CN112684338B

CN112684338B - 一种在线预测起动机健康状态方法及装置

Info

Publication number: CN112684338B
Application number: CN202011552780.2A
Authority: CN
Inventors: 李安迎; 宋增凤; 王立超
Original assignee: Weichai Power Co Ltd
Current assignee: Weichai Power Co Ltd
Priority date: 2020-12-24
Filing date: 2020-12-24
Publication date: 2022-10-28
Anticipated expiration: 2040-12-24
Also published as: CN112684338A

Abstract

本发明提供了一种在线预测起动机健康状态方法及装置，方法包括在发动机起动过程中，记录起动机的实际运行时间和实际运行参数，以及在起动机安装到车辆后，记录起动机的实际运行次数，并分别与对应的理想值进行对比分析，计算得到起动机的健康状态。进而可以在起动机快要故障时，提醒驾驶员及时更换，减少了故障风险。且该方法通过软件实现，无需改动发动机设计以及无需增加硬件，进而不增加设计和生产成本。

Description

一种在线预测起动机健康状态方法及装置

技术领域

本发明涉及车辆领域，更具体地说，涉及一种在线预测起动机健康状态方法及装置。

背景技术

起动机可以将蓄电池的电能转化为机械能，驱动发动机飞轮旋转实现发动机的起动。发动机借助起动机由静止状态过渡到能自行运转的过程，称为发动机的起动。在起动机生产完成下线时，可以通过下线测试***，对其继电器吸合电压、扭矩、功率、阻转矩等参数进行测试，得知起动机的健康指数。

将起动机应用到车辆中后，随着工作次数和时间的增多，起动机内部磨损在不断加大，效率也会降低，故障风险会增大，因此，现在亟需一种在线估算起动机健康状态的方案。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种在线预测起动机健康状态方法及装置，欲在起动机应用到车辆中后，在线预测起动机的健康状态，以提醒驾驶员及时更换，减少故障风险。

为了实现上述目的，现提出的方案如下：

第一方面，提供一种在线预测起动机健康状态方法，包括：

在发动机起动过程中，记录起动机的实际运行时间和实际运行参数，所述实际运行参数包括实际最大加速度、实际最大转速、实际稳态转速和实际达到稳态转速的时间中的至少一个参数；

在起动机安装到车辆后，记录起动机的实际运行次数；

对所述实际运行次数和预设的起动机无故障运行次数进行分析，对所述实际运行时间和预设的起动机无故障运行时间进行分析，以及对所述实际运行参数和起动机的理想运行参数进行分析，得到所述起动机的健康状态。

优选的，所述起动机的理想运行参数的获取过程，具体包括：

获取蓄电池的当前电量和发动机的当前温度；

通过查表方式，匹配得到与所述蓄电池的当前电量和所述发动机的当前温度对应的起动机的理想运行参数。

优选的，所述实际运行参数包括实际最大加速度、实际最大转速、实际稳态转速和实际达到稳态转速的时间；

对所述实际运行次数和预设的起动机无故障运行次数进行分析，且对所述实际运行参数和起动机的理想运行参数进行分析，得到所述起动机的健康状态的步骤，包括：

基于运行时间健康指数公式，计算得到运行时间健康指数，所述运行时间健康指数公式为：

其中，StSys_Jkzs1为运行时间健康指数，StSys_tiActRun为起动机的实际运行时间，StSys_tiNoFlt_C为起动机无故障运行时间，StSys_fTiRun为起动机运行时间所占起动机的健康指数的权重；

基于运行次数健康指数公式，计算得到运行次数健康指数，所述运行次数健康指数公式为：

其中，StSys_Jkzs2为运行次数健康指数，StSys_numActRun为起动机的实际运行次数，StSys_numNoFlt_C为起动机无故障运行次数；StSys_fNumRun为起动机运行次数所占起动机的健康指数的权重；

基于最大加速度健康指数公式，计算得到最大加速度健康指数，所述最大加速度健康指数公式为：

其中，StSys_Jkzs3为最大加速度健康指数，StSys_aActMax为起动机在发动机起动过程中的实际最大加速度，StSys_aMax0为起动机在发动机起动过程中的理想最大加速度，StSys_fAMaxRun为最大加速度所占起动机的健康指数的权重；

基于最大转速健康指数公式，计算得到最大转速健康指数，所述最大转速健康指数公式为：

其中，StSys_Jkzs4为最大转速健康指数，StSys_nActMax为起动机在发动机起动过程中的实际最大转速，StSys_nMax0为起动机在发动机起动过程中的理想最大转速，StSys_fNMaxRun为稳态转速所占起动机的健康指数的权重；

