CN104121095A - 转速传感器的故障诊断方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种转速传感器的故障诊断方法，在车辆上电后，车载诊断系统开始实时监测发动机转速信号、凸轮轴相位信号、进气歧管压力、发动机进气量和/或蓄电池电压。任意时刻，车载诊断系统如果检测到发动机转速信号不为0，就判定转速传感器正常。在辅助判断条件成立之后或同时，如果检测到发动机转速信号为0且凸轮轴相位信号不为0，才判定转速传感器出故障。本申请所述诊断方法可以在很大程度上避免现有诊断方法的误报，提升了对转速传感器的故障诊断的准确性。

Description

转速传感器的故障诊断方法

技术领域

本申请涉及一种机动车辆的发动机中的转速传感器的故障诊断方法。

背景技术

车辆的发动机转速信号就是指曲轴转速信号，由设置于曲轴上的转速传感器（也称位置传感器）获取。该信号是发动机运行所必须的基本参数。如果该信号丢失，会导致发动机运行异常，运转状态的发动机可能熄火，停机状态的发动机可能无法起动。鉴于发动机转速信号对整车系统有重要影响，需要对转速传感器进行监测。一旦发现转速传感器出现故障，就要发出报警信号。

请参阅图1，现有的转速传感器的故障诊断方法包括如下步骤：

第1.1步，在车辆上电后，车载诊断系统开始实时监测发动机转速信号和凸轮轴相位信号。

第1.2步，车载诊断系统如果检测到发动机转速信号不为0，表明转速传感器有输出，判定转速传感器正常；随后回到第1.1步。

车载诊断系统如果检测到发动机转速信号为0（或不输出）、同时检测到凸轮轴相位信号也为0（或不输出），表明车辆发动机当前未运转，无法确定转速传感器是否正常；随后回到第1.1步。

车载诊断系统如果检测到发动机转速信号为0（或不输出）、同时检测到凸轮轴相位信号不为0，那么车载诊断系统认为凸轮轴相位信号不为0表明了车辆发动机当前正在运转，此时发动机转速信号也应该不为0，判定转速传感器出故障；随后回到第1.1步。

机动车辆的起动过程一般包括如下几个阶段：

首先是车辆上电，例如为传统车辆的插入钥匙并拨至相应档位的操作、或者为一键起动车辆的按键操作、或者为远程遥控起动车辆的遥控器按键操作等。

然后是起动电机得到蓄电池的供电后开始工作，并带动发动机运转。例如为车辆的拧钥匙且持续一段时间的操作。此时发动机转速较低，典型值为200转/分钟。

最后是发动机开始正常运转，起动电机与发动机之间脱开，起动电机停止工作。例如为车辆的拧钥匙结束的操作。此时发动机转速较高，典型值为800转/分钟。

现有的转速传感器的故障诊断方法具有如下特点：

其一，从车辆上电到断电的整个时间区段内持续地进行转速传感器的故障诊断。

其二，由于凸轮轴与曲轴之间具有机械传动关系，例如齿轮传动、链条传动、齿形胶带传动等，因而基于凸轮轴相位信号来诊断转速传感器是否有故障。只要检测到发动机转速信号为0（或不输出）而凸轮轴相位信号不为0，就报告转速传感器有故障。

然而，凸轮轴相位信号由设置于凸轮轴上的相位传感器（也称位置传感器）获取，该信号并非100%可靠。例如，车辆线束接触不良可能产生错误的凸轮轴相位信号。又如，在车辆上电时凸轮轴相位信号可能产生毛刺。这些情况下，无故障的转速传感器只要输出为0（或不输出），车载诊断系统都会错误地报出转速传感器有故障。这使得正常的转速传感器被维修或更换，增加了维修成本和时间，并导致了配件浪费。

