Прибор встроенного автоматического диагностирования автомобилей и тракторов Российский патент 2024 года по МПК G01M15/00 G07C5/08 G08B23/00 G01M17/00 

Изобретение относится к области технической диагностики, а именно к средствам встроенного диагностирования, и может быть использовано для автоматического определения технического состояния автомобилей и тракторов (АиТ).

Уровень техники.

Известно устройство бортового контроля технического состояния транспортного средства (ТС) (RU 2631750, опубл. 26.09.2017). Устройство содержит блок съема визуальной информации, блок съема акустической информации, датчик скорости, блок датчиков контроля параметров технического состояния двигателя, блок предварительной обработки сигналов, аналого-цифровой преобразователь, таймер, блок памяти, подблок прогноза состояния, подблок данных о допустимых номинальных и предельных значениях параметров, подблок значений параметров технического состояния ТС, блок предварительной обработки цифровой информации, блок передачи информации по радиоканалу, зуммер и блок блокировки транспортного средства. Устройство дополнительно снабжено блоком обработки видео/аудиопотока, блоком памяти с возможностью записи на внешний Flash накопитель, подблоком анализа предотказного технического состояния, подблоком оценки фактической работоспособности транспортного средства, подблоком базы данных неисправностей и рекомендаций.

Основные причины, препятствующие получению требуемого технического результата:

- отсутствует возможность всережимного диагностирования;

- низкая универсальность, из-за отсутствия системы автоматического обучения;

- не используются инструменты искусственного интеллекта для повышения точности диагностирования и автоматизации процесса диагностирования;

- отсутствует контроль и учет режимов работы АиТ;

- отсутствует обобщенная диагностическая модель АиТ.

Известна универсальная объектно-ориентированная мультиплатформенная система автоматической диагностики и мониторинга для управления состоянием и предупреждения аварий оборудования опасных производственных и транспортных объектов (RU 2728167, опуб. 28.07.2020), которая содержит архитектуру управления, датчики, соединенные с подконтрольным оборудованием, подсистему мониторинга, а также модуль визуализации. Система может быть выполнена в стационарном, мобильном, бортовом, персональном и стендовом исполнении. Используются методы неразрушающего контроля для динамического и статического оборудования. Программное обеспечение нижнего уровня передает результаты измерений в программное обеспечение верхнего уровня.

Основные причины, препятствующие получению требуемого технического результата:

- система имеет ориентированность на удаленное диагностирование и не позволяет производить автоматическое диагностирование на борту автомобиля или трактора;

- отсутствует возможность всережимного диагностирования;

- отсутствует контроль и учет режимов работы АиТ;

- отсутствует обобщенная диагностическая модель АиТ.

Известна система диагностики неисправностей автомобиля (US 4817418, опуб. 04.04.1989). Система включает в себя средство обнаружения отказов устройств, установленных в транспортном средстве, средство хранения информации об отказе, средство отображения информации об отказе, средство учета времени, показывающее время наступления отказа, средство ввода времени для поиска и средство выборочного отображения информации об отказе.

Основные причины, препятствующие получению требуемого технического результата:

- отсутствует возможность автоматического диагностирования;

- отсутствует возможность всережимного диагностирования;

- не используются инструменты искусственного интеллекта для повышения точности диагностирования;

- отсутствует контроль и учет режимов работы АиТ;

- отсутствует обобщенная диагностическая модель АиТ.

Известна диагностическая система, использующая распознавание образов для электронных систем управления автомобилем (US 5041976A, опуб. 20.08.1991), реализующая способ диагностики неисправностей в электронных системах управления, в которых происходит обмен большим объемом информации между процессором электронного блока управления и механической системой. Данные собираются таким образом, что формируются векторы параметров, описывающие работу системы. Векторы подаются в систему распознавания образов, такую как нейронная сеть, для классификации в соответствии с рабочим состоянием системы с электронным управлением. Для диагностики работы двигателя с электронным управлением параметры, включенные в векторы, соответствуют отдельным событиям зажигания, происходящим в двигателе, работающем в заранее определенных условиях.

Основные причины, препятствующие получению требуемого технического результата:

- не реализована возможность автоматического диагностирования;

- отсутствует возможность всережимного диагностирования;

- отсутствует контроль и учет режимов работы АиТ;

- отсутствует обобщенная диагностическая модель АиТ;

- нет возможности диагностирования элементов АиТ без системы управления;

- требуется проведение сложного процесса обучения системы распознавания образов.

