Способ дистанционного диагностирования технического состояния двигателей внутреннего сгорания Российский патент 2023 года по МПК G01M15/04 G07C5/00 

Изобретение относится к области эксплуатации, диагностирования и технического облуживания двигателей внутреннего сгорания (ДВС) тракторов, автомобилей и мобильной сельскохозяйственной техники, находящихся в работе.

Известен способ диагностики двигателя (патент RU 2491526 С2, МПК G01M 15/04, опубл. 27.08.2013, Бюл. №24), включающего в себя этапы, на которых принимают запрос на диагностирование систем ДВС, доставляют диагностический модуль абоненту и присоединяют диагностический модуль к системе двигателя. Способ может реализовывать этапы, на которых диагностируют системы двигателя на основе информации, полученной диагностическим модулем, и обеспечивают помощь в ремонте на основе диагностирования системы двигателя. При этом воспринимают один параметр системы двигателя и повторно генерируют данные, представляющие повторно воспринятый один параметр, и передают данные диагностическому модулю, присоединенному к системе двигателя.

Недостатками описанного способа являются:

- необходимость выезда технического специалиста на место диагностирования ДВС для присоединения диагностического модуля к системе двигателя, что увеличивает время и трудоемкость диагностирования;

- одновременно диагностируется только одна система двигателя, что существенно снижает достоверность выявления причины отказа двигателя или его системы;

- предусматривается диагностирование только по показаниям предустановленных датчиков и устройств регулирования системами двигателя, и не предусматривается анализ энергетических параметров и технико-экономических показателей работы самого двигателя;

- отсутствие специального программного обеспечения требует расшифровки полученных данных и снижает их достоверность;

- отсутствие телекоммуникационных устройств связи в диагностическом модуле исключает возможность дистанционной передачи данных на расстояние.

Известен способ дистанционной диагностики автомобиля из центра технического обслуживания, оснащенного диагностическим комплексом (патент RU 2252882 С1, МПК B60S 5/00, G01M 17/00, опубл. 27.05.2005, Бюл. №15), заключающийся в передаче от автомобиля в диагностический комплекс сигналов, отображающих регистрационные данные и эксплуатационные характеристики автомобиля и его функциональных узлов. В диагностическом комплексе идентифицируются принятые данные, отслеживаются уровень снижения характеристик, выявляются возможные неисправности и передают на автомобиль сигналы с оценкой технического состояния автомобиля и его функциональных узлов, а также рекомендации по доводке характеристик до оптимальных. Обмен информацией между автомобилем и комплексом осуществляют посредством телекоммуникационных средств связи. При этом сигналы, отображающие эксплуатационные характеристики автомобиля и его функциональных узлов, получают от контроллеров управления через диагностический разъем автомобиля.

Формирование сигналов, исходящих от контроллеров управления, и сигналов, входящих в комплекс, осуществляют с первичными формой и протоколом, пригодными для обработки стандартными диагностическими устройствами. Передачу сигналов телекоммуникационными средствами связи в обоих направлениях осуществляют со вторичными формой и протоколом, пригодными для передачи коммутационными средствами связи.

Переход от первичных формы и протокола ко вторичным и обратно производится путем процессорного преобразования. К недостаткам этого способа следует отнести:

- необходимость подключения контроллеров управления функциональными блоками автомобиля через диагностический разъем кабелем к устройству преобразования сигналов при внезапном останове в пути, что требует подготовленности водителя и наличие соответствующих приборов на борту автомобиля;

- дискретный опрос датчиков и блока управления двигателя автомобиля позволяет диагностировать только внезапные отказы систем, что не позволяет получить информацию о возможном постепенном отказе, а также предупредить и избежать внезапных отказов в пути;

- принятие решения о неисправности систем автомобиля выполняется техническими специалистами, при этом возможно недостоверное определение причины отказа систем;

- передача диагностических данных осуществляется средствами телекоммуникационной связи, а именно мобильной сотовой связи, радиостанции, оптоволоконной линии, но использование таких средств связи на удаленных местностях может быть невозможно;

- использование мобильной сотовой связи, покрытие которой неравномерно, может привести к потере необходимого пакета диагностических данных, что затрудняет определение причины отказа систем автомобиля;

- использование мобильной сотовой связи, оптоволоконной линии или выделенной линии Internet требует дополнительных затрат в виде абонентской платы или платы за объем передаваемых данных.

