CN101265851B - 曲柄信号干扰补偿方法 - Google Patents

Abstract

提供一种发动机系统，其补偿曲轴信号内的干扰。该系统包括：误差模块，其计算曲轴信号的理想阶段与实际阶段之间的误差；校正因子模块，其基于该误差而确定校正因子；以及补偿模块，其将该校正因子应用到该曲轴信号的实际阶段中。

Description

曲柄信号干扰补偿方法

技术领域

本公开涉及发动机系统，更具体地涉及用于补偿曲轴信号中的干扰的方法及系统。

背景技术

在这个部分中的陈述仅提供与本公开相关的背景信息，而不能构成现有技术。

车辆包括内燃发动机，内燃发动机产生驱动扭矩。更具体地，发动机吸收空气并将空气与燃料混合，以便形成燃烧混合物。燃烧混合物被压缩并点燃，以便驱动设置于气缸内的活塞。活塞可转动地驱动曲轴，曲轴将驱动扭矩传递到变速箱以及轮子上。

曲轴信号基于曲轴的转动生成。控制模块通过曲轴信号确定发动机的位置及发动机的速度。发动机位置及发动机速度用于控制车辆内的一个或多个子系统。曲轴信号内的干扰能够导致不精确的发动机速度以及发动机位置计算，并且因此可以导致一个或多个车辆子系统无效率地运行。

发明内容

因此，提供一种发动机系统，其补偿曲轴信号内的干扰。该系统包括：误差模块，该误差模块计算曲轴信号的理想阶段(ideal period)与实际阶段之间的误差；校正因子模块，该校正因子模块基于该误差确定校正因子；以及补偿模块，该补偿模块将该校正因子应用到该曲轴信号的实际阶段中。

在其它特征中，提供一种用于补偿曲轴信号中干扰的方法。该方法包括：根据曲轴位置信号为K个参考阶段确定实际阶段、角速度以及角加速度；基于用于K个参考阶段的该实际阶段、该角速度以及该角加速度来计算转动的理想阶段；基于该理想阶段以及相应的实际阶段，为该k个参考阶段中的每一个生成误差项；以及将该误差项应用到相应的实际阶段，以便补偿该曲轴信号内的干扰。

根据文中提供的描述，适用性的其它领域将变得明显。应当理解：描述及具体实施例仅用于解释的目的，并不用于限制本发明的范围。

附图说明

文中的附图仅仅用于解释的目的，并不用于以任何方式限制本发明的范围。

图1为发动机系统的功能方框图。

图2为展示了曲轴轮子的视图。

图3为数据流的视图，展示了曲轴信号干扰补偿系统。

图4为流程图，展示了对曲轴信号内的干扰进行补偿的方法，曲轴信号接收自发动机系统。

图5为流程图，展示了采集实际数据的方法。

具体实施方式

下列描述本质上仅仅为范例性的，而不是用于限制本公开、应用以及用途。应当理解：在所有附图中，相应的标号表示类似或相应的部件及特征。如在文中所使用的那样，术语模块指的是专用集成电路(application specific integrated circuit，ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件程序或固件程序的处理器(公用、专用或成组)及存储器、组合逻辑电路及/或其它可提供所需要功能的适当的组件。

现在参考图1，发动机系统10包括发动机12，发动机12燃烧空气与燃料的混和物，以便产生驱动扭矩。空气通过气门16而被吸入到进气歧管14内。气门16调节进入进气歧管14内的空气流量。位于进气歧管14内的空气被分布到气缸18内。虽然仅仅展示了四个的气缸18，但是可以理解：发动机可以具有多个气缸，包括但不限于2、3、5、6、8、10、12以及16个气缸。同时应当理解：气缸可以配置成直列式结构(如图所示)或v形结构。

