基于相位判断的跛行回家功能实现方法

摘要

本发明公开了一种基于相位判断的跛行回家功能实现方法，首先进行曲轴位置传感器的故障诊断，在曲轴位置传感器出现故障的前提下，利用相位信号寻找同步位置，计算相位信号某一段电平对应的角度值，然后计算出这段电平对应的时间，算出曲轴齿周期和角度增加速率值，来模拟后续角度值，实现喷油点火功能。本发明方法通过曲轴故障诊断、相位角度自学习、产生相位中断、利用相位寻找同步、计算模拟齿周期、产生软件齿中断等步骤实现跛行回家功能，控制算法通过软件的方式集成在单片机中，实现方便，且不增加额外成本。

权利要求

1.一种基于相位判断的跛行回家功能实现方法，其特征在于，首先进行曲轴位置传感器的故障诊断，在曲轴位置传感器出现故障的前提下，利用相位信号寻找同步位置，计算相位信号某一段电平对应的角度值，然后计算出这段电平对应的时间，算出曲轴齿周期和角度增加速率值，来模拟后续角度值，实现喷油点火功能，所述曲轴齿周期的计算步骤具体为：

步骤一：首先得到发动机配气相位的下降沿信号，利用相位中断的产生策略，来计算出相位的第2个和第3个下降沿是否来到；

步骤二：利用下降沿得到segment time值，再利用连续3个segment time值计算出一个平均值，用于后续转速变化的计算；

步骤三：利用上述计算出的segment time平均值，采取微分的方法来评估实时转速的变化；

步骤四：用一个segment time平均值除以180度，得到一个曲轴齿周期，所述曲轴位置传感器的故障诊断包括无信号故障诊断，无信号故障诊断存在有故障码存在于故障路径中和无故障存在与故障路径中，有故障码存在于故障路径中的判断方法包括如下步骤：a)检测到相位信号沿数已达到标定值2，b)未找到曲轴缺齿信号，c)齿中断数小于标定值5，当同时满足以上三点则确认曲轴此时是无信号故障，系统就请求跛行控制；

无故障存在与故障路径中的判断方法包括如下步骤：a)检测到多次相位沿信号，b)未检测到曲轴齿信号，当满足以上两点，则系统报故障并请求跛行控制，所述曲轴位置传感器的故障诊断包括信号干扰的故障诊断，信号干扰的故障诊断包括曲轴齿信号存在但无缺齿的故障、曲轴齿信号受干扰或部分损坏的故障及频繁丢失同步故障。

2.根据权利要求1所述的基于相位判断的跛行回家功能实现方法，其特征在于，所述角度值的计算方法具体为：转速传感器正常运行情况下，发动机电控单元检测相位的上升沿和下降沿，并产生中断，电控单元获取此时对应的角度值。

3.根据权利要求1所述的基于相位判断的跛行回家功能实现方法，其特征在于，所述角度值的计算方法具体为：转速传感器正常运行情况下，利用相位信号进行边沿检测，计算每一段信号电平的时间周期，选取四段连续的电平值T1、T2、T3、T4，若满足T1*T4*KNLSYNT2*T3*KNLSYN，则此时位于第二同步位置，其中KNLSYN为修正系数。

4.根据权利要求3所述的基于相位判断的跛行回家功能实现方法，其特征在于，所述信号电平的时间周期的计算方法具体为：电控单元的eTPU模块的时间轴记录上升沿和下降沿的时间值，时间差即为该信号电平的时间周期。

5.根据权利要求1所述的基于相位判断的跛行回家功能实现方法，其特征在于，所述角度增加速率值为模拟曲轴齿周期/tick，tick指的是每个曲轴齿对应的等分数。

说明书

基于相位判断的跛行回家功能实现方法

技术领域

[0001] 本发明属于电控发动机的控制技术领域，具体涉及一种基于相位判断的跛行回家功能实现方法。

背景技术

[0002] 车辆行驶过程中，有可能会发生转速传感器故障，例如连接传感器的线路短路、断路、没有信号产生，在总是找不到信号下降沿的情况下，可判断出曲轴传感器有故障。为了避免车辆在行驶过程中趴窝，能以较低转速下行驶至维修服务点，在不需要其它硬件设备的情况下，利用可用的相位传感器寻找同步，实现喷油点火，这就是跛行回家(limp-home)的通俗概述。当诊断出转速传感器有故障时，为了能实现跛行回家的功能，有两个必要条件：1)相位传感器必须是快速启动相位传感器，即4个等距下降沿法兰，在一般的发动机中，每一段等距是180度。2)法兰即凸轮轴已经完成自学习了，并且转速传感器与相位传感器的相对位置是固定已知的。此时，发动机位置信息只能通过4个相位齿信号获得。

