CN104265477B - 确定增压柴油机进气压力传感器是否异常及故障诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种确定增压柴油机进气压力传感器是否异常及故障诊断方法，其中确定增压柴油机进气压力传感器是否异常的方法包括如下步骤：步骤1，在停机状态下，检测进气压力传感器的输出电压值，然后由柴油机控制器判断检测到的输出电压值是否处于进气压力传感器的许用电压范围内；步骤2，若输出电压值未落入进气压力传感器的许用电压范围内，则柴油机控制器确定进气压力传感器为异常，若进气压力传感器确定为异常，然后根据异常持续的时间来判断传感器是否为故障。该方法可以现实快速诊断和准确定位，实现快速维护。

Description

确定增压柴油机进气压力传感器是否异常及故障诊断方法

技术领域

本发明涉及柴油机电子控制领域，特别涉及一种确定增压柴油机进气压力传感器是否异常及故障诊断方法。

背景技术

进气压力传感器是柴油机电子控制系统的重要部件，电控系统根据进气压力的大小来计算实际进入气缸的气量，进而修正和限制实际喷油量，所以，进气压力传感器的状态正常与否，对柴油机动力性、经济性和排放都有重要影响。

目前，在柴油机电控系统故障诊断技术中，通过直接测量传感器输出的电压来判断故障。当输出电压超过控制器设定的最大范围时，即判断传感器出现故障。其缺点是用输出电压判断故障不准确，如传感器特性发生改变或是出现零点漂移时，该方法无法检测，易出现漏检。其次，输出电压受电源系统影响，若电源系统不稳定时，该方法易出现误检。

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确定增压柴油机进气压力传感器是否异常及故障诊断方法，实现对进气压力传感器的快速诊断和准确定位，增加电控系统的可靠性，实现快速维护。

为实现上述目的，本发明提供了一种确定增压柴油机进气压力传感器是否异常的方法，包括如下步骤：步骤1，在停机状态下，检测进气压力传感器的输出电压值，然后由柴油机控制器判断检测到的输出电压值是否处于进气压力传感器的许用电压范围内；步骤2，若输出电压值未落入进气压力传感器的许用电压范围内，则柴油机控制器确定进气压力传感器为异常。

优选地，在步骤2中，若输出电压值处于进气压力传感器的许用电压范围内时，则执行如下步骤：步骤1a，在停机状态下，进气压力传感器采集当前环境压力值，由柴油机控制器判断当前环境压力值是否处于0.04MPa至0.12MPa之间；步骤2a，若当前环境压力值大于0.12MPa或小于0.04MPa，则柴油机控制器确定进气压力传感器为异常。

优选地，在步骤2a中，若当前环境压力值落于0.04MPa-0.12MPa范围时，则执行如下步骤：步骤1b，在停机状态下，检测进气压力传感器的当前环境压力值和前一次停机时存储的有效环境压力值，由柴油机控制器判断当前环境压力值和前一次停机时存储的有效环境压力值相差的绝对值是否大于0.03MPa；步骤2b，若当前环境压力值和前一次停机时存储的有效环境压力值相差的绝对值大于0.03MPa时，则柴油机控制器确定进气压力传感器为异常。

优选地，在步骤2中，当输出电压值超出许用电压范围上限110％或低于下限90％时，则柴油机控制器判断进气压力传感器为异常。

本发明还提供了一种增压柴油机进气压力传感器的故障诊断方法，若柴油机控制器根据上述方法确定进气压力传感器为异常，则柴油机控制器进行异常持续时间累积；若异常持续时间累积达到第一预定值，则柴油机控制器认定进气压力传感器故障发生。

优选地，若柴油机控制器认定进气压力传感器故障发生，则柴油机控制器进行故障消除的持续时间累积；若故障消除的持续时间累积达到第二预定值，则柴油机控制器认定进气压力传感器故障消除。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：通过对进气压力传感器上电自检或运行中对比检测，实现对进气压力传感器的快速诊断和准确定位，增加电控系统的可靠性，实现快速维护。

