一种电驱动系统的健康管理系统的制作方法

本发明涉及故障预测与健康管理技术技术领域，具体涉及电驱动系统的健康管理系统。

背景技术：

现有的phm(prognosticsandhealthmanagement，故障预测与健康管理)系统主要应用在航空航天、国防、轨道交通领域，在车辆领域，尤其是电动汽车和混动汽车的电驱动系统领域的应用较少，尚未形成系统性的电驱动系统phm技术，不能对于电驱动的系统不能进行全面有效的故障预测及健康管理。

技术实现要素：

因此，本发明提供的一种电驱动系统的健康管理系统，克服了现有技术中不能对电驱动的系统进行全面有效的故障预测及健康管理缺陷。

本发明实施例提供一种电驱动系统的健康管理系统，包括：控制模块、健康管理模块、通讯模块、板载数据库模块及外围数据模块，其中，控制模块用于发送控制指令实现对电驱动系统的控制；健康管理模块用于获取电驱动系统的运行性能数据，用以进行故障诊断及预测，并根据故障诊断及预测结果提供应对措施；外围数据模块用于获取电驱动系统运维单位提供的运维数据；板载数据库模块用于存储控制模块、健康管理模块及外围数据模块产生的数据以及电驱动系统的运行性能数据；通讯模块用于实现控制模块、健康管理模块板载数据库模块及外围数据模块之间的数据交互。

在一实施例中，所述电驱动系统的健康管理系统，还包括：可视化交互模块，用于根据获取用户的需求信息，通过通讯模块获取电驱动系统的健康管理信息进行展示。。

在一实施例中，所述电驱动系统的健康管理系统，还包括：性能评价模块，用于通过通讯模块从板载数据库调取健康管理模块的信息，对健康管理模块做出性能评价，产生评价信息，所述评价信息随信息的增加和变化定期更新，通过通讯模块输出到可视化交互模块以及存储到板载数据库中。

在一实施例中，所述健康管理模块，包括：状态监测单元、故障诊断单元、故障预测单元、健康管理单元以及与上述四个单元均连接的故障预测与健康管理通用数据流单元，其中：故障预测与健康管理通用数据流单元和通讯模块连接，用于实现与控制模块、板载数据库模块及外围数据模块的数据交互；状态监测单元用于处理获取传感器收集的电驱动系统性能信息；故障诊断单元根据状态监测单元处理后的信息诊断电驱动系统是否存在故障；故障预测单元利用预设和从云端更新的人工智能算法根据故障诊断单元和故障预测和健康管理通用数据流单元输入的数据产生故障预测信息；健康管理单元根据故障诊断单元、故障预测单元与健康管理通用数据流模块以及故障预测单元输入的信息，进行综合决策后提供应对措施。

在一实施例中，所述通讯模块包括通信接口、通信总线及交互平台，通信总线与控制模块、板载数据库和健康管理模块进行数据交互，通信总线获取的数据在交互平台通过通信接口与电驱动系统运维单位的智慧云数据中心和离线数据中心进行数据交互。

在一实施例中，所述控制模块由mcu实现其功能，所述健康管理模块由fpga、gpu或asic实现其功能。

本发明技术方案，具有如下优点：

本发明实施例提供的电驱动系统的健康管理系统，提供了针对电驱动系统的phm系统架构和布局，能够对电驱动系统进行较为全面有效的故障预测及健康管理，对关于电驱动系统phm技术进一步的技术扩展、生产提出合理的技术布局指导，提升研发效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的电驱动系统的健康管理系统的一个结构组成示意图；

图2为本发明实施例提供的外围数据模块的一个具体示例的结构组成示意图；

图3为本发明实施例提供的健康管理模块的一个具体示例的结构组成图；

图4为本发明实施例提供的通讯模块的一个具体示例的结构组成图；

图5为本发明实施例提供的电驱动系统的健康管理系统的另一个结构组成示意图；

图6为本发明实施例提供的电驱动系统的一个具体示例的结构组成图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例

本发明实施例提供的一种电驱动系统的健康管理系统，如图1所示，包括：控制模块、健康管理模块、通讯模块、板载数据库模块及外围数据模块，其中：

控制模块用于发送控制指令实现对电驱动系统的控制，其数据流入通讯模块和板载数据库模块，用以被健康管理模块调用。

外围数据模块用于获取电驱动系统运维单位提供的运维数据；如图2所示，实际应用中，电驱动系统运维单位可以是产品、服务提供商，在电动/混动汽车领域可以举例为产品、服务提供商如oem、tier1、tier2、维修商等，利用智慧云数据中心云端存储的数据存储量大、计算优势和通信、沟通、共享方便等优点，可以读取和存储电驱动系统的健康管理系统通过通讯模块发送出的信息，云数据中心进行人工智能计算后与电驱动系统运维单位沟通，其伴随电驱动系统运行全生命周期的数据交流存储和计算的工作，离线数据中心通过通信线连接到线下离线存储和计算实体的数据中心，用于系统已经出现异常/故障，或者定期维护。两种数据中心有不同的应用场景，相互配合可以使系统在特定应用场景下达到最高的沟通效率。

