CN104364501A - 用于识别凸轮轴目标上的边缘的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种方法，用于识别在具有在其周边上的多个齿的凸轮轴目标(30)上的边缘，当凸轮轴做出一次旋转时，所述多个齿形成M个边缘的系列，该方法包括以下步骤：对于M个边缘中的每一个计算特性P(i)，其表示在边缘i和在前边缘之间的角距离；在凸轮轴目标运动时，在检测边缘时计算指标T(i)，其表示自边缘i-1出现起直至边缘i已经经过的时间；将指标CT(k)与每一个CP(j)做比较；以及确定凸轮轴的位置。

Description

用于识别凸轮轴目标上的边缘的方法

技术领域

本发明涉及用于识别内燃发动机的凸轮轴目标上的边缘的方法。

更具体地讲，本发明涉及一种用于识别在常规的旋转方向上旋转的内燃发动机的凸轮轴目标上的边缘且由称为“UCE”的控制单元控制的

过程。所述凸轮轴目标具有在其周边上的多个齿，当凸轮轴旋转一周时，对于面向所述齿的位置传感器，所述多个齿形成边缘的系列。

背景技术

目前最常见类型的四冲程内燃发动机(进气–压缩–燃烧–排气)需要两次曲轴回转(曲轴与由在气缸中运动的连杆和活塞形成的可运动设备一体地形成)，以便描述循环的四个冲程。就其本身而言，凸轮轴仅描述在同一个四冲程循环中的单次回转。通过结合(或不结合)由与目标(其与曲轴和/或凸轮轴一体化)相关联的传感器提供的信息，获得了可用于控制发动机的操作参数的各种信息项。与曲轴相关联的传感器通常使其可能确定发动机的准确位置。

凸轮轴目标用于获得关于凸轮轴的角位置的信息。根据非常简单的版本，目标使其可能知道发动机循环是否处于第一次或第二次凸轮轴回转，凸轮轴转动慢一半并且使其可能根除关于利用置于曲轴上的位置传感器形成的发动机的位置的不确定性。

在更复杂的版本中，凸轮轴目标可用来执行在术语“VVT”(即，可变气门正时)下已知的功能，为此，一个或多个凸轮轴可相对于其标称位置动态地角偏移，并且因此使其可能改变阀门的打开和关闭的时刻。

最后，凸轮轴目标也可用来弥补直接获得的关于曲轴的位置的信息失真或缺失的情况。在该特定情况下，发动机的实时管理将基于借助于凸轮轴位置传感器和目标获得的关于凸轮轴的位置的信息。

例如从文献US 7 428 459已经知道检测凸轮轴目标的位置和控制发动机管理任务，例如，燃料/氧化剂混合物的点燃、喷射和其它伴随的任务。更具体地讲，所述文献涉及在初始化之后的第一次转变的时刻识别表示目标的齿的边缘，以便无歧义地知道凸轮轴的位置。

然而，在现有技术中，用于辨识的逻辑涉及边缘识别策略的实施，该策略直接依赖于几何轮廓和在凸轮轴目标的周边上的齿的位置。对于具有不同形式的凸轮轴目标的应用，因此有必要设想一种不同的边缘识别策略。

发明内容

为了克服该缺点，本发明提出一种用于识别在法向旋转方向上旋转的内燃发动机的凸轮轴目标上的边缘且由控制单元控制的过程，所述凸轮轴目标具有在其周边上的多个齿，当凸轮轴旋转一周时，对于面向所述齿的位置传感器，所述多个齿形成M个有效边缘的系列，该过程包括以下步骤：

