传感器系统和监测方法与流程

1.本文所描述的主题涉及传感器系统和监测方法，尤其涉及间接确定其中特性未被直接测量的系统的特性的系统和方法。


背景技术：

2.提供传感器以测量系统中的各种特性。例如，传感器可以在各种环境中测量温度、湿度、压力、光等。这些传感器可以直接测量这些特性，如通过放置在要测量特性的位置、通过定位成使得传感器具有到要测量特性位置的视线等等。然而，一些系统可能不允许将传感器定位在传感器可以测量特性的位置。例如，在一些密封系统或系统的密封部件中，传感器或许可能无法插入密封区域、传感器可能无法具有进入密封区域的视线，或者可能花费高昂的时间和/或成本拆卸系统以将传感器放置在密封区域中。因此，这些位置中系统的特性可能无法由传感器进行测量。
3.作为具有传感器可能未定位区域的此类系统的一个实例，一些内燃机具有废气再循环(egr)系统。egr系统将至少一部分发动机废气再循环回发动机气缸。egr系统可以在上游位置(沿着发动机排气通过egr系统流向发动机气缸的方向)具有计量阀，该计量阀控制发动机排气流入和通过egr系统的流量。排气可以从计量阀流出；通过导管、歧管等(例如，一个或多个过滤器)；然后进入降低排气温度的egr系统的冷却器。虽然传感器(例如，测量温度、压力、排气流量等的传感器)可以位于计量阀的上游和/或冷却器的下游，但是传感器可能不能位于计量阀和冷却器之间的一个或多个位置。这可能是由于这些位置中的一个或多个被密封、由于触及和重新组装耗时或昂贵等。
4.测量计量阀上游和冷却器下游的温度、压力、排气流量等可以提供有关egr操作的一些信息。例如，测量这些特性可以指示egr的一个或多个部件被碎屑或积碳堵塞，或者在其他方面正在以不期望的方式运行。但是一些已知的系统和方法可能不能使用在计量阀上游和冷却器下游测量的特性来查明egr的哪个位置或部件正在以不期望的方式运行。能够感知当前无法触及的其他位置的特性将有助于查明哪些区域或部件正在以不期望的方式运行。
5.可能需要具有与当前可用的那些系统和方法不同的系统和方法。


技术实现要素：

6.在一个实例中，提供了一种方法，该方法可以包含获得表示有形系统的相应的第一部分和第二部分的操作的第一数学模型和第二数学模型。第一数学模型和第二数学模型中的每一个可以输出表示有形系统的公共部件的操作的相应的第一输出值或第二输出值，该公共部件可以包含在该有形系统的第一部分和第二部分两者中。该方法还可以包含将有形系统的第一部分的至少第一测量特性的至少第一输入值输入到第一数学模型中，以及将有形系统的第二部分的第二测量特性的至少第二输入值输入到第二数学模型中。该方法还可以包含基于至少第一输入值获得来自第一数学模型的第一输出值，以及基于至少第二输
入值获得来自第二数学模型的第二输出值。该方法可以包含通过将来自第一数学模型的第一输出值与来自第二数学模型的第二输出值进行比较来确定公共部件的状态。
7.在另一个实例中，提供了一种系统，其可以包含表示有形系统的第一部分的操作的第一虚拟传感器。第一虚拟传感器可以接收有形系统的一个或多个第一测量特性，并且可以基于一个或多个第一测量特性输出表示有形系统的公共部件的操作的第一输出值。该系统可以包含表示有形系统的第二部分的操作的第二虚拟传感器。第二虚拟传感器可以接收有形系统的一个或多个第二测量特性，并且可以基于一个或多个第二测量特性输出表示有形系统的公共部件的操作的第二输出值。有形系统的公共部件可以包含在有形系统的第一部分和第二部分两者中。该系统还可以包含控制器，该控制器可以接收来自第一虚拟传感器的第一输出值和来自第二虚拟传感器的第二输出值。控制器可以通过比较第一输出值和第二输出值来确定公共部件的状态。
8.在另一个实例中，一种系统可以包含可以测量车辆的egr系统中的气体冷却设备上游的第一压力的第一压力传感器、可以检测气体冷却设备下游的阀的位置的位置传感器、可以测量气体冷却设备的下游的第二压力的第二压力传感器，以及可以基于第一压力、阀的位置和通过阀的排气的流率的组合来计算第一计算值的控制器。控制器可以基于第二压力和气体冷却设备的效率值来计算第二计算值。控制器可以通过比较第一计算值和第二计算值来确定egr系统的状态。
附图说明
9.本发明主题可以通过参考附图阅读非限制性实施例的以下描述来理解，其中在下文中：
10.图1显示了可以用于监测有形系统的操作状态的传感器系统的示例性实施例；
11.图2示意性地示出了有形系统以及有形系统的上游和下游部分；并且
12.图3示出了用于监测有形系统的操作的方法的一个实例的流程图。
具体实施方式
