СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ КОРОТКИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ОТКЛЮЧЕНИЙ И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ РАБОТОЙ ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2012 года по МПК F02D41/22 

Изобретение относится к способу обнаружения коротких перерывов в передаче электрической информации, характеризующей величину, детектируемую датчиком, в направлении электронного блока управления, связанного, например, с двигателем внутреннего сгорания или с электрическим двигателем, в частности, для автотранспортного средства.

Оно относится также к способу управления работой двигателя внутреннего сгорания, в котором применяют предыдущий способ.

Технической областью, к которой относится настоящее изобретение, является управление двигателем. «Управление двигателем» представляет собой систему управления двигателем в совокупности со всеми его датчиками, приводами и межсистемными связями (LIS). В вычислительном устройстве, называемом UCE (электронный блок управления), содержится совокупность правил управления и характеристических параметров (калибровок) двигателя.

Одним из параметров, используемых блоком UCE, является температура двигателя. Он позволяет одновременно корректировать многие стратегические параметры для обеспечения нормальной работы двигателя и соблюдать экологические нормы для двигателей внутреннего сгорания, а также обеспечивать защиту двигателя от возможного перегрева.

В дальнейшем тексте описания будет представлен случай обнаружения неисправности, связанной с температурой двигателя. Речь идет об обнаружении неисправности при помощи стратегии отслеживания информации о температуре системы охлаждения двигателя.

Вместе с тем, изобретение можно применять для других величин, таких как температура масла, давление в камере сгорания двигателя и т.д.

Для обеспечения оптимальной рабочей температуры двигателя, а также для сведения к минимуму выбросов загрязняющих веществ в случае двигателя внутреннего сгорания (ДВС) для двигателя выбирают заданную температуру и регулируют ее при помощи автономного и/или управляемого термостата или при помощи системы затворов.

На двигателе установлен датчик температуры охлаждающей жидкости, который позволяет получать характеристику температуры двигателя при помощи измерения температуры охлаждающей жидкости. Это измерение температуры используют в качестве входных данных для обработки блоком UCE.

Как показано на фиг.1, датчик 1 заключен в защитный кожух, одновременно обеспечивающий нормальное измерение температуры охлаждающей жидкости, с которой он входит в контакт. Другая часть датчика 1 находится в открытом пространстве и содержит соединение 2 для передачи информации в электронном виде (далее - электрическая информация), характеризующей температуру охлаждающей жидкости. Это соединение, в свою очередь, соединено с частью гибкой изоляционной трубки 3 для проводов, связывающей его с соединением 4 вычислительного устройства впрыска, находящегося в блоке UCE. Именно это вычислительное устройство использует эту электрическую информацию, в том числе через программную линеаризацию, которая преобразует этот электрический сигнал в физическую величину температуры охлаждающей жидкости. Эту температуру использует блок UCE, который передает ее в другие вычислительные устройства, которые тоже используют эту температуру.

Позицией 5 обозначен входной каскад, состоящий из вычислительного устройства и аналого-цифрового преобразователя.

На фиг.1 использованы следующие обозначения:

- Rctn: резистор температурного датчика типа CTN (то есть с отрицательным температурным коэффициентом),

- Rpu: резистор "pull-up", то есть «утягивающий» резистор, соединенный с клеммой «+» стабилизированного источника питания,

- Rf: фильтрующий резистор,

- Се: входной конденсатор,

- Cf: фильтрующий конденсатор,

- A/D: аналого-цифровой преобразователь.

Измерение температуры в первую очередь является электрической информацией и может содержать помехи, которые не поддаются диагностике электрическим путем, а интерпретируются непосредственно как температура. Таким образом, измеренная температура может быть ошибочной, причем ее ошибочность не может быть распознана вычислительным устройством впрыска.

Следовательно, вносимые поправки, связанные с температурой системы охлаждения, могут быть слишком большими или недостаточно большими, и измерения показали, что кажущаяся температура, то есть получаемая путем измерения датчиком, часто оказывается более низкой, чем действительная температура.

Эта разница между полученной в результате измерения температурой и реальной температурой может иметь следующие последствия.

