KR20200002665A - Prognostics and health management systems for component of vehicle and methods thereof - Google Patents

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이석한
박태준
이남희
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성균관대학교산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a system and method for prognostics and health management for a component of a transport means. The method comprises the steps of: receiving time series sensor data from a module installed in a component of a transport means; updating a parameter of a recurrent neural network for estimating a state of the component or detecting a symptom using the received time series sensor data; and estimating the state of the component of the transport means or detecting the symptom using the recurrent neural network to which the updated parameter of the recurrent neural network is applied.

Description

운송 수단의 부품에 대한 고장예지 및 건전성 관리 시스템 및 방법{PROGNOSTICS AND HEALTH MANAGEMENT SYSTEMS FOR COMPONENT OF VEHICLE AND METHODS THEREOF}Fault prediction and soundness management systems and methods for parts of vehicles {PROGNOSTICS AND HEALTH MANAGEMENT SYSTEMS FOR COMPONENT OF VEHICLE AND METHODS THEREOF}

본 발명은 운송 수단의 부품에 대한 고장예지 및 건전성 관리 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a failure prediction and health management system for a part of a vehicle.

환경문제와 에너지 자원 문제가 대두되면서, 가운데 전기 자동차 (Electric Vehicle)가 미래의 운송 수단으로 각광받고 있다. 전기 자동차는 충방전이 가능한 다수의 2차 전지(cell)가 하나의 팩(pack)으로 형성된 배터리를 주동력원으로 이용하기 때문에 배기가스가 전혀 없고 소음이 작다는 장점이 있다.With the rise of environmental and energy resources, electric vehicles are in the spotlight as the vehicle of the future. Electric vehicles have a merit that there is no exhaust gas and noise is low because a secondary battery (cell) capable of charging and discharging uses a battery formed as a pack as a main power source.

전기 자동차에서 배터리는 가솔린 자동차의 엔진 및 연료 탱크와 같은 역할을 하므로, 전기 자동차 사용자의 안전을 위하여, 배터리의 상태를 확인하는 것이 중요할 수 있다.In an electric vehicle, the battery serves as an engine and a fuel tank of a gasoline vehicle, so for the safety of the electric vehicle user, it may be important to check the state of the battery.

최근에는, 보다 정확하게 배터리의 상태를 확인하면서, 사용자의 편의성을 증대시키기 위한 연구가 계속되고 있다.In recent years, research to increase the user's convenience while checking the state of the battery more accurately has continued.

배터리 SOC(State of Charge) 측정의 경우 크게 2가지의 방법이 존재한다.There are two main methods for measuring battery state of charge (SOC).

첫째로 개방 회로 전압 방법(Open Circuit Voltage method)이 있다.First, there is an open circuit voltage method.

배터리 셀의 개방 전압을 측정하여, OCV-SOC 테이블을 작성하고 이를 배터리 SOC 추정에 사용하는 방법이다. 개방 회로 전압(Open Circuit Voltage) 측정을 위해서는 운행 중인 차량을 정차한 후, 배터리가 안정화 상태에 도달하기까지 기다려야 하기에, 실시간 추정이 불가능하다.By measuring the open voltage of a battery cell, an OCV-SOC table is created and used to estimate the battery SOC. In order to measure the open circuit voltage, it is impossible to estimate in real time since the vehicle must be stopped and the battery waits for the stabilization state.

둘째로 전류 적산법이 있다.Second, there is a current integration method.

전류 적산법은 배터리의 전류량을 계속하여 적분하여 초기 SOC값으로부터의 SOC 변화를 추정하는 방법이다. 전류 적산법은 초기 SOC 값에 오류를 가지면 추정 오류가 누적되는 단점을 지닌다.The current integration method is a method of estimating the SOC change from the initial SOC value by continuously integrating the amount of current in the battery. Current integration has the disadvantage that the estimation error accumulates if the initial SOC value has an error.

또한, 위 두 방법은 모두 시간에 따른 배터리의 노화에 의한 변화에 대응하지 못한다는 단점이 존재한다.In addition, both methods have a disadvantage in that they do not respond to changes in battery aging over time.

본 발명의 실시 예들은 시계열 센서 데이터의 단기, 중기 및 장기 데이터 중에서 적어도 하나의 데이터를 혼합한 데이터 시퀀스를 이용한 회귀 신경망을 이용하여, 운송 수단의 부품에 대한 고장예지 및 건전성을 관리할 수 있는, 운송 수단의 부품에 대한 고장예지 및 건전성 관리 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.Embodiments of the present invention, by using a regression neural network using a data sequence mixed at least one of the short-term, medium-term and long-term data of the time series sensor data, it is possible to manage the failure prediction and health of the parts of the vehicle, To provide a failure prediction and health management system and method for parts of vehicles.

본 발명의 실시 예들은 보다 정확한 배터리 정보를 추정하고 배터리의 노후화에 의한 변화에도 대응할 수 있는, 운송 수단의 부품에 대한 고장예지 및 건전성 관리 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.Embodiments of the present invention provide a failure prediction and health management system and method for parts of a vehicle, which can estimate battery information more accurately and respond to changes due to aging of the battery.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 운송 수단의 고장예지 및 건전성 관리 방법에 있어서, 운송 수단의 부품에 설치된 모듈로부터 시계열 센서 데이터를 수신하는 단계; 상기 수신된 시계열 센서 데이터를 이용하여 상기 부품의 상태 추정 또는 이상징후 검출을 위한 회귀 신경망(Recurrent Neural Network)의 파라미터를 갱신하는 단계; 및 상기 갱신된 회귀 신경망의 파라미터가 적용된 회귀 신경망을 이용하여 상기 운송 수단의 부품의 상태를 추정하거나 이상징후를 검출하는 단계를 포함하는, 운송 수단의 고장예지 및 건전성 관리 방법이 제공될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a failure prediction and health management method of a vehicle, the method comprising: receiving time series sensor data from a module installed in a component of the vehicle; Updating a parameter of a recurrent neural network using the received time series sensor data to estimate a state of the part or detect an abnormal symptom; And estimating a state of a part of the vehicle or detecting an abnormal symptom by using the regression neural network to which the parameters of the updated regression neural network are applied.

상기 파라미터를 갱신하는 단계는, 상기 시계열 센서 데이터의 단기, 중기 및 장기 데이터 중에서 적어도 하나의 데이터를 혼합한 데이터 시퀀스를 이용하여 회귀 신경망의 파라미터를 갱신할 수 있다.In the updating of the parameter, the parameter of the regression neural network may be updated by using a data sequence in which at least one of the short, medium and long term data of the time series sensor data is mixed.

상기 회귀 신경망은, 상기 부품의 충전 상태값(SOC, state of charge), 건강 상태값(SOH, state of health), 전력 측정값, 전압 측정값, 전류 측정값, 및 온도 측정값 중에서 적어도 하나가 포함된 입력 벡터를 입력층을 통해 입력받을 수 있다.The regression neural network may include at least one of a state of charge (SOC), a state of health (SOH), a power measurement, a voltage measurement, a current measurement, and a temperature measurement of the component. The included input vector may be input through the input layer.

상기 회귀 신경망은, 장단기 메모리(Long Short-Term Memory, LSTM) 신경망일 수 있다.The regression neural network may be a long short-term memory (LSTM) neural network.

상기 LSTM 신경망은, LSTM 신경망을 이루는 셀(Cell)의 모임인 적어도 하나의 신경망 층(Layer)과, 상기 신경망 층의 각 셀의 출력을 입력으로 갖는 완전 연결(Fully Connected) 신경망을 포함할 수 있다.The LSTM neural network may include at least one neural network layer, which is a collection of cells forming an LSTM neural network, and a fully connected neural network having an input of an output of each cell of the neural network layer. .

상기 LSTM 신경망은 복수의 셀을 포함하는 하나의 신경망 층과, 상기 하나의 신경망 층의 각 셀의 출력을 입력으로 갖는 완전 연결 신경망을 포함하고, 상기 복수의 셀 각각은 상기 수신된 시계열 센서 데이터가 시계열 순으로 구분된 복수의 단기 데이터 중에서 대응되는 단기 데이터를 입력받을 수 있다.The LSTM neural network includes one neural network layer including a plurality of cells, and a fully connected neural network having an input of an output of each cell of the one neural network layer, wherein each of the plurality of cells includes the received time series sensor data. The corresponding short-term data may be input from a plurality of short-term data divided in time series.

상기 LSTM 신경망은 복수의 셀을 포함하고 순차적으로 연결된 복수의 신경망 층과, 상기 복수의 신경망 층에서 마지막에 연결된 신경망 층의 출력을 입력으로 갖는 완전 연결 신경망을 포함하고, 상기 복수의 셀 각각은 상기 수신된 시계열 센서 데이터가 시계열 순으로 구분된 복수의 단기 데이터 중에서 대응되는 단기 데이터를 입력받고, 상기 복수의 신경망 층은 상기 복수의 신경망 층 중에서 이전 차수의 신경망 층에 포함된 복수의 이전 셀 중에서 2개 이상의 이전 셀의 출력을 합쳐서 입력받는 복수의 다음 셀을 포함하는 다음 차수의 신경망 층을 포함할 수 있다.The LSTM neural network includes a plurality of neural network layers sequentially connected to each other and a fully connected neural network having an output of a neural network layer last connected in the plurality of neural network layers, wherein each of the plurality of cells includes: The received time series sensor data is inputted with corresponding short-term data among a plurality of short-term data classified in chronological order, wherein the plurality of neural network layers are selected from two of the plurality of previous cells included in a neural network layer of a previous order among the plurality of neural network layers. It may include a next order neural network layer including a plurality of next cells that receive the input of the outputs of the one or more previous cells together.

상기 완전 연결 신경망은, 상기 복수의 신경망 층에서 마지막에 연결된 신경망 층의 출력과 상기 복수의 신경망 층에서 적어도 하나의 셀의 출력을 추가로 입력받을 수 있다.The fully connected neural network may further receive an output of a neural network layer last connected in the plurality of neural network layers and an output of at least one cell in the plurality of neural network layers.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 운송 수단의 부품에 설치된 모듈과 통신하는 통신부; 적어도 하나의 프로그램을 저장하는 메모리; 및 상기 통신부 및 상기 메모리와 연결된 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는, 상기 적어도 하나의 프로그램을 실행함으로써, 운송 수단의 부품에 설치된 모듈로부터 시계열 센서 데이터를 수신하고, 상기 수신된 시계열 센서 데이터를 이용하여 상기 부품의 상태 추정 또는 이상징후 검출을 위한 회귀 신경망(Recurrent Neural Network)의 파라미터를 갱신하고, 상기 갱신된 회귀 신경망의 파라미터가 적용된 회귀 신경망을 이용하여 상기 운송 수단의 부품의 상태를 추정하거나 이상징후를 검출하는, 운송 수단의 고장예지 및 건전성 관리 장치가 제공될 수 있다.According to another embodiment of the invention, the communication unit for communicating with the module installed in the component of the vehicle; A memory for storing at least one program; And a processor coupled to the communication unit and the memory, wherein the processor receives the time series sensor data from a module installed in a component of a vehicle by executing the at least one program, and uses the received time series sensor data. Update a parameter of a recurrent neural network for estimating the state of the part or detecting an abnormal symptom, and estimate a state of the part of the vehicle or an abnormal symptom using the regression neural network to which the updated regression neural parameter is applied. Failure detection and health management device of the vehicle can be provided for detecting.

상기 프로세서는, 상기 시계열 센서 데이터의 단기, 중기 및 장기 데이터 중에서 적어도 하나의 데이터를 혼합한 데이터 시퀀스를 이용하여 회귀 신경망의 파라미터를 갱신할 수 있다.The processor may update a parameter of the regression neural network by using a data sequence obtained by mixing at least one data among short, medium and long term data of the time series sensor data.

상기 회귀 신경망은, 상기 부품의 충전 상태값(SOC, state of charge), 건강 상태값(SOH, state of health), 전력 측정값, 전압 측정값, 전류 측정값, 및 온도 측정값 중에서 적어도 하나가 포함된 입력 벡터를 입력층을 통해 입력받을 수 있다.The regression neural network may include at least one of a state of charge (SOC), a state of health (SOH), a power measurement, a voltage measurement, a current measurement, and a temperature measurement of the component. The included input vector may be input through the input layer.

상기 회귀 신경망은, 장단기 메모리(Long Short-Term Memory, LSTM) 신경망일 수 있다.The regression neural network may be a long short-term memory (LSTM) neural network.

상기 LSTM 신경망은, LSTM 신경망을 이루는 셀(Cell)의 모임인 적어도 하나의 신경망 층(Layer)과, 상기 신경망 층의 각 셀의 출력을 입력으로 갖는 완전 연결(Fully Connected) 신경망을 포함할 수 있다.The LSTM neural network may include at least one neural network layer, which is a collection of cells forming an LSTM neural network, and a fully connected neural network having an input of an output of each cell of the neural network layer. .

상기 LSTM 신경망은 복수의 셀을 포함하는 하나의 신경망 층과, 상기 하나의 신경망 층의 각 셀의 출력을 입력으로 갖는 완전 연결 신경망을 포함하고, 상기 복수의 셀 각각은 상기 수신된 시계열 센서 데이터가 시계열 순으로 구분된 복수의 단기 데이터 중에서 대응되는 단기 데이터를 입력받을 수 있다.The LSTM neural network includes one neural network layer including a plurality of cells, and a fully connected neural network having an input of an output of each cell of the one neural network layer, wherein each of the plurality of cells includes the received time series sensor data. The corresponding short-term data may be input from a plurality of short-term data divided in time series.

상기 LSTM 신경망은 복수의 셀을 포함하고 순차적으로 연결된 복수의 신경망 층과, 상기 복수의 신경망 층에서 마지막에 연결된 신경망 층의 출력을 입력으로 갖는 완전 연결 신경망을 포함하고, 상기 복수의 셀 각각은 상기 수신된 시계열 센서 데이터가 시계열 순으로 구분된 복수의 단기 데이터 중에서 대응되는 단기 데이터를 입력받고, 상기 복수의 신경망 층은 상기 복수의 신경망 층 중에서 이전 차수의 신경망 층에 포함된 복수의 이전 셀 중에서 2개 이상의 이전 셀의 출력을 합쳐서 입력받는 복수의 다음 셀을 포함하는 다음 차수의 신경망 층을 포함할 수 있다.The LSTM neural network includes a plurality of neural network layers sequentially connected to each other and a fully connected neural network having an output of a neural network layer last connected in the plurality of neural network layers, wherein each of the plurality of cells includes: The received time series sensor data is inputted with corresponding short-term data among a plurality of short-term data classified in chronological order, wherein the plurality of neural network layers are selected from two of the plurality of previous cells included in a neural network layer of a previous order among the plurality of neural network layers. It may include a next order neural network layer including a plurality of next cells that receive the input of the outputs of the one or more previous cells together.

상기 완전 연결 신경망은, 상기 복수의 신경망 층에서 마지막에 연결된 신경망 층의 출력과 상기 복수의 신경망 층에서 적어도 하나의 셀의 출력을 추가로 입력받을 수 있다.The fully connected neural network may further receive an output of a neural network layer last connected in the plurality of neural network layers and an output of at least one cell in the plurality of neural network layers.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 운송 수단의 부품으로부터 획득되는 시계열 센서 데이터를 수집하고 전송하는 모듈; 및 상기 모듈로부터 수신된 시계열 센서 데이터를 이용하여 상기 부품의 상태 추정 또는 이상징후 검출을 위한 회귀 신경망(Recurrent Neural Network)의 파라미터를 갱신하고 상기 갱신된 회귀신경망의 파라미터를 상기 모듈에 전송하되, 상기 시계열 센서 데이터의 단기, 중기 및 장기 데이터 중에서 적어도 하나의 데이터를 혼합한 데이터 시퀀스를 이용하여 회귀신경망의 파라미터를 갱신하는 클라우드 서버를 포함하고, 상기 모듈은 상기 갱신된 회귀신경망의 파라미터가 적용된 회귀 신경망을 이용하여 상기 운송 수단의 부품의 상태를 추정하거나 이상징후를 검출하는, 운송 수단의 부품에 대한 고장예지 및 건전성 관리 시스템이 제공될 수 있다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a module comprising: a module for collecting and transmitting time series sensor data obtained from a part of a vehicle; And updating a parameter of a recurrent neural network for estimating the state of the part or detecting an abnormal symptom using the time series sensor data received from the module, and transmitting the updated regression neural network parameter to the module. And a cloud server configured to update a parameter of the regression neural network using a data sequence obtained by mixing at least one of short-term, medium-term, and long-term data of time-series sensor data. The failure prediction and soundness management system for the parts of the vehicle, which estimates the state of the parts of the vehicle or detects an abnormal symptom using the above, may be provided.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 프로세서에 의해 실행 가능한 적어도 하나의 프로그램을 포함하는 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체로서, 상기 적어도 하나의 프로그램은 상기 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 프로세서로 하여금: 운송 수단의 부품에 설치된 모듈로부터 시계열 센서 데이터를 수신하고, 상기 수신된 시계열 센서 데이터를 이용하여 상기 부품의 상태 추정 또는 이상징후 검출을 위한 회귀 신경망(Recurrent Neural Network)의 파라미터를 갱신하고, 상기 갱신된 회귀 신경망의 파라미터가 적용된 회귀 신경망을 이용하여 상기 운송 수단의 부품의 상태를 추정하거나 이상징후를 검출하게 하는 명령어들을 포함하는, 비 일시적 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체가 제공될 수 있다.According to another embodiment of the invention, a non-transitory computer readable storage medium comprising at least one program executable by a processor, wherein the at least one program, when executed by the processor, causes the processor to: Receive time series sensor data from a module installed in a component of the device, update the parameters of a recurrent neural network for state estimation or abnormal symptom detection of the component using the received time series sensor data, and update the regression. A non-transitory computer readable storage medium may be provided that includes instructions for estimating a state of a part of the vehicle or detecting an abnormal symptom using a regression neural network to which parameters of a neural network are applied.