喷油器(图未示)喷射燃料，当空气通过进气口而吸入到气缸18内时，燃料与空气结合。进气阀22选择性地打开和关闭，以使空气/燃料能够进入气缸18内。进气阀的位置由进气凸轮轴24调节。活塞(图未示)在气缸18内压缩空气/燃料混合物。火花塞26启动空气/燃料混合物的燃烧，从而在气缸18内驱动活塞。活塞驱动曲轴(图未示)，以便产生驱动扭矩。气缸18内的燃烧废气在排气阀30位于打开位置时，通过排气歧管28而被驱出。排气阀的位置通过排气曲轴32而被调节。废气在废气系统中被处理。虽然仅仅展示了单个进气阀以及排气阀22、30，可以理解：发动机动12的每个气缸18可以包括多个进气阀以及排气阀22、30。

排气曲轴32及进气凸轮轴24通过链轮以及正时链条(图未示)而配接于曲轴上。发动机系统10输出曲轴信号34给控制模块40。基于曲轴信号，控制模块确定以每分钟转数(RPM)表示的发动机转速。曲轴信号34是通过感应轮子36的转动而生成的，轮子36配接于曲轴上。轮子36包括多个等距分布的轮齿。轮子传感器38感应轮子的轮齿并生成周期性的曲轴信号34。控制模块40将曲轴信号解码为轮子36的特定齿数。曲轴位置根据轮子36的已解码齿数确定。发动机速度根据时间量确定，时间量为一个轮齿转动一圈所需时间。

更具体地，图2展示了应用于八气缸v形发动机的范例性轮子。轮子36的外圆周上等距地分布着58个轮齿。位于58个轮齿中的两个之间的间隙50作为传感器38的转动参考点。更具体地，间隙50能够与相对于气缸内活塞位置的曲轴转动位置相关联。比如，间隙50内从低到高的过渡可以指示特定的活塞位置位于各自气缸内的顶部死点(TDC)处。

每个轮齿对应于曲轴转动6度。创设用于预定的参考角度θ的参考阶段54-60，预定的参考角度θ为相对于轮子36的360度的角度。在单个转动内的参考阶段54-60的数量可以通过将发动机内的气缸数量除以2而确定。如图2所示，为八气缸发动机创设90度内的四个参考阶段。参考阶段用参考轮齿62-68标示。与特定参考阶段对应的实际阶段(t_ACTUAL)可以通过监视曲轴以及因而轮子经过参考角度θ而转动的时间来确定。

在理想情形下，曲轴信号将不会遭受干扰。在理想条件(t_IDEAL)下，每个阶段将相同。因此，在整个转动中的发动机速度将保持恒定。然而，曲轴信号内的干扰能够导致故障时间。多种条件能够导致曲轴信号内的干扰。比如，展示于70处的有缺陷轮齿典型地导致相应的故障阶段，故障阶段偏离理想阶段。靠近有缺陷轮齿的参考角度基于缺陷而得以调整，如72、74所示。相应地，基于有缺陷时间的发动机速度的计算是不准确的。通过识别并校正有缺陷时间，可以获得更准确的发动机速度。可以理解：本发明的曲轴信号干扰补偿方法可应用于补偿曲轴信号中各种类型的干扰。

通过获知理想阶段(t_IDEAL)与实际阶段(t_ACTUAL)之间的误差(t_ERROR)，控制模块校正故障阶段。如前所述，理想阶段(t_IDEAL)为曲轴将在其内转动给定角度(θ)而不会遭受任何干扰的阶段。理想阶段(t_IDEAL)是基于平均实际阶段(T_AvG-ACTUAL)、平均角速度(v_AVERAGE)以及平均角加速度(a_AVERAGE)的。然后用误差(t_ERROR)来确定校正因子(t_CORRECTION)，校正因子然后应用于故障阶段。

现在参考图3，数据流框图展示了曲轴信号干扰补偿系统的各种实施例，曲轴信号干扰补偿系统可以嵌入到控制模块40内。根据本发明的曲轴信号干扰补偿系统的各种实施例可以包括嵌入到控制模块40内的任何数量的子模块。所示的子模块可以结合及/或进一步分割，以便类似地补偿曲轴信号内的干扰。