Во-первых, неправильная оценка потерь двигателя из-за трения: одной из основных величин для оценки потерь в отношении двигателя является температура двигателя, и эти потери могут доходить до нескольких десятков Н.м по абсолютной величине. Таким образом, может произойти завышенная оценка потерь.

Во-вторых, регулирование холостого хода: неправильная оценка потерь нарушает открытый контур компенсации режима холостого хода в зависимости от температуры и может привести к коррекции холостого хода по завышенному значению.

Кроме того, в особых случаях, связанных с дизельными двигателями, регенерация фильтра-улавливателя частиц может быть прервана автоматом его контроля. Действительно, слишком низкая температура воды приведет к неоправданным и не контролируемым выходным данным регенерации (то есть подтверждение удачной или неудачной регенерации без актуализации массы устройством оценки частиц).

В случае бензинового двигателя чрезмерная оценка и соответствующая поправка опережения зажигания (поправка, соответствующая оценке холодной температуры, тогда как двигатель находится в зоне горячего режима работы) вызывают появление детонаций, которые могут привести к повреждению двигателя.

На фиг.2 показана кривая линеаризации напряжения в зависимости от температуры, измеряемой датчиком. Именно эту температуру использует блок UCE. Напряжение считывается на входе аналого-цифрового преобразователя и переводится в физическую величину (температуру) после линеаризации.

На этой кривой показаны три зоны напряжения, а именно: одна полезная зона 6 и две зоны 7 и 8 диагностики (зоны CCmasse и СО/СС+), которым соответствует обнаружение электрической неисправности.

Зону 8 называют «СО/СС+» от «разомкнутая цепь/короткое замыкание на плюсе источника питания», тогда как зону 7 называют «CCmasse» от «короткое замыкание на массе».

Напряжение со значением, слишком близким к +5 В (разомкнутая цепь или короткое замыкание на плюсе источника питания 5 В) или к массе (короткое замыкание на массе), позволяет обнаружить, что напряжение уходит из полезной зоны, и, следовательно, сделать вывод об электрической неисправности (разъединение или короткое замыкание в системе проводов). В результате этого исчезает возможность измерения температуры.

Однако этот вариант обнаружения имеет свои ограничения.

Так, температуру, которая имеет искаженное или смещенное значение, но при этом остается в полезной зоне, невозможно обнаружить электрическим путем.

Существуют также модели температуры воды, позволяющие произвести корреляцию между измеренной температурой и оценочной температурой. Однако модель либо требует информации, которую невозможно получить на транспортном средстве, либо является слишком упрощенной и не позволяет правильно определить неисправность, когда сигнал датчика остается в полезной зоне.

Кроме того, в документе ЕР-А-1 653 067 описан способ обнаружения ненормальной работы датчика температуры охлаждающей жидкости двигателя. Ненормальную работу обнаруживают, когда после запуска двигателя измеренная температура ниже температуры, измеренной непосредственно в момент запуска.

Такой метод, как и предыдущий, не позволяет обнаруживать короткие отключения электрического сигнала при передаче электрической информации, поступающей при измерении от датчика.

Таким образом, настоящее изобретение направлено на создание способа, который позволяет обнаруживать такие короткие отключения.

Изобретение также направлено на создание способа управления работой двигателя, учитывающего такое обнаружение.

Первым объектом настоящего изобретения является, таким образом, способ обнаружения коротких электрических отключений во время передачи электрического сигнала, характеризующего величину, детектируемую датчиком, в электронный блок управления, связанный с двигателем.

Он характеризуется тем, что содержит следующие этапы:

a) измеряют указанный сигнал, называемый «необработанным сигналом»;

b) осуществляют фильтрование указанного необработанного сигнала, чтобы получить «фильтрованный сигнал»;

c) через постоянный промежуток времени вычисляют | необработанный сигнал -фильтрованный сигнал |, то есть абсолютное значение разности между необработанным сигналом и фильтрованным сигналом;

d) это абсолютное значение сравнивают с заранее определенным порогом максимального отклонения;

e) если указанное абсолютное значение превышает указанный заранее определенный порог максимального отклонения, подтверждают наличие состояния короткого отключения;

f) в противном случае повторяют предыдущие этапы.