본 발명의 실시 예들은 시계열 센서 데이터의 단기, 중기 및 장기 데이터 중에서 적어도 하나의 데이터를 혼합한 데이터 시퀀스를 이용한 회귀 신경망을 이용하여, 운송 수단의 부품에 대한 고장예지 및 건전성을 관리할 수 있다.Embodiments of the present invention can manage failure prediction and health of parts of a vehicle by using a regression neural network using a data sequence in which at least one data among short, medium and long term data of time series sensor data is mixed.

환경오염으로 인한 전기 자동차의 시장이 커지고 있는 상황에서, 리튬이온배터리의 정확한 상태 추정은 안전한 차량 운행의 우선 조건이다. 본 발명의 실시 예들에 따라 추정된 배터리 정보를 차량 시스템은 모터 출력 및 차량 운용에 활용할 수 있으며, 운전자에게는 신뢰성 있는 정보 제공이 가능하다.With the growing market for electric vehicles due to environmental pollution, accurate condition estimation of Li-ion batteries is a priority for safe vehicle operation. According to embodiments of the present invention, the estimated battery information may be used for the motor output and the vehicle operation, and reliable information may be provided to the driver.

도 1은 본 발명의 실시 예들에 따른 운송 수단의 고장예지 및 건전성 관리 시스템의 구성을 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 운송 수단에 장착된 배터리의 고장예지 및 건전성 관리 시스템의 구성을 설명하기 위한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고장예지 및 건전성 관리 시스템에서 배터리 정보 추정을 위한 LSTM 신경망의 구성을 설명하기 위한 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 사용되는 LSTM 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 사용되는 단일 레이어 LSTM 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 사용되는 단층 레이어 LSTM에서 전체 온도에서 반복 학습 과정 중 충전 상태 예측 결과 그래프를 설명하기 위한 도면이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 실시 예들에 사용되는 다층 LSTM 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 운송 수단의 고장예지 및 건전성 관리 장치의 구성을 설명하기 위한 구성도이다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 고장예지 및 건전성 관리 시스템에서 수행되는 데이터 학습 및 데이터 테스트에 대한 순서도이다.
도 13 내지 도 16은 본 발명의 실시 예들에 대해 각 온도에서 반복 학습 과정 중 우수한 충전 상태 예측 결과 그래프를 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 본 발명의 실시 예들에 따른 IoT 기반의 PHM 시스템의 전체 구성도를 설명하기 위한 도면이다.
도 18은 EV의 PHM 시스템에서의 IoT 모듈의 개념도를 보여주고 있다.
도 19는 본 발명의 실시 예에 따른 고장 예지를 위한 DB-LSTM-VAE의 확장을 설명하기 위한 도면이다.
도 20은 계층 구조를 갖는 딥 앙상블 퓨전 구성도를 설명하기 위한 도면이다.
도 21은 자가생성 데이터와 외부에서 수집된 데이터 기반 DB-LSTM-VAE의 미세 조정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
1 is a block diagram illustrating a configuration of a failure prevention and health management system of a vehicle according to embodiments of the present invention.
2 is a block diagram illustrating the configuration of a failure prevention and health management system of a battery mounted to a vehicle according to an embodiment of the present invention.
3 is a block diagram illustrating a configuration of an LSTM neural network for estimating battery information in a failure prediction and health management system according to an exemplary embodiment of the present invention.
4 is a view for explaining the LSTM structure used in an embodiment of the present invention.
5 is a view for explaining a single layer LSTM structure used in an embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating a graph of a state of charge prediction result during an iterative learning process at full temperature in a tomography layer LSTM used in an embodiment of the present invention.
7 to 9 are diagrams for explaining the multi-layer LSTM structure used in the embodiments of the present invention.
10 is a configuration diagram for explaining the configuration of the failure prevention and health management device of the vehicle according to an embodiment of the present invention.
11 and 12 are flowcharts of data learning and data testing performed in a failure prediction and health management system according to an exemplary embodiment of the present invention.
13 to 16 are diagrams for explaining an excellent charge state prediction result graph during an iterative learning process at each temperature for embodiments of the present invention.
17 is a view for explaining the overall configuration of the IoT-based PHM system according to an embodiment of the present invention.
18 shows a conceptual diagram of an IoT module in an EV's PHM system.
FIG. 19 is a diagram illustrating an extension of DB-LSTM-VAE for fault prediction according to an embodiment of the present invention. FIG.
20 is a diagram for describing a deep ensemble fusion configuration diagram having a hierarchical structure.
FIG. 21 illustrates a method for fine tuning self-generated data and data-based DB-LSTM-VAE collected externally.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.As the inventive concept allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the written description.

그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component. The term and / or includes a combination of a plurality of related items or any item of a plurality of related items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it may be directly connected to or connected to that other component, but it may be understood that other components may be present in between. Should be. On the other hand, when a component is said to be "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in between.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art, and shall not be construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this application. Do not.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described in detail a preferred embodiment of the present invention. In the following description of the present invention, the same reference numerals are used for the same elements in the drawings and redundant descriptions of the same elements will be omitted.

도 1은 본 발명의 실시 예들에 따른 운송 수단의 고장예지 및 건전성 관리 시스템의 구성을 설명하기 위한 구성도이다.1 is a block diagram illustrating a configuration of a failure prevention and health management system of a vehicle according to embodiments of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예들에 따른 고장예지 및 건전성 관리 시스템(10)은 IoT 모듈(12) 및 클라우드 서버(13)를 포함한다. 그러나 도시된 구성요소 모두가 필수 구성요소인 것은 아니다. 도시된 구성요소보다 많은 구성요소에 의해 고장예지 및 건전성 관리 시스템이 구현될 수도 있고, 그보다 적은 구성요소에 의해서도 고장예지 및 건전성 관리 시스템이 구현될 수 있다.As illustrated in FIG. 1, the failure prediction and health management system 10 according to the embodiments of the present invention includes an IoT module 12 and a cloud server 13. However, not all illustrated components are essential components. The failure prediction and health management system may be implemented by more components than the illustrated components, and the failure prediction and health management system may be implemented by fewer components.

이하, 도 1의 고장예지 및 건전성 관리 시스템의 각 구성요소들의 구체적인 구성 및 동작을 설명한다.Hereinafter, specific configurations and operations of the components of the failure prediction and health management system of FIG. 1 will be described.

우선 운송 수단(11)은 각 부품들로 이루어진다. 예를 들어, 운송 수단(11)은 차량, 비행기, 기차 등 사용자를 운송하기 위한 수단일 수 있으며, 특정 운송 수단으로 한정되지 않는다.Firstly the vehicle 11 consists of individual parts. For example, the vehicle 11 may be a vehicle for transporting a user such as a vehicle, an airplane, a train, and the like, and is not limited to a specific vehicle.

운송 수단(11)의 각 부품들은 운송 수단의 신뢰성 확보를 위해, 유지/보수 및 교체될 대상이며, 실시간으로 자신들의 상태에 대한 정보를 IoT 모듈(12)에 전송한다. 이 정보들이 축적되어 운송 수단 상태에 대한 빅데이터를 형성할 수 있다.Each part of the vehicle 11 is to be maintained and replaced, in order to ensure the reliability of the vehicle, and transmits information about their status to the IoT module 12 in real time. This information can be accumulated to form big data about the state of the vehicle.

IoT 모듈(12)은 운송 수단(11)에 장착된다. IoT 모듈(12)은 각 부품들과 연결된 센서를 포함할 수 있다. 또는 IoT 모듈(12)은 각 부품들과 연결된 센서와 연결될 수 있다. IoT 모듈(12)은 운송 수단(11)의 각 부품들로부터 전송되는 빅데이터를 클라우드 서버(13)에 전송하고, 실시간 데이더를 기반으로 부품들의 이상 징후 검출 및 경고 메시지를 차량의 디지털 클러스터와 사용자의 단말(예컨대, 스마트폰 등)에 전송할 수 있다.The IoT module 12 is mounted on the vehicle 11. The IoT module 12 may include a sensor connected to each component. Alternatively, the IoT module 12 may be connected to a sensor connected to each component. The IoT module 12 transmits the big data transmitted from each component of the vehicle 11 to the cloud server 13, and transmits an abnormality detection and warning message of the components to the digital cluster of the vehicle based on the real-time data. It can transmit to the user's terminal (eg, smart phone, etc.).

클라우드 서버(13)는 IoT 모듈(12)에서 인터넷을 통해 전송되는 각 부품들의 빅데이터 정보를 저장하고, 장기간을 고려한 고장 예측 정보를 사용자의 사용자 단말(예컨대, 스마트폰 등)에 전송할 수 있다. 클라우드 서버(13)에 저장된 빅데이터 정보를 기반으로 고장예지 및 건전성 관리 시스템(10) 내의 딥 러닝 네트워크(Deep Learning Network)를 주기적으로 학습시킬 수 있다. IoT 모듈(12)은 학습된 네트워크(Network)의 가중치(Weight)를 이용하여 IoT 모듈(12)의 이상 징후 검출 및 경고 시스템 내에 위치한 딥 러닝 네트워크(Deep Learning Network)의 가중치(Weight)를 업데이트할 수 있다.The cloud server 13 may store big data information of each component transmitted from the IoT module 12 via the Internet, and transmit failure prediction information considering a long term to a user terminal (eg, a smartphone) of the user. Based on the big data information stored in the cloud server 13, the deep learning network in the failure prediction and health management system 10 may be periodically learned. The IoT module 12 may update the weight of the deep learning network located in the abnormal indication detection and warning system of the IoT module 12 using the weight of the learned network. Can be.

일례로, IoT 모듈(12)은 운송 수단(11)의 부품에 설치되는 모듈로 구현될 수 있고, 운송 수단(11)의 부품으로부터 획득되는 시계열 센서 데이터를 수집하고 클라우드 서버(13)로 전송할 수 있다. For example, the IoT module 12 may be implemented as a module installed in a part of the vehicle 11, and may collect and transmit time series sensor data obtained from the part of the vehicle 11 to the cloud server 13. have.

클라우드 서버(13)는 IoT 모듈(12)로부터 수신된 시계열 센서 데이터를 이용하여 부품의 상태 추정 또는 이상징후 검출을 위한 회귀 신경망(Recurrent Neural Network)의 파라미터를 갱신하고 그 갱신된 회귀신경망의 파라미터를 IoT 모듈(12)에 전송하되, 시계열 센서 데이터의 단기, 중기 및 장기 데이터 중에서 적어도 하나의 데이터를 혼합한 데이터 시퀀스를 이용하여 회귀신경망의 파라미터를 갱신할 수 있다.The cloud server 13 uses the time series sensor data received from the IoT module 12 to update a parameter of a recurrent neural network for estimating a state of a part or detecting an abnormal symptom and to update the parameter of the updated regression neural network. While transmitting to the IoT module 12, a parameter of the regression neural network may be updated by using a data sequence in which at least one data among short-term, medium-term and long-term data of the time series sensor data is mixed.

IoT 모듈(12)은 클라우드 서버(13)에서 갱신된 회귀신경망의 파라미터가 적용된 회귀 신경망을 이용하여 운송 수단(11)의 부품의 상태를 추정하거나 이상징후를 검출할 수 있다.The IoT module 12 may estimate a state of a part of the vehicle 11 or detect an abnormal symptom using the regression neural network to which the parameters of the regression neural network updated by the cloud server 13 are applied.

이하, 도 2를 참조하여 운송 수단(11)의 부품들 중에서 차량에 장착된 배터리의 고장예지 및 건전성을 관리하는 구성을 일 실시예로 살펴보기로 한다. 그러나 본 발명의 실시 예들은 특정 운송 수단 또는 운송 수단의 특정 부품으로 한정되지 않는다.Hereinafter, referring to FIG. 2, a configuration of managing failure prediction and health of a battery mounted on a vehicle among components of the vehicle 11 will be described as an embodiment. However, embodiments of the present invention are not limited to a specific vehicle or a specific part of the vehicle.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 운송 수단에 장착된 배터리의 고장예지 및 건전성 관리 시스템의 구성을 설명하기 위한 구성도이다.2 is a block diagram illustrating the configuration of a failure prevention and health management system of a battery mounted to a vehicle according to an embodiment of the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이, 배터리의 고장예지 및 건전성 관리 시스템은 전압, 전류, 온도, 전류적산법에 의한 SOC 출력, 또는 시간당 전압 변화량 등을 포함하는 배터리 정보로부터 정확한 SOC, SOH 및 이상 징후(anomaly)를 포함하는 배터리 상태 등을 추정할 수 있다.As shown in FIG. 2, the failure prediction and health management system of the battery accurately corrects SOC, SOH, and anomalies from battery information including voltage, current, temperature, SOC output by current integration, or voltage change per hour. Battery state, etc., may be estimated.

배터리의 고장예지 및 건전성 관리 시스템은 단기, 중기, 장기 또는 이들을 혼합한 배터리 측정값 시퀀스(sequence)로부터 배터리 수명 전 구간에 걸쳐 배터리 상태를 추정할 수 있다.Battery failure prediction and health management systems can estimate battery status over the entire battery life from a short, medium, long term, or a combination of battery measurement sequences.

IoT 모듈(110)은 학습된 파라미터 값을 이용해 배터리 정보를 실시간으로 추정하고, 배터리 모델링용 DB 구축을 위한 배터리 측정값을 수집/전송할 수 있다.The IoT module 110 may estimate battery information in real time using the learned parameter values, and collect / transmit battery measurement values for building a DB for battery modeling.

클라우드 서버(120)는 배터리 측정값을 네트워크를 통해 수신하여 파라미터를 학습하고 학습 결과를 기반으로 파라미터를 업데이트할 수 있다. 그리고 클라우드 서버(120)는 업데이트된 파라미터를 IoT 모듈로 전송할 수 있다.The cloud server 120 may receive the battery measurement value through the network to learn the parameter and update the parameter based on the learning result. The cloud server 120 may transmit the updated parameter to the IoT module.

본 발명의 일 실시 예에 따른 고장예지 및 건전성 관리 시스템은 전기 자동차 리튬이온 배터리의 전압, 전류, 온도 혹은 그 이상의 측정값을 활용하여 배터리의 정보, 즉, 충전 상태(State of Charge), 잔존 수명(Remaining Useful Life), 이상 징후(anomaly) 등을 추정하는 시스템에 관한 것이다.Failure prediction and health management system according to an embodiment of the present invention utilizing the voltage, current, temperature or more of the measured value of the electric vehicle lithium-ion battery, that is, the information of the battery, namely state of charge, remaining life Remaining Useful Life, anomaly, etc.

본 발명의 일 실시 예에 따른 고장예지 및 건전성 관리 시스템은 배터리 정보 추정 모델로 시계열 데이터 모델링에 적합한 장단기 메모리(Long Short-Term Memory, LSTM) 신경망을 사용함으로써 정확한 배터리 정보의 예측이 가능하다. 그리고 LSTM 신경망을 단기, 중기, 장기 또는 이를 혼합한 배터리 측정값 시퀀스(sequence)를 입력(input)으로 활용함으로써, 더욱 정확한 추정이 가능하다. 이뿐만 아니라, 본 발명의 일 실시 예에 따른 고장예지 및 건전성 관리 시스템은 클라우드 서버에서 학습된 파라미터 값을 이용해 배터리 정보의 실시간 추정 및 배터리 모델링용 DB 구축을 위한 배터리 측정값을 수집/전송하는 IoT 모듈(110)과, 배터리 측정값을 네트워크를 통해 수신하여 파라미터를 학습/업데이트 및 IoT 모듈로 전송하는 클라우드 서버(120)로 분리될 수 있다. 또는 본 발명의 일 실시 예에 따른 고장예지 및 건전성 관리 시스템은 차량 내 장착된 시스템을 통해 배터리 측정값을 수집하고 배터리 정보를 추정하는 과정을 수행할 수 있다.The failure prediction and health management system according to an exemplary embodiment of the present invention may accurately predict battery information by using a long short-term memory (LSTM) neural network suitable for time series data modeling as a battery information estimation model. The LSTM neural network can be used as an input for short, medium, long term, or a mixture of battery measurement sequences. In addition, the failure prediction and health management system according to an embodiment of the present invention collects / transmits battery measurements for real-time estimation of battery information and DB for battery modeling using parameter values learned in a cloud server. The module 110 may be separated into a cloud server 120 that receives a battery measurement value through a network and transmits parameters to a learning / update and IoT module. Alternatively, the failure prediction and health management system according to an embodiment of the present invention may perform a process of collecting battery measurement values and estimating battery information through a system installed in a vehicle.

도 2에 도시된 바와 같이, 배터리(101)는 배터리 정보 추정의 대상이 되는 배터리이다. 배터리(101)는 패키지(Package) 혹은 셀(Cell) 단위로 구성될 수 있다.As shown in FIG. 2, the battery 101 is a battery to be subjected to battery information estimation. The battery 101 may be configured in a package or cell unit.

배터리 관리 시스템(102)은 배터리 관리를 위한 배터리 관리 시스템(Battery Management System)이다. 배터리 관리 시스템(102)은 배터리의 전압, 전류, 온도 측정값을 차량 내 IoT 모듈로 전송할 수 있다.The battery management system 102 is a battery management system for battery management. The battery management system 102 may transmit voltage, current, and temperature measurement values of the battery to the IoT module in the vehicle.

IoT 모듈(110)은 차량 내 장착된 IoT 모듈이다. IoT 모듈(110)은 배터리 측정값을 배터리 관리 시스템(102)으로부터 수신하고, 클라우드 서버(120)로 송신할 수 있다. IoT 모듈(110)은 배터리 정보의 실시간 추정 역할을 수행할 수 있다.The IoT module 110 is an IoT module mounted in a vehicle. The IoT module 110 may receive the battery measurement from the battery management system 102 and transmit it to the cloud server 120. The IoT module 110 may serve as a real-time estimation of battery information.

