專利名稱：利用健康信息狀態(tài)優(yōu)化系統(tǒng)性能的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種方法和裝置，其用于確定系統(tǒng)中使用的各個(gè)部件的健康信息狀態(tài)，及利用所述健康信息狀態(tài)實(shí)時(shí)地優(yōu)化系統(tǒng)性能。
背景技術(shù)：
系統(tǒng)是一組相互作用和/或相互依賴的部件，所述部件作為一個(gè)整體起作用。給定系統(tǒng)的各個(gè)部件中的每一個(gè)會隨著時(shí)間以不同的相對速率退化(degrade)。此外，在系統(tǒng)的整體功能內(nèi)，由于一些部件往往比其他部件發(fā)揮更重要的作用，因此，相比該相同系統(tǒng)的其他部件的退化，該給定部件的退化可特別地影響系統(tǒng)性能。例如，某個(gè)車輛傳感器可影響測量精度，而不會引起整體車輛性能的較大退化，然而退化的電池可嚴(yán)重地降低車輛在特定操作模式下的啟動或功能。可使用各種隨車攜帶的診斷方案來測量特定部件相對于校準(zhǔn)閾值(calibratedthreshold)的性能。例如，通常測量電池輸出電壓，并將該值與校準(zhǔn)的高/低電壓閾值進(jìn)行比較。當(dāng)該部件參考這種閾值不再合適地發(fā)揮作用時(shí)，操作員會了解給定的部件需要修理。當(dāng)最終維修部件后，系統(tǒng)機(jī)能通常得到提高。然而，立即維修并不總是方便或可取的選項(xiàng)。

發(fā)明內(nèi)容
這里公開了一種方法，其估算系統(tǒng)內(nèi)的部件健康(health)，并響應(yīng)于估算的健康和下文所述的其他信息，動態(tài)地(即實(shí)時(shí)地)控制系統(tǒng)的功能或運(yùn)行。上述類型的基于活性閾值的維護(hù)方法對于一些使用者不太理想，尤其是在退化部件的診斷和其接下來的維修之間的中間時(shí)段內(nèi)。本方法以不同方式運(yùn)行，其方式為評價(jià)系統(tǒng)內(nèi)每個(gè)部件的當(dāng)前健康狀態(tài)，以及及時(shí)預(yù)測系統(tǒng)內(nèi)每個(gè)部件可能老化或最終退化的特定方式。進(jìn)而系統(tǒng)被動態(tài)地控制，以延長該系統(tǒng)的剩余使用壽命?？刂破髋c系統(tǒng)的各種部件連通，直接或通過通訊總線與每個(gè)部件的相應(yīng)的電子控制單元(ECT)相連通?？刂破鞲鶕?jù)組成系統(tǒng)的各種部件的健康狀態(tài)(SOH)估計(jì)系統(tǒng)的功能狀態(tài)(SOF)(即性能的當(dāng)前水平)。部件各自的SOH對系統(tǒng)SOF的影響可以是協(xié)同的(synergistic),即，即使當(dāng)各個(gè)部件的SOH維持大于零時(shí)，系統(tǒng)SOF可以為零。系統(tǒng)SOF由此被估算或?qū)崟r(shí)預(yù)測，并記錄在控制器的存儲器中，用來(如這里所述地)控制系統(tǒng)。特別地，一種用于控制具有多個(gè)部件的系統(tǒng)的方法包括:經(jīng)由控制器針對每個(gè)部件確定S0H，并利用每個(gè)部件的SOH確定系統(tǒng)作為整體的S0F。該方法進(jìn)一步包括利用系統(tǒng)的SOF估算系統(tǒng)的剩余使用壽命，利用成本模型來選擇系統(tǒng)控制策略，該控制策略在產(chǎn)生閾值SOF和部件的閾值剩余使用壽命的同時(shí)使系統(tǒng)的運(yùn)行成本最小化，以及經(jīng)由控制器執(zhí)行所選擇的控制策略。另一個(gè)用于控制系統(tǒng)的方法包括使用傳感器陣列來測量并記錄一組針對每一個(gè)部件的當(dāng)前性能值，并接下來經(jīng)由控制器通過利用SOH模型處理記錄的當(dāng)前性能值計(jì)算每個(gè)部件的S0H。