CN101258314A

CN101258314A - 用于确定发动机旋向的反转的方法

Info

Publication number: CN101258314A
Application number: CNA2006800327229A
Authority: CN
Inventors: V·迪安; V·古泽恩; P·佐博夫
Original assignee: Siemens VDO Automotive SAS
Current assignee: Continental Automotive France SAS
Priority date: 2005-09-09
Filing date: 2006-09-06
Publication date: 2008-09-03
Anticipated expiration: 2026-09-06
Also published as: CN101258314B; US20080236265A1; JP2009508035A; WO2007028584A1; FR2890690A1; KR20080055901A; FR2890690B1; US7735360B2

Abstract

一种用于确定装备了曲轴的内燃机的旋向反转的方法，该曲轴配备了：包括其中之一为长齿的若干齿的靶子、用于传递用来计数齿的信号的单向的曲轴位置传感器、齿计数器、以及包括了计算器和失速状态的发动机工况模型的发动机管理装置，所述方法包括以下步骤：记录来自曲轴位置传感器的信号，并测量该信号的两个连续前沿之间的每次的时间差。在模型的基础上，由来自曲轴位置传感器的信号的各前沿间的时间差而计算发动机位置的随时间的变化。估测发动机的停止位置。其特征在于，发动机工况的模型是时间t的二阶多项式函数，且在于发动机的旋向的反转位置是由对此二阶多项式函数的峰值S的位置的计算而估算到的。

Description

用于确定发动机旋向的反转的方法

技术领域

一般而言，本发明被定位于用于机动车辆的内燃机领域中。

更精确地，本发明涉及发动机停止领域，尤其是，本发明涉及用于确定装备了曲轴的内燃机的旋向反转的方法，该曲轴配备了包括了其中之一为长齿的一些齿的靶子、传递用来计数齿的信号的单向的曲轴位置传感器、齿计数器、以及包括了计算器和失速状态的发动机工况模型的发动机管理装置，

所述方法包括以下步骤：

·记录来自曲轴位置传感器的信号，并测量该信号的两个连续前沿之间的每次的时间差，

·在模型的基础上，由来自曲轴位置传感器的信号的各前沿间的时间差而计算发动机位置的随时间的变化，和

·估测发动机的停止位置。

背景技术

若干年来，机动车辆已被考虑过若干创新的解决方案，用于减少来自私家车的二氧化碳排放。最近研发的被称为“停止并开始”的系统直接地符合了这种愿景。

该“停止并开始”系统的特征是，在车辆流动性降低(交通信号灯、交通拥堵，等等)即将发生之前或在发生期间使发动机停机。例如当驾驶员希望启动时，该系统的重启动是自动的、且是在“释放”刹车踏板时即刻发生的。

该系统在于：当发动机非必需时使发动机停转、且一旦驾驶员需要则重启动发动机。

此系统的应用需要对内燃机过长的启动时间加以改进。

此启动时间可以被分解为两段时间：在起动器的首次旋转与首次燃烧之间延续的、用于“发动机正时(engine phasing)”的第一时间；和从首次点火起、以稳定较低速度结束的用于“速度爬升”的第二时间。

在现有系统上，发动机正时(phasing time)不可能是非常短的、并且在目前的系统上受到发动机管理装置的计算器的用于计算发动机的位置所需的时间限制。

为了实现此功能，通常使用配备有传感器/靶子组件的装置。典型情况下，安装到曲轴上的靶子包括以相等角度间隔开的每个齿对应于6个曲轴角度的60个齿并包括被称为“长齿”的角度参考基准，该参考基准由两个被除去的齿所限定。

现在，管理为发动机安装的若干系统使用此长齿来对彼此同步。换句话说，当启动时，系统在控制首次点火之前必须等待见到此长齿。根据发动机的停止位置，达到所述长齿所需的时间是可变的，这对于发动机起动时间是不利的，使得起动时间更长。