13.本文描述的主题的实施例涉及传感器系统和方法，其能够利用多个数据源以及基于物理的模型来开发和训练系统的虚拟模型。数据源可以是例如与材料使用、事故驱动数据、连续发动机记录器等相关的数据。合适的基于物理的模型可以包含阀之间的压力。在一个实施例中，在计量阀和热交换器之间可以有压力差。合适的计量阀可以是egr计量阀，简称为egr阀。合适的热交换器可以是egr冷却器，其也可以被称为冷却设备。
14.本文所述的传感器系统和方法可以在物理(例如，有形)传感器可能无法位于的位置处或者在将传感器放置在该位置处可能花费大量时间或成本支出的情况下提供虚拟传感器。在一个实施例中，虚拟传感器可以提供允许确定整个系统的故障模式的输出，或者可以帮助诊断或预测系统的运行状况。
15.传感器系统和方法可以使用表示有形系统的不同部分、区域或段的操作的数学模型。在所示实施例中，有形系统将作为设置在车辆中的egr系统进行讨论和描述。每个模型可以输出(例如，由一个或多个处理器使用以计算)相应的上游或第二输出值。这些输出值表示有形系统的可以包含在有形系统的上游部分和第二部分两者中的公共部件的操作。例
如，有形系统的一个部分可以包含并从egr系统的计量阀(称为egr阀)的入口延伸到计量阀和egr冷却器之间的导管中的位置。有形系统的其他部分可以包含计量阀和egr冷却器之间的管道中的相同位置，并从该位置延伸到egr冷却器的输出。在计量阀和egr冷却器之间的导管中的该位置可能在该导管中不具有测量排气压力(或另一特性，如温度)的任何传感器(例如，没有压力传感器)。
16.一个或多个有形传感器可以测量egr系统在不同位置的特性作为输入值，然后将输入值作为模型的变量值提供给数学模型，以计算egr系统的其他特性。一个模型可以称为上游模型，而另一个模型可以称为下游模型。上游模型表示系统在一个或多个上游位置或区域中的操作，该位置或区域沿着流体(例如气体)流过系统的方向位于一个或多个其他下游位置或区域之前。第一上游输入值可以是第一压力，其可以在冷却器装置上游的上游位置进行测量。该上游位置可以由有形传感器触及，如位于可能在egr冷却器装置之前(例如，沿着排气流向冷却器装置的方向)的计量阀处或上游的位置。第二上游输入值可以是计量阀的位置或状态。该第二上游输入值可以由另一个有形传感器检测或由计量阀提供(例如，作为来自计量阀的输出)。第三上游输入值可以是通过计量阀的排气流量速率。该第三上游输入值可以由另一个有形传感器测量(或确定，如从计量阀的位置测量或确定)。
17.测量的上游压力、阀位置和/或通过计量阀的排气流量可以是上游输入值，其作为变量值输入到上游数学模型中，以(例如，使用上游模型)计算有形传感器可能无法触及的位置(例如，计量阀和冷却器装置之间的位置)中或位置处的另一压力。该压力可称为上游计算特性或上游建模压力。
18.可以在位于egr系统的冷却器装置下游的下游位置测量下游压力。附加地或替代地，可以确定egr冷却器装置的效率值。效率值可以是用户输入值，或者可以基于冷却器装置的使用年限、计量阀和冷却器装置下游之间的排气温度量等来计算。测量的下游压力和/或效率值、阀位置和/或通过计量阀的排气流量可以是下游输入值，其作为变量值输入到下游数学模型中，以(例如，使用下游模型)计算有形传感器可能无法触及的位置(例如，计量阀和冷却器装置之间的位置)中或位置处的另一压力。该压力可称为下游计算特性或下游建模压力。
19.上游模型和下游模型中的每一个可以具有独立于其他模型的变量。例如，当到下游模型的输入值改变时，上游模型的变量输出的值可以不改变，并且当到上游模型的输入值改变时，下游模型的变量输出的值可以不变。
20.然后可以比较来自不同上游数学模型和下游数学模型的两个输出(例如，在计量阀和冷却器装置之间的位置中计算的压力)，以确定在此相同位置中或附近的egr系统部件的状态或状况，如egr冷却器装置的状态或状况，如本文所述。然后传感器系统和方法可以基于可以确定的公共部件的状态来改变有形系统的上游部分、有形系统的下游部分或公共部件中的一个或多个的操作。
21.部件模型可以表示按照预期运行的正常阀的已知或测量的动态特性。合适的模型可以是egr冷却器结垢趋势的线性模型。该部件模型用来构建至少部分依赖于发动机运行状况、egr冷却器的使用年限和egr计量阀类型的运行模型。为了构建跨计量阀的预期压降的运行模型，测量跨已知按预期运行(例如，正常)的阀的压降，然后将其应用于系统的亚群，以允许根据正常阀的建模压力开发跨egr冷却器的压降的运行模型。根据正常阀和正常
结垢的egr冷却器开发的模型随后在egr计量阀和egr冷却器之间提供独立的虚拟压力传感器。一个模型(例如，上游模型)可以表示egr系统在上游位置(例如，egr冷却器的上游)的操作，而另一个模型(例如，下游模型)可以表示egr系统在下游位置(例如egr冷却器的下游)的操作。当来自上游模型和下游模型的输出的比率变化时，该变化指示跨冷却器的压降模型是否没有正确预测压降，或者跨阀的上游模型的压降是否发生偏移。这允许诊断egr计量阀和egr冷却器之间的故障。