該方法還包括利用SOF模型(其模擬系統(tǒng)的S0F)根據(jù)作為部件的相應(yīng)SOH確定系統(tǒng)的SOF，并利用老化模型估算系統(tǒng)的剩余使用壽命。另外，方法還可包括通過部件和/或系統(tǒng)成本模型處理一組可能的系統(tǒng)控制策略，從而估算分別替代地執(zhí)行每一個(gè)控制策略的成本，并選擇相對于其他可能的策略具有最優(yōu)成本的系統(tǒng)控制策略(其滿足性能和剩余使用壽命閾值)。進(jìn)而，經(jīng)由控制器執(zhí)行成本優(yōu)化的系統(tǒng)控制策略，從而延長該系統(tǒng)的剩余使用壽命。此處還描述了一種具有第一部件、第二部件和控制器的系統(tǒng)。控制器針對每個(gè)部件確定S0H，還利用每個(gè)部件的SOH確定系統(tǒng)的S0H?？刂破鬟M(jìn)而利用系統(tǒng)的SOF估算系統(tǒng)的剩余使用壽命，通過成本模型處理一組控制策略，并從所述一組可能的系統(tǒng)控制策略中選擇系統(tǒng)控制策略，其在產(chǎn)生閾值SOF和部件的閾值剩余使用壽命的同時(shí)使系統(tǒng)的成本最小化?？刂破鲃討B(tài)地執(zhí)行所選擇的控制策略，進(jìn)而實(shí)時(shí)地優(yōu)化系統(tǒng)的性能。從下文中結(jié)合附圖對實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的較佳模式的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述特征和優(yōu)勢以及其他特征和優(yōu)勢是明顯的。


圖1是具有多個(gè)部件的示例系統(tǒng)的示意圖，所述多個(gè)部件中的每一個(gè)可以被如這里所述地評價(jià)，以優(yōu)化系統(tǒng)的控制。圖1A是車輛形式的替換性示例系統(tǒng)的示意圖。圖2是用于診斷圖1中所示的示例系統(tǒng)的運(yùn)行的三軸時(shí)距圖。圖3是圖1中的系統(tǒng)相對于一組示例性的系統(tǒng)約束的最優(yōu)運(yùn)行點(diǎn)的示例性示意圖。圖4是由于改變系統(tǒng)約束引起的圖3中的最優(yōu)運(yùn)行點(diǎn)的轉(zhuǎn)移的示例性示意圖。圖5是描述了一種方法的實(shí)施例的流程圖，所述方法用于利用健康信息狀態(tài)實(shí)時(shí)地優(yōu)化圖1中所示的系統(tǒng)的性能。
具體實(shí)施例方式參考附圖，其中相同的附圖標(biāo)記代表相同的元件，系統(tǒng)10示例性地顯示為電力推進(jìn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)10可用來電力地推動混合動力、電池電力或增程式的電動車輛。可利用這里所述的方法來估算和動態(tài)地控制任何具有多個(gè)部件的系統(tǒng)10，例如圖1A中顯示的替換性實(shí)例系統(tǒng)10A。然而，為了說明上的一致性，下面將參考圖2-5來描述圖1所顯示的系統(tǒng)10具體實(shí)施例。系統(tǒng)10包括多個(gè)部件，所述部件至少包括第一部件12和第二部件22。在圖1的具體實(shí)施例中，第一和第二部件12和22分別是電力牽引電機(jī)和可再充電的電池組。功率變換模塊(PM) 14還可作為另一個(gè)部件經(jīng)由交流電(AC)總線16與第一部件/電機(jī)12電連接。在同一實(shí)施例中，PM 14可經(jīng)由直流電(DC)總線18與第二部件/電池組22電連接。圖1中未示出的其他部件可包括任何所需的皮帶輪/傳動帶、負(fù)載等。第一和第二部件12和22各自的功能會隨著時(shí)間由于老化和磨損而退化。因此系統(tǒng)10作為整體的功能狀態(tài)(SOF)會退化，從而系統(tǒng)10最終不能正確地運(yùn)行。