СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ОКОНЕЧНЫМ КАСКАДОМ ПОТРЕБИТЕЛЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА АВТОМОБИЛЕ Российский патент 2018 года по МПК F02D41/14 F02D41/20 

Изобретение относится к способу управления оконечным каскадом потребителя электроэнергии на автомобиле. Помимо этого настоящее изобретение относится к компьютерной программе, которая при ее выполнении вычислительным устройством реализует каждую стадию предлагаемого в изобретении способа, а также к электронному носителю информации, на котором хранится такая компьютерная программа. Кроме того, настоящее изобретение относится к аппаратным средствам оконечного каскада потребителя электроэнергии, прежде всего к аппаратным средствам нагревательного оконечного каскада нагревательного элемента кислородного датчика, с таким электронным носителем информации.

Уровень техники

Для определения концентрации кислорода в отработавших газах (ОГ) в современных системах управления двигателями используют кислородные датчики, называемые также лямбда-зондами. Основу кислородного датчика составляет кислородная концентрационная ячейка с твердым (или кристаллическим) электролитом. Твердый электролит по достижении температуры его активации, составляющей обычно около 350°С, становится проводящим для ионов кислорода. Номинальная же температура кислородного датчика, как правило, явно выше указанной и составляет обычно от 650 до 850°С. По этой причине кислородный датчик обычно выполняют с принудительным электронагревом. С этой целью кислородный датчик оснащен электронагревательным элементом, которым управляет блок управления. Нагреватель выполнен таким образом, что в нормальных условиях он обладает значительным резервом теплопроизводительности, т.е. необходимое для его работы напряжение существенно ниже имеющегося в распоряжении питающего напряжения. Обычно кислородный датчик работает не на постоянном напряжении, а на подаваемом на него через нагревательный оконечный каскад импульсном эффективном напряжении, которое генерируется путем широтно-импульсной модуляции питающего напряжения.

При слишком длительной непрерывной подаче питающего напряжения нагревательным оконечным каскадом на нагревательный элемент кислородного датчика он повреждается из-за своего перегрева. К подобному отрицательному эффекту могут привести дефекты или ошибки в программном обеспечении, которое используется для управления нагревательным оконечным каскадом. Под такими дефектами или ошибками в программном обеспечении подразумеваются функциональные ошибки, допущенные разработчиком программного обеспечения, ошибки, появившиеся при интеграции программного модуля в общее программное обеспечение, заложенное в блок управления, и ошибки, появившиеся при использовании программного обеспечения. Некоторые источники ошибок выявляются уже соответствующими функциями по обнаружению ошибок, заложенными в само программное обеспечение. Обнаружение ошибок возможно, например, путем реализации определенной функции в программном обеспечении, при этом по меньшей мере одна такая функция содержит по меньшей мере две задачи, каждая из которых предусматривает выполнение по меньшей мере одного процесса. При вызове такого процесса или такой задачи при этом осуществляется подтверждение посредством квитирующего бита и контролируется состояние квитирующего бита, соответственно квитирующих битов с целью выявить отсутствие вызова соответствующего процесса или соответствующей задачи или произошедший в неверный момент времени вызов соответствующего процесса или соответствующей задачи. Однако и в данном случае сохраняется остаточный риск повреждения кислородного датчика вследствие соответствующей ошибки в программном обеспечении.

Сам нагревательный оконечный каскад при подобном ошибочном управлении нагревательным элементом обычно не переходит в критическую область, в которой активизируются меры по автоматической защите нагревательного оконечного каскада, такие, например, как ограничение тока и/или отключение. Поэтому такими мерами по автоматической защите невозможно предотвратить повреждение кислородного датчика.

Раскрытие изобретения

Предлагаемый в изобретении способ направлен на управление оконечным каскадом потребителя электроэнергии на автомобиле. Аппаратными средствами оконечного каскада потребителя электроэнергии осуществляется контроль за включенным состоянием, при каковом контроле непосредственно в оконечном каскаде отслеживается достижение потребителем электроэнергии его критического рабочего состояния. Под критическим рабочим состоянием согласно изобретению подразумевается состояние, по достижении которого происходит повреждение потребителя электроэнергии или потребитель электроэнергии повреждает устройство, частью которого он является. Тем самым потребитель электроэнергии, соответственно содержащее его устройство оказываются эффективнее защищены от повреждения из-за перегрева вследствие ошибки в программном обеспечении. Длительность включенного состояния нагревательного элемента контролируется аппаратными средствами оконечного каскада в конце цепи управления. Благодаря этому возможно обнаружение ошибок, которые появляются в предшествующей части цепи управления, таких как ошибки в программном обеспечении, и тем самым возможно принятие контрмер во избежание повреждения потребителя электроэнергии. В остальном предлагаемое в изобретении решение обеспечивает экономию затрат на дополнительные детали и их монтаж, а также позволяет исключить дополнительные источники ошибок, обусловленных неправильной комплектацией.