22.当上游模型和下游模型输出的值的比率超过指定阈值(或者，在另一实施例中，可能未超过指定阈值)时，公共部件的状态可以被确定为非理想化状态或非正常状态。公共部件的状态可以响应于该比率未超过指定阈值(或在另一实施例中，超过指定阈值)被确定为理想化状态。
23.确定故障模式和提前期的替代方法包含使用故障数据和事件来识别系统(例如，egr计量阀或冷却器)是否存在问题，并通过故障排除步骤作业来确定哪个部件发生了故障。通常，系统中的专家可以使用将模型中使用的数据来对故障部件进行良好的假设，但这可能是在故障之后。可以使用具有已知标记的故障的输入信号的分类来开发替代类型的模型来构建分类模型，但可能缺乏本文所述的系统和方法所提供的预测能力。
24.为了开发egr计量阀和egr冷却器之间的上游模型和下游模型(可以称为虚拟模型)，可以针对不同类型的阀和冷却器收集正常阀和冷却器的数据。该数据可以是测量的压降。当前的配置包含两代阀和两个不同的冷却器供应商，因此可以收集四组不同的数据。某些类型的故障模式可能只出现在一代阀上，而其他类型的故障仅发生在老化之后，因此可以在模型中观察和考虑零件的老化。一旦识别出该训练数据，就可以通过将跨计量阀的测量压降输入到一个模型中并计算模型的输出来训练模型。可以使用egr冷却器运行数据的一定运行数据(例如，至少一年的数据)来开发egr冷却器结垢的另一模型。可以组合这些模型以确定两者之间是否存在不同的故障模式。
25.开发和应用该传感器系统和方法可以实现可以识别egr计量阀的不同故障模式的预测模型。这将允许预防道路故障，以及减少额外的零件使用(例如，通过避免更换无故障的阀)。
26.图1显示了可以用于监测有形系统102的操作状态的传感器系统100的示例性实施例。有形系统可以表示车辆的推进系统的至少一部分。例如，有形系统可以表示车辆的egr系统，该egr系统将至少一些排气从车辆的发动机104再循环回发动机。任选地，图1中所示的发动机可以表示车辆的推进系统的全部或一部分。egr系统包含将发动机的出口或排气歧管108与计量阀110流体联接的若干导管106。计量阀在控制器112的控制下以不同程度打开或关闭，以控制来自发动机的气缸114的排气流出排气歧管并经由导管流入气体冷却设备或egr冷却器装置116的速率。egr冷却器可降低流经和流出egr冷却器进入egr混合器装置118的排气的温度。该混合器装置可以将来自egr冷却器的排气输出与从后冷却器装置120接收的附加空气混合。排气和空气的混合物可以经由egr旁通阀122被引导回到发动机的一个或多个气缸中。旁通阀可以由控制器控制以改变位置并改变流入气缸的混合物的速率。
27.控制器可以表示硬件电路，该硬件电路包含和/或可以与一个或多个处理器(例如，微处理器、现场可编程门阵列、集成电路等)连接，这些处理器执行本文结合控制器所描
述的功能。传感器系统可以包含多个有形传感器，如设置在计量阀上游以及发动机和排气歧管下游的导管中或沿着该导管设置的上游压力传感器124、设置在egr冷却器下游以及egr混合器装置和发动机上游的导管中或沿着该导管设置的第二压力传感器126，以及在计量阀处或附近的阀传感器136。该阀传感器可以测量阀的位置，如0％打开(例如，阻止所有排气流通过阀)、50％打开(例如，允许一半排气流通过阀)、100％打开(例如，允许所有排气流通过阀)等。任选地，阀传感器可以测量通过阀的排气流量。替代地，传感器136可以表示多个传感器，如测量阀的位置的第一传感器和测量排气流入或流过计量阀的速率的第二传感器。
28.在一个实施例中，控制器可以部署本地数据收集系统，该系统可以使用机器学习来启用基于导出的学习结果。控制器可以通过进行数据驱动的预测并根据数据集进行调适来对数据集(包含由各个传感器提供的数据)进行学习和决策。在实施例中，机器学习可涉及通过机器学习系统执行多个机器学习任务，例如监督学习、无监督学习和强化学习。监督学习可以包含向机器学习系统呈现一组实例输入和期望输出。无监督学习可以包含通过例如模式检测和/或特征学习等方法构造其输入的学习算法。强化学习可以包含在动态环境中执行然后提供关于正确和错误决策的反馈的机器学习系统。在实例中，机器学习可以包含基于机器学习系统的输出的多个其他任务。在实例中，任务可为机器学习问题，例如分类、回归、聚类、密度估计、降维、异常检测等。在实例中，机器学习可以包含多个数学和统计技术。在实例中，许多类型的机器学习算法可以包含基于决策树的学习、关联规则学习、深度学习、人工神经网络、遗传学习算法、归纳逻辑编程、支持向量机(svm)、贝叶斯网络、强化学习、表示学习、基于规则的机器学习、稀疏词典学习、相似性和度量学习、学习分类器系统(lcs)、逻辑回归、随机森林、k均值、梯度提升、k-最近邻(knn)、先验算法等。在实施例中，可使用某些机器学习算法(例如，用于解决可能基于自然选择的约束和无约束优化问题)。在实例中，算法可用于解决混合整数编程问题，其中一些部件被限制为整数值。算法和机器学习技术和系统可用于计算智能系统、计算机视觉、自然语言处理(nlp)、推荐系统、强化学习、建立图形模型等。在实例中，机器学习可用于车辆性能和行为分析等。