在這種情況下，可經(jīng)由訊號或告警燈來通知系統(tǒng)10的操作員以傳統(tǒng)方法維修第一和第二部件12和22中的一個(gè)或兩個(gè)。然而，立即維修可能不是可取的。例如，對于指定的操作員，維修可能不是可行或方便的，比如在遠(yuǎn)程位置操作時(shí)可能難以找到維修工具。在一些給定退化部件的特定功能和/或其退化程度的例子中，立即維修可能并不必要。因此，這里公開了一種預(yù)測方法，其中控制器30根據(jù)變化的運(yùn)行條件和系統(tǒng)使用歷史，模擬并估算第一和第二部件12和22各自的正常( )狀態(tài)(S0H)，進(jìn)而利用估算的SOH動態(tài)地控制系統(tǒng)10，以優(yōu)化系統(tǒng)10的性能或功能狀態(tài)(S0F)。下面參考圖2-5描述該具體方法。在圖1的系統(tǒng)10中，當(dāng)?shù)谝徊考?2是牽引電機(jī)或其他電動機(jī)時(shí)，第一部件12的運(yùn)行經(jīng)由第一電子控制單元(E⑶)15 (例如電機(jī)控制器)控制。第一 E⑶15可包括有形/非臨時(shí)性存儲器32和處理器33。當(dāng)前性能值(箭頭11)被相對第一部件12測量并記錄在存儲器32中。當(dāng)?shù)谝徊考?2是電力牽引電機(jī)時(shí)，當(dāng)前性能值(箭頭11)的示例性數(shù)值可包括平均功率消耗、峰值電流、電阻測量值、轉(zhuǎn)子速度、溫度、磁場強(qiáng)度、電機(jī)故障數(shù)據(jù)和/或任何其他充分描述電機(jī)性能的信息。傳感器陣列19可相對于第一部件12定位,并被根據(jù)需要配置為測量所要求的值(箭頭11)，并將其傳送至第一 E⑶15。同樣，第二部件22的運(yùn)行經(jīng)由第二電子控制單元(E⑶)25控制。第二 E⑶25同樣包括有形/非臨時(shí)性存儲器132和處理器133。另外的當(dāng)前性能值(箭頭111)被相對第二部件/電池組22測量并記錄在存儲器132中。當(dāng)?shù)诙考?2是電池組時(shí)，用于當(dāng)前性能值(箭頭111)的示例數(shù)值可包括內(nèi)部電阻、電容、第二部件/電池組22的電池單元組21中任意或全部的充電狀態(tài)、充電速率、溫度、峰值功率等。在這樣的實(shí)施例中，多個(gè)電池單元21可包含在第二部件22內(nèi)，同時(shí)每個(gè)電池單元21可選地與第二部件22內(nèi)的第三E⑶24相連通。第三E⑶24可包括存儲器232和處理器233，且可以是根據(jù)本實(shí)施例所示的單個(gè)裝置或多個(gè)裝置。另一個(gè)傳感器陣列119可相對于第二部件22定位并被配置為測量所需要的、共同限定了當(dāng)前性能特征(箭頭111)的值，并將該值傳送至第二 E⑶25。以相似的方式，PIM14可作為另一個(gè)部件處理，從而可包括另一個(gè)傳感器陣列219，所述傳感器陣列219測量當(dāng)前的性能信號(箭頭211)并將其傳送至第一ECU15，如圖所示。簡單參考圖1A,替換系統(tǒng)IOA顯示為具有動力傳動系的示例車輛,所述動力傳動系包括第四部件/內(nèi)燃發(fā)動機(jī)80、圖1的第一部件/牽引電機(jī)12和變速器82。來自發(fā)動機(jī)80的發(fā)動機(jī)扭矩使輸出構(gòu)件86旋轉(zhuǎn)。來自電機(jī)12的電機(jī)扭矩使電機(jī)構(gòu)件87旋轉(zhuǎn)。輸入離合器84可用來選擇性地將發(fā)動機(jī)80連接至變速器82的輸入軸88。輸出扭矩從變速器82經(jīng)由輸出軸85被傳送至一組地輪(？)(未示出)。為了說明的清楚性，省略了圖1的其他部件，例如為第一部件/電機(jī)12供能的第二部件/電池組22、PM14、控制器30以及圖1中的全部其他結(jié)構(gòu)。如下所述，示例系統(tǒng)IOA的動力傳動部分的控制可經(jīng)由控制器30作為一種可能的動力控制措施(action)來提供。