В одном из предпочтительных вариантов при контроле за включенным состоянием проверяют, сохраняется ли непрерывно критическое рабочее состояние дольше заданной предельной продолжительности. Таким путем надежно исключается выключение потребителя электроэнергии уже в то время, когда критическое рабочее состояние сохраняется лишь в течение короткого периода, на протяжении которого нахождение в критическом рабочем состоянии безопасно для потребителя электроэнергии, соответственно для содержащего его устройства.

В особенно предпочтительном варианте при превышении заданной предельной продолжительности нахождения в критическом рабочем состоянии выдают информацию об этом. Благодаря этому такая информация может использоваться позднее, например, для протокола. В наиболее предпочтительном варианте указанную информацию используют для создания записи в памяти ошибок, предусмотренной в блоке управления. Благодаря этому можно уже заблаговременно обнаруживать ошибку в программном обеспечении на стадии его разработки.

В еще одном особенно предпочтительном варианте при превышении заданной предельной продолжительности работа находящегося в критическом рабочем состоянии потребителя электроэнергии прекращается аппаратными средствами оконечного каскада путем принудительной деактивации. Благодаря этому исключается повреждение потребителя электроэнергии. В наиболее предпочтительном варианте аппаратными средствами оконечного каскада предотвращается возврат в критическое рабочее состояние, когда уже произошла его деактивация. Связанное с этим преимущество заключается в возможности регенерировать потребитель электроэнергии до его повторного включения в работу.

В предпочтительном варианте оконечным каскадом потребителя электроэнергии является нагревательный оконечный каскад кислородного датчика. Связанное с этим преимущество состоит в возможности измерения содержания кислорода в ОГ кислородным датчиком без опасности его повреждения.

В еще одном варианте длительность контроля за включенным состоянием прежде всего превышает на заданный временной отрезок максимальную длительность работы потребителя электроэнергии в исправном режиме.

Благодаря этому обеспечивается надежное обнаружение критического состояния.

Предлагаемая в изобретении компьютерная программа позволяет реализовать предлагаемый в изобретении способ в потребителе электроэнергии, благодаря чему проведение контроля за включенным состоянием с отслеживанием момента достижения критического состояния возможно в оконечном каскаде потребителя электроэнергии. Для этого компьютерная программа реализует каждую стадию предлагаемого в изобретении способа. Предлагаемая в изобретении компьютерная программа хранится на предлагаемом в изобретении электронном носителе информации. Путем вызова и выполнения предлагаемой в изобретении компьютерной программы аппаратными средствами оконечного каскада потребителя электроэнергии получают предлагаемый в изобретении потребитель электроэнергии, содержащий электронный носитель информации.

Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере некоторых вариантов его осуществления со ссылкой на единственный прилагаемый к описанию чертеж.

На этом чертеже показан кислородный датчик с нагревательным оконечным каскадом, управлять работой которого можно способом в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения.