附图说明

图1是根据本发明的确定增压柴油机进气压力传感器是否异常及故障诊断方法示意图；

图2是根据本发明的确定增压柴油机进气压力传感器是否异常的方法中进行硬件自检测和逻辑自检测的原理示意图；

图3是本发明中涉及到的进气压力传感器的特性曲线图；

图4是根据本发明的确定增压柴油机进气压力传感器是否异常的方法中进行稳定性检测和估计值对比检测的原理示意图；

图5是根据本发明的增压柴油机进气压力传感器的故障诊断方法的原理示意图；

图6是在停机状态下确定增压柴油机进气压力传感器是否异常及故障诊断方法示意图。

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。

如图1及图6所示，根据本发明具体实施方式的确定增压柴油机进气压力传感器是否异常及故障诊断方法是基于现有传感器的基础上，通过停机自检或运行中对比检测来快速、准确地对增压柴油机进气压力传感器进行故障诊断，无论是对增加电控系统可靠性，还是对提高快速维护性都有着重要的实际意义。具体地，在电控系统上电后，在停机状态下，柴油机控制器根据采集到的进气压力传感器信号，对进气压力传感器进行自检。在柴油机运行中，控制器根据传感器信号进行对比检测。自检和对比检测可判断传感器是否异常，控制器再依据传感器异常持续的时间认定传感器是否发生故障。最后，控制器还可以依据传感器恢复正常的持续时间来认定故障是否已经消除。

如图2所示，柴油机电控系统上电后，停机时，进气压力传感器上电自检共分为硬件自检测和逻辑自检测。

首先，进行传感器硬件自检测，即利用传感器采集的电压信号进行判断。具体地，检测传感器输出电压值是否超出许用电压范围，若超出上限电压值的110％或低于下限电压值的90％，则控制器判断传感器出现异常，反之传感器硬件无异常。因为传感器设计完成后，其特性曲线(所测压力与传感器输出电压的关系)必须满足使用范围要求。因此，当传感器输出的电压在特性曲线之外(参见图3)，如超出上限电压值的110％或低于下限电压值的90％，则说明所测压力已不在使用范围之内，不符合传感器设计，因此控制器检测出传感器出现异常。另外，一般传感器加工均有误差，因此上下限并不是一个特定值，会有些许偏差但必须在5％以内，如设计的传感器上限电压为3V，则真实传感器上限电压应在2.85V～3.15V之间。因此检测条件应大于5％，故取上限电压的110％，下限的90％。若传感器输出电压超出10％这个范围，则说明传感器有异常。

其次，若传感器通过硬件自检测，再进行逻辑自检测，否则跳过逻辑自检，如图2所示，在逻辑自检测中，首先判断当前进气压力的测量值有无超出环境压力值的最大范围。其中，环境压力是指在柴油机停止运转时所测进气压力，而环境压力与海拔高度相关，在考虑柴油机所有可能使用的地域，进气压力应大于0.04Mpa(对应5000m海拔)，小于0.12Mpa(对应负海拔)，我国发动机使用范围在海拔5000m到-200m的地形范围内，5000m对应0.04MPa的环境压力，-200m对应0.12MPa，使用中所测环境压力必须在这个范围内，因此超出这个范围是不合理的。如果进气压力不在此范围，即高于0.12MPa或低于0.04MPa时，控制器判断传感器硬件出现异常，反之无异常。当出现异常时，不进行下一步判断。若当前进气压力的测量值没有超出环境压力值最大范围(如图2中间部分所示)，再具体检测当前测量进气压力值与前一次停机时存储的有效环境压力值，如图2右侧部分所示，若两者偏差的绝对值大于0.03MPa，则说明本次上电时与前一次正常停机时，车辆所处海拔相差3000m以上，不符合使用常理。我国境内不存在垂直落差在3000m，且迅速就能爬到山顶(中途不停车)的地形。采用此种判断方法是由于海拔逐渐变化过程中，所以前后两次停机时的进气压力是缓变的，若存在突变则说明进气压力异常。因此，偏差大时柴油机控制器判断传感器硬件出现异常，反之传感器硬件无异常。

