CN104196628A - 柴油机油门位置传感器的在线故障诊断处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柴油机油门位置传感器的在线故障诊断处理方法，包括如下步骤：步骤1，控制器通过四路冗余油门位置传感器在两个不同时刻对油门位置进行信号采集并进行硬件检测；步骤2，控制器对步骤1中至少两路油门位置传感器通过硬件检测的信号进行归一化处理，并对至少两路油门位置传感器在两个不同时刻输出的电压信号归一化后的差值的绝对值与标定值进行比较；步骤3，根据步骤2中的比较结果分两种情况对油门位置传感器进行故障诊断；步骤4，根据步骤3的故障诊断结果选择其中一路无故障的油门位置传感器采集的信号作为油门踏板的输出值。该方法保证油门信号可靠输入，保证车辆按照驾驶员的预期可靠行驶。

Description

柴油机油门位置传感器的在线故障诊断处理方法

技术领域

本发明涉及柴油机电控系统领域，特别涉及一种柴油机油门位置传感器的在线故障诊断处理方法。

背景技术

由于计算机技术和传感器检测技术迅猛发展，柴油机喷油技术正从传统的纯机械式喷油向电控喷油技术发展，越来越多的柴油机匹配了电子控制系统。该系统中的油门位置传感器对柴油机的正常工作起着决定性的作用。

电控柴油机的ECU是依据油门位置传感器、转速和进气量等信号来计算喷油量，油门位置传感器的作用是将驾驶员的意图反馈给电控系统控制器ECU。如果油门位置传感器发生故障，则控制器得到的油门位置信号不正确，将导致车辆不符合驾驶员预期的加减速行为，进而导致危险情况的发生。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种柴油机油门位置传感器的在线故障诊断处理方法，保证油门信号可靠输入，避免车辆不符合驾驶员预期的加减速行为，保证车辆安全可靠行驶。

为实现上述目的，本发明提供了一种柴油机油门位置传感器的在线故障诊断处理方法，包括如下步骤：步骤1，控制器通过四路冗余油门位置传感器在两个不同时刻对油门位置进行信号采集，并通过硬件检测判断每路油门位置传感器采集到的电压信号是否超出油门位置传感器的正常范围；如果超出正常范围则认定该油门位置传感器为故障，并设置该油门位置传感器输出的信号为缺省值；如果在正常值范围内则认为该油门位置传感器输出的信号通过了硬件检测；步骤2，控制器对步骤1中至少两路油门位置传感器通过硬件检测的信号进行归一化处理，并对至少两路油门位置传感器在两个不同时刻输出的电压信号归一化后的差值的绝对值与标定值进行比较；步骤3，若步骤2中的两个不同时刻采集到的电压信号归一化后的差值的绝对值至少有一个值大于标定值，则对差值的绝对值进行两两求差值Q_{_k}(k＝1,2,…6)，设定误差值为E；若对四路油门位置传感器或三路油门位置传感器进行故障诊断时，通过查找下述表格中的R值对油门位置传感器进行诊断：

其中，R_k为Q_k的状态值，当Q_k＜E时，R_k为0，否则R_k为1，R为以Q_k的状态值R_k组成的二进制数的真值，R＝R₁×2⁵+R₂×2⁴+R₃×2³+R₄×2²+R₅×2+R₆，Si代表第i路油门位置传感器，“√”表示对应油门位置传感器无故障，“×”表示对应油门位置传感器有故障；若对两路油门位置传感器进行故障诊断时，根据Q_k值与E值进行大小比较来对油门位置传感器进行诊断；步骤4，根据步骤3的故障诊断结果选择其中一路无故障的油门位置传感器采集的信号作为油门踏板的输出值。

优选地，若对两路油门位置传感器进行故障诊断时，通过查找下述表格对油门位置传感器进行诊断：

其中，R_k为Q_k的状态值，当Q_k＜E时，R_k为0，否则R_k为1。

优选地，在步骤3中，若步骤2中的两个不同时刻采集到的电压信号归一化后的差值的绝对值全部小于标定值，选取下一时刻重复步骤1和步骤2进行循环检测。

优选地，在步骤2中，若步骤1中只有一路油门位置传感器通过硬件检测，则执行如下步骤：在停机状态下，按下控制表盘上的“油门半自动检测”按钮，2s以前驾驶员不踩油门，2s以后踩下油门到100％，控制器在按下按钮的这段时间内采集一个最小电压和一个最大电压，通过比较最小电压和最大电压与油门位置传感器的特性是否一致来判断油门位置传感器是否故障。

