故障检测和响应制造技术

检测和响应一个或多个车辆部件的故障的系统和方法，该方法包括：在故障检测模块处接收关于该一个或多个车辆部件的系统输入；通过使用一个或多个车载车辆传感器来确定系统状态；获得标称状态变换矩阵和标称状态输入矩阵；基于该标称状态变换矩阵、该标称状态输入矩阵、该系统输入和采样状态导数来计算当前状态变换矩阵估计值和当前状态输入矩阵估计值；基于该当前状态变换矩阵估计值和/或该当前状态输入矩阵估计值的一个或多个部件参数来检测至少一个这些车辆部件的故障；以及响应于该故障的该检测而执行车辆动作。

Fault detection and response

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】故障检测和响应
本专利技术涉及一种用于检测和识别车辆部件中的故障或即将发生的故障的方法和系统。
技术介绍
在车辆的使用寿命中，许多部件和子系统可能随着时间的推移经受磨损、损坏和其他劣化。尽管可以使用各种方法来识别某些故障部件，但是其他类型的部件可能更难以诊断。在部件完全故障之前，可能很难识别出正在发生故障(或劣化)的部件。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供了一种检测和响应一个或多个车辆部件的故障的方法，该方法包括：在故障检测模块处接收关于一个或多个车辆部件的系统输入；通过使用一个或多个车载车辆传感器来确定系统状态，其中系统状态与一个或多个车辆部件有关；获得标称状态变换矩阵和标称状态输入矩阵；基于标称状态变换矩阵、标称状态输入矩阵、系统输入和采样状态导数来计算当前状态变换矩阵估计值和当前状态输入矩阵估计值；基于当前状态变换矩阵估计值和/或当前状态输入矩阵估计值的一个或多个部件参数来检测至少一个车辆部件的故障，其中一个或多个部件参数与至少一个车辆部件有关；以及响应于检测到故障而执行车辆动作。根据各实施方式，该方法还可以包括以下特征中的任一个或者这些特征中的一些或所有的任何技术上可行的组合：检测步骤还包括：将第一车辆部件的当前状态变换矩阵估计值和/或当前状态输入矩阵估计值的一个或多个部件参数与第一车辆部件的公差范围进行比较；检测步骤还包括：检测故障是现时故障还是渐进故障；执行步骤还包括：当检测到故障是现时故障时，向车辆操作者发出即时警报，使得即时警报的发出构成车辆动作；并且当检测到故障是渐进故障时，估计故障前时间(TTF)并且将TTF报告给车辆操作者或车辆服务设施，使得TTF的估计和报告构成车辆动作；使用状态变量模型表示一个或多个部件，其中状态变量模型由下式给出：其中xk是时间k的系统状态，uk是时间k的系统输入，Ai是当前状态变换矩阵，Bi是当前状态输入矩阵，并且是时间k的采样状态导数；当前状态变换矩阵估计值和当前输入值估计值计算如下：经由至少一些车载车辆传感器基于系统状态xk的测量值来估计采样状态导数使用以下公式来计算当前状态变换矩阵偏差ΔA和当前状态输入矩阵偏差ΔB：其中AS是标称状态变换矩阵并且BS是标称状态输入矩阵，其中并且估计步骤包括使用以下公式来估计采样状态导数其中xk+1是时间样本k+1的系统状态，xk-1是时间样本k-1的系统状态，tk是时间样本k的时间，tk+1是时间样本k+1的时间，并且tk-1是时间样本k-1的时间；车载车辆传感器包括至少一个车辆系统传感器和至少一个辅助传感器，其中系统状态由一个或多个系统状态变量表示，并且其中一个或多个系统状态变量中的每一个由至少一个车载车辆传感器提供；使至少一个车辆系统传感器与至少一个辅助传感器同步，使得与至少一个车辆系统传感器和至少一个辅助传感器相关联的传感器值相对于时间同步，其中同步步骤包括针对至少一个车辆系统传感器中的一个或多个执行时间同步过程；时间同步过程包括针对一个或多个车辆系统传感器中的每一个执行以下步骤中的每一个：获得一组传感器值，其中该组传感器值包括各自在采样时间间隔内的不同时间获得的多个传感器值；使用多项式建模技术来获得采样时间间隔内的该组传感器值的多项式模型；以及从多项式模型中导出在时间上对应于与至少一个辅助传感器相关联的传感器值的一个或多个调整的传感器值；和/或接收、确定、获得和计算步骤包括：参数估计过程，其中使用故障检测滤波器(FDF)执行检测步骤，并且其中FDF使用从参数估计过程获得的当前状态变换矩阵估计值和当前状态输入矩阵估计值，以执行检测步骤。