CN107525680A - 识别汽车***中的故障部件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种识别汽车***(100)中的故障部件(700)的方法，汽车***(100)包括由电子控制单元(450)管理的内燃发动机(110)，所述方法包括以下步骤：‑根据预定义的检测例程(680)操作内燃发动机(110)；‑在数据载体(460)中记录由启用的内燃发动机(110)发出的噪声信号(640)；‑通过信号处理算法(650)分析所记录的噪声信号(640)，以便从所述噪声信号确定汽车***(100)的多个振动模式(660)；‑将每个振动模式(660)下的噪声信号的振幅与可接受的振幅阈值(670)进行比较；‑如果对应振动模式(660)的振幅大于可接受振幅阈值(670)，则识别汽车***(100)的故障部件(700)。

Description

识别汽车***中的故障部件的方法
技术领域
技术领域涉及识别汽车***中的故障部件的方法。
背景技术
汽车***包括多个相互连接的装置，例如内燃发动机、涡轮增压***、排气再循环(EGR)***、后处理***和多个其它部件，例如导管、阀、传感器、燃料喷射器等。
由于当前汽车***的复杂性，在发生故障的情况下，确定不能正常工作的特定部件不总是容易和直接的。
一些故障可以通过从汽车***的传感器接收数据、将这些数据与预定义的阈值或范围进行比较、以及如果所测量的数据不符合这些预定义的阈值或范围则报告故障代码来确定。
然而，许多故障可能不容易通过使用车载传感器而检测。
此外，目前很多“未发现故障”(No Trouble Found,NTF)事件是由于更换在服役的良好部件而引起的，因为不具有理解引起汽车***噪声原因的可靠工具。
例如，在产生特定噪声的情况下，替换涡轮增压器经常发生，但实际上发生故障的部件是与凸轮轴相关的剪式齿轮。
因此一般来说，当前的维修程序是以维修人员的经验为基础的，并不总是有效的。
因此，本发明的目的是提供一种检测和区分不同故障部件(例如发动机、涡轮增压器、平衡轮、喷射器等)的方法。
这一目的以及其它目的通过具有独立权利要求所述的特征的方法和汽车***而实现。
从属权利要求限定优选的和/或特别有利的方面。
发明内容
本公开的实施例提供了一种识别汽车***中的故障部件的方法，该汽车***包括由电子控制单元管理的内燃发动机，所述方法包括以下步骤：
-根据预定义的检测例程操作内燃发动机；
-在数据载体中记录由启用的内燃发动机发出的噪声信号；
-通过信号处理算法分析所记录的噪声信号，以便从噪声信号确定汽车***的多个振动模式；
-将每个振动模式下的噪声信号的振幅与可接受的振幅阈值进行比较；
-如果对应振动模式的振幅大于可接受振幅阈值，则识别汽车***的故障部件。
应注意的是，“检测例程”是指内燃发动机的预定操作模式。通常，检测例程由预定时间间隔的一个或多个发动机操作参数(例如发动机速度)的预定值来定义。换句话说，发动机以预定方式操作预定的时间间隔。
该实施例的优点在于其允许减少未发现故障(NTF)事件的数量。
另一个优点是其允许提高客户满意度。
根据另一实施例，预定义的内燃发动机检测例程包括提高发动机速度持续预定义的时间量。
该实施例的优点在于，其允许汽车***以从最小频率到最大频率的频率振动，以便识别大量的振动模式。
根据另一实施例，预定义的内燃发动机检测例程包括在120秒内将发动机速度从1.000rpm提高到4.000rpm。
该实施例的优点是使检测例程适用于内燃发动机。
根据另一实施例，信号处理算法是快速傅里叶变换(FFT)。
该实施例的优点在于其允许将噪声信号从其初始的时域转换为频域中的表示。
根据另一实施例，将每个振动模式与对应的预定可接受振幅阈值进行比较。
根据另一实施例，记录由汽车***发出的噪声信号的步骤通过声学传感器执行。
该实施例的优点在于它允许使用通常存在于车辆信息娱乐***中的麦克风或外部麦克风。
本发明还包括一种用于识别汽车***中的故障部件的设备，汽车***包括由电子控制单元管理的内燃发动机，所述设备包括：
-用于根据预定义的检测例程操作内燃发动机的器件；
-用于在数据载体中记录由启用的内燃发动机发出的噪声信号的器件；
-用于根据信号处理算法分析所记录的噪声信号以便从噪声信号确定汽车***的多个振动模式的器件；
-用于将每个振动模式下的噪声信号的振幅与可接受的振幅阈值进行比较的器件；
-用于如果对应振动模式的振幅大于可接受振幅阈值则识别汽车***的故障部件的器件。
该实施例的优点与参照所述方法所描述的优点基本相同。
附图说明
下面将通过示例的方式，参考以下附图描述各种实施例，其中相同的附图标记表示相同的元件，并且其中：
图1示出了汽车***；
图2为属于图1所示的汽车***的内燃发动机的剖面图；
图3示出了用于执行本发明的各个实施例的方法的设备；以及
图4示出了本文公开的方法的实施例的框图。