전처리부(111)는 BMS(102)로부터 수신된 배터리 측정값에 대한 전처리를 수행할 수 있다. 전처리 과정에는 정규화(Normalization), 섭씨온도의 절대온도 변환 등이 포함될 수 있다.The preprocessor 111 may perform preprocessing on the battery measurement value received from the BMS 102. The pretreatment process may include normalization, absolute temperature conversion of degrees Celsius, and the like.

통신부(112)는 BMS(102)로부터 수신된 배터리 측정값을 클라우드 서버(120)로 송신하고, 클라우드 서버(120)로부터 갱신된 파라미터 값을 수신할 수 있다. 클라우드 서버(120)로 송신되는 정보는 배터리 측정값 뿐 아니라, 운전자의 운행 정보 등도 포함될 수 있다. 클라우드 서버(120)에는 셀룰러 네트워크(Cellular Network), 와이파이(Wi-Fi) 등의 다양한 통신 기술이 사용될 수 있다.The communication unit 112 may transmit the battery measurement value received from the BMS 102 to the cloud server 120, and receive the updated parameter value from the cloud server 120. The information transmitted to the cloud server 120 may include not only battery measurement values but also driver information. The cloud server 120 may use various communication technologies such as a cellular network and Wi-Fi.

추정부(113)는 기학습된 파라미터를 이용한 LSTM 신경망을 이용하여 배터리 정보를 실시간으로 추정할 수 있다.The estimator 113 may estimate battery information in real time using an LSTM neural network using previously learned parameters.

클라우드 서버(120)는 통신망이나 인터넷 등을 통해 IoT 모듈(110)과 연결된 서버이다. 클라우드 서버(120)는 배터리 측정값을 수신하고, 딥 러닝 네트워크에 대한 새로운 모델 학습을 수행할 수 있다.The cloud server 120 is a server connected to the IoT module 110 through a communication network or the Internet. The cloud server 120 may receive battery measurements and perform new model training for the deep learning network.

통신부(121)는 IoT 모듈(110)로부터 송신된 배터리 측정값을 수신하고, 갱신된 파라미터 값을 IoT 모듈(110)로 송신할 수 있다. 이때, 셀룰러 네트워크(Cellular Network), 와이파이(Wi-Fi) 등의 다양한 통신 기술이 사용될 수 있다.The communication unit 121 may receive the battery measurement value transmitted from the IoT module 110 and transmit the updated parameter value to the IoT module 110. In this case, various communication technologies such as a cellular network and a Wi-Fi may be used.

데이터 저장부(122)는 통신부(121)에 수신된 데이터를 저장할 수 있다.The data storage unit 122 may store data received by the communication unit 121.

학습부(123)는 통신부(121)에서 수신된 데이터를 이용하여 LSTM 신경망의 파라미터를 갱신할 수 있다. 갱신된 파라미터는 파라미터 저장부(124)에 저장될 수 있다. 파라미터 저장부(124)는 학습부(123)에서 갱신된 파라미터를 저장하는 역할을 수행할 수 있다.The learner 123 may update the parameters of the LSTM neural network by using the data received from the communicator 121. The updated parameter may be stored in the parameter storage unit 124. The parameter storage unit 124 may serve to store the parameter updated by the learning unit 123.

클라우드 서버(120)는 IoT 모듈(110)에서의 파라미터 갱신 필요 시 통신부(121)를 통해 파라미터를 전송할 수 있다.The cloud server 120 may transmit a parameter through the communication unit 121 when a parameter update is required in the IoT module 110.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고장예지 및 건전성 관리 시스템에서 배터리 정보 추정을 위한 LSTM 신경망의 구성을 설명하기 위한 구성도이다.3 is a block diagram illustrating a configuration of an LSTM neural network for estimating battery information in a failure prediction and health management system according to an exemplary embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시 예에 따른 고장예지 및 건전성 관리 시스템에서 배터리 정보 추정을 위한 LSTM 신경망은 입력층, 은닉층 및 출력층 등의 LSTM 신경망 층을 포함할 수 있다.In the failure prediction and health management system according to an exemplary embodiment of the present invention, the LSTM neural network for estimating battery information may include LSTM neural network layers such as an input layer, a hidden layer, and an output layer.

입력 벡터(201)는 LSTM 신경망의 입력 벡터(input vector)로 각 시간에서의 배터리 전압(V), 전류(I), 또는 온도(T) 측정값 등을 포함할 수 있다. 시계열의 길이에 따라 하나의 LSTM 셀에 입력되는 벡터(vector)의 차원(dimension)이 결정될 수 있다. 시계열의 길이는 수집되는 정보의 양에 따라 정해질 수 있다. 또한, 각 셀의 입력 벡터(input vector)의 길이는 서로 같을 수도 있고, 다를 수도 있다. The input vector 201 is an input vector of the LSTM neural network and may include a battery voltage (V), a current (I), or a temperature (T) measurement value at each time. The dimension of the vector input to one LSTM cell may be determined according to the length of the time series. The length of the time series can be determined by the amount of information collected. In addition, the length of the input vector of each cell may be the same or different.

셀(202)은 LSTM 신경망을 이루는 셀(Cell)을 의미한다. 각 셀(Cell)은 시계열 데이터의 특성을 벡터(vector)형태로 출력할 수 있다. 셀(Cell)을 이루는 게이트(gate)와 상태(state)는 하기와 같이 [수학식 1]로 정의될 수 있다.The cell 202 refers to a cell forming an LSTM neural network. Each cell may output the characteristics of time series data in a vector form. The gate and state constituting the cell may be defined by Equation 1 as follows.

Figure pat00001
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각 셀(Cell)은 위의 [수학식 1]처럼 고정된 구조만을 갖지는 않으며, 양방향(Bidirection) LSTM 셀(Cell)과 같은 보다 발전된 형태로 변형이 가능하다.Each cell does not have a fixed structure as shown in [Equation 1] above, and may be transformed into a more advanced form such as a bidirectional LSTM cell.

신경망 층(203)은 LSTM 신경망을 이루는 셀(Cell)의 모임인 층(Layer)이다. 필요에 따라 LSTM 신경망은 적어도 하나의 층으로 이루어질 수 있다. 즉, 복수의 층(203)은 단층 혹은 두 개 이상의 층을 포함할 수 있다. 각 셀(Cell)은 그 전 층의 셀 출력(Cell output)을 입력(input)으로 입력받게 된다. 이때, 입력(input)은 이 전 층에 존재하는 하나 이상의 셀 출력(Cell output)을 입력으로 받을 수 있다. 셀(Cell) 들이 층을 이루는 구조를 통해 입력 시계열 데이터의 길이에 따른 단기, 중기 및 장기 데이터 중에서 적어도 하나의 데이터를 이용하거나 통합하여 배터리 추정에 사용할 수 있다.The neural network layer 203 is a layer which is a collection of cells constituting the LSTM neural network. If necessary, the LSTM neural network may be formed of at least one layer. That is, the plurality of layers 203 may include a single layer or two or more layers. Each cell receives the cell output of the previous layer as an input. In this case, the input may receive one or more cell outputs existing in the previous layer as inputs. Cells are layered so that at least one of short-term, medium-term and long-term data according to the length of the input time series data can be used or combined to be used for battery estimation.

완전 연결(Fully Connected) 신경망(204)은 LSTM 신경망 출력을 입력으로 갖는 완전 연결(Fully Connected) 신경망을 의미한다. 이 입력에는 LSTM 신경망의 최종 층(Layer)의 출력뿐 아니라, 각 층(Layer)들의 출력을 포함할 수 있다. 이를 통해 시계열 데이터의 단기, 중기, 및 장기적 예측결과 중에서 적어도 하나의 예측 결과를 최종 출력에 반영할 수 있다. 각 노드는 가중치(weight)를 지니고 있으며, 이 값들은 반복적인 학습을 통해 정해진다. 하나 이상의 층(Layer)을 지니며 각 층에는 하나 이상의 노드가 존재한다.Fully connected neural network 204 means a fully connected neural network having an LSTM neural network output as an input. This input may include the output of each layer as well as the output of the final layer of the LSTM neural network. Through this, at least one prediction result among short, medium, and long term prediction results of time series data may be reflected in the final output. Each node has a weight, and these values are determined through iterative learning. It has one or more layers, and each layer has one or more nodes.

추정 값(205)은 LSTM 신경망 출력을 입력으로 갖는 완전 연결(Fully Connected) 신경망(204)의 출력인 배터리 정보 추정 값을 의미한다. 배터리 정보에는 충전 상태(State of Charge, SOC), 잔존용량(Remaining Useful Life, RUL), 이상 징후(anomaly) 등이 포함된다.The estimated value 205 means a battery information estimated value that is an output of a fully connected neural network 204 having an LSTM neural network output as an input. The battery information includes a state of charge (SOC), a remaining useful life (RUL), anomaly, and the like.

이와 같이, LSTM 신경망은 LSTM 신경망을 이루는 셀(202)의 모임인 적어도 하나의 신경망 층(203)과, 신경망 층(203)의 각 셀의 출력을 입력으로 갖는 완전 연결 신경망(204)을 포함할 수 있다.As such, the LSTM neural network may include at least one neural network layer 203, which is a collection of cells 202 that make up the LSTM neural network, and a fully connected neural network 204 having an input of the output of each cell of the neural network layer 203. Can be.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 사용되는 LSTM 구조를 설명하기 위한 도면이다.4 is a view for explaining the LSTM structure used in an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 트럭을 위한 IoT 기반 PHM(Prognostics and Health Management)는 차량의 다양한 부품들로부터 얻어진 시계열 데이터를 기반으로 이상징후 검출을 통한 고장 예측과 건전성 관리를 수행할 수 있다.IoT-based Prognostics and Health Management (PHM) for an electric truck according to an embodiment of the present invention may perform failure prediction and health management by detecting abnormal symptoms based on time series data obtained from various parts of the vehicle.

이를 위해, 본 발명의 일 실시 예에 고장예지 및 건전성 관리 시스템은 LSTM(Long Short Term Memory) 기반의 딥 양방향 LSTM 변이 자동 인코더(Deep Bidirectional LSTM Variational Auto Encoder, DB-LSTM-VAE)를 이용할 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 고장예지 및 건전성 관리 시스템은 LSTM을 기반으로 단기, 중기 및 장기 중에서 적어도 하나를 고려한 다층적 구조를 이용할 수 있다.To this end, the failure prediction and health management system according to an embodiment of the present invention may use a Deep Bidirectional LSTM Variational Auto Encoder (DB-LSTM-VAE) based on Long Short Term Memory (LSTM). . The failure prediction and health management system according to an embodiment of the present invention may use a multilayer structure considering at least one of short, medium and long term based on LSTM.

본 발명의 일 실시 예에 고장예지 및 건전성 관리 시스템은 더욱 정확한 배터리의 RUL(Remaining Useful Life) 예측을 위해, 다층 구조 기반의 LSTM 프레임웍을 배터리의 SoC(State of Charge)를 예측하는데 적용할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the failure prediction and health management system may apply a multi-layered LSTM framework to predict the state of charge (SoC) of a battery in order to more accurately predict the remaining useful life (RUL) of the battery. .

이하, 본 발명의 일 실시 예에 고장예지 및 건전성 관리 시스템에 사용되는 LSTM의 기본 구조와 동작 원리를 살펴보기로 한다.Hereinafter, the basic structure and operating principle of the LSTM used in the failure prediction and health management system will be described in an embodiment of the present invention.

LSTM(Long-Short Term Memory module)은 기존 단순한 RNN(Recurrent Neural Networks) 형태에서 발전되어 셀 상태(Cell state)와 게이트(Gates)를 가지며, 게이트와 셀 상태를 이용하여 기존의 기울기 값이 사라지는 문제를 해결하고 장기 의존성을 높일 수 있다.Long-Short Term Memory module (LSTM) is developed from simple Recurrent Neural Networks (RNN) to have cell state and gate, and the existing slope value disappears by using gate and cell state. And long-term dependence.

LSTM의 핵심인 셀 상태는 LSTM 내에 연결된 전체를 관통하고 LSTM의 기억을 관리하며, 셀 상태에 변하는 정보를 관리하기 위해 게이트를 활용하며 게이트들은 셀 상태 정보를 더하거나 제거하는 역할을 수행할 수 있다.The cell state, the core of the LSTM, penetrates all connected within the LSTM, manages the memory of the LSTM, utilizes gates to manage information that changes in the cell state, and the gates can add or remove cell state information.

LSTM에는 3개의 게이트가 있으며, 각 게이트는 다음과 같을 수 있다. The LSTM has three gates, each of which can be:

첫째, 망각게이트는 LSTM의 첫단계 게이트로서 셀 상태를 얼마나 유지하거나, 반영하는지를 결정하는 역할을 수행할 수 있다. 이전 LSTM 출력과 현재 입력을 시그모이드 레이어에서 연산을 통해 0과 1사이의 값에 망각게이트의 출력이 셀 상태에 고하여 셀 상태의 유지를 결정할 수 있다.First, the forgetting gate may serve as a first gate of the LSTM to determine how long the cell state is maintained or reflected. Through the operation of the previous LSTM output and the current input in the sigmoid layer, the output of the forgetting gate at the value between 0 and 1 can be determined as the cell state, so that the cell state can be determined.

둘째, 입력게이트는 입력된 데이터가 셀 상태에 반영되는 것을 결정하며, 입력게이트는 두 개의 레이어를 가지는데 첫 번째 레이어는 시그모이드(Sigmoid) 레이어로 셀 상태를 반영을 결정할 수 있다. 두 번째 레이어는 Tanh 레이어로 셀 상태에 합해질 값을 조정하는 역할을 할 수 있다. 두 레이어에서 나오는 출력을 곱하여 셀 상태에 반영하며, 셀상태는 과거 상태에서 현재 상태로 완성될 수 있다.Second, the input gate determines that the input data is reflected in the cell state, and the input gate has two layers, and the first layer may determine to reflect the cell state as a sigmoid layer. The second layer is the Tanh layer, which can be used to adjust the values that will fit into the cell state. The output from the two layers is multiplied and reflected in the cell state, which can be completed from the past state to the current state.

셋째, 출력게이트는 입력값을 시그모이드 레이어에서 필터된 값과 업데이트 된 셀 상태를 Tanh 레이어에서 연산된 값을 곱하여 현재까지 흐름을 고려한 셀 상태의 값이 출력이 될 수 있다.Third, the output gate may be an output value of the cell state considering the flow up to now by multiplying the input value by the filter value in the sigmoid layer and the updated cell state calculated in the Tanh layer.

LSTM은 세가지 게이트와 셀 상태를 통하여 이전의 저장된 값을 이용하여 현재의 출력을 고려하며 시계열 데이터 형태의 음악적, 언어 등을 처리하는데 많이 사용될 수 있다.LSTM takes into account the current output using previously stored values through three gate and cell states and can be used to process musical, language, etc. in the form of time series data.

도 5는 본 발명의 실시 예에 사용되는 단일 레이어 LSTM 구조를 설명하기 위한 도면이다.5 is a view for explaining a single layer LSTM structure used in an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시 예에 따른 고장예지 및 건전성 관리 시스템은 단기, 중기, 및 장기 중에서 적어도 하나를 고려한 예측을 위해 다양한 LSTM의 조합을 이용할 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 사용되는 LSTM 모델은 기본적으로 시간에 따른 데이터 입력에서 장기 및 단기 기억을 예측에 반영하는데 있어 우수함을 보일 수 있다.Failure prediction and soundness management system according to an embodiment of the present invention can use a combination of various LSTM for prediction considering at least one of the short-term, medium-term, and long-term. LSTM model used in the embodiment of the present invention can be shown to be excellent in basically reflecting long-term and short-term memory in the data input over time.

본 발명의 실시 예에 따른 고장예지 및 건전성 관리 시스템은 배터리 SoC를 예측할 수 있다. Failure prediction and health management system according to an embodiment of the present invention can predict the battery SoC.

도 6은 본 발명의 실시 예에 사용되는 단층 레이어 LSTM에서 전체 온도에서 반복 학습 과정 중 충전 상태 예측 결과 그래프를 설명하기 위한 도면이다.6 is a diagram illustrating a graph of a state of charge prediction result during an iterative learning process at full temperature in a tomography layer LSTM used in an embodiment of the present invention.

단일 레이어로 했을 경우 배터리 충전 상태의 예측 값과 실제 값의 차이는 1.46%로 결과가 도 6에 나타나 있다. 본 발명의 일 실시 예는 이를 향상시키기 위하여 단일 레이어 구조를 변경한 다층(Multiple layer)의 LSTM 구조를 이용할 수 있다.When the single layer is used, the difference between the predicted value and the actual value of the battery charge state is 1.46%, and the result is shown in FIG. 6. An embodiment of the present invention may use a multiple layer LSTM structure in which a single layer structure is changed to improve this.

도 7 내지 도 9는 본 발명의 실시 예들에 사용되는 다층 LSTM 구조를 설명하기 위한 도면이다.7 to 9 are diagrams for explaining the multi-layer LSTM structure used in the embodiments of the present invention.

본 발명의 실시 예들에 대한 다양한 구조들에 대한 실험 결과 중에서 도 7 내지 도 9과 같은 다층 구조의 LSTM 프레임웍이 가장 좋은 성능을 보이고 있다.Among the experimental results for various structures of the embodiments of the present invention, the LSTM framework of the multi-layer structure shown in FIGS. 7 to 9 shows the best performance.

다층 구조의 LSTM 프레임웍의 구성 및 특징을 살펴보기로 한다.The structure and features of the LSTM framework with multi-layer structure will be described.

