CN103016185B - 快速识别曲轴位置的方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种快速识别曲轴位置的方法，巧妙地利用了具有三个凸齿的凸轮轴信号轮的信号特点，在每检测到一个曲轴信号下降沿时，除判断是否为缺齿之外，还同时检测凸轮轴信号是否发生电平跳变。如果当前曲轴信号不是缺齿、且凸轮轴信号发生了电平跳变，则继续检测接下来的一定角度内凸轮轴信号的电平状态有无变化，最终确定各种情况下的曲轴角度，即完成曲轴位置的识别。与传统的曲轴位置识别方法相比，本申请能够在发现缺齿之前就完成曲轴位置的识别，因而速度更快、效率更高。

Description

快速识别曲轴位置的方法

技术领域

本申请涉及一种多缸四冲程发动机的发动机控制器识别曲轴位置的方法。

背景技术

汽车发动机通常采用往复活塞式内燃机，包括汽油机、柴油机等。这些发动机的每个工作循环都由进气行程、压缩行程、做功行程、排气行程所组成，也称四冲程发动机。在每个工作循环中，曲轴转动720度，凸轮轴转动360度。

汽车上实际应用的是多缸四冲程发动机，它是由若干个相同的单缸排列在一个机体上共用一根曲轴输出动力，常见的有四缸、六缸、八缸等。在曲轴转动720度的过程中，各缸都完成一个工作循环。

为了执行喷油、点火、控制进气门和排气门的开度等操作，汽车发动机控制器需要获取曲轴和凸轮轴的转角。曲轴位置传感器用来获取曲轴位置，即曲轴的转角。发动机控制器根据曲轴的转角就可以得知各缸的活塞上止点位置、以及曲轴的转速（这也是通常意义上的发动机转速）。凸轮轴位置传感器用来获取凸轮轴位置，即凸轮轴的转角。发动机控制器根据凸轮轴的转角就可以得知各缸处于工作循环中的哪个行程。

一种现有的曲轴位置传感器采用霍尔传感器（即磁感应式传感器），在曲轴信号轮10上均匀分布有多个正常齿11，但具有至少一个缺齿位置12，如图1所示。曲轴霍尔传感器检测到正常齿11例如输出长度为t1的高电平，检测到两个正常齿11之间的间隙相应地例如输出长度为t2的低电平，那么t1+t2就构成了一个正常齿的方波周期。当检测到缺齿位置12时，曲轴霍尔传感器输出长度为t3的低电平。假设缺齿位置12相当于缺少两个正常齿11，那么t3=2*(t1+t2)。

一种现有的凸轮轴位置传感器也采用霍尔传感器，在凸轮轴信号轮20上或者仅具有一个凸齿（未图示）、或者具有多个凸齿21、22、23，如图2所示。凸轮轴霍尔传感器检测到凸齿时例如输出高电平，未检测到凸齿时相应地输出低电平。

美国授权专利US4998522A（授权日：1991年3月12日）公开了一种在发动机起动过程中识别曲轴位置的方法。该方法是先找到曲轴信号轮上的缺齿位置，然后再根据此刻凸轮轴信号的电平状态来识别出曲轴位置。该方法对于凸轮轴信号轮具有多个凸齿的情况下并不是最优的。这是由于具有多个凸齿的凸轮轴信号轮在安装完成后，每个凸齿的边沿必定与曲轴信号轮有具有固定的位置对应关系。只要充分利用这些位置对应关系，就可能做到在找到曲轴信号轮的缺齿前即确定曲轴位置。

发明内容

本申请所要解决的技术问题是提供一种在发动机起动过程中快速识别曲轴位置的方法，可以提高起动速度，改善车辆起动性能。

为解决上述技术问题，本申请快速识别曲轴位置的方法，要求曲轴信号轮上均匀分布有多个正常齿、且具有至少一处缺齿，要求凸轮轴信号轮上具有三个凸齿；

第1步，发动机控制器采集曲轴信号和凸轮轴信号；

第2步，当发动机控制器检测到曲轴信号的一个下降沿，判断上一个方波周期内的曲轴信号是否为低电平；

如果是，再根据此时凸轮轴信号为低电平或高电平，分别识别当前曲轴位置为0度或360度；

如果否，且当前的凸轮轴信号相对于上一个方波周期内的凸轮轴信号未发生电平变化，则重复第2步；

如果否，且当前的凸轮轴信号相对于上一个方波周期内的凸轮轴信号发生了电平变化，则进行第3步；

第3步，当发动机控制器检测到曲轴信号的下一个下降沿时，判断上一个方波周期内的曲轴信号是否为低电平；

如果是，再根据此时凸轮轴信号为低电平或高电平，分别识别当前曲轴位置为0度或360度；

如果否，且当前的凸轮轴信号相对于上一个方波周期内的凸轮轴信号发生了电平变化；或者未发生电平变化、且当前距离凸轮轴信号上次发生电平变化的位置＜T2角度，则重复第3步；