29.在一个实施例中，所述控制器可以包含可施加一个或多个策略的策略引擎。这些策略可至少部分地基于给定项目的设备或环境的特性。关于控制策略，神经网络可接收大量环境和任务相关参数的输入。这些参数可以包含车辆群组的所确定行程计划的识别、来自各个传感器的数据，以及方位和/或位置数据。可训练神经网络以基于这些输入生成输出，其中输出表示车辆群组应采取以实现行程计划的动作或动作序列。在一个实施例的操作期间，可以通过神经网络的参数来处理输入而进行确定，以在输出节点处生成将动作指定为期望动作的值。此动作可转变成使车辆操作的信号。这可经由反向传播、前馈过程、闭环反馈或开环反馈来实现。替代地，控制器的机器学习系统可使用进化策略技术而不是使用反向传播来调整人工神经网络的各种参数。控制器可使用神经网络架构，其函数可能并不始终可使用反向传播求解，例如非凸函数。在一个实施例中，神经网络具有表示其节点连接的权重的一组参数。生成此网络的数个复本，且接着对参数进行不同的调整，并进行模拟。一旦获得来自各种模型的输出，就可以使用确定的成功度量对其性能进行评估。可以选择最佳模型，并且车辆控制器执行计划以实现期望的输入数据，从而反映所预测的最佳结果场景。另外，成功度量可为优化结果的组合，该优化结果可相对于彼此加权。
30.有形系统可以逻辑上分为不同的部分，如包括计量阀的上游部分128和包括egr冷却器的第二部分130。例如，上游部分可以包含从排气歧管延伸到计量阀的导管中的至少一部分以及计量阀，第二部分可以包含从egr冷却器延伸到egr混合器的导管中的一个或多个以及任选地包含egr冷却器。这些部分之间的位置或区域可能不包含任何传感器，或者可能不容易适于添加传感器(例如，在不拆卸egr系统的至少一部分的情况下)。
31.尽管本文讨论的有形系统是egr系统，但在其他实施例中的其他有形系统可以具有某些可测量物理属性或特性的第一部分、具有某些可测量物理属性或特性的第二部分，以及在第一部分和第二部分之间共享的中间部件或区域，以便第一部分和第二部分的物理行为并影响公共部件。公共部件可以是物理部件，其可以是有形系统的一部分，如内燃机中的排气阀。
32.图2示意性地示出了有形系统200以及有形系统的上游部分202和第二部分204。图2中所示的有形系统至少是egr系统的一部分。图2中所示的上游部分表示图1中所示的egr系统的上游部分，并且图2中所示的第二部分表示图1中所示的egr系统的第二部分。图2中所示的有形系统的中间部分206表示egr系统的从计量阀向下游延伸并从egr冷却器的出口向上游延伸的部分。替代地，不同部分可以表示另一类型系统的不同段，其中传感器可以放置在上游部分和第二部分中，但不放置在中间部分中。
33.有形系统的上游部分、第二部分和中间部分的操作可以彼此依赖。例如，流体(例如，排气、空气、液体等)可以流过上游部分，然后流过中间部分，然后流过第二部分。如果上游部分中的流体的温度、压力、流率、化学成分等发生变化，则该变化可能影响中间部分和/或第二部分中的流体的相同或不同特性(例如，温度、压力、流率、化学成分等)。该变化的特性可以反映中间部分的一个或多个部件的操作。但是，由于传感器可能不位于中间部分中，所以中间部分内的流体的特性可能是未知的或无法测量的。本文所述的传感器系统和方法可以使用使有形传感器在上游和第二部分中或周围测量的特性与中间部分的特性关联或相关的模型。
34.例如，上游虚拟传感器可以在上游数学模型131(如图1所示)中表示和/或体现，控制器可以使用该模型来计算一个或多个输出值。第二虚拟传感器可以表示和/或实施例在不同的第二数学模型132(如图1所示)中，控制器可以使用该模型来计算一个或多个输出值。这些模型可以存储在有形和非暂时性计算机可读介质134(如图1所示)中，如计算机硬盘驱动器、服务器、可移动磁盘等。控制器可以将一个或多个值(例如，输入值)输入到每个模型中，并使用每个模型来计算一个或多个输出值。如上所述，输入值可以由一个或多个实际的、有形的传感器提供，如传感器124、126、136。