a) 对于M个有效边缘中的每一个，计算与在法向旋转方向上所述边缘之前的边缘的位置有关的特性，所述特性由下式定义

P(i)表示在有效边缘i和在前边缘之间的角距离，并且在控制单元40的存储器中存储至少这M个值CP(j)，j的范围从1至M，

b) 定义有效边缘的子列表并且用所有有效边缘初始化该子列表，

c) 在凸轮轴目标的移置期间，借助于下式尽可能快地计算在有效边缘检测期间与自在前边缘起经过的时间间隔有关的指标：

T(i)表示自边缘i-1出现起直到边缘i经过的时间，

d) 比较指标CT(k)与由下式定义的间隔INT(j)中的每一个

并且从子列表中排除指标CT(k)在间隔INT(j)之外的边缘j，

e) 等待出现新的有效边缘，由其紧接的后继者j+1模M代替子列表的每个边缘j，然后重复步骤c)至d)，直到在步骤d)中在子列表中获得至少一个边缘，

f) 一旦在子列表中获得单个边缘，就识别凸轮轴的位置。

由于这些规定，获得关于凸轮轴的位置的信息，并且无歧义地识别凸轮轴的位置。还可以识别凸轮轴目标的轮廓的一致性故障(conformity fault)。

此外，可以实施与所有形式的凸轮轴目标兼容的单个策略，不同的形式能够通过“校准”类型的参数容易地限定。

在本发明的各种实施例中，可能有必要另外地求助于下列规定中的一项或多项：

●可以在子列表中获得单个边缘，考虑到这一点，可以无歧义地知道凸轮轴的位置：

●可以选择N=1，则CP(K)和CT(k)的表达变为：

 和 

。

因此，计算是简单的，并且可以在五个边缘经过后实施：

●裕度系数Coeff可以在1.05和4之间；使得旋转不规则性被考虑；

●在初始化之后，在开始在步骤c)中定义的计算之前，可以等待4N+1个边缘；

●有效边缘可以是下降或上升的边缘，考虑到这一点，所有边缘都被利用；

●有效边缘可以仅为上升边缘；某些类型的目标是这种情况；

●有效边缘可以仅为下降边缘；

●目标可包括生成规则地隔开的上升边缘的齿，考虑到这一点，VVT功能的管理变得更简单；

●目标可包括生成规则地隔开的下降边缘的齿；

●指标CT(k)的计算可用来检测凸轮轴目标的一致性故障；使得诊断可以被改善。

●指标CT(k)的计算的公式化适合在一次回转内具有无周期性的轮廓的任何类型的目标，并且计算被包括在基本软件的功能中，而角距离是以校准数据形式存储的参数或从以校准数据形式存储的参数导出的参数；使得软件的验证任务更加合理和被优化。

附图说明

在阅读以非限制性示例方式给出的本发明的实施例之一的以下描述之后，本发明的另外的特征、目的和优点将变得显而易见。本发明也将参照附图被更好地理解，在附图中：

– 图1示意性地示出在其中实施根据本发明的过程的系统，

– 图2示出根据凸轮轴目标的第一示例的计时图，

– 图3示出根据图3A中所示凸轮轴目标的第二示例的计时图。

具体实施方式

在各个图中，相同的附图标记表示相同或类似的元件。

图1示出了用于采集内燃发动机的凸轮轴的位置的系统，其包括控制单元40、位置传感器20和能旋转地连接到凸轮轴目标30。控制单元40也称为UCE，其包括处理器41和非易失性存储器42。目标30通常呈现为具有布置在其周边上的元件的盘，所述元件常规地被称为“齿”。当凸轮轴通常在由箭头R表示的方向上旋转时，齿31、32、33、34的经过在位置传感器20处生成电信号50，所述电信号生成齿的形式的图像。电信号50包括对应于齿31、32、33、34的起始边缘的上升边缘51和对应于齿31、32、33、34的终止边缘的下降边缘52。然而，该逻辑可以颠倒。

图2的计时图示出了对应于图1所示目标30的信号。目标30包括四个齿31、32、33、34，其对应于四个上升边缘和四个下降边缘，即，总共八个边缘。为了进一步描述，引入有效边缘的概念：有效边缘是由在控制单元40中实施的识别逻辑处理的一种边缘。对于某些类型的凸轮轴目标，有效边缘是上升和下降边缘，而对于其它类型的凸轮轴目标，仅上升或下降边缘为有效边缘。

在凸轮轴目标的一次回转内的有效边缘的数目在下文中由M表示。

在图1和图2的示例中，上升边缘在目标30的周边上规则地隔开，这有利于功能VVT的管理，这种管理变得更简单。然而，下降(或上升)边缘不一定为了实施本发明而规则地隔开。优选的是，目标30没有相对于轴线的对称性，特别是齿的图案不一定包括在凸轮轴的一次回转内严格地周期性的图案。