再次參考圖1，控制器30經(jīng)由通信總線20分別電連接至第一和第二 E⑶15和25，以及(當(dāng)系統(tǒng)10包括多于如圖所示的兩個(gè)部件時(shí))用于其他部件的任何其他ECU?？刂破?0可以是主機(jī)、服務(wù)器或包括中央處理單元(CPU)23和存儲器38的其他計(jì)算裝置，所述存儲器38包括但不局限于有形/非臨時(shí)性存儲器，其上記錄了具體表達(dá)圖5的方法100的指令。控制器30還可包括所需要的任何線路，包括但不局限于高速時(shí)鐘、模-數(shù)(A/D)電路、數(shù)-模(D/A)電路、數(shù)字信號處理器和任何必要的輸入/輸出(I/O)裝置和其他信號調(diào)節(jié)和/或緩沖電路。圖1的控制器30可經(jīng)由通信總線20接收系統(tǒng)輸入信號(箭頭29)。系統(tǒng)輸入信號(箭頭29)共同描述了來自第一 ECU15的第一部件的健康狀況(箭頭17)和來自第二ECU25的第二部件的健康狀況(箭頭117)，以及來自其他實(shí)施例的系統(tǒng)10中所使用的任何其他部件的健康狀況?？刂破?0可包括一組老化模型(aging model) 39，其分別用于第一和第二部件12和22。這里所使用的術(shù)語“老化模型”代表任何裝置或記錄在存儲器38中的軟件方法(approach)(例如曲線、公式、參考表格等),其估算或預(yù)測給定部件隨時(shí)間的衰化或退化。該組老化模型39可對歷史維護(hù)建模，或包含大致描述相似部件12和22的過去性能的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，例如在系統(tǒng)10的相關(guān)測試、論證或先前版本(prior fielded version)中使用的部件的相同型號和模型。在系統(tǒng)10中使用了更多的部件的情況下，該組老化模型29可擴(kuò)大為包括用于附加部件的老化模型?？刂破?0還包括系統(tǒng)功能模型45，其處理各個(gè)老化模型39所產(chǎn)生的信息，以及第一和第二部件12、22的健康狀態(tài)(SOH)和描述系統(tǒng)10的運(yùn)行的系統(tǒng)信息(箭頭70)，例如車輛速度、環(huán)境溫度、部件12、22的溫度、具有系統(tǒng)10的車輛的給定操作者的駕駛行為或歷史、描述操作者所選擇的駕駛路線的地理和/或地形信息等?？刂破?0自動地執(zhí)行具體表達(dá)系統(tǒng)功能模型45的代碼，以估算系統(tǒng)功能狀態(tài)(S0F)。進(jìn)而控制器30在系統(tǒng)10的動態(tài)優(yōu)化中使用系統(tǒng)S0F，如下所述。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的，特定系統(tǒng)的SOF可數(shù)學(xué)地描述為:F(t)=F{ Θ i(t), Θ 2(t),…，Θ n(t)}其中Θ代表部件1、2、……η各自的健康狀態(tài)(SOH)。在部件老化模型(例如圖1的老化模型39)中，可采用下列數(shù)學(xué)方程:Θ i (tf) =Φ (tf, t) Θ i (t)其中⑴是部件，tf是部件⑴在服務(wù)壽命結(jié)束處的時(shí)間，Φ是老化函數(shù)，例如老化函數(shù)39中的一個(gè)，其代表部件(i)的老化，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的。系統(tǒng)10相對于校準(zhǔn)閾值P的剩余有效壽命(RUL)是:RUL =從而控制器30計(jì)算和監(jiān)測第一和第二部件12和22各自的S0H，將系統(tǒng)10的退化速率和剩余使用壽命作為部件12、22的退化和剩余使用壽命的函數(shù)進(jìn)行估算，并利用部件的SOH和剩余使用壽命、系統(tǒng)功能模型45和老化模型39來預(yù)測作為整體的系統(tǒng)10的S0H、剩余使用壽命和未來性能。