35.上游模型可以接收在计量阀处或上游测量的压力(例如，由上游压力传感器124测量)、计量阀的状态或位置(例如，如阀所输出或由阀传感器136测量)和/或进入或通过计量阀的排气流(例如，由上游压力传感器测量，或基于阀传感器测量的阀位置)作为输入值。下游模型可以接收在egr冷却器装置下游测量的压力和/或冷却器装置的效率作为输入值。每个模型可以(例如由控制器)被用来使用不同的输入值来计算相同或不同的计算压力。然后可以比较计算压力以确定egr系统的一个或多个部件(如egr冷却器)的状态或状况。
36.例如，模型的输出值可以表示有形系统中相同位置或部件的操作或状态。上游模型的输出可以表示被计算为存在于中间区域或部分内的区域或位置206中的压力或压降。
可以使用上游模型和相应的输入值来计算该压力或压降。下游模型的输出可以表示被计算为存在于中间区域或部分内的相同区域或位置中的压力或压降。可以使用下游模型和相应的输入值来计算该压力或压降。可以基于这些输出值来确定中间区域内的一个或多个部件的状态。例如，当输出值收敛时(例如，输出值更接近或相同)，可以将中间部分内的部件的状态确定为第一状态(例如，正常状态或部件按预期运行的状态)。相反，当输出值发散时(例如，输出值相距更远或值之间的差异增加)，可以将中间部分内的部件的状态确定为不同的第二状态(例如，不正常状态或部件未按预期运行的状态)。
37.例如，上游虚拟传感器可以是上游数学模型，其接收在计量阀上游或在计量阀处(或在冷却器装置上游的另一位置处)测量的压力、计量阀的状态或位置、和/或通过计量阀或进入计量阀的排气的流率。控制器可以将这些测量值输入到上游虚拟传感器中，以输出第一输出值作为有形系统的中间区域或部分中的公共部件208处的压力的上游建模值。例如，上游虚拟传感器可以被配置为将第一输出值作为中间区域或部分中的或者内燃机排气回收系统中的另一位置的压力或压降输出。上游虚拟传感器的上游数学模型具有至少一个变量，该变量可以独立于下游数学模型中的另一个变脸，如在计量阀处或计量阀上游测量的压力、计量阀的位置和/或排气流的速率。
38.控制器可以从下游有形压力传感器接收下游测量的压力或压降和/或冷却器装置的效率，并将这些值输入到下游数学模型中。来自下游模型的输出值可以表示中间区域或部分中的或者内燃机排气回收系统中的另一位置的压力或压降。任选地，可以使用第三虚拟传感器或一个或多个附加虚拟传感器来接收测量值或其他模型的输出值。第三虚拟传感器可以基于来自两个或多个模型(例如，上游模型和下游模型)的输出值之间的比较来输出指示中间区域内的公共部件的状态的值。
39.控制器可以从模型接收输出值，并通过计算值的比率来比较输出值。控制器然后可以基于输出值之间的比率或差来确定有形系统的中间部分(或该部分内的部件)的状态或状况。当比率值增加到1以上或减小到1以下时，或者当输出值之间的差增加到0以上或减小至0以下时，控制器可以确定有形系统的中间部分(或该部分中的部件)的状态或状况可能正在恶化。相反，当比率朝着值1移动或当差移近0时，控制器可以确定有形系统的中间部分(或该部分中的部件)的状态或状况可能更接近或处于预期的状态或状况。
40.控制器可以通过检测有形系统的中间部分的状态或状况而作为第三虚拟传感器操作，而无需直接测量有形系统的中间部分的特性。例如，代替在有形系统的中间部分内设置有形传感器，控制器可以通过比较来自数学模型的输出值来间接地感测或检测中间部分的状态。
41.控制器可以基于可以确定的状态来改变有形系统的操作。例如，响应于输出值的比率远离值1或输出值之间的差异远离值0，控制器可以降低发动机的速率、可以停用或关闭发动机、可以改变计量阀的位置(例如，以防止或减少可能被引导到冷却器装置中的排气)、可以改变旁通阀的位置(例如，以防止或减少可能引导到冷却器装置中的排气)等等。例如，响应于比率增加到阈值之上、比率减少到另一阈值之下、差增加到另一个阈值之上和/或差减少到另一阈值之下，控制器可以自动实施一个或多个响应动作以改变有形系统的操作。
42.并非本文描述的系统和方法的所有实施例都限于egr系统或测量压力。一个或多
个实施例可以用于测量其他特性，如温度、振动、电气参数(例如，电压、电流、充电状态等)等，其中将输入到不同模型中的特性和模型的输出相互比较以评估系统的状态或状况。作为一个实例，第一有
43.形传感器可以测量电气装置(例如，电机、发电机、交流发电机等)的电5压、电压波形、电流等，并且第二有形传感器可以为相同的电气装置测量
44.温度、电机转矩、振动等。这些不同的测量值可以输入到不同的模型中(如本文所述)，以计算不同的输出值，其中输出值被进行比较以评估或确定电气装置的状态。
45.图3示出了用于监测有形系统的操作的方法300的一个实例的流程图。0该方法的流程图可以表示由本文描述的传感器系统执行的操作，如由控制
46.器执行的操作。在步骤302处，获得有形系统的不同部分的数学模型。这些模型可能彼此不同。例如，每个模型可能依赖于、取决于或接收一个变量，该变量可能独立于或不同于其他模型。关于图1所示的实例，一个模