应当指出，内燃发动机可包括多于一个凸轮轴，其角位置必须知道。本发明可用来检测每个凸轮轴的位置，每个凸轮轴具有与位置传感器20相关联的凸轮轴目标。

目标30的几何特性包括每个有效边缘的相应的角位置。在第一示例的情况中，第一有效边缘是位于0o处的上升边缘(参见图2)，第二有效边缘是位于37o处的下降边缘，第三有效边缘是位于78o处的上升边缘，第四有效边缘是位于217o处的下降边缘，第五有效边缘是位于258o处的上升边缘，第六有效边缘是位于397o处的下降边缘，第七有效边缘是位于540o处的上升边缘，并且第八有效边缘是位于577o处的下降边缘。

应当指出，对于凸轮轴，所有位置和角距离表达为等同于曲轴的位置和角距离(在720o内的发动机循环，其对应于凸轮轴的一次回转)。

P(j)表示在有效边缘j和在前边缘之间的角距离，因此对于第一示例，P(1) = 143°，P(2) = 37°，P(3) = 41°，P(4) = 139°，P(5) = 41°，P(6) = 139°，P(7) = 143°，P(8) = 37°。

基于这些角距离，借助于以下公式计算称为CP(j)的比率，j的范围从1至M：

N被称为指标的计算的阶数。其为大于或等于1的整数。在最简单的情况中，N = 1。在具体的情况中，可以是N = 2或N = 3。

对于N = 1，表达CP(j)简化为：

。

根据本发明的过程，至少这M个特性值CP(j)存储在控制单元40的非易失性存储器42中。P(j)和/或CP(j)优选地为称为“校准”数据的数据，因此由基本软件检索的参数，但不包括在该基本软件中。

根据第一示例，第1阶的计算(N = 1)得到CP(1) = 1.567、CP(2) = 1、CP(3) = 0.433、CP(4) = 3.615、CP(5) = 0.433、CP(6) = 1、CP(7) = 1.567和CP(8) = 0.277。

此外，有效边缘的子列表被定义，并且用所有M个有效边缘(这里，对于第一示例，第1至第8边缘)来初始化该子列表。

当控制单元40被开启时，子列表被初始化并且不知道凸轮轴的当前位置。仅仅知道已推断出其特性值CP(j)的那些目标的几何特性。

当凸轮轴运动时，目标30的边缘经过传感器20的前方，但控制单元40的处理器41无法知道其为哪个边缘。控制单元40接着将实施逻辑(或“策略”)，以便尽快地识别经过传感器20前方的一个或多个边缘。

所实施的策略利用基于此前经过传感器20前方的每个边缘之间的时间间隔的计算。

尽可能快地计算以下指标：

。

为了能够计算以上指标，需要等待4N + 1个边缘。因此，恰当的是选择阶数N = 1，以便能够在边缘之间的4N个间隔之后计算这样的指标，即，当N = 1时在第五个边缘处(图2中的标记61)。该指标因此是时间间隔的比率。

当N被选择在值N = 1处时，CT(k)的表达简化为：

。

如果发动机的旋转速度为均匀的，则对于从1至M的j，CT(j)=CP(j)。实际上，当发动机旋转时，并且特别是在第一次回转期间，旋转速度根本不均匀。因此不可能从指标CP(j)的值出发来推断j的值。必须容忍不确定性，其由称为系数Coeff的不确定性的裕度系数来表示。

因此，在计算指标CT(k)之后，将算出的指标分别与特性CP(j)中的每一个和特别地包括每个CP(j)的间隔INT(j)相比较。

INT(j)由[, ]定义。

有利地，系数Coeff在1.05和4之间。

在这些比较之后，从子列表中排除指标CT(k)在间隔INT(j)之外的边缘j。

应当指出，一些CP(j)、CP(j’)可具有类似或相等的值，然而，其相应的后继者CP(j+1)、CP(j’+1)具有不同的值，这使其可能在j和j’之间加以区分。

参照图2，凸轮轴在时刻60开始旋转，并且有必要等待第五个有效边缘，以便能够继续第一次计算，刚好在由51表示的上升边缘之后。算出的指标值CT(k)将落在0.43周围的范围内。对于例如1.5的系数Coeff，值CT(k)将在间隔INT(j)内的候选边缘将为第3和第5边缘。子列表因此在该第一步骤之后包含仅有的边缘3和5，因为边缘1、2、4、6、7和8将会被排除。