发明内容

本申请所要解决的技术问题是提供一种全新的转速传感器的故障诊断方法，可以较大程度地减少误报。

为解决上述技术问题，本申请转速传感器的故障诊断方法为：

在车辆上电后，车载诊断系统开始实时监测发动机转速信号和凸轮轴相位信号，还同时监测进气歧管压力、发动机进气量、蓄电池电压中的一个或多个；

任意时刻，车载诊断系统如果检测到发动机转速信号不为0，就判定转速传感器正常；

在第一辅助判断条件成立之后或同时，车载诊断系统如果检测到发动机转速信号为0且凸轮轴相位信号不为0，判定转速传感器出故障；所述第一辅助判断条件为：车载诊断系统同时检测到进气歧管压力下降且蓄电池电压下降、或车载诊断系统同时检测到发动机进气量上升且蓄电池电压下降；

或者，在第二辅助判断条件成立的同时，车载诊断系统如果检测到发动机转速信号为0且凸轮轴相位信号不为0，判定转速传感器出故障；所述第二辅助判断条件为：车载诊断系统检测到进气歧管压力下降、或发动机进气量上升、或蓄电池电压下降。

本申请所述诊断方法可以在很大程度上避免现有诊断方法的误报，提升了对转速传感器的故障诊断的准确性，从而避免了正常的转速传感器被维修或更换，降低了售后服务的成本和时间。并且，本申请所述诊断方法利用现有的两个物理量的组合协助故障诊断，实现简便。

附图说明

图1是一种现有的转速传感器的故障诊断方法的流程图；

图2是车辆的进气歧管压力和蓄电池电压在不同工况下的示意图；

图3是本申请的转速传感器的故障诊断方法的第一实施例；

图4是本申请的转速传感器的故障诊断方法的第二实施例；

图5是本申请的转速传感器的故障诊断方法的第三实施例。

具体实施方式

现有的转速传感器的故障诊断方法之所以会产生误报，是由于车载诊断系统只要检测到凸轮轴相位信号不为0，就认为此时发动机处于运转状态。但由于车辆线束或零部件设计等原因，在发动机停机的状态下，车载诊断系统仍可能检测到凸轮轴相位信号不为0。因此，解决误报的关键在于怎样确定发动机真正地处于运转状态。所述发动机的运转状态包括起动电机带动发动机运转的阶段、以及发动机正常运转的阶段。

请参阅图2，为了可靠地识别发动机是否处于运转状态，本申请通过以下几个物理量协助判断：

其一，根据进气歧管压力。在发动机停机状态下，进气歧管压力与环境压力保持一致。在车辆上电时，进气歧管压力基本没有变化。随后在起动电机带动发动机运转的过程中，由于发动机具有一定转速而使得进气歧管内产生了一定的真空度，进气歧管的压力下降。再后当发动机正常运转后，由于发动机转速更高而使进气歧管压力下降幅度更大，并且进气歧管压力与发动机转速成反比。但在发动机正常运转后，如果是在踏板处于全油门或者增压起作用等大负荷情形的短暂时间段内，进气歧管压力会上升到接近环境压力。

所述进气歧管压力也可由发动机进气量（未图示）取代，后者由设置在进气歧管入口处的空气流量计（HFM）获取。在发动机停机状态下，发动机进气量为0。在车辆上电时，发动机进气量基本没有变化。随后在起动电机带动发动机运转的过程中，由于发动机具有一定转速而需要吸入一定的空气，发动机进气量上升。再后当发动机正常运转后，由于发动机转速更高而需要吸入更多的空气，使发动机进气量的上升幅度更大，并且发动机进气量与发动机转速成正比。在发动机正常运转后，如果是在踏板处于全油门或者增压起作用等大负荷情形的短暂时间段内，发动机进气量将会变得更大。

其二，根据蓄电池电压。在发动机停机状态下，蓄电池电压为初始电压，例如为12V。在车辆上电时，蓄电池电压基本没有变化。随后在起动电机带动发动机运转的过程中，由于起动电机要消耗蓄电池的电能，蓄电池电压有一定下降。再后当发动机正常运转后，由于起动电机停止工作而蓄电池又处于被充电的状态，蓄电池电压将上升到初始电压甚至更高。除掉新能源汽车（混合动力汽车、纯电动汽车）以外的传统车辆在发动机正常运转后，蓄电池电压都会高于初始电压，例如为14V。