47.型可以是上游模型，其可以接收由计量阀上游的传感器测量的压力作为该5上游模型的变量，而另一个下游模型可以接收由冷却器装置下游的传感器
48.测量的压力作为该下游模型的变量。模型可以从计算机存储器中获得，并且可以由与相同或类似有形系统的先前测量的经验数据或其他信息相关的数学方程来创建。
49.在步骤304处，接收输入值。这些输入值可以是由有形系统中或周围0的一个或多个有形传感器测量的和/或输入到控制器中的有形系统的特性。
50.在一个实例中，输入值由位于有形系统内或周围不同位置的不同有形传感器测量和输出。在另一个实例中，输入值由位于有形系统内或周围相同位置的不同传感器测量和输出。在另一个实例中，输入值由同一传感器测量
51.和输出，但在有形系统的不同位置测量。输入值可以由有形传感器测量，5如可以被保持、移动或以其他方式操纵的一个或多个传感器(例如，与虚
52.拟传感器相比，虚拟传感器可以是一个或多个数学方程，如在数学模型中)。
53.在步骤306处，将输入值(例如，在步骤304接收的)提供给数学模型。例如，控制器可以将输入值输入到不同的数学模型中。如上所述，这些模型可以表示有形系统的不同段的行为或操作。模型可以是不同的，因为每个模型可以取决于或以其他方式基于不同的变量，如在不同位置、通过不同传感器等测量的有形系统的一个或多个特性。
54.在步骤308处，接收数学模型的输出。例如，控制器可以使用(例如，在步骤306处)已被提供了输入值的每个模型来计算输出值。可以基于输入到模型中的输入值使用模型来计算输出值。在步骤310处，可以基于来自模型的输出来确定有形系统的一部分的状态。控制器可以比较来自模型的输出值以确定有形系统的一部分或段的状态或状况。有形系统的这一部分或段可以不同于测量输入值的有形系统的部分或段。例如，可以为其确定状态或状况的部分或段对于有形传感器来说是不可触及的(或者可以仅在解构或拆开有形系统之后才可触及)。如上所述，可以基于输出值之间的比率或差异来确定状态或状况。响应于确定状态或状况，控制器可以实施一个或多个响应动作，如关闭或停用有形系统、改变阀的状态等，如上所述。
55.例如，可以确定的状态或状况可以指示本文所述的一个或多个阀的磨损，如将蝶形板连接到阀的致动器的花键的磨损、围绕阀的轴的衬套的磨损等。这种磨损可能导致报
告的阀位置和实际阀位置不同。报告和实际之间的相对位置的偏移可能产生本文所述系统和方法可检测的差异。在后一种情况下，该运动可能允许油从致动器侧泄漏到蝶形板侧。
56.使用本发明的一个或多个实施例，可以使用多个数据源(材料使用、事件驱动数据、连续发动机记录器)以及基于物理的模型来开发egr计量阀和egr冷却器之间的压力的虚拟模型。在该位置处产生的虚拟压力传感器允许基于阀的预期位置和egr冷却器的预期背压来确定故障模式。
57.可以使用正常阀的已知动态特性并通过egr冷却器结垢的线性模型来构建虚拟传感器，以构建依赖于发动机的运行状况以及egr冷却器和egr计量阀的使用年限的模型。为了构建跨阀的正常压降模型，egr旁通阀可以用作替代物。它在阀两侧都有压力测量值。然后可以将针对正常阀开发的模型应用于亚群，以允许开发跨egr冷却器的压降模型。然后，这些模型在egr计量阀和egr冷却器之间提供独立的虚拟压力传感器。随着这两个比率的变化，其表明egr冷却器模型是否没有正确预测压力，或者跨计量阀模型的压降是否会发生偏移。这可以允许诊断或预测egr计量阀和egr冷却器之间的性能下降或故障。
58.本文描述的主题的实施例可以应用于具有协作部件的各种物理系统，围绕这些协作部件可以构建基于物理的模型，从而允许使用本发明的系统和方法来识别模型何时偏离其相应的期望值以及这种偏离的物理原因。
59.在一个实例中，提供了一种方法，该方法可以包含获得表示有形系统的相应的第一部分和第二部分的操作的第一数学模型和第二数学模型。第一数学模型和第二数学模型中的每一个可以输出表示有形系统的公共部件的操作的相应的第一输出值或第二输出值，该公共部件可以包含在该有形系统的第一部分和第二部分两者中。该方法还可以包含将有形系统的第一部分的至少第一测量特性的至少第一输入值输入到第一数学模型中，以及将有形系统的第二部分的第二测量特性的至少第二输入值输入到第二数学模型中。该方法还可以包含基于至少第一输入值获得来自第一数学模型的第一输出值，以及基于至少第二输入值获得来自第二数学模型的第二输出值。该方法可以包含通过将来自第一数学模型的第一输出值与来自第二数学模型的第二输出值进行比较来确定公共部件的状态。