В результате этого обнаруживают короткие отключения, которые до сих пор не поддавались обнаружению, и их рассматривают как аномалии.

Согласно различным предпочтительным признакам способа:

- на этапе b) при фильтровании сравнивают скорость изменения указанного сигнала с заранее определенной максимальной скоростью и, если скорость изменения сигнала выше, чем максимальная скорость (SFTE), указанному фильтрованному сигналу присваивают заранее определенное значение, которое соответствует указанной заранее определенной максимальной скорости;

- на этапе е) производят инкрементацию счетчика элементарных неисправностей и подтверждают состояние короткого отключения, когда этот счетчик достигает заранее определенного значения.

Вторым объектом настоящего изобретения является способ управления работой двигателя, содержащего, по меньшей мере, один датчик измерения величины параметра данного двигателя, а также электрические средства для передачи электрического сигнала, характеризующего указанную величину, детектируемую датчиком, к соответствующему электронному блоку управления, выполненному с возможностью влияния на работу указанного двигателя.

Он характеризуется тем, что включает осуществление описанного выше способа.

Согласно различным предпочтительным отличительным признакам способа:

- на этапе а) подтверждают состояние короткого отключения и указанной величине присваивают заранее определенное значение или заранее определенное изменение значений, называемое значением аварийного режима;

- указанное заранее определенное значение или заранее определенное изменение значений определяют при помощи компьютерной модели, связанной с электронным блоком управления;

- информацию, связанную с переходом в аварийный режим, сохраняют в памяти электронного блока управления даже после выключения двигателя;

- указанный аварийный режим сохранят до выключения двигателя;

- указанной величиной является температура охлаждающей жидкости двигателя;

- указанной величиной является температура масла двигателя;

- двигатель является двигателем внутреннего сгорания, и указанная величина является давлением в камере сгорания указанного двигателя.

Другие признаки и преимущества настоящего изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания предпочтительного варианта выполнения. Это описание представлено со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг.1 (уже упомянута выше) - принципиальная схема, иллюстрирующая средства соединения датчика с преобразователем электронного блока управления двигателем;

фиг.2 - кривая линеаризации напряжения в зависимости от температуры, измеряемой указанным датчиком;

фиг.3 - блок-схема основных этапов способа в соответствии с настоящим изобретением.

После предварительного этапа активации способа (блок 100 на фиг.3) на первом этапе (этап а) способа обнаружения коротких отключений в соответствии с настоящим изобретением измеряют электрический сигнал, поступающий от датчика (блок 101).

В представленном примере речь идет об измерении температуры воды охлаждения двигателя внутреннего сгорания. Однако здесь речь идет всего лишь о примере, и величиной может быть, например, температура масла двигателя или давление в камере сгорания двигателя, или другая величина электрического происхождения. Как правило, речь идет о величине, специфической для двигателя, которую можно измерить при помощи датчика.

Термин «датчик» может также обозначать «зонд».

Этот сигнал обозначен как «Необработанный сигнал Т воды» (сокращенно SBTE).

На следующем этапе измеренный ранее сигнал SBTE фильтруют (блок 102).

Это фильтрование предпочтительно является фильтрованием "slew-rate" (скорость нарастания напряжения), при котором сравнивают скорость изменения указанного необработанного сигнала SBTE с заранее определенной максимальной скоростью и фильтрованному сигналу «Фильтрованный сигнал Т воды» (SFTE) присваивают заранее определенное значение, которое соответствует указанной заранее определенной максимальной скорости.

Скоростью изменения может быть как скорость повышения, так и скорость понижения температуры. При этом максимальная скорость может, например, составлять 1°С/с.

Таким образом, если «необработанная температура» изменяется слишком быстро, «фильтрованная» температура достигает заранее определенного максимального значения.

После этого производят вычисление абсолютного значения разности между двумя сигналами SBTE и SFTE, то есть |SFTE - SFTE| (блок 104).