Описание вариантов осуществления изобретения

На прилагаемом к описанию единственном чертеже показан известный из уровня техники кислородный датчик 10. Такой кислородный датчик 10 предназначен для измерения остаточного содержания кислорода в ОГ для возможности настройки коэффициента избытка воздуха λ в топливовоздушной смеси, поступающей на сгорание в двигателе внутреннего сгорания (ДВС), на значение, равное 1, т.е. настройки соотношения между воздухом и топливом в их смеси на стехиометрическое. Используемый в кислородном датчике 10 керамический материал обладает при повышенных температурах электропроводностью, и поэтому на выводах датчика возникает пропорциональное содержанию кислорода напряжение по принципу гальванического элемента. Кислородный датчик 10, используемый для определения содержания кислорода в ОГ, образующихся при сгорании обедненных смесей с коэффициентом избытка воздуха, изменяющимся в широких пределах от более 1 и выше, по существу представляет собой комбинацию из работающей как гальванический элемент концентрационной ячейки, соответственно ячейки 11 Нернста и ячейки предельного тока, соответственно ячейки 12 накачки кислорода. Ячейка 11 Нернста с одной стороны контактирует с анализируемым газом в полости 14, которая выполнена, например, кольцеобразной, и контактирует с ОГ через диффузионный канал 20 и диффузионный барьер 21, а с другой стороны контактирует с эталонным газом в канале 15, в котором находится эталонный воздух. На анализируемый газ в полости 14 наряду с ОГ воздействует также ток накачки, который индуцируется в ячейке 12 накачки кислорода и накачивает его в полость 14 или откачивает его из нее. Для этого к ячейке 12 накачки кислорода снаружи через внешний электрод 13 накачки прикладывается напряжение. Устанавливающийся в результате так называемый ток накачки зависит от разности концентрации кислорода с обеих сторон кислородного датчика 10 и установившегося напряжения. Током накачки транспортируются молекулы кислорода. Ток накачки регулируется компаратором, соответственно схемой 16 регулирования таким образом, чтобы поток кислорода, возникающий под действием электрического тока ячейки 12 накачки кислорода, точно компенсировал поток кислорода через диффузионный канал 20 и чтобы тем самым в измерительной полости 14 с анализируемым газом преобладало состояние с коэффициентом лямбда, равным 1. Соответствующий ток I_P накачки образует выходной сигнал кислородного датчика 10 и может сниматься на резисторе 17 в виде напряжения накачки или напряжения U_S на выходе датчика.

Кислородный датчик 10 имеет далее нагревательный элемент 18 для своего нагрева. Нагревательным элементом 18 управляет оконечный каскад 19, прикладывая к нему напряжение U_H нагрева. Управление нагревательным оконечным каскадом 19 в предпочтительном варианте осуществляется регулируемым путем посредством широтно-импульсного модулятора 22 (ШИМ).

Температуру кислородного датчика 10 определяют путем измерения его внутреннего сопротивления R_i. Для этого согласно изобретению на ячейку 12 Нернста формирователем 23 разнополярных импульсов, соответственно импульсным генератором подаются дискретные биполярные измерительные импульсы I_Ri, состоящие из импульса одной полярности и импульса противоположной полярности, и в качестве реакции на это регистрируется изменение напряжения в системе, соответственно измененное напряжение Нернста U_N. Поскольку внутреннее сопротивление R_i кислородного датчика обладает ярко выраженной зависимостью от температуры, на основании измеренного изменения напряжения можно определить температуру кислородного датчика 10. В предпочтительном варианте изменения напряжения, индуцированные подачей измерительных импульсов, регистрируются путем определения изменения напряжения Нернста на схеме 24 дискретизации с запоминанием частоты (S/H). Полученное на основании измерения внутреннего сопротивления значение температуры кислородного датчика в предпочтительном варианте подается в качестве входного сигнала в систему управления нагревательным элементом 18 через широтно-импульсный модулятор 22.

Ниже изобретение в первом варианте его осуществления рассмотрено на примере нагревательного элемента 18 кислородного датчика 10 и соответствующего ему нагревательного оконечного каскада 19. Однако изобретение по своей сути применимо также к исполнительным, соответственно приводным элементам и оконечным каскадам, для которых нежелательна слишком длительная непрерывная работа в определенном режиме. В данном варианте осуществления изобретения функция контроля за включенным состоянием и функция ограничения длительности включенного состояния интегрированы в аппаратные средства нагревательного оконечного каскада 19 кислородного датчика 10. Длительность включенного состояния нагревательного элемента 18 контролируется аппаратными средствами нагревательного каскада 19 в конце цепи управления. Благодаря этому возможно обнаружение ошибок, которые появляются в предшествующей части цепи управления, таких как ошибки в программном обеспечении, и тем самым возможно принятие контрмер во избежание повреждения кислородного датчика 10.

Согласно изобретению предусмотрено непосредственно в нагревательном оконечном каскаде 19 контролировать длительность нахождения в определенном критическом рабочем состоянии. Для этого функция такого контроля реализуется не внешним схемным обрамлением оконечного каскада 19, а вместо этого интегрируется в модуль нагревательного оконечного каскада 19. Функция контроля проверяет, сохраняется ли непрерывно критическое рабочее состояние дольше заданной предельной продолжительности. При непрерывном сохранении критического рабочего состояния дольше заданной предельной продолжительности выдается соответствующая информация, которая используется для создания записи в памяти ошибок, предусмотренной в блоке управления.