본 발명의 실시 예들은 단순히 하나의 신경망이 아니라 여러 신경망을 단기, 중기 및 장기 데이터 중에서 적어도 하나의 데이터에 대한 예측성을 높이기 위하여, 다층 구조의 LSTM 모델을 이용할 수 있다. 배터리 충전 상태 예측은 예측 시작함에 따라서 단기 시계열 데이터 발생에 따라 예측이 필요하고 시간이 흐름에 따라 중기, 장기 예측이 가능한 모델로 설계가 필요할 수 있다.Embodiments of the present invention may use a multi-layer LSTM model to increase the predictability of at least one of short-term, medium-term, and long-term data instead of just one neural network. Predictive battery charge forecasting requires forecasting based on short-term time series data generation, and designing a model that can predict mid to long term over time may be necessary.

도 7에 도시된 바와 같이, 다층(Multiple Layer) LSTM 구조는 한 개의 층과 4개의 LSTM 셀로 구성될 수 있다. 첫 번째 층의 LSTM 셀은 4개의 LSTM 셀에서 총 50개의 시계열 데이터(각각 5개의 시계열 데이터, 10개의 시계열 데이터, 15개의 시계열 데이터, 및 20개의 시계열 데이터)를 입력받아 출력할 수 있다. 즉, 각 LSTM 셀마다 입력 시퀀스의 길이가 상이할 수 있다. 본 발명의 실시 예들에 따른 다층 LSTM 구조는 첫 번째 층에서 출력된 행렬의 마지막 열의 데이터를 완전 연결(Fully Connected) 신경망에 입력하여 최종 SoC(배터리 충전 상태)를 예측할 수 있다. 이와 같이, 다층 LSTM 신경망은 복수의 셀을 포함하는 1층(1st Floor)인 하나의 신경망 층과, 하나의 신경망 층의 각 셀의 출력을 입력으로 갖는 완전 연결 신경망을 포함하고, 복수의 셀 각각은 수신된 시계열 센서 데이터가 시계열 순으로 구분된 복수의 단기 데이터 중에서 대응되는 단기 데이터를 입력받을 수 있다.As shown in FIG. 7, the multiple layer LSTM structure may consist of one layer and four LSTM cells. The LSTM cell of the first layer can receive and output a total of 50 time series data (five time series data, 10 time series data, 15 time series data, and 20 time series data) from four LSTM cells. That is, the length of the input sequence may be different for each LSTM cell. The multi-layer LSTM structure according to the embodiments of the present invention may predict the final SoC (battery charge state) by inputting data of the last column of the matrix output from the first layer into a fully connected neural network. As described above, the multilayer LSTM neural network includes one neural network layer, which is a first floor including a plurality of cells, and a fully connected neural network having an input of an output of each cell of one neural network layer, and each of the plurality of cells. The received time series sensor data may receive corresponding short term data among a plurality of short term data divided in chronological order.

도 8에 도시된 바와 같이, 다층(Multiple Layer) LSTM 구조는 세 개의 층과 7개의 LSTM 셀로 구성될 수 있다. 첫 번째 층의 LSTM 셀은 4개의 LSTM 셀에서 각 5개(총 20개)의 시계열 데이터를 입력받아 출력할 수 있다. 두 번째 층의 LSTM 셀은 2개로 구성되며 첫 번째 출력을 두 개씩 합쳐 각각의 입력받아 출력할 수 있다. 세 번째 층은 한 개의 LSTM 셀로 구성되고 두 번째 층의 출력을 합쳐서 입력하여 출력할 수 있다. 즉, 각 LSTM 층마다 시점이 상이할 수 있다. 본 발명의 실시 예들에 따른 다층 LSTM 구조는 세 번째 층에서 출력된 행렬의 마지막 열의 데이터를 완전 연결(Fully Connected) 신경망에 입력하여 최종 SoC(배터리 충전 상태)를 예측할 수 있다. 이와 같이, 다층 LSTM 신경망은 복수의 셀을 포함하고 순차적으로 연결된 복수의 신경망 층(예컨대, 1층, 2층, 3층 등)과, 복수의 신경망 층에서 마지막에 연결된 신경망 층의 출력을 입력으로 갖는 완전 연결 신경망을 포함할 수 있다. 복수의 셀 각각은 수신된 시계열 센서 데이터가 시계열 순으로 구분된 복수의 단기 데이터 중에서 대응되는 단기 데이터를 입력받을 수 있다. 복수의 신경망 층은 복수의 신경망 층 중에서 이전 차수의 신경망 층에 포함된 복수의 이전 셀 중에서 2개 이상의 이전 셀의 출력을 합쳐서 입력받는 복수의 다음 셀을 포함하는 다음 차수의 신경망 층을 포함할 수 있다.As shown in FIG. 8, the multiple layer LSTM structure may be composed of three layers and seven LSTM cells. The LSTM cell of the first layer can receive and output five (20 total) time series data from four LSTM cells. The LSTM cell of the second layer consists of two, and the first output can be combined to output each of the two inputs. The third layer consists of one LSTM cell, and the output of the second layer can be combined and output. That is, the viewpoint may be different for each LSTM layer. The multi-layer LSTM structure according to the embodiments of the present invention may predict the final SoC (battery charge state) by inputting data of the last column of the matrix output from the third layer into a fully connected neural network. As such, a multi-layer LSTM neural network includes a plurality of neural network layers (e.g., a first layer, a second layer, a third layer, etc.) connected in sequence and including a plurality of cells, and an output of a neural network layer last connected in the plurality of neural network layers as an input. And a fully connected neural network. Each of the plurality of cells may receive the short-term data corresponding to the received time-series sensor data among the plurality of short-term data in which the time-series sensor data are divided in time series. The plurality of neural network layers may include a next order neural network layer including a plurality of next cells which are inputted by combining outputs of two or more previous cells among a plurality of previous cells included in a previous order neural network layer among the plurality of neural network layers. have.

도 9에 도시된 바와 같이, 다층(Multiple Layer) LSTM 구조는 세 개의 층과 7개의 LSTM 셀로 구성될 수 있다. 첫 번째 층의 LSTM 셀은 4개의 LSTM 셀에서 각 5개(총 20개)의 시계열 데이터를 입력받아 출력할 수 있다. 두 번째 층의 LSTM 셀은 2개로 구성되며 첫 번째 출력을 두 개씩 합쳐 각각의 입력받아 출력할 수 있다. 세 번째 층은 한 개의 LSTM 셀로 구성되고 두 번째 층의 출력을 합쳐서 입력하여 출력할 수 있다. 본 발명의 실시 예들에 따른 다층 LSTM 구조는 첫 번째 층에서 출력된 행렬의 마지막 열의 데이터, 두 번째 층에서 출력된 행렬의 마지막 열의 데이터, 세 번째 층에서 출력된 행렬의 마지막 열의 데이터를 합쳐서 완전 연결(Fully Connected) 신경망에 입력하여 최종 SoC(배터리 충전 상태)를 예측할 수 있다. 이와 같이, 완전 연결 신경망은, 복수의 신경망 층에서 마지막에 연결된 신경망 층의 출력과 복수의 신경망 층에서 적어도 하나의 셀의 출력을 추가로 입력받을 수 있다.As shown in FIG. 9, the multiple layer LSTM structure may be composed of three layers and seven LSTM cells. The LSTM cell of the first layer can receive and output five (20 total) time series data from four LSTM cells. The LSTM cell of the second layer consists of two, and the first output can be combined to output each of the two inputs. The third layer consists of one LSTM cell, and the output of the second layer can be combined and output. The multi-layer LSTM structure according to the embodiments of the present invention is completely connected by combining data of the last column of the matrix output from the first layer, data of the last column of the matrix output from the second layer, and data of the last column of the matrix output from the third layer. (Fully Connected) Neural network can be input to predict the final SoC (battery charge state). As such, the fully connected neural network may further receive an output of the neural network layer last connected in the plurality of neural network layers and an output of at least one cell in the plurality of neural network layers.

단일 계층의 LSTM을 이용하였을 때보다 다층 구조의 LSTM 모델을 이용하였을 때 배터리 충전 상태를 예측하는데 있어 2~3% 정도의 정확성이 높음을 확인할 수 있다.When using the LSTM model of multi-layer structure than the single-layer LSTM, the accuracy of the battery charging state is about 2-3% higher.

자세한 실험 결과는 아래 항목을 참조하기로 한다. 실험에 사용된 데이터를 살펴보면 다음과 같다.For detailed experimental results, see the following section. The data used in the experiment is as follows.

실험에서 사용한 배터리 데이터는 Marland 대학의 CALCE(Center for Advanced Life Cycle Engineering, https://calceumdedu/) 에서 제공하는 배터리 충전 및 방전을 4개의 운전 환경에 따른 변화를 실험한 데이터를 기반으로 실험 진행하였다.The battery data used in the experiment was conducted based on data of experiments on changes in four operating environments of the battery charge and discharge provided by the Center for Advanced Life Cycle Engineering (CALCE) of Marland University (https: // calceumdedu /). .

배터리 데이터는 4가지의 운전환경 조건에서 실험한 데이터로 제공되며 4가지의 운전환경은 다음과 같다.The battery data is provided as the data tested under four operating conditions. The four operating environments are as follows.

- BJDST : Beijing Dynamic Stress Test-BJDST: Beijing Dynamic Stress Test

- DST : Dynamic Stress Test-DST: Dynamic Stress Test

- FUDS : Federal Urban Driving ScheduleFUDS: Federal Urban Driving Schedule

- US06 : Highway Driving Schedule-US06: Highway Driving Schedule

학습에 사용된 배터리 데이터 수는 162,081이고 테스트에 사용된 배터리 데이터 수는 25,932이다.The battery data used for training is 162,081 and the battery data used for testing is 25,932.

데이터에서 사용한 배터리의 정보는 다음의 [표 1]과 같다.The information of the battery used in the data is shown in the following [Table 1].

Figure pat00002
Figure pat00002

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 운송 수단의 고장예지 및 건전성 관리 장치의 구성을 설명하기 위한 구성도이다.10 is a configuration diagram for explaining the configuration of the failure prevention and health management device of the vehicle according to an embodiment of the present invention.

도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예들에 따른 고장예지 및 건전성 관리 장치(300)는 통신부(310), 메모리(320) 및 프로세서(330)를 포함한다. 그러나 도시된 구성요소 모두가 필수 구성요소인 것은 아니다. 도시된 구성요소보다 많은 구성요소에 의해 고장예지 및 건전성 관리 시스템이 구현될 수도 있고, 그보다 적은 구성요소에 의해서도 고장예지 및 건전성 관리 시스템이 구현될 수 있다.As illustrated in FIG. 10, the failure prediction and health management apparatus 300 according to the embodiments of the present invention includes a communication unit 310, a memory 320, and a processor 330. However, not all illustrated components are essential components. The failure prediction and health management system may be implemented by more components than the illustrated components, and the failure prediction and health management system may be implemented by fewer components.

이하, 도 10의 고장예지 및 건전성 관리 장치의 각 구성요소들의 구체적인 구성 및 동작을 설명한다.Hereinafter, specific configurations and operations of the components of the failure prediction and health management apparatus of FIG. 10 will be described.

통신부(310)는 운송 수단의 부품에 설치된 모듈과 통신한다. 여기서, 모듈은 IoT 모듈로 구현될 수 있다. The communication unit 310 communicates with a module installed in the component of the vehicle. Here, the module may be implemented as an IoT module.

메모리(320)는 적어도 하나의 프로그램을 저장한다. 메모리(320)는 모듈로부터 수신된 시계열 센서 데이터를 저장할 수 있다. 메모리(320)는 회귀 신경망의 파라미터를 저장할 수 있다.The memory 320 stores at least one program. The memory 320 may store time series sensor data received from the module. The memory 320 may store the parameters of the regression neural network.

프로세서(330)는 통신부(310) 및 메모리(320)와 연결된다. The processor 330 is connected to the communication unit 310 and the memory 320.

프로세서(330)는 적어도 하나의 프로그램을 실행함으로써, 운송 수단의 부품에 설치된 모듈로부터 시계열 센서 데이터를 수신하고, 그 수신된 시계열 센서 데이터를 이용하여 부품의 상태 추정 또는 이상징후 검출을 위한 회귀 신경망(Recurrent Neural Network)의 파라미터를 갱신하고, 그 갱신된 회귀 신경망의 파라미터가 적용된 회귀 신경망을 이용하여 운송 수단의 부품의 상태를 추정하거나 이상징후를 검출한다.By executing at least one program, the processor 330 receives time series sensor data from a module installed in a component of a vehicle, and uses the received time series sensor data to calculate a state of a part or a regression neural network for detecting an abnormal symptom ( Recurrent Neural Network) parameters are updated, and the regressive neural network to which the updated regressive neural network parameters are applied is used to estimate the state of parts of the vehicle or to detect abnormal symptoms.

실시예들에 따르면, 프로세서(330)는 시계열 센서 데이터의 단기, 중기 및 장기 데이터 중에서 적어도 하나의 데이터를 혼합한 데이터 시퀀스를 이용하여 회귀 신경망의 파라미터를 갱신할 수 있다.According to embodiments, the processor 330 may update a parameter of the regression neural network by using a data sequence obtained by mixing at least one of short, medium, and long term data of the time series sensor data.

실시예들에 따르면, 회귀 신경망은 부품의 충전 상태값(SOC, state of charge), 건강 상태값(SOH, state of health), 전력 측정값, 전압 측정값, 전류 측정값, 및 온도 측정값 중에서 적어도 하나가 포함된 입력 벡터를 입력층을 통해 입력받을 수 있다.According to embodiments, the regression neural network may include a state of charge (SOC), a state of health (SOH), a power measurement, a voltage measurement, a current measurement, and a temperature measurement of a component. An input vector including at least one may be received through the input layer.

실시예들에 따르면, 회귀 신경망은 장단기 메모리(Long Short-Term Memory, LSTM) 신경망일 수 있다.According to embodiments, the regression neural network may be a long short-term memory (LSTM) neural network.

실시예들에 따르면, LSTM 신경망은 LSTM 신경망을 이루는 셀(Cell)의 모임인 적어도 하나의 신경망 층(Layer)과, 상기 신경망 층의 각 셀의 출력을 입력으로 갖는 완전 연결(Fully Connected) 신경망을 포함할 수 있다.According to embodiments, the LSTM neural network includes at least one neural network layer, which is a collection of cells constituting the LSTM neural network, and a fully connected neural network having an input of an output of each cell of the neural network layer. It may include.

실시예들에 따르면, LSTM 신경망은 복수의 셀을 포함하는 하나의 신경망 층과, 하나의 신경망 층의 각 셀의 출력을 입력으로 갖는 완전 연결 신경망을 포함할 수 있다. 복수의 셀 각각은 상기 수신된 시계열 센서 데이터가 시계열 순으로 구분된 복수의 단기 데이터 중에서 대응되는 단기 데이터를 입력받을 수 있다.According to embodiments, the LSTM neural network may include one neural network layer including a plurality of cells and a fully connected neural network having an input of an output of each cell of one neural network layer. Each of the plurality of cells may receive short-term data corresponding to the plurality of short-term data in which the received time-series sensor data are classified in chronological order.

실시예들에 따르면, LSTM 신경망은 복수의 셀을 포함하고 순차적으로 연결된 복수의 신경망 층과, 상기 복수의 신경망 층에서 마지막에 연결된 신경망 층의 출력을 입력으로 갖는 완전 연결 신경망을 포함할 수 있다. 복수의 셀 각각은 상기 수신된 시계열 센서 데이터가 시계열 순으로 구분된 복수의 단기 데이터 중에서 대응되는 단기 데이터를 입력받을 수 있다. 복수의 신경망 층은 복수의 신경망 층 중에서 이전 차수의 신경망 층에 포함된 복수의 이전 셀 중에서 2개 이상의 이전 셀의 출력을 합쳐서 입력받는 복수의 다음 셀을 포함하는 다음 차수의 신경망 층을 포함할 수 있다.According to embodiments, the LSTM neural network may include a plurality of neural network layers including a plurality of cells and sequentially connected, and a fully connected neural network having an output of a neural network layer last connected in the plurality of neural network layers. Each of the plurality of cells may receive short-term data corresponding to the plurality of short-term data in which the received time-series sensor data are classified in chronological order. The plurality of neural network layers may include a next order neural network layer including a plurality of next cells that receive inputs of two or more previous cells from among a plurality of previous cells included in the previous order neural network layers among the plurality of neural network layers. have.

실시예들에 따르면, 완전 연결 신경망은 복수의 신경망 층에서 마지막에 연결된 신경망 층의 출력과 복수의 신경망 층에서 적어도 하나의 셀의 출력을 추가로 입력받을 수 있다.According to embodiments, the fully connected neural network may further receive an output of a neural network layer last connected in the plurality of neural network layers and an output of at least one cell in the plurality of neural network layers.

도 11 및 도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 고장예지 및 건전성 관리 시스템에서 수행되는 데이터 학습 및 데이터 테스트에 대한 순서도이다.11 and 12 are flowcharts of data learning and data testing performed in a failure prediction and health management system according to an exemplary embodiment of the present invention.

성능 평가를 위한 실험을 살펴보기로 한다.Let's look at the experiment for performance evaluation.

성능 평가를 위한 프레임웍의 학습과 테스트는 도 10 및 도 11과 같은 방식으로 진행할 수 있다.Learning and testing of the framework for performance evaluation may proceed in the same manner as in FIGS. 10 and 11.

배터리 충전 상태를 예측하는 모델은 다층 LSTM을 이용하였으며, 배터리 충전 상태를 예측함에 있어 데이터를 학습시키는 과정과 이를 검증하는 데이터 테스트 과정으로 분류될 수 있다.The model for predicting the state of charge of a battery using a multilayer LSTM is classified into a process of learning data and a data test process of verifying the state of predicting the state of charge of a battery.

도 11에 도시된 학습 과정을 살펴보기로 한다.The learning process illustrated in FIG. 11 will be described.