基于稳态转速健康指数公式，计算得到稳态转速健康指数，所述稳态转速健康指数公式为：

其中，StSys_Jkzs5为稳态转速健康指数，StSys_nActStab为起动机在发动机起动过程中的实际稳态转速，StSys_nStab0为起动机在发动机起动过程中的理想稳态转速，StSys_fNStabRun为稳态转速所占起动机的健康指数的权重；

基于达到稳态转速时间健康指数公式，计算得到达到稳态转速时间健康指数，所述达到稳态转速时间健康指数公式为：

其中，StSys_Jkzs6为达到稳态转速时间健康指数，StSys_tActStab为起动机在发动机起动过程中的实际达到稳态转速时间，StSys_tStab0为起动机在发动机起动过程中的理想达到稳态转速时间，StSys_fTStabRun为达到稳态转速时间所占起动机的健康指数的权重；

将运行时间健康指数、运行次数健康指数、最大加速度健康指数、最大转速健康指数、稳态转速健康指数以及达到稳态转速时间健康指数相加，得到起动机的健康状态。

优选的，StSys_fTiRun、StSys_fNumRun和StSys_fTStabRun均小于StSys_fAMaxRun、StSys_fNMaxRun和StSys_fNStabRun中的每个值。

优选的，StSys_fTiRun、StSys_fNumRun和StSys_fTStabRun中的两个为0.15，且另一个为0.1；

StSys_fAMaxRun、StSys_fNMaxRun和StSys_fNStabRun均为：0.2。

第二方面，提供一种在线预测起动机健康状态装置，包括：

第一记录单元，用于在发动机起动过程中，记录起动机的实际运行时间和实际运行参数，所述实际运行参数包括实际最大加速度、实际最大转速、实际稳态转速和实际达到稳态转速的时间中的至少一个参数；

第二记录单元，用于在起动机安装到车辆后，记录起动机的实际运行次数；

健康分析单元，用于对所述实际运行次数和预设的起动机无故障运行次数进行分析，对所述实际运行时间和预设的起动机无故障运行时间进行分析，以及对所述实际运行参数和起动机的理想运行参数进行分析，得到所述起动机的健康状态。

优选的，所述健康分析单元，具体包括：

第一获取子单元，用于获取蓄电池的当前电量和发动机的当前温度；

匹配子单元，用于通过查表方式，匹配得到与所述蓄电池的当前电量和所述发动机的当前温度对应的起动机的理想运行参数。

所述健康分析单元，具体包括：

第一指数计算子单元，用于基于运行时间健康指数公式，计算得到运行时间健康指数，所述运行时间健康指数公式为：

第二指数计算子单元，用于基于运行次数健康指数公式，计算得到运行次数健康指数，所述运行次数健康指数公式为：

第三指数计算子单元，用于基于最大加速度健康指数公式，计算得到最大加速度健康指数，所述最大加速度健康指数公式为：

第四指数计算子单元，用于基于最大转速健康指数公式，计算得到最大转速健康指数，所述最大转速健康指数公式为：

第五指数计算子单元，用于基于稳态转速健康指数公式，计算得到稳态转速健康指数，所述稳态转速健康指数公式为：

第六指数计算子单元，用于基于达到稳态转速时间健康指数公式，计算得到达到稳态转速时间健康指数，所述达到稳态转速时间健康指数公式为：

第七指数计算子单元，用于将运行时间健康指数、运行次数健康指数、最大加速度健康指数、最大转速健康指数、稳态转速健康指数以及达到稳态转速时间健康指数相加，得到起动机的健康状态。

StSys_fAMaxRun、StSys_fNMaxRun和StSys_fNStabRun均为：0.2。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

上述技术方案提供的一种在线预测起动机健康状态方法及装置，通过在发动机起动过程中，记录起动机的实际运行时间和实际运行参数，以及在起动机安装到车辆后，记录起动机的实际运行次数，并分别与对应的理想值进行对比分析，计算得到起动机的健康状态。进而可以在起动机快要故障时，提醒驾驶员及时更换，减少了故障风险。且该方法通过软件实现，无需改动发动机设计以及无需增加硬件，进而不增加设计和生产成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种在线预测起动机健康状态方法的流程图；

图2为发动机启起动过程中起动机的理想运行过程的示意图；

图3为本发明实施例提供的一种在线预测起动机健康状态装置的逻辑结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供的在线预测起动机健康状态方法，可以应用于车载ECU(ElectronicControl Unit，电子控制单元)中；还可以部分应用于车载ECU中，另一部分应用于远端服务器中，本发明对此不做限定，都属于本发明的保护范围。参见图1，为本实施例提供的一种在线预测起动机健康状态方法，该方法包括以下步骤：