Известен метод и система для бортовой диагностики автомобиля (WO 2020187490A1, опуб. 24.09.2020). Система реализует способ бортовой диагностики транспортного средства, содержащее: а) определение не менее одного условия включения бортовой диагностики на основании ожидаемого поведения при вождении; б) определение, удовлетворяются ли одно или несколько условий включения диагностирования с) запуск бортовой диагностики, если выполнено одно или несколько условий включения.

Основные причины, препятствующие получению требуемого технического результата:

- отсутствует возможность автоматического диагностирования;

- отсутствует возможность всережимного диагностирования;

- отсутствует контроль и учет режимов работы АиТ;

- отсутствует обобщенная диагностическая модель АиТ.

Наиболее близким техническим решением является бортовой диагностический модуль с использованием распознавания образов (US 6175787, опуб. 16.01.2001), который содержит: множество датчиков, не связанных напрямую с элементами автомобиля, причем каждый датчик измеряет сигнал, содержащий информацию о состоянии элемента; средство обработки, подключенный к датчикам, определяющий, работает ли элемент правильно на основе измеренных сигналов; средство вывода информации, подключенное к средству обработки; средство воздействия на другую систему в транспортном средстве, если элемент работает ненормально. Средство обработки предпочтительно реализует инструменты распознавания образов, такие как обученный алгоритм распознавания образов или нейронная сеть. Средство вывода информации может представлять собой дисплей для индикации состояния элемента транспортного средства, чтобы дать возможность водителю транспортного средства видеть ненормальную работу элемента. По меньшей мере, один источник дополнительной информации, например время и дата, может быть отображен на дисплее, а средство ввода соединено с транспортным средством для ввода дополнительной информации в средство обработки. Средство вывода информации также может быть реализовано как средство передачи информации, о состоянии элемента, на место, удаленное от транспортного средства, например, в станцию технического обслуживания. Кроме того, производится мониторинг элементов транспортного средства во время работы на проезжей части с ограниченным доступом, если обнаруживается ненормальная работа какого-либо элемента, то автомобиль автоматически съезжает с проезжей части с ограниченным доступом.

Основные причины, препятствующие получению требуемого технического результата:

- нет возможности получать сигналы с датчиков, согласованные с различными режимами работы элементов автомобиля, что приводит к получению некорректных данных, т.к. различные режимы дают различные сигналы, кроме того многие неисправности проявляются не на всех режимах;

- отсутствует компонент учета времени наработки на определенных режимах, который необходим для корректной организации автоматического диагностирования объектов с динамическими режимами работы к которым относятся АиТ;

- модуль не содержит средство принятия решений и обратной связи, этот компонент важен не только для постановки диагноза, но и непрерывного обучения интеллектуального диагностического прибора;

- требуется проведение сложного процесса обучения системы распознавания образов, который будет сильно отличаться для различного вида автомобилей.

Раскрытие сущности изобретения.

Задачей предлагаемого изобретения является автоматическое диагностирование автомобилей и тракторов. Техническим результатом предлагаемого изобретения является: возможность всережимного непрерывного автоматического диагностирования с целью снижения затрат на техническое обслуживание автомобилей и тракторов и повышение точности диагностирования.

Технический результат в приборе встроенного автоматического диагностирования автомобилей и тракторов содержащем: средства для получения сигналов с датчиков, соединенных с подконтрольным оборудованием, подсистему непрерывного мониторинга, аналого-цифровой преобразователь, усилитель, мультиплексор, базу данных, средство обработки данных, реализующее инструменты распознавания образов, такие как обученный алгоритм распознавания образов или нейронная сеть, средство вывода информации, представляющий собой дисплей, световое табло или устройство воспроизведения звука, имеющий бортовое исполнение, решается тем, что прибор содержит контроллер учета режимов диагностирования, контроллер дифференцированного учета наработки и блок обработки данных и принятия решений, связанные общей шиной приема и передачи данных, работающие в параллельном режиме и позволяющие производить автоматическое непрерывное диагностирование на всех режимах работы элемента автомобиля или трактора, дифференцировать и учитывать объем наработки на всех режимах работы, выявлять зависимости структурного и диагностического параметра и автоматически выдавать информацию о техническом состоянии диагностируемого элемента автомобиля или трактора.

Описание конструкции.