Затем это абсолютное значение сравнивают с максимальным порогом отклонения (SVM), значение которого записано в памяти электронного блока управления (UCE) двигателя (блок 105).

Иначе говоря, убеждаются, что подтверждается следующее соотношение:

Если соотношение (1) подтверждается, то подтверждают состояние короткого отключения.

В противном случае предыдущие этапы способа повторяют. Даже в случае, когда отношение проверяется, можно все равно продолжать этот тест, результат которого заносится в память.

Этот способ приобретает свой полный смысл, когда его применяют в рамках способа управления работой двигателя внутреннего сгорания. Однако его можно распространить на любой тип двигателя.

Таким образом, когда подтверждается состояние короткого отключения, производят инкрементацию или предпочтительно декрементацию электронного счетчика элементарных неисправностей (СРЕ) (блок 106).

Когда этот счетчик достигает заранее определенного значения (VP), блок UCE переходит в «аварийный режим» (блок 108).

«Аварийный режим» состоит в переходе на заменяющую температуру, которую можно калибровать или которую можно менять, например, на основании модели температуры воды, хранящейся в памяти блока UCE.

Эта новая температура, даже если она является менее точной, позволяет избежать последствий, связанных с слишком большой неисправностью (которые были упомянуты в начале описания).

При подтверждении неисправности в память блока UCE записывают сообщение о диагностике неисправности, которое впоследствии поможет произвести ремонт двигателя.

Кроме того, при таком типе неисправности вместо выхода из аварийного режима, если неисправность устраняется (например, как в случае обнаружения неисправности типа CCmasse), предпочтительно сохраняют аварийный режим до конца цикла движения транспортного средства.

Действительно, в этом случае считают, что информация, поступающая от датчика, не является объективной и что, даже если она принимает более стабильное значение, оно не обязательно правильно отображает реальную температуру.

При этом только во время следующего цикла движения транспортного средства блок UCE использует информацию, поступающую от датчика, если не обнаруживают новой неисправности.

Разумеется, если неисправность обнаружена, но больше не проявляется, ее сохраняют в памяти блока UCE для дальнейшей диагностики, например, в гараже.

После выключения двигателя (блок 109) способ завершается (блок 110).

В описанном выше примере рассматривается максимальная скорость изменения сигнала по отношению к физическому параметру (ширина полосы измерения в его контексте) в системе охлаждения двигателя внутреннего сгорания. Если сигнал изменяется слишком быстро, это значит, что он нестабильный и больше не отражает измерения, которое он должен характеризовать.

Разумеется, этот принцип можно распространить на другие сигналы, отличные от температуры воды, например на температуру масла, сигнал давления и т.д.

Этот принцип можно применять для электрического двигателя.

Точно так же необходимо принимать в расчет окружающую среду датчика. Так, температура воздуха отличается большей динамикой, чем, например, температура воды.

Кроме окружающей среды следует учитывать архитектуру системы охлаждения, которая влияет на динамику сигнала. Так, в описанном примере это относится к наличию горячего или холодного (радиатор) резерва охлаждающей жидкости или к отличиям динамического реагирования некоторых исполнительных устройств, например, таких как термостат или затвор.

В данном случае было рассмотрено обнаружение коротких отключений, так как это является возможным вариантом неисправности системы соединений в транспортном средстве по самым разным причинам (износ, повреждение соединений или влияние на них вибраций (окружающая средства двигателя), влажности и т.д.).

Однако эта диагностика является более широкой и охватывает разные явления. Если бы речь шла о чистых коротких отключениях, сигнал мог бы достигать своего напряжения питания (в данном случае 5 В или очень холодная эквивалентная температура, как при разомкнутой цепи СО) через постоянную фильтрования компонентов входного каскада вычислительного устройства. Однако здесь этот случай не представлен. Во время короткого отключения, если система соединений подверглась окислению (наличие влажности + вибрации + электрическое напряжение), то короткое отключение может рассматриваться блоком UCE как новый резистор, добавленный относительно температурного датчика и искажающий, таким образом, сигнал. Это относится к случаю, когда сигнал резко принимает значение из области нового искаженного или неискаженного температурного диапазона.

