(例如，诸如是圆形的、直的、平面的、弯曲的、圆角的、倒角的、成角度的，等等)此外，被示为彼此交叉的元件在至少一个示例中可被称为交叉元件或彼此交叉。此外，被示为在另一元件内或被示为在另一元件外的元件在一个示例中可被称为如此。

应该理解，此处所公开的配置和例程在本质上示例性的，且这些具体实施例或示例不是局限性的，因为众多变体是可能。例如，上述技术能适用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4和其他发动机类型。此外，除非有明确的相反说明，否则“第一”、“第二”、“第三”等术语并非旨在表示任何顺序、位置、数量或重要性，而仅用作将一个元件与另一个元件区分开来的标记。本公开的主题包括各种系统和配置的所有新颖和非显而易见的组合和子组合、和此处所公开的其它特征、功能、和/或特性。

如此处所使用的，术语“近似”被解释为意指范围加上或减去百分之五，除非另外指明。

所附权利要求书特别指出了被认为是新颖的且非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可以指“一”元件或“第一”元件或其等价物。这样的权利要求应被理解为包括一个或多个这样的元件的结合，既不是必需也不是排除两个或更多个这样的元件。所公开的特征、功能、元件和/或属性的其他组合和子组合可通过修改本权利要求书或通过在本申请或相关申请中提出新权利要求来要求保护。无论范围比原始权利要求更宽、更窄、等同还是不同的这些权利要求也被认为被包括在本公开的主题内。

Claims (14)

1.一种方法，包括：

传送来自耦合到机动交通工具的传动轴的万向接头(万向节)的多个传感器的传感器数据，所述多个传感器包括以下各项中的至少两者：耦合到所述万向节的万向节交叉头的加速度计、耦合到所述万向节交叉头的陀螺仪、耦合到所述万向节交叉头的应变计、以及耦合到所述万向节的第一耳轴的第一温度传感器。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述多个传感器包括所述加速度计、所述陀螺仪和所述第一温度传感器中的每一者，并且进一步包括耦合到所述万向节的第二耳轴的第二温度传感器、耦合到所述万向节的第三耳轴的第三温度传感器、以及耦合到所述万向节的第四耳轴的第四温度传感器。

3.如权利要求1所述的方法，其中传送所述传感器数据包括：

经由所述多个传感器来采集所述传感器数据；

经由低功耗蓝牙(BLE)连接来将所述传感器数据传送至所述机动交通工具的网关；以及

经由无线连接将来自所述机动交通工具的所述网关的所述传感器数据传送至远程服务器。

4.如权利要求3所述的方法，其中所述网关包括全球移动通信系统(GSM)sim卡，并且所述无线连接是GSM连接。

5.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

基于所述传感器数据来确定所述传动轴的估计寿命；以及

基于所述传动轴的估计寿命来调整传动轴更换时间表和传动轴保养时间表中的至少一者。

6.如权利要求5所述的方法，其中确定所述传动轴的估计寿命包括：

将所述传感器数据输入到在传动轴传感器数据的数据集上训练的机器学习算法。

7.如权利要求6所述的方法，其中基于所述传动轴的估计寿命来调整所述传动轴更换时间表和所述传动轴保养时间表中的至少一者包括：

响应于所述传动轴的估计寿命大于所述传动轴的预期寿命，延迟所述传动轴更换时间表和所述传动轴保养时间表中的至少一者；以及

响应于所述传动轴的估计寿命小于所述传动轴的预期寿命，提前所述传动轴更换时间表和所述传动轴保养时间表中的至少一者。

8.如权利要求7所述的方法，进一步包括：

经由显示设备来显示所述传感器数据的至少一部分；以及

经由所述显示设备来显示所述传动轴的估计寿命。

9.如权利要求1所述的方法，其中所述传感器数据包括所述传动轴的温度、所述传动轴的振动、所述传动轴的关节角度、所述传动轴的转速、以及所述传动轴的扭矩。

10.一种系统，包括：

万向接头(万向节)，包括万向节交叉头、第一耳轴、第二耳轴、第三耳轴和第四耳轴；

在所述第一耳轴内延伸的第一传感器支架，所述第一传感器支架机械地耦合到第一温度传感器；

在所述第二耳轴内延伸的第二传感器支架，所述第二传感器支架机械地耦合到第二温度传感器；

在所述第三耳轴内延伸的第三传感器支架，所述第三传感器支架机械地耦合到第三温度传感器；

在所述第四耳轴内延伸的第四传感器支架，所述第四传感器支架机械地耦合到第四温度传感器；

机械地耦合到所述万向节交叉头的应变计；以及

耦合到所述万向节交叉头的印刷电路板(PCB)，所述PCB电耦合到所述第一温度传感器、所述第二温度传感器、所述第三温度传感器、所述第四温度传感器、加速度计、陀螺仪和所述应变计中的每一者，所述加速度计和所述陀螺仪中的每一者被安装到所述PCB。

11.如权利要求10所述的系统，其中所述万向节是跨第一中心轴和第二中心轴对称的，所述第一中心轴垂直于所述第二中心轴，所述第一耳轴以所述第一中心轴为中心并与所述第三耳轴同轴，并且所述第二耳轴以所述第二中心轴为中心并与所述第四耳轴同轴。

12.如权利要求11所述的系统，其中所述加速度计位于所述第一耳轴和所述第四耳轴的交叉点处，所述陀螺仪位于所述第三耳轴和所述第四耳轴的交叉点处，并且所述应变计位于所述第二耳轴和所述第三耳轴的交叉点处。

13.如权利要求10所述的系统，其中所述万向节耦合到机动交通工具的传动轴。

14.如权利要求13所述的系统，其中所述PCB通信地耦合到远程服务器，所述远程服务器包括指令，所述指令包括确定所述传动轴的估计寿命。

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