Конструкция прибора встроенного автоматического диагностирования автомобилей и тракторов (фиг. 1) содержит аппаратный интерфейс 1 для входных аналоговых и цифровых сигналов, усилитель 2 для подавления, повторения или усиления входного сигнала, аналого-цифровой преобразователь 3, преобразующий аналоговый сигнал в цифровой, мультиплексор 4, позволяющий распределять входные сигналы, контроллер учета режимов диагностирования 5, блок обработки данных и принятия решений 6, контроллер дифференцированного учета наработки 7, база данных 8, цифро-аналоговый преобразователь 9, усилитель 10 выходного сигнала, аппаратный интерфейс 11 выходных сигналов.

Описание действия прибора.

Сокращения, принятые в описании:

БОДПР - блок обработки данных и принятия решений;

КУРД - контроллер учета режимов диагностирования;

КДУН - контроллер дифференцированного учета наработки.

Прибор встроенного автоматического диагностирования автомобилей и тракторов реализует два режима: обучение и диагностирование.

Режим диагностирования - это процесс непрерывного всережимного диагностирования, который происходит в следующей последовательности:

1) При запуске двигателя АиТ происходит автоматическое переключение режима работы прибора встроенного автоматического диагностирования автомобилей и тракторов из состояния «сон» в рабочее состояние. В этот момент БОДПР 6 дает команду на одновременный запуск и параллельную работу двух компонентов: КДУН 7; КУРД 5.

2) Аналоговые сигналы поступают от встраиваемых и штатных датчиков через аналоговые входы аппаратного интерфейса 1, усилитель 2, аналого-цифровой преобразователь 3 и мультиплексор 4. Цифровые сигналы поступают напрямую в мультиплексор от цифровых датчиков или бортовых устройств, например, от электронного блока управления двигателем по протоколу OBDII.

3) КУРД получает сигнал от мультиплексора и осуществляет распознавание текущего режима работы элемента АиТ, после чего отправляет эти данные на БОДПР и КДУН. Сигналом для КУРД может выступать сигнал частоты вращения различных валов, в зависимости, какой элемент необходимо диагностировать это может быть вращение коленчатого, распределительного, карданного вала или вращение колеса, это также может быть мощность или энергия сигнала вибрации агрегата и пр. Частота дискретизации режимов может быть задана пользователем или определяться автоматически на стадии обучения.

4) Параллельно происходит работа КДУН, который производит вычисление объема наработки на режимах, определенных КУРД и передает вычисленные параметры в БОДПР. Параметром наработки может выступать пробег, время работы или их композиция. КДУН получает данные с датчиков и КУРД.

5) БОДПР осуществляет автоматическое управление всеми компонентами прибора и принимает решения на основании данных, поступающих со всех датчиков и компонентов прибора. После поступления данных с датчиков, КУРД и КДУН происходит вычисление текущего технического состояния диагностируемого элемента АиТ для дискретного режима работы согласно обобщенной диагностической модели, которая основана на вероятностном подходе. Например, для диагностирования коробки передач автомобиля обобщенная диагностическая модель выглядит следующим образом:

где - вероятность наступления отказа коробки передач автомобиля;

- наступление предельного состояния подшипниковых узлов коробки передач;

- безотказная работа подшипниковых узлов коробки передач:

- наступление предельного состояния зубчатых зацеплений коробки передач;

- безотказная работа зубчатых зацеплений коробки передач:

В качестве сигнала для диагностирования коробки передач автомобиля выступает сигнал виброускорения, а режимы диагностирования могут дифференцироваться по выбранной передаче или частоте вращения валов.

Результатом диагностирования является вероятность отказа элемента на всех режимах его работы. Параметры обобщенной диагностической модели рассчитываются с использованием методов искусственного интеллекта, а именно, устанавливается их зависимость от наработки с использованием машинного обучения нейронной сети и методов адаптивной обработки сигналов.

6) После автоматического определения технического состояния диагностируемого элемента производится запись всех данных, участвующих в расчетах в базу данных 8. База данных также содержит информацию о базовых параметрах обобщенной диагностической модели аналогичного АиТ - это параметры предельного и исправного технического состояния, которые используются на начальном этапе диагностирования. Если динамика изменения технического состояния несущественная, шаг сохранения данных увеличивается, при появлении значимых изменений технического состояния шаг сохранения уменьшается. Неактивная часть данных передается на внешний носитель посредством аппаратного интерфейса 11.