如图4所示，在柴油机运转后，控制器根据进气压力传感器信号进行对比检测，包括：对传感器所输出电压值的稳定性检测，以及进气压力测量值与柴油机控制器计算出的估计值对比检测。

首先，进行进气压力传感器稳定性检测。控制器将2s内采集到的传感器电压值(2s内共有8次采集，分别为u₁,u₂…u₈)，遵循先入先出的原则存放在其内存中。随后对8次采集的电压平均，见公式1，判断电压平均值u是否在传感器许用范围内，若平均值超过传感器许用范围，则表示运行状态下传感器电压过低(断路、与地短路)或过高(与电源短路)，则控制器判断运行中传感器硬件出现异常。若正常则进入下一步检测，否则不进入下一步均方差检测。

$\stackrel{\‾}{u}=\frac{1}{N}(u_1+u_2+...+u_N),(N=8)---\left(1\right)$

其次，控制器将上一步计算出的电压平均值依据传感器特性换算成进气压力，并存储在控制器内存中。连续记录2s内计算出的8个进气压力值(分别为x₁,x₂…x₈)，对8个进气压力值求解均方差δ，计算公式见公式2。控制判断均方差δ是否小于0.15bar，若不满足条件，传感器出现异常，不再进行估计值对比检测。

$\mathrm{\δ}=\sqrt{\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{(x_i-\stackrel{\‾}{x})}^2},(N=8)---\left(2\right)$

其中，控制器每250ms采集一次，2s共采集8次，这8个测量值通过上述公式2计算可得到均方差。若运行中传感器出现虚接故障，即传感器测量值时而最大(或最小)，时而正常，此时测量值剧烈跳变。当传感器正常时，测量值缓变，均方差在0.05以内。以前真实试验中出现过虚接故障，根据故障数据处理得到均方差在0.15bar以上，故取0.15bar。所以，0.15bar是由试验数据获得。

最后，对比进气压力传感器估计值(控制器根据其它数据计算出的进气压力值)和测量值(由传感器实际测量出来的进气压力值)。其中，进气压力传感器估计值计算包括如下几步：

1)柴油机控制器根据转速和循环喷油量计算进气压力的基本估计值p′_im，计算方法如公式3所示。控制器中已存储基本进气压力估计值p′_im与转速n和循环油量Q的特性图，控制器通过查表函数获得p′_im。

p′_im＝f(n,Q) (3)

2)计算修正系数ε，该修正系数用于不同工况下，进气管内压力随时间变化的修正。计算修正系数ε计算公式如公式4所示。其中系数a通过公式5获得。系数a与转速n和循环油量Q的特性图，控制器通过查表函数获得a。

ε＝e^-at (4)

a＝f(n,Q) (5)

3)计算进气压力传感器估计值

${\hat{p}}_{\mathrm{im}}=(1-\mathrm{\ϵ})\·p_{\mathrm{im}}^{\′}---\left(6\right)$

4)计算估计值与测量值偏差α，计算公式如公式7所示。

$\mathrm{\α}=\frac{|p_{\mathrm{im}}-{\hat{p}}_{\mathrm{im}}|}{{\hat{p}}_{\mathrm{im}}}---\left(7\right)$

当估计值与测量值p_im的偏差α大于30％时认定传感器出现异常，反之传感器硬件无异常。需要说明的是，估计值在线计算中，由于控制器计算能力不够，因此与实际测量值存在误差，一般在25％左右。故取30％，防止因计算误差导致故障误诊。

如图5所示，上述进气压力传感器的自检和对比检测仅判断出传感器有无异常，还需通过基于连续时间的故障认定方法判断传感器有无故障。即当异常出现的持续时间超过第一预定值时，认定故障发生。当传感器故障已经发生，则控制器开始判断传感器有无恢复正常，若异常状态消失，正常状态持续时间超过第二预定值时，认定故障已经消除。其中，上述第一预定值和第二预定值具体可以设置为500，因为，一般的，控制系统的计时时钟为4ms，只要在2s内，异常一直出现且不中断的话，柴油机控制器认定故障发生，同理，异常状态消失，恢复正常持续的时间达到2s时，柴油机控制器认定故障已经消除。具体如下：

