内燃机通常用作车辆、发电厂和各种其他系统中的扭矩产生设备。通常，在发动机起动操作期间起动器马达可以充能来将发动机发动到足以将燃料和空气的混合物吸入发动机汽缸的阈值起动速度。作为起动器电路的一部分，起动器螺线管可响应于点火钥匙的运动或按下起动按钮而被激活。旋转点火钥匙或按下起动按钮请求闭合起动器电路并且从辅助电池向起动器螺线管输送电流。充能的起动器螺线管闭合开关，以使电池电流为起动器马达充能并开始发动发动机。
当起动器马达完全充能时，起动器的小齿轮转换成与发动机飞轮啮合，并且起动器马达的输出扭矩将飞轮旋转到阈值起动速度。当发动机成功启动后，螺线管将小齿轮与飞轮脱离。此后，燃料输送系统将燃料供给到发动机的汽缸中来经由调节内燃过程来维持发动机旋转。
发动机起动系统和其他系统的控制涉及多个不同子系统的复杂交互，以及与相关电子控制单元、通信链路、电气开关和继电器的通信。例如，上述发动机起动功能涉及控制各种子系统，诸如辅助电池和连接的配电系统、起动器螺线管、起动器马达和燃料输送系统。发动机参数也受到密切监测和控制以确保正常运行。给定互连子系统或子系统级电子控制单元的衰退可能影响一个或多个互连子系统的性能，可能导致据报告的故障模式，例如在如上所述的发动机启动功能的示例中的“不起动”或“不发动”故障。虽然存在用于检测给定子系统中的故障模式的各种方法，但是在隔离给定故障模式的根本原因时仍然需要整体考虑系统及其组成子系统。
技术实现要素：
本文公开了一种用于诊断具有多个子系统或部件(例如，本文所述的发动机起动系统)的系统的健康状态，并且用于将“根本原因子系统”识别为即将发生的或存在的系统故障模式的可能根本原因的方法。不同的系统中可能会发生不同的故障模式。由于构成给定系统的各种子系统的性质，一个或多个子系统的衰退可能对其他子系统的性能或整个系统的健康状态产生不利影响。因此，由于子系统的复杂交互，可能随时间而出现新类型的故障模式。例如，故障的辅助电池可能会导致发动机的发动时间延长，进而可能影响起动器马达的性能或结构完整性。
本方法旨在改进受限于对子系统性能进行诊断(诸如通过使用各个子系统特定的控制器将测量参数与校准值进行比较)的现有方法。例如，可以用单独的算法来分别诊断辅助电池、起动器马达或燃料输送系统。本文公开的方法可以补充这样的聚焦于子系统的技术。具体而言，该方法通过给多个可能的故障模式分配分级优先级来操作。可以使用分配的优先级和故障报告矩阵来识别特定故障模式的根本原因。之后，可以响应于识别的根本原因来执行适当的控制动作。因此，确定各个子系统的健康状态，并且随后根据分配的分级优先顺序进行评估，其中最不健康的子系统被识别并作为故障模式的最可能的根本原因。
一种用于诊断具有多个子系统的系统中的故障模式的示例性方法包括在控制器的存储器中记录给系统的多个故障模式分配相对优先级的分级优先级规则。该方法还包括在故障报告矩阵中记录指示故障模式的相应的一个或多个的一个或多个故障报告，并且然后使用分级优先级规则为故障报告确定分配的相对优先级。
此外，该方法可以包括识别系统的根本原因子系统，即具有最高的分配的优先级的子系统，并且然后响应于识别的根本原因子系统经由控制器执行关于系统的控制动作。控制动作可以包括记录诊断代码和/或发送指示识别的根本原因子系统的消息。因此，目前的整体方法旨在改进现有诊断设备和过程的操作和功能，使得系统的整体诊断和预测相对于聚焦于子系统的方法更为有效和有用。
记录故障报告可以包括记录相应子系统的一个或多个故障报告(以及从与这些子系统对应的电子控制单元提供的报告)，和/或记录识别检测到的一个或多个子系统的故障模式或健康状态的子系统故障报告。