如果否，且当前的凸轮轴信号相对于上一个方波周期内的凸轮轴信号未发生电平变化、且当前距离凸轮轴信号上次发生电平变化的位置≥T2角度，则进行第4步；

180度-T2角度，表征凸轮轴信号中第一凸齿所产生的上升沿距离曲轴信号的0度的偏移；

第4步，如果此时凸轮轴信号为高电平，则当前曲轴位置为180度；否则为540度。

本申请快速识别曲轴位置的方法，巧妙地利用了具有三个凸齿的凸轮轴信号轮的信号特点，在每检测到一个曲轴信号下降沿时，除判断是否为缺齿之外，还同时检测凸轮轴信号是否发生电平跳变。如果当前曲轴信号不是缺齿、且凸轮轴信号发生了电平跳变，则继续检测接下来的一定角度内凸轮轴信号的电平状态有无变化，最终确定各种情况下的曲轴角度，即完成曲轴位置的识别。与传统的曲轴位置识别方法相比，本申请能够在发现缺齿之前就完成曲轴位置的识别，因而速度更快、效率更高。本申请无需对现有的发动机硬件（包括曲轴信号轮、凸轮轴信号轮等）进行任何改动，只需要在发动机控制器中增加相应的软件识别方法即可，还具有成本低、改造快的特点。

附图说明

图1是一种现有的曲轴信号轮；

图2是一种现有的凸轮轴信号轮；

图3是曲轴信号在二个周期、和凸轮轴信号在一个周期的示意图；

图4是本申请快速识别曲轴位置的方法的流程图。

图中附图标记说明：

10为曲轴信号轮；11为正常齿；12为缺齿；20为凸轮轴信号轮；21为第一凸齿；22为第二凸齿；23为第三凸齿。

具体实施方式

本申请的适用环境是：四冲程发动机，曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器均为霍尔传感器。曲轴信号轮上均匀分布有多个正常齿，且具有至少一处缺齿。凸轮轴信号轮上具有三个凸齿。

通常，发动机制造商会严格按照某个参数安装曲轴信号轮，该参数指定了缺齿位置距离第一缸上止点的角度。即发动机转动时，如果检测到缺齿位置，即可认定再转过上述角度就是第一缸的上止点（但由于发动机每个工作循环中，曲轴转动两圈，因此，无法仅依靠该角度信息确定该上止点是压缩上止点还是排气上止点）

请参阅图1，曲轴信号轮10示例性地表示为60-2齿，即在均匀分布有60个齿位的齿轮外缘去掉连续的两个齿位，形成一处缺齿12。除缺齿12外的58个齿位均分布有一个正常齿11。所述曲轴信号轮10转动两周即720度，曲轴霍尔传感器的检测信号（简称为曲轴信号）如图3所示。在曲轴信号的360度周期内具有58个方波信号和一个长低电平。该长低电平对应于缺齿12的位置，其长度相当于两个方波信号的周期。每个方波信号的周期由检测到一个正常齿11时输出的高电平和检测到两个连续的正常齿11之间的间隙时输出的低电平所组成。

请参阅图2，凸轮轴信号轮20包括宽度分别为60度、90度、30度的第一凸齿21、第二凸齿22和第三凸齿23。其中第一凸齿21中心距离第二凸齿22中心为105度，第二凸齿22中心距离第三凸齿23中心为150度，第三凸齿23中心距离第一凸齿21中心为105度。所述凸轮轴信号轮20转动一周即360度，相当于曲轴信号轮10转动两周即720度，凸轮轴霍尔传感器的检测信号（简称为凸轮轴信号）如图3所示。在曲轴信号的720度周期内只具有三个高电平，分别对应于三个凸齿的位置。

图3将720度的曲轴信号和360度的凸轮轴信号放在一起，两个信号具有相同的0度起点，该0度起点可以任意设置。由于曲轴的转速是凸轮轴的两倍，以下所描述的角度均是指曲轴的转动角度。为方便说明，将凸轮轴信号的三个高电平的上升沿和下降沿依次称为A点～F点。设0度开始经过T1角度到达A点，A点开始经过T2角度到达180度的曲轴位置，C点开始经过T3角度到达360度的曲轴位置，360度曲轴位置开始经过T4角度到达D点，D点开始经过T5角度到达540度曲轴位置。显然，T3+T4=180度。由于A点到C点的距离为180度，C点到D点的距离也是180度。假设A点到C点的360度从0度起点开始向后平移T1角度，因此T1=T4。而T2=180度-T1，T3=180度-T4，T5=180度-T4，因而T2=T3=T5。通常将曲轴信号在缺齿后的第一或第二个下降沿设为曲轴信号的0度起点。凸轮轴信号的0度起点如果设为与曲轴信号的0度起点相同，那么T1角度就受凸轮轴信号轮的实际安装情况的制约。