具体实施方式
现在将参考附图来描述示例性实施例，并不意图限制应用和使用。
一些实施例可包括如图1和图2所示的涡轮增压汽车***100，其包括具有发动机缸体120的内燃发动机(ICE)110，发动机缸体120限定至少一个汽缸125，汽缸125具有联接以旋转曲轴145的活塞140。汽缸盖130与活塞140协作以限定燃烧室150。燃料和空气混合物(未示出)置于燃烧室150中并被点燃，导致引起活塞140的往复运动的热膨胀排气气体。燃料由至少一个燃料喷射器160提供，并且空气通过至少一个进气口210提供。在高压下将燃料从与高压燃料泵180流体连通的燃料轨170提供至燃料喷射器160，该高压燃料泵增加从燃料源190接收的燃料的压力。汽缸125的每个具有至少两个阀215，它们由与曲轴145同时旋转的凸轮轴135促动。阀215选择性地允许空气从端口210进入燃烧室150内，并且交替地允许排气气体通过端口220排出。在一些示例中，凸轮相位器155可选择性地改变在凸轮轴135和曲轴145之间的正时。
空气可通过进气歧管200分配到(多个)进气口210。空气进气管道205可从周围环境向进气歧管200提供空气。在其它实施例中，可提供节气阀体330以调节进气歧管200的空气质量流量。在其它实施例中，可设置强制空气***，如具有旋转地联接至涡轮机250的压缩机240的涡轮增压器230。压缩机240的旋转增加在管道205和歧管200中的空气的压力和温度。置于管道205中的中间冷却器260可降低空气的温度。涡轮机250通过接收来自排气歧管225的排气气体而旋转，该排气歧管引导排气气体从排气口220，并且通过一系列叶片，在膨胀之前通过涡轮机250。排气气体排出涡轮机250并且被引入后处理***600中。该示例示出了一种可变几何涡轮机(VGT)，该涡轮机带有布置为移动叶片来改变通过涡轮机250的排气气体流量的VGT促动器290。在其他实施例中，涡轮增压器230可以是固定几何的和/或包括废气门。
后处理***可包括具有一个或多个排气后处理装置的排气管线275。后处理装置可为任何被配置为改变排气气体组成的装置。后处理装置的一些示例包括，但不限于，催化转化器(两元或三元)、氧化催化剂、贫NOx捕集器、碳氢化合物吸收器、选择性催化还原(SCR)***、和诸如柴油颗粒过滤器(DPF)的微粒过滤器。
特别地，后处理***可以包括SCRF(过滤器上的选择性催化还原SCR)280上游的柴油氧化催化剂(DOC)285。
替代SCRF 280，可以在后处理***中提供贫NOx捕集器LNT(为了简洁起见未示出)。
其它实施例可包括联接在排气歧管225和进气歧管200之间的排气再循环(EGR)***300。EGR***300可包括以降低EGR***300中的排气气体的温度的EGR冷却器310。EGR阀320调节在EGR***300中排气气体流量。
汽车***100还可包括电子控制单元(ECU)450，该电子控制单元与一个或多个与ICE 100相关联的传感器和/或装置通信。ECU 450可接收来自各种传感器的输入信号，所述传感器被配置用于产生与ICE 110相关联的各种物理参数成比例的信号。传感器包括，但不限于，空气质量流量和温度传感器340、歧管压力和温度传感器350、燃烧压力传感器360、冷却液和油温度和水平传感器380、燃料轨压力传感器400、凸轮位置传感器410、曲轴位置传感器420、排气压力和温度传感器430、EGR温度传感器440、以及加速踏板位置传感器445。此外，ECU 450可产生输出信号至被布置为控制ICE110操作的各种控制装置，包括但不限于，燃料喷射器160、节气阀体330、EGR阀320、VGT促动器290、以及凸轮相位器。注意的是，虚线用于表示在ECU 450与各种传感器和装置之间的通信，但为了清楚起见省略了一些。
现在转到ECU 450，该设备可包括数字中央处理单元(CPU)，它与记忆***或数据载体460和接口总线通信。CPU被配置用来执行作为程序存储在记忆***中的指令，以及发送和接收信号至/自接口总线。该记忆***可包括各种存储类型，存储类型包括光学存储、磁性存储、固态存储，以及其它非易失性记忆。接口总线可被配置为发送、接收和调制模拟和/或数字信号至/自各种传感器和控制装置。该程序可实施在本文中公开的方法，允许CPU执行该方法的步骤并控制ICE 110。
存储在记忆***中的程序是从外部经由电缆或以无线方式传输的。在汽车***100的外部，其作为计算机程序产品通常是可见的，该计算机程序产品在本领域又被称为计算机可读介质或机器可读介质，并且应被理解为存储在载体中的计算机程序代码，该载体本质上是暂时的或非暂时的，结果便是计算机程序产品本质上也可以被认为是暂时或非暂时的。
暂时的计算机程序产品的示例是信号，例如电磁信号，如光学信号，该信号是用于计算机程序代码的暂时载体。承载这样的计算机程序代码可通过调制信号由用于数字数据的传统调制技术(如QPSK)来获得，使得代表该计算机程序代码的二进制数据被施加到暂时的电磁信号。这种信号例如当以无线方式经由Wi-Fi连接，将计算机程序代码传送至笔记本电脑时被使用。