단계 S101에서, 고장예지 및 건전성 관리 시스템은 배터리 데이터가 담긴 파일을 읽은 다음 전류, 전압 및 온도 중에서 적어도 하나를 하나의 데이터화한다.In step S101, the failure prediction and health management system reads a file containing battery data and then converts at least one of current, voltage, and temperature into one data.

단계 S102에서, 고장예지 및 건전성 관리 시스템은 사용하는 변수들을 선언 및 초기화한다.In step S102, the failure prediction and health management system declares and initializes the variables to be used.

단계 S103에서, 고장예지 및 건전성 관리 시스템은 에포크(epoch)를 1로 지정한다.In step S103, the failure prediction and health management system designates an epoch to one.

단계 S104에서, 고장예지 및 건전성 관리 시스템은 기설정된 횟수(예컨대, 10,000번) 동안 학습 실행한다.In step S104, the failure prediction and health management system learns for a predetermined number of times (e.g., 10,000 times).

단계 S105에서, 고장예지 및 건전성 관리 시스템은 학습 과정 중 예측 값과 실제 값의 차이를 나타내는 손실 함수 값을 비교한다.In step S105, the failure prediction and health management system compares the loss function values representing the difference between the predicted value and the actual value during the learning process.

단계 S106에서, 고장예지 및 건전성 관리 시스템은 손실 함수 값이 낮은 값의 학습 상태를 저장한다.In step S106, the failure prediction and health management system stores a learning state of a value having a low loss function value.

단계 S107에서, 고장예지 및 건전성 관리 시스템은 가장 낮은 유효성 검증 오류가 있는지를 확인한다. In step S107, the failure prediction and health management system checks whether there is the lowest validation error.

단계 S108에서, 고장예지 및 건전성 관리 시스템은 가장 낮은 유효성 검증 오류 상태를 저장한다.In step S108, the failure prediction and health management system stores the lowest validation error state.

단계 S109에서, 고장예지 및 건전성 관리 시스템은 학습 과정 중 학습 시행 횟수가 기설정된 횟수(예컨대, 500)의 배수인지를 확인한다.In step S109, the failure prediction and soundness management system checks whether the number of times of learning execution in the learning process is a multiple of a predetermined number (for example, 500).

단계 S110에서, 고장예지 및 건전성 관리 시스템은 학습 시행 횟수가 기설정된 횟수(예컨대, 500)의 배수일 경우 학습 상태를 저장한다.In step S110, the failure prediction and health management system stores the learning state when the number of learning trials is a multiple of a preset number (eg, 500).

단계 S111에서, 고장예지 및 건전성 관리 시스템은 학습 과정 중 학습 시행 횟수가 기설정된 횟수(예컨대, 10,000)의 배수인지를 확인한다. In step S111, the failure prediction and soundness management system checks whether the number of times of learning execution in the learning process is a multiple of a predetermined number (eg, 10,000).

단계 S112에서, 고장예지 및 건전성 관리 시스템은 학습 시행 횟수가 기설정된 횟수(예컨대, 10,000)의 배수가 아니면, 에포크에 1을 더하고 단계 S104를 수행한다.In step S112, the failure prediction and health management system adds 1 to the epoch and performs step S104, if the number of learning trials is not a multiple of a preset number (e.g., 10,000).

이후, 고장예지 및 건전성 관리 시스템은 기설정된 횟수(예컨대, 10,000번) 학습이 완료되면 종료한다.Thereafter, the failure prediction and health management system ends when the predetermined number of times (eg, 10,000 times) learning is completed.

도 12에 도시된 테스트 과정을 살펴보기로 한다.A test process illustrated in FIG. 12 will be described.

단계 S201에서, 고장예지 및 건전성 관리 시스템은 배터리 데이터 중 테스트 데이터를 읽은 다음 전류, 전압, 온도를 하나의 데이터화한다.In step S201, the failure prediction and health management system reads the test data from the battery data and then converts the current, voltage, and temperature into one data.

단계 S202에서, 고장예지 및 건전성 관리 시스템은 손실 함수 값이 낮은 값의 저장된 상태를 읽는다.In step S202, the failure prediction and health management system reads a stored state of a value having a low loss function value.

단계 S203에서, 고장예지 및 건전성 관리 시스템은 읽은 손실 함수 값이 낮은 값의 저장된 상태에서 테스트 진행 후 결과 값을 저장한다.In step S203, the failure prediction and health management system stores the result value after the test proceeds in a state where the read loss function value is stored at a low value.

단계 S204에서, 고장예지 및 건전성 관리 시스템은 500 배수의 학습상태를 읽는다.In step S204, the failure prediction and health management system reads a learning state of 500 multiples.

단계 S205에서, 고장예지 및 건전성 관리 시스템은 테스트 진행 후 결과 값을 저장한다.In step S205, the failure prediction and health management system stores the result value after the test proceeds.

단계 S206에서, 고장예지 및 건전성 관리 시스템은 마지막 테스트 상태인지를 확인한다. In step S206, the failure prediction and health management system checks whether it is in the last test state.

고장예지 및 건전성 관리 시스템은 모든 500 배수의 학습상태에서의 테스트가 완료되면 종료한다.The failure prediction and health management system terminates when testing at all 500 multiples of learning is complete.

위와 같이 실험을 진행한 것은 손실 함수 값이 우수하지만 테스트에서는 예측 결과가 우수하지 않을 것을 가정하고 진행하였으며, 본 발명의 실시 예들에 대해 실험하였을 때 학습상태가 우수한 손실 함수 값이 가장 낮을 때의 테스트는 500 배수의 학습상태 중 가장 낮은 오류를 예측 결과와 비교하였을 때 보다 우수하지 않았다.The experiment conducted as above was performed on the assumption that the loss function value was excellent, but the prediction result was not excellent in the test. When the experiment was performed on the embodiments of the present invention, the test when the loss function value having the excellent learning state was the lowest. Was not better than the lowest error among the learning states of multiples of 500.

도 13 내지 도 16는 본 발명의 실시 예들에 대해 각 온도에서 반복 학습 과정 중 우수한 충전 상태 예측 결과 그래프를 설명하기 위한 도면이다.13 to 16 are diagrams for explaining an excellent charge state prediction result graph during an iterative learning process at each temperature for embodiments of the present invention.

도 13 내지 도 16에 도시된 그래프는 0℃, 25℃, 45℃ 그리고 모든 온도에 대해서 배터리 잔여 충전 값과 배터리 충전상태 예측한 값의 차이를 표현하고 있으며, 각 값의 차이를 평균 제곱근 오차(RMSE : Root Mean Square Error)를 사용하여 측정한 결과를 나타내고 있다.The graphs shown in FIGS. 13 to 16 express the difference between the battery remaining charge value and the battery charge state predicted value at 0 ° C., 25 ° C., 45 ° C., and all temperatures, and the difference between each value is the mean square root error ( RMSE: Root Mean Square Error

도 13은 0℃에서 반복 학습 과정 중 우수한 충전 상태 예측 결과 그래프를 나타내고 있다.FIG. 13 shows a graph of excellent state of charge prediction results during an iterative learning process at 0 ° C.

도 13은 테스트 중 0℃에서 예측이 우수한 상태에서의 예측된 결과와 실제 값의 비교 한 그래프로, 학습이 10,000일 때 실제 값과 예측된 값의 비교한 결과 1.49%의 차이를 보이며 가장 큰 오류 차이는 0.29%를 나타낸다.FIG. 13 is a graph comparing the predicted result and the actual value at the excellent prediction state at 0 ° C. during the test. The difference between the actual value and the predicted value when the learning was 10,000 was 1.49%, and the largest error. The difference represents 0.29%.

도 14는 25℃에서 반복 학습 과정 중 우수한 충전 상태 예측 결과 그래프를 나타낸다.Figure 14 shows a graph of the excellent state of charge prediction results during the iterative learning process at 25 ℃.

도 14는 테스트 중 25℃에서 예측이 우수한 상태에서의 예측된 결과와 실제 값의 비교 한 그래프로, 학습이 6,500일 때 실제 값과 예측된 값의 비교한 결과 0.75%의 차이를 보이며 가장 큰 오류 차이는 0.08%를 나타낸다.FIG. 14 is a graph comparing the predicted result and the actual value at the excellent prediction condition at 25 ° C. during the test. When the learning is 6,500, the difference between the actual value and the predicted value is 0.75% and the largest error. The difference represents 0.08%.

도 15는 45℃에서 반복 학습 과정 중 우수한 충전 상태 예측 결과 그래프를 나타낸다. Figure 15 shows a graph of the excellent state of charge prediction results during the iterative learning process at 45 ℃.

도 15는 테스트 중 45℃에서 예측이 우수한 상태에서의 예측된 결과와 실제 값의 비교 한 그래프로, 학습이 8,000일 때 실제 값과 예측된 값의 비교한 결과 0.5%의 차이를 보이며 가장 큰 오류 차이는 0.05%를 나타낸다.FIG. 15 is a graph comparing the predicted result and the actual value at the excellent prediction state at 45 ° C. during the test. The difference between the actual value and the predicted value when the learning is 8,000 is 0.5%, and the largest error The difference represents 0.05%.

도 16은 전체 온도에서 반복 학습 과정 중 우수한 충전 상태 예측 결과 그래프를 나타낸다.16 shows a graph of the result of excellent charge state prediction during the iterative learning process at all temperatures.

도 16은 0℃, 25℃, 45℃ 모든 온도에서 예측이 우수한 상태에서의 예측된 결과와 실제 값의 비교 한 그래프로, 학습이 6,500일 때 실제 값과 예측된 값의 비교한 결과 1.26%의 차이를 보이며 가장 큰 오류 차이는 0.47%를 나타낸다.FIG. 16 is a graph comparing the predicted result and the real value in the state of good prediction at all temperatures of 0 ° C., 25 ° C. and 45 ° C., and the comparison of the real value and the predicted value when the learning is 6,500 is 1.26%. The largest error difference is 0.47%.

0℃에서 배터리 충전상태 값과 예측 값은 최저 차이는 10,000번 학습된 데이터에서 테스트한 결과 RMSE 1.49%의 차이를 나타내며, 25℃에서 배터리 충전상태 값과 예측값의 가장 낮은 차이는 6,500번 학습된 데이터에서 테스트한 차이가 RMSE 0.77%, 25℃에서 배터리 충전상태 값과 예측 값의 가장 낮은 차이는 8,000번 학습된 데이터에서 테스트하여 RMSE 0.5% 차이를 보인다.At 0 ° C, the lowest difference between the battery charge value and the predicted value represents a difference of 1.49% of the RMSE as tested on 10,000 trained data, and the lowest difference between the battery charge and the predicted value at 25 ° C is 6,500 trained data. The lowest difference between RMSE 0.77% and the battery charge and predicted value at 25 ° C was tested on 8,000 trained data, showing a RMSE 0.5% difference.

0℃, 25℃, 45℃ 모든 온도에서 배터리 충전상태 값과 예측 값은 최저 차이는 6,500번 학습된 모델에서 테스트한 결과가 가장 적은 차이를 보였으며, RMSE 126%의 차이를 나타낸다.The lowest difference between the battery state of charge value and the predicted value at all temperatures of 0 ℃, 25 ℃ and 45 ℃ was the smallest difference tested in the model trained 6,500 times, representing a difference of RMSE 126%.

Figure pat00003
Figure pat00003

[표 2]는 6개 연구에서 SoC 추정 오차 비교를 나타낸다.Table 2 shows the comparison of SoC estimation errors in six studies.

[표 2]의 실험 결과는 “Long Short-Term Memory-Networks for Accurate State of Charge Estimation of Li-ion Batteries(Ephrem Chemali, Student Member, IEEE, Phillip J Kollmeyer, Member, IEEE, Matthias Preindl, Member,IEEE, Ryan Ahmed, Member, IEEE, and Ali Emadi, Fellow, IEEE)“에서 언급한 6개의 연구 비교한 수치와 견주어 보면 오차 측정은 각각 상이하여 단순 비교하기는 어려우나, 본 발명의 실시 예에 따른 실험 결과에서 25℃ 0.7%의 RMSE 오차는 본 발명의 실시 예의 25℃의 0.75% RMSE 수치보다 낮지만 위 연구는 배터리 충전 상태를 반영하지 아니하였다. 따라서 충전 및 방전을 실험에서 반영한 본 발명의 실시 예의 결과가 실제 배터리 운영 환경과 근접하며, 우수한 결과를 보였으며, 또한 0~45℃의 온도차에서 실험을 진행하여 다양한 온도상황에서의 예측이 가능한 장점을 지닐 수 있다.The experimental results in Table 2 are “Long Short-Term Memory-Networks for Accurate State of Charge Estimation of Li-ion Batteries (Ephrem Chemali, Student Member, IEEE, Phillip J Kollmeyer, Member, IEEE, Matthias Preindl, Member, IEEE) , Ryan Ahmed, Member, IEEE, and Ali Emadi, Fellow, IEEE) ”, the error measurements are different from each other in comparison with the numerical values compared with each other, but it is difficult to make a simple comparison. Experimental results according to an embodiment of the present invention. RMSE error of 0.7% at 25 ° C is lower than 0.75% RMSE of 25 ° C of the embodiment of the present invention, but the above study did not reflect the state of charge of the battery. Therefore, the result of the embodiment of the present invention reflecting the charge and discharge in the experiment is close to the actual battery operating environment, showed excellent results, and also can be predicted in various temperature conditions by performing the experiment at a temperature difference of 0 ~ 45 ℃ It can have

IoT 모듈 구현을 살펴보면, 본 발명의 실시 예에 따른 전기 트럭을 위한 IoT 기반 PHM을 위해서는 차량에 장착하여 차량 내의 센서 데이터를 통해 차량 부품의 상태 추정 등을 수행할 수 있는 IoT 모듈이 필요하다. 이 모듈은 차량 내의 VCU와 통신하여 센서의 측정치를 받기 위해서는 CAN Bus가 지원 가능해야 하며, 차량의 데이터를 클라우드 서버(Cloud Server)에 전송하기 위해서는 로컬 게이트웨이(local gateway)를 통해 Local Area Network(LAN)과 광대역 연결(broadband connection) 기능을 지원해야 한다.Looking at the implementation of the IoT module, for the IoT-based PHM for the electric truck according to an embodiment of the present invention, the IoT module that can be mounted on the vehicle to perform the estimation of the state of the vehicle parts through the sensor data in the vehicle. This module must be able to support CAN Bus to communicate with the VCU in the vehicle to receive the sensor's measurements, and through the local gateway to transfer the vehicle's data to the Cloud Server. ) And broadband connection.

이를 위해, 본 발명의 실시 예에서는 PHM을 위한 충분한 계산 성능, VCU와의 통신이 가능한 CAN 통신, 클라우드 서버(Cloud Server)와도 무선 통신 등 다양한 필요 성능을 만족할 수 있다.To this end, in an embodiment of the present invention, various necessary performances such as sufficient calculation performance for PHM, CAN communication capable of communicating with the VCU, and wireless communication with a cloud server may be satisfied.

도 17은 본 발명의 실시 예들에 따른 IoT 기반의 PHM 시스템의 전체 구성도를 설명하기 위한 도면이다.17 is a view for explaining the overall configuration of the IoT-based PHM system according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시 예들에 따른 IoT 기반 고장예지 및 건전성 관리 시스템은 운송 수단(예컨대, 전기 트럭)에 장착된 각 부품들의 상태에 대한 IoT 기반의 실시간 이상 징후 검출과 장기 고장 예측를 통해 각 부품들을 효율적으로 유지/보수 및 교체함으로써, 개발할 전기 트럭의 신뢰성을 확보할 수 있다. 여기서, 본 발명의 실시 예들에서는 신뢰성을 확보하기 위해, 모델 기반과 데이터 기반(Data-Driven) 접근방법을 결합하는 딥 러닝(Deep Learning) 기반의 이상 징후 검출 및 장기 고장 예측 시스템에 관한 것이다. 이는 차량의 각 부품들이 실시간으로 생성하는 자신의 상태에 대한 정보는 그 데이터의 양이 방대한 빅데이터로서 최근 부상하고 있는 딥 러닝을 활용하여 보다 효과적이고 효율적으로 처리할 수 있다.IoT based failure prediction and health management system according to embodiments of the present invention efficiently detects each component through IoT-based real-time abnormality detection and long-term failure prediction of the status of each component mounted on the vehicle (eg electric truck) By maintaining and replacing, you can ensure the reliability of the electric truck you are developing. Here, embodiments of the present invention relates to a deep learning-based abnormal symptom detection and long-term failure prediction system that combines a model-based and data-driven approach to ensure reliability. This means that the information about the state of each part of the vehicle generated in real time can be processed more effectively and efficiently by utilizing the deep learning which is emerging as a big data with a large amount of data.

본 발명의 실시 예들을 통해 제안하는 IoT 기반 고장 예지 기술을 구현한 PHM 시스템은 도 17과 같이 차량의 각 부품들, 차량에 장착된 IoT 모듈 그리고 클라우드 서버로 구성되며, 각 구성 요소의 역할은 다음과 같다. The PHM system that implements the IoT-based fault prediction technology proposed through the embodiments of the present invention is composed of each component of the vehicle, an IoT module mounted on the vehicle, and a cloud server as shown in FIG. 17. Same as

차량의 각 부품들은 차량의 신뢰성 확보를 위해, 유지/보수 및 교체될 대상이며, 실시간으로 자신들의 상태에 대한 정보를 IoT 모듈에 전송함. 이 정보들이 축적되어 차량 상태에 대한 빅데이터를 형성한다.Each part of the vehicle is to be maintained and repaired to ensure the reliability of the vehicle, and transmits information about their status to the IoT module in real time. This information is accumulated to form big data about the state of the vehicle.