Такой способ обнаружения неисправности является простым средством (мало калибровок и вычислений). Он позволяет отказаться от калиброванной модели для сравнения диагностируемого измерения с этой моделью, которая может быстро оказаться слишком сложной, занимать большой объем памяти и требовать других данных от датчика.

Использование: в области электротехники Технический результат заключается в повышении точности и надежности. Способ включает этапы, на которых: а) измеряют указанный электрический сигнал, называемый «необработанным сигналом» (SBTE); b) осуществляют фильтрование указанного необработанного сигнала, чтобы получить «фильтрованный сигнал» (SFTE); с) через постоянный промежуток времени вычисляют |необработанный сигнал - фильтрованный сигнал|, то есть абсолютное значение разности между необработанным сигналом и фильтрованным сигналом; d) указанное абсолютное значение сравнивают с заранее определенным порогом максимального отклонения (SVM); е) если указанное абсолютное значение превышает указанный заранее определенный порог максимального отклонения, подтверждают наличие состояния короткого отключения; f) в противном случае повторяют предыдущие этапы. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ обнаружения коротких электрических отключений во время передачи электрического сигнала, представляющего величину, детектируемую датчиком (1), в электронный блок управления, связанный с двигателем, характеризующийся тем, что содержит этапы, на которых:
a) измеряют указанный электрический сигнал, называемый «необработанным сигналом» (SBTE);
b) осуществляют фильтрование указанного необработанного сигнала, чтобы получить «фильтрованный сигнал» (SFTE);
c) через постоянный промежуток времени вычисляют |необработанный сигнал - фильтрованный сигнал|, то есть абсолютное значение разности между необработанным сигналом и фильтрованным сигналом;
d) сравнивают указанное абсолютное значение с заранее определенным порогом максимального отклонения (SVM);
e) если указанное абсолютное значение превышает указанный заранее определенный порог максимального отклонения, подтверждают наличие состояния короткого отключения;
f) в противном случае повторяют предыдущие этапы.

2. Способ по п.1, в котором на этапе b) при фильтровании сравнивают скорость изменения указанного сигнала с заранее определенной максимальной скоростью и, если скорость изменения сигнала выше, чем максимальная скорость (SFTE), указанному фильтрованному сигналу присваивают заранее определенное значение, которое соответствует указанной заранее определенной максимальной скорости.

3. Способ по п.1, в котором на этапе е) выполняют инкрементацию или декрементацию счетчика элементарных неисправностей (СРЕ) и подтверждают состояние короткого отключения, когда этот счетчик (СРЕ) достигает заранее определенного значения.

4. Способ управления работой двигателя, содержащего по меньшей мере один датчик (1) измерения величины параметра указанного двигателя, а также электрические средства (2, 3, 4, 5) для передачи электрического сигнала, представляющего указанную величину, детектируемую датчиком (1), в соответствующий электронный блок управления, выполненный с возможностью влияния на работу указанного двигателя, характеризующийся тем, что включает в себя выполнение способа по любому из пп.1-3.

5. Способ по п.4, в котором на этапе а) подтверждают состояние короткого отключения и указанной величине присваивают заранее определенное значение или заранее определенное изменение значений, называемое значением аварийного режима.

6. Способ по п.5, в котором указанное заранее определенное значение или заранее определенное изменение значений определяют при помощи компьютерной модели, связанной с электронным блоком управления.

7. Способ по п.5, в котором указанный аварийный режим сохраняют до выключения двигателя.

8. Способ по п.5, в котором информацию, связанную с переходом в аварийный режим, сохраняют в памяти электронного блока управления даже после выключения двигателя.

9. Способ по п.1 или 4, в котором указанной величиной является температура охлаждающей жидкости двигателя.

10. Способ по п.1 или 4, в котором указанной величиной является температура масла двигателя.

11. Способ по п.1 или 4, в котором двигатель является двигателем внутреннего сгорания, а указанной величиной является давление в камере сгорания указанного двигателя.