在非暂时计算机程序产品的情况下，该计算机程序代码被实施在有形存储介质中。继而，存储介质是上面提到的非暂时载体，使得计算机程序代码被永久地或非永久地以可检索的方式存储在此存储介质内或上。所述存储介质可为在计算机技术中已知的常规类型，如闪存、Asic(特定用途集成电路)、CD等。
代替ECU 450，汽车***可具有不同类型的处理器以提供电子逻辑电路，例如，嵌入式控制器、机载计算机、或任何可以被配置在车辆中的处理模块。
汽车***还可以包括用于识别故障部件700的设备600，如图3所示。
设备600包括与软件620相关联的可视界面610。
例如，软件620可以作为人机界面(HMI)嵌入在车辆的信息娱乐***中。
设备600还可以包括声学传感器630(例如麦克风)，其配置为获取由汽车***100的操作产生的噪声信号640。
声学传感器630可以相对于由汽车***100供电的车辆105在内部或外部。
软件620可以用于使得能够根据预定义的检测例程680启动内燃发动机110。
汽车***100的记录的噪声信号640可以存储在与ECU 450相关联的记录数据载体460中。
此外，预确定的可接受的信号振幅阈值670也可以存储在与ECU 450相关联的记录数据载体460中。
图4示出了本文公开的方法的实施例的框图。
识别故障部件的方法从通过可视界面610启用设备600的软件620开始。所述启用可由维修人员执行(框800)。
该软件被编程为使得一旦被启用，它就可以根据预定义的检测例程启用内燃发动机110。
此外，声学传感器630被启用。
声学传感器630利用预定义的检测例程记录由汽车***100发出的噪声信号640。
在本发明的优选实施例中，声学传感器630可以是麦克风，并且预定义的检测例程680可以包括在120秒内将发动机速度从1.000rpm提高到4.000rpm(框810)。
其他检测例程是可能的。
由启用的汽车***100产生的噪声信号640可以存储在数据载体460中(框820)，并且由ECU 450根据信号处理算法650进行阐述，以便确定多个振动模式660。
在本发明的优选实施例中，信号处理算法650可以是快速傅立叶变换(FFT)，其能够将由汽车***100发出的时域噪声信号640转换为频域信号，以确定振动模式660(框830)。
在通过信号处理算法650详细阐述由汽车***100发出的噪声信号640之前，可以执行滤波操作，以便将由汽车***100发出的噪声信号从环境噪声中提取出来。
如上所述，预定的可接受振幅阈值670也可以存储在数据载体460中。
信号处理算法650不仅在由汽车***100发出的噪声中识别多个振动模式660，而且还能够将每个振动模式与预定的可接受振幅阈值670进行比较，以便如果对应的振动模式大于可接受振幅阈值670，则识别车辆***100的故障部件700(框840)。在频域中执行对由汽车***100发出的噪声信号与可接受振幅阈值670之间的比较。
如在框840中示出的频谱中可以清楚地看到的，来自由汽车***100发出的噪声信号的FFT的每个振动模式与预定的可接受振幅阈值670进行比较。每当特定振动模式的振幅超过阈值670的振幅时，软件620将与该特定振动模式相关的部件指示为故障。
相反，当特定振动模式的振幅低于阈值670的振幅时，软件620将与该特定振动模式相关的部件指示为未发生故障。
要注意的是，来自FFT的每个振动模式可以与内燃发动机110的特定部件或汽车***100的部件的特定故障有关。以这种方式，每个振动模式允许对故障部件700进行独特的识别。
一旦完成了诊断方法，则在可视界面610上显示示出内燃发动机110的部件状态的阵列(框850)。
在本发明的另一实施例中，可视界面610和相关软件620可以作为应用程序嵌入电子移动模块中，以便使得车辆的用户能够在不需要专门人员的情况下执行上述方法。根据本发明的该实施例，可以将软件作为专用应用程序下载在电子移动模块上。
在本发明的另一实施例中，一旦执行FFT并且由汽车***100发出的噪声信号被转换到频域中，则可以通过ECU 450确定可接受的振幅阈值670。具体地，幅度阈值670可以被确定对感兴趣的振动模式附近的振动模式取平均。
虽然前面的发明内容和详细说明中展示了至少一个示例性实施例，但是应当意识到存在大量的变型。还应意识到的是，一个或多个示例性实施例仅为示例，并且非意图为以任何方式限制范围、应用或配置。然而，前述的发明内容和详细说明将为本领域技术人员提供用于实施至少一个示例性实施例的便捷的路线图，应理解，在所描述的实施例中的功能和布置可具有各种变型，而不脱离所附的权利要求书及其法律等同所表述的范围。
附图标记 295涡轮叶片机架
100汽车*** 300EGR***
105车辆 310EGR冷却器