Наиболее близким по технической реализации к предложенному способу является способ дистанционного диагностирования технического состояния двигателя внутреннего сгорания транспортных и технологических машин (патент RU 2703850 С1, МПК G01M 15/04, G07C 5/00, опубл. 22.10.2019, Бюл. №30), согласно которому от диагностических модулей и блока управления двигателя поступают сигналы, отображающие текущее техническое состояние систем двигателя и его функциональных узлов, которые посредством телекоммуникационных средств космической связи передаются на сервер диагностического центра, а там с помощью специального программного обеспечения посредством нейросетевого моделирования осуществляется прогнозирование остаточного ресурса систем и элементов двигателя, а также выдаются рекомендации о проведении профилактических обслуживаний и ремонтов двигателя. Данный способ предусматривает сбор и обработку диагностической информации посредством одноплатного компьютера, соединенного с диагностическими модулями и блоком управления двигателя, при этом одноплатный компьютер связан со спутниковым модемом для передачи диагностических данных на сервер диагностического центра. Недостатками этого способа являются:

- необходимость установки на транспортные и технологические машины громоздкого и дорогостоящего спутникового оборудования, которое значительно превышает по габаритам и стоимости другие средства телекоммуникационной связи;

- необходимость наличия направленной спутниковой антенны, что затрудняет передачу информации спутнику от движущегося транспортного средства или технологической машины;

- наличие абонентской платы оператору спутниковой связи и избыточность мощности такого канала передачи для небольшого пакета диагностических данных;

- избыточность вычислительной мощности одноплатного компьютера, что нерационально с точки зрения использования вычислительных мощностей для сбора и передачи небольшого пакета диагностических данных;

- слабая помехозащищенность спутниковой связи, подверженность сигналов влиянию атмосферных явлений, что может привести к искажению и потере части диагностических данных;

- беспроводное соединение одноплатных компьютеров группы машин не обеспечивает надежность передачи диагностических данных из-за возможного отключения или отказа связующего устройства.

Технической задачей изобретения является повышение надежности, оперативности передачи информации при дистанционном диагностировании и оценке технического состояния ДВС тракторов, автомобилей и мобильной сельскохозяйственной техники в процессе непосредственной работы путем передачи диагностической информации диагностическому центру с помощью компактных и недорогих новейших телекоммуникационных средств связи без абонентской платы.

Поставленная задача решается тем, что способ дистанционного диагностирования технического состояния (ДВС) тракторов, автомобилей и мобильной сельскохозяйственной техники включает прием микроконтроллером сигналов от блока управления двигателем и дополнительно установленных датчиков, сбор и передачу диагностических данных посредством телекоммуникационных средств связи на сервер диагностического центра, осуществляющий накопление, хранение, последующую обработку и визуализацию диагностических данных, получение и анализ эффективных и технико-экономических показателей работы ДВС, а также позволяющий предупреждать наступление внезапных и постепенных отказов систем ДВС, исключать аварийные режимы его работы, прогнозировать мероприятия по техническому обслуживанию и ремонту ДВС; при этом микроконтроллер соединен с модемом для передачи диагностических данных с использованием технологии LoRa к базовой станции и далее на сервер диагностического центра, а сбор сигналов осуществляется микроконтроллером от блока управления двигателем и дополнительно установленных аналоговых датчиков, подключаемых к микроконтроллеру непосредственно, и цифровых датчиков, подключаемых к микроконтроллеру посредством цифровой шины.