7) При достижении вероятности отказа элемента более 70% происходит оповещение оператора/водителя АиТ о неисправности через устройства оповещения и индикации, которые могут быть подключены через аппаратный интерфейс 11. В качестве таких устройств могут выступать световое табло, дисплей, устройство голосового оповещения. Кроме того, данные могут передаваться беспроводным способом на удаленные пункты технического обслуживания. Для вывода аналоговых сигналов используется цифро-аналоговый преобразователь 9 и усилитель 10.

Режим обучения состоит из двух стадий. На стадии первичной установки прибора на АиТ и отсутствии базовых параметров обобщенной диагностической модели, оператору/водителю необходимо задать уровни дискретизации режимов работы диагностируемого элемента и период обучения. В течение этого периода прибор в автоматическом режиме осуществляет сбор и анализ данных с датчиков по вышеописанной схеме согласно пунктам 1-4 и производит обучение диагностической модели посредством методов машинного обучения. В этот период априори предполагается, что диагностируемый элемент имеет структурные параметры, соответствующие исправному состоянию. В результате обучения обобщенной диагностической модели происходит построение зависимостей параметров обобщенной диагностической модели от структурных параметров исправного состояния. Типичным примером такой стадии обучения является установка прибора на новый автомобиль или трактор, а также на отремонтированный.

Вторая стадия обучения происходит на протяжении всего периода эксплуатации АиТ параллельно с режимом диагностирования. Характерной особенностью данного этапа является автоматический поиск, анализ и хранение информации о динамике изменения параметров обобщенной диагностической модели в зависимости от технического состояния диагностируемого элемента АиТ.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет производить автоматическое диагностирование автомобилей и тракторов, что дает информацию о текущем техническом состоянии, тем самым снижая затраты на привлечение специалиста по диагностированию, затраты на простои коммерческого автомобильного транспорта и тракторов при внезапных отказах. Точность диагностирования достигается благодаря дифференциации режимов диагностирования и их учету. Т.к. чаще всего дефект проявляется только на определенных режимах, предлагаемое изобретение позволяет охватывать все режимы работы диагностируемого элемента тем самым вероятность обнаружения неисправности и постановки точного диагноза повышается.

Изобретение относится к области технической диагностики, а именно к средствам встроенного диагностирования, и может быть использовано для автоматического определения технического состояния автомобилей и тракторов. Прибор встроенного автоматического диагностирования автомобилей и тракторов содержит средства для получения сигналов с датчиков, подсистему непрерывного мониторинга, аналого-цифровой преобразователь, усилитель, мультиплексор, базу данных, средство обработки данных, реализующее инструменты распознавания образов, такие как обученный алгоритм распознавания образов или нейронная сеть, средство вывода информации, представляющее собой дисплей, световое табло или устройство воспроизведения звука. Также прибор содержит контроллер учета режимов диагностирования, контроллер дифференцированного учета наработки и блок обработки данных и принятия решений, связанные общей шиной приема и передачи данных, работающие в параллельном режиме и позволяющие производить автоматическое непрерывное диагностирование на всех режимах работы, выявлять зависимости структурного и диагностического параметра и автоматически выдавать информацию о техническом состоянии диагностируемого элемента. Технический результат заключается в повышении точности диагностирования. 1 ил.

Прибор встроенного автоматического диагностирования автомобилей и тракторов, содержащий: средства для получения сигналов с датчиков, соединенных с подконтрольным оборудованием, подсистему непрерывного мониторинга, аналого-цифровой преобразователь, усилитель, мультиплексор, базу данных, средство обработки данных, реализующее инструменты распознавания образов, такие как обученный алгоритм распознавания образов или нейронная сеть, средство вывода информации, представляющее собой дисплей, световое табло или устройство воспроизведения звука, имеющее бортовое исполнение, отличающийся тем, что содержит контроллер учета режимов диагностирования, контроллер дифференцированного учета наработки и блок обработки данных и принятия решений, связанные общей шиной приема и передачи данных, работающие в параллельном режиме и позволяющие производить автоматическое непрерывное диагностирование на всех режимах работы элемента автомобиля или трактора, дифференцировать и учитывать объем наработки на всех режимах работы, выявлять зависимости структурного и диагностического параметра и автоматически выдавать информацию о техническом состоянии диагностируемого элемента автомобиля или трактора.