60.该方法任选地还可以包含基于公共部件的所确定的状态来改变有形系统的第一部分、有形系统的第二部分和/或公共部件的操作。第一数学模型和第二数学模型中的每一个可以具有独立于第二数学模型或第一数学模型中的另一个的变量。响应于第一输出值和第二输出值的比率超过指定阈值，公共部件的状态可以被确定为非理想化状态。响应于第一输出值和第二输出值的比率未超过指定阈值，公共部件的状态可以被确定为理想化状态。
61.第一数学模型可以表示跨有形系统的第一部分的第一压降，并且第二数学模型可以表示跨有形系统的第二部分的第二压降。第一数学模型可以输出第一输出值作为有形系统的公共部件处的压力的第一建模值。第二数学模型可以输出第二输出值作为有形系统的公共部件处的压力的第二建模值。
62.有形系统可以包含车辆的推进系统，有形系统的第一部分可以包含计量阀，并且有形系统的第二部分可以包含车辆的气体冷却装置。第一数学模型可以输出第一输出值作为跨计量阀的第一压降，并且第二数学模型可以输出第二输出值作为跨气体冷却装置的第二压降。
63.在另一个实例中，提供了一种系统，其可以包含表示有形系统的第一部分的操作的第一虚拟传感器。第一虚拟传感器可以接收有形系统的一个或多个第一测量特性，并且可以基于一个或多个第一测量特性输出表示有形系统的公共部件的操作的第一输出值。该系统可以包含表示有形系统的第二部分的操作的第二虚拟传感器。第二虚拟传感器可以接收有形系统的一个或多个第二测量特性，并且可以基于一个或多个第二测量特性输出表示有形系统的公共部件的操作的第二输出值。有形系统的公共部件可以包含在有形系统的第一部分和第二部分两者中。该系统还可以包含控制器，该控制器可以接收来自第一虚拟传感器的第一输出值和来自第二虚拟传感器的第二输出值。控制器可以通过比较第一输出值和第二输出值来确定公共部件的状态。
64.控制器可以基于公共部件的所确定的状态来改变有形系统的第一部分、有形系统的第二部分和/或公共部件的操作。第一虚拟传感器可以表示有形系统的第一部分的操作的第一数学模型，第二虚拟传感器可以表示有形系统的第二部分的操作的第二数学模型，并且第一数学模型和第二数学模型中的每一个可以具有独立于第二数学模型或第一数学模型中的另一个的变量。
65.控制器可以响应于第一输出值和第二输出值的比率超过指定阈值，将公共部件的状态确定为非期望状态。控制器可以响应于第一输出值和第二输出值的比率未超过指定阈值，将公共部件的状态确定为期望状态。第一虚拟传感器可以确定跨有形系统的第一部分的第一压降，并且第二虚拟传感器可以确定跨有形系统的第二部分的第二压降。第一虚拟传感器可以输出第一输出值作为有形系统的公共部件处的压力的第一建模值。第二虚拟传感器可以输出第二输出值作为有形系统的公共部件处的压力的第二建模值。
66.有形系统可以是包含车辆的推进系统的egr系统，有形系统的第一部分可以包含排气阀，并且有形系统的第二部分可以包含车辆的冷却设备。第一虚拟传感器可以输出第一输出值作为跨排气阀的第一压降，并且第二虚拟传感器可以输出第二输出值作为跨冷却设备的第二压降。控制器可以基于第一输出值和第二输出值的比率来确定egr系统的状态。控制器可以计算第一计算值和第二计算值作为压力。排气阀可以是计量阀。
67.控制器可以使用彼此不同的多个数学模型来计算第一计算值和第二计算值中的每一个。控制器可以至少部分地基于所确定公共部件的状态来改变车辆的操作。
68.在另一个实例中，一种系统可以包含可以测量车辆的egr系统中的气体冷却设备上游的第一压力的第一压力传感器、可以检测气体冷却设备下游的阀的位置的位置传感器、可以测量气体冷却设备的下游的第二压力的第二压力传感器，以及可以基于第一压力、阀的位置和通过阀的排气的流率的组合来计算第一计算值的控制器。控制器可以基于第二压力和气体冷却设备的效率值来计算第二计算值。控制器可以通过比较第一计算值和第二计算值来确定egr系统的状态。
69.如本文所使用，以单数形式叙述且跟在词语“一个(a/an)”后的元件或步骤不排除复数个所述元件或操作，除非明确陈述这种排除。此外，提及本发明的“一个实施例”不排除存在并入有所叙述特征的额外实施例。此外，除非明确地陈述为相反情况，否则“包括(comprising)”、“包括(comprises)”、“包含(including)”、“包含(includes)”“具有(having)”70.或“具有”带有特定性质的一个元件或多个元件的实施例可以包含不带有所述性
质的额外此类元件。在所附权利要求书中，术语“包含”和“在其中”用作相应术语“包括”和“其中”的简明等效用语。此外，在所附权
71.利要求书中，术语“第一”、“第二”及“第三”等仅用作标签，且并不5对其对象强加数值字要求。此外，所附权利要求书的限制不是以手段加功
72.能(means-plus-function)的格式书写的，且不希望基于35u.s.c.