同樣 作為分析的一部分，控制器30可對成本進(jìn)行評價(jià)，所述成本與針對系統(tǒng)10執(zhí)行某些壽命-延長控制策略有關(guān)。例如，超出閾值時(shí)，圖1中所示的控制器30可使用部件-水平成本模型46來估算延長給定部件(i)壽命的成本Ci (t)，例如:C-(Z) = C1 (￠(^-,0)1^- ^ t系統(tǒng)-水平成本模型146可用來評價(jià)成本C (t)，所述C (t)是在系統(tǒng)10的水平下執(zhí)行一組一直到η的壽命-延長控制策略(C1 (t)，一Cn(O)的成本。所述系統(tǒng)-水平成本模型146可數(shù)學(xué)地表述為:C (t) =C (C1 (t)，C2 (t)，C3 ⑴…，cn (t))
進(jìn)而控制器30選擇最優(yōu)控制策略，即特定的壽命延長策略，該策略使成本C (t)最小化，且該策略滿足系統(tǒng)功能/性能P⑴的閾值水平(戶)(S卩P(0 > P),并滿足部件12、22和系統(tǒng)10的剩余使用壽命大于相應(yīng)閾值。其后，所選的控制策略經(jīng)由輸出信號(箭頭31)指令以動態(tài)地控制系統(tǒng)10并延長其剩余使用壽命?，F(xiàn)在將參考應(yīng)用于圖1中所示的系統(tǒng)10的圖2-5對上述方法進(jìn)行解釋。參考圖2，相對于三條坐標(biāo)軸41、42和43顯示了運(yùn)行空間40。在示例實(shí)施例中，軸線41代表車輛(其使用圖1的系統(tǒng)10)的燃料經(jīng)濟(jì)性。軸線43代表系統(tǒng)10的運(yùn)行壽命，軸線42代表特定性能特性，例如電機(jī)速度、電池充電/放電率等。如本領(lǐng)域人員所理解的，在運(yùn)行空間40內(nèi)存在最優(yōu)運(yùn)行點(diǎn)52。即，最優(yōu)運(yùn)行點(diǎn)52代表在各種參數(shù)(其限定了運(yùn)行空間)中具有最優(yōu)平衡的點(diǎn)，所述參數(shù)在這里為燃料經(jīng)濟(jì)性(軸線41)、壽命(軸線43)和性能(軸線42)。圖1的控制器30可響應(yīng)于如這里所述的特定SOF和SOH的模型處理步驟，提供基于預(yù)測(prognosis)的容錯(cuò)(default tolerance)和自動化的壽命延長策略,確保處于最優(yōu)運(yùn)行點(diǎn)52或其附近的延長運(yùn)行(即使在圖1的第一和第二部件12和22老化和退化時(shí))。例如，在包括作為不同的原動力的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)和牽引電機(jī)(一個(gè)或多個(gè))的情況下，HEV具有固有的冗余。即，可利用發(fā)動機(jī)、電機(jī)或二者的聯(lián)合來推動HEV。當(dāng)圖1的系統(tǒng)10用在HEV上時(shí),可實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的故障和緩(mitigation)和壽命延長而不需要冗余的硬件。因此，圖1的控制器30可優(yōu)化第一和第二部件12、22以及其他子系統(tǒng)(其與圖2的示例運(yùn)行空間的參數(shù)或不同的實(shí)施例中的其他參數(shù)相關(guān))各自的控制。圖3和4共同代表在圖1的系統(tǒng)10內(nèi)的系統(tǒng)優(yōu)化的可能的演變。圖3的約束50包括一組約束56,所述約束56由系統(tǒng)中的功率電子器件(powerelectronics)(例如圖1的PIM14)確定。另一組約束59根據(jù)第一部件/電機(jī)12繪制，以及由第二部件/電池22繪制一組約束58。還繪制了最優(yōu)燃料經(jīng)濟(jì)性曲線55以及希望的性能曲線54。