请参阅图4，本申请快速识别曲轴位置的方法包括如下步骤：

第1步，发动机控制器分别捕捉曲轴信号和凸轮轴信号。

第2步，当发动机控制器检测到曲轴信号的一个下降沿，判断上一个方波周期内的曲轴信号是否为低电平。

如果上一个方波周期内的曲轴信号为低电平，表明上一个方波周期内是曲轴信号轮的缺齿位置，进一步检测此时凸轮轴信号的电平状态。如果凸轮轴信号此时为低电平，则当前曲轴位置为0度；否则为360度。至此，曲轴位置识别完成，无需执行后续步骤。

如果上一个方波周期内的曲轴信号不是低电平，那么必然还是方波信号，表明上一个方波周期内是曲轴信号轮的正常齿，进一步检测当前的凸轮轴信号相对于上一个方波周期是否发生电平变化。若电平无变化，则重复第2步。若电平有变化，即当前方波周期内发生了信号边沿跳变，则继续进行第3步。

第3步，当发动机控制器检测到曲轴信号的下一个下降沿时，判断上一个方波周期内的曲轴信号是否为低电平。

如果上一个方波周内的曲轴信号为低电平，表明上一个方波周期内是曲轴信号轮的缺齿位置，进一步检测此时凸轮轴信号的电平状态。如果凸轮轴信号此时为低电平，则当前曲轴位置为0度；否则为360度。至此，曲轴位置识别完成，无需执行后续步骤。

如果上一个方波周期内的曲轴信号不是低电平，那么必然还是方波信号，表明上一个方波周期内是曲轴信号轮的正常齿，进一步检测当前的凸轮轴信号相对于上一个方波周期是否发生电平变化。若电平无变化，且距上次电平发生变化的位置＜T2角度，则重复第3步。若电平有变化，即当前方波周期内发生了信号边沿跳变，也重复第3步。若电平无变化，且距上次电平发生变化的位置≥T2角度，表明曲轴位置或者为180度，或者为540度，则继续进行第4步。

T2=180度-T1，而T1角度是一个表征凸轮轴信号轮上的第一凸轮所产生的上升沿与曲轴信号的0度起点的偏移量。这个偏移量会随着实际凸轮轴信号轮的安装位置而变化。发动机制造时，凸轮轴信号轮的安装角度会严格固定，因而所述偏移量对于发动机控制器供应商和发动机制造商是已知的。

第4步，判断此时凸轮轴信号的电平状态，如果此时凸轮轴信号为高电平，则当前曲轴位置为180度；否则曲轴位置为540度。至此，曲轴位置识别完成。

以起动电机的拖动转速为180转/分钟，T1为78度所作的实验表明，采用本申请快速识别曲轴位置的方法后，起动时曲轴位置识别所需要的平均时间将比现有技术缩短约22%，约合46毫秒。

以上仅为本申请的优选实施例，并不用于限定本申请。对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种快速识别曲轴位置的方法，其特征是，要求曲轴信号轮上均匀分布有多个正常齿、且具有一处缺齿，要求凸轮轴信号轮上具有三个凸齿；

第1步，发动机控制器采集曲轴信号和凸轮轴信号；

第2步，当发动机控制器检测到曲轴信号的一个下降沿，判断上一个方波周期内的曲轴信号是否为低电平；

如果是，再根据此时凸轮轴信号为低电平或高电平，分别识别当前曲轴位置为0度或360度；

如果否，且当前的凸轮轴信号相对于上一个方波周期内的凸轮轴信号未发生电平变化，则重复第2步；

如果否，且当前的凸轮轴信号相对于上一个方波周期内的凸轮轴信号发生了电平变化，则进行第3步；

第3步，当发动机控制器检测到曲轴信号的下一个下降沿时，判断上一个方波周期内的曲轴信号是否为低电平；

如果是，再根据此时凸轮轴信号为低电平或高电平，分别识别当前曲轴位置为0度或360度；

如果否，且当前的凸轮轴信号相对于上一个方波周期内的凸轮轴信号发生了电平变化；或者未发生电平变化、且当前距离凸轮轴信号上次发生电平变化的位置＜T2角度，则重复第3步；

如果否，且当前的凸轮轴信号相对于上一个方波周期内的凸轮轴信号未发生电平变化、且当前距离凸轮轴信号上次发生电平变化的位置＝T2角度，则进行第4步；

180度-T2角度，表征凸轮轴信号中第一凸齿所产生的上升沿距离曲轴信号的0度的偏移；

第4步，如果此时凸轮轴信号为高电平，则当前曲轴位置为180度；否则为540度；

其中，所述凸轮轴信号轮上具有宽度分别为60度、90度、30度的第一凸齿、第二凸齿和第三凸齿；其中第一凸齿中心距离第二凸齿中心为105度，第二凸齿中心距离第三凸齿中心为150度，第三凸齿中心距离第一凸齿中心为105度。

2.根据权利要求1所述的快速识别曲轴位置的方法，其特征是，所述凸轮轴信号的360度，相当于曲轴信号的720度，将凸轮轴信号的0度设为与曲轴信号的0度相同。