在各种实施例中，图3中的控制模块40包括误差模块80、校正因子模块82以及补偿模块84。误差模块80接收曲轴信号34作为输入。根据曲轴信号34，误差模块80计算一个或多个实际阶段88。根据实际阶段88，确定了理想阶段。误差模块80基于实际阶段88与理想阶段之间的差异而为每个实际阶段88输出误差90。校正因子模块82接收误差90以及实际阶段88作为输入。基于每个误差90，为每个实际阶段88确定校正因子。校正因子92能够存储于控制模块40的数据存储器(datastore，图未示)内。补偿模块84接收校正因子92以及实际阶段88作为输入。针对每个实际阶段88，校正因子92应用于实际阶段88，以便补偿信号内的干扰。补偿后的曲轴信号94被补偿模块84输出，以便被控制模块40内的其它子模块使用。

现在参考图4，该图展示了用于补偿曲轴信号内干扰的方法。该方法可以在发动机运行过程中的任何时间使用。在各种实施例中，该方法可以在发动机转速为特定转速以及在发生燃料断开之后而特别地使用。从而除去了燃料干扰。在这种情况下，该方法可以在发动机减速的时候使用。在各种实施例中，该方法可以在发动机的稳定状态运行过程中特别地使用。

在图4中的100处，控制模块采集(collect)用于每个参考角度的实际数据。在各种实施例中，如图4所示，控制模块采集用于预定数量(k)的参考阶段的实际数据。所选参考阶段围绕压缩事件(compression event)而位于中心。压缩事件包括曲轴的两个全转动。因此，比如设置于图2中的预定数量(k)将为8。在图5中，控制模块在200处确定气缸是否开始压缩事件。如果压缩事件尚未开始，控制模块返回并在200处继续监视气缸事件。如果气缸在200处开始压缩事件，则控制模块在210处初始化变量指数(x)。在220处，如果变量指数(x)与预定的参考角度数量(k)不相等，则控制模块在230处采集用于参考角度(x)的实际阶段(t_ACTUAL)。

控制模块基于以下方程式而计算出用于参考阶段(x)的实际角速度(v_ACTUAL)：

v_ACTUAL(x)＝t_ACTUAL(x)-t_ACTUAL(x-1)    (1)

在250处，控制模块基于以下方程式而计算出用于参考阶段(x)的实际角加速度(a_ACTUAL)：

a_ACTUAL(x)＝v_ACTUAL(x)-v_ACTUAL(x-1)    (2)

控制模块在260处累加(increment)变量指数(x)。控制模块返回并继续采集用于压缩事件内的每个参考阶段(x)的实际数据。

现在参考图4，控制模块在110处计算出实际数据的平均值。数量为(k)的实际阶段(t_ACTUAL)的平均阶段(t_AVG-ACTUAL)基于以下方程式计算出：

$t_{\mathrm{AVG}\_\mathrm{ACTUAL}}=\underset{x=0}{\overset{k-1}{\mathrm{\Σ}}}\frac{t_{\mathrm{ACTUAL}}\left(x\right)}{k}---\left(3\right)$

实际速度(V_ACTUAL)的预定数量(k)的参考阶段的平均角速度(V_AVERAGE)可以根据以下方程式计算出：

$V_{\mathrm{AVERAGE}}=\underset{x=0}{\overset{k-1}{\mathrm{\Σ}}}\frac{V_{\mathrm{ACTUAL}}\left(x\right)}{k}---\left(4\right)$

实际角加速度(a_ACTUAL)的预定数量(k)的参考阶段的平均角加速度(a_AVERAGE)可以根据以下方程式计算出：

$a_{\mathrm{AVERAGE}}=\underset{x=0}{\overset{k-1}{\mathrm{\Σ}}}\frac{a_{\mathrm{ACTUAL}}\left(x\right)}{k}---\left(5\right)$