S11：在发动机起动过程中，记录起动机的实际运行时间和实际运行参数。

实际运行参数包括实际最大加速度、实际最大转速、实际稳态转速和实际达到稳态转速的时间中的至少一个参数。发动机的起动过程，即发动机借助起动机由静止状态过渡到能自行运转的过程。稳态转速指的是一段时间内起动机的转速变化值小于预设的阈值时，这段时间初始时刻的转速。达到稳态转速的时间指的是从发动机起动开始时刻为起始，到稳态转速对应的时间为结束这段时间。

参见图2，为发动机启起动过程中，起动机的理想运行过程的示意图。横坐标为时间t，单位为s；纵坐标为转速n，单位为rpm。StSys_aMax0为起动机在发动机起动过程中的理想最大加速度、StSys_nMax0为起动机在发动机起动过程中的理想最大转速，StSys_nStab0为起动机在发动机起动过程中的理想稳态转速、StSys_tStab0为起动机在发动机起动过程中的理想达到稳态转速时间。

S12：在起动机安装到车辆后，记录起动机的实际运行次数。

在起动机的转速大于预设转速阈值后，则统计起动机运行了一次。更换起动机后，记录的起动机实际运行次数也会清零，开始重新计数。

S13：对实际运行次数和预设的起动机无故障运行次数进行分析，对实际运行时间和预设的起动机无故障运行时间进行分析，以及对实际运行参数和起动机的理想运行参数进行分析，得到起动机的健康状态。

预先根据起动机厂家给定的参数或者试验得到最大起动机无故障运行时间，设定起动机无故障运行次数；以及根据起动机厂家给定的参数设定起动机无故障运行次数。

在实际运行参数包括实际最大加速度、实际最大转速、实际稳态转速和实际达到稳态转速的时间这四个参数时，步骤S13具体包括以下步骤：

1)基于运行时间健康指数公式，计算得到运行时间健康指数。运行时间健康指数公式为：

其中，StSys_Jkzs1为运行时间健康指数，StSys_tiActRun为起动机的实际运行时间，StSys_tiNoFlt_C为起动机无故障运行时间，StSys_fTiRun为起动机运行时间所占起动机的健康指数的权重。

2)基于运行次数健康指数公式，计算得到运行次数健康指数。运行次数健康指数公式为：

其中，StSys_Jkzs2为运行次数健康指数，StSys_numActRun为起动机的实际运行次数，StSys_numNoFlt_C为起动机无故障运行次数；StSys_fNumRun为起动机运行次数所占起动机的健康指数的权重。

3)基于最大加速度健康指数公式，计算得到最大加速度健康指数。最大加速度健康指数公式为：

其中，StSys_Jkzs3为最大加速度健康指数，StSys_aActMax为起动机在发动机起动过程中的实际最大加速度，StSys_aMax0为起动机在发动机起动过程中的理想最大加速度，StSys_fAMaxRun为最大加速度所占起动机的健康指数的权重。

4)基于最大转速健康指数公式，计算得到最大转速健康指数。最大转速健康指数公式为：

其中，StSys_Jkzs4为最大转速健康指数，StSys_nActMax为起动机在发动机起动过程中的实际最大转速，StSys_nMax0为起动机在发动机起动过程中的理想最大转速，StSys_fNMaxRun为稳态转速所占起动机的健康指数的权重。

5)基于稳态转速健康指数公式，计算得到稳态转速健康指数。稳态转速健康指数公式为：

其中，StSys_Jkzs5为稳态转速健康指数，StSys_nActStab为起动机在发动机起动过程中的实际稳态转速，StSys_nStab0为起动机在发动机起动过程中的理想稳态转速，StSys_fNStabRun为稳态转速所占起动机的健康指数的权重。

6)基于达到稳态转速时间健康指数公式，计算得到达到稳态转速时间健康指数，所述达到稳态转速时间健康指数公式为：

其中，StSys_Jkzs6为达到稳态转速时间健康指数，StSys_tActStab为起动机在发动机起动过程中的实际达到稳态转速时间，StSys_tStab0为起动机在发动机起动过程中的理想达到稳态转速时间，StSys_fTStabRun为达到稳态转速时间所占起动机的健康指数的权重。