从车辆的起动和运行规律可知，只有在起动电机带动发动机运转的过程中，才会出现进气歧管压力和蓄电池电压同时下降的情形。一旦发动机正常运转后，则进气歧管压力总体下降（不考虑踏板处于全油门或者增压起作用的短暂时间段）但蓄电池电压上升至初始电压或更高。

综合考虑凸轮轴相位信号、进气歧管压力（或发动机进气量）和蓄电池电压后，本申请转速传感器的故障诊断方法分为如下三个实施例。

请参阅图3，这是本申请转速传感器的故障诊断方法的第一实施例，包括如下步骤：

第3.1步，车辆上电后，车载诊断系统开始实时监测四个信号，分别是发动机转速信号、凸轮轴相位信号、进气歧管压力（或发动机进气量）和蓄电池电压。此时，发动机转速信号、凸轮轴相位信号、发动机进气量均为0或不输出，进气歧管压力为环境压力值，蓄电池电压为额定电压值。

第3.2步，车载诊断系统只有同时检测到进气歧管压力下降（或发动机进气量上升）且蓄电池电压下降，才进入第3.3步。此时，车载诊断系统认为车辆已进入起动电机带动发动机运转的阶段。

第3.3步，自该时刻往后，车载诊断系统如果同时检测到发动机转速信号为0（或不输出）且轮轴相位信号不为0，判定转速传感器出故障；随后回到第3.3步。

在车辆上电后的任意时刻，车载诊断系统如果检测到发动机转速信号不为0，就判定转速传感器正常。

除了以上“判定转速传感器正常”和“判定转速传感器出故障”两种情形以外，车载诊断系统均无法判断转速传感器是正常还是出故障；随后回到第3.3步。

上述转速传感器的故障诊断方法的第一实施例具有如下特点：

其一，从起动电机带动发动机运转开始、到车辆断电的整个时间区段内，持续地进行转速传感器的故障诊断。这避开了车辆上电时凸轮轴相位信号的毛刺现象对转速传感器的故障诊断的不利影响。

其二，基于进气歧管压力（或发动机进气量）、蓄电池电压、凸轮轴相位信号三者的组合来判断车辆是否处于运转状态。

其三，在特殊工况下仍存在误报可能。所述特殊工况例如是：起动电机带动发动机运转的过程中，驾驶员放弃起动而导致发动机未能正常运转，此时进气歧管压力和蓄电池电压同时下降的条件已满足。随后凸轮轴相位信号可能出现的毛刺或错误仍会给转速传感器的故障诊断带来误报隐患。但实验表明，误报的概率与现有诊断方法相比可降低95%以上。

请参阅图4，这是本申请转速传感器的故障诊断方法的第二实施例，包括如下步骤：

第4.1步，车辆上电后，车载诊断系统开始实时监测四个信号，分别是发动机转速信号、凸轮轴相位信号、进气歧管压力（或发动机进气量）、和蓄电池电压。此时，发动机转速信号、凸轮轴相位信号、发动机进气量均为0或不输出，进气歧管压力为环境压力值，蓄电池电压为初始电压值。

第4.2步，车载诊断系统只有同时检测到进气歧管压力下降（或发动机进气量上升）且蓄电池电压下降，才进入第4.3步。此时，车载诊断系统认为车辆已进入起动电机带动发动机运转的阶段。

第4.3步，在同一时刻，车载诊断系统如果还同时检测到发动机转速信号为0（或不输出）且凸轮轴相位信号不为0，判定转速传感器出故障；随后回到第4.2步。

在车辆上电后的任意时刻，车载诊断系统如果检测到发动机转速信号不为0，就判定转速传感器正常。

除了以上“判定转速传感器正常”和“判定转速传感器出故障”两种情形以外，车载诊断系统均无法判断转速传感器是正常还是出故障；随后回到第4.2步。

上述转速传感器的故障诊断方法的第二实施例具有如下特点：

其一，仅在起动电机带动发动机运转的时间区段内进行转速传感器的故障诊断。这避开了车辆上电时凸轮轴相位信号的毛刺现象对转速传感器的故障诊断的不利影响，并能解决第一实施例中所述特殊工况的误报。