为了减少起动时间，一种解决方案要点在于：了解发动机的停止位置。借助于常规的单向曲轴位置传感器难以完成此任务，因为常规的单向曲轴位置传感器不能够确定发动机的旋向。问题在于，当发动机停转时，发动机可以多次改变旋向，且随后被单向传感器计数的总数是十分有瑕疵的。

目前存在两种主要的方法用于确定此发动机停止位置：

-使用双向传感器，或

-使用与齿计数方法(算法)相结合的单向传感器。

然而，使用双向传感器导致额外的制造成本。

本发明因此被定位为在使用与齿计数方法相结合的单向传感器的装置的情况下使用。

这一解决方案的优点在于，相对于传统装置而言，它不需要额外的构件，只因为一种算法被装入发动机管理装置的应用层。

由现有技术已知这样的算法，例如，从名为“停机时发动机位置跟踪”的SAE 2005-01-0048的文件得知。

在此文件中，该方法是基于对安装到曲轴上的传感器所传递的信号的观测。该方法计算了根据二阶外推法估算出的发动机速度，将这个估算出的速度与实际速度对比，如果观测到很大差异(换句话说，超过了阈值)，该方法认为已发生了发动机旋向的反转。

与这一方法相关联的问题，是与对探测到的发动机旋向反转所超过的限定值的标定明显相关的。

另外，需要许多数学运算，就发动机管理系统的计算器中使用的资源而言，这些运算花费很大。

发明内容

本发明旨在通过提出一种简单易行的解决方案来克服这些问题。

为此，根据本发明的、且进一步根据说明书开头处提出的通用定义的方法，其特征在于发动机工况的模型是时间的二阶多项式函数，且在于发动机的旋向的反转位置是由对此二阶多项式函数的峰值位置的计算而估算到的。

使用由二阶多项式函数组成的解决方案，数学运算的数量及所需资源是有限的。

有利地，二阶多项式函数的峰值根据来自曲轴位置传感器的信号的至少三个连续前沿被估算。

在优选实施例中，根据该二阶多项式函数的峰值的发动机旋向反转的理论时间是此函数的一阶导数为零处的时间。

根据本发明的此方法因而包括对发动机旋向反转的测试，其中在二阶多项式函数的峰值估算中所用的最后前沿之后的新前沿处的时间的函数与发动机的旋向反转的理论时间的函数相比。

因而，当确定反转测试的变量为负时，发动机管理装置认为已发生旋向反转，并从而处理来自曲轴位置传感器的信号，来确定发动机的位置。

在一个优选实施例中，当确定发动机旋向反转的测试的变量为负时，齿计数器被分成两个计数器，当认为反转真实发生时，仅其中之一计数，且发动机管理装置的计算器对其进行锁定跟踪(lock onto)，来计算发动机位置，根据本发明的该方法还包括一个确证步骤(validationstep)，如果探测到长齿远离了由计算器进行锁定跟踪的计数器的预期所在位置，则计算器对另一个计数器进行锁定跟踪。

优选地，无论使用那一个实施例，对峰值位置的计算在来自曲轴位置传感器的信号的每个前沿处被更新。

另外且优选地，当发动机转速降到阈值(特别是低于或等于500转/分钟的值)以下时，实施根据本发明的方法。

附图说明

通过非限制性实施例、参考附图，本发明的其他特征和优点将在下面呈示的其说明书中变得更加显而易见，其中：

-图1示意性地示出了当使用根据本发明的方法时，停转期间发动机曲轴位置随时间的变化；以及

-图2示出了本发明所基于的数学模型。

具体实施方式

配备有发动机管理装置的传统内燃机包括齿计数器。此齿计数器被用于表示发动机的位置，换句话说，即曲轴关于固定参考物所处于的角度位置。该齿计数器通常为脉冲计数器，这些脉冲代表在曲轴位置传感器前方与曲轴成为一体的靶子的齿的通过。