Дополнительно предусмотрено принудительно прекращать аппаратными средствами нагревательного оконечного каскада 19 работу находящегося в критическом рабочем состоянии нагревательного элемента в том случае, когда превышается заданная предельная продолжительность нахождения в этом критическом рабочем состоянии. Обычно предельная продолжительность непрерывного нахождения нагревательного элемента 18 во включенном состоянии в исправно работающем кислородном датчике 10 существенно короче того времени, по истечении которого кислородный датчик повреждается.

Длительность контроля за включенным состоянием на заданный временной отрезок превышает максимальную длительность исправной работы кислородного датчика 10. Благодаря своевременной принудительной деактивации критического рабочего состояния надежно предотвращается повреждение подсоединенного к оконечному каскаду кислородного датчика 10. Помимо этого аппаратными средствами нагревательного оконечного каскада 19 предотвращается возврат в критическое рабочее состояние, когда уже произошла его предлагаемая в изобретении деактивация.

В других вариантах осуществления изобретения критическое рабочее состояние может также соответствовать слишком длительному отключенному состоянию или слишком длительной работе в определенном рабочем диапазоне с определенным напряжением или с определенным током. В еще одном варианте критическое рабочее состояние является конфигурируемым.

Изобретение относится к управлению оконечным каскадом потребителя электроэнергии на автомобиле. Технический результат заключается в обеспечении автоматической защиты и предотвращения повреждения кислородного датчика. Благодаря этому возможно обнаружение ошибок, которые появляются в предшествующей части цепи управления, таких как ошибки в программном обеспечении, и тем самым возможно принятие контрмер во избежание повреждения потребителя электроэнергии. Предложен способ управления оконечным каскадом потребителя (18) электроэнергии на автомобиле, где в аппаратных средствах оконечного каскада (19) потребителя (18) электроэнергии осуществляют контроль за включенным состоянием, при каковом контроле непосредственно в оконечном каскаде (19) отслеживается достижение потребителем (18) электроэнергии его критического рабочего состояния, причем длительность контроля за включенным состоянием на заданный временной отрезок превышает максимальную длительность работы потребителя электроэнергии в исправном режиме. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ управления оконечным каскадом потребителя (18) электроэнергии на автомобиле, заключающийся в том, что в аппаратных средствах оконечного каскада (19) потребителя (18) электроэнергии осуществляют контроль за включенным состоянием, при таком контроле непосредственно в оконечном каскаде (19) отслеживается достижение потребителем (18) электроэнергии его критического рабочего состояния, отличающийся тем, что длительность контроля за включенным состоянием на заданный временной отрезок превышает максимальную длительность работы потребителя электроэнергии в исправном режиме.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при контроле за включенным состоянием проверяют, сохраняется ли непрерывно критическое рабочее состояние дольше заданной предельной продолжительности.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что при превышении заданной предельной продолжительности нахождения в критическом рабочем состоянии выдают информацию об этом.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что указанную информацию используют для создания записи в памяти ошибок, предусмотренной в блоке управления.

5. Способ по одному из пп. 2-4, отличающийся тем, что при превышении заданной предельной продолжительности работа находящегося в критическом рабочем состоянии потребителя электроэнергии прекращается аппаратными средствами оконечного каскада (19) путем принудительной деактивации.

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что аппаратными средствами оконечного каскада (19) предотвращается возврат в критическое рабочее состояние, когда уже произошла его деактивация.

7. Способ по одному из пп. 1-4, 6, отличающийся тем, что оконечным каскадом (19) потребителя (18) электроэнергии является нагревательный оконечный каскад кислородного датчика (10).

8. Способ по п. 5, отличающийся тем, что оконечным каскадом (19) потребителя (18) электроэнергии является нагревательный оконечный каскад кислородного датчика (10).

9. Электронный носитель информации, на котором хранится компьютерная программа, предназначенная для реализации каждой стадии способа по одному из пп. 1-8.

10. Потребитель (18) электроэнергии, имеющий оконечный каскад (19), аппаратные средства которого выполнены с возможностью проведения в оконечном каскаде (19) контроля за включенным состоянием с отслеживанием момента достижения критического состояния в соответствии со стадиями способа по одному из пп. 1-8.

11. Потребитель (18) электроэнергии по п. 10, отличающийся тем, что он представляет собой нагревательный элемент кислородного датчика (10).