示例性发动机起动应用中的预定事件可以是初始化系统操作的点火循环或关键循环。这种发动机起动应用中的子系统可以包括辅助电池、起动器马达、起动器螺线管、交流发电机和燃料输送系统。
还公开了一种系统，其包括多个子系统，其中至少一个子系统包括电子控制单元，该电子控制单元在激活时可操作用于输出指示相应子系统的故障模式的嵌入故障报告。当电子控制单元不可操作时，可以通过缺少这样的嵌入故障报告来指示这种情况。该系统还包括与各种子系统通信的控制器。该控制器编程有分级优先级规则(给多个系统故障模式分配相对优先级)，并且配置为通过执行上述方法来诊断系统的故障模式。
本文还公开了一种计算机可读介质，在其上记录有分级优先级规则(给系统的多个故障模式分配相对优先级)和诊断指令(由控制器执行这些指令使控制器执行如上所述的方法)。
从以下结合附图和所附权利要求书对实施本公开的实施例和最佳模式的详细描述中，本公开的以上特征和优点以及其他特征和优点将变得显而易见。
附图说明
图1是车辆和编程为执行用于诊断和评估示例发动机起动系统的方法的控制器的简化示意图。
图2是可以被填充并用作本方法的一部分的代表性故障报告矩阵。
图3是图2的故障报告矩阵内的分级优先级的应用的示例图形图。
图4是描述用于诊断和评估图1中所示的发动机起动系统的方法的实施例的流程图。
具体实施方式
参考附图，其中相同的附图标记表示相同的部件，图1中示出了车辆10作为具有多个相互关联的子系统的顶级系统的非限制性示例实施例。在下文中使用车辆10来说明有助于分级和整体诊断方法100的有益使用的非限制类型的系统，该方法示例在图4中示出并在下面解释。方法100也可以容易地应用于本文描述以外的非车辆系统和子系统。为了说明的清楚和一致性，将在下文中在发动机起动系统28的背景下描述图1的车辆10，但不将方法100的应用限于车辆10或发动机起动系统28形式的系统。
车辆10包括联接到变速器(t)14的内燃机(e)12，并且后者具有内齿轮组、旋转和/或制动离合器和互连构件(未示出)。发动机12可以包括输入构件13和输出构件15。输出构件15可以经由离合器设备c1(例如液力变矩器组件或摩擦离合器)联接到变速器14的输入构件17。发动机扭矩(箭头te)经由离合器设备c1的操作从发动机12的输出构件15传递到变速器14的输入构件17。接着，输入扭矩(箭头ti)穿过变速器14从输入构件17传递到变速器14的输出构件19，并且来自变速器14的输出扭矩(箭头to)最终经由一个或多个驱动轴21为车辆10的驱动轮22提供动力。
经由发动机起动系统28选择性发动并起动发动机12，在本文为了说明的目的使用发动机起动系统作为应用方法100的示例系统。具体而言，发动机起动系统28可以包括辅助电池(b)18，在简化的说明性实施例中，辅助电池经由起动器开关(ss)(例如钥匙操作或按钮激活开关)电连接到起动器螺线管(s)24。当起动器开关(ss)闭合时，起动器螺线管24在被辅助电池18充能时接合起动器马达(ms)25。充能的起动器马达25进而将小齿轮23平移到与发动机飞轮16直接啮合的位置，飞轮的合成旋转将发动扭矩(箭头tc)传递到发动机12的输入构件13。
在某些实施例中可认为是发动机起动系统28的一部分的燃料输送系统30可包括燃料泵(pf)32和燃料喷射器油轨34。当输入构件13发动到阈值转速时，可燃燃料(箭头f)经由燃料泵32供给到燃料喷射器油轨34。当达到阈值速度时发动机起动功能被中断，并且发动机12的内燃过程此后维持旋转。另外，旋转发动机12可以为交流发电机(a)11提供动力以产生电力并将电力输送至电池18。如本领域中已知的那样，这样的交流发电机11包括带(未示出)或随着发动机12的旋转而旋转以产生电力的其他驱动元件。