在调节时，发动机以一种差不多随机的方式而一次或多次改变旋向：例如，发动机在调节时可以改变旋向两次，且再次调节时可以改变旋向三次。

而且，对于同样的发动机，两次不同的调节最终不会同时导致发动机旋向的反转。

因此不可能构造出基于发动机旋向反转的可能次序的算法。

根据本发明的方法允许通过提供用于预测以及甚至于确认旋向反转时刻而不论反转何时发生的解决方案，来去除此约束。

如果确实考虑到了所述发动机的旋向反转，图1示出了被齿计数器所取的、作为发动机停止阶段期间的时间函数的值。通过图示给出的横坐标上的值是以秒表示的。在纵轴上，绘制出了与曲轴成一体的靶子上的齿数，所述齿任意地从参考长齿开始而被计数。

直到t＝2.05s时，发动机在正向内旋转，且齿计数器随着来自曲轴传感器的信号的前沿通过而增加量值。

在t＝2.05s和t＝2.1s之间，发动机通过零速度点并在齿号32附近处改变旋向。随后齿计数器递减。

新的旋向改变发生在介于齿号20的t＝2.15s和t＝2.2s之间；另一个新的旋向改变发生在介于齿号28的t＝2.25s和t＝2.3s之间。

因此，在图1中所示的整个发动机停转阶段期间，发动机三次改变旋向并在齿号26上停止。

在没有确定旋向改变的方法的情况下，齿计数器只能以单向方式增量，且由齿计数器所考虑的发动机的停止位置不会是齿号26，但更有可能是齿号54(介于每次反转之间所计出的齿号的绝对值相加而得到的值)，相对于实际几乎是发动机的半转。

因此，问题是及时确定发动机改变转向的时刻，换句话说即图1中所示曲线的拐点处。

为此，本发明使用了对发动机旋向反转附近的发动机工况的数学模型。

此数学模型被装入发动机管理装置的应用层，也被称为ECU(Electronic Control Unit)。

装入的数学模型必须加以优化，以便十分正确地表示发动机的真实工况，而不会使ECU超负荷运行而对处理的资源造成不利影响。

在这方面，装入的模型包括通过二阶多项式函数(换句话说，抛物线)来代表发动机旋向反转附近的发动机工况。

为此，发动机位置y被如下定义为时间t的函数：

y＝a.t²+b.t+c

其中，a，b和c是三个实数。

此数学近似法在图2中示出。

图2是横坐标轴对应于时间t且纵坐标轴对应于发动机位置的曲线。靶子与包括60个齿的曲轴成一体，每个齿代表6°的曲轴旋转。因此认为所探测到的每个前沿(一个用于齿的开始处，另一个用于末端)代表了3°的曲轴旋转。因而，在时间t1，在曲轴传感器前方的齿d开始处的通过产生了前沿(在此情况下为上升的)y。在时间t2，齿d的末端的通过产生了前沿(在此情况下为下降的)y+3°。随后，在时间t3，下一个齿d+1的开始处的通过产生了前沿(在此情况下为下降的)y+6°。

显然，如果前沿y代表齿d的末端的通过，此推理是同样可适用的。在此情况下，前沿y+3°代表齿d+1的起始处，等等。

点(t1，y)，(t2，y+3°)，(t3，y+6°)被用来计算通过这三个点的抛物线的峰值的横坐标。

此三个实数(a，b，c)因而可以被如此定义：

\{\begin{matrix} y = {a . t}_{1}^{2} + {b . t}_{1} + c \\ y + 3 = {a . t}_{2}^{2} + {b . t}_{2} + c \\ y + 6 = {a . t}_{3}^{2} + {b . t}_{3} + c \end{matrix}

此方程系统等于：

\{\begin{matrix} y = {a . t}_{1}^{2} + {b . t}_{1} + c \\ 3 = a . (t_{2}^{2} - t_{1}^{2}) + b . (t_{2} - t_{1}) \\ 3 = a . (t_{3}^{2} - t_{2}^{2}) + b . (t_{3} - t_{2}) \end{matrix}

从该两个公式，提取出将a和b联系起来的公式：

a . (t_{3}^{2} - {2 t}_{2}^{2} + t_{1}^{2}) = - b . (t_{3} - {2 t}_{2} + t_{1})