其二，基于进气歧管压力（或发动机进气量）、蓄电池电压、凸轮轴相位信号三者的组合来判断车辆是否处于运转状态。

其三，在发动机正常运转时无法对转速传感器进行故障诊断，只有在车辆下一次由起动电机带动发动机运转时才能诊断报错。然而，现有的转速传感器的故障诊断方法中，在发动机正常运转的状态下一旦车载诊断系统检测到发动机转速信号为0（或不输出，俗称信号丢失），通常车辆会立即熄火，因而车载诊断系统也来不及对转速传感器进行诊断并报错，仍然要在下一次车辆起动过程中才能诊断出转速传感器的故障。因此，该第二实施例与现有诊断方法相比对整车系统不会产生不良影响。

请参阅图5，这是本申请转速传感器的故障诊断方法的第三实施例，包括如下步骤：

第5.1步，在车辆上电后，车载诊断系统开始实时监测发动机转速信号、凸轮轴相位信号，同时监测进气歧管压力、发动机进气量、蓄电池电压中的至少一个。

第5.2步，车载诊断系统在检测到进气歧管压力下降、或发动机进气量上升、或蓄电池电压下降，就进入第5.3步。此时，车载诊断系统认为车辆已进入起动电机带动发动机运转或者发动机自行运转的阶段。

第5.3步，在同一时刻，车载诊断系统如果还同时检测到发动机转速信号为0（或不输出）且凸轮轴相位信号不为0，判定转速传感器出故障；随后回到第5.2步。

在车辆上电后的任意时刻，车载诊断系统如果检测到发动机转速信号不为0，就判定转速传感器正常。

除了以上“判定转速传感器正常”和“判定转速传感器出故障”两种情形以外，车载诊断系统均无法判断转速传感器是正常还是出故障；随后回到第5.2步。

上述转速传感器的故障诊断方法的第三实施例具有如下特点：

其一，从起动电机带动发动机运转开始、到车辆断电的整个时间区段内，间隔性地（不采用发动机进气量）或连续地（采用发动机进气量）进行转速传感器的故障诊断。这避开了车辆上电瞬间凸轮轴相位信号的毛刺现象对转速传感器的故障诊断的不利影响，并能解决第一实施例中所述特殊工况的误报，还能在发动机正常运转时也能对转速传感器进行故障诊断因而解决了第二实施例的缺点。

其二，基于进气歧管压力（或发动机进气量、或蓄电池电压）和凸轮轴相位信号两者的组合来判断车辆是否处于运转状态。

其三，经过试验发现，在起动电机带动发动机运转的过程中，由于此时发动机转速较低，因而进气歧管压力下降并不明显，大约下降15hPa左右，而且会受到车辆散差和蓄电池电压等因素的影响。相比较而言，起动过程中蓄电池电压的下降更加明显和可靠。然而，一旦车辆成功起动后，发动机正常运转的转速较高，进气歧管压力的下降就会非常明显，下降幅度超过100hPa。由此可见，在起动电机带动发动机运转的过程中通过蓄电池电压的下降可以更为可靠地判定发动机处于运转状态，在发动机正常运转后通过进气歧管压力的下降（或发动机进气量的上升）可以更为可靠地判定发动机处于运转状态。该第三实施例因此将进气歧管压力下降、发动机进气量上升、和蓄电池电压下降中的至少一个作为诊断条件之一。需要注意的是，当发动机正常运转状态下，蓄电池电压未下降；此时如果踏板处于全油门或者增压起作用等大负荷情形的短暂时间段内，进气歧管压力同环境压力就较为相近，但发动机进气量会变得更大，这意味着此时该第三实施例的诊断方法如果未采用发动机进气量则不起作用，如果采用发动机进气量则起作用。不过，这种工况不会太多，对转速传感器的故障诊断影响很小。因此，该第三实施例的诊断方法是间隔性地生效的（未采用发动机进气量）。