优选地，两个不同时刻的时间间隔为1s。

优选地，标定值为30％。

优选地，误差值E＝5％。

优选地，在步骤4中，按照下述表格逻辑选择其中一路无故障的油门位置传感器采集的信号作为油门踏板的输出值：

其中，“√”代表油门位置传感器无故障，“×”代表油门位置传感器故障。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：通过四路冗余油门位置传感器对油门位置信号采集，并对四路油门位置传感器输出的电压信号进行硬件检测、原始电压信号到百分比的归一化、逻辑检测、故障诊断和选择安全信号输出机制，提高油门位置传感器的可靠性，能够在信号出现异常、不合理及故障时有效诊断并采取措施，保证控制逻辑中得到油门位置信号输入正确，避免车辆不符合驾驶员预期的异常加速行为，提高了车辆行驶的安全性。

附图说明

图1是根据本发明的柴油机油门位置传感器的在线故障诊断处理方法的流程图；

图2是根据本发明的柴油机油门位置传感器的在线故障诊断处理方法中故障检测逻辑图；

图3是根据本发明的柴油机油门位置传感器的在线故障诊断处理方法中故障诊断流程图；

图4是根据本发明的柴油机油门位置传感器的在线故障诊断处理方法中信号安全选择流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

首先说明本实施例提供的柴油机油门位置传感器在线故障诊断处理方法的原理，主要是通过控制器根据四路油门位置传感器(简称传感器)对油门位置信号进行采集，并对四路油门位置传感器输出的电压信号进行硬件检测，以初步判断油门位置传感器的合理性；然后对通过硬件检测的油门位置传感器输出的电压信号进行逻辑故障检测；最后对传感器进行故障诊断，并根据安全信号选择逻辑选择一路传感器采集的信号作为油门踏板的输出值。同时，针对控制器无法自行诊断的故障，采用半自动检测方式，即利用控制器和司机的交互进行检测。因此，本发明在油门位置传感器故障的情况下，通过硬件检测、逻辑检测、故障诊断和安全信号选择输出机制，保证油门信号可靠输入，避免车辆不符合驾驶员预期的加减速行为，保证了车辆安全可靠行驶。

如图1至图4所示，根据本发明具体实施方式的柴油机油门位置传感器在线故障诊断处理方法，包括如下步骤：

第一步，通过四路油门位置传感器对油门位置进行信号采集，在两个不同时刻(t_j和t_j+1)分别得到四路油门位置传感器采集到的油门位置电压信号，t_j时刻四路信号为u_1,j、u_2,j、u_3,j和u_4,j，t_j+1时刻四路信号为u_1,j+1、u_2,j+1、u_3,j+1、u_4,j+1。

第二步，通过硬件检测对四个油门位置传感器输出的电压信号进行初步的判断，具体地，判断传感器采集到的电压信号是否超出传感器的正常范围(即判断V_min≤u_i,j≤V_max(i＝1,2,3,4；j＝1,2,3,…))，其中u_i,j为t_j时刻第i路传感器输出电压信号，V_min是油门踏板空行程的标定值，V_max为油门踏板满行程的标定值。如果超出正常范围则设置该传感器为故障，并设置该传感器输出信号为缺省值；在正常值范围内则认为该传感器输出信号为正常信号。

第三步，进行故障逻辑检测：首先对正常范围内的油门位置传感器输出的电压信号进行归一化处理，采用公式其中P_i为归一化后的踏板百分比值，取值范围0-100％。然后在两个不同时刻t_j,t_j+1对传感器输出的电压值归一化后的差值ΔP_i,j+1(i＝1,2,3,4；j＝1,2,3,…)与标定值ΔP作比较。(其中ΔP_i,j+1＝|P_i,j+1-P_i,j|，P_i,j+1为在t_j+1时刻第i路传感器输出的电压值归一化后的踏板百分比值)。

第四步：

1)油门位置传感器的四路信号或三路信号或两路信号均通过硬件检测时：如果几路传感器输出的电压信号归一化后的差值绝对值均小于ΔP(|ΔP_i,j+1|＜ΔP)，则选取下一刻时刻t_j+2的电压值与t_j+1时刻的电压值进行比较(即j＝j+1)，即当有至少一个|ΔP_i,j+1|＞ΔP时，则进行故障诊断；