作为车辆10的一部分，控制器(c)50可配备有必要的存储器(m)和处理器(p)，以及相关的硬件和软件，诸如振荡器、输入/输出电路等。存储器(m)可以包括一个或多个计算机可读介质，包括足够数量的只读存储器，例如磁或光存储器，在其上记录了体现下述方法100的可执行部分的计算机可读诊断指令。在一些实施例中，为给定系统(例如发动机起动系统28)的故障模式分配相对优先级的分级优先级规则60被记录在存储器(m)中，并且由处理器(p)执行诊断指令实现方法100，使控制器50执行下面在图4中阐述的方法100的各个方面。
另外，作为方法100的一部分，控制器50接收来自车辆10的多个部件、子系统和/或电子控制单元的输入信号(箭头cci)。在使用故障报告矩阵40和分级优先级规则60执行方法100之后，控制器50将输出信号(箭头cco)发送到输出设备33，例如显示屏、手机或基于外部/网络的服务器，诸如车辆远程信息处理系统。
在图2和图3中分别示出了故障报告矩阵40和分级优先级规则60的示例。作为方法100的一部分，首先将特定系统划分为图2的故障报告矩阵40内的组成子系统。使用图1的发动机起动系统28作为示例，嵌入系统(es列)提供了各种嵌入故障报告。如本文所用，“嵌入故障报告”是指由相应的电子控制单元(ecu)为给定子系统与/或逻辑自动生成的故障报告。“子系统故障报告”是指由健康管理模块、车身控制模块、发动机控制模块等生成的报告，这些模块在不同实施例中可以包括控制器50或其他控制设备，并且可以涉及基于传感器的故障检测或进行中子系统级健康状态确定。例如，在图1中所示的车辆10中，嵌入故障报告和/或子系统故障报告可以涉及起动系统的功能诊断和预测，起动系统包括电池18、起动器螺线管24、起动器马达25、交流发电机11和/或燃料输送系统30的关键部件，诸如燃料泵32。
嵌入故障报告提供有关引擎起动过程状态的信息。在图2的示例中，嵌入系统(es)报告可以包括第一组嵌入故障(f1)，诸如“无发动请求”、“无故障报告”或“ecu对地短路”。第二组嵌入故障(f2)可以描述可进一步分为“无发动机旋转”(f2a)、“长喷射延迟”(f2b)和“最大发动时间到期”(f2c)的“起动器失效”情况。第三组嵌入故障(f3)可以包括“起动期间的起动和失速/发动机停机”。
除了嵌入系统故障报告之外，故障报告矩阵40还描绘了可能的根本原因子系统。在示例性发动机起动系统28中，这可以包括具有电池(b)18的起动器系统28、诸如交流发电机11和相关联的电传感器和连接的充电系统(cs)、驾驶员行为(db)、数字计数的多个发动事件(mce)、燃料输送系统30，以及发动机(e)12。
对于每个可能的根本原因系统，故障报告矩阵40可以识别特定的故障模式。电池18可呈现低电量状态(socl)、低健康状态(sohl)或寄生负载和/或电池传感器故障(fpl,b)。发动机起动系统28可以具有对于起动器马达25或起动器螺线管24的低健康状态(sohl)。充电系统(cs)可呈现为交流发电机11处于低健康状态、交流发电机11带打滑、电池18与交流发电机11之间断开电连接，或者另一个充电系统故障(fcs)的形式的充电系统故障(fcs)。关于驾驶员行为(db)，此列可以指与校准时间(tc)或数字计数的多个发动事件(mce)相比较的校准的短途旅程或延长的停车次数的数量。燃料输送系统30可能具有低健康状态，或者燃料泵32可能被堵塞、泄漏或出现传感器故障或其他故障(f30)。其中一个故障可能是报告故障状态的根本原因。