從而，可能的最優(yōu)運(yùn)行點(diǎn)52的位置在圖3中由約束56、58和59確定，其反過來影響相應(yīng)部件(在這里即PM14、第一部件/電機(jī)12和第二部件/電池組22)的S0H。在圖4中，約束150顯示了圖3中的一組約束58與另一組約束158 (例如由于圖1中的系統(tǒng)10的磨損和老化)之間的可能的轉(zhuǎn)變。在圖4中用箭頭62代表了變化的方向。在示例演變中，第二部件/電池22的SOH發(fā)生變化，例如由于圖1的各種電池單元21的電阻率的增大或其他因素。同樣如圖4所示，圖3中希望的性能曲線54如箭頭60所示發(fā)生了轉(zhuǎn)變。該轉(zhuǎn)變可能由于駕駛習(xí)慣和/或駕駛環(huán)境隨時(shí)間的變化而發(fā)生。因此，由圖1中所示的控制器30動態(tài)地確定新的最優(yōu)運(yùn)行點(diǎn)152。從而通過控制器30發(fā)送的輸出信號(箭頭31)對系統(tǒng)10的運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)優(yōu)化，以保證在新的最優(yōu)運(yùn)行點(diǎn)152運(yùn)行。參考圖5，示例方法100可由圖1中的控制器30執(zhí)行。因此，參考圖1的結(jié)構(gòu)來解釋方法100的各種步驟。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，以下方法可用來評估和控制其他系統(tǒng)，例如但不局限于車輛制動系統(tǒng)、動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)或諸如圖1A中系統(tǒng)10A的車輛動力傳動系。一些步驟可分別由其他裝置(例如第一、第二和第三E⑶15、24和25)實(shí)現(xiàn)，其結(jié)果根據(jù)需要被傳送至控制器30。從步驟102-106開始，控制器30估算第一部件12、第二部件22和可選的PM14(第三部件)和/或任何所需要的其他部件各自的健康狀態(tài)(SOH)。如上所述，建模、計(jì)算或以其它方式確定SOH都要求必須測量和記錄當(dāng)前性能值(箭頭11、111)及通過SOH模型或函數(shù)處理該測量值。在一些實(shí)施例中，可將最終確定的SOH值標(biāo)準(zhǔn)化，例如可以使數(shù)值I對應(yīng)校準(zhǔn)的/新的部件的S0H，使SOH值O對應(yīng)無功能的部件。在估算了各個(gè)SOH之后(其可以是在校準(zhǔn)控制循環(huán)中被執(zhí)行，并被隨時(shí)間監(jiān)控的持續(xù)過程)，該方法進(jìn)行至步驟108。在步驟108中，控制器30利用系統(tǒng)功能模型45估算或以其他方式確定系統(tǒng)10作為整體的S0F，即F(t)。進(jìn)而，在進(jìn)行至步驟110之前，將該值記錄在控制器30的存儲器38中。在步驟110中，控制器30則估算系統(tǒng)10將以何種方式老化，例如通過使用上述的老化模型39。根據(jù)老化模型39，控制器30估算和記錄系統(tǒng)10的剩余使用壽命。在步驟112中，控制器30確定剩余使用壽命值(該值在在步驟110中確定)是否小于校準(zhǔn)閾值(即 )。如果是，方法100進(jìn)行至步驟114。否則，方法100進(jìn)行至步驟113。在步驟113中，控制器30確定控制策略，所述控制策略用于特定一個(gè)或多個(gè)部件的控制。例如，步驟113可包括確定是否限制第二部件/電池22的功率或是否減小第一部件/電機(jī)12的速度和/或使用，以及將上述限制或降低進(jìn)行到何種范圍。在后面的例子中，當(dāng)在HEV中執(zhí)行時(shí)，策略可包括，相比第一部件/電機(jī)12更多地使用發(fā)動機(jī)，以減小電機(jī)上的應(yīng)力，從而允許在 更多的時(shí)間之后才修理或更換電機(jī)。