通过计算一阶导数，二阶多项式曲线的拐点可以被算出，其导数为零。

这样，发动机管理系统计算出对应于曲线的拐点S的理论时间t_th，并因此算出相应的发动机位置(即，在图2中，介于y+6°和y+9°之间)。

下一个前沿到达时间t4处。对应于此时间t4的是：

-若没有发动机旋向反转，则是产生前沿y+9°的齿d+1的末端，

-若有反转，则是产生前沿y+6°的齿d+1的再次开始。

因而，当前沿到达时间t4时，此时间t4与理论反转时间t_th之间的正或负的差值确定了发动机是否已经改变了旋向。

因而可以定义出用于确定反转的待执行的测试的变量A。由于计算在时间t4处完成，t4的值将与对应于二阶多项式函数的一阶导数为零的时间值相比较，换句话说即：

A = \frac{- b}{2 a} - t_{4} = \frac{t_{3}^{2} - {2 t}_{2}^{2} + t_{1}^{2}}{2 (t_{3} - {2 t}_{2} + t_{1})} - t_{4}

如果A为正，在当前前沿t4之后估算抛物线峰值：没有发动机的旋向反转。

如果A为负，抛物线峰值被估算为在当前前沿t4之前：有反转。

然而，前述计算必须以绝对时间来完成，这给实施造成了困难。结果，优选地，本发明定义了包含测定各事件(齿通过产生曲轴信号的上升沿和下降沿的传感器的前方)之间的偏差的相对时间。

通常，为此，使用了在每个前沿处优选更新的计时器。

在此模型中，因而对若干变量进行如下改变，来自曲轴位置传感器的信号的四个连续前沿分别到达的四个连续时间t₁、t₂、t₃和t₄：

\{\begin{matrix} T_{2} = t_{2} - t_{1} \\ T_{3} = t_{3} - t_{2} \\ T_{4} = t_{4} - t_{3} \end{matrix}

此外，为了简化计算，可以认为t₄等于0。测试变量A则变为：

A = \frac{{(T_{3} + T_{2})}^{2} - 2 {(T_{2})}^{2}}{2 (T_{3} + T_{2} - 2 (T_{2}))} - (T_{4} + T_{3} + T_{2})

A = \frac{T_{3}^{2} - T_{2}^{2} + {2 T}_{3} T_{2}}{2 (T_{3} - T_{2})} - (T_{4} + T_{3} + T_{2})

最后得到：

A = \frac{T_{3} T_{2}}{T_{3} - T_{2}} - \frac{T_{3} + T_{2}}{2} - T_{4}

因此在根据本发明的用于发动机的旋向反转的测试中，t_i是来自曲轴位置传感器的信号的前沿到达的时间，且t_i+1是来自曲轴位置传感器的信号的下一前沿到达的时间；T_i是信号的两个连续前沿之间的时间差，且T_i+1是其第一前沿为具有时间差T_i的前沿的信号的两个连续前沿之间的时间差。

此测试优选在来自曲轴位置传感器的信号的每个前沿处实施。在此情况下，为前沿f测出的时间差T2变成了用于下一前沿f+1的时间差T1，时间差T3变为了时间差T2，等等。

对时间差T1、T2、T3等的测量结果被存储在发动机管理装置的存储器中。

相应的前沿用来产生信号的时间t4，或更精确地说，介于此前沿和前面的前沿之间的时间差T4，被用于通过解出前述测试的变量A来估算是否发生反转。

如以前的计算可见，根据本发明的用于估算发动机反转的方法是基于其中二阶多项式函数的峰值S被估算为始于三个连续前沿的计算的。该函数(在此情况中为抛物线)的峰值S同样地由使用较多前沿的计算确定，但这可能加长处理时间。因而，优选地，使用三个连续前沿来执行该估算，且在随后的第四前沿上执行计算。