发明内容

[0003] 根据以上现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提出一种基于相位判断的跛行回家功能实现方法，通过曲轴故障诊断、相位角度自学习、产生相位中断、利用相位寻找同步、计算模拟齿周期、产生软件齿中断等步骤实现跛行回家功能，控制算法通过软件的方式集成在单片机中，实现方便，且不增加额外成本。

[0004] 为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于相位判断的跛行回家功能实现方法首先进行曲轴位置传感器的故障诊断，在曲轴位置传感器出现故障的前提下，利用相位信号寻找同步位置，计算相位信号某一段电平对应的角度值，然后计算出这段电平对应的时间，算出曲轴齿周期和角度增加速率值，来模拟后续角度值，实现喷油点火功能。

[0005] 具体的,所述曲轴齿周期的计算步骤具体为：步骤一：首先得到发动机配气相位的下降沿信号，利用相位中断的产生策略，来计算出相位的第2个和第3个下降沿是否来到；步骤二：利用下降沿得到segment time值，再利用连续3个segment time值计算出一个平均值，用于后续转速变化的计算；步骤三：利用上述计算出的segment time平均值，采取微分的方法来评估实时转速的变化；步骤四：用一个segment time平均值除以180度，得到一个曲轴齿周期。

[0006] 其中,所述曲轴位置传感器的故障诊断包括无信号故障诊断，无信号故障诊断存在有故障码存在于故障路径中和无故障存在与故障路径中，有故障码存在于故障路径中的判断方法包括如下步骤：a)检测到相位信号沿数已达到标定值2，b)未找到曲轴缺齿信号，c)齿中断数小于标定值5，当同时满足以上三点则确认曲轴此时是无信号故障，系统就请求跛行控制；无故障存在与故障路径中的判断方法包括如下步骤：a)检测到多次相位沿信号，b)未检测到曲轴齿信号，当满足以上两点，则系统报故障并请求跛行控制。所述曲轴位置传感器的故障诊断包括信号干扰的故障诊断，信号干扰的故障诊断包括曲轴齿信号存在但无缺齿的故障、曲轴齿信号受干扰或部分损坏的故障及频繁丢失同步故障。

[0007] 其中，所述角度值的计算方法具体为：转速传感器正常运行情况下，发动机电控单元检测相位的上升沿和下降沿，并产生中断，电控单元获取此时对应的角度值。所述角度值的计算方法具体为：转速传感器正常运行情况下，利用相位信号进行边沿检测，计算每一段信号电平的时间周期，选取四段连续的电平值T1、T2、T3、T4，若满足T1*T4*KNLSYNT2*T3*KNLSYN，则此时位于第二同步位置，其中KNLSYN为修正系数。所述信号电平的时间周期的计算方法具体为：电控单元的eTPU模块的时间轴记录上升沿和下降沿的时间值，时间差即为该信号电平的时间周期。

[0008] 其中，所述角度增加速率值为模拟曲轴齿周期/tick，tick指的是每个曲轴齿对应的等分数。

[0009] 本发明有益效果是:通过曲轴故障诊断、相位角度自学习、产生相位中断、利用相位寻找同步、计算模拟齿周期、产生软件齿中断等步骤实现跛行回家功能，控制算法通过软件的方式集成在单片机中，实现方便，且不增加额外成本。

附图说明

[0010] 下面对本说明书附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：

[0011] 图1是本发明的具体实施方式的相位和曲轴位置对应示意图。

[0012] 图2是本发明的具体实施方式的相位信号图。

[0013] 图3是本发明的具体实施方式的相位同步位置示意图。

[0014] 图4是本发明的具体实施方式的相位跛行模式角度推算示意图。

具体实施方式

[0015] 下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

[0016] 一、曲轴信号故障诊断

[0017] 1、曲轴位置传感器无信号故障诊断

[0018] 1)已经有故障码存在于故障路径中，此时系统进行短暂信号检测，进行一些必要的判断：a)检测到相位信号沿数已达到标定值2；b)未找到曲轴缺齿信号；c)齿中断数小于标定值5。当同时满足以上三点则确认曲轴此时是无信号故障，系统就请求跛行控制。

[0019] 2)当故障路径中无故障存在时，也要进行一些判断：a)检测到多次相位沿信号(标准信号轮8次，即系统运行一个循环)；b)未检测到曲轴齿信号。当满足以上两点，则系统报故障并请求跛行控制。

[0020] 2、曲轴位置传感器信号干扰的故障诊断

[0021] 具体又可细分为以下三类：

[0022] 1)针对曲轴齿信号存在，但无缺齿的故障判断方法：在齿信号存在的情况下，用一个计数器存储未发现缺齿的次数，且设置初始值为1，继而判断720度的一个循环内是否发现缺齿信号，无则计数器里的值加2，有则将其减1，当计数器的存储值达到6时，则认为此时发生了缺齿丢失故障，系统请求跛行控制。