然后，如果在子列表中仍存在多于一个候选边缘，则重复该过程，因为它实际上是一个连续排除的过程。

然后等待后面的有效边缘(由62表示)的出现，并且重新开始计算CT(k)。然而，有必要继续候选边缘的子列表的延迟。子列表中的每个边缘j接着由其紧接的后继者j+1代替。对此求模M，也就是说，第一边缘(编号8)由第一(编号1)代替。在图示示例中，子列表在延迟末尾处包含第4和第6边缘。

在图示示例中，随后的边缘引发新计算CT(k)，其将落入1周围的范围内。然后，将仅保留第6边缘，因为CT(k)落入INT(6)中，并且第4边缘将被排除，因为其INT(4)为约3.615，远离CT(k)。因此可以认为，刚经过的边缘为第6边缘，这使其可能无歧义地识别凸轮轴的位置。

当然，在排除子列表中的候选项的过程中，如果有效边缘为上升且下降的，那么也可以使用具体的上升或下降类型，以便从第一边缘检测中排除一半候选边缘。

图3A示出了凸轮轴目标3的类型的第二示例。目标30具有由4表示的七个齿，并且因此信号的轮廓包括十四个边缘，也就是说，七个上升边缘7和七个下降边缘6。这是装配在六缸发动机中的目标3，其在720度的曲轴角度的发动机循环内具有六个上止点(TDC)，然而，该方法可应用于任何缸数和发动机构型。

图3复制了启动阶段并且包括由与曲轴相关联的位置传感器传输的信号CRK、由与凸轮轴相关联的位置传感器传输的信号CAM、并且还有与图3A中所示目标3的齿的检测相关联的量值(类似于图2中所示，即，齿4的指标和值P(i)、CP(i))。

由与曲轴相关联的位置传感器传输的信号CRK从在其周边上包括等间距地分布且具有相同尺寸的六十个齿的目标30(未示出)的传感器20的检测传输。该目标包括借助于这六十个齿中的两个的删除提供的参考指标。目标因此具有五十八个齿和对应于两个齿的删除的参考空间。该参考区在指标58和118之后位于由与曲轴相关联的位置传感器传输的信号CRK上。

曲轴在时刻60处开始转动。一旦已经过4个边缘，就在时刻61处在第五个边缘上执行第一计算CT(k)。然后执行与所有CP(j)的比较。

在第二示例中，CT(j)分布在值2(2次)、值0.5(2次)和值1(10次)之间，参见图3。

第一计算的CT(j)得到大约1，这使其可能排除边缘7、8、9和10。子列表因此包含边缘1至6和11至14。

在延迟之后，边缘1至7和12至14因此包含在子列表中。

在时刻62处执行的以下计算也为CT(j)得到大约1的指标，其也排除7、8、9和10。子列表因此包含边缘1至6和12至14。在延迟之后，边缘1至7和13至14包含在子列表中。

在时刻63处执行的以下计算也得到大约1的指标，其也排除7、8、9和10。子列表因此包含边缘1至6和13至14。在延迟之后，边缘1至7和14包含在子列表中。

在时刻64处执行的以下计算也得到大约1的指标，其也排除7、8、9和10。子列表因此包含边缘1至6和14。在延迟之后，边缘1至7包含在子列表中。

在时刻65处执行的以下计算得到大约2的指标，其排除边缘1至6、8、9和11至14(仅保留编号7和10)。因此，仅第7边缘保留在子列表中，因此为单个边缘。可以停止重复。