可以理解，在各种实施例中，为了将由信号中的噪音引起的误差降低，可以基于角加速度(a_ACTUAL)将平均角加速度(a_AVERAGE)计算出。在那里，角加速度(a_ACTUAL)是基于平均速度(V_AVERAGE)计算出的。

在120处，控制模块基于角速度(v)以及角加速度(a)并在提供以下位置方程式的情况下确定理想阶段(t_IDEAL)：

$x\left(t\right)=x\left(0\right)+\mathrm{vt}+\frac{1}{2}{\mathrm{at}}^2---\left(6\right)$

将上述计算出的数值替换到位置方程结果内：

$t\left(x\right)=t_{\mathrm{INITIAL}}+v_{\mathrm{INITIAL}}*x+\frac{1}{2}{a}_{\mathrm{AVERAGE}}*x^2---\left(7\right)$

其中，t_INITIAL以及V_INITIAL分别等于初始测量的阶段t_ACTUAL(0)以及初始计算的角速度V_ACTUAL(0)。注意：可以假定全部参考角度(k)的每个参考角度(x)的角速度以及角加速度恒定，以便获得理想的发动机行为表现。因此，平均角速度(V_AVERAGE)以及/或者平均角加速度(a_AVERAGE)可用于方程式(7)中。如下所示，平均阶段(t_average)通过计算阶段t的连续取样平均值而确定：

$t_{\mathrm{average}}=\underset{x=0}{\overset{k-1}{\mathrm{\Σ}}}\frac{t\left(x\right)}{k}---\left(8\right)$

为了减少计算量(throughput)，上述引用的数学计算方程式(7)以及(8)合并起来以便形成(t_IDEAL)。并且可以简化为：

t_IDEAL＝t_AVERAGE-A*v_INITIAL-B*a_AVERAGE

                                                (9)

其中，系数(A)以及系数(B)基于预定数量的参考阶段(k)的预定值。比如，系数(A)的数值可以基于以下方程式而确定：

$A=\underset{x=0}{\overset{k-1}{\mathrm{\Σ}}}\frac{x}{k}---\left(10\right)$

系数(B)的数值可以基于以下方程式而确定：

$B=\underset{x=0}{\overset{k-1}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1/2x^2}{k}---\left(11\right)$

这种预先计算可以作为方程式(7)以及(8)的备选方式而执行。

在130处，基于每个参考阶段(x)内的误差而确定校正因子(t_CORRECTION)。误差(t_ERROR)定义为理想阶段(t_IDEAL)与实际阶段(t_ACTUAL)之间的差异：

t_ERROR(x)＝t_IDEAL-t_ACTUAL(x)                 (12)

通过以下方程式确定每个参考阶段的校正因子：

$t_{\mathrm{CORRECTION}}\left(x\right)=1+\frac{t_{\mathrm{ERROR}}\left(x\right)}{t_{\mathrm{ACTUAL}}\left(x\right)}---\left(13\right)$

在140处，控制模块将每个校正因子(t_CORRECTION)存储于存储器内。在各种实施例中，校正因子(t_CORRECTION)存储于二维查询表中，并以发动机速度以及气缸识别号(ID)作为索引。已存储的校正因子能在以后被检索出，以便通过将故障阶段与校正因子相乘而校正故障阶段。

那些熟悉本领域的人员现在可以从前述描述中理解：本发明的宽泛教导可以以许多形式实行。因此，虽然本发明已经结合其具体实施例进行了描述，但是本发明的真正范围不应当如此受到如此限制，因为根据对附图、说明书以及下列权利要求的研究，其它变形实施例将对技术从业人员变得明显。

Claims (15)