1)当进气压力传感器未曾出现过故障，则进行进气压力传感器故障判断；若进气压力传感器已经认定出现故障，则进行进气压力传感器故障解除判断。

2)当进气压力传感器未曾出现过故障，进气压力传感器也未出现过异常，此时说明进气压力传感器处于正常工作状态，因此异常计数值清零，进气压力传感器无故障。

3)当进气压力传感器未曾出现过故障，但进气压力传感器出现异常，此时说明进气压力传感器有问题但不能认定故障发生，因此增加异常计数，通过异常持续的时间(异常计数说明故障持续的时间)判断故障是否真实发生。若运行过程中，异常计数累积达到第一预定值时，则控制器认定故障发生。此时，故障恢复计数值要清零，以备进气压力传感器恢复判断时使用。若运行过程中，异常计数未达到第一预定值，则不改变进气压力传感器状态，即进气压力传感器被视为正常状态。

4)当进气压力传感器已经出现故障，但进气压力传感器检测时未见异常，此时说明进气压力传感器异常消失但不能认定故障已经解除，因此增加故障恢复计数，通过异常消失持续的时间(故障恢复计数说明故障消除持续的时间)判断故障是否真正消除。若运行过程中，故障恢复计数累积达到第二预定值时，则控制器认定故障消除。此时，异常计数值要清零，以备进气压力传感器故障判断时使用。若运行过程中，故障恢复计数未达到第二预定值，则不改变进气压力传感器状态，即进气压力传感器被视为故障状态。

5)当进气压力传感器已经出现故障，同时进气压力传感器检测也出现异常，此时说明进气压力传感器仍然处于故障状态。因此故障恢复计数值清零，控制器认为进气压力传感器始终处于故障状态。

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 (5)

1.一种确定增压柴油机进气压力传感器是否异常的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，在停机状态下，检测进气压力传感器的输出电压值，然后由柴油机控制器判断检测到的所述输出电压值是否处于进气压力传感器的许用电压范围内；

步骤2，若所述输出电压值未落入进气压力传感器的许用电压范围内，则柴油机控制器确定进气压力传感器为异常；

在所述步骤2中，若所述输出电压值处于进气压力传感器的许用电压范围内时，则执行如下步骤：

步骤1a，在停机状态下，进气压力传感器采集当前环境压力值，由柴油机控制器判断当前环境压力值是否处于0.04MPa至0.12MPa之间；

步骤2a，若当前环境压力值大于0.12MPa或小于0.04MPa，则柴油机控制器确定进气压力传感器为异常。

2.根据权利要求1所述的确定增压柴油机进气压力传感器是否异常的方法，其特征在于，在所述步骤2a中，若当前环境压力值落于0.04MPa-0.12MPa范围时，则执行如下步骤：

步骤1b，在停机状态下，检测进气压力传感器的当前环境压力值和前一次停机时存储的有效环境压力值，由柴油机控制器判断当前环境压力值和前一次停机时存储的有效环境压力值相差的绝对值是否大于0.03MPa；

步骤2b，若当前环境压力值和前一次停机时存储的有效环境压力值相差的绝对值大于0.03MPa时，则柴油机控制器确定进气压力传感器为异常。

3.根据权利要求1所述的确定增压柴油机进气压力传感器是否异常的方法，其特征在于，在所述步骤2中，当所述输出电压值超出许用电压范围上限110％或低于下限90％时，则柴油机控制器判断进气压力传感器为异常。

4.一种增压柴油机进气压力传感器的故障诊断方法，其特征在于，若柴油机控制器根据权利要求1至3任一项所述的方法确定进气压力传感器为异常，则柴油机控制器进行异常持续时间累积；

若异常持续时间累积达到第一预定值，则柴油机控制器认定进气压力传感器故障发生。

5.根据权利要求4所述的增压柴油机进气压力传感器的故障诊断方法，其特征在于，若柴油机控制器认定进气压力传感器故障发生，则柴油机控制器进行故障消除的持续时间累积；

若故障消除的持续时间累积达到第二预定值，则柴油机控制器认定进气压力传感器故障消除。