尽管确定这些健康状态或其他状态条件的具体方式可以在本公开的预期范围内变化，但是可以在u.s序列号第15/399,947号中找到这种方法的示例，其通过引用完整并入本文。例如，对于辅助电池18或其他直流电源，这种现有方法可以包括确定何时电量状态较低，并且然后评估与低电量状态相关联的潜在根本原因。可以针对每个候选根本原因确定故障概率，其中具有最高故障概率的根本原因选择为该特定子系统的根本原因。
类似地，这些子系统级方法可将健康状态定义为完全充电的电池18的可用电力容量，例如，与电池18的原始电力容量的比率。可以通过在操作期间周期性地监测电池18的电压、电流和温度状态并且使这些测量结果经受预定义的经验或物理模型的检验来确定这种健康状态，经验或物理模型可以包括减少为存在于电池控制器(未示出)中的可执行算法和校准的微分方程和/或等效电路。在一个实施例中，可以采用电压、电流和温度状态以及预定义的经验或物理模型来确定电池18的开路电压和/或内部充电电阻，它们可以被分析以确定健康状态。类似的方法可以用于车辆10内的其他子系统。
然后用表示是否产生故障报告的代码或其他信息填充故障报告矩阵40，例如用“x”表示存在这样的故障报告的并用“*”表示其不存在。另外，在故障报告矩阵40内，嵌入系统故障f1、f2a、f2b、f2c和f3中的每一个以及每个根本原因子系统分配了相应的分级优先级，在图2中标称显示为三个相对优先级(1)、(2)或(3)。在其他实施例中可以使用更多优先级。在只有一个记录的故障的行r1中，即只有辅助电池18的低健康状态而没有其他故障的情况下，方法100不需要求助于分配的层级来进行故障报告。然而，在具有多个可能故障模式的行r2中，例如，其中检测到辅助电池18的低健康状态，连同电池传感器故障、充电系统故障和短途旅程的阈值数量的“无发动请求故障”，图1的控制器50可以求助于分级优先级策略来确定适当的控制动作，包括输出一个或多个基本的根本原因。
具体参考图3描述多种可能故障模式的分级处理。在简化版本中，分级优先级规则60具有三个优先级l1、l2和l3，它们在图2的故障报告矩阵40中对应于优先级(1)、(2)和(3)。在最低级别(l3)存在检测到的故障的基本影响，例如ecu对地短路状态(fstg)。l2级同样是检测到的故障的基本影响，但是层次结构中的优先级比l3更高。例如，电池18的低电量状态(socb＝l)和多个发动事件(mce)可以表示第二级别l2的层次。在最高水平l1，是给定故障的基本的根本原因，例如图1的车辆10的“不起动”故障。这些根本原因可能包括驾驶员行为(db)、充电系统(cs)和寄生负载(pl)，以及低电池健康状态(sohb＝l)、低起动器健康状态(sohm＝l)、低燃料输送系统健康状态(soh30＝l)，以及低发动机健康状态(sohe＝l)。因此，使用分级优先级规则60以优先级递减顺序阐述根本原因和影响。
图4在使用上面阐述的方法(即使用故障报告矩阵40和分配的分级优先级规则60)进行诊断的发动机起动过程的诊断的说明性上下文中描述了上述方法100的示例实施例。虽然参考图4描述了车载实施例，如本领域普通技术人员鉴于本公开将理解的，方法100可以作为服务工具上的指令存在和/或经由云远程/访问而不是存在于车辆10上。例如，车辆10可以经由远程信息处理单元与服务站远程通信，作为图1的输出设备33的可能实施例，并且方法100在车外执行。因此，虽然为了说明简单而在下面描述了控制器50，但是本公开的范围旨在应用于不同实施例中的车载或车外实现。