차량에 장착된 IoT 모듈은 차량의 각 부품들로부터 전송되는 빅데이터를 클라우드 서버에 전송하고, 실시간 데이더를 기반으로 부품들의 이상 징후 검출 및 경고 메시지를 차량의 디지털 클러스터와 사용자의 스마트폰에 전송한다.The IoT module installed in the vehicle transmits big data transmitted from each component of the vehicle to the cloud server, and transmits abnormal sign detection and warning messages of the components to the digital cluster of the vehicle and the user's smartphone based on real-time data. do.

클라우드 서버는 IoT 모듈에서 인터넷을 통해 전송되는 각 부품들의 빅데이터 정보를 저장하고, 장기간을 고려한 고장 예측 정보를 사용자의 스마트폰에 전송할 수 있다. 클라우드 서버에 저장된 빅데이터 정보를 기반으로 고장 예지 시스템 내의 딥 러닝 네트워크(Deep Learing Network)를 주기적으로 학습시킬 수 있다. 학습된 네트워크(Network)의 가중치(Weight)를 이용하여 IoT 모듈의 이상 징후 검출 및 경고 시스템 내에 위치한 딥 러닝 네트워크(Deep Learning Network)의 가중치(Weight)를 업데이트할 수 있다.The cloud server may store big data information of each component transmitted from the IoT module through the Internet and transmit failure prediction information considering the long term to the user's smartphone. Based on the big data information stored in the cloud server, the deep learning network in the failure prediction system may be periodically learned. The weight of the deep learning network located in the abnormal symptom detection and warning system of the IoT module may be updated using the weight of the learned network.

위에서 언급한 구성 요소들의 개발을 위한 세부적인 내용은 다음과 같다.Details on the development of the above-mentioned components are as follows.

본 발명의 실시 예에서는 차량의 운행패턴 및 동력부하를 패턴을 분석하여 차량 점검시기를 파악할 수 있는 IoT 기반의 지능형 고장 예지 기술이 포함될 수 있다.The embodiment of the present invention may include an IoT-based intelligent failure prediction technology that can determine the vehicle inspection time by analyzing the driving pattern and the power load pattern of the vehicle.

본 발명의 실시 예에서는 전기 트럭의 각종 부품 상태 및 동작/환경 조건을 측정하는 센서 데이터를 수집하는 IoT 모듈이 포함될 수 있다.In an embodiment of the present invention, an IoT module for collecting sensor data for measuring various parts states and operation / environmental conditions of an electric truck may be included.

본 발명의 실시 예에서는 수집된 데이터를 기반으로 컴포넌트 방식(Component-wise), 서브시스템 방식(Subsystem-wise) 및 시스템 방식(System-wise) 이상 징후(Anomalies: Point Anomalies, Collective Anomalies 및 Contextual Anomalies 포함) 실시간 검출 및 경고 시스템이 포함될 수 있다.Embodiments of the present invention include component-wise, subsystem-wise, and system-wise anomalies based on collected data, including point anomalies, collective anomalies, and contextual anomalies. Real time detection and warning system may be included.

본 발명의 실시 예에서는 이상 징후 검출 결과와 고장 트리 분석(Fault Tree Analysis, FTA)을 연결하여 고장 모드/메커니즘을 분석하는 시스템이 포함될 수 있다.In an embodiment of the present invention, a system for analyzing a failure mode / mechanism by connecting a fault indication result and a fault tree analysis (FTA) may be included.

상기 결과를 기반으로 컴포넌트 방식(Component-wise), 서브시스템 방식(Subsystem-wise) 및 시스템 방식(System-wise) 고장 예지 및 잔여 수명(Remaining Useful Lifetime, RUL) 예측을 가능하게 하는 통합 PHM 시스템이 포함될 수 있다.Based on the results, there is an integrated PHM system that enables component-wise, subsystem- and system-wise fault prediction and remaining useful lifetime (RUL) prediction. May be included.

본 발명의 실시 예에서는 PHM을 적용하는 부품 및 하위 시스템의 선정은 Critical to Quality (CTQ)와 Critical to Customer (CTC)에 기반할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the selection of parts and subsystems to which the PHM is applied may be based on Critical to Quality (CTQ) and Critical to Customer (CTC).

본 발명의 실시 예에서는 포인트 이상(Point Anomalies), 집합 이상(Collective Anomalies) 및 문맥 이상(Contextual Anomalies)을 포함하는 이상 징후와 고장 예지를 통한 PHM 기능을 구현하는 핵심 엔진으로서 새로운 구조의 딥 러닝 네트워크(Deep Learning Network)인 딥 양방향 장단기 메모리 변이 자동 인코더 네트워크(Deep Bidirectional Long-Short Term Memory Variational Auto Encoder Network, DB-LSTM-VAE)를 구현할 수 있다.In an embodiment of the present invention, a deep learning network with a new structure as a core engine for implementing PHM functions through anomaly indication and fault prediction including point anomalies, collective anomalies, and contextual anomalies Deep Bidirectional Long-Short Term Memory Variational Auto Encoder Network (DB-LSTM-VAE).

본 발명의 실시 예에서는 인터넷으로 연결된 IoT 모듈과 클라우드 서버를 통하여 차량 운행 기록 및 시뮬레이션 기반 데이터 수집하고, Deep Learning Network 기반 PHM 시스템의 온라인 미세 조정 및 성능 향상이 포함될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, vehicle driving records and simulation-based data are collected through an IoT module and a cloud server connected to the Internet, and online fine tuning and performance improvement of a Deep Learning Network-based PHM system may be included.

본 발명의 실시 예에서는 컴포넌트 방식(Component-wise), 서브시스템 방식(Subsystem-wise) 및 시스템 방식(System-wise) 통합 PHM 시스템의 이상 징후 검출, 고장 모드/메커니즘 분석, 고장 예지 및 RUL 예측에 대한 시뮬레이션 및 실 데이터 기반 성능 평가 수행이 포함될 수 있다.In an embodiment of the present invention, anomaly detection, failure mode / mechanism analysis, failure prediction, and RUL prediction of component-wise, subsystem-wise, and system-wise integrated PHM systems are provided. Simulation and real data based performance evaluation.

Bidirectional Long-Short Term memory (BLSTM)은 입력 시퀀스(input sequence)의 시간 동적(temporal dynamics) 변화를 성공적으로 모델링한 연구결과가 있으며, 가변적인 주기의 조건에서 관련 특징(relevant feature)을 성공적으로 추출할 수 있다. 이 추출된 특징(feature)들은 정확한 시간 모델링(temporal modeling)과 예측하는데 사용될 수 있다. 양방향 LSTM 구조는 전방향과 역방향의 연속적인 의존(sequential dependencies) 모두를 학습하기 때문에, 예측 정확도에서 Bidirectional LSTM 구조는 LSTM 구조보다 뛰어난 성능을 보일 수 있다.Bidirectional Long-Short Term Memory (BLSTM) has been successfully modeled for changes in temporal dynamics of input sequences, and successfully extracts relevant features under variable period conditions. can do. These extracted features can be used for accurate temporal modeling and prediction. Because bidirectional LSTM structures learn both forward and reverse sequential dependencies, Bidirectional LSTM structures can outperform LSTM structures in prediction accuracy.

다양한 레벨의 지역/추상/일시적 기간(locality/abstractions/temporal-period)을 가진 특징을 추출하기 위해, 본 발명의 실시 예에서는 프레임웍에서는 향후 데이터의 복원 및 예측을 위한 DB-LSTM Decoder를 내포한 Deep Bidirectional Long Short Term Memory (DB-LSTM) Variational Auto Encoder를 구현할 수 있다. Variational Auto Encoders (VAE)는 Raw 영상에서 high-abstract features를 추출하기 위한 비감독 학습에 매우 적합하며, 본 발명의 실시 예에서는 이 VAE를 아래와 같이 DB-LSTM과 결합하여 확장할 수 있다.In order to extract features having various levels of locality / abstractions / temporal-period, in the embodiment of the present invention, the framework includes a DB-LSTM Decoder for restoring and predicting future data. Bidirectional Long Short Term Memory (DB-LSTM) Variational Auto Encoder can be implemented. Variational Auto Encoders (VAE) are well suited for non-supervised learning to extract high-abstract features from raw images. In an embodiment of the present invention, this VAE can be extended by combining with DB-LSTM as follows.

한 주기에 누적된 데이터를 입력 영상으로 작성한다.Data accumulated in one cycle is created as an input image.

콘볼루션 레이어(Convolutional Layer)를 가진 DB-LSTM을 이용하여 추출된 특징의 Cross-section Time-series에 대한 동적 특성을 모델링한다.Dynamic characteristics of the cross-section time-series of the extracted features are modeled using DB-LSTM with convolutional layer.

이상 징후는 크게 Point, Collective 그리고 Contextual 이상 징후로 나눌 수 있다. 그리고 이 이상 징후들은 다양한 길이의 시간 윈도우를 적용한 LSTM-VAE와 Latent Space Association VAE (LSA-VAE) 프레임웍의 학습에서 추출된 Feature를 통해 얻은 통계적 특성을 기반으로 이상 징후를 검출한다.Anomaly can be divided into Point, Collective and Contextual Anomaly. These anomalies are detected based on statistical characteristics obtained from features extracted from learning of LSTM-VAE and Latent Space Association VAE (LSA-VAE) frameworks with varying time windows.

LSA-VAE과 DB-LSTM-VAE를 결합하여 Contextual 이상 징후를 검출한다.LSA-VAE and DB-LSTM-VAE are combined to detect signs of contextual abnormality.

DB-LSTM-VAE을 사용하여 장시간의 사이클에 대한 예측을 수행한다.Make predictions for long cycles using DB-LSTM-VAE.

본 발명의 실시 예에서는 배터리 PHM을 위한 이상 징후 검출이 포함될 수 있다.In an embodiment of the present invention, abnormal indication detection for the battery PHM may be included.

이상 징후는 부품이 정상적인 특성과 맞지 않는 이상 작동으로서 정의되며, 이상 징후가 있다고 반드시 고장이 발생하는 것은 아니지만, 모든 고장은 이상 징후에 의해 발생한다.An anomaly is defined as an abnormal operation in which a part does not meet its normal characteristics, and a failure is not necessarily a failure, but all failures are caused by an anomaly.

이상 징후는 크게 3가지 타입으로 나눌 수 있음 : 포인트(Point), 집합(Collective) 그리고 문맥(Contextual) 이상 징후로 나누어 진다.Anomalies can be divided into three types: point, collective and contextual anomalies.

포인트(Point) 이상 징후는 현재의 순간적인 시점에서 정상적인 동작 범위를 벗어나는 변수가 존재함을 의미한다.Point anomaly sign means that there is a variable that is out of the normal operation range at the present moment.

집합(Collective) 이상 징후는 일정 주기에 대한 변수의 패턴이 이상 징후 패턴과 유사한 것을 의미한다.Collective anomaly means that the pattern of variables over a period of time is similar to the anomaly pattern.

문맥(Contextual) 이상 징후는 주어진 문맥(Context) 조건에서의 변수의 패턴이 이상 징후 패턴과 유사한 것을 의미한다.Contextual anomaly means that the pattern of variables in a given context condition is similar to the anomaly pattern.

이상 징후는 예기치 않은 상황이고 자주 발생하는 상황도 아니기 때문에, 모든 이상 징후에 대한 사전 데이터가 소수인 상태이며, 이런 조건에서 수행되는 이상 징후 검출은 도전적인 과제임. 모든 학습을 통해 추출된 Feature의 통계적 특성을 저장하고, 이 저장된 통계적 특성을 이상 징후를 나타내는 시간 인터벌(Time Interval)로부터 추출된 이상 징후의 특징(Feautre)을 검출하는데 사용한다.Because anomalies are unexpected and not frequent, there is a small amount of prior data on all anomalies, and detection of anomalies under these conditions is a challenging task. The statistical characteristics of the feature extracted through all the learning are stored, and the stored statistical characteristic is used to detect the feature of the abnormality extracted from the time interval representing the abnormality.

이상 징후 특징(Feature)의 깊이에 따라 다른 형태의 이상징후를 정의할 수 있음. 예를 들어, 얕은 레이어(Shallow Layer)에서 검출된 이상 징후는 Point 이상 징후에 상응하고, 반면에 딥 레이어(Deeper Layer)에서 검출된 이상 징후는 Collective 이상 징후에 상응함. LSA-VAE을 이용하여 환경과 동작 상태를 조건으로 한 고차원의 Feature 공간을 생성하며, Contextual 이상 징후를 검출하기 위해 이 환경 조건을 기반으로 추출된 Feature의 통계적 특성을 이용한다.Abnormal Signs You can define different types of abnormal signs depending on the depth of the feature. For example, abnormal signs detected in the shallow layer correspond to Point abnormal signs, while abnormal signs detected in the Deep Layer correspond to Collective abnormal signs. LSA-VAE is used to create a high-level feature space under conditions of environment and operation, and uses the statistical characteristics of features extracted based on this environmental condition to detect Contextual anomalies.

리튬-이온 배터리를 위한 이상 징후 검출 알고리즘을 개발하고 적용할 예정이다.An anomaly detection algorithm for lithium-ion batteries will be developed and applied.

IoT 모듈 구현을 살펴보기로 한다.Let's look at the IoT module implementation.

센서 데이터를 처리하기 위해 필요한 계산 부하와 센서 데이터를 저장하기 위해서는 계산용 플랫폼이 필요하다. 이런 플랫폼은 CAN Bus를 통해 센서의 측정치를 받을 수 있어야 할 뿐만 아니라, 로컬 게이트웨이(local gateway)를 통해 Local Area Network (LAN)과 브로드밴드 연결(broadband connection)을 이용하여 VCU 그리고 클라우드 서버(Cloud Server)와도 각각 통신이 가능해야 한다. 이를 위해, 본 발명의 실시 예에서는 충분한 계산 성능을 가진 플랫폼인 IoT 모듈을 이용하고자 할 예정이며, 이 IoT 모듈은 데이터의 수집, 저장, 처리 및 VCU와 클라우드 서버에 전송이 가능하다. 전기 트럭을 위한 IoT 기반 PHM은 IoT 기반 운전자 보조를 위한 예측 기능을 제공할 뿐만 아니라 전기 트럭 회사를 위한 사용자 서비스도 제공한다. A computational platform is needed to store the computational load and sensor data needed to process the sensor data. These platforms not only need to be able to receive sensor measurements via the CAN Bus, but also the VCU and Cloud Servers using local area networks (LANs) and broadband connections through local gateways. Each must be able to communicate with each other. To this end, an embodiment of the present invention intends to use an IoT module, which is a platform having sufficient computational performance, which can collect, store, process, and transmit data to a VCU and a cloud server. IoT-based PHMs for electric trucks not only provide predictive capabilities for IoT-based driver assistance, but also provide user services for electric truck companies.

도 18은 EV의 PHM 시스템에서의 IoT 모듈의 개념도를 보여주고 있다. 18 shows a conceptual diagram of an IoT module in an EV's PHM system.

개발 툴 킷을 이용하여 실험을 진행할 예정이다. 이 실험에서 인위적인 센서 데이터를 툴 킷에 적용하여 시스템의 성능을 평가할 계획이다. 아래의 오른쪽 그림은 IoT 모듈 실험 개념도이며, 아래의 표는 IoT Module로 사용 가능한 다양한 시스템들의 비교 자료이다.We will be experimenting with the development toolkit. In this experiment, we plan to apply artificial sensor data to the toolkit to evaluate the performance of the system. The right figure below is a conceptual diagram of IoT module experiment, and the table below is a comparison of various systems that can be used as IoT modules.

IoT 모듈과 클라우드 서버의 통합을 살펴보기로 한다.Let's look at the integration of IoT modules with cloud servers.

IoT 모듈과 클라우드 서버가 사용가능한 PHM 프레임웍의 통합을 수행하며, 시뮬레이션 데이터 기반의 실험을 진행할 예정이다. 이때 IoT 모듈은 측정된 센서 데이터를 수집하고 실시간으로 이상 징후 검출을 수행함. 또한 IoT 모듈은 PHM을 통한 고장 모드/메커니즘 분석과 고장 예지, 데이터 기록, DB-LSTM-VAE의 미세 조정을 위해 수집된 데이터를 클라우드 서버에 전송한다.The IoT module and cloud server will integrate the PHM framework available and will conduct experiments based on simulation data. At this time, the IoT module collects the measured sensor data and performs anomaly detection in real time. The IoT module also transmits the collected data to the cloud server for failure mode / mechanism analysis, failure prediction, data logging, and fine tuning of the DB-LSTM-VAE via PHM.

고장 예지를 위한 알고리즘 개발을 살펴보기로 한다.Let's look at the development of algorithms for fault prediction.

이상 징후 검출을 위한 특징을 추출하는 것을 목적으로 한 측정치의 특성을 모델링하기 위해 DB-LSTM-VAE을 개발하였으며, State Of Health (SOH)와 같은 고장 예지 Criteria를 예측하기 위해 개발된 DB-LSTM-VAE 네트웍을 확장한다. 이를 위해, DB-LSTM의 디코더(Decoder)를 다시 학습시키고, 아래의 그림과 같이 입력의 Interval을 재구성하는 것보다 미래의 인터벌(interval)을 재구성하여 고장 예치를 수행한다.DB-LSTM-VAE was developed to model the characteristics of measurements aimed at extracting features for the detection of anomalies, and DB-LSTM- was developed to predict failure prediction criteria such as State Of Health (SOH). Expand your VAE network. To do this, re-learn the decoder of DB-LSTM, and perform fault deposit by reconfiguring future intervals rather than reconfiguring the input intervals as shown below.

도 19는 본 발명의 실시 예에 따른 고장 예지를 위한 DB-LSTM-VAE의 확장을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 19 is a diagram illustrating an extension of DB-LSTM-VAE for fault prediction according to an embodiment of the present invention. FIG.

배터리를 위한 PHM 시스템 완성을 살펴보기로 한다.Let's look at completing a PHM system for a battery.