Дополнительные датчики необходимы для измерения температуры и качества смазочного масла, температуры и состава выхлопных газов, давления топлива в элементах системы питания ДВС, давления газов в цилиндрах двигателя и других параметров, которые не используются стандартным блоком управления ДВС для обеспечения его нормальной работы. Использование дополнительных датчиков позволяет расширить перечень измеряемых величин и повысить качество диагностирования.

От блока управления двигателем и дополнительно установленных датчиков сигналы поступают к микроконтроллеру, обеспечивающему сбор и передачу диагностических данных посредством телекоммуникационных средств связи на сервер диагностического центра, осуществляющий накопление, хранение, последующую обработку и визуализацию диагностических данных, получение и анализ эффективных и технико-экономических показателей работы ДВС, также позволяющее предупреждать наступление внезапных и постепенных отказов систем ДВС, исключать аварийные режимы его работы, прогнозировать мероприятия по техническому обслуживанию и ремонту ДВС.

Для передачи диагностических данных от диагностического устройства используется технология LoRa (патент US 9647718 В2, опубл. 31.03.2016) и протокол LoRaWAN, позволяющий передавать пакеты данных в не лицензируемом радиочастотном диапазоне и создавать частную независимую сеть.

Технически способ передачи данных поясняется иллюстрацией, на которой показана схема приема сигналов микроконтроллером 1 от блока управления двигателем 2, аналоговых датчиков 3 и цифровых датчиков 4, и передача диагностических данных через модем 5 и базовую станцию 6 к серверу 7 диагностического центра.

Способ дистанционного диагностирования технического состояния (ДВС) тракторов, автомобилей и мобильной сельскохозяйственной техники осуществляется следующим образом.

Микроконтроллер осуществляет сбор, преобразование и передачу диагностических данных от блока управления двигателем 2, аналоговых датчиков 3, подключаемых к микроконтроллеру непосредственно, и цифровых датчиков 4, подключаемых к микроконтроллеру посредством шины. Полученная в аналоговом виде информация преобразуется в цифровой сигнал в микроконтроллере и с помощью модема 5 по протоколу LoRaWAN передается на расстояние к базовой станции 6, которая осуществляет проводную или беспроводную связь с сервером диагностического центра 7. В качестве сервера может служить локальный сервер на предприятии или внешний сервер в сети Интернет.

Наличие микроконтроллера в отличии от одноплатного компьютера позволяет использовать собственную программу сбора, обработки и передачи диагностических данных, которая может быть гибкой, удобной и настраиваемой дистанционно через программное обеспечение сервера диагностического центра путем передачи определенных команд в обратном направлении от сервера к микроконтроллеру.

Базовая станция 6, используя протокол LoRaWAN, может принимать сигналы на расстоянии до 15 км и покрывать территорию площадью до 700 кв. км. При необходимости покрытия большей площади требуется установка нескольких базовых станций, управляемых одним сервером. Базовая станция способна по протоколу LoRaWAN получать и передавать на сервер около 1,5 млн. пакетов данных в сутки. Если устройство (модем) отправляет один пакет в час, то базовая станция может обслуживать до 62500 модемов (единиц техники). При увеличении частоты передачи данных в час пропорционально уменьшается количество обслуживаемых устройств.

На сервере установлено специальное программное обеспечение, которое осуществляет накопление, хранение, последующую обработку и визуализацию диагностических данных, а также получение и анализ эффективных и технико-экономических показателей работы ДВС, например, эффективной мощности, крутящего момента, удельного расхода топлива и КПД двигателя. Программное обеспечение может осуществлять звуковую и световую сигнализацию (при наличии таких сигнализаторов) в случае появления вероятности отказов или аварийных режимов работы диагностируемого ДВС, а также давать рекомендации о необходимости проведения профилактических обслуживании и ремонтов ДВС.