健康管理模块用于获取电驱动系统的运行性能数据，并进行故障诊断及预测，并根据故障诊断及预测结果提供应对措施。具体地，如图3所示，健康管理模块，包括：状态监测单元、故障诊断单元、故障预测单元、健康管理单元以及与上述四个单元均连接的故障预测与健康管理通用数据流单元，故障预测与健康管理通用数据流单元和通讯模块连接，用于实现与控制模块、板载数据库模块及外围数据模块的数据交互。

本实施例中状态监测单元、故障诊断单元、故障预测单元及健康管理单元，前一个功能单元是后一个功能单元运行的基础，其中:

状态监测单元用于处理获取传感器收集的电驱动系统性能信息；具体地使通获取安装在电驱动系统内的传感器的数据，比如电压、电流、温度、位置、速度、加速度、振动、湿度、磁通、电容、介质损耗因数等。

故障诊断单元根据状态监测单元处理后的信息诊断电驱动系统是否存在故障；故障预测单元利用预设人工智能算法根据故障诊断单元和故障预测和健康管理通用数据流单元输入的数据产生故障预测信息；在一实施例中，可以通过使用机器学习的算法(傅里叶变换、短时傅里叶变换、魏格纳分布、小波能量、希尔伯特-黄变换、主成分分析、fisher线性判别、高斯混合模型、逻辑回归、统计模式识别、高斯过程回归/预测、粒子滤波、卡尔曼滤波、自组织映射、贝叶斯网络、决策树、自回归滑动平均模型、模糊逻辑、粗糙集理论、匹配矩阵、支持向量机、隐马尔可夫模型等多种算法中组合使用)分析提取状态监测的数据。实际中，存储电驱动系统运行数据会不断增加，云端会根据当前数据、历史数据和专家知识库训练ai计算模型，获得故障诊断和故障预测的结果，并且不断积累电驱动系统运行数据，反复改进和验证ai计算模型，使得当前的ai计算模型能够更加高效精确的对电驱动系统进行故障诊断和故障预测。

健康管理单元根据故障诊断单元、故障预测单元与健康管理通用数据流模块以及故障预测单元输入的信息，进行综合决策后提供应对措施，实际应用中根据测得故障程度、范围和时间紧迫度提供采取不同的措施，例如通过云端联系oem、tier1、tier2或维修商等部门做好维修/更换/保险准备工作；对于程度特别严重、时间特别紧急、后果特别严重的故障采取系统紧急停机/保护/报警措施。

板载数据库模块用于存储控制模块、健康管理模块及外围数据模块产生的数据以及电驱动系统的运行性能数据；其物理位置位于系统内部的数据存储模块，存储电驱动系统的健康管理系统的系统信息、历史数据和知识库，服务于健康管理软件，进行系统的健康管理运算。

通讯模块用于实现控制模块、健康管理模块板载数据库模块及外围数据模块之间的数据交互。具体地如图4所示，通讯模块包括通信接口、通信总线及交互平台，通信总线与控制模块、板载数据库和健康管理模块进行数据交互，通信总线获取的数据在交互平台通过通信接口与电驱动系统运维单位的智慧云数据中心和离线数据中心进行数据交互。

在一实施例中，如图5所示，电驱动系统的健康管理系统还包括：可视化交互模块，用于根据获取用户的需求信息，通过通讯模块获取电驱动系统的健康管理信息进行展示。性能评价模块，用于通过通讯模块从板载数据库调取健康管理模块的信息，对健康管理模块做出性能评价，产生评价信息，所述评价信息随信息的增加和变化定期更新，通过通讯模块输出到可视化交互模块以及存储到板载数据库中。

实际应用中，由于健康管理系统的数据量和运算量巨大，传统的电驱动系统的控制硬件平台mcu无法满足实现电驱动系统健康管理功能的运算需求，所以计算硬件平台由异构硬件模块组成：电驱动系统的控制模块由mcu实现功能；健康管理模块由fpga/gpu/asic实现功能，两组计算硬件并行同时运行，互不干扰。

需要说明的是，在本发明实施例的电驱动系统包括：系统软件、计算硬件平台、外围硬件平台和电机。如图6所示，通过系统软件支持控制模块、健康管理模块和性能评价模块的运行，同时将系统信息和更新的系统信息存储到板载数据库中。

本发明实施例提供的电驱动系统的健康管理系统，提供了针对电驱动系统的phm系统架构和布局，能够对电驱动系统进行较为全面有效的故障预测及健康管理，对关于电驱动系统phm技术进一步的技术扩展、生产提出合理的技术布局指导，提升研发效率。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。