리튬-이온 배터리의 내부 상태 변수들은 외부 센서로 측정하는 것이 불가능하기 때문에, 리튬-이노 배터리의 CBM/PHM은 쉬운 작업이 아니다. CBM/PHM을 수행하기 위해서는 State of Charge (SOC), State of Health (SOH), Remaining Useful Life (RUL), Time of Failure(ToF) 등의 값들이 추정되어야 하며, 이 값들의 예측치도 필요하다. 비록 최근의 Battery Management Systems (BMS)은 SOC와 SOH를 추정하는 것은 가능하나, RUL을 정확하게 예측하는 것은 아직 힘든 상태이다.Since the internal state variables of a lithium-ion battery cannot be measured with an external sensor, the CBM / PHM of a lithium-ino battery is not an easy task. In order to perform CBM / PHM, values of State of Charge (SOC), State of Health (SOH), Remaining Useful Life (RUL), and Time of Failure (ToF) must be estimated. Although recent Battery Management Systems (BMS) are able to estimate SOC and SOH, it is still difficult to accurately predict RUL.

본 발명의 실시 예에서는 DB-LSTM-VAE를 이용하여 배터리 PHM의 시간 변화에 따른 동적 특성을 모델링하고 배터리 PHM의 변수들, 특히 SOH에 대한 향후 변화를 예측한다. 이 방법은 가변 구조를 가지고 있어 다양한 잠재적 공간에 대한 예측이 가능하며, 예측 평균과 분산을 계산할 수 있음. Expert-defined failure threshold를 기반으로 예측된 향후 변화를 이용하여 Remaining Useful Life (RUL)의 확률적 추정을 수행한다. 아래의 표는 제안한 리튬-이온 배터리를 위한 PHM의 입력과 출력을 나타내고 있다.In an embodiment of the present invention, the DB-LSTM-VAE is used to model the dynamic characteristics of the battery PHM over time and to predict future changes in the variables of the battery PHM, particularly SOH. This method has a variable structure that can predict various potential spaces, and calculate the predicted mean and variance. Probability estimation of Remaining Useful Life (RUL) is performed using predicted future changes based on Expert-defined failure threshold. The table below shows the input and output of the PHM for the proposed lithium-ion battery.

Figure pat00004
Figure pat00004

[표 3]은 리튬-이온 배터리를 위한 PHM의 입출력을 나타낸다.Table 3 shows the input and output of PHM for lithium-ion batteries.

충전기/모터 1, 2를 위한 PHM를 살펴보기로 한다.Let's look at the PHMs for chargers / motors 1 and 2.

충전기와 모터를 위한 PHM의 이상 징후 검출, 고장 모드/메커니즘 분석, 고장 예지를 위해 DB-LSTM-VAE를 학습시키고, 이때 입력과 출력은 다음과 같다.The DB-LSTM-VAE is trained to detect abnormal signs of PHM for chargers and motors, analyze failure modes / mechanisms, and predict failures. The inputs and outputs are as follows.

Figure pat00005
Figure pat00005

Figure pat00006
Figure pat00006

[표 4]는 충전기/머터 1, 2를 위한 PHM의 입출력을 나타낸다.Table 4 shows the input and output of the PHM for the charger / mutter 1, 2.

전기 트럭 시스템의 복잡성으로 인해 개별 부품들의 원(Raw) 데이터로부터 전기 트럭 시스템을 모델링하는 것은 매우 어려우며, 이는 전기 트럭 시스템의 PHM이 개별 부품들의 PHM에 대한 모델 의존성이 매우 낮음을 의미한다. 이를 위해, 본 발명의 실시 예에서는 Critical to Quality (CTQ)와 Critical to Customer (CTC)로 정의된 하위 시스템을 가진 계층 구조로 시스템을 나타내고, 부품들의 그룹에 대한 Feature와 하위 시스템의 특징 풀(Feature Pool)을 융합하기 위해 딥 앙상블 퓨전(Deep Ensemble Fusion) 기법을 적용한다. 그리고 이 하위 시스템의 특징 풀은 다른 하위 시스템의 특징 풀(Feature Pool)과 결합되어 전기 트럭의 PHM 특징 풀(Feature Pool)을 형성한다.Due to the complexity of the electric truck system, it is very difficult to model the electric truck system from the raw data of the individual parts, which means that the PHM of the electric truck system has a very low model dependency on the individual parts' PHM. To this end, an embodiment of the present invention represents a system in a hierarchical structure with sub-systems defined as Critical to Quality (CTQ) and Critical to Customer (CTC), and features for groups of parts and feature pools of sub-systems. Deep Ensemble Fusion is applied to fuse the pool. The feature pool of this subsystem is then combined with the feature pool of other subsystems to form the PHM feature pool of the electric truck.

도 20은 계층 구조를 갖는 딥 앙상블 퓨전 구성도를 설명하기 위한 도면이다.20 is a diagram for describing a deep ensemble fusion configuration diagram having a hierarchical structure.

다음과 같은 하위 시스템의 PHM에 대한 학습을 진행한다. Proceed with learning about PHM of the following subsystems.

전기적 하위 시스템 : 배터리와 충전기Electrical subsystem: battery and charger

모터 하위 시스템 : 모터 1과 모터 2Motor Subsystem: Motor 1 and Motor 2

전기 트럭을 위한 PHM 하위 시스템 완성을 살펴보기로 한다.Let's look at the completion of a PHM subsystem for an electric truck.

본 발명의 실시 예에서는 에어컨, 에어 브레이크, 파워 테이크오프(Power Take-off, PTO) 그리고 전기 파워 스티어링(Electric Power Steering, EPS) 부품에 대한 DB-LSTM_VAE 학습을 통해 컴포넌트 기반(Component-based PHM)을 완성하고, 제어 하위 시스템의 PHM 융합에 대한 학습을 통해 하위 시스템의 PHM이 포함될 수 있다.In an embodiment of the present invention, component-based PHM is performed through DB-LSTM_VAE learning on an air conditioner, an air brake, a power take-off (PTO), and an electric power steering (EPS) component. And the PHM of the subsystem may be included through learning about the PHM fusion of the control subsystem.

또한, 하위 시스템과 전기 트럭 시스템의 필요충분 특징(Feature) 만을 융합함으로써, 하위 시스템과 전기 트럭의 PHM 성능 강화를 위한 딥 앙상블 퓨전(Deep Ensemble Fusion)에 대한 새로운 주의/적합성(Attention/Affordance) 메커니즘이 포함될 수 있다.In addition, a new Attention / Affordance mechanism for deep ensemble fusion to enhance the PHM performance of subsystems and electric trucks by fusing only the necessary features of the subsystem and the electric truck system. This may be included.

본 발명의 실시 예에서는 에어컨/브레이크/PTO/EPS를 위한 PHM이 포함될 수 있다.In an embodiment of the present invention, a PHM for an air conditioner / brake / PTO / EPS may be included.

에어컨/브레이크/PTO/EPS를 위한 PHM의 이상 징후 검출, 고장 모드/메커니즘 분석, 고장예지를 위해 DB-LSTM-VAE를 학습시키고, 이때 입력과 출력은 다음과 같다.DB-LSTM-VAE is trained to detect abnormal signs of PHM for air conditioner / brake / PTO / EPS, failure mode / mechanism analysis, and predictive failure, where input and output are as follows.

Figure pat00007
Figure pat00007

[표 5]는 에어컨/브레이크/PTO/EPS를 위한 PHM의 입출력을 나타낸다.[Table 5] shows the input / output of PHM for air conditioner / brake / PTO / EPS.

본 발명의 실시 예에서는 제어 하위 시스템을 위한 PHM이 포함될 수 있다.In an embodiment of the present invention, a PHM for a control subsystem may be included.

주의/적합성(Attention/Affordance) 기반 딥 앙상블 퓨전(Deep Ensemble Fusion) 기법을 적용하여 에어컨/브레이크/PTO/EPS를 제어 하위 시스템과 융합하고, 제어 하위 시스템의 PHM을 위한 크로스-섹션 시간-시리즈 특징 풀(Cross-section Time-series Feature Pool)을 생성한다.Apply Attention / Affordance-based Deep Ensemble Fusion technique to fuse air conditioning / brake / PTO / EPS with the control subsystem and cross-section time-series features for the PHM of the control subsystem Create a cross-section time-series feature pool.

본 발명의 실시 예에서는 자가생성 데이터와 외부에서 수집된 데이터 기반 DB-LSTM-VAE의 미세 조정을 위한 알고리즘이 포함될 수 있다.In an embodiment of the present invention, an algorithm for fine tuning of self-generated data and externally collected data-based DB-LSTM-VAE may be included.

앞에서 언급했듯이, 이상 징후가 있다고 해서 반드시 고장이 발생하는 것은 아니나, 이상 징후는 학습하는 동안에 보이지 않았던 새로운 특성을 의미한다. 본 발명의 실시 예에서 개발하는 프레임웍의 성능을 향상시키기 위해, 실시간 학습 기능을 이용할 수 있다. 실시간 학습을 통해, 새로운 측정치를 정의하고, 자가 학습에 사용한다. 더욱이, 클라우드 기반 서버는 전기 트럭의 운용/자동 오프라인 학습/정기적인 업데이트로부터 얻어진 PHM 데이터를 기록하기 때문에 DB-LSTM-VAE는 클라우드 서버에 구축이 될 수 있다. 앞에서 언급한 다양한 데이터 소스들로부터 얻은 데이터는 계속적으로 업데이트 및 축적이 이루어지며, DB-LSTM-VAE 네트웍의 변수들은 점진적인 미세 조정을 통해 강화되며 네트웍의 성능은 향상될 수 있다.As mentioned earlier, the presence of anomalies does not necessarily cause a breakdown, but an anomaly means a new characteristic that was not seen during learning. In order to improve the performance of the framework developed in the embodiment of the present invention, a real-time learning function may be used. Through real-time learning, new measurements are defined and used for self-learning. Moreover, the DB-LSTM-VAE can be built on a cloud server because the cloud-based server records the PHM data obtained from the operation of the electric truck / automatic offline learning / regular updates. Data from the various data sources mentioned above is constantly updated and accumulated, and the parameters of the DB-LSTM-VAE network can be enhanced through gradual fine tuning and the network performance can be improved.

도 21은 자가생성 데이터와 외부에서 수집된 데이터 기반 DB-LSTM-VAE의 미세 조정 방법을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 21 illustrates a method for fine tuning self-generated data and data-based DB-LSTM-VAE collected externally.

본 발명의 실시 예에서는 전기 트럭을 위한 전체적인 PHM 시스템을 포함하고, 클라우드 기반 DB-LSTM-VAE의 미세 조정을 구현하며, 실제 테스트베드(Test-bed)에서 개발된 PHM의 성능을 평가할 수 있다.In the embodiment of the present invention, the overall PHM system for an electric truck, implements fine-tuning of the cloud-based DB-LSTM-VAE, and can evaluate the performance of the PHM developed in the actual test-bed.

상술한 본 발명의 실시 예들에 따른 운송 수단의 부품에 대한 고장예지 및 건전성 관리 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현되는 것이 가능하다. 본 발명의 실시 예들에 따른 운송 수단의 부품에 대한 고장예지 및 건전성 관리 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록될 수 있다.The failure prediction and health management method for the parts of the vehicle according to the embodiments of the present invention described above may be implemented as computer readable codes on a computer readable recording medium. Failure prediction and health management method for the parts of the vehicle according to the embodiments of the present invention may be implemented in the form of program instructions that can be executed by various computer means may be recorded on a computer-readable recording medium.

프로세서에 의해 실행 가능한 적어도 하나의 프로그램을 포함하는 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체로서, 상기 적어도 하나의 프로그램은 상기 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 프로세서로 하여금: 운송 수단의 부품에 설치된 단말로부터 시계열 센서 데이터를 수신하고, 상기 수신된 시계열 센서 데이터를 이용하여 상기 부품의 상태 추정 또는 이상징후 검출을 위한 회귀 신경망(Recurrent Neural Network)의 파라미터를 갱신하고, 상기 갱신된 회귀 신경망의 파라미터가 적용된 회귀 신경망을 이용하여 상기 운송 수단의 부품의 상태를 추정하거나 이상징후를 검출하게 하는 명령어들을 포함하는, 비 일시적 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체가 제공될 수 있다.A non-transitory computer readable storage medium comprising at least one program executable by a processor, wherein the at least one program, when executed by the processor, causes the processor to: time-series sensor data from a terminal installed on a component of a vehicle; Receive a, update the parameters of the recurrent neural network for the estimation of the state of the component or the detection of abnormal symptoms using the received time series sensor data, and using the regression neural network to which the parameters of the updated regression neural network is applied A non-transitory computer readable storage medium can be provided that includes instructions to estimate a state of a part of the vehicle or to detect an abnormal symptom.

컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체로는 컴퓨터 시스템에 의하여 해독될 수 있는 데이터가 저장된 모든 종류의 기록 매체를 포함한다. 예를 들어, ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 자기 테이프, 자기 디스크, 플래시 메모리, 광 데이터 저장장치 등이 있을 수 있다. 또한, 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체는 컴퓨터 통신망으로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 읽을 수 있는 코드로서 저장되고 실행될 수 있다.Computer-readable recording media include all kinds of recording media having data stored thereon that can be decrypted by a computer system. For example, there may be a read only memory (ROM), a random access memory (RAM), a magnetic tape, a magnetic disk, a flash memory, an optical data storage device, and the like. The computer readable recording medium can also be distributed over computer systems connected over a computer network, stored and executed as readable code in a distributed fashion.

이상, 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위가 상기 도면 또는 실시예에 의해 한정되는 것을 의미하지는 않으며 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. As described above with reference to the drawings and examples, it does not mean that the scope of protection of the present invention is limited by the above drawings or embodiments, and those skilled in the art are skilled in the art It will be understood that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope.

구체적으로, 설명된 특징들은 디지털 전자 회로, 또는 컴퓨터 하드웨어, 펌웨어, 또는 그들의 조합들 내에서 실행될 수 있다. 특징들은 예컨대, 프로그래밍 가능한 프로세서에 의한 실행을 위해, 기계 판독 가능한 저장 디바이스 내의 저장장치 내에서 구현되는 컴퓨터 프로그램 제품에서 실행될 수 있다. 그리고 특징들은 입력 데이터 상에서 동작하고 출력을 생성함으로써 설명된 실시예들의 함수들을 수행하기 위한 지시어들의 프로그램을 실행하는 프로그래밍 가능한 프로세서에 의해 수행될 수 있다. 설명된 특징들은, 데이터 저장 시스템으로부터 데이터 및 지시어들을 수신하기 위해, 및 데이터 저장 시스템으로 데이터 및 지시어들을 전송하기 위해, 결합된 적어도 하나의 프로그래밍 가능한 프로세서, 적어도 하나의 입력 디바이스, 및 적어도 하나의 출력 디바이스를 포함하는 프로그래밍 가능한 시스템 상에서 실행될 수 있는 하나 이상의 컴퓨터 프로그램들 내에서 실행될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 소정 결과에 대해 특정 동작을 수행하기 위해 컴퓨터 내에서 직접 또는 간접적으로 사용될 수 있는 지시어들의 집합을 포함한다. 컴퓨터 프로그램은 컴파일된 또는 해석된 언어들을 포함하는 프로그래밍 언어 중 어느 형태로 쓰여지고, 모듈, 소자, 서브루틴(subroutine), 또는 다른 컴퓨터 환경에서 사용을 위해 적합한 다른 유닛으로서, 또는 독립 조작 가능한 프로그램으로서 포함하는 어느 형태로도 사용될 수 있다.Specifically, the described features may be implemented within digital electronic circuitry, or computer hardware, firmware, or combinations thereof. The features may be executed in a computer program product implemented in storage in a machine readable storage device, for example, for execution by a programmable processor. And features may be performed by a programmable processor executing a program of instructions to perform functions of the described embodiments by operating on input data and generating output. The described features include at least one programmable processor, at least one input device, and at least one output coupled to receive data and directives from a data storage system, and to transmit data and directives to a data storage system. It can be executed in one or more computer programs that can be executed on a programmable system comprising a device. A computer program includes a set of directives that can be used directly or indirectly within a computer to perform a particular action on a given result. A computer program is written in any form of programming language, including compiled or interpreted languages, and included as a module, element, subroutine, or other unit suitable for use in another computer environment, or as a standalone program. Can be used in any form.

지시어들의 프로그램의 실행을 위한 적합한 프로세서들은, 예를 들어, 범용 및 특수 용도 마이크로프로세서들 둘 모두, 및 단독 프로세서 또는 다른 종류의 컴퓨터의 다중 프로세서들 중 하나를 포함한다. 또한 설명된 특징들을 구현하는 컴퓨터 프로그램 지시어들 및 데이터를 구현하기 적합한 저장 디바이스들은 예컨대, EPROM, EEPROM, 및 플래쉬 메모리 디바이스들과 같은 반도체 메모리 디바이스들, 내부 하드 디스크들 및 제거 가능한 디스크들과 같은 자기 디바이스들, 광자기 디스크들 및 CD-ROM 및 DVD-ROM 디스크들을 포함하는 비휘발성 메모리의 모든 형태들을 포함한다. 프로세서 및 메모리는 ASIC들(application-specific integrated circuits) 내에서 통합되거나 또는 ASIC들에 의해 추가될 수 있다.Suitable processors for the execution of a program of instructions include, for example, both general purpose and special purpose microprocessors, and one of a single processor or multiple processors of another kind of computer. Computer program instructions and data storage devices suitable for implementing the described features are, for example, magnetic memory such as semiconductor memory devices, internal hard disks and removable disks such as EPROM, EEPROM, and flash memory devices. Devices, magneto-optical disks and all forms of non-volatile memory including CD-ROM and DVD-ROM disks. The processor and memory may be integrated in application-specific integrated circuits (ASICs) or added by ASICs.

이상에서 설명한 본 발명은 일련의 기능 블록들을 기초로 설명되고 있지만, 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.Although the present invention described above has been described based on a series of functional blocks, the present invention is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes without departing from the technical spirit of the present invention. It will be apparent to one of ordinary skill in the art that this is possible.