2)只有一路传感器信号通过硬件检测时：需进行“油门半自动检测”。

第五步，故障诊断，具体通过判断几路传感器输出的电压信号归一化后的差值绝对值的变化是否一致，如果一致则认为传感器无故障，否则传感器有故障。

具体的故障诊断方法如下：

具体的故障诊断方法主要是对几路传感器输出的电压信号归一化后的差值绝对值两两求差值来判断一致性，令Q₁＝|ΔP_1,j+1-ΔP_2,j+1|；Q₂＝|ΔP_1,j+1-ΔP_3,j+1|；Q₃＝|ΔP_1,j+1-ΔP_4,j+1|；Q₄＝|ΔP_2,j+1-ΔP_3,j+1|；Q₅＝|ΔP_2,j+1-ΔP_4,j+1|；Q₆＝|ΔP_3,j+1-ΔP_4,j+1|。令E为误差，则只需判断存在Q_k＜E(k＝1,2,…6)则为一致，否则不一致。当通过前面步骤检测出某传感器故障时，令已判断为故障的传感器对应的ΔP_i,j+1值为0，例如第一路传感器故障则ΔP_1,j+1＝0。

具体地，根据硬件检测和故障逻辑检测后的结果对几种不同情况进行故障诊断：

1、四路传感器故障诊断时或三路传感器故障诊断时，按表1进行诊断，只需查询R值即可，其中，R_k为Q_k的状态值，当Q_k＜E时，R_k为0，否则R_k为1，R为以Q_k的状态值R_k组成的二进制数的真值，R＝R₁×2⁵+R₂×2⁴+R₃×2³+R₄×2²+R₅×2+R₆，Si代表第i路油门位置传感器，“√”表示对应油门位置传感器无故障，“×”表示对应油门位置传感器有故障；

2、两路传感器故障诊断时：只需判断两路传感器对应的Q_k是否小于误差E，若是，则Q_k的状态值R_k为0,两路传感器无故障使用。若Q_k值大于误差E，则Q_k的状态值R_k为1，回怠速。具体地，可以通过查找下述表格对油门位置传感器进行诊断：

其中，R_k为Q_k的状态值，当Q_k＜E时，R_k为0，否则R_k为1。

上述表格中，“故障”是指在线故障诊断系统可以检测和定位故障传感器，“无故障”是指需判断的传感器没有故障，此时，按照安全选择逻辑来选择无故障的传感器输出油门位置信号；“怠速”是此时在线故障诊断系统已经无法判断故障，此时则不能保证油门位置传感器输出的油门位置信号是正确信号，需转换为怠速工况，使车辆进入安全状态(发动机无负载运转状态，即离合器处于结合位置，变速箱处于空档位置，油门踏板处于完全松开位置)。

3、对于一个传感器，采用“油门半自动检测”。

第六步，安全信号选择：经过硬件检测、故障逻辑检测和故障诊断后，选择其中一路无故障的油门位置传感器采集的信号作为油门踏板的输出值，具体地，可以依据下述安全信号选择表逻辑选择安全传感器输出的信号作为油门踏板的输出值：

其中，“√”代表油门位置传感器无故障，“×”代表油门位置传感器故障。

上述方案中，在第一步中，控制器通过四路冗余传感器对油门位置信号进行采集，油门位置传感器的采集信号输出分别为u₁,u₂,u₃和u₄，油门位置信号的1路电压信号u₁是相对于地线的电压值，其与柴油机油门的开度相关联，油门踏下的开度越大，电压值越高；油门位置信号的2路电压信号u₂是相对于地线的电压值，按行业规定，1路电压和2路电压的比值为2:1。同理，油门位置信号的3路电压信号u₃是相对于地线的电压值，其与柴油机油门的开度相关联，油门踏下的开度越大，电压值越高；油门位置信号的4路电压信号u₄是相对于地线的电压值，按行业规定，3路电压和4路电压的比值为2:1。

如果四个油门位置传感器都无故障时，u₁和u₃的变化趋势及输出的电压信号基本一致，u₂和u₄的变化趋势及输出的电压信号基本一致。其中，油门位置传感器采用两个不同时刻(t_j,t_j+1)(j＝1,2,3…..)采集并存储，根据驾驶员行驶习惯，选取Δt＝t_j+1-t_j＝1s。

在第二步中，根据油门位置传感器的特性，V_min为油门踏板空行程时传感器输出的电压值，V_max为油门踏板满行程时传感器输出的电压值。在对四个油门位置传感器输出电压信号进行初步判断时，对于u₁和u₃的判断，V_min＝0.35V，V_max＝3.9V；对于u₂和u₄的判断，V_min＝0.17V，V_max＝1.9V。

在第三步和第四步中，根据第二步的硬件检测结果，只需对电压信号输出合理的传感器进行故障诊断：1、如果四个传感器中有一个输出的电压值不合理，则只需对三个合理传感器进行在线故障检测诊断；2、如果四个传感器中有两个输出的电压值不合理，则只需对两个电压输出合理的传感器进行在线故障逻辑检测和故障诊断；3、如果四个传感器中有三个输出的电压值不合理，则需要进行“油门半自动检测”。另外，本发明中在线故障诊断方法中选取两个不同时刻油门位置传感器的输出信号，两个不同时刻(t_j,t_j+1)选择时应保证油门位置开度差值大于30％，在此时选取标定ΔP＝30％的值。