从步骤s102开始，图1的控制器50接收指示发动机12的请求起动的发动请求，作为本文所用的“预定条件”的示例。在某些车辆实施例中，这种请求可以由车身控制模块(bcm)产生，并且bcm是控制器50的一部分或具有不同配置的单独设备。控制器50读取正在评估的特定子系统的可用故障报告。例如，步骤s102可以包括读取描述电池18和/或起动器马达25的状态的一个或多个故障报告，以及指示故障模式的任何相关联的诊断代码。该方法然后进行到步骤s104。
步骤s104包括确定嵌入故障报告是否可用于当前点火循环，即激活并正在进行的点火循环。如果嵌入故障报告可用于当前的点火循环，则方法100进行到步骤s106。否则方法100进行到步骤s108。
在步骤s106，控制器50确定子系统故障报告是否可用于当前的点火循环。如果是，则方法100进行到步骤s112。否则方法100进行到步骤s109。
步骤s108可能需要确定子系统故障报告是否可用于校准数量的先前点火循环。如果这些报告可用，则方法100进行到步骤s110，并且如果没有先前子系统故障报告可用，则替代地进行到步骤s109。
步骤s109包括评估和检查正在评估的各个子系统的故障概率。作为步骤s109的一部分，控制器50确定最不健康的子系统是当前故障模式的可能根本原因，并且响应于这种确定，控制器50执行相应的控制动作。例如，控制器50可以记录识别根本原因/识别子系统的诊断代码，或者可以向车辆10的操作员或修理设施发送文本消息。然后完成方法100，如图4中的“**”所示的状态。
步骤s110可以包括计算来自先前点火循环的概率的加权子系统故障报告，例如，通过对各种故障应用预定权重，以便将更大的权重应用于更关键的故障并且将更小的权重应用于认为不太重要的故障。方法100然后进行到步骤s112。
在步骤s112，控制器50接下来在进行到步骤s114之前参考故障报告矩阵40并识别当前故障模式的根本原因。
在步骤s114，控制器50确定是否存在来自故障报告矩阵40的多个根本原因输出，并且然后在不是该情况时进行到步骤s116。
针对单个根本原因事件执行步骤s116。在这种情况下，发动机不起动条件的根本原因被识别并以合适的方式进行通信，诸如经由文本消息、对应的诊断代码的记录等。然后完成方法100，如图4中的“**”所示。
步骤s118包括参考分级优先级规则60来选择和识别根本原因。方法100然后进行到步骤s120。
在步骤s120，控制器50输出车辆不起动事件的根本原因。然后完成方法100，如图4中的“**”所示。
因此，如上所述，方法100可以记录为存储器(m)的计算机可读介质上的指令。这样的指令在由处理器(p)执行时使控制器50在故障报告矩阵40中记录指示一个或多个故障模式的一个或多个故障报告，并且使用分级优先级规则60为这些故障报告确定分配的相对优先级。这是响应于预定条件(诸如检测到的请求的发动机起动或点火事件)而完成的。指令的执行还使得控制器将根本原因子系统识别为具有最高的分配的优先级的特定子系统，并且响应于识别的根本原因子系统执行关于系统的控制动作。这样的控制动作可以包括记录诊断代码和/或发送指示识别的根本原因子系统的消息，或者在本公开的范围内的其他合适的控制动作。
详细描述和附图或图示对本公开是支持性和描述性的，但是本发明的范围仅由权利要求书限定。虽然已经在本文详细描述了用于执行本公开的一些最佳模式和其他实施例，但是在本公开的预期范围内存在各种替代设计和实施例。此外，附图中示出的实施例或本说明书中提及的各种实施例的特性不严格理解为彼此独立的实施例。相反可能的是，实施例的一个示例中描述的每个特性可以与来自其他实施例的一个或多个其他所需特性组合，参数没有通过文字或参考附图描述的其他实施例。因此，这样的其他实施例落入所附权利要求书的范围内。