方法100進(jìn)而進(jìn)行至步驟115。在步驟114中，控制器30可從系統(tǒng)信息中提取信息(箭頭70)，來確定駕駛類型、地理/地形信息、環(huán)境和/或部件溫度等。在提取了該信息之后，方法100進(jìn)行至步驟116。在步驟115中，控制器30基于當(dāng)前控制策略設(shè)立約束，包括圖4中顯示并在上文做出解釋的示例約束150。該方法100進(jìn)而進(jìn)行至步驟118。在步驟116中，控制器30則基于在步驟102-106中確定的SOH更新約束。在步驟118中，控制器30經(jīng)由至部件12、14、22等中的一個(gè)或多個(gè)的輸出信號的通路(箭頭31)動態(tài)地控制系統(tǒng)10的性能，如上所述。本步驟執(zhí)行特定控制策略，該策略使得如上所述的運(yùn)行成本(即，C(t))最小化，同時(shí)仍然產(chǎn)生系統(tǒng)功能/性能的閾值水平以及部件的閾值剩余使用壽命。在接收輸出信號(箭頭31)之后，系統(tǒng)10的運(yùn)行點(diǎn)被控制為遵循新的約束，例如，具有各自的點(diǎn)52、152的圖3和4中描述的演變。在步驟118的示例性實(shí)施例中，給定第二部件/電池22的SOH信息，可由控制器30修改充電控制來使燃料經(jīng)濟(jì)性(例如圖2的軸線41)最大化，以及延長第二部件/電池組22的壽命。例如在自動停止/啟動類型的HEV中，自動停止/啟動的最小進(jìn)入點(diǎn)(minimumentry point)是內(nèi)部電阻(R)和第二部件/電池組22的電量狀態(tài)(SOC)的函數(shù)。對于新的電池，R相對較低。允許在相對較低的SOC (例如最大SOC的60%)下進(jìn)入自動啟動/停止。隨著電池老化，內(nèi)部電阻(R)增大，逐漸在更高的SOC下允許進(jìn)入自動啟動/停止。同樣，為電池充電的發(fā)電機(jī)輸出電壓是電池SOC和電池SOH的函數(shù)。從而,在一種可能的方式中，控制器30可利用輸出信號(箭頭31)改變充電操作的速率或其他方面。對于鉛酸電池或其他可能類型的電池，這還有助于使電池恢復(fù)(revive)或再生(re juvenate),如本領(lǐng)域所理解的。在步驟120中，控制器30則設(shè)立新的控制標(biāo)度(calibration),從而新的運(yùn)行點(diǎn)是基線，并從步驟102開始重復(fù)方法100。盡管已經(jīng)對執(zhí)行本發(fā)明的較佳模式進(jìn)行了詳盡的描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可得知在所附的權(quán)利要求的范圍內(nèi)的用來實(shí)施本發(fā)明的許多替換設(shè)計(jì)和實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種用于控制具有多個(gè)部件的系統(tǒng)的方法，該方法包括: 經(jīng)由控制器針對每個(gè)部件確定健康狀態(tài)(SOH)； 利用每個(gè)部件的SOH確定系統(tǒng)的功能狀態(tài)(SOF)； 利用系統(tǒng)的SOF估算系統(tǒng)的剩余使用壽命； 通過成本模型處理S0H，以確定多個(gè)不同控制策略中每一個(gè)的成本； 從多個(gè)不同控制策略中選擇控制策略，其在產(chǎn)生閾值SOF和部件的閾值剩余使用壽命的同時(shí)使操作成本最小化；和 經(jīng)由控制器動態(tài)地執(zhí)行所選擇的控制策略。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中估算系統(tǒng)的剩余使用壽命包括使用老化模型。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中確定SOH包括針對每個(gè)部件測量和記錄一組當(dāng)前性能值，進(jìn)而通過SOH模型處理所記錄的性能值。