Формируемая на сервере база данных может использоваться для перспективного планирования технических обслуживании и ремонтов ДВС тракторов, автомобилей и мобильной сельскохозяйственной техники, и уменьшения простоев посредством использования искусственной нейронной сети (ИНС). Кроме этого, появляется возможность контроля наработки ДВС, расхода запасных частей и топливо-смазочных материалов, прогнозирования финансовых расходов на поддержание техники в рабочем состоянии.

Стоимость оборудования для создания сети передачи данных с помощью технологии LoRa значительно ниже стоимости устройств мобильной сотовой связи (GSM) и спутниковой связи. При этом отсутствует абонентская плата оператору.

Реализация способа дистанционного диагностирования ДВС позволяет:

- достоверно и надежно получать информацию о текущем техническом состоянии ДВС и его систем в режиме реального времени;

- сокращать время и трудоемкость на обнаружение и устранение неисправностей систем ДВС;

- предупреждать наступление внезапных и постепенных отказов систем ДВС, исключать аварийные режимы его работы;

- прогнозировать мероприятия по техническому обслуживанию и ремонту ДВС;

- контролировать наработку и остаточный ресурс ДВС, а также расход запасных частей и топливо-смазочных материалов;

- обеспечивать автоматическое накопление, систематизацию и анализ диагностических данных, а также эффективных и технико-экономических показателей работы ДВС;

- создавать эффективные независимые частные локальные сети передачи диагностических данных без затрат на абонентскую плату.

Изобретение обеспечивает надежную оперативную передачу диагностической информации о текущем техническом состоянии ДВС тракторов, автомобилей и мобильной сельскохозяйственной техники, находящихся непосредственно в работе, на сервер диагностического центра без абонентской платы с помощью новейших телекоммуникационных средств связи для последующего накопления, хранения, обработки и визуализации диагностических данных специальным программным обеспечением.

Изобретение относится к области эксплуатации, диагностирования и технического облуживания двигателей внутреннего сгорания (ДВС) тракторов, автомобилей и мобильной сельскохозяйственной техники. Способ предусматривает дистанционное измерение параметров работы систем ДВС и контроль его технического состояния с помощью штатных и дополнительно установленных датчиков 3, 4. Значения измеренных параметров преобразуются в сигнал с помощью микроконтроллера 1 и передаются посредством модема 5 на расстояние с использованием технологии LoRa. Передача осуществляется на сервер 7 диагностического центра, где с помощью специального программного обеспечения осуществляется накопление, хранение, последующая обработка и визуализация диагностических данных, получение и анализ эффективных и технико-экономических показателей работы ДВС, а также планирование мероприятий по техническому обслуживанию и ремонту ДВС. Изобретение направлено на повышение надежности, оперативности передачи информации при дистанционном диагностировании и оценке технического состояния ДВС рабочей машины в процессе непосредственной работы путем передачи диагностической информации диагностическому центру с помощью компактных и недорогих телекоммуникационных средств связи. 1 ил.

Способ дистанционного диагностирования технического состояния двигателей внутреннего сгорания (ДВС) тракторов, автомобилей и мобильной сельскохозяйственной техники, включающий прием микроконтроллером сигналов от блока управления двигателем и дополнительно установленных датчиков, сбор и передачу диагностических данных посредством телекоммуникационных средств связи на сервер диагностического центра, осуществляющий накопление, хранение, последующую обработку и визуализацию диагностических данных, получение и анализ эффективных и технико-экономических показателей работы ДВС, а также позволяющий предупреждать наступление внезапных и постепенных отказов систем ДВС, исключать аварийные режимы его работы, прогнозировать мероприятия по техническому обслуживанию и ремонту ДВС; при этом микроконтроллер соединен с модемом для передачи диагностических данных с использованием технологии LoRa к базовой станции и далее на сервер диагностического центра, а сбор сигналов осуществляется микроконтроллером от блока управления двигателем и дополнительно установленных аналоговых датчиков, подключаемых к микроконтроллеру непосредственно, и цифровых датчиков, подключаемых к микроконтроллеру посредством цифровой шины.