在第五步中，判断传感器输出的电压信号归一化后的差值一致时，考虑传感器测量误差的存在，设定误差E＝5％，则Q_k＜5％即可认为一致。

另外，第五步中的“油门半自动检测”，其操作步骤为：停机时，一直按下控制表盘上“油门半自动检测”按钮，2s以前驾驶员不踩油门，油门处于自然状态，2s以后踩下油门到100％，控制器在按下按钮的这段时间，采集一个最小电压和最大电压，判断最小电压和最大电压是否与传感器特性一致。如果一致，则无故障；否则该传感器故障。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (8)

1.一种柴油机油门位置传感器的在线故障诊断处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，控制器通过四路冗余油门位置传感器在两个不同时刻对油门位置进行信号采集，并通过硬件检测判断每路油门位置传感器采集到的电压信号是否超出所述油门位置传感器的正常范围；如果超出正常范围则认定该油门位置传感器为故障，并设置该油门位置传感器输出的信号为缺省值；如果在正常值范围内则认为该油门位置传感器输出的信号通过了硬件检测；

步骤2，控制器对步骤1中至少两路油门位置传感器通过硬件检测的信号进行归一化处理，并对至少两路油门位置传感器在两个不同时刻输出的电压信号归一化后的差值的绝对值与标定值进行比较；

步骤3，若步骤2中的两个不同时刻采集到的电压信号归一化后的差值的绝对值至少有一个值大于标定值，则对所述差值的绝对值进行两两求差值Q_k(k＝1,2,…6)，设定误差值为E；

若对四路油门位置传感器或三路油门位置传感器进行故障诊断时，通过查找下述表格中的R值对油门位置传感器进行诊断：

其中，R_k为Q_k的状态值，当Q_k＜E时，R_k为0，否则R_k为1，R为以Q_k的状态值R_k组成的二进制数的真值，R＝R₁×2⁵+R₂×2⁴+R₃×2³+R₄×2²+R₅×2+R₆，Si代表第i路油门位置传感器，“√”表示对应油门位置传感器无故障，“×”表示对应油门位置传感器有故障；

若对两路油门位置传感器进行故障诊断时，根据所述Q_k值与所述E值进行大小比较来对油门位置传感器进行诊断；

步骤4，根据步骤3的故障诊断结果选择其中一路无故障的油门位置传感器采集的信号作为油门踏板的输出值。

2.根据权利要求1所述的柴油机油门位置传感器的在线故障诊断处理方法，其特征在于，若对两路油门位置传感器进行故障诊断时，通过查找下述表格对油门位置传感器进行诊断：

其中，R_k为Q_k的状态值，当Q_k＜E时，R_k为0，否则R_k为1。

3.根据权利要求1所述的柴油机油门位置传感器的在线故障诊断处理方法，其特征在于，在所述步骤3中，若步骤2中的两个不同时刻采集到的电压信号归一化后的差值的绝对值全部小于所述标定值，选取下一时刻重复步骤1和步骤2进行循环检测。

4.根据权利要求1所述的柴油机油门位置传感器的在线故障诊断处理方法，其特征在于，在所述步骤2中，若步骤1中只有一路油门位置传感器通过硬件检测，则执行如下步骤：

在停机状态下，按下控制表盘上的“油门半自动检测”按钮，2s以前驾驶员不踩油门，2s以后踩下油门到100％，控制器在按下按钮的这段时间内采集一个最小电压和一个最大电压，通过比较所述最小电压和所述最大电压与油门位置传感器的特性是否一致来判断所述油门位置传感器是否故障。

5.根据权利要求1所述的柴油机油门位置传感器的在线故障诊断处理方法，其特征在于，所述两个不同时刻的时间间隔为1s。

6.根据权利要求1所述的柴油机油门位置传感器的在线故障诊断处理方法，其特征在于，所述标定值为30％。

7.根据权利要求2所述的柴油机油门位置传感器的在线故障诊断处理方法，其特征在于，所述误差值E＝5％。

8.根据权利要求1所述的柴油机油门位置传感器的在线故障诊断处理方法，其特征在于，在所述步骤4中，按照下述表格逻辑选择其中一路无故障的油门位置传感器采集的信号作为油门踏板的输出值：

其中，“√”代表油门位置传感器无故障，“×”代表油门位置传感器故障。