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包括: 當(dāng)估算的剩余使用壽命小于校準(zhǔn)壽命閾值時(shí)，經(jīng)由控制器修改一組系統(tǒng)約束。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中系統(tǒng)是用于車輛的電推進(jìn)系統(tǒng)，且其中多個(gè)部件包括電力牽引電機(jī)以及與該牽引電機(jī)電連接的電池組。
6.一種系統(tǒng)，其包括: 第一部件； 第二部件； 控制器，其與第一和第二部件中的每一個(gè)相連通，其中控制器被配置為: 為第一和第二部件中的每一個(gè)確定健康狀態(tài)(SOH)； 利用每個(gè)部件的SOH確定系統(tǒng)的功能狀態(tài)(SOF)； 利用系統(tǒng)的SOF估算系統(tǒng)的剩余使用壽命； 通過成本模型處理一組控制策略； 從該組可能的系統(tǒng)控制策略中選擇系統(tǒng)控制策略，該系統(tǒng)控制策略在產(chǎn)生閾值SOF和部件的閾值剩余使用壽命的同時(shí)使運(yùn)行成本最小化；和動態(tài)地執(zhí)行所選擇的控制策略。
7.如權(quán)利要求6所述的車輛，其進(jìn)一步包括與控制器連通的傳感器陣列，其中傳感器陣列為第一和第二部件中的每一個(gè)測量一組當(dāng)前性能值，并將測得的該組當(dāng)前性能值傳送至控制器，其中控制器根據(jù)測得的該組當(dāng)前性能值確定每個(gè)部件的S0H。
8.如權(quán)利要求6所述的車輛，其中控制器使用部件水平老化模型估算系統(tǒng)的剩余使用壽命，并通過使用系統(tǒng)功能模型處理每個(gè)部件的SOH和部件水平老化模型的輸出來計(jì)算系統(tǒng)的SOF。
9.如權(quán)利要求6所述的車輛，其中第一部件是電力牽引電機(jī)，第二部件是與該牽引電機(jī)電連接的電池組。
10.如權(quán)利要求6所述的車輛，其進(jìn)一步包括內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，其中當(dāng)估算的電機(jī)和電池中的一個(gè)的剩余使用壽命低于校準(zhǔn)剩余使用壽命閾值時(shí)，控制器通過控制發(fā)動機(jī)的運(yùn)行，部分地執(zhí)行所選擇的系統(tǒng)控制策略。
全文摘要
一種優(yōu)化系統(tǒng)性能的方法，其包括經(jīng)由控制器為系統(tǒng)的多個(gè)部件中的每一個(gè)確定健康狀態(tài)，并利用每個(gè)部件的SOH確定系統(tǒng)的功能狀態(tài)(SOF)。該方法包括利用系統(tǒng)的SOF估算系統(tǒng)的剩余使用壽命(RUL)，利用成本模型為系統(tǒng)選擇成本優(yōu)化控制策略，并動態(tài)地(即實(shí)時(shí)地)執(zhí)行所選擇的策略來延長所估算的RUL。該方法可包括將所選擇的成本優(yōu)化策略與校準(zhǔn)的性能閾值進(jìn)行比較，并僅當(dāng)所選擇的策略超出閾值時(shí)執(zhí)行所選擇的策略。系統(tǒng)包括第一和第二部件和控制器。該控制器相對于所述部件(在一個(gè)可能的實(shí)施例中是牽引電機(jī)和電池)動態(tài)地執(zhí)行上述方法。
文檔編號G05B13/04GK103163781SQ20121054075
公開日2013年6月19日 申請日期2012年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月14日
發(fā)明者X.唐, M.A.薩曼, Y.張 申請人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司