110内燃发动机(ICE) 320EGR阀
120发动机缸体 330节气阀体
125汽缸 340空气质量流量和温度传感器
130汽缸盖
135凸轮轴 350歧管压力和温度传感器
140活塞 400燃料轨压力传感器
145曲轴 410凸轮位置传感器
150燃烧室 420曲轴位置传感器
155凸轮相位器 430排气压力和温度传感器
160燃料喷射器 445加速踏板位置传感器
170燃料轨 447加速踏板
180燃料泵 450电子控制单元(ECU)
190燃料源 600设备
200进气歧管 610可视界面
205空气进气管道 620软件
210进气口 630声学传感器
215汽缸的阀 640噪声信号
220排气口 650信号处理算法
225排气歧管 660振动模式
230高压涡轮增压器 670预定的可接受阈值
240高压压缩机 680预定义检测例程
250高压涡轮机 700故障部件
260增压空气冷却器 800框：启用设备
270排气*** 810框：启用声学传感器和燃烧发动机
275排气管线
280第一排气后处理装置 820框：存储噪声信号
285第二排气后处理装置 830框：噪声信号的快速傅里叶变换
290VGT促动器
840框：噪声信号和可接受阈值之间的比较
850框：部件状态的可视化

Claims (11)

1.一种识别汽车***(100)中的故障部件(700)的方法，所述汽车***(100)包括由电子控制单元(450)管理的内燃发动机(110)，所述方法包括以下步骤：
-根据预定义的检测例程(680)操作所述内燃发动机(110)；
-在数据载体(460)中记录由启用的内燃发动机(110)发出的噪声信号(640)；
-通过信号处理算法(650)分析所记录的噪声信号(640)，以便从所述噪声信号中确定所述汽车***(100)的多个振动模式(660)；
-将每个振动模式(660)下的噪声信号的振幅与可接受的振幅阈值(670)比较；
-如果对应的振动模式(660)的振幅大于可接受振幅阈值(670)，则识别所述汽车***(100)的故障部件(700)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预定义的内燃发动机(110)检测例程(680)包括提高发动机速度持续预定义的时间量。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预定义的内燃发动机(110)检测例程(680)包括提高发动机速度超过预定义的每分钟转数范围持续预定义的时间量。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，所述预定义的内燃发动机(110)检测例程(680)包括在120秒内将发动机速度从1.000rpm提高到4.000rpm。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述信号处理算法(650)将所述噪声信号从其初始的时域转换为频域中的表示。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述信号处理算法(650)是快速傅里叶变换(FFT)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，记录由所述汽车***(100)发出的噪声信号(640)的所述步骤通过声学传感器(700)执行。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述识别步骤包括使用振动模式与所述内燃发动机的特定部件或所述汽车***的部件的特定故障的关系来识别所述故障部件。
9.一种用于识别汽车***(100)中的故障部件(700)的设备(600)，所述汽车***(100)包括由电子控制单元(450)管理的内燃发动机(110)，所述设备(600)包括以下步骤：
-用于根据预定义的检测例程(680)操作所述内燃发动机(110)的器件；
-用于在数据载体(460)中记录由启用的内燃发动机(110)发出的噪声信号的器件；
-用于根据信号处理算法(650)分析所记录的噪声信号(640)以便从所述噪声信号确定所述汽车***(100)的多个振动模式(660)的器件；
-用于将每个振动模式(660)下的噪声信号的振幅与可接受的振幅阈值(670)进行比较的器件；
-用于如果对应振动模式(660)的振幅大于可接受振幅阈值(670)、则识别所述汽车***(100)的故障部件(700)的器件。
10.一种汽车***(100)，其包括电子控制单元(450)，所述电子控制单元配置为执行根据权利要求1-8中的任一项所述的方法。
11.一种计算机程序，其包括适合于执行根据权利要求1-8中任一项所述的方法的计算机代码。
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