根据本专利技术的另一方面，提供了一种将车辆配置成检测并响应一个或多个车辆部件的故障的方法，该方法包括：为受监测系统(SUM)构造状态变量分析模型；识别可以用于测量状态变量分析模型的至少一些状态变量的系统传感器；开发专用于所识别的系统传感器的时间同步过程，其中时间同步过程使得能够调节由系统传感器获得的传感器值，以便获得调节的传感器值，其中调节的传感器值遵从统一的采样时间；开发可以用于获得当前状态变换矩阵估计值和当前状态输入矩阵估计值的参数估计过程，其中基于所构造的状态变量分析模型来开发参数估计过程；并且配置车辆的车辆电子器件以执行参数估计过程和时间同步过程。根据各实施方式，该方法还可以包括以下特征中的任一个或者这些特征中的一些或所有的任何技术上可行的组合：将参数估计过程和时间同步过程编译到计算机程序中；配置步骤包括将计算机程序安装到车辆的车辆电子器件中；以下步骤：识别其中车辆无法使用系统传感器进行测量的状态变量分析模型的一个或多个状态变量；并且提供一个或多个辅助传感器以测量识别的状态变量，其中一个或多个辅助传感器配置成向参数估计过程提供包含与识别的状态变量有关的信息的传感器值；和/或参数估计过程的开发包括：构造标称状态变换矩阵和标称状态输入矩阵；根据本专利技术的又一方面，提供了一种车辆故障检测系统，其包括：受监测系统(SUM)，该受监测系统包括一个或多个车辆电子系统部件；一个或多个车载车辆传感器；故障检测模块，该故障检测模块包括：(i)故障检测系统(FDS)信号处理器；以及(ii)包含计算机程序的存储器；以及故障检测模型与SUM之间的通信链路；其中故障检测模块配置成使用故障检测信号处理器执行存储在车辆故障检测系统的存储器中的计算机程序，并且其中由故障检测信号处理器执行计算机程序引起故障检测模块：(a)接收关于一个或多个车辆电子系统部件的系统输入；(b)通过使用一个或多个车载车辆传感器来确定系统状态，其中系统状态与一个或多个状态变量有关；(c)获得标称状态变换矩阵和标称状态输入矩阵；(d)基于标称状态变换矩阵、标称状态输入矩阵、系统输入和采样状态导数来计算当前状态变换矩阵估计值和当前状态输入矩阵估计值；(e)基于当前状态变换矩阵估计值和/或当前状态输入矩阵估计值的一个或多个部件参数来检测至少一个车辆电子系统部件的故障，其中一个或多个部件参数与至少一个车辆电子系统部件有关；以及(f)响应于检测到故障而执行车辆动作。根据各实施方式，该系统还可以包括以下特征中的任一个或者这些特征中的一些或所有的任何技术上可行的组合：一个或多个车载车辆传感器是系统传感器或辅助传感器中的一者或两者，其中辅助传感器是故障检测模块的一部分，并且其中系统传感器是作为SUM的一部分包括的传感器或者其他系统传感器中的一者或两者；通信链路是故障检测模型与SUM之间的直接、硬接线连接；通信链路是车辆通信总线。在其他实施方式中，以上定义的系统和方法可以用于涉及具有传感器的基于电子器件的系统的其他(非车辆)应用中，这些传感器提供了检测任何正在监测的部件的故障所需的系统状态变量输入。附图说明下文将结合附图描述本公开的一个或多个方面，其中相同的标号表示相同元件，并且其中：图1是故障检测系统的实施方式的框图；图2是示出如在闭环控制系统中所表示的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.检测和响应一个或多个车辆部件的故障的方法，所述方法包括：/n在故障检测模块处接收关于所述一个或多个车辆部件的系统输入；/n通过使用一个或多个车载车辆传感器来确定系统状态，其中所述系统状态与所述一个或多个车辆部件有关；/n获得标称状态变换矩阵和标称状态输入矩阵；/n基于所述标称状态变换矩阵、所述标称状态输入矩阵、所述系统输入和采样状态导数来计算当前状态变换矩阵估计值和当前状态输入矩阵估计值；/n基于所述当前状态变换矩阵估计值和/或所述当前状态输入矩阵估计值的一个或多个部件参数来检测所述车辆部件中的至少一个车辆部件的故障，其中所述一个或多个部件参数与所述至少一个车辆部件有关；以及/n响应于检测到所述故障而执行车辆动作。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170510 US 62/602,8761.检测和响应一个或多个车辆部件的故障的方法，所述方法包括：
在故障检测模块处接收关于所述一个或多个车辆部件的系统输入；
通过使用一个或多个车载车辆传感器来确定系统状态，其中所述系统状态与所述一个或多个车辆部件有关；
获得标称状态变换矩阵和标称状态输入矩阵；
基于所述标称状态变换矩阵、所述标称状态输入矩阵、所述系统输入和采样状态导数来计算当前状态变换矩阵估计值和当前状态输入矩阵估计值；
基于所述当前状态变换矩阵估计值和/或所述当前状态输入矩阵估计值的一个或多个部件参数来检测所述车辆部件中的至少一个车辆部件的故障，其中所述一个或多个部件参数与所述至少一个车辆部件有关；以及
响应于检测到所述故障而执行车辆动作。