[0023] 2)针对齿信号受干扰或部分损坏的故障判断方法：通过数齿，每次发现多一齿或丢一齿都要分别进行计数，并将其分别用计数器存储起来，当其中任何一个计数器的值达到最大值250，则系统报故障并请求跛行控制。

[0024] 3)频繁丢失同步故障判断方法：用一个计数器存储对同步丢失的次数进行计数，当计数值达到预先设定好的某一标定值(例如1400)时，则系统报故障并请求跛行控制。

[0025] 以上即为转速传感器故障诊断的一般方法概述，无论出现哪类情况的故障，一经被诊断出，就给出一个请求跛行控制的标志位，系统就会自动切换到跛行回家的控制模式下，这也是利用跛行控制系统的开启条件，也即只有诊断出曲轴出现故障了，才会进行跛行控制。

[0026] 二、相位角度自学习

[0027] 相位角度自学习必须是在转速传感器正常运行的状况下，且已找到同步，通过单片机检测相位的上升沿和下降沿产生中断，软件在这一时刻将对应角度值保存到相应的变量中，依次完成一个工作循环，即检测到相位的8个上升沿或下降沿，自学习完成。

[0028] 如图1所示，在一个工作循环内，将相位信号的边沿依次记作1、2、3、4、5…，设置一个数组Cam_angle_data[8]存储这8个边沿的自学自角度值。具体是当曲轴正常工作时，通过单片机可获知每一时刻的角度值，当检测到相位的边沿时，通过中断将此时对应的角度值记录到数组Cam_angle_data[8]里，并连续检测8个边沿依次存储于该数组中，至此自学习完成。

[0029] 三、利用相位寻找同步

[0030] 当转速传感器出现故障时，可以利用相位信号来判断同步位置，进而能进行喷油点火。首先系统要进行相位信号的边沿检测，包括上升沿和下降沿的检测。之所以要检测相位信号的边沿，是为了通过相位动时，计算每一段信号电平的时间周期所用，只有检测到每一信号的边沿，才能计算出时间周期，而这个子模块的功能可以利用MPC563XM系列单片机中的eTPU模块自带的信号检测封装函数实现。

[0031] 如图2所示，当计算出最新的连续四段电平值T1、T2、T3、T4后，依次将其存入临时变量中。然后做判断，若满足T1*T4*KNLSYN(系数)T2*T3*KNLSYN，且此时位于同步位置1(如图3所示)，其中KNLSYN为修正系数。

[0032] 判断同步还需有前提条件，即系统应该至少能检测到相位信号连续三个边沿，且必须找到了相位信号的下降沿。当同步找到后，单片机产生的相位同步中断开始同步任务。

[0033] 四、计算齿周期

[0034] 计算齿周期需4个步骤：①首先要得到相位下降沿信号，利用相位中断的产生策略，来计算出相位的第2个和第3个下降沿是否来到，并且这是在初始的时候就应该完成的步骤(前10个相位边沿之内)；②利用下降沿得到segment time值，再利用连续3个segment time计算出一个平均值，用于后续转速变化的计算；③利用上述计算出的平均值，来评估实时转速的变化情况，这主要采取微分的方法获得相位周期的变化情况；④用一种算法，综合segment time、齿数、转速变化情况等因素，计算齿周期，总体来说就是用一个segment时间除以180度，再综合考虑其它的影响因素，得到一个齿周期。

[0035] 通常的ECU里，crank转动一周，会产生58齿中断及一个gap中断。要产生齿中断，主要以系统时间为基础，当系统时间大于所计算出的齿周期时，齿中断的标志位置位。值得注意的是，如果在当前segment时间里，产生的齿中断数不是30，则在紧接着的segment里会进行相应的修正。例如在当前segment里，由于加速而造成齿中断数减少，则在下个周期里补回来。

[0036] 五、跛行回家

[0037] 通过前文所述，当诊断出转速传感器有错误时，且相位信号也已自学习。首先利用CAM基于上述的策略找到同步，计算出相位信号某一段电平对应的角度值，然后计算出这段电平对应的时间，算出齿周期和角度增加速率值，来模拟后续角度值。如图4所示，A段为高电平，B段为低电平，假设在A段的下降沿时刻找到同步，也即找到相位信号的同步位置1，利用单片机eTPU模块的时间轴记录A段的上升沿和下降沿的时间值t1、t2，两者之差即为A段的时间周期，在已知A段的ticks值的情况下，A段的角度增加速率值也就得知了。根据之前的相位自学习的角度值，可知道A段下降沿时刻的角度值。综合上述的角度增加速率值和角度值，我们就可推算出B段的TCR2值，据此，可依次推算每一段的角度值，最终实现喷油点火等系统的功能运行。

[0038] 角度增加速率＝模拟曲轴齿周期/tick，tick指的是每个曲轴齿对应的多少等分，本设计用的tick值是128。

[0039] 上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。