上述三个实施例对转速传感器进行有效诊断的时间区间如图2所示。其中第三实施例根据是否采用发动机进气量分为两种情形。

优选地，在上述三个实施例的最后一步，即第3.3步、第4.3步、第5.3步中，检测到凸轮轴相位信号不为0的条件变更为：车载诊断系统检测到凸轮轴相位信号不为0且保持第一阈值的时间。所述第一阈值的设置是为了避免凸轮轴相位信号的毛刺对转速传感器的故障诊断的误报。例如，如果凸轮轴相位信号是在凸轮轴转动360度的周期内呈现固定数量的上升沿或下降沿信号，那么可以将第一阈值设置为累计凸轮轴相位信号的上升沿或下降沿为一定数量。

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 (5)

1.一种转速传感器的故障诊断方法，其特征是，在车辆上电后，车载诊断系统开始实时监测发动机转速信号和凸轮轴相位信号，还同时监测进气歧管压力、发动机进气量、蓄电池电压中的一个或多个；

任意时刻，车载诊断系统如果检测到发动机转速信号不为0，就判定转速传感器正常；

在第一辅助判断条件成立之后或同时，车载诊断系统如果检测到发动机转速信号为0且凸轮轴相位信号不为0，判定转速传感器出故障；所述第一辅助判断条件为：车载诊断系统同时检测到进气歧管压力下降且蓄电池电压下降、或车载诊断系统同时检测到发动机进气量上升且蓄电池电压下降；

或者，在第二辅助判断条件成立的同时，车载诊断系统如果检测到发动机转速信号为0且凸轮轴相位信号不为0，判定转速传感器出故障；所述第二辅助判断条件为：车载诊断系统检测到进气歧管压力下降、或发动机进气量上升、或蓄电池电压下降。

2.根据权利要求1所述的转速传感器的故障诊断方法，其特征是，所述方法中，除了“判定转速传感器正常”和“判定转速传感器出故障”的两种情况以外的任何情况，车载诊断系统都无法判断转速传感器是否正常；此时继续等待直至进入“判定转速传感器正常”或“判定转速传感器出故障”的两种情况之一。

3.根据权利要求1所述的转速传感器的故障诊断方法，其特征是，包括如下步骤：

第3.1步，车辆上电后，车载诊断系统开始实时监测发动机转速信号、凸轮轴相位信号、进气歧管压力和蓄电池电压；或者，所述进气歧管压力改为发动机进气量；

第3.2步，车载诊断系统只有同时检测到进气歧管压力下降且蓄电池电压下降、或者同时检测到发动机进气量上升且蓄电池电压下降，才进入第3.3步；

第3.3步，自该时刻往后，车载诊断系统如果同时检测到发动机转速信号为0且轮轴相位信号不为0，就判定转速传感器出故障；

在任意时刻，车载诊断系统如果检测到发动机转速信号不为0，就判定转速传感器正常。

4.根据权利要求1所述的转速传感器的故障诊断方法，其特征是，包括如下步骤：

第4.1步，车辆上电后，车载诊断系统开始实时监测发动机转速信号、凸轮轴相位信号、进气歧管压力和蓄电池电压；或者，所述进气歧管压力改为发动机进气量；

第4.2步，车载诊断系统只有同时检测到进气歧管压力下降且蓄电池电压下降、或者同时检测到发动机进气量上升且蓄电池电压下降，才进入第4.3步；

第4.3步，在同一时刻，车载诊断系统如果同时检测到发动机转速信号为0且轮轴相位信号不为0，就判定转速传感器出故障；

在任意时刻，车载诊断系统如果检测到发动机转速信号不为0，就判定转速传感器正常。

5.根据权利要求1所述的转速传感器的故障诊断方法，其特征是，包括如下步骤：

第5.1步，在车辆上电后，车载诊断系统开始实时监测发动机转速信号和凸轮轴相位信号，同时监测进气歧管压力、发动机进气量、蓄电池电压中的至少一个；

第5.2步，车载诊断系统在检测到进气歧管压力下降、或发动机进气量上升、或蓄电池电压下降，就进入第5.3步；

第5.3步，在同一时刻，车载诊断系统如果还同时检测到发动机转速信号为0且凸轮轴相位信号不为0，就判定转速传感器出故障；

在任意时刻，车载诊断系统如果检测到发动机转速信号不为0，就判定转速传感器正常。