各个参数对应的权重的和为1，即StSys_fTiRun+StSys_fNumRun+StSys_fTStabRun+StSys_fAMaxRun+StSys_fNMaxRun+StSys_fNStabRun＝1。且每个参数对应的权重的范围都是(0,1)。优选的，StSys_fTiRun、StSys_fNumRun和StSys_fTStabRun中的各个值，均小于StSys_fAMaxRun、StSys_fNMaxRun和StSys_fNStabRun中的每个值。具体的，StSys_fTiRun、StSys_fNumRun和StSys_fTStabRun中的两个为0.15，且另一个为0.1；StSys_fAMaxRun、StSys_fNMaxRun和StSys_fNStabRun均为：0.2。

7)将运行时间健康指数、运行次数健康指数、最大加速度健康指数、最大转速健康指数、稳态转速健康指数以及达到稳态转速时间健康指数相加，得到起动机的健康状态。即StSys_Jkzs＝StSys_Jkzs1+StSys_Jkzs2+StSys_Jkzs3+StSys_Jkzs4+StSys_Jkzs5+StSys_Jkzs6，StSys_Jkzs为起动机的健康状态。

发明人在实现本发明时，发现随着蓄电池的电量和发动机的温度变化，起动机的理想运行参数也会发生变化，为了提高计算结果的准确性，因此在一些具体实施例中，预先通过实验或者方案得到蓄电池的电量和发动机的温度，与起动机的理想运行参数的关系，并设置为表格形式。在线计算起动机的健康状态时，通过查表方式，匹配得到与蓄电池的当前电量和发动机的当前温度对应的起动机的理想运行参数，进行起动机的健康状态计算。

本发明中的蓄电池指的是为起动机提供电能的蓄电池，蓄电池的电量决定了起动机的输出功率。发动机温度指的是发动机本体温度，发动机的温度决定了发动机的摩擦扭矩，进而决定了起动机的负载大小。实际应用中可以用发动机的机油油温表示发动机温度。在发动机起动过程中，关闭执行器的驱动，进而不让执行器消耗蓄电池的电量，以及发动机不做功。

对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。

下述为本发明装置实施例，可以用于执行本发明方法实施例。对于本发明装置实施例中未披露的细节，请参照本发明方法实施例。

参见图3，为本实施例提供的一种在线预测起动机健康状态装置，包括：第一记录单元31、第二记录单元32和健康分析单元33。

第一记录单元31，用于在发动机起动过程中，记录起动机的实际运行时间和实际运行参数；实际运行参数包括实际最大加速度、实际最大转速、实际稳态转速和实际达到稳态转速的时间中的至少一个参数。

第二记录单元32，用于在起动机安装到车辆后，记录起动机的实际运行次数。

健康分析单元33，用于对实际运行次数和预设的起动机无故障运行次数进行分析，对实际运行时间和预设的起动机无故障运行时间进行分析，以及对实际运行参数和起动机的理想运行参数进行分析，得到起动机的健康状态。

在一些具体实施例中，健康分析单元33，具体包括第一获取子单元和匹配子单元。第一获取子单元，用于获取蓄电池的当前电量和发动机的当前温度。匹配子单元，用于通过查表方式，匹配得到与蓄电池的当前电量和发动机的当前温度对应的起动机的理想运行参数。

在一些具体实施例中，实际运行参数包括实际最大加速度、实际最大转速、实际稳态转速和实际达到稳态转速的时间；健康分析单元33，具体包括第一指数计算子单元、第二指数计算子单元、第三指数计算子单元、第四指数计算子单元、第五指数计算子单元和第六指数计算子单元。

第一指数计算子单元，用于基于运行时间健康指数公式，计算得到运行时间健康指数。运行时间健康指数公式为：

第二指数计算子单元，用于基于运行次数健康指数公式，计算得到运行次数健康指数。运行次数健康指数公式为：

第三指数计算子单元，用于基于最大加速度健康指数公式，计算得到最大加速度健康指数。最大加速度健康指数公式为：

第四指数计算子单元，用于基于最大转速健康指数公式，计算得到最大转速健康指数。最大转速健康指数公式为：

第五指数计算子单元，用于基于稳态转速健康指数公式，计算得到稳态转速健康指数。稳态转速健康指数公式为：

第六指数计算子单元，用于基于达到稳态转速时间健康指数公式，计算得到达到稳态转速时间健康指数。达到稳态转速时间健康指数公式为：

优选的，StSys_fTiRun、StSys_fNumRun和StSys_fTStabRun均小于StSys_fAMaxRun、StSys_fNMaxRun和StSys_fNStabRun中的每个值。具体的，StSys_fTiRun、StSys_fNumRun和StSys_fTStabRun中的两个为0.15，且另一个为0.1；StSys_fAMaxRun、StSys_fNMaxRun和StSys_fNStabRun均为：0.2

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可，且本说明书中各实施例中记载的特征可以相互替换或者组合。

对本发明所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。