§
112(f)来解释，除非并且直到此类权利要求限制明确地使用短语“用于
…
的手段”，随后是没有进一步结构的功能陈述。
73.以上描述是说明性且非限制性的。例如，上述实施例(和/或其方面)0可以彼此组合使用。另外，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行许
74.多修改以使特定情形或材料适应本发明主题的教示。虽然本文中所描述的材料的尺寸和类型限定本发明主题的参数，但其为示例性实施例。通过回顾以上描述，其他实施例对所属领域的一般技术人员将是显而易见的。因
75.此，本发明主题的范围应参考所附权利要求书以及此些条款所赋予的等效5物的完整范围来确定。
76.此书面描述使用实例来公开本发明主题的若干实施例(包含最佳模式)，且使所属领域的一般技术人员能够实践本发明主题的实施例，包含制造和使用任何装置或系统以及执行任何并入的方法。本发明主题的可获
77.专利的范围由权利要求书界定，且可以包含所属领域的一般技术人员想到0的其他实例。如果这些其他实例具有并非不同于权利要求书的字面语言的结构要素，或如果它们包含与权利要求书的字面语言无实质差异的等效结构要素，则它们既定在权利要求书的范围内。
78.此处对专利文件或被确定为现有技术的任何其他事项的引用，不应被视为承认该文件或其他事项是已知的，或者其包含的信息是任何权利要求5的优先权日的一般常识的一部分。

技术特征：
1.一种监测方法，包括：获得表示有形系统(102；200)的相应的第一部分和第二部分(128，130；202，204)的操作的第一数学模型和第二数学模型，所述第一数学模型和所述第二数学模型中的每一个被配置为输出表示所述有形系统(102；200)的公共部件(208)的操作的相应的第一输出值或第二输出值，所述公共部件包含在所述有形系统(102；200)的所述第一部分和所述第二部分(128，130；202，204)两者中；将所述有形系统(102；200)的所述第一部分(128；202)的至少第一测量特性的至少第一输入值输入到所述第一数学模型中，以及将所述有形系统(102；200)的所述第二部分(130；204)的第二测量特性的至少第二输入值输入到所述第二数学模型中；基于所述至少所述第一输入值获得来自所述第一数学模型的所述第一输出值，以及基于所述至少所述第二输入值获得来自所述第二数学模型的所述第二输出值；以及通过将来自所述第一数学模型的所述第一输出值与来自所述第二数学模型的所述第二输出值进行比较来确定所述公共部件(208)的状态。2.根据权利要求1所述的方法，还包括基于所述公共部件(208)的所确定的所述状态来改变所述有形系统(102；200)的所述第一部分(128；202)、所述有形系统(102；200)的所述第二部分(130；204)或所述公共部件(208)中的一个或多个的操作。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一数学模型和所述第二数学模型中的每一个具有独立于所述第二数学模型或所述第一数学模型中的另一个的变量。4.根据权利要求1所述的方法，其中，响应于所述第一输出值和所述第二输出值的比率超过指定阈值，所述公共部件(208)的所述状态被确定为非理想化状态，并且响应于所述第一输出值和所述第二输出值的所述比率未超过所述指定阈值，所述公共部件(208)的所述状态被确定为理想化状态。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一数学模型表示跨所述有形系统(102；200)的所述第一部分(128；202)的第一压降，并且所述第二数学模型表示跨所述有形系统(102；200)的所述第二部分(130；204)的第二压降。6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第一数学模型被配置为输出所述第一输出值作为所述有形系统(102；200)的所述公共部件(208)处的压力的第一建模值，并且所述第二数学模型被配置为输出所述第二输出值作为所述有形系统(102；200)的所述公共部件(208)处的所述压力的第二建模值。7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述有形系统(102；200)包含车辆的推进系统，所述有形系统(102；200)的所述第一部分(128；202)包含计量阀，所述有形系统(102；200)的所述第二部分(130；204)包含所述车辆的气体冷却装置，所述第一数学模型被配置为输出所述第一输出值作为跨所述计量阀的第一压降，并且所述第二数学模型被配置为输出所述第二输出值作为跨所述气体冷却装置的第二压降。8.一种传感器系统(100)，包括：第一虚拟传感器(131)，所述第一虚拟传感器表示有形系统(102；200)的第一部分(128；202)的操作，所述第一虚拟传感器(131)被配置为接收所述有形系统(102；200)的一个或多个第一测量特性，并且基于所述一个或多个第一测量特性输出表示所述有形系统(102；200)的公共部件(208)的操作的第一输出值；
第二虚拟传感器(132)，所述第二虚拟传感器表示所述有形系统(102；200)的第二部分(130；204)的操作，所述第二虚拟传感器(132)被配置为接收所述有形系统(102；200)的一个或多个第二测量特性，并且基于所述一个或多个第二测量特性输出表示所述有形系统(102；200)的所述公共部件(208)的操作的第二输出值，所述有形系统(102；200)的所述公共部件(208)包含在所述有形系统(102；200)的所述第一部分和所述第二部分(128，130；202，204)两者中；以及控制器(112)，所述控制器被配置为接收来自所述第一虚拟传感器(131)的所述第一输出值和来自所述第二虚拟传感器(132)的所述第二输出值，所述控制器(112)被配置为通过将所述第一输出值与所述第二输出值进行比较来确定所述公共部件(208)的状态。9.根据权利要求8所述的传感器系统(100)，其中，所述控制器(112)被配置为基于所述公共部件(208)的所确定的所述状态来改变所述有形系统(102；200)的所述第一部分(128；202)、所述有形系统(102；200)的所述第二部分(130；204)或所述公共部件(208)中的一个或多个的操作。10.根据权利要求8所述的传感器系统(100)，其中，所述第一虚拟传感器(131)表示所述有形系统(102；200)的所述第一部分(128；202)的操作的第一数学模型，所述第二虚拟传感器(132)表示所述有形系统(102；200)的所述第二部分(130；204)的操作的第二数学模型，并且所述第一数学模型和所述第二数学模型中的每一个具有独立于所述第二数学模型或所述第一数学模型中的另一个的变量。

技术总结
本申请提供了一种传感器系统(100)和监测方法。所述传感器系统可以包含表示有形系统(102；200)的不同部分(128，130；202，204)的操作的虚拟传感器(131，132)。所述虚拟传感器(131，132)可以接收所述有形系统(102；200)的测量特性，并且可以基于输入到每个虚拟传感器(131，132)中的一个或多个测量特性单独地输出表示所述有形系统(102；200)的公共部件(208)的操作的值。控制器(112)可以从所述虚拟传感器(131，132)接收所述输出值，并通过比较第一输出值和第二输出值来确定所述公共部件(208)的状态。的状态。的状态。


技术研发人员：C
受保护的技术使用者：IP传输控股公司
技术研发日：2023.01.04
技术公布日：2023/7/11