然后，利用第五步计算CT(j)获得凸轮轴位置的无歧义识别。

应当指出，计算CT(k)可以甚至在重复已收敛时执行。在这种情况下，该计算将被使用，以便为了诊断目的而检测目标的任何故障或不一致、或干扰。

也可以通过考虑每个新边缘而以递增方式继续识别凸轮轴的位置。

如上所述的同一过程适用于除了上述两个示例中提出的之外的任何类型的目标。因此，可以开发一次用于所有目标的算法，并且该算法可形成基本软件的功能的一部分。算法的参数化因此仅在于有效边缘的位置和/或角距离的序列中。因此，角距离是以校准数据形式存储的参数或从以校准数据形式存储的参数导出的参数。该校准数据被加载到存储区中，该存储区可利用由基本软件使用的多个其它参数在控制单元40中容易地修改或参数化。

应当指出，只要目标是非多周期性的，即，在目标的一次回转内没有严格的周期性，根据本发明的过程就起作用。

根据本发明，上述计算也用于诊断目的。实际上，计算的重复可能不收敛于具有单个边缘的子列表，并且该子列表有可能变为空集，从而指示问题。

如果计算在第一种情况中收敛并且已正确识别凸轮轴的位置，如果计算接着导致空的子列表，那么这种异常接着将证明信号的干扰的问题。

相比之下，如果从初始化起，计算不收敛于凸轮轴位置的识别，那么这种异常将证明目标30的机械一致性的问题。

Claims (10)

1. 一种用于识别在法向旋转方向上旋转的内燃发动机的凸轮轴目标(30)上的边缘且由控制单元(40)控制的过程，所述凸轮轴目标(30)具有在其周边上的多个齿，当所述凸轮轴旋转通过一周时，对于面向所述齿的位置传感器(20)，所述多个齿形成M个有效边缘的系列，

所述过程包括以下步骤：

a) 对于所述M个有效边缘中的每一个，计算与根据所述法向旋转方向在所述边缘之前的边缘的位置有关的特性，所述特性由下式定义

P(i)表示在所述有效边缘i和在前边缘之间的角距离，

并且至少将这些M个值CP(j)存储在所述控制单元(40)的存储器中，j的范围从1至M，

b) 定义有效边缘的子列表并且用所有有效边缘来初始化此子列表，

c) 在所述凸轮轴目标(30)的运动期间，通过下式尽可能快地在有效边缘检测期间计算与自所述在前边缘起所经过的时间间隔有关的指标：

T(i)表示自所述边缘i-1出现起直到所述边缘i所经过的时间，

d) 将所述指标CT(k)与由下式定义的间隔INT(j)中的每一个相比较

并且从所述子列表中排除边缘j，对于所述边缘j，所述指标CT(k)在所述间隔INT(j)之外，其中Coeff为裕度系数，

e) 等待出现新的有效边缘，将所述子列表中的每个边缘j由其紧接的后继者j+1模数M来代替，然后重复步骤c)至d)，直到至多在步骤d)中在所述子列表中获得一个边缘，

f) 一旦在所述子列表中获得单个边缘，就识别所述凸轮轴的位置。

2. 根据权利要求1所述的过程，其中，N = 1，也就是说，CP(K)和CT(k)和表达式变为：

 和

。

3. 根据权利要求1至2中的任一项所述的过程，其中，所述裕度系数Coeff在1.05和4之间。

4. 根据权利要求1至2中的任一项所述的过程，其中，在初始化之后，在开始在c)中定义的计算之前而等待4N + 1个边缘。

5. 根据权利要求1至4中的任一项所述的过程，其中，所述有效边缘为下降或上升边缘。

6. 根据权利要求1至4中的任一项所述的过程，其中，所述有效边缘仅为上升边缘。

7. 根据权利要求1至4中的任一项所述的过程，其中，所述有效边缘仅为下降边缘。

8. 根据权利要求5至6中的任一项所述的过程，其中，所述目标(30)包括生成规则地隔开的上升边缘的齿。

9. 根据权利要求5至7中的任一项所述的过程，其中，所述目标(30)包括生成规则地隔开的下降边缘的齿。

10. 根据权利要求1至9中的任一项所述的过程，其中，所述指标CT(k)的计算被使用以便检测凸轮轴目标(30)的一致性故障。