1.一种发动机系统，其补偿曲轴信号内的干扰，所述发动机系统包括：

误差模块，其计算曲轴信号的理想阶段与实际阶段之间的误差；

校正因子模块，其基于所述误差确定校正因子；以及

补偿模块，其将所述校正因子应用到所述曲轴信号的所述实际阶段中；

其中，所述误差模块根据位置方程式计算所述理想阶段，

其中，所述误差模块确定初始角速度和确定用于K个参考阶段的平均阶段和平均角加速度，并且所述理想阶段是根据初始角速度、所述平均阶段以及所述平均角加速度计算出的。

2.如权利要求1所述的发动机系统，其特征在于，所述校正因子模块基于所述误差t_ERROR、所述实际阶段t_ACTUAL以及以下方程式确定所述校正因子t_CORRECTION：

3.如权利要求1所述的发动机系统，其特征在于，所述校正因子模块将所述校正因子存储在通过发动机速度以及气缸识别号访问的查询表中。

4.如权利要求1所述的发动机系统，其特征在于，所述误差模块基于两个系数A和B、平均阶段t_AVERAGE、初始角速度V_INITIAL、平均角加速度a_AVERAGE以及以下方程式计算所述理想阶段：

t_IDEAL＝t_AVERAGE-A*V_INITIAL-B*a_AVERAGE。

5.如权利要求4所述的发动机系统，其特征在于，所述系数A是基于多个参考阶段K以及以下方程式确定的：

6.如权利要求4所述的发动机系统，其特征在于，所述系数B是基于多个参考阶段K以及以下方程式确定的：

7.一种补偿曲轴信号内的干扰的方法，所述方法包括：

根据曲轴位置信号为K个参考阶段确定实际阶段、角速度以及角加速度；

基于用于所述K个参考阶段的所述实际阶段、所述角速度以及所述角加速度来计算转动的理想阶段；

基于所述理想阶段以及所述相应的实际阶段，为所述K个参考阶段中的每一个生成误差项；基于所述误差项计算用于所述K个参考阶段中的每一个的校正因子；以及

基于所述相应的实际阶段的误差项应用所述校正因子，以便补偿所述曲轴信号内的干扰。

8.如权利要求7所述的补偿曲轴信号内的干扰的方法，其特征在于，所述方法还包括：

计算用于所述K个参考阶段的平均阶段以及平均角加速度；和

其中，所述转动的理想阶段的计算是基于平均阶段、所述K个参考阶段的初始参考阶段的角速度、平均角加速度以及两个预定的系数A和B进行的。

9.如权利要求8所述的补偿曲轴信号内的干扰的方法，其特征在于，所述系数A是基于预定参考阶段的数量K以及以下方程式预先确定的：

10.如权利要求8所述的补偿曲轴信号内的干扰的方法，其特征在于，所述系数B是基于预定参考阶段的数量K以及以下方程式确定的： 

11.如权利要求7所述的补偿曲轴信号内的干扰的方法，其特征在于，所述生成所述误差的步骤包括基于所述理想阶段t_IDEAL、所述实际阶段t_ACTUAL以及以下方程式，而为所述K个参考阶段中的每一个x生成所述误差项t_ERROR：

t_ERROR(x)＝t_IDEAL-t_ACTUAL(x)。

12.如权利要求7所述的补偿曲轴信号内的干扰的方法，其特征在于，所述校正因子的计算是基于所述误差项t_ERROR、所述实际阶段t_ACTUAL以及以下方程式进行的：

13.如权利要求7所述的补偿曲轴信号内的干扰的方法，其特征在于，所述方法还包括将所述校正因子存储在通过发动机速度以及气缸识别号访问的查询表中。

14.如权利要求7所述的补偿曲轴信号内的干扰的方法，其特征在于，所述转动的所述理想阶段的所述计算是基于计算出的阶段的平均值进行的，其中，用于所述K个参考阶段的每一个的阶段是基于所述K个参考阶段的初始参考阶段的实际阶段、所述K个参考阶段的初始参考阶段的角速度以平均角加速度计算出的。

15.如权利要求7所述的补偿曲轴信号内的干扰的方法，其特征在于，所述方法还包括根据传感器对配接于曲轴的轮子的转动位置进行感应生成曲轴信号。 

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