因而，当在用于反转位置估算的若干前沿的最后前沿之后的前沿到达时，执行对发动机旋向反转的估算。

在用于二阶数学函数的峰值估算的若干前沿的最后前沿之后的新前沿到达时间的函数，与理论的发动机反转时间的函数相比较。因而，优选地，对应于在用于多项式函数峰值S的估算的若干前沿的最后前沿之后的新前沿、和用于多项式函数峰值S的估算的若干前沿的最后前沿之间的时间差的真实时间差，与对应于在根据二阶多项式函数峰值S的估算时间、和用于估算发动机旋向反转位置的若干前沿的最后前沿之间的理论差值相比较。

优选地，以“运动”方式执行反转估算的计算，即，在来自曲轴位置传感器的信号的每个前沿处对峰值位置的计算进行更新。

有利地，根据本发明的方法额外地包括确证步骤，其中当反转测试为正时，齿计数器被分为两个计数器，当认为发动机旋向反转为真时，仅其中之一计数，且发动机管理装置的计算器在其上锁定，来计算发动机位置；当认为发动机旋向反转为假时，另一个计数器计数。如果长齿在由计算器期望的一个位置之外被标记，则计算器在另一个计数器上被锁定。

根据本发明的方法仅在发动机速度的阈值以下(即特别是小于或等于500转/分钟的值)是有利地实施的。

Claims

1.一种用于确定装备了曲轴的内燃机的旋向反转的方法，该曲轴配备了：包括其中之一为长齿的若干齿的靶子、传递用来计数齿的信号的单向的曲轴位置传感器、齿计数器、以及包括了计算器和失速状态的发动机工况模型的发动机管理装置，

所述方法包括以下步骤：

·记录来自曲轴位置传感器的信号，并测量该信号的两个连续前沿之间的每个时间差，

·在模型的基础上，由来自曲轴位置传感器的信号的前沿间的时间差而计算发动机位置的变化，

·估测发动机的停止位置，

其特征在于，发动机工况的模型是时间t的二阶多项式函数，且发动机的旋向的反转位置是根据对此类型的二阶多项式函数的峰值S的位置的计算而估算的，

y＝a.t²+b.t+c

其中，a，b和c是三个实数。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，二阶多项式函数的峰值S根据来自曲轴位置传感器的信号的至少三个连续前沿被估算。

3.如前述权利要求的任意一条所述的方法，其特征在于，对应于二阶多项式函数的峰值S的发动机旋向反转的理论时间，是令此函数的一阶导数为零时的时间。

4.如权利要求3所述的方法，包括对发动机旋向反转的测试，其中在二阶多项式函数的峰值S估算中所用的最后前沿之后的新前沿到达的时间的函数与发动机的旋向反转的理论时间的函数相比较。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，对发动机旋向反转的测试被下列变量A定义：

A = \frac{T_{3} T_{2}}{T_{3} - T_{2}} - \frac{T_{3} + T_{2}}{2} - T_{4}

其中

\{\begin{matrix} T_{2} = t_{2} - t_{1} \\ T_{3} = t_{3} - t_{2} \\ T_{4} = t_{4} - t_{3} \end{matrix}

t₁、t₂、t₃和t₄是来自曲轴位置传感器的信号的四个连续前沿分别到达的四个连续时间。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，当反转测试的变量A为负时，发动机管理装置认为旋向反转已发生，并相应地处理来自曲轴位置传感器的信号，以便确定发动机的位置。

7.如权利要求5和6中的任一条所述的方法，其特征在于，当对发动机旋向反转的测试的变量A为负时，齿计数器被分为两个计数器，当认为反转真实发生时，仅其中之一计数，且发动机管理装置的计算器在该其中之一的计数器上锁定，来计算发动机位置，

该方法还包括一个确证步骤，如果长齿在由计算器期望的位置之外被标记，则计算器在另一个计数器上被锁定。

8.如前述权利要求的任意一条所述的方法，其特征在于，对峰值S位置的计算在来自曲轴位置传感器的信号的每个前沿处被更新。

9.如前述权利要求的任意一条所述的方法，其特征在于，根据发动机转速跃过阈值，特别是低于或等于500转/分钟的值，实施根据本发明的方法。