전술한 실시 예들의 조합은 전술한 실시 예에 한정되는 것이 아니며, 구현 및/또는 필요에 따라 전술한 실시예들 뿐 아니라 다양한 형태의 조합이 제공될 수 있다.Combinations of the above-described embodiments are not limited to the above-described embodiments, and various types of combinations as well as the above-described embodiments may be provided according to implementation and / or need.

전술한 실시 예들에서, 방법들은 일련의 단계 또는 블록으로서 순서도를 기초로 설명되고 있으나, 본 발명은 단계들의 순서에 한정되는 것은 아니며, 어떤 단계는 상술한 바와 다른 단계와 다른 순서로 또는 동시에 발생할 수 있다. 또한, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 순서도에 나타난 단계들이 배타적이지 않고, 다른 단계가 포함되거나, 순서도의 하나 또는 그 이상의 단계가 본 발명의 범위에 영향을 미치지 않고 삭제될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.In the above-described embodiments, the methods are described based on a flowchart as a series of steps or blocks, but the present invention is not limited to the order of steps, and any steps may occur in a different order or at the same time than the other steps described above. have. Also, one of ordinary skill in the art appreciates that the steps shown in the flowcharts are not exclusive, that other steps may be included, or that one or more steps in the flowcharts may be deleted without affecting the scope of the present invention. I can understand.

전술한 실시 예는 다양한 양태의 예시들을 포함한다. 다양한 양태들을 나타내기 위한 모든 가능한 조합을 기술할 수는 없지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 다른 조합이 가능함을 인식할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 이하의 특허청구범위 내에 속하는 모든 다른 교체, 수정 및 변경을 포함한다고 할 것이다.The foregoing embodiments include examples of various aspects. While not all possible combinations may be described to represent the various aspects, one of ordinary skill in the art will recognize that other combinations are possible. Accordingly, the invention is intended to embrace all other replacements, modifications and variations that fall within the scope of the following claims.

이상 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위가 상기 도면 또는 실시예에 의해 한정되는 것을 의미하지는 않으며 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. Although described above with reference to the drawings and embodiments, it does not mean that the scope of protection of the present invention is limited by the above drawings or embodiments, and those skilled in the art to the spirit of the present invention described in the claims It will be understood that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the scope of the invention.

10: 고장예지 및 건전성 관리 시스템
11: 운송 수단
12: IoT 모듈
13: 클라우드 서버
101: 배터리
102: BMS
110: IoT 모듈
111: 전처리부
112: 통신부
113; 추정부
120: 클라우드 서버
121: 통신부
122: 데이터 저장부
123: 학습부
124: 파라미터 저장부
300: 고장예지 및 건전성 관리 장치
310: 통신부
320: 메모리
330: 프로세서
10: Failure Prediction and Health Management System
11: means of transport
12: IoT Module
13: cloud server
101: battery
102: BMS
110: IoT module
111: preprocessing unit
112: communication unit
113; Estimator
120: cloud server
121: communication unit
122: data storage
123: learning unit
124: parameter storage unit
300: failure prediction and health management device
310: communication unit
320: memory
330: processor

Claims (18)

운송 수단의 고장예지 및 건전성 관리 방법에 있어서,
운송 수단의 부품에 설치된 모듈로부터 시계열 센서 데이터를 수신하는 단계;
상기 수신된 시계열 센서 데이터를 이용하여 상기 부품의 상태 추정 또는 이상징후 검출을 위한 회귀 신경망(Recurrent Neural Network)의 파라미터를 갱신하는 단계; 및
상기 갱신된 회귀 신경망의 파라미터가 적용된 회귀 신경망을 이용하여 상기 운송 수단의 부품의 상태를 추정하거나 이상징후를 검출하는 단계를 포함하는, 운송 수단의 고장예지 및 건전성 관리 방법.
In the failure prevention and soundness management method of the transportation means,
Receiving time series sensor data from a module installed in the component of the vehicle;
Updating a parameter of a recurrent neural network using the received time series sensor data to estimate a state of the part or detect an abnormal symptom; And
Estimating a state of a part of the vehicle or detecting an abnormal symptom using the regression neural network to which the parameters of the updated regression neural network are applied.
제1항에 있어서,
상기 파라미터를 갱신하는 단계는,
상기 시계열 센서 데이터의 단기, 중기 및 장기 데이터 중에서 적어도 하나의 데이터를 혼합한 데이터 시퀀스를 이용하여 회귀 신경망의 파라미터를 갱신하는, 운송 수단의 고장예지 및 건전성 관리 방법.
The method of claim 1,
Updating the parameter,
And updating a parameter of a regression neural network using a data sequence in which at least one of the short-term, medium-term and long-term data of the time series sensor data is mixed.
제1항에 있어서,
상기 회귀 신경망은,
상기 부품의 충전 상태값(SOC, state of charge), 건강 상태값(SOH, state of health), 전력 측정값, 전압 측정값, 전류 측정값, 및 온도 측정값 중에서 적어도 하나가 포함된 입력 벡터를 입력층을 통해 입력받는, 운송 수단의 고장예지 및 건전성 관리 방법.
The method of claim 1,
The regression neural network,
An input vector including at least one of a state of charge (SOC), a state of health (SOH), a power measurement, a voltage measurement, a current measurement, and a temperature measurement of the component Means of failure prevention and health management of vehicles received through the input layer.
제1항에 있어서,
상기 회귀 신경망은,
장단기 메모리(Long Short-Term Memory, LSTM) 신경망인 것을 특징으로 하는, 운송 수단의 고장예지 및 건전성 관리 방법.
The method of claim 1,
The regression neural network,
Long Short-Term Memory (LSTM) Neural network, characterized in that the failure failure prevention and health management method of the vehicle.
제4항에 있어서,
상기 LSTM 신경망은,
LSTM 신경망을 이루는 셀(Cell)의 모임인 적어도 하나의 신경망 층(Layer)과, 상기 신경망 층의 각 셀의 출력을 입력으로 갖는 완전 연결(Fully Connected) 신경망을 포함하는, 운송 수단의 고장예지 및 건전성 관리 방법.
The method of claim 4, wherein
The LSTM neural network,
Predicting failure of a vehicle, comprising at least one neural network layer, which is a collection of cells constituting an LSTM neural network, and a fully connected neural network having as its input the output of each cell of the neural network layer; and How to manage health.
제4항에 있어서,
상기 LSTM 신경망은 복수의 셀을 포함하는 하나의 신경망 층과, 상기 하나의 신경망 층의 각 셀의 출력을 입력으로 갖는 완전 연결 신경망을 포함하고,
상기 복수의 셀 각각은 상기 수신된 시계열 센서 데이터가 시계열 순으로 구분된 복수의 단기 데이터 중에서 대응되는 단기 데이터를 입력받는, 운송 수단의 고장예지 및 건전성 관리 방법.
The method of claim 4, wherein
The LSTM neural network includes one neural network layer including a plurality of cells and a fully connected neural network having an input of an output of each cell of the one neural network layer,
Each of the plurality of cells receives the short-term data corresponding to the received time-series sensor data from the plurality of short-term data, which are divided in chronological order.
제4항에 있어서,
상기 LSTM 신경망은 복수의 셀을 포함하고 순차적으로 연결된 복수의 신경망 층과, 상기 복수의 신경망 층에서 마지막에 연결된 신경망 층의 출력을 입력으로 갖는 완전 연결 신경망을 포함하고,
상기 복수의 셀 각각은 상기 수신된 시계열 센서 데이터가 시계열 순으로 구분된 복수의 단기 데이터 중에서 대응되는 단기 데이터를 입력받고,
상기 복수의 신경망 층은 상기 복수의 신경망 층 중에서 이전 차수의 신경망 층에 포함된 복수의 이전 셀 중에서 2개 이상의 이전 셀의 출력을 합쳐서 입력받는 복수의 다음 셀을 포함하는 다음 차수의 신경망 층을 포함하는, 운송 수단의 고장예지 및 건전성 관리 방법.
The method of claim 4, wherein
The LSTM neural network includes a plurality of neural network layers sequentially connected to each other and a plurality of neural network layers connected to each other, and a fully connected neural network having an output of a neural network layer last connected to the plurality of neural network layers.
Each of the plurality of cells receives short-term data corresponding to a plurality of short-term data in which the received time-series sensor data are divided in time-series order,
The plurality of neural network layers includes a next order neural network layer including a plurality of next cells which are inputted by combining outputs of two or more previous cells among a plurality of previous cells included in a previous order neural network layer among the plurality of neural network layers. Failure prevention and soundness management method of the means of transportation.
제6항에 있어서,
상기 완전 연결 신경망은,
상기 복수의 신경망 층에서 마지막에 연결된 신경망 층의 출력과 상기 복수의 신경망 층에서 적어도 하나의 셀의 출력을 추가로 입력받는, 운송 수단의 고장예지 및 건전성 관리 방법.
The method of claim 6,
The fully connected neural network,
And an output of a neural network layer last connected in the plurality of neural network layers and an output of at least one cell in the plurality of neural network layers.
운송 수단의 부품에 설치된 모듈과 통신하는 통신부;
적어도 하나의 프로그램을 저장하는 메모리; 및
상기 통신부 및 상기 메모리와 연결된 프로세서를 포함하고,
상기 프로세서는, 상기 적어도 하나의 프로그램을 실행함으로써,
운송 수단의 부품에 설치된 모듈로부터 시계열 센서 데이터를 수신하고,
상기 수신된 시계열 센서 데이터를 이용하여 상기 부품의 상태 추정 또는 이상징후 검출을 위한 회귀 신경망(Recurrent Neural Network)의 파라미터를 갱신하고,
상기 갱신된 회귀 신경망의 파라미터가 적용된 회귀 신경망을 이용하여 상기 운송 수단의 부품의 상태를 추정하거나 이상징후를 검출하는, 운송 수단의 고장예지 및 건전성 관리 장치.
A communication unit for communicating with a module installed in a component of the vehicle;
A memory for storing at least one program; And
A processor connected to the communication unit and the memory,
The processor executes the at least one program,
Receive time series sensor data from modules installed in parts of vehicles,
Using the received time series sensor data to update a parameter of a recurrent neural network for estimating the state of the part or detecting an abnormal symptom,
A device for predicting failure and soundness of a vehicle using the regression neural network to which the parameters of the updated regression neural network are applied, to estimate a state of a part of the vehicle or to detect an abnormal symptom.
제9항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 시계열 센서 데이터의 단기, 중기 및 장기 데이터 중에서 적어도 하나의 데이터를 혼합한 데이터 시퀀스를 이용하여 회귀 신경망의 파라미터를 갱신하는, 운송 수단의 고장예지 및 건전성 관리 장치.
The method of claim 9,
The processor,
And updating the parameters of the regression neural network using a data sequence obtained by mixing at least one of short-term, medium-term and long-term data of the time series sensor data.
제9항에 있어서,
상기 회귀 신경망은,
상기 부품의 충전 상태값(SOC, state of charge), 건강 상태값(SOH, state of health), 전력 측정값, 전압 측정값, 전류 측정값, 및 온도 측정값 중에서 적어도 하나가 포함된 입력 벡터를 입력층을 통해 입력받는, 운송 수단의 고장예지 및 건전성 관리 장치.
The method of claim 9,
The regression neural network,
An input vector including at least one of a state of charge (SOC), a state of health (SOH), a power measurement, a voltage measurement, a current measurement, and a temperature measurement of the component Failure prediction and soundness management device of the vehicle, received through the input layer.
제9항에 있어서,
상기 회귀 신경망은,
장단기 메모리(Long Short-Term Memory, LSTM) 신경망인 것을 특징으로 하는, 운송 수단의 고장예지 및 건전성 관리 장치.
The method of claim 9,
The regression neural network,
Long short-term memory (LSTM) Neural network, characterized in that the failure prevention and health management device of the vehicle.
제12항에 있어서,
상기 LSTM 신경망은,
LSTM 신경망을 이루는 셀(Cell)의 모임인 적어도 하나의 신경망 층(Layer)과, 상기 신경망 층의 각 셀의 출력을 입력으로 갖는 완전 연결(Fully Connected) 신경망을 포함하는, 운송 수단의 고장예지 및 건전성 관리 장치.
The method of claim 12,
The LSTM neural network,
Predicting failure of a vehicle, comprising at least one neural network layer, which is a collection of cells constituting an LSTM neural network, and a fully connected neural network having as its input the output of each cell of the neural network layer; and Health Management Device.
제12항에 있어서,
상기 LSTM 신경망은 복수의 셀을 포함하는 하나의 신경망 층과, 상기 하나의 신경망 층의 각 셀의 출력을 입력으로 갖는 완전 연결 신경망을 포함하고,
상기 복수의 셀 각각은 상기 수신된 시계열 센서 데이터가 시계열 순으로 구분된 복수의 단기 데이터 중에서 대응되는 단기 데이터를 입력받는, 운송 수단의 고장예지 및 건전성 관리 장치.
The method of claim 12,
The LSTM neural network includes one neural network layer including a plurality of cells and a fully connected neural network having an input of an output of each cell of the one neural network layer,
Each of the plurality of cells receives the short-term data corresponding to the plurality of short-term data in which the received time-series sensor data are divided in time-series order.
제12항에 있어서,
상기 LSTM 신경망은 복수의 셀을 포함하고 순차적으로 연결된 복수의 신경망 층과, 상기 복수의 신경망 층에서 마지막에 연결된 신경망 층의 출력을 입력으로 갖는 완전 연결 신경망을 포함하고,
상기 복수의 셀 각각은 상기 수신된 시계열 센서 데이터가 시계열 순으로 구분된 복수의 단기 데이터 중에서 대응되는 단기 데이터를 입력받고,
상기 복수의 신경망 층은 상기 복수의 신경망 층 중에서 이전 차수의 신경망 층에 포함된 복수의 이전 셀 중에서 2개 이상의 이전 셀의 출력을 합쳐서 입력받는 복수의 다음 셀을 포함하는 다음 차수의 신경망 층을 포함하는, 운송 수단의 고장예지 및 건전성 관리 장치.
The method of claim 12,
The LSTM neural network includes a plurality of neural network layers sequentially connected to each other and a plurality of neural network layers connected to each other, and a fully connected neural network having an output of a neural network layer last connected to the plurality of neural network layers.
Each of the plurality of cells receives short-term data corresponding to a plurality of short-term data in which the received time-series sensor data are divided in time-series order,
The plurality of neural network layers includes a next order neural network layer including a plurality of next cells which are inputted by combining outputs of two or more previous cells among a plurality of previous cells included in a previous order neural network layer among the plurality of neural network layers. Failure prevention and soundness management device of the vehicle.
제15항에 있어서,
상기 완전 연결 신경망은,
상기 복수의 신경망 층에서 마지막에 연결된 신경망 층의 출력과 상기 복수의 신경망 층에서 적어도 하나의 셀의 출력을 추가로 입력받는, 운송 수단의 고장예지 및 건전성 관리 장치.
The method of claim 15,
The fully connected neural network,
And an output of a neural network layer last connected in the plurality of neural network layers and an output of at least one cell in the plurality of neural network layers.
운송 수단의 부품으로부터 획득되는 시계열 센서 데이터를 수집하고 전송하는 모듈; 및
상기 모듈로부터 수신된 시계열 센서 데이터를 이용하여 상기 부품의 상태 추정 또는 이상징후 검출을 위한 회귀 신경망(Recurrent Neural Network)의 파라미터를 갱신하고 상기 갱신된 회귀신경망의 파라미터를 상기 모듈에 전송하되, 상기 시계열 센서 데이터의 단기, 중기 및 장기 데이터 중에서 적어도 하나의 데이터를 혼합한 데이터 시퀀스를 이용하여 회귀신경망의 파라미터를 갱신하는 클라우드 서버를 포함하고,
상기 모듈은 상기 갱신된 회귀신경망의 파라미터가 적용된 회귀 신경망을 이용하여 상기 운송 수단의 부품의 상태를 추정하거나 이상징후를 검출하는, 운송 수단의 부품에 대한 고장예지 및 건전성 관리 시스템.
A module for collecting and transmitting time series sensor data obtained from parts of the vehicle; And
Using the time series sensor data received from the module to update the parameters of the recurrent neural network for estimating the state of the part or detecting abnormal symptoms, and transmits the parameters of the updated regression neural network to the module, wherein the time series It includes a cloud server for updating the parameters of the regression neural network using a data sequence of at least one of the short-term, medium-term and long-term data of the sensor data,
Wherein the module estimates the state of a part of the vehicle or detects an abnormal symptom using the regression neural network to which the parameters of the updated regression network are applied.
프로세서에 의해 실행 가능한 적어도 하나의 프로그램을 포함하는 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체로서, 상기 적어도 하나의 프로그램은 상기 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 프로세서로 하여금:
운송 수단의 부품에 설치된 모듈로부터 시계열 센서 데이터를 수신하고,
상기 수신된 시계열 센서 데이터를 이용하여 상기 부품의 상태 추정 또는 이상징후 검출을 위한 회귀 신경망(Recurrent Neural Network)의 파라미터를 갱신하고,
상기 갱신된 회귀 신경망의 파라미터가 적용된 회귀 신경망을 이용하여 상기 운송 수단의 부품의 상태를 추정하거나 이상징후를 검출하게 하는 명령어들을 포함하는, 비 일시적 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체.
A non-transitory computer readable storage medium comprising at least one program executable by a processor, wherein the at least one program, when executed by the processor, causes the processor to:
Receive time series sensor data from modules installed in parts of vehicles,
Using the received time series sensor data to update a parameter of a recurrent neural network for estimating the state of the part or detecting an abnormal symptom,
And instructions for estimating a state of a part of the vehicle or detecting an abnormal symptom using the regression neural network to which the parameters of the updated regression neural network are applied.
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