2.如权利要求1所述的方法，其中，所述检测步骤还包括：将用于第一车辆部件的所述当前状态变换矩阵估计值和/或所述当前状态输入矩阵估计值的所述一个或多个部件参数与所述第一车辆部件的公差范围进行比较。


3.如权利要求2所述的方法，其中，所述检测步骤还包括：检测所述故障是现时故障还是渐进故障。


4.如权利要求3所述的方法，其中，所述执行步骤还包括：
当检测到所述故障是现时故障时，向车辆操作者发出即时警报，使得所述即时警报的所述发出构成所述车辆动作；并且
当检测到所述故障是渐进故障时，估计故障前时间(TTF)并且将所述TTF报告给所述车辆操作者或车辆服务设施，使得所述TTF的估计和报告构成所述车辆动作。


5.如权利要求1所述的方法，其中，使用状态变量模型表示所述一个或多个部件，其中所述状态变量模型由下式给出：



其中，xk是时间k的所述系统状态，uk是时间k的所述系统输入，Ai是当前状态变换矩阵，Bi是当前状态输入矩阵，并且是时间k的所述采样状态导数。


6.如权利要求5所述的方法，其中，所述当前状态变换矩阵的估计值和所述当前输入值的估计值计算如下：
经由所述车载车辆传感器中的至少一些基于所述系统状态xk的测量值来估计所述采样状态导数
使用以下公式来计算当前状态变换矩阵偏差ΔA和当前状态输入矩阵偏差ΔB：



其中，AS是所述标称状态变换矩阵，并且BS是所述标称状态输入矩阵，其中并且


7.如权利要求6所述的方法，其中，所述估计步骤包括使用以下公式来估计所述采样状态导数



其中，xk+1是在时间样本k+1处的所述系统状态，xk-1是在时间样本k-1处的所述系统状态，tk是在时间样本k处的所述时间，tk+1是在时间样本k+1处的所述时间，并且tk-1是在时间样本k-1处的所述时间。


8.如权利要求1所述的方法，其中，所述车载车辆传感器包括至少一个车辆系统传感器和至少一个辅助传感器，其中所述系统状态由一个或多个系统状态变量表示，并且其中所述一个或多个系统状态变量中的每一个由所述车载车辆传感器中的至少一个提供。


9.如权利要求8所述的方法，还包括以下步骤：使所述至少一个车辆系统传感器与所述至少一个辅助传感器同步，使得与所述至少一个车辆系统传感器和所述至少一个辅助传感器相关联的传感器值相对于时间同步，其中所述同步步骤包括：针对所述至少一个车辆系统传感器中的一个或多个执行时间同步过程。


10.如权利要求9所述的方法，其中，所述时间同步过程包括：针对一个或多个所述车辆系统传感器中的每一个执行以下步骤中的每一个：
获得一组传感器值，其中所述一组传感器值包括各自在采样时间间隔内的不同时间处获得的多个传感器值；
使用多项式建模技术来获得所述采样时间间隔内的所述一组传感器值的多项式模型；并且
从所述多项式模型中导出在时间...

【专利技术属性】
技术研发人员：威廉·B·莱宾斯，
申请(专利权)人：密